摘? 要: 提出一種新型的視頻字符疊加器的設計方案，采用RS-485總線方式，用微機作為控制平臺，實現視頻圖像中任意字符的疊加，該方案已應用在多媒體監視系統上。
關鍵詞: 多媒體監視系統? 字符疊加? RS-485串行通信
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在多媒體監視系統中，切換的視頻信號較多，操作者很難快速判別某一圖像來自何處，因此需要在圖像上疊加地點信息，如攝像機號或漢字地名。現有的監視系統中，大多數只能疊加有限的漢字字符，應用范圍窄，通用性差。本文提出了一種新型的視頻字符疊加器方案，它用一臺微機作為控制主機，采用RS-485串行通信協議，可以實現在視頻信號上疊加任意的字符，在不改變任何硬件電路的情況下，按需要改變字符。
1 視頻字符疊加器設計方案
由于RS-485總線具有傳輸距離遠、只用普通雙絞線即可掛接多至256個終端的特點，因此本方案采用RS-485總線，用一臺微機作為控制主機，16個AT89C52單片機作為從機。由主機實時地向各個從機傳送待疊加字符的點陣數據和控制信號，單片機接收字符點陣數據并存入字符存儲器中，以此來實現任意字符的疊加。同時單片機還接收主機傳送過來的控制信息，實現對顯示字符屬性(如顏色，大小等等)的控制。主機的RS-232串行口通過外差式的RS-232/RS-485轉換器轉換成RS-485的數字信號總線。單片機的串行口通過MAX1483芯片轉換成RS-485規程。微機與單片機之間通過RS-485數字信號總線進行串行通信。系統原理圖如圖1所示。
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2 OSD芯片簡介
OSD(On Screen Display)專用集成電路芯片是專門為在屏幕上顯示字符設計的，本方案選用的MB90092是FUJITSU公司生產的OSD芯片，它能和各種單片機一起來設計字符疊加器，使用方便。
2.1 OSD芯片主要特點
· 顯示字符數為12行24列共288個字符;
· 最多可顯示8192個字符;
· 字符大小共有5種;
· 字符顏色有黑、藍、綠、青、紅、棕、黃、白等8種;
· 字符背景顏色有黑、藍、綠、青、紅、棕、黃、白等8種;
· 字符背景顯示方式:3種;
· 字符點陣:24(水平)×32(垂直)點;
· 顯示位置控制:水平、垂直、行間距可調;
· 閃爍:可選擇ON/OFF兩種閃爍狀態。閃爍比為1：1 ，閃爍頻率可在1Hz、2Hz、0.5Hz中任選;
· 視頻制式:NTSC/PAL;
· 可與單片機直接接口，帶有8位串行輸入接口;
· 封裝形式:QFP-80
2.2 OSD芯片內部功能結構
MB90092由串行輸入控制單元、同步分離電路、視頻信號發生器、VRAM、外部字符存儲器控制單元、模擬開關以及時鐘振蕩器七個主要部分組成，其內部功能結構框圖如圖2所示。
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2.3 編程命令
MB90092的控制命令是雙字節命令，采用8位串行輸入形式。單片機通過
、SCLK和SIN對MB90092進行控制。控制命令主要是對其內部的VRAM和寄存器進行設置，包括設置需要顯示的字符、字符和字符背景的顏色、字符大小、同步方式、屏幕背景顏色、視頻信號制式以及字符顯示的位置等。
3 字符顯示模塊的硬件設計
字符顯示模塊的硬件電路如圖3所示。MB90092需要外加字符存儲器，其中存放的是MB90092可以識別的待疊加字符的點陣(24×32點陣)，根據單片機發送的命令，MB90092自動發出讀信號READ，讀取字符存儲器中的點陣并顯示在屏幕上。由于監視現場的地點有可能改變，因此要求字符存儲器中存儲的字符點陣也能隨之改變，于是選用電可擦除存儲器Flash Memory。它的最大優點在于支持在線編程，允許芯片在不離開電路板的情況下，實施固化和擦除操作，可重復擦寫10萬次以上，并且存儲的數據掉電不丟失，因此可以保證存儲在其中的字符點陣可按需要改變，并且不會丟失。
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待疊加字符的點陣是通過串行口由微機傳送給單片機，再由單片機傳送給字符存儲器的。這其中存在一個問題，由于單片機、MB90092和字符存儲器Flash Memory的數據總線、地址總線以及讀、寫信號線都連在一起，因此在使用中會出現總線沖突的現象。為了解決這個問題，在設計中增加了隔離電路將它們隔離開來。在單片機向字符存儲器傳輸點陣時，將MB90092的數據線、地址線以及讀信號線置為高阻，以保證單片機傳輸點陣正確;而當字符存儲器向MB90092傳輸點陣時，將單片機的數據線、地址線以及讀、寫信號線置為高阻，以保證MB90092讀取點陣正確。
字符存儲器Flash Memory的容量為256K，但是采用單片機89C52的16位地址線，只能尋址64K字節的存儲器，因此采用了將Flash Memory的最高兩位地址接到89C52的輸出端P1.0和P1.1上的辦法。這實際上是將256K字節的Flash Memory分為四個部分，每部分64K字節，對每一部分依次傳輸數據。
另外，還需要外加同步分離電路將輸入視頻信號的行、場同步信號送給MB90092，以此來保證視頻信號與字符信息的同步。輸入的復合視頻信號經過視頻放大電路將電壓由1Vp-p(峰峰值)轉換為2Vp-p(峰峰值)后，再送至MB90092的視頻信號輸入端，而從MB90092的視頻信號輸出端輸出的電壓為2Vp-p(峰峰值)的復合視頻信號要將其電壓轉換為1Vp-p(峰峰值)后，再送至顯示設備。
4 視頻字符疊加器的軟件設計
軟件主要包括系統復位初始化模塊、串行通信模塊和字符顯示模塊。由于本方案的關鍵技術在于通過將待疊加字符的點陣數據由主機傳送給各個從機，來實現任意字符的疊加，因此串行通信模塊是整個軟件的核心。
串行通信程序所要完成的任務是將256K的字符點陣數據由微機傳送給單片機，它包括兩方面:一方面是89C52單片機的通信程序，另一方面為PC機的通信程序。PC主機的串行通信程序采用Visual Basic(簡稱VB)編程，程序框圖如圖4所示。用VB提供的一個具有強大功能的通信控件MSCOMM，利用該控件設置串行通信的數據發送和接收，并且對串口狀態及串口通信的信息格式和協議進行設置。單片機89C52采用MCS51系列的匯編語言編程，程序框圖如圖5所示。它的數據通信由串行口完成，定時器1作為波特率發生器，其工作方式設置為方式2，串行口設置為工作方式1。系統中每臺單片機都給定了確定的地址碼，當某臺單片機的地址碼與PC主機發出的地址碼相同時，這臺單片機發出應答信號給PC機，而其它未被尋址的單片機不發應答信號。因此，在某一時刻，PC機只與一臺單片機通信，從根本上避免了通信總線上的競爭。
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本文提出的方案解決了目前大多數字符疊加器顯示字符數有限且不可更改的弊端，實現了視頻圖像中任意字符的疊加。該方案已成功地應用在多媒體監視系統中，設備運行穩定，性能良好。
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參考文獻
1 趙堅勇，施一飛.時間日期疊加器的設計.電視技術，1997;(2)
2 何立民. MCS-51系列單片機應用設計——系統配置與接口技術.北京:航空航天大學出版社，1990