在監(jiān)視系統(tǒng)或視頻提示系統(tǒng)中有一項(xiàng)重要的技術(shù)就是在視頻信號中混入字符,，從而在屏幕的特定位置上實(shí)現(xiàn)與圖像信號的同時顯示。這樣既可以為測量設(shè)備提供必要的提示信息,，作為數(shù)據(jù)分析與解算的依據(jù),；也可以在視頻監(jiān)控系統(tǒng)中加上日期、時間等,，有效地防止在監(jiān)控端高科技人員的故意造假行為,，保證遠(yuǎn)程監(jiān)控的真實(shí)性與可靠性。
字符疊加系統(tǒng)有兩種實(shí)現(xiàn)方案,，一種是搭建視頻疊加的主要電路,，如場分離電路，顯示內(nèi)存,，時鐘振蕩電路等,，這種方法在實(shí)現(xiàn)上比較繁瑣，又因分立元件較多而降低了系統(tǒng)的穩(wěn)定性,；另一種是使用專用的字符疊加器件實(shí)現(xiàn),，這種方案元件數(shù)量少、電路簡單容易實(shí)現(xiàn),、系統(tǒng)穩(wěn)定性好,。
目前視頻字符疊加器件主要有日本NEC公司生產(chǎn)的μPD6453，該器件成本較低，但控制字符內(nèi)容和位置的靈活性較差,；韓國三星公司生產(chǎn)的KS5514B-XX系列的字符疊加器件,，可方便顯示日文，韓文,，英文,，但使用復(fù)雜、不支持中文的顯示,；日本FUJITSU公司的MB90092字符疊加器件,，使用方便、靈活性好,，但需外接視頻分離電路,，字符存儲器等；美國美信公司推出的MAX7456字符疊加器件,，內(nèi)部集成視頻分離電路，字符存儲器,，而且可方便以任意字符,、尺寸顯示所需信息，硬件設(shè)計更簡單,，成本更低,，易于滿足實(shí)際需要。因此這里給出一種基于MAX7456的字符疊加系統(tǒng)設(shè)計方案,。
1 系統(tǒng)設(shè)計
1．1 MAX7456簡介
MAX7456視頻疊加器件是單通道,、單色隨屏顯示(OSD)發(fā)生器，內(nèi)部集成了視頻驅(qū)動,、同步分離器,、視頻開關(guān)以及EEPROM，采用符合NTSC和PAL制式的256個用戶可編程字符,，能夠方便地以任意字符,、尺寸顯示各種信息，預(yù)先裝載了256個字符和圖形,，并可通過SPI接口進(jìn)行在線編程,。器件內(nèi)部包含36個寄存器，通過對寄存器的讀寫可以對屏幕像素,，各行字符的亮度,，字符的閃爍、反色等進(jìn)行有效的控制,?？蓱?yīng)用于安全監(jiān)視系統(tǒng)，安全監(jiān)控攝像機(jī)，室內(nèi)娛樂系統(tǒng),，手持測量儀器等領(lǐng)域,。MAX7456主要具有特性：1)256個用戶字符或圖形存儲于EEPROM；2)字符大小為12x18像素,；3)閃爍,、反色和背景控制字符；4)可逐行設(shè)置亮度,；5)最多可顯示16行x30列字符,；6)視頻驅(qū)動器輸出帶有衰減補(bǔ)償；7)內(nèi)置同步發(fā)生器,；8)SPI兼容串行接口,。
MAX7456的主要引腳如下：
：輸入片選信號，低電平有效,；SDIN：串行數(shù)據(jù)輸入,，數(shù)據(jù)在SCLK上升沿移入；SCLK：串行時鐘輸入,，占空比必須在40％到60％之間,；SDOUT：串行數(shù)據(jù)輸出，數(shù)據(jù)在SCLK下降沿輸出,，當(dāng)變?yōu)楦唠娖綍r,，變?yōu)楦咦杩梗籔GND：驅(qū)動器地,；PVDD：驅(qū)動器電源輸入,；VIN：PAL或者NTSC，CVBS視頻輸入,；VOUT：視頻輸出,；SAG：電壓衰減修正輸入，不使用時連接至VOUT,。
1．2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
