近年來，數字視頻監(jiān)控系統在銀行、高速公路、樓宇等各個領域取得了廣泛的應用。在數字視頻監(jiān)控系統中，OSD(On Screen Display)技術是不可或缺的部分。OSD為用戶提供友好的人機界面，能夠使用戶獲得更多的附加信息。
系統構成
本文介紹的系統是基于TI DSP TMS320DM643與FPGA的完整視頻監(jiān)控系統，支持1路視頻的輸入和1路視頻輸出，此外還提供網絡接口。
視頻輸入采用TI的高性價比視頻解碼器TVP5150A來實現，TVP5150A可實現兩路復合視頻輸入或一路S-video視頻信號的采集。通過I2C進行寄存器配置，輸出數字視頻信號遵循ITU656標準。
TVP5150A解碼后的數字視頻信號通過DM643的視頻端口1傳送給DSP，由DSP進行必要的視頻處理，由網絡接口輸出給遠端設備。另一方面，DM643把從網絡接收的視頻數據處理后，通過視頻端口2，經過FPGA，由SAA7105顯示輸出，具體結構如圖1所示。
輸出部分采用SAA7105實現。SAA7105是NXP公司的一款高性能視頻編碼器，可提供復合視頻輸出、VGA視頻輸出以及HDTV高清視頻信號的輸出。SAA7105的控制也通過I2C實現，接收復合ITU656標準的數字視頻信號。
視頻處理部分采用的是TI的DSP TMS320DM643來實現。DM643主頻可達600MHz，有2個20位的視頻端口，視頻端口支持BT.656、Y/C等數字視頻接口，DM643還集成了網絡MAC，可實現網絡接入。
硬件性能的發(fā)展速度總是很難滿足軟件的需求。在視頻處理越來越復雜的應用中，DSP承擔著繁雜的視頻處理任務，資源變得非常緊張，所以在本系統設計中，采用了FPGA實現OSD的設計，可以減輕DSP的負擔。
OSD實現部分選用的是賽靈思公司的XC3S250E。XC3S250E是賽靈思SPARTAN-3E系列的FPGA，有25萬個邏輯門。
圖1 基于TMS320DM643與FPGA的完整視頻監(jiān)控系統架構示意圖
OSD實現
SAA7105無法實現OSD功能，而由XC3S250E來實現。主控芯片DM643只需要通知FPGA要顯示的內容和位置，具體的工作由FPGA執(zhí)行。OSD的邏輯框圖如圖2所示。
圖2 OSD功能框圖
OSD FPGA通過EMIFA從DSP DM643接收OSD數據和控制指令，通過DSP的視頻端口1接收視頻數據，并將OSD的信息疊加到視頻數據上，輸出給視頻編碼器SAA7105。OSD的各功能模塊描述如下。
地址譯碼模塊的數據端口與DSP DM643的EMIFA低32位數據接口，接收DM643發(fā)出的數據與控制信息，這些數據和控制信息是DM643發(fā)出的原始32位數據。地址譯碼模塊將接收到的OSD數據，如OSD的內容等，以32位數據格式放入到FPGA的內部FIFO中。而控制信息主要是通過一組控制寄存器對OSD實現控制。
與DSP直接連接的模塊還有視頻接口模塊。視頻接口模塊與DSP的視頻端口2相連，存儲來自DSP視頻端口的數據與控制信息。這些控制信息被直接傳輸給OSD多路控制模塊，同時控制信息也直接控制視頻解碼器SAA7105。
OSD控制邏輯把從控制寄存器組得到的控制信息輸出到OSD的各個功能模塊，實現對OSD的控制。寄存器組主要分為兩個部分：一是異步寄存器組，向OSD發(fā)送如復位、OSD使能和選擇數據寬度的控制信息；另一個是同步寄存器組，主要控制OSD的位置信息。
OSD解碼模塊根據控制邏輯的控制信息，從FIFO中取出要顯示的數據，以與視頻數據同步的方式輸出到OSD CLUT模塊。從FIFO中獲得的數據是原始的DSP 32位數據，而OSD CLUT模塊需要的數據是8/16位的，所以OSD解包模塊需要以一定的規(guī)則將32位數據解包，以視頻端口的頻率將32位數據以8/16的寬度傳輸給OSD CLUT模塊。
FIFO模塊的另外一個功能是向DMA事件發(fā)生器模塊傳遞FIFO的狀態(tài)信息，如FIFO滿或FIFO空。DMA事件發(fā)生器監(jiān)控這些事件，如果發(fā)生，則以中斷的模式發(fā)送給DM643，以實現對FIFO的正確讀寫操作。
OSD CLUT模塊為從OSD解包模塊接收的每個象素的數據查找YCbCr的對應值，并控制這些OSD CLUT數據的輸出順序。這種轉換關系是由DSP通過24位的數據端口傳送過來的。OSD CLUT模塊的數據直接輸出給OSD多路控制器模塊。
OSD多路控制模塊根據從OSD CLUT模塊接收到的Alpha控制位確定輸出視頻數據，如果當前為OSD信息，即Alpha控制位有效，則輸出OSD數據給數據轉換模塊。否則，輸出從視頻接口模塊接收的原始視頻數據，以此來實現OSD功能。
OSD多路控制器輸出的數據并沒有直接送給視頻解碼器，而是通過數據轉換模塊，根據具體的應用條件，進行必要的數據格式轉換。由SAA7105的接口時序可知，當SAA7105配置為復合視頻輸出時，其要求的數據為單時鐘沿數據，此時數據轉換模塊不作任何工作，將從OSD多路控制模塊接收的數據原封不動地傳輸給SAA7105；如果SAA7105配置為VGA或HDTV輸出模式時，需要雙時鐘沿數據，此時數據轉換模塊將從OSD控制器接收到的單時鐘沿數據轉換成雙時鐘沿數據，輸出給視頻解碼器SAA7105。
由此可見，FPGA完成了OSD的所有工作。如果要顯示OSD內容，DM643只需要通過EMFIA口向FPGA發(fā)送控制指令即可，這些指令當然包括OSD的內容及位置信息。
OSD控制
由XC3S250E實現的OSD設計根據接收到的OSD位置及內容信息進行OSD顯示，對OSD顯示的內容沒有任何限制，非常靈活方便。下面以OSD漢字顯示為例說明OSD的控制操作。
要正確的顯示漢字，就必須將輸入的漢字內碼轉換成對應的區(qū)位碼。這一功能我們通過函數Uint32 Code_Converse(unsigned char *CodeNPointer)，其輸入為指針，指向要轉換漢字。返回值為該漢字對應的區(qū)位碼。OSD的顯示由函數OSDHZ-Display實現：
其中，Uint8 *pFrame為OSD輸出的Buffer緩沖區(qū)；Uint32 pitch為每行顯示的象素值；OSDUTIL_Point *loc為第一個字符的顯示位置；Uint32 CodeQ為要顯示漢字的區(qū)位碼；OSDHZ-Font *font為顯示漢字所用的字體；Uint8 fgColor顯示漢字的前景色；Uint8 bgColor顯示漢字的背景色。
所以，如果需要顯示漢字，只需要將漢字進行必要的碼制轉換，然后將轉換后的區(qū)位碼，給出顯示的位置，輸出給OSD FPGA即可。當然要顯示漢字，漢字字庫是必不可少的。
