基于MAX7456的视频字符叠加系统设计

摘要+ 鉴于视频字符叠加在现实生活中有着巨大的实用性, 而一些传统专用芯片实现的视频字符叠加系统具有外围电路复杂、不便于嵌入式应用的缺点, 本文介绍了一种基于新型芯片 建的视频字符叠加系统, 给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法。经过在实验室中试验, 发现从监视器上显示的字符叠加效果良好, 相信能在实际中得到广泛应用。

通信理论与技术新发展

一第十

四届全国青通信学会议论文集年术

基于 ! %& 的视频字符叠加系统设计#张志华吴健学(武汉邮电科学研究院,

)湖北武汉%,

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摘!

要+鉴于视频字符叠加在现实生活中着巨大的实用性有、

而一些传统专用芯片实现的视频字,

符叠加系统具有外围电路复杂

不便于嵌入式应用的缺点,

本文介绍了一种基于新型芯片。

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构建的视频字符叠加系统,

给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法,

经过在,

实验室中验试关键词

发现从监视器上显示的字符叠加效果良好! # % &

相信能在实际中到广泛应用得

视频字符叠加

电路结构

软件设计

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耳刁

Μ视频字符叠加也即通常所说的 =. (4 3=,

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,

随屏显示 是在显示屏幕上的指定区域以,、、

一定的透明度显示指定的图像

、

符号或字符字符叠加在多媒体监控系统,

。

电视

、

?Φ

=

全球定位系统等

领域都有着广泛的应用像来自何处,

。

比如在视频监控系统中,

因切换的视频信号较多、

,

操作人员很难快速判别某一图

故需要在图像上

叠加相关信息如摄像机号。

汉字地名等、

,

要录像存档的图像有时还要叠加

上日期和时间,

实现字符叠加的电路结构一般包括视频同步信号处理视频叠加时钟电路和叠加字符信息处理等功Ω能单元它将存储在 4 !中的字符信息转变为可叠加在视频信号上的信息Λ随着集成电路的发展目。

、

,

前已有不少专用芯片集成了这些电路结构为视频字符的叠加带来了方便主流芯片有ΕΞ 8公司的 ΒΦ%%视频字符叠加型芯片> . &?% )> . Θ> . 和> . 以及复合视频叠加型芯片>?. 和?%,Λ%?% ,。、、

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,

ΨΗΛΖ=Η (富士通

公司基于 8 ! =工艺的专用视频字符叠加芯片 !Β,

等等然而这些年Θ月份推出

。

芯片都具有外围电路复杂的缺点% [

不便于嵌入到应用系统中 ! #Κ (美信 公司于 !。

摘要+ 鉴于视频字符叠加在现实生活中有着巨大的实用性, 而一些传统专用芯片实现的视频字符叠加系统具有外围电路复杂、不便于嵌入式应用的缺点, 本文介绍了一种基于新型芯片 建的视频字符叠加系统, 给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法。经过在实验室中试验, 发现从监视器上显示的字符叠加效果良好, 相信能在实际中得到广泛应用。

第%部分通信理论与技术一一一一一∴∴∴一∴∴∴一一一一

了一款视频字符叠加芯片 ! # &% ,,

,

该芯片集成了外同步视频驱动信号分离器,,,、

、

、

视频切换与、

ΞΞ? !,

等模块所需外围电路较少实现简单可自动识别Ε=8和? ]制信号适合在全球电视行业使用且ΖΚ用户可通过=?串行接口预加载自定义的& 个字符便于显示公司标识自定义图片时间与日期等符号信息鉴于这些优点。,

