基于Actel FPGA的OSD字符叠加方案

OSD(On Screen Display)即在屏显示系统，是应用在电视机或监视器上，在屏幕上叠加字符信息或特殊的图形，让使用者得到一些讯息的屯子装置。近年来随着市场经济的飞速发展，视频监控系统在银行、路桥监控、水利、航运交管、大型企业、治安、消防、小区安防、可视对讲、智能小区信息发布等领域中发挥着越来越重要的作用。OSD面向用户提供友好的人机界面。被广泛应用于视频监控系统、数据采集显示、信息发布等各种领域。

采用Actel FPGA实现的OSD方案具有低成本、高可靠性和可定制的特点。Actel FPGA采用Flash架构，具有掉电非易失的特点，一且完成编程后，配置数据就会成为FPGA结构的固有部份，无需配置芯片，使得系统成本更加低廉。Actel Flash架构的PPGA对固件错误有很好的免疫作用，使得系统可以工作在环境较为恶劣或稳定性要求比较高的场合。可定制的特点是采用Actel FPGA实现OSD方案的一大亮点，体现了设计的灵活性。产品的灵活性是检验产品在市场中的生存标准之一。采用Actel FPGA实现OSD方案时可以定制不同的通信接口和视频叠加的通道数目，能够根据不同的应用需求来定制显示字符的字体和大小。

1，基于Actel FPGA的OSD方案介绍

(1)方案简介

目前周立功单片机发展有限公司开发的基于Actel FPGA实现的OSD方案可在PAL制式或NTSC制式的视频信号上无质量损失地叠加GB2312汉字、ASCII字符和其它特殊字符信息。所叠加的字符支持16×16的全角字符和8×16的半角字符，同时支持全角字符与半角字符的混排显示与自动换行显示。叠加的字符的实体为白色，边框为黑色，增加黑色边框有助于在视频信号亮度较高时能清楚地显示字符。该OSD方案具有如下特征：

·实现单路的视频字符叠加，可根据用户需求定制叠加的视频通道数：

·支持Flash最大为IMB，可以存放8192个16×16大小的汉字，可根据用户需求定制字库的大小：

·显存采用32KB－SRAM，最多可以显示352个16×16大小的字符，可根据用户需求定制显存大小：

·MCU与OSD模块的通信接口采用SPI接口，降低程序设计的复杂程度，可根据用户需求定制通信接口：

·系统成本低，整个系统根据用户的需求可选择小容量SRAM和串行Hash以及6万门ActelFPGA，达到高性价比的目的：

·兼容NTSC制式和PAL制式：

·可显示GB2312汉字集、ASCII字符集和所有全、半角标点符号以及其它特殊符号，支持用户自定义的LOGO显示：

·内部集成制表符，支持叠加表格信息：

·字符显示、清屏、闪烁等操作仅由七个指令就可完成，同时提供所有操作函数，用户无需熟悉内部结构和字库就能熟练进行编程，方便MCU程序的开发：

(2)基于Actel FPGA的OSD的组成框圈

0sD模块的组成如图1所示。OsD模块主要由FPGA、SRAM、FLASH和行场同步分离器件组成。其中，主控器件采用Actel公司第三代Flash架构、容量为6万门的FPGA。采用FPGA作为主控器件具有良好的灵活性。可根据用户需求来定制通信接口、视频叠加的通道数以及字体大小。同时，Actel PPGA具有的固件免疫特性使得系统可以工作在户外、工业控制场合以及较恶劣的环境中。

在电视系统中，为了能够正确地重现图像。要求收端与发端同步扫描。只要扫描频率相同、起始相位相同，收端就可以重现发端图像，因此需要在图像信号中加人行场同步信号保证收端和发端能够同步。要在视频上叠加字符就必需要获得与发端同频同相的同步信号，因此需要行场同步分离器件将发送端的同步信号分离出来，摄像头输出的视频信号经过行、场同步分离器件分离出行同步信号和场同步信号。FPGA根据行同步信号和场同步信号确定屏幕的坐标，根据Mcu发送的数据在屏幕上指定的坐标处叠加字符信息或执行清屏、闪烁等动作。

