基于IA6459的視頻字符疊加系統的設計*

閆露露，鄭恩讓

(陜西科技大學電氣與信息工程學院，西安710021)

基于IA6459的視頻字符疊加系統的設計*

閆露露，鄭恩讓*

(陜西科技大學電氣與信息工程學院，西安710021)

隨著在屏顯示技術的廣泛應用，OSD設備倍受青睞。設計了一種以DSP5509為核心，通過串口與下位機的通信，基于專用OSD(On Screen Display)芯片IA6459的視頻字符疊加系統。系統主要由控制，視頻字符疊加和上位機通信3部分組成。控制部分以DSP5509為核心組成，視頻字符疊加部分以IA6459為核心組成，上位機通信部分使用Vb編寫可視化用戶界面。經過實際系統驗證，可以無損的在視頻上疊加所需字符。

視頻字符疊加;IA6459;DSP5509;上位機

近年來，隨著視頻安防系統，大型車站、碼頭、廣場的視頻宣傳產品的應用升溫，對在已有的視頻上隨時隨地顯示希望的字符的要求越來越廣泛。比如安防監控系統中需要在獲取的監控畫面上疊加一些時間日期信息，車站、廣場需要在屏幕上放映宣傳視頻的同時顯示車次等信息。在屏顯示技術得到廣泛的發展與應用。在屏顯示技術的本質就是在視頻上疊加字符［1］，從而實現在顯示器上顯示需要的信息。因此研制一種視頻字符疊加系統來滿足在已有視頻上隨時疊加所需的字符是很有必要的。

1 系統設計

1.1 視頻疊加原理

傳統的視頻字符疊加方法是將要疊加的字符的點陣數據存儲在存儲器中，將從存儲器中提取出來的字符信息轉換成滿足視頻格式的信號，并與原始的視頻信號進行邏輯運算，根據字符顯示的位置與掃描時間之間的映射關系顯示出來，對時序的要求非常嚴格。傳統的OSD系統采用分立的元件搭建各部分的核心電路，電路復雜，穩定性不高。

目前較為流行的視頻字符疊加方法是采用專用OSD芯片實現，這種方法具有外圍電路簡單，系統穩定性好的優點。本系統采用專用OSD芯片實現。

1.2 IA6459主要功能特點

IA6459是深圳天玖隆科技有限公司生產的一款性能卓越的專用視頻字符疊加芯片。IA6459內部集成了顯示內存(VRAM)、外掛字庫接口，外圍電路簡單，即可實現視頻字符疊加。IA6459功能強大，相比其他國外的視頻字符疊加芯片操作簡單，因此廣泛應用于視頻字符疊加系統。

IA6459內部結構［2］如圖1所示。它主要有串行數據輸入電路、外部視頻輸入電路、顯示控制電路、背景控制電路、時鐘發生電路、字符坐標控制電路、混合同步信號分離電路、同步信號產生電路以及輸出電路組成。

IA6459［3］的主要功能特點有:

(1)主屏顯示容量:12行×24列，內置480個字符;

(2)用戶可自定義字符數量:32個;

(3)字符顯示尺寸有標準的12×18大小，2倍大小兩種;

(4)可以設置黑、白、藍、綠4種背景;

(5)顯示位置可任意設置成水平方向和垂直方向;

(6)內部視頻信號發生器可支持NTSC/PAL/ PAL-M/SECAM/PAL-N制式;

(8)內置上電復位電路和VRAM清零電路，可減小控制器的工作量。

圖1 內部框圖

與NEC公司的專用OSD電路UPD6453［4］相比較:IA6459內置字符數量480個，可自定義字符數量32個，內置混合同步信號分離電路［5］及同步信號產生電路，不需要外接視頻信號也能顯示字符，輸入支持NTSC/PAL/PAL-M/SECAM/PAL-N多種視頻信號，2.8 V～5.5 V寬工作電壓范圍，兼容現在3.3 V和5 V系統，可共用系統電壓，不需要另外單獨供電，節省成本，采用SSOP24超小的封裝，體積小，可使系統面積大大縮小。UPD6453內置字符數量240個，可自定義字符數量16個，內部沒有同步分離電路，輸入必須要外接視頻信號，輸出接模擬開關才能輸出視頻信號，工作電壓范圍4.5 V～5.5 V，采用SOP20的封裝。IA6459外圍不需要多接其他IC就能工作，而UPD6453要加上同步分離電路和模擬開關才能工作，UPD6453只能適合5 V系統。

