專利名稱：動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種在視頻信號上疊加動態(tài)彩色字符的裝置，具體地說是一種基于數(shù)字化視頻處理方式的動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置。
背景技術(shù)：
目前在視頻監(jiān)控和高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的應(yīng)用中，字符視頻疊加裝置得到了廣泛的應(yīng)用。從原理上看，字符視頻疊加裝置就是在特定的位置改變視頻信號的內(nèi)容，從而在視覺上實現(xiàn)字符與視頻圖像的混合。目前地字符視頻疊加裝置從控制方式來看，可以分為動態(tài)和靜態(tài)兩種；從顯示方式來看，可以分為灰度字符和彩色字符兩種；從處理方式來看，可以分成模擬信號處理方式和數(shù)字信號處理方式兩種。
由于采用模擬信號處理方式很難產(chǎn)生穩(wěn)定色彩的疊加信號，所以目前采用模擬信號處理方式的字符視頻疊加裝置都是以灰度字符方式顯示，而采用數(shù)字處理方式可以保證顯示的字符顏色穩(wěn)定。
采用數(shù)字處理方式時需要處理的數(shù)據(jù)量較模擬信號處理方式要大得多，24位真彩色的字符數(shù)據(jù)要比灰度字符數(shù)據(jù)多十幾倍，要達(dá)到同樣的響應(yīng)速度必須大幅度提高處理能力。RISC(精簡指令集計算機(jī))處理器和CISC(復(fù)雜指令集計算機(jī))處理器相比，不僅在指令結(jié)構(gòu)上有所進(jìn)步，在同樣的時鐘頻率下，代碼執(zhí)行效率要高好多。目前的字符視頻疊加裝置都采用CISC處理器作為CPU，在處理器時鐘受限制的情況下，無法在有限的響應(yīng)時間內(nèi)完成字符數(shù)據(jù)的處理和傳輸。采用RISC處理器之后就可以在相同或者更低的時鐘頻率下保證響應(yīng)時間，較低的工作時鐘頻率可以降低系統(tǒng)功耗和電磁干擾EMI(Electro Magnetic Interference)。
字符視頻疊加裝置中需要用到大容量的RAM(隨機(jī)存取存儲器)，而8位處理器無法一次產(chǎn)生RAM所需要的地址信號，必須要多次計算和多次輸出；采用16位或32位處理器可以解決這個問題，但是造價要高上很多并且很多處理器資源會得到浪費(fèi)，因而也難以在實際中使用。實踐表明，8位處理器配合造價低廉的CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)可以大幅度減少處理器計算和輸出RAM的地址的工作，批量寫入數(shù)據(jù)時，處理器只需要提供初始地址即可連續(xù)寫入，并可根據(jù)視頻解碼裝置提供的點時鐘和同步信號，在處理器不做任何干預(yù)的情況下自動產(chǎn)生讀取數(shù)據(jù)時的地址信號。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種可動態(tài)疊加彩色字符于視頻信號上的裝置，該裝置可用于在PAL/NTSC制的CVBS信號上面疊加動態(tài)24位真彩色字符，成本低廉，且疊加的字符顏色和位置不受原始視頻信號的亮度干擾，響應(yīng)時間較短。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案來實現(xiàn)的
一種動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，其特征是包括將CVBS(復(fù)合電視)信號轉(zhuǎn)換成符合ITU(國際電信同盟)656格式的數(shù)字信號的視頻解碼裝置、8位RISC處理器、將符合ITU656格式的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成CVBS信號的視頻編碼裝置、靜態(tài)存儲器裝置和CPLD(復(fù)雜可編程邏輯器件)；RISC處理器通過CPLD與視頻解碼裝置和視頻編碼裝置連接，并控制視頻解碼裝置和視頻編碼裝置的狀態(tài)，向靜態(tài)存儲器裝置提供字符數(shù)據(jù)；視頻編碼裝置通過復(fù)雜可編程邏輯器件接受視頻解碼裝置提供的視頻同步信號和點時鐘信號、視頻解碼裝置輸出的數(shù)字信號以及從靜態(tài)存儲器裝置讀出的數(shù)據(jù)，并在運(yùn)算后將數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成CVBS信號輸出；電源和接口部分與RISC處理器連接。
本發(fā)明中，所述靜態(tài)存儲器裝置采用先進(jìn)先出方式讀取并采用隨機(jī)方式寫入，讀取數(shù)據(jù)時不需要提供地址信號，批量寫入數(shù)據(jù)時，只需要提供初始地址即可連續(xù)寫入。
在視頻信號上疊加的字符為24位真彩色且采用四周嵌入鉤邊的方式顯示，顯示的字符位置和色彩不受背景視頻信號亮度的影響，顯示一行20個16*16點陣彩色字符的響應(yīng)時間小于100毫秒。