% 本文介绍了一种用 ! # &芯片实现字符叠加的设计方法

。

系统设计,

Θ

总体框图本设计实现%,

路视频的字符叠加系统总体框图如图Θ所示,,

。

上位机把用户操作指令与字符信息送到,

下位机的单片机中

由单片机通过软件编程来控制视频字符叠加模块进行字符叠加因此两者之间需加电平转换电路。,

由于上位机和单片机,

使用不同种类电平工作的外部电压,

为保证整个系统内部工作正常

需要滤除有损内部

所以在视频的输入和输出端都加有视频保护电路

,

上位机

电平理转拍幼欲位拍

点辍

户

图Λ字符叠加系统结构框图

,

视频字符叠加模块&视频字符叠加模块以 ! # % 芯片为核心。

单色随屏显示其内部结构和引脚ΩΠ⊥&信号如图所示复合基带视频信号输入到 ! # % 芯片后首先经过一个钳位电路产生一个直流偏置电平可方便片上同步检测和视频信号处理同时还可以消除低频噪声钳位电路的工作原理可见参 )〕考文献〔同步分离器可从视频信号中分离出行同步和场

同步并可用作字符叠加同步与失同步的检测,

该芯片提供单通道,

、

,

,

,

,

,

。

,

,

显示存储器中存储了%[

元

,

字符存储器是一个、

个字符地址叠加的字符或图片信息根据这些地址被存到字符存储器中相应单Κ &行 字节宽度的非易失存储器用户可通过=?串行通信接口对显示存储器%,。

,

_[每个字符由Θ行Θ列像素点组成每个像素点用比特数据表示 (表示 )种状态+白色黑色和透明 因此每个字符需要&个字节像素数据来存储 % . 0发生器产生 = .点阵像素的状态和是否叠加的控制信号 =.叠加器根据控制信号来选择输出视频信号还是输出 =.信

和字符存储器的内容进行编程

,

,

。

,

号

。

补偿电路可以通过较小的输出祸合电容来降低线路失真”加。,

。

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时钟称人

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图

! # %& 芯片内部及引脚结构

——

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,

摘要+ 鉴于视频字符叠加在现实生活中有着巨大的实用性, 而一些传统专用芯片实现的视频字符叠加系统具有外围电路复杂、不便于嵌入式应用的缺点, 本文介绍了一种基于新型芯片 建的视频字符叠加系统, 给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法。经过在实验室中试验, 发现从监视器上显示的字符叠加效果良好, 相信能在实际中得到广泛应用。

通信理论与技术新发展

一第十

四届全国青年通信学术会议论文集,

由于 ! # % 芯片本身有时钟信号输出所以%片 ! # % 芯片的时钟信号可采用菊链结构连&&

接即将前一个芯片的输出时钟作为后一个芯片的时钟输入荡器的个数号不对,,。

,

,

如图 )所示这样设计的好处是减少晶体振,,

降低成本在设计过程中为了避免由于某个芯片损坏而影响后面芯片工作在芯片,,,

,

和芯

片 )的时钟输入与输出端均加了一个短路电阻 (欧姆电阻 在测试过程中一旦发现芯片送出的时钟信可以把短路电阻接上让其他的芯片继续工作。

时钟输入时钟较出,才输入钟

班# %& 一Θ么

短路电阻

时钟渝出时钟输入

&∴拟Θ 生

短路电阻

时钟较出

联# %&

一

)

时钟输入时钟输出班# %& % ∴

图)

!叭# & %

芯片时钟菊链结构

, )

单片机控制模块,,

本设计选用的单片机型号为?[] 8 )?] 8 )是一款单片封装的微控制器适合于许多要求高?&[?&集成度低成本的场合可以满足多方面的

性能要求它采用了高性能的处理器结构指令执行时间只需、,。

,

到%个时钟周期,

,

倍于标准

[ 8&Θ

器件。

。

&同时?[]?8 )还集成了许多系统级的功能大大减少元件,

Ω%的数目和电路板面积并降低系统的成本⊥

Κ&在本设计中因为 ! # % 拥有=?口 (串行外围设备接口 而没有Η Ζ串口 (通用异步通信接口 ,

?8

机拥有

Η 又;

Κ串口而没有=?

口

,

而?] 8 )[?&,

Κ单片机既有=?

口。

,

又有Η 灯串口Κ

,

所以的接

[?

]?8 )&

&单片机主要充当上位机通过串口发送数据到 ! # % Ι,一

芯片的中介,

本系统中?[、

?]

8 )&

口电路如图%

所示 (图中只示出了用到的几个引脚 这里主要使用了串口,。

Ζ火 .