該字符疊加系統(tǒng)設(shè)計包括4個主要模塊電路：AT89C2051單片機(jī),、MAX7456專用字符疊加電路、攝像頭CCD輸入電路,、顯示屏,。其中AT89C2 051單片機(jī)作為控制電路，MAX7456對模擬視頻信號進(jìn)行字符及圖形疊加產(chǎn)生混合信號,，采用顯示屏進(jìn)行顯示,。系統(tǒng)整體設(shè)計框圖如圖1所示．
系統(tǒng)設(shè)計硬件電路如圖2所示。
選擇27 MHz的晶振G1與MAX7456并聯(lián),，由于器件內(nèi)部包含振蕩器所需要的電容,，所以不需要外部負(fù)載電容,。視頻信號輸入通過一個RC濾波電路接MAX7456的VIN引腳，視頻輸出信號由VOUT引腳輸出,。MAX7456的,，SDIN，SCLK,，SDOUT引腳分別與單片機(jī)的P1．5,，P1．4，P1.3,，P1．2引腳相連,。
在電路設(shè)計中，為了提高系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性和抗干擾性,，不僅要考慮電路本身以及元件的各種噪聲干擾以及接地干擾等問題,。在數(shù)字電路中，由于電路常處于開關(guān)狀態(tài),，在電源供電端也會因而產(chǎn)生一些高頻帶噪聲,，這些噪聲容易影響到其他電路。該系統(tǒng)設(shè)計連接有C8,，C9退耦合電容,，可有效過濾掉這些高頻噪聲，使其直接對地回流,。由于系統(tǒng)中包含了數(shù)字信號與模擬信號，為了防止高頻數(shù)字噪聲耦合至視頻輸
出,，必須對數(shù)字地與模擬地進(jìn)行一些處理,。如果將二者完全隔開，獨(dú)立設(shè)置雖然可以解決噪聲干擾問題,，但勢必在整個電路中設(shè)置多個參考電位點(diǎn),，也即設(shè)置2個不同標(biāo)準(zhǔn)，所以在實(shí)現(xiàn)上很難或者不可能,。因此,，該設(shè)計采用將所有數(shù)字地與模擬地各自連接，最后在一點(diǎn)將數(shù)字地與模擬地連接,。這種接法實(shí)現(xiàn)了地之間沒有電流流通,，抗干擾性較強(qiáng)。
電路的主要工作原理是單片機(jī)通過模擬SPI接口模式向MAX7456發(fā)送控制命令,，如顯示模式,，讀取字符存儲器等，MAX7456根據(jù)單片機(jī)的指令,，修改或者讀取字符存儲器中的字符,，并將圖像、字符混合后顯示在指定的位置上。
1．3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
該系統(tǒng)通過串口接收命令,，然后由中斷處理程序顯示疊加字符的軟件流程如圖3所示,。
上電后，系統(tǒng)先對串口進(jìn)行初始化,，然后設(shè)置視頻的輸出模式和線程模式,，接著單片機(jī)就等待串口傳來的命令，當(dāng)有命令滿足中斷條件時,，單片機(jī)進(jìn)入中斷處理程序,，將要顯示的字符在指定的位置上以指定的屬性疊加在視頻信號上。
單片機(jī)與MAX7456的通信主要是通過SPI接口來實(shí)現(xiàn)的,，SPI的時序圖如圖4所示,。當(dāng)單片機(jī)向MAX7456寫數(shù)據(jù)時，首先拉低使能SPI口,，在SCLK上升沿數(shù)據(jù)輸入SDIN,。當(dāng)變?yōu)楦唠娖綍r，數(shù)據(jù)被鎖存至輸入寄存器,，如果在傳輸過程中變?yōu)楦唠娖?，則本次操作失敗。變?yōu)榈碗娖胶?，器件等待第一個輸入到SDIN中的字節(jié),。以確定所執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)念愋汀PI命令為16位,，高8位代表寄存器地址,，低8位代表數(shù)據(jù)。