本發(fā)明中，在RISC處理器的設(shè)置下，視頻解碼裝置將輸入的CVBS信號轉(zhuǎn)換成符合ITU656格式的字節(jié)流，其速率為每秒27M字節(jié)，另外還輸出和輸入CVBS信號相關(guān)的場同步和行同步信號；在RISC處理器和CPLD的作用下，視頻編碼裝置將輸入的符合ITU656格式的字節(jié)流在同步信號的控制下轉(zhuǎn)換成CVBS信號輸出。
本發(fā)明中，視頻解碼裝置輸出的數(shù)字視頻字節(jié)流通過CPLD處理之后直接輸入到視頻編碼裝置中。由于視頻數(shù)據(jù)流通過CPLD之后會造成延時，與點時鐘和同步信號在時序上不一致，所以必須將點時鐘和同步信號做相同的延時。延時的方法就是利用CPLD的延時固定，把點時鐘和同步信號輸入到CPLD中，再由CPLD輸出，這樣就可以保證數(shù)字視頻數(shù)據(jù)流和點時鐘以及同步信號之間在時序上的一致。
本發(fā)明中，在需要顯示疊加字符的視頻信號位置要把靜態(tài)存儲器裝置中的數(shù)據(jù)替換此時的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，在不需要疊加字符的視頻信號位置必須保持原來的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。具體方法是由CPLD判斷每次從靜態(tài)存儲器裝置中讀出的數(shù)據(jù)是否等于零，如果等于零就把原來的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)輸出到視頻編碼裝置，否則就把從靜態(tài)存儲器裝置中讀出的數(shù)據(jù)輸出到視頻編碼裝置。
由于采用大容量靜態(tài)存儲器裝置，在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行操作的時候，8位RISC處理器無法一次提供其所需要的地址信號。通常的解決辦法是采用分段多次地址賦值操作，然后再進(jìn)行讀寫。如果遇到連續(xù)地址的批量數(shù)據(jù)讀寫操作，每次進(jìn)行讀寫之前都要計算地址并分段輸出。本發(fā)明中利用CPLD的快速運(yùn)算功能和為數(shù)眾多的I/O端口，在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行讀操作的時候，利用同步信號和點時鐘構(gòu)成帶復(fù)位功能的計數(shù)器，將計數(shù)器的輸出作為靜態(tài)存儲器裝置的地址信號；在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行連續(xù)地址的批量寫操作的時候，RISC處理器只需要輸出一次完整的地址給CPLD，在每次寫操作完成之后，CPLD自動將地址數(shù)據(jù)加一，RISC處理器無需再次計算或提供地址數(shù)據(jù)即可繼續(xù)進(jìn)行下一個單元的寫操作。
本發(fā)明采用工作在8MHz以下時鐘頻率的8位RISC處理器，可用于在PAL/NTSC制的CVBS信號上面疊加動態(tài)24位真彩色字符；疊加的字符顏色穩(wěn)定，位置穩(wěn)定；疊加的具體內(nèi)容通過RS232接口送入；顯示一行20個16*16點陣彩色字符的響應(yīng)時間小于100毫秒；系統(tǒng)工作電壓為3.3V。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點是制作成本低，采用8位RISC處理器配合造價低廉的CPLD，對數(shù)字化后的視頻信號進(jìn)行處理，疊加的字符顏色和位置不受原始視頻信號的亮度干擾，顏色穩(wěn)定，位置穩(wěn)定。
四
圖1是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖2是本發(fā)明的結(jié)構(gòu)框圖3是本發(fā)明中視頻解碼裝置、8位RISC處理器和視頻編碼裝置的電路原理圖4是本發(fā)明中靜態(tài)存儲器裝置、復(fù)雜可編程邏輯器件、電源和接口部分電路原理圖。
五具體實施例方式
一種本發(fā)明所述的動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，該裝置采用工作在8MHz以下時鐘頻率的8位RISC處理器，可用于在PAL/NTSC制的CVBS信號上面疊加動態(tài)24位真彩色字符；疊加的字符顏色穩(wěn)定，位置穩(wěn)定；疊加的具體內(nèi)容通過RS232接口送入；顯示一行20個16*16點陣彩色字符的響應(yīng)時間小于100毫秒；系統(tǒng)工作電壓為3.3V。