串口Ζ .和 .用于跟上位机通信通信遵循 = ) 8通信协议ΙΚ要是通过=?接口进行通信通信遵循=?总线通信协议这些通信可通过对单片机进行在系统Κ块之间主下载口。

Κ和 .=?接口和编程Ι而单片机与视频字符叠加模%、

编程来实现

,

从而使单片机对字符叠加的控制更加灵活方便,,

。

由于单片机需要控制,

&片 ! # %?,,、

芯片

,

Κ所以 0?通信采用单主机多从机的配置模式在设计中将单片机的四个引脚

? Θ

?, )

χ和&&分

&别连接到%片 ! # %上加了一个端口指示灯,

芯片的片选端

,

,Κ作为=?的片选接口为了方便观察与调试在单片机?Χ 引脚。

当单片机程序运行正常时指示灯闪烁正常,

。

Θ了&+& 二二+

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,

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Θ

?]=Κ8Σ Ι.

班&ΘΘ

图%

单片机接口电路

,%

视频保护电路视频保护电路可防止视频信号输入和输出端遭外部异常电压对电路板造成损伤。

,

每个视频输入和输出,,。

信号通过一个二极管正向接到电压端和一个二极管反向接到地端当端口电压过高时正向二极管导通 电流通过正向二极管释放端口电压为负时反向二极管导通电流通过反向二极管释放这样内部电,,,,

%

,

摘要+ 鉴于视频字符叠加在现实生活中有着巨大的实用性, 而一些传统专用芯片实现的视频字符叠加系统具有外围电路复杂、不便于嵌入式应用的缺点, 本文介绍了一种基于新型芯片 建的视频字符叠加系统, 给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法。经过在实验室中试验, 发现从监视器上显示的字符叠加效果良好, 相信能在实际中得到广泛应用。

第%部分通信理论与技术

路就不会因为外部异常电压而损坏,&

。

电平转换模块由于单片机系统使用的是ΖΖ]电平,

用高低电平表示逻辑状态,

,

但是

?8

机串行通信中一般使用的是,

0 )一

Μ,

通信协议

,

=

一

咒8是用正负电平来表示逻辑状态

两种电平不兼容

因此需要在两种电

平之间

进行转换

这里使用转换芯片

.

!

Ξ

很容易实现阎

。

)

软件设计软件系统主要由上位机 (?8机 软件和下位机 (单片机 软件构成两者一起完成系统时间,,,、

日期

的叠加字符信息内容的更换任意字符串位置的移动以及在多路视频之间进行自由切换下位机字符叠加控制程序包括写字符串显示字符串清字符串三个模块写字符串模块将上位机送来的字库点阵信,、、,

,

&息写到 ! # %芯片的控制,

芯片中的字符存储器中写完后打开显示使能开关 显示字符串模块通过对 ! # % &,,

实现字符叠加及显示属性的定义 清字符串模块主要完成字符存储器的擦除功能这几个模块都要特别注意对存储器地址的安排做好地址映射否则达不到正确叠加字符的目的间,,,

当某路视频需要更换叠加字符信息时整屏需要叠加的信息送入芯片进行叠加,。

,

通常是先通过清屏。

,

将视频图像中的原有字符全部清掉再把,,

然而这种方法容易造成闪屏的现象,

同时更新的速度也相应减慢,,

了很多无法满足大型监控系统的切换速度要求

其实芯片在对视频信号进行字符叠加的过程中除了而是叠加了透明字符,,

在需要叠加的地方叠加了字符信息之外

,

在不需叠加的地方并非没有叠加任何信息。

块法

,

只是表面上让人感觉到没有叠加信息从而既清除了原有的字符叠加信息。,

通过这一启示

本设计采用了写透明字符块来取代清屏的方,

,

达到了叠加新字符的目的

同时又跳过了清屏这一操作

解决了Θ

闪屏和更新速度慢的问题位,

上位机与下位机之间通过 = )一

8。

串口通信

,

= )一

8通信协议采用Θ。

位的数据帧格式

+

位起始

[

位数据位

,

Λ位或

位停止位本设计对传输帧内容定义如表Θ所示表Θ

串行通信数据帧格式数列表 (可变长 参’

