基于IA6459的视频字符叠加系统的设计*

闫露露，郑恩让

(陕西科技大学电气与信息工程学院，西安710021)

基于IA6459的视频字符叠加系统的设计*

闫露露，郑恩让*

(陕西科技大学电气与信息工程学院，西安710021)

随着在屏显示技术的广泛应用，OSD设备倍受青睐。设计了一种以DSP5509为核心，通过串口与下位机的通信，基于专用OSD(On Screen Display)芯片IA6459的视频字符叠加系统。系统主要由控制，视频字符叠加和上位机通信3部分组成。控制部分以DSP5509为核心组成，视频字符叠加部分以IA6459为核心组成，上位机通信部分使用Vb编写可视化用户界面。经过实际系统验证，可以无损的在视频上叠加所需字符。

视频字符叠加;IA6459;DSP5509;上位机

近年来，随着视频安防系统，大型车站、码头、广场的视频宣传产品的应用升温，对在已有的视频上随时随地显示希望的字符的要求越来越广泛。比如安防监控系统中需要在获取的监控画面上叠加一些时间日期信息，车站、广场需要在屏幕上放映宣传视频的同时显示车次等信息。在屏显示技术得到广泛的发展与应用。在屏显示技术的本质就是在视频上叠加字符［1］，从而实现在显示器上显示需要的信息。因此研制一种视频字符叠加系统来满足在已有视频上随时叠加所需的字符是很有必要的。

1 系统设计

1.1 视频叠加原理

传统的视频字符叠加方法是将要叠加的字符的点阵数据存储在存储器中，将从存储器中提取出来的字符信息转换成满足视频格式的信号，并与原始的视频信号进行逻辑运算，根据字符显示的位置与扫描时间之间的映射关系显示出来，对时序的要求非常严格。传统的OSD系统采用分立的元件搭建各部分的核心电路，电路复杂，稳定性不高。

目前较为流行的视频字符叠加方法是采用专用OSD芯片实现，这种方法具有外围电路简单，系统稳定性好的优点。本系统采用专用OSD芯片实现。

1.2 IA6459主要功能特点

IA6459是深圳天玖隆科技有限公司生产的一款性能卓越的专用视频字符叠加芯片。IA6459内部集成了显示内存(VRAM)、外挂字库接口，外围电路简单，即可实现视频字符叠加。IA6459功能强大，相比其他国外的视频字符叠加芯片操作简单，因此广泛应用于视频字符叠加系统。

IA6459内部结构［2］如图1所示。它主要有串行数据输入电路、外部视频输入电路、显示控制电路、背景控制电路、时钟发生电路、字符坐标控制电路、混合同步信号分离电路、同步信号产生电路以及输出电路组成。

IA6459［3］的主要功能特点有:

(1)主屏显示容量:12行×24列，内置480个字符;

(2)用户可自定义字符数量:32个;

(3)字符显示尺寸有标准的12×18大小，2倍大小两种;

(4)可以设置黑、白、蓝、绿4种背景;

(5)显示位置可任意设置成水平方向和垂直方向;

(6)内部视频信号发生器可支持NTSC/PAL/ PAL-M/SECAM/PAL-N制式;

(8)内置上电复位电路和VRAM清零电路，可减小控制器的工作量。

图1 内部框图

与NEC公司的专用OSD电路UPD6453［4］相比较:IA6459内置字符数量480个，可自定义字符数量32个，内置混合同步信号分离电路［5］及同步信号产生电路，不需要外接视频信号也能显示字符，输入支持NTSC/PAL/PAL-M/SECAM/PAL-N多种视频信号，2.8 V～5.5 V宽工作电压范围，兼容现在3.3 V和5 V系统，可共用系统电压，不需要另外单独供电，节省成本，采用SSOP24超小的封装，体积小，可使系统面积大大缩小。UPD6453内置字符数量240个，可自定义字符数量16个，内部没有同步分离电路，输入必须要外接视频信号，输出接模拟开关才能输出视频信号，工作电压范围4.5 V～5.5 V，采用SOP20的封装。IA6459外围不需要多接其他IC就能工作，而UPD6453要加上同步分离电路和模拟开关才能工作，UPD6453只能适合5 V系统。