本發(fā)明包括將CVBS信號轉(zhuǎn)換成符合ITU656格式的數(shù)字信號的視頻解碼裝置1、8位RISC處理器2、將符合ITU656格式的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成CVBS信號的視頻編碼裝置3、采用先進(jìn)先出方式讀取并采用隨機(jī)方式寫入的靜態(tài)存儲器裝置4和造價低廉的CPLD5；RISC處理器2通過CPLD5與視頻解碼裝置1和視頻編碼裝置3連接，并控制視頻解碼裝置1和視頻編碼裝置3的狀態(tài)，向靜態(tài)存儲器4裝置提供字符數(shù)據(jù)；視頻編碼裝置3通過CPLD5接受視頻解碼裝置1提供的視頻同步信號和點時鐘信號、視頻解碼裝置1輸出的數(shù)字信號以及從靜態(tài)存儲器裝置4讀出的數(shù)據(jù)，并在運(yùn)算后將數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成CVBS信號輸出；電源和接口部分6采用MAX3232，LM1117，并與RISC處理器連接。
本發(fā)明的設(shè)計特點如下
1、視頻解碼裝置和視頻編碼裝置都是RISC處理器通過IIC(Inter-IC)總線進(jìn)行設(shè)置的，RISC處理器利用兩個I/O口模擬IIC總線的SDA和SCL。需要注意的是，必須選擇控制地址不同的視頻解碼裝置和視頻編碼裝置，否則在進(jìn)行設(shè)置的時候會造成沖突。本發(fā)明中使用Philips公司的SAA7111A視頻解碼裝置和SAA7121H視頻編碼裝置，兩者的地址互不沖突。本發(fā)明中采用的RISC處理器為Atmel公司的ATMega8515L。
2.數(shù)字化后的視頻數(shù)據(jù)流必須和點時鐘以及同步信號在時序上保持一致，視頻數(shù)據(jù)流經(jīng)過CPLD和處理后會產(chǎn)生延時。本發(fā)明中采用的CPLD為Lattice公司的LC4128V，該CPLD對所有信號延時的時間是固定的，把點時鐘和同步信號輸入到CPLD中再輸出就可以得到和視頻數(shù)據(jù)流同樣的延時，保證了它們在時序上的一致。
3.本發(fā)明中，在需要顯示疊加字符的視頻信號位置要把靜態(tài)存儲器裝置中的數(shù)據(jù)替換此時的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)，在不需要疊加字符的視頻信號位置必須保持原來的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)。具體方法是由CPLD判斷每次從靜態(tài)存儲器裝置中讀出的數(shù)據(jù)是否等于零，如果等于零就把原來的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)輸出到視頻編碼裝置，否則就把從靜態(tài)存儲器裝置中讀出的數(shù)據(jù)輸出到視頻編碼裝置。具體實現(xiàn)方式為如下的verilog語句assign DVD＝(conce&(sramData))？sramDataYUV；
其中，輸出的DVD為8位數(shù)據(jù)給視頻編碼裝置，conce為靜態(tài)存儲器裝置的片選信號(低電平有效)，sramData為從靜態(tài)存儲器裝置中讀出的8位數(shù)據(jù)，YUV為視頻解碼裝置輸出的8位數(shù)據(jù)。
4.本發(fā)明中采用ISSI公司的IS61LV5128大容量靜態(tài)存儲器裝置(容量為512K字節(jié))，在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行操作的時候，8位RISC處理器無法一次提供其所需要的19位地址信號。通常的解決辦法是采用分段多次地址賦值操作，然后再進(jìn)行讀寫。如果遇到連續(xù)地址的批量數(shù)據(jù)讀寫操作，每次進(jìn)行讀寫之前都要計算地址并分段輸出。本發(fā)明中利用CPLD的快速運(yùn)算功能和為數(shù)眾多的I/O端口(共有64個)，在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行讀操作的時候，利用同步信號和點時鐘構(gòu)成帶復(fù)位功能的計數(shù)器，將計數(shù)器的輸出作為靜態(tài)存儲器裝置的地址信號；在對靜態(tài)存儲器裝置進(jìn)行連續(xù)地址的批量寫操作的時候，RISC處理器只需要輸出一次完整的地址給CPLD，在每次寫操作完成之后，CPLD自動將地址數(shù)據(jù)加一，RISC處理器無需再次計算或提供地址數(shù)據(jù)即可繼續(xù)進(jìn)行下一個單元的寫操作。具體實現(xiàn)方式為如下的verilog語句
