简论视频芯片中的OSD核的设计及FPGA的实现

1、简论视频芯片中的OSD核的设计及FPGA的实现摘要:本文从视频芯片的OSD核的设计、OSD核硬件的实现、OSD核的软件设计三个方面探讨了视频芯片中的OSD核的设计及FPGA的实现方法。关键词:视频芯片OSDFPGA1视频芯片的OSD核的设计1.1OSD与FPGA随着网络技术的发展，高清晰电视、视频电话等终端视频设备的出现,传播视频的格式也达到增加。在不同的设备之间需要视频格式的转换，在此需求下视频格式转换芯片就成为了视频技术的发展新方向。此过程中OSD技术也随着发展起来，此种技术是利用在屏幕上显示特定的字或者图像来完成人机交互的过程，让使用视频的用户获得相关的基本信息，如在电视屏幕上显示遥控其

2、菜单等。OSD技术的实现通常利用单片机来实现，但是因为单片机的功能相对简单，而视频功能需求较为复杂，加之周边的硬件电路较为复杂，从而会增加系统的成本;另外,因为OSD技术对同步时序的要求十分严格，因为视频操控往往需要精确的同步性，而采用单片机控制往往会造成时序延时。在研究中发现OSD技术可以采用专业的字符显示和处理芯片来实现功能其优势是电路设计简单使用方便，其弱点是叠加多字符或者复杂图像的时候实施困难，灵活性差。而采用FPGA实现OSD技术就可以克服其弱点，不仅仅可以实现多文字字符和图像的叠加，而电路可以最大限度的得到简化。同时，还可以通过对FPGA的源代码进行修改而完成各种形式的叠加，灵活性

3、也得到了提高。1.2系统工作的原理本文在分析中利用黑白视频信号为例，进行模拟与试验。黑白视频信号通常可以分为三个各部分，图像信息、同步脉冲信号、消隐脉冲信号。按照规定其消隐的电压为0V参考值，图像信号电压的幅值为0.7V,同步信号的电压值则为0.3V,在零电平的条件下。视频同步信号的字符叠加信号必须经过必要的分离器件，以此获得同步于视频信号的行信号与场信号。要对OSD技术的工作原理节进行分析和了解，首先应从屏幕上的白点叠加进行分析。其叠加原理是：在场正程时段和行信号正脉冲时段，在行信号的位置上图像信号位置叠加一个脉冲信号，其脉冲的电压幅值就可以决定其亮度，而脉冲信号和宽度就决定了亮点宽度。字符

4、或者图像则是利用这些白点组成的，从这个原理上看字符图像叠加的原理是在原始信号上进行特定的电压信号叠加，并利用特定的时间将其显示在屏幕的特定位置上与原始信号同时出现。因此在OSD设计的时候应克服以下几个问题。获得需要显示的字符库或者图像的基础数据；(2)如何精确的现实白点”的位置，也就是对行信号进行精确的定位，最终形成一个字符和图像的点阵，并赋予其准确的时序性；(3)如何在字符或者图像叠加是混入电压信号。在实际的设计过程中前面两个问题可以通过FPGA技术完成,最后的问题则利用模拟电路实现。2OSD核硬件的实现在设计实现的过程中需要构建数字电路和模拟电路，这就是系统的硬件系统。数字电路的构成主要是

5、FPGA和DSP两个部分。OSD控制核设置在FPGA当中,输出叠加功能需要点阵时序；DSP则是系统的上位机”，辅助处理数据。在FPGA的RAM容量可以按照屏幕显示图像、字符的数量和点阵的格式进行初步的分析和计算，如果采用集成芯片作为你内边处理核心则可以保证系统有足够的资源完成FPGA的功能。如前面分析的最后系统实现模拟视频信号的处理必须以模拟电路完成，所以在此应搭建模拟处理电路完成最后的叠加。其模拟电路包括以下几个。对视频信号进行归零，当视频信号的消隐电平不能处在零电位的时候，如果电价字符就会对原有的图像信息产生破坏，所以需要对输入的视频信号进行归零处理，如采用归零芯片(EL4089)等完成此

6、项工作。对同步视频信号进行分离,FPGA的OSD控制核心需要视频具有同步的行信号与同步的场信号来完成计算，而视频同步分离是必要的工作内容，视频同步分离可以采用芯片完成，即对行信号、场信号完成处理，获取同步信号。字符电平的叠加，如前所述，叠加电平是为了获得对屏幕上显示效果的控制，如叠加白色字符是利用0.7V电平而黑色字符则是0.1V,因此要实现多色彩的字符显示就需要复杂的电平叠加，因此叠加电平的电路是十分复杂的。信号通道开关，在叠加的过程中为了保证输入是可控的，就需要在原始视频和叠加电平之间设置开关，即利用芯片完成对其控制，并实现高速开关；以此完成叠加的输入和退出。3OSD核的软件设计在实现OS

7、D的过程中还需要对其进行程序化的控制，即完成复杂的字符与图像的叠加，不能仅仅依靠硬件芯片完成，也需要复杂的软件程序来完成。3.1字符数据的控制在屏幕上现实字符图像主要是以点阵的形式出现，如设计字符的点阵方式为多个正方形方格构成。在字符点显示的过程中，程序将特定的字符信息保存在相应的存储器的特定位置上，即形成一个字符的地址,在人机交互的时候，向视频终端发出一个特定的指令，此时系统就会调用相应的字符的地址，而此地址往往设置为菜单”的首个字符位置,在此过程中访问程序仅仅访问的是首个字符的地址然后在根据其偏移量完成对数据库中字符的调用，即获得了某一个字符全部数据，并完成显示。3.2确定现实位置在获得字

8、符信息后，就需要对其显示的位置进行选择和平衡。此时在源代码中对位置的两个方向,X、Y进行计数，并将基本数据信息输入到硬件系统中，在此过程中显示终端的像素点和X、Y方向上的行信号、场信号完成叠加，然后软件就会按照其基本信息对屏幕上的像素点位置进行定位，这样就完成了对字符显示位置的定位，并获得较为合理的显示位置或者按照指令完成菜单”移动和调整。4结语视频芯片中OSD控制核心是十分重要的人机交互基础，即利用硬件和软件对对行信号、场信号、时钟信号的控制，实现菜单”的显示和控制。在这一过程中如果单纯的依靠硬件完成将十分复杂，因此利用FPGA技术来实现是一种较为灵活而方便的技术措施。参考文献王艳艳，郅晨.基于TMS320DM