2 軟件設計

2.1 IA6459的工作時序及指令

圖2 1-byte模式時序圖

圖3 2-byte模式時序圖

IA6459的指令有兩種，一種是1個字節組成的，另一種是2 byte組成的。指令表里面1～7指令為1 byte的指令，數據傳輸方式使用1-byte模式。8～15為2 byte組成的指令，除去指令9和12都使用2-byte模式傳輸，指令9和12使用2-byte Contiguous模式傳輸。具體指令介紹見表1。

圖4 2-byte Contiguous模式時序圖

表1 IA6459指令集

2.2 上位機軟件設計

與上位機［6］的通信通過電平轉換芯片MAX232實現，可視化用戶操作界面使用Visual Basic語言編寫。使用時從界面上選擇正確的串口號并連接，在文字輸入區域輸入想要疊加的字符，點擊“發送”按鈕，就可以將要疊加的字符疊加在視頻上。通過串口通信可以很容易區分數字和字母，本系統對漢字的識別使用自定義的一組協議，將常用的漢字用數字表示。只要判斷出發送框輸入的是漢字，則在發送的時候加上幀頭0x3C(＜)和幀尾0x3E(＞)。當下位機收到0x3C開始的，0x3E結束的數據包，就將中間的字符翻譯成事先定義好的漢字，而不是本身對應的字符了。在輸入框輸入漢字，字母和數字的ascall碼是不一樣的，因此可以區分開來，當輸入為漢字時就發送一幀3 byte數據，當不是漢字時只發送1 byte數據，就是字母和數字的ascall碼值。例如“閆”用“1”表示，發送框若輸入“閆”字，就發送3 byte，0x3C，0x01，0x3E。程序收到0x3C后就將0x01翻譯成“閆”字，而不是數字“1”。這樣就將漢字、字母和數字區分開來了，想發什么就發什么。

使用時將串口連接到電腦，選擇正確的串口號，點擊界面上的“歡迎”按鈕，顯示的是編輯好的歡迎畫面，點擊“測試”按鈕，顯示IA6459內部自帶的所有字庫，在發送框輸入字符，點擊“發送”按鈕，即可在屏幕上疊加輸入的字符。界面如圖 5所示。圖5(a)是點擊“歡迎”按鈕的上位機界面，圖5(c)是對應的疊加后的輸出。圖5(b)是在輸入框輸入漢字“閆”，圖5(d)是識別了漢字后的疊加輸出。

圖5 上位機界面和測試結果

2.3 下位機軟件設計

下位機程序使用C語言編寫，具有可移植性好的優點。程序流程圖如圖6。整個程序流程如下:DSP先對串口、定時器和IA6459的相關寄存器初始化，在視頻上疊加程序中設定的初始化界面，然后在主程序中判斷flag1==1?表示是否從上位機接收到數據。等待定時器10 ms中斷的到來，在定時器中斷中查詢串口接收事件，若接收到數據，接收標志flag1=1，并將接收到的數據記錄下來，判斷要疊加的字符是字母數字還是漢字，控制IA6459在視頻上顯示要疊加的字符，若字符疊加成功，則flag=1，下位機向上位機發送疊加成功信息，上位機上對應的疊加成功指示燈點亮。否則疊加失敗的指示燈點亮。

