视频处理asic芯片中的osd系统设计

视频处理asic芯片中的osd系统设计

0种可应用于多媒体和高端视频的osd系统设计屏幕展示（osd）是指在电视或监视器上叠加汉字和图形，并向用户提供友好的引擎接口的技术。随着各种平板电视的不断上市以及视频监控系统在银行、交通、治安等领域发挥越来越重要的作用,设计一个使用简单,功能丰富的OSD系统是非常有应用前景的笔者提出了一种可应用于DVD、高端数字电视和监视器的ASIC芯片中的OSD系统设计。该OSD系统集成于芯片之中,使用灵活,功能丰富,具有如下主要特点:1)可随时调整OSD图像在屏幕上的显示位置。2)OSD图像可在水平和垂直方向实现非线性的进行放大。3)OSD图像的行数和列数可自定义。4)支持1/2/4BPP(BitPerPixel)字符或图形的同时显示。5)单个字符或图形宽和高的加倍。6)支持32种显示颜色,可在1个4BPP字符或图形上同时显示16种颜色。7)1/2/4BPP字符或图形多种形式的透明和闪烁效果,且可自定义闪烁频率。8)字符或图形在左右方向显示阴影,且阴影颜色可自定义。9)字符或图形透明效果。1osd框架结构该OSD系统的结构图如图1所示。它是1个可编程的模块,上电时必须用微处理器(MCU)通过I2大小大小中amOSD系统内建了属性SRAM和字符点阵SRAM,大小分别为1k×32bit和1k×64bit。OSD片内SRAM控制电路最终将属性控制信息和字符点阵信息送给下一模块。2.1sram编码显示属性属性SRAM中每个地址内容的低10位是需要显示的字符或图形在字符点阵SRAM中的索引信息FONT_INDEX,高10位是1BPP字符点阵的背景和前景颜色索引信息,其他位是颜色查找表选择,字符BPP选择,字符宽度和高度倍增使能等显示属性。由于SRAM大小的原因,最多可以在屏幕上显示1024个字符或图形。显示字符的地址计算公式为_式中:2.2改进的字符存储结构字符点阵SRAM中存放的是字符和图形的点阵信息,用户可根据实际需要设计自己的点阵信息,最大支持宽高比为16×16的字符点阵,即点阵的宽为(16×假定设置1/2/4BPP字符点阵存储区起始指针分别为ADDR[0],ADDR[512],ADDR[768],存放16×16字符点阵。一般做法是,无论BPP值本文OSD使用改进的字符存储结构,如图3所示。Line表示点阵的行内容,在1BPP区,将SRAM地址内容分为4段,每段16bit,每段存放1BPP点阵的1行,这样1个16×16的1BPP点阵只需用到4个地址,而按照一般的存储方法需要16个地址。2BPP区点阵存放方式与1BPP区类似,将每个地址内容分为2段,每段32bit,每段存放2BPP点阵的1行,这样1个16×16的2BPP点阵只需要用到8个地址,而按照一般的存储方法需要16个地址。4BPP区字符存放方式不变。设点阵宽为=([1:0]是数据所在的SRAM地址中的段地址,于是字符行数据地址为_对于2BPP点阵,点阵占用的地址数为=([0]是数据所在的SRAM地址中的段地址,于是字符行数据地址为_对于4BPP点阵,字符行数据地址为_通过上述寻址方式,对于16×16点阵,SRAM利用率为100%;对于其他格式点阵,SRAM利用率也大大高于一般存储格式。在存放相同数量字符或图形时,改进的存储结构需要的SRAM面积更小,从而降低了硬件开销,节约成本。3多字符同步编码OSD逻辑控制电路根据视频行同步和场同步信号,在字符属性和全局属性控制下对单个字符或所有字符进行处理,最后将OSD图像与视频混合叠加。3.1逻辑控制电路字符属性对单个字符有效,如该字符具有双倍宽度属性,则逻辑控制电路对该字符点阵水平方向上的每个像素加倍;如具有双倍高度属性,则逻辑控制电路对该字符点阵垂直方向上的每个像素加倍;如具有闪烁属性,则逻辑控制电路通过显示该字符的开关信号使其在屏幕上有闪烁效果;如具有透明属性,逻辑控制电路将在该字符显示区域显示视频信号,字符还具有颜色查找表CLUT选择等诸多字符属性。单个字符可以同时具有这些属性,如1个字符或图形同时具有双倍宽度和高度属性,OSD图像上该字符的大小将是其他一般字符的4倍。3.2sram控制器信号转换电路全局属性对OSD中所有字符有效,如是否产生字符阴影,OSD图像在屏幕上位置,CLUT中颜色的设置,OSD图像的非线性放大等等。如图1中所示,非线性放大控制电路反馈水平方向和垂直方向上的控制信号给SRAM控制器,SRAM控制器根据这2个信号调整读取SRAM中数据的速度从而实现字符的非线性放大效果。这在实际应用中非常有意义,它让用户可以任意调整OSD图像的大小,满足不同要求。格式为12×10字符A水平放大1.33倍,垂直放大1.5倍的示意图如图4所示。3.3进行匹配的osd图像视频图像混合模块采用α混合(AlphaBlending)技术对视频和OSD图像按照α值混合叠加,通过设置不同的α值,可以实现不同透明程度的叠加该OSD系统具有非常丰富的全局属性和字符属性资源,通过设置合适的属性,可以显示出内容丰富的OSD图像。4fpga芯片本设计基于Xilinx公司ISE12.1进行验证,使用FPGA芯片为Virtex-5系列XC5VLX50T。利用该平台得到的效果图如图6所示,其α值为75%,行列数为20×12,可以看到OSD图像正常显示,达到预期效果。5/2/4bpp字符位点本文介绍了一款数字视频ASIC芯片中OSD系统的实现方案,该OSD系统使用灵活,功能丰富,图像可非线性放大,支持1/2/4BPP字符点阵显示,使用改进的字符点阵存储结构,大大提高了片内SRAM利用率,减少了硬件开销,