Flash和SRAM同样也是OSD中重要的组成部份。Flash用于存储字库，字库中存储字符点阵的多少决定了所能叠加字符的数量。采用SPI接口的Flash操作时序简单，同时又能节省FFGA的I／O资源。当需要更换字库时可将字库直接下载到Flash中或直接替换存储有字库信息的Hash器件即可，这样可以满足不同应用和成本上的需求，扩展性好。

SRAM作为显示缓存，存储着需要在视频上叠加的字符信息。当FPGA内部行、场计数器计数到指定的行和列时输出SRAM中的数据流就可以在屏幕上显示相应的字符信息。SRAM同样也可根据不同的应用需求选择不同的容量用以满足不同应用和成本上的需求。

(3)OSD模块的引脚

在具体应用时，用户所需要关心的引脚，并需要提供给OSD模块的信号包括通信接口信号和视频信号，其它的引脚用户可以不用关心。OSD模块的引脚描述如图2所示。

用户仅需要关心的引脚是OsD模块与外部通信的五个引脚，分别是复位信号Reset、SPI接口的片选信号ss、SPI接口的时钟线SCK~SPI接口的数据信号MOSI。其它引脚描述如表l所示。

(4)OSD模块的通信接口

OSD模块与外部MCU的通信接口采用sPI接口方式。OSD模块与外部MCU的时序比较简单，sPI通信方式采用模式O方式，只需提供主机到从机的数据即可。SPI的通信协议如图3所示。

外部MCu与OSD模块通信时只需要提供ss、SCK和MOSI信号线，当片选信号有效时FPGA在每个scK的上升沿对MCU输出的MOSI信号进行采样。高位在前，低位在后。采用SPI接口的遥信方式使得对OSD模块的操作变得简单。

外部Mcu对OSD模块的操作通过发送命令的方式执行。OSD模块仅提供七个指令就可以执行包括显示、清屏、闪烁在内的所有操作，用户无需了解字符叠加芯片和字库的组成情况就能熟练地进行编程操作，方便MCU程序的开发。

(5)OSD横块的字库

字库是OsD模块中的重要组成部份，字库中存储的字符数量和字符的组织形式决定了字库是否简单易用。在OSD模块中。字库以二进制BIN文件的格式存储在sPI接口的Hash中。用户可以根据不同的需求来定制字库大小，字库中字符点阵大小和其它图标以及特殊符号。周立功公司提供的字库生成软件如图4所示，用户可以通过该软件生成字库文件。

2，应用场合

OSD被广泛应用于视频监控以及信息发布领域，如高速球中的字符叠加、闭路电视监控系统、工业控制视频监控中的数据采集显示及信息显示、视频矩阵、智能云台解码器的字符叠加、点钞机字符叠加器、收费站视频字符叠加器、温温度视频字符叠加器、数字罗盘字符叠加器、客车视频广告以及智能小区的可视系统短讯发布等。采用Actel FpGA实现的OSD方案具有可靠性高、灵活性好、可由用户的需求来定制字库大小、字符大小和视频通道等优势。如图5所示。

3，小结

本文主要介绍了基于Actel FPGA的JOSD实现方案与应用，方案成熟稳定。同时Actel PPGA低功耗、低成本、上电即行、固件错误免疫等诸多优良特性将为您的产品带来更强大的生命力。更多信息请关注周立功公司的网站获得更多的信息。我们有着一个接近30人的FPGA团队提供强有力的售后服务和技术支持，解决用户在产品使用和研发过程中遇到的困难。若有更多的需求可以与我们联系，我们将会竭诚为您服务，敬请关注下期的FPGA专题技术讲座。