assign clk＝llc&HREF&VREF；//當(dāng)同步信號處于非消隱期間時時鐘信號有效assign sramAdr[18:0]＝conce？sramAdrl[18:0]sramAdr2[18:0]；//操作SRAM的時候采用sramAdr1，否則采用sramAdr2<!-- SIPO <DP n="4"> --><dp n="d4"/>always@(posedge conwr)beginif(conce＝＝0)beginif(conAddr＝＝1) //設(shè)置地址的0-7位beginsramAdr2[7:0]＝conData[7:0]；endelse if(conAddr＝＝2) //設(shè)置地址的8-15位beginsramAdr2[15:8]＝conData[7:0]；endelse if(conAddr＝＝3) //設(shè)置地址的16-18位beginsramAdr2[18:16]＝conData[2:0]；endelsebeginsramAdr2＝sramAdr2+1； //地址自動加一endendendalways@(posedge llc)beginif(VREF＝＝0)beginsramAdr1＝0； //場同步時將地址計數(shù)復(fù)位為零endelsebeginsramAdr1＝sramAdr1+1；//地址計數(shù)器自動加一endend
其中，conce為靜態(tài)存儲器裝置的片選信號(低電平有效)，conwr為靜態(tài)存儲器裝置的寫允許信號(低電平有效)，llc為點時鐘信號，HREF和VREF為同步信號，sramAdr1和sramAdr2為臨時地址數(shù)據(jù)，sramAdr為實際輸出給靜態(tài)存儲器裝置的地址信號，conAdr為RISC處理器輸入分段地址時的分段信號，conData為RISC處理器分段輸入的地址信號。
權(quán)利要求
1、一種動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，其特征是它包括將復(fù)合電視信號轉(zhuǎn)換成符合ITU 656格式的數(shù)字信號的視頻解碼裝置(1)、8位精簡指令集計算機(jī)處理器(2)、將符合ITU 656格式的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成復(fù)合電視信號的視頻編碼裝置(3)、靜態(tài)存儲器裝置(4)、復(fù)雜可編程邏輯器件(5)以及電源和接口部分(6)；控制視頻解碼裝置(1)和視頻編碼裝置(3)狀態(tài)的精簡指令集計算機(jī)處理器(2)通過復(fù)雜可編程邏輯器件(5)與視頻解碼裝置(1)和視頻編碼裝置(3)連接，并向靜態(tài)存儲器裝置(4)提供字符數(shù)據(jù)；視頻編碼裝置(3)通過復(fù)雜可編程邏輯器件(5)接受視頻解碼裝置(1)提供的視頻同步信號和點時鐘信號、視頻解碼裝置(1)輸出的數(shù)字信號以及從靜態(tài)存儲器裝置(4)讀出的數(shù)據(jù)，并在運(yùn)算后將數(shù)字化視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成復(fù)合電視信號輸出；電源和接口部分(6)與精簡指令集計算機(jī)處理器(2)連接。
2、根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，其特征是所述靜態(tài)存儲器裝置(4)采用先進(jìn)先出方式讀取并采用隨機(jī)方式寫入，讀取數(shù)據(jù)時不需要提供地址信號，批量寫入數(shù)據(jù)時，只需要提供初始地址即可連續(xù)寫入。
3、根據(jù)權(quán)利要求1所述的動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，其特征是在視頻信號上疊加的字符為24位真彩色且采用四周嵌入鉤邊的方式顯示，顯示的字符位置和色彩不受背景視頻信號亮度的影響，顯示一行20個16*16點陣彩色字符的響應(yīng)時間小于100毫秒。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種動態(tài)彩色字符視頻疊加裝置，包括視頻解碼裝置、8位RISC處理器、CPLD、視頻編碼裝置和靜態(tài)存儲器裝置，RISC處理器通過CPLD控制視頻解碼裝置和視頻編碼裝置的狀態(tài)，并向靜態(tài)存儲器裝置提供字符數(shù)據(jù)；視頻編碼裝置通過CPLD接受視頻解碼裝置提供的視頻同步信號和點時鐘信號、視頻解碼裝置輸出的數(shù)字信號以及從靜態(tài)存儲器裝置讀出的數(shù)據(jù)，并在運(yùn)算后將數(shù)字化的視頻數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換成CVBS信號輸出。本發(fā)明將RISC處理器和CPLD有機(jī)結(jié)合，協(xié)同工作，制作成本低，疊加的字符顏色穩(wěn)定，位置穩(wěn)定。它廣泛適用于視頻監(jiān)控和高速公路收費(fèi)系統(tǒng)中，具有廣闊的市場前景和極大的經(jīng)濟(jì)價值。
文檔編號H04N5/917GK1747532SQ20051009427
公開日2006年3月15日 申請日期2005年9月8日 優(yōu)先權(quán)日2005年9月8日
發(fā)明者袁杰, 都思丹, 李揚(yáng), 王惠 申請人:南京大學(xué)