圖6 程序流程圖

3 與DSP5509的接口電路

IA6459與 DSP5509［7］只需要3根線連接，即CLK，DATA和，使用SPI［8］協議傳輸數據。圖7是DSP5509和IA6459的連接圖。

圖7 DSP與IA6459電路連接圖

4 測試結果

本字符疊加系統已經可以正常使用，通過編寫的可視化用戶界面，只需要在文本框中輸入要疊加的字符就可以將所要疊加的字符疊加到原始視頻上，所需疊加的字符可以正常顯示在屏幕的正確位置上，在外同步模式下，字符可以和輸入的視頻疊加，不影響原始視頻的顯示效果，字符顯示清晰，顯示效果如圖6(c)和圖6(d)。在內同步模式下，可以通過按鍵選擇字符疊加的4種背景顏色，選擇在屏幕上顯示不同的字符內容。能夠滿足安防系統、車站、廣場視頻顯示系統的字符疊加要求，成本低，操作簡便，性價比高，有廣泛的應用價值。

5 結束語

用DSP5509操作IA6459實現了在視頻上疊加字符，通過操作顯示存儲器(VRAM)實現了自定義字符的顯示。由于IA6459的指令操作模式有1-byte、2-byte和2-byte Contiguous 3種，其中的2-byte Contiguous模式用于操作VRAM，當要連續寫入自定義字符時，因為寫入數據需要改變，要注意1-byte、2-byte和2-byte Contiguous模式要交替使用，并且2-byte和2-byte Contiguous模式中第一字節和第二字節的間隔時間要大于等于2μs。在改變顯示的字符時，要先釋放內存，執行一條清屏指令，避免出現一些意想不到的顯示。

相比于國外的字符疊加芯片 MB90092，MAX7456，UPD6453等專用電路［9］，IA6459具有外圍電路簡單，性能可靠，操作方便，功能強大以及價格低廉的優點。目前本系統作為完整設備正在研制中。

［1］趙鳳怡.基于FPGA的圖像字符疊加器設計［J］.電子技術應用，2009(7):139～141.

［2］錢懷風.OSD芯片MB90092的原理及應用［J］.國外電子元器件，2005(1):52-55.

［3］深圳市天玖隆科技有限公司.IA6459 Datasheet［R］.

［4］NEC Electron Device.UPD6453 Datasheet［R］.

［5］黃燕群，李利品，王爽英.基于FPGA的OSD設計［J］.液晶與顯示，2010(25)3:429-433.

［6］閆露露，王容石子，尹繼武.基于AT89C51的數字集成電路測試儀的設計［J］.電子質量，2010(8):7-9.

［7］Texas Instruments Incorporated.TMS320VC55X系列DSP的CPU與外設［M］.彭啟宗，武樂琴，張艦，等譯.北京:清華大學出版社，2005:457-468.

［8］施根勇，黃世震.高速SPI接口在OSD中的應用［J］.電子器件，2012(2):227-231.

［9］張亞寒.視頻字符疊加器疊加芯片比較［J］.計算機與網絡，2011(18):60-62.

Design of a Displaying Video and Character System Based on OSD IA6459*

YAN Lulu，ZHENG Enrang*
(College of Electrical and Information Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China)

With the wide use of the on screen display technology，OSD equipments are welcomed bymany users.A displaying vedio and character system was designed.Based on DSP5509 as a cover，communicating with lower computer through the serial ports，and using the dedicated chip IA6459，a display controller was proposed for displaying texts and graphics on the TV screen.The system made of control circuit，overlay circuit between video and character and upper communication circuit.Control circuit contains DSP5509，upper computer communication circuit includes visual user interface compiled by Visual Basic.The interface circuit between IA6459 and DSP5509 is given.In the end，the system can superpose the desired characters on the video.

character on screen display;IA6459;DSP5509;upper computer

10.3969/j.issn.1005-9490.2014.01.026

TN873 文獻標識碼:A 文章編號:1005-9490(2014)01-0108-05

項目來源:陜西科技大學研究生教改、創新項目

2013-04-17修改日期:2013-05-09

EEACC:7260

閆露露(1989-)，女，漢族，陜西鳳翔人，陜西科技大學電信學院在讀碩士，主要研究方向為視頻信號的傳輸了，yanluyanhong@163.com;

鄭恩讓(1962-)，男，漢族，陜西鳳翔人，陜西科技大學電信學院、博士，教授，電力電子技術、智能控制，zhenger @sust.edu.cn。