2 软件设计

2.1 IA6459的工作时序及指令

图2 1-byte模式时序图

图3 2-byte模式时序图

IA6459的指令有两种，一种是1个字节组成的，另一种是2 byte组成的。指令表里面1～7指令为1 byte的指令，数据传输方式使用1-byte模式。8～15为2 byte组成的指令，除去指令9和12都使用2-byte模式传输，指令9和12使用2-byte Contiguous模式传输。具体指令介绍见表1。

图4 2-byte Contiguous模式时序图

表1 IA6459指令集

2.2 上位机软件设计

与上位机［6］的通信通过电平转换芯片MAX232实现，可视化用户操作界面使用Visual Basic语言编写。使用时从界面上选择正确的串口号并连接，在文字输入区域输入想要叠加的字符，点击“发送”按钮，就可以将要叠加的字符叠加在视频上。通过串口通信可以很容易区分数字和字母，本系统对汉字的识别使用自定义的一组协议，将常用的汉字用数字表示。只要判断出发送框输入的是汉字，则在发送的时候加上帧头0x3C(＜)和帧尾0x3E(＞)。当下位机收到0x3C开始的，0x3E结束的数据包，就将中间的字符翻译成事先定义好的汉字，而不是本身对应的字符了。在输入框输入汉字，字母和数字的ascall码是不一样的，因此可以区分开来，当输入为汉字时就发送一帧3 byte数据，当不是汉字时只发送1 byte数据，就是字母和数字的ascall码值。例如“闫”用“1”表示，发送框若输入“闫”字，就发送3 byte，0x3C，0x01，0x3E。程序收到0x3C后就将0x01翻译成“闫”字，而不是数字“1”。这样就将汉字、字母和数字区分开来了，想发什么就发什么。

使用时将串口连接到电脑，选择正确的串口号，点击界面上的“欢迎”按钮，显示的是编辑好的欢迎画面，点击“测试”按钮，显示IA6459内部自带的所有字库，在发送框输入字符，点击“发送”按钮，即可在屏幕上叠加输入的字符。界面如图 5所示。图5(a)是点击“欢迎”按钮的上位机界面，图5(c)是对应的叠加后的输出。图5(b)是在输入框输入汉字“闫”，图5(d)是识别了汉字后的叠加输出。

图5 上位机界面和测试结果

2.3 下位机软件设计

下位机程序使用C语言编写，具有可移植性好的优点。程序流程图如图6。整个程序流程如下:DSP先对串口、定时器和IA6459的相关寄存器初始化，在视频上叠加程序中设定的初始化界面，然后在主程序中判断flag1==1?表示是否从上位机接收到数据。等待定时器10 ms中断的到来，在定时器中断中查询串口接收事件，若接收到数据，接收标志flag1=1，并将接收到的数据记录下来，判断要叠加的字符是字母数字还是汉字，控制IA6459在视频上显示要叠加的字符，若字符叠加成功，则flag=1，下位机向上位机发送叠加成功信息，上位机上对应的叠加成功指示灯点亮。否则叠加失败的指示灯点亮。

图6 程序流程图

3 与DSP5509的接口电路

IA6459与 DSP5509［7］只需要3根线连接，即CLK，DATA和，使用SPI［8］协议传输数据。图7是DSP5509和IA6459的连接图。

图7 DSP与IA6459电路连接图

4 测试结果

本字符叠加系统已经可以正常使用，通过编写的可视化用户界面，只需要在文本框中输入要叠加的字符就可以将所要叠加的字符叠加到原始视频上，所需叠加的字符可以正常显示在屏幕的正确位置上，在外同步模式下，字符可以和输入的视频叠加，不影响原始视频的显示效果，字符显示清晰，显示效果如图6(c)和图6(d)。在内同步模式下，可以通过按键选择字符叠加的4种背景颜色，选择在屏幕上显示不同的字符内容。能够满足安防系统、车站、广场视频显示系统的字符叠加要求，成本低，操作简便，性价比高，有广泛的应用价值。