]Κ (请求建立通讯链

接

,

Θ

字节

=Ζ ()

字节 。

用户数据块命令 ( 字节

事

Λ校验和 (字节

Ξ]Κ (请求释放通讯链接Λ字节

,

一次完整的通信过程描述如下 Λ

上位机首先发送控制字( ΙΨ 标志作为响应Ψ,,

砒Κ,

(。Ψ 汪

,

请求建立通讯链接,,

。

单片机在。

Ζ伽里∴

出(Ι

8Σ

或其他信号

表明连接成功通讯可以开始如果单片机不是回答 8Σ而是Ε Σ或上位机超过等待时间那么这次通讯尝试宣布失败经过三次失败的通

讯尝试,

Ξ 6

Κ

时间内必须发,

上位机停止发送

并给用户发出错误的提示信号,、

。

如果连接成功=

上位机开始把发送缓冲内的信息 (包括用户数据块和校验和 传输给单片机、

。

用

户数据块由

Ζ

命令字

参数列表三部分组成,

,

由于存在差错重传的问题。,

,

在用户数据块的开头加入 ),,

字节

命令字控制参数列表的内容其定义如表所示校验和是用户数据块内各字节的累加和对&求余用于对数据块的校验校验和β (数据块字节 Λδ数据块字节δ… ε& 单片机在数据字节与字节间用ΖΚ!几 6 时间等待如果超时则认为该ΞΧ。。

=

Ζ

作为用户数据的开始

让单片机容易识别用户数据块

,

,

数据包已经丢失单片机不发送并给用户发出错误提示信号。

,

8Σ

信息,

,

等待上位机的超时重发

。

如果三次不成功(4 Ι ,

,

上位机断开连接

)

如果缓冲内的信息全部发送完毕,

上位机向单片机发送控制字ΞΗ,

以标志通讯结束。

片机根据接收的数据块计算校验和

并和接收的校验和比较

判断接收数据是否正确

如果正确

,

单下位机% Θ

。

摘要+ 鉴于视频字符叠加在现实生活中有着巨大的实用性, 而一些传统专用芯片实现的视频字符叠加系统具有外围电路复杂、不便于嵌入式应用的缺点, 本文介绍了一种基于新型芯片 建的视频字符叠加系统, 给出了该系统的硬件电路设计及其软件设计方法。经过在实验室中试验, 发现从监视器上显示的字符叠加效果良好, 相信能在实际中得到广泛应用。

通信理论与技术新发展

一第十

四届全国青年通信学会议论文集术

Κ∴需要在Ζ !Ξ通讯错误。

4 6Ξ Κ

时间内发送

ΜΣ

信号表明通讯成功同意释放通讯链接否则以Ε Σ信号告知,,,

表命令字字ΘΔΔ ΔΧΔ

命令字的定义功能说明

参数列表长度 (字节 &%% &&Λ

发送字符串命令发送字符串对应屏幕Ι和Α坐标命令令发送时间命令发送日期命令

)Δ

%Δ&ΔΔ

发送视频通道切换命令

%

结束语本文设计的字符叠加系统,

实现了在多路视频视频图像中任意位置进行日期软件实现容易显示编辑功能强、、、

、

、

时间和其他字符的叠,

加

,

该系统不仅硬件电路简单,

、

可靠性高

、

灵活性好

并能提供友好的。

用户操作人机界面

适合在多媒体

监控系统

、

电视

、

?Φ=全球定位系统等众多领域广泛应用

参考文献Ω Υ&⊥’ )ΩΛΘ⊥

卞爱琴.:<:

,

张金艺

,

何建波视频字符叠加芯片及应用闭电视技术,,

,

,

,

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田雁

曹剑中等视频监控系统中双路视频字符叠加器设计与实现闭光子学报)

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4

张继民动态字库的视频字符叠加器设计切电光系统

,

+

& &∴[

作者简介张志华,

男

,

Θ[%

年生

,

湖北武汉人

,

武汉邮电科学研究院在读硕士研究生主要研究方向为图处理像,,,

、

视频监控 吴健学男,

,

武汉邮电科学研究院副教授研究生导师

%