2 創(chuàng)建新字符
由于MAX7456器件內(nèi)部只集成了256個字符,，這些字符并不能滿足所有的需要,，因此需要創(chuàng)建所需要的字符。用戶定義的字符集結(jié)合輸入視頻流產(chǎn)生CVBS和OSD視頻輸出,。最多可存儲256個12×18像素字符,，可以進(jìn)行動態(tài)設(shè)置。在525線模式時,，顯示13行x30字符,；在625線模式時，顯示16行x30字符,。MAX7456 OSD含有兩組存儲器：顯示存儲器(SRAM)和非易失字符存儲器(NVM),。
顯示存儲器(SRAM)存儲480個字符地址，這些地址“指向”存儲在NVM字符存儲器中的字符,。顯示存儲器中的內(nèi)容可由用戶編程,，具有SPI兼容串行接口,。顯示存儲器地址對應(yīng)于監(jiān)視器的固定位置。每一字符都需要兩個字節(jié),，第1個字節(jié)含有字符存儲器中的字符數(shù),，第2個字節(jié)含有字符屬性狀態(tài)位，字符從左向右,，自上而下排序,。
非易失字符存儲器存儲要顯示的字符或圖形映射。字符存儲器中的內(nèi)容可由用戶編程,，采用SPI兼容串行接口,。每一字符含有12行×18列像素。每一像素含有2個比特：00=黑色,，不透明,；0l=透明；10=白色,，不透明,；11=透明。因此,，每個字符有12×18=216個像素,，一個8位字節(jié)表示4個像素，所以每個字符需要216／4=54字節(jié)的數(shù)據(jù),。為方便尋址,，存儲器組織結(jié)構(gòu)采用64字節(jié)塊，每前54個字節(jié)表示一個字符,，剩余10個字節(jié)沒有使用,。所以，字符存儲器長度是64×256=16 384字節(jié),。因此，每個顯示存儲器地址位置包含的數(shù)值實(shí)際是對應(yīng)于所選字符的64字節(jié)塊地址,。
使用MAX7456提供的GUI軟件,，能夠控制器件，下載定制圖形,。字符存儲器數(shù)據(jù)在一個文件中,，文件的文件擴(kuò)展名是*．mcm字符存儲器。用記事本打開這個文件可以看到文件共有16 385行,，第1行顯示的是MAX7456,，第2行到最后一行顯示的都是8個二進(jìn)制的數(shù)據(jù)。修改這些8位的二進(jìn)制數(shù)就能夠得到需要的字符或圖形,。
3 系統(tǒng)在導(dǎo)航中的應(yīng)用
將攝像頭信號接入所設(shè)計的字符疊加系統(tǒng),，視頻輸出接LCD顯示屏,，在顯示屏上疊加導(dǎo)航所需要的信息：南京理工大學(xué)(NJUST)、日期(2009年12月8日),、緯度(Lat 32．518),、經(jīng)度(Lon 118．137)、速度(V：15 m／s),，航向(H：65．86),，疊加效果如圖5所示。
從圖5可以看到,，字符采用的是白底黑邊,，無論光線強(qiáng)弱都可以很清楚地顯示所需要的信息，實(shí)際應(yīng)用表明,，本文設(shè)計的字符疊加系統(tǒng)操作方便,，工作穩(wěn)定，可以在比較復(fù)雜的環(huán)境中使用,。
4 結(jié)束語
本文設(shè)計的視頻疊加系統(tǒng)具有電路結(jié)構(gòu)簡單,，成本較低，使用方便的特點(diǎn),，能實(shí)現(xiàn)視頻圖像中任意字符的疊加,，當(dāng)需要大的字符或者圖案顯示的時候，可將一個大的字符分成多個小的字符,，也就是用多個54字節(jié)顯示,。實(shí)際使用證明該系統(tǒng)具有體積小、顯示清晰,、工作穩(wěn)定,、功耗低等特點(diǎn)，因此該系統(tǒng)可以應(yīng)用于軍事,、航空,、社會生活等監(jiān)控系統(tǒng)中。