一種新型視頻字符疊加器的設(shè)計(jì)

在多媒體監(jiān)視系統(tǒng)中，切換的視頻信號(hào)較多，操作者很難快速判別某一圖像來自何處，因此需要在圖像上疊加地點(diǎn)信息，如攝像機(jī)或漢字地名。現(xiàn)有的監(jiān)視系統(tǒng)

中，在多數(shù)只能疊加有限的漢字字符，應(yīng)用范圍窄，通用性差。本文提出了一種新型的視頻字符疊加器方案，它用一臺(tái)微機(jī)作為控制主機(jī)，采用RS-485串行通信協(xié)議，可以實(shí)現(xiàn)在視頻信號(hào)上疊加任意的字符，在不改變?nèi)魏斡布娐返那闆r下，按需要改變字符。

1 視頻字符疊加器設(shè)計(jì)方案

由于RS-485總線具有傳輸距離遠(yuǎn)、只用普通雙絞線即可掛接多至256個(gè)終端的特點(diǎn)，因此本方案采用RS-485總線，用一臺(tái)微機(jī)作為控制主機(jī)，16個(gè)AT89C52單片機(jī)作為從機(jī)。由主機(jī)實(shí)時(shí)地向各個(gè)從機(jī)傳送待疊加字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)和控制信號(hào)，單片機(jī)接收字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)并存入字符存儲(chǔ)器中，以此來實(shí)現(xiàn)任意字符的疊加。同時(shí)單片機(jī)還接收主機(jī)傳送過來的控制信息，實(shí)現(xiàn)對(duì)顯示字符屬性（如顏色，大小等等）的控制。主機(jī)的RS-232串行口通過外差式的RS-232/RS-485轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成RS-485的數(shù)字信號(hào)總線。單片機(jī)的串行口通過MAX1483芯片轉(zhuǎn)換成RS-485規(guī)程。微機(jī)與單片機(jī)之間通過RS-485數(shù)字信號(hào)總線進(jìn)行串行通信。系統(tǒng)原理圖如圖1所示。

2 OSD芯片簡(jiǎn)介

OSD（On Screen Display）專用集成電路芯片是專門為在屏幕上顯示字符設(shè)計(jì)的，本方案選用的MB90092是FUJITSU公司生產(chǎn)的OSD芯片，它能和各種單片機(jī)一起來設(shè)計(jì)字符疊加器，使用方便。

2.1 OSD芯片主要特點(diǎn)

·顯示字符數(shù)為12行24列共288個(gè)字符；

·最多可顯示8192個(gè)字符；

·字符大小共有5種；

·字符顏色有黑、藍(lán)、綠、青、紅、棕、黃、白等8種；

·字符背景顏色有黑、藍(lán)、綠、青、紅、棕、黃、白等8種；

·字符背景顯示方式：3種；

·字符點(diǎn)陣：24（水平）×32（垂直）點(diǎn)；

·顯示位置控制：水平、垂直、行間距可調(diào)；

·閃爍：可選擇ON/OFF兩種閃爍狀態(tài)。閃爍比為1：1，閃爍比為1：1，閃爍頻率可在1Hz、2Hz、0.5Hz中任選；

·視頻制式：NTSC/PAL；

·可與單片機(jī)直接接口，帶有8位串行輸入接口；

·封裝形式：QFP-80

2.2 OSD芯片內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)

MB90092由串行輸入控制單元、同步分離電路、視頻信號(hào)發(fā)生器、VRAM、外部字符存儲(chǔ)器控制單元、模擬開關(guān)以及時(shí)鐘振蕩器七個(gè)主要部分組成，其內(nèi)部功能結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

2.3 編程命令

MB90092的控制命令是雙字節(jié)命令，采用8位串行輸入形式。單片機(jī)通過CS、SCLK和SIN對(duì)MB90092進(jìn)行控制?？刂泼钪饕菍?duì)其內(nèi)部的VRAM和寄存器進(jìn)行設(shè)置，包括設(shè)置需要顯示的字符、字符和字符背景的景色的顏色、字符大小、同步方式、屏幕背景顏色、視頻信號(hào)制式以及字符顯示的位置等。

3 字符顯示模塊的硬件設(shè)計(jì)

字符顯示模塊的硬件電路如圖3所示。MB90092需要外加字符存儲(chǔ)器，其中存放的是MB90092可以識(shí)別的待疊加字符的點(diǎn)陣（24×32點(diǎn)陣），根據(jù)機(jī)發(fā)送的命令，MB90092自動(dòng)發(fā)出讀信號(hào)READ，讀取字符存儲(chǔ)器中的點(diǎn)陣并顯示在屏幕上。由于監(jiān)視現(xiàn)場(chǎng)的地點(diǎn)有可能改變，因此要求字符存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的字符點(diǎn)陣也能隨之改變，于是選用電可擦除存儲(chǔ)器Flash Memory。它的最大優(yōu)點(diǎn)在于支持在線編程，允許芯片在不離開電路板的情況下，實(shí)施固化和擦除操作，可重復(fù)擦寫10萬次以上，并且存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)掉電不丟失，因此可以保證存儲(chǔ)在其中的字符點(diǎn)陣可按需要改變，并且不會(huì)丟失。

