視頻處理asic芯片中的osd系統(tǒng)設(shè)計(jì)

視頻處理asic芯片中的osd系統(tǒng)設(shè)計(jì)

0種可應(yīng)用于多媒體和高端視頻的osd系統(tǒng)設(shè)計(jì)屏幕展示（osd）是指在電視或監(jiān)視器上疊加漢字和圖形，并向用戶提供友好的引擎接口的技術(shù)。隨著各種平板電視的不斷上市以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)在銀行、交通、治安等領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用,設(shè)計(jì)一個(gè)使用簡(jiǎn)單,功能豐富的OSD系統(tǒng)是非常有應(yīng)用前景的筆者提出了一種可應(yīng)用于DVD、高端數(shù)字電視和監(jiān)視器的ASIC芯片中的OSD系統(tǒng)設(shè)計(jì)。該OSD系統(tǒng)集成于芯片之中,使用靈活,功能豐富,具有如下主要特點(diǎn):1)可隨時(shí)調(diào)整OSD圖像在屏幕上的顯示位置。2)OSD圖像可在水平和垂直方向?qū)崿F(xiàn)非線性的進(jìn)行放大。3)OSD圖像的行數(shù)和列數(shù)可自定義。4)支持1/2/4BPP(BitPerPixel)字符或圖形的同時(shí)顯示。5)單個(gè)字符或圖形寬和高的加倍。6)支持32種顯示顏色,可在1個(gè)4BPP字符或圖形上同時(shí)顯示16種顏色。7)1/2/4BPP字符或圖形多種形式的透明和閃爍效果,且可自定義閃爍頻率。8)字符或圖形在左右方向顯示陰影,且陰影顏色可自定義。9)字符或圖形透明效果。1osd框架結(jié)構(gòu)該OSD系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。它是1個(gè)可編程的模塊,上電時(shí)必須用微處理器(MCU)通過I2大小大小中amOSD系統(tǒng)內(nèi)建了屬性SRAM和字符點(diǎn)陣SRAM,大小分別為1k×32bit和1k×64bit。OSD片內(nèi)SRAM控制電路最終將屬性控制信息和字符點(diǎn)陣信息送給下一模塊。2.1sram編碼顯示屬性屬性SRAM中每個(gè)地址內(nèi)容的低10位是需要顯示的字符或圖形在字符點(diǎn)陣SRAM中的索引信息FONT_INDEX,高10位是1BPP字符點(diǎn)陣的背景和前景顏色索引信息,其他位是顏色查找表選擇,字符BPP選擇,字符寬度和高度倍增使能等顯示屬性。由于SRAM大小的原因,最多可以在屏幕上顯示1024個(gè)字符或圖形。顯示字符的地址計(jì)算公式為_式中:2.2改進(jìn)的字符存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)字符點(diǎn)陣SRAM中存放的是字符和圖形的點(diǎn)陣信息,用戶可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)計(jì)自己的點(diǎn)陣信息,最大支持寬高比為16×16的字符點(diǎn)陣,即點(diǎn)陣的寬為(16×假定設(shè)置1/2/4BPP字符點(diǎn)陣存儲(chǔ)區(qū)起始指針分別為ADDR[0],ADDR[512],ADDR[768],存放16×16字符點(diǎn)陣。一般做法是,無論BPP值本文OSD使用改進(jìn)的字符存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),如圖3所示。Line表示點(diǎn)陣的行內(nèi)容,在1BPP區(qū),將SRAM地址內(nèi)容分為4段,每段16bit,每段存放1BPP點(diǎn)陣的1行,這樣1個(gè)16×16的1BPP點(diǎn)陣只需用到4個(gè)地址,而按照一般的存儲(chǔ)方法需要16個(gè)地址。