基于TMS320DM6437的OSD技术设计及应用举例

曾 凯，郑力新，张 枫

（华侨大学 信息科学与工程学院，福建 厦门 361021）

在工业生产和生活领域中，嵌入式数字视频监控系统得到广泛应用。而在屏显示OSD（On Screen Display）技术可帮助工作人员方便检测工业生产过程状态变化。目前，工业领域实现OSD技术的方法可以利用专业用OSD芯片，如FUJITSU公司的 MB90092芯片，其电路设计简单，但需专门设计软件和硬件；也可以利用附带OSD功能的芯片，如SigmaDesigns公司的EM8511芯片，其不需要专门的硬件设计，使用方便，只是这类芯片目前功能还不够强大，难以工作在信息处理量大和实时性要求高的平台。TMS320DM6437及其系列芯片是当前视频处理系统主流处理器之一，本文阐述了以软件编程方式实现该芯片OSD技术，简单实用，效果优良，很好地拓展了TMS320DM6437的显示模块功能。

1 OSD架构平台

1.1 棒材计数硬件平台

本文以棒材计数平台上实现OSD技术为例，在实现OSD模块信息和视频信息叠加时，要处理的数据量大，为了满足实时性的要求，需要选择一款集成度高，运算速度快的芯片。TMS320DM6437是TI公司推出的定点Davinci DSP处理器，工作主频可达700 MHz，处理性能最高达到5 600 MIPS，含有丰富的外设资源，芯片本身具有OSD功能，这样就不需要增加额外的硬件设计，可以通过灵活的软件编程来实现视频和嵌入的图片叠加，为用户提供简便的观测信息。

棒材计数平台主要由DSP图像处理模块、CMOS图像传感器模块、存储模块（DDR2）和视频输出显示模块组成，硬件平台如图1所示。

图1 棒材计数硬件平台

1.2 TMS320DM6437的OSD内部数据传输架构

TMS320DM6437的OSD内部数据传输架构如图2所示。OSD模块从外部内存中读入视频数据，外部内存通常是DDR2，数据经处理转化为YUV格式后送人 VENC。OSD模块可处理两个独立的Video窗口和两个独立的OSD窗口，OSD模块的相关寄存器通过视频解码模块产生的VD信号进行嵌位，来控制显示窗口使能、窗口缩放以及窗口的显示坐标。

图2 TMS320DM6437的OSD内部数据传输架构

OSD模块控制的4个窗口中，主视频窗口VIDWIN0支持乒乓Buffers数据交换，即从内存的两个不同位置读取数据。两个位图窗口（OSDWIN0和 OSDWIN1）能够直接从DDR2中读取RGB格式数据，并支持图像或图标同时显示。位图窗口需要用到的颜色查找表格（CLUT）根据实际给定的位图像素值来决定显示颜色，OSD窗口共有256个CLUT条目和24位YUV颜色空间可用。当OSD位图窗口与视频窗口叠加时，可以通过数据混合调整图像和字符的显示效果。

2 OSD软件设计

2.1 TMS320DM6437的VPBE设置

视频后端处理子系统VPBE主要包括OSD和视频编码部分 VENC（Video Encoder Module）两部分。VPBE支持OSD模块将存储在DDR2中的多种显示格式的图像数据混合成一帧，数据格式编排后传送到VENC模块显示。VPBE编程模块的主要流程如图3所示。

图3 VPBE编程模块的主要流程图

以下两个条件满足时VPBE驱动程序有效。第一是在DSP/BIOS中创建一个VPBE驱动。主程序利用函数VENCHandle=FVID_create （"/VPBE0"，IOM_INOUT，NULL，NULL，&gioAttrs）打开一个 VPBE0设备，并创建 VENC通道。由于TI设计的GIO驱动模块在DSP/BIOS上使用过程中存在缺陷，应用程序在对驱动程序的缓冲区进行数据处理后不能释放缓冲区，针对这个问题可利用TI提出的FVID视频处理模型，其能够比较方便地分配缓冲区，因此，通过直接调用FVID_allocBuffer（）函数和FVID_exchangeBuffer（）函数申请分配和交换缓冲区，并在使用后利用FVID_deleteBuffer（）函数重新释放缓冲区。第二是设置DSP/BIOS中的硬件中断。VPBE驱动程序的使用过程中，在TCF文件中设置HWI_INT8为1，配置参数为 bios.HWI.instance（"HWI_INT8"）.interruptSelectNumber=1，即VPBE驱动优先级为8，对应VENC每帧图像处理结束后产生事件序列号为32～64之间的事件被中断，这时事件接收器检测到哪里引起了中断。

2.2 窗口显示模式选择

每个窗口可以设置为帧模式和场模式。帧模式的特点是允许每帧图像数据连续储存在DDR2中，图像显示时按照奇偶场进行读取。场模式特点是允许图像数据单独储存在DDR2中，图像显示是根据VENC的工作模式窗口高度。处理芯片DM6437集成了DDR2内存控制器，支持JESD79D-2A标准，并提供32 bit DDR2接口。图像数据存储在DDR2中，当需要VENC连续从DDR2中读取数据时，将OSD窗口设置为连续场模式，对应的寄存器位VIDWINMD.VFFO和OSDWIN0MD.OFF0使能。连续场数据读取模式如图4所示。