5 结束语

用DSP5509操作IA6459实现了在视频上叠加字符，通过操作显示存储器(VRAM)实现了自定义字符的显示。由于IA6459的指令操作模式有1-byte、2-byte和2-byte Contiguous 3种，其中的2-byte Contiguous模式用于操作VRAM，当要连续写入自定义字符时，因为写入数据需要改变，要注意1-byte、2-byte和2-byte Contiguous模式要交替使用，并且2-byte和2-byte Contiguous模式中第一字节和第二字节的间隔时间要大于等于2μs。在改变显示的字符时，要先释放内存，执行一条清屏指令，避免出现一些意想不到的显示。

相比于国外的字符叠加芯片 MB90092，MAX7456，UPD6453等专用电路［9］，IA6459具有外围电路简单，性能可靠，操作方便，功能强大以及价格低廉的优点。目前本系统作为完整设备正在研制中。

［1］赵凤怡.基于FPGA的图像字符叠加器设计［J］.电子技术应用，2009(7):139～141.

［2］钱怀风.OSD芯片MB90092的原理及应用［J］.国外电子元器件，2005(1):52-55.

［3］深圳市天玖隆科技有限公司.IA6459 Datasheet［R］.

［4］NEC Electron Device.UPD6453 Datasheet［R］.

［5］黄燕群，李利品，王爽英.基于FPGA的OSD设计［J］.液晶与显示，2010(25)3:429-433.

［6］闫露露，王容石子，尹继武.基于AT89C51的数字集成电路测试仪的设计［J］.电子质量，2010(8):7-9.

［7］Texas Instruments Incorporated.TMS320VC55X系列DSP的CPU与外设［M］.彭启宗，武乐琴，张舰，等译.北京:清华大学出版社，2005:457-468.

［8］施根勇，黄世震.高速SPI接口在OSD中的应用［J］.电子器件，2012(2):227-231.

［9］张亚寒.视频字符叠加器叠加芯片比较［J］.计算机与网络，2011(18):60-62.

Design of a Displaying Video and Character System Based on OSD IA6459*

YAN Lulu，ZHENG Enrang*
(College of Electrical and Information Engineering，Shaanxi University of Science and Technology，Xi’an 710021，China)

With the wide use of the on screen display technology，OSD equipments are welcomed bymany users.A displaying vedio and character system was designed.Based on DSP5509 as a cover，communicating with lower computer through the serial ports，and using the dedicated chip IA6459，a display controller was proposed for displaying texts and graphics on the TV screen.The system made of control circuit，overlay circuit between video and character and upper communication circuit.Control circuit contains DSP5509，upper computer communication circuit includes visual user interface compiled by Visual Basic.The interface circuit between IA6459 and DSP5509 is given.In the end，the system can superpose the desired characters on the video.

character on screen display;IA6459;DSP5509;upper computer

10.3969/j.issn.1005-9490.2014.01.026

TN873 文献标识码:A 文章编号:1005-9490(2014)01-0108-05

项目来源:陕西科技大学研究生教改、创新项目

2013-04-17修改日期:2013-05-09

EEACC:7260

闫露露(1989-)，女，汉族，陕西凤翔人，陕西科技大学电信学院在读硕士，主要研究方向为视频信号的传输了，yanluyanhong@163.com;

郑恩让(1962-)，男，汉族，陕西凤翔人，陕西科技大学电信学院、博士，教授，电力电子技术、智能控制，zhenger @sust.edu.cn。