待疊加字符的點(diǎn)陣是通過串行口由微機(jī)傳送給單片機(jī)，再由單片機(jī)傳送給字符存儲(chǔ)器的。這其中存在一個(gè)問題，由于單片機(jī)、MB90092和字符存儲(chǔ)器Flash Memory的數(shù)據(jù)總線、地址總線以及讀、寫信號(hào)線都連在一起，因此在使用中會(huì)出現(xiàn)總線沖突的現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，在設(shè)計(jì)中增加了隔離電路將它們隔離開來。在單片機(jī)向字符存儲(chǔ)器傳輸點(diǎn)陣時(shí)，將MB90092的數(shù)據(jù)線、地址線以及讀信號(hào)線置為高阻，以保證單片機(jī)傳輸點(diǎn)陣正確；而當(dāng)字符存儲(chǔ)器向MB90092傳輸點(diǎn)陣時(shí)，將單片機(jī)的數(shù)據(jù)線、地址線以及讀、寫信號(hào)線置為高阻，以保證MB90092讀取點(diǎn)陣正確。

字符存儲(chǔ)器Flash Momory的容量為256K，但是采用單片機(jī)89C52的16位地址線，只能尋址64K字節(jié)的存儲(chǔ)器，因此采用了將Flash Momory的最高兩位地址接到89C52的輸出端P1.0和P1.1上的辦法。這實(shí)際上是將256K字節(jié)的Flash Momory分為四個(gè)部分，每部分64K字節(jié)，對(duì)每一部分依次傳輸數(shù)據(jù)。

另外，還需要外加同步分離電路將輸入視頻信號(hào)的行、場(chǎng)同步信號(hào)送給MB90092，以此來保證視頻信號(hào)與字符信息的同步。輸入的復(fù)合視頻信號(hào)經(jīng)過視頻放大電話將電壓由1Vp-p(峰峰值)轉(zhuǎn)換為2Vp-p（峰峰值）后，再送至MB90092的視頻信號(hào)輸入端，而從MB90092的視頻信號(hào)輸出端輸出的電壓為2Vp-p(峰峰值)的復(fù)合視頻信號(hào)要將其電壓轉(zhuǎn)換為1Vp-p(峰峰值)后，再送至顯示設(shè)備。

4 視頻字符疊加器的軟件設(shè)計(jì)

軟件主要包括系統(tǒng)復(fù)位初始化模塊、串行通信模塊和字符顯示模塊。由于本方案的關(guān)鍵技術(shù)在于通過將待疊加字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)由主機(jī)傳送給各個(gè)從機(jī)，來實(shí)現(xiàn)任意字符的疊加，因此串行通信模塊是整個(gè)軟件的核心。

串行通信程序所要完成的任務(wù)是將256K的字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)由微機(jī)傳送給單片機(jī)，它包括兩方面：一方面是89C52單片機(jī)的通信程序，另一方面為PC機(jī)的通信程序。PC主機(jī)的串行通信程序采用Visual Basic(簡(jiǎn)稱VB)編程，程序框圖如圖4所示。用VB提供的一個(gè)具有強(qiáng)大功能的通控件MSCOMM，利用該控件設(shè)置串行通信的數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，并且對(duì)串口狀態(tài)及串口通信的信息格式和協(xié)議進(jìn)行設(shè)置。

單片機(jī)89C52采用MCS51系列的匯編語言編程，程序框圖如圖5所示。它的數(shù)據(jù)通信由串行口完成，定時(shí)器1作為波特率發(fā)生器，其工作方式設(shè)置為方式2，串行口設(shè)置為工作方式1。系統(tǒng)中每臺(tái)單片機(jī)都給定了確定的地址碼，當(dāng)某臺(tái)單生機(jī)的地址碼與PC主機(jī)發(fā)出的地址碼相同時(shí)，這臺(tái)單片機(jī)發(fā)出應(yīng)答信號(hào)給PC機(jī)，而其它未被尋址的單片機(jī)不發(fā)應(yīng)答信號(hào)。因此，在某一時(shí)刻，PC機(jī)只與一臺(tái)單片機(jī)通信，從根本上避免了通信總線上的競(jìng)爭(zhēng)。

本文提出了方案解決了目前大多數(shù)字符疊加器顯示字符數(shù)有限且不可更改的弊端，實(shí)現(xiàn)了視頻圖像中任意字符的疊加。該方案已成功地應(yīng)用在多媒體監(jiān)視系統(tǒng)中，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，性能良好。