图4 连续场数据读取模式

2.3 OSD窗口设计

OSD模块支持VIDWIN0/VIDWIN1和OSDWIN0/OSDWIN1 4个窗口画面同时显示，并通过对应的寄存器设置OSD工作模式。OSD窗口显示优先级如图5所示。

图5 OSD窗口显示优先级

本文需要用到VIDWIN0和OSDWIN0将视频图像与文字字符叠加，VIDWIN0用于实时显示采集的棒材图像，OSDWIN0将棒材计数结果叠加到VIDWIN0窗口画面。

（1）VIDWIN0 窗口设置

CMOS图像传感器采集到的图像经TVP5150转化为YUV格式数字信号，并存储在DDR2中，视频后端处理子系统VPBE将数据从DDR2中读出，并通过VIDWIN0窗口显示。由于VIDWIN0对应寄存器配置参数的设置封装在DM6437自带的psp_vpbe.h头文件中，调用结构体PSP_VPBEOsdConfigParams{}可以配置 VIDWIN0窗口的工作模式、图像的格式以及图像在窗口中显示位置。例如：

本文通过软件编程的方式实现VIDWIN0窗口配置，在对结构体参数设置后，通过调用FVID_create（）函数创建vid0Handle通道，FVID_alloc（）函数为通道分配存储空间，调用FVID_queue（）函数将要显示的数据从通道传输到VIDWIN0窗口显示。其具体软件编写流程图如图6所示。

图6 软件流程图

（2）字符数据格式

本文OSD显示技术中使用的字符（如数字0～9，字母a～z，以及一些常用符号）需按 12×16格式分割成块，把这些数据固化在Flash或者ROM中。在实验中用到的字库无法直接在DSP中读取，需将所用的汉字转换为位图形式并进行保存。DM6437可以采用32位数据处理，为了便于编程和数据读取，将位图图像的分辨率转换成192×32，取 32位的整数倍，如图 7所示。

图7 文字字符显示图

对于数字字符，由于棒材计数是一个动态的过程，因此OSD窗口数字显示根据棒材计数的算法运行结果的返回值确定，设置数字位图图像的分辨率为32×32。位图图像转换为数组形式后存储在Flash中，为了节约存储空间，要求将图像数据转换成RGB565格式。数字如图8所示。

图8 数字显示图

（3）OSDWIN0 窗口设置

OSDWIN0用于显示RGB565格式的字符和数字图片，对应的寄存器配置参数的设置封装在DM6437自带的psp_vpbe.h头文件中，配置参数的流程与配置VIDWIN0步骤一样，调用结构体PSP_VPBEOsdConfigParams win0Params{}设置相应寄存器值，结构体中包含的参数需包含叠加的图片和文字的显示属性，如混合模式、透明度和颜色等。

（4）VGA显示驱动设计

本文通过修改PSP文件的相关参数设计VGA的显示驱动，基于 PSP（Platform Support Package）上的驱动程序可以直接实现S端子显示和LCD屏幕显示，同时驱动程序支持VENC编码器的连续场输出模式，但是程序存在缺陷不能直接用于VGA显示，因此需要在驱动中增加VGA的显示驱动程序。TI官方提供的基于PSP的视频驱动程序建立在实时操作系统DSP/BIOS上，总共分为IOM层、DDC层和CSLR层3层。

本文利用的OSD技术产生的叠加效果通过VGA显示，VPBE模块为VGA图像显示提供了接口，VGA接口有3路基本输出信号，分别用来显示RGB 3个分量。VPBE模块提供的模拟接口拥有4路的视频DAC信号，通过设置寄存器DACSEL来选择所需要的3路信号，寄存器DACSEL上的对应关系为：DAC_A位控制输出R模拟信号，DAC_B位控制输出G模拟信号，DAC_C位控制输出B模拟信号，同时DM6437通过I2C总线接口输出行同步信号HD和列同步信号VD，这5路信号组成了VGA接口输出信号。

在DDC层中修改一个PSP声明，并添加LLC_setVGAdisplay（）显示函数对5路信号使能，LLC_setVGAdisplay（）代码如下：

（5）运行效果

VGA 5路信号使能后，程序运行后OSD叠加技术的最终效果如图9所示。

图9 OSD叠加技术的最终效果

本文利用TMS320DM6437芯片自带的OSD模块，通过软件编程实现OSD叠加技术，并以在钢铁生产中的棒材计数结果与视频叠加为例，OSD界面上的汉字、数字或其他特殊字符可根据工作人员的要求修改，并在窗口任意位置动态显示，其设计原理具有通用性。OSD模块实现的动态棒材视频图像与棒材计数结果叠加，方便了人机对话，可以应用在工业生产实践中。

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