2BPP區(qū)點(diǎn)陣存放方式與1BPP區(qū)類似,將每個(gè)地址內(nèi)容分為2段,每段32bit,每段存放2BPP點(diǎn)陣的1行,這樣1個(gè)16×16的2BPP點(diǎn)陣只需要用到8個(gè)地址,而按照一般的存儲(chǔ)方法需要16個(gè)地址。4BPP區(qū)字符存放方式不變。設(shè)點(diǎn)陣寬為=([1:0]是數(shù)據(jù)所在的SRAM地址中的段地址,于是字符行數(shù)據(jù)地址為_對(duì)于2BPP點(diǎn)陣,點(diǎn)陣占用的地址數(shù)為=([0]是數(shù)據(jù)所在的SRAM地址中的段地址,于是字符行數(shù)據(jù)地址為_對(duì)于4BPP點(diǎn)陣,字符行數(shù)據(jù)地址為_通過上述尋址方式,對(duì)于16×16點(diǎn)陣,SRAM利用率為100%;對(duì)于其他格式點(diǎn)陣,SRAM利用率也大大高于一般存儲(chǔ)格式。在存放相同數(shù)量字符或圖形時(shí),改進(jìn)的存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)需要的SRAM面積更小,從而降低了硬件開銷,節(jié)約成本。3多字符同步編碼OSD邏輯控制電路根據(jù)視頻行同步和場(chǎng)同步信號(hào),在字符屬性和全局屬性控制下對(duì)單個(gè)字符或所有字符進(jìn)行處理,最后將OSD圖像與視頻混合疊加。3.1邏輯控制電路字符屬性對(duì)單個(gè)字符有效,如該字符具有雙倍寬度屬性,則邏輯控制電路對(duì)該字符點(diǎn)陣水平方向上的每個(gè)像素加倍;如具有雙倍高度屬性,則邏輯控制電路對(duì)該字符點(diǎn)陣垂直方向上的每個(gè)像素加倍;如具有閃爍屬性,則邏輯控制電路通過顯示該字符的開關(guān)信號(hào)使其在屏幕上有閃爍效果;如具有透明屬性,邏輯控制電路將在該字符顯示區(qū)域顯示視頻信號(hào),字符還具有顏色查找表CLUT選擇等諸多字符屬性。單個(gè)字符可以同時(shí)具有這些屬性,如1個(gè)字符或圖形同時(shí)具有雙倍寬度和高度屬性,OSD圖像上該字符的大小將是其他一般字符的4倍。3.2sram控制器信號(hào)轉(zhuǎn)換電路全局屬性對(duì)OSD中所有字符有效,如是否產(chǎn)生字符陰影,OSD圖像在屏幕上位置,CLUT中顏色的設(shè)置,OSD圖像的非線性放大等等。如圖1中所示,非線性放大控制電路反饋水平方向和垂直方向上的控制信號(hào)給SRAM控制器,SRAM控制器根據(jù)這2個(gè)信號(hào)調(diào)整讀取SRAM中數(shù)據(jù)的速度從而實(shí)現(xiàn)字符的非線性放大效果。這在實(shí)際應(yīng)用中非常有意義,它讓用戶可以任意調(diào)整OSD圖像的大小,滿足不同要求。格式為12×10字符A水平放大1.33倍,垂直放大1.5倍的示意圖如圖4所示。3.3進(jìn)行匹配的osd圖像視頻圖像混合模塊采用α混合(AlphaBlending)技術(shù)對(duì)視頻和OSD圖像按照α值混合疊加,通過設(shè)置不同的α值,可以實(shí)現(xiàn)不同透明程度的疊加該OSD系統(tǒng)具有非常豐富的全局屬性和字符屬性資源,通過設(shè)置合適的屬性,可以顯示出內(nèi)容豐富的OSD圖像。4fpga芯片本設(shè)計(jì)基于Xilinx公司ISE12.1進(jìn)行驗(yàn)證,使用FPGA芯片為Virtex-5系列XC5VLX50T。利用該平臺(tái)得到的效果圖如圖6所示,其α值為75%,行列數(shù)為20×12,可以看到OSD圖像正常顯示,達(dá)到預(yù)期效果。5/2/4bpp字符位點(diǎn)本文介紹了一款數(shù)字視頻ASIC芯片中OSD系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)方案,該OSD系統(tǒng)使用靈活,功能豐富,圖像可非線性放大,支持1/2/4BPP字符點(diǎn)陣顯示,使用改進(jìn)的字符點(diǎn)陣存儲(chǔ)結(jié)構(gòu),大大提高了片內(nèi)SRAM利用率,減少了硬件開銷,