1、 年第 卷第期總第期電視技術文章編號基于的視頻字符疊加的設計與實現宋承杰王景存武漢科技大學信息科學與工程學院湖北武漢摘要設計了一種基于的視頻字符疊加系統利用視頻解編碼芯片和對視頻數據進行采集和處理生成所需的帶字符的視頻介紹了系統的硬件構成數字視頻信號控制視頻字符疊加的原理和具體的程序設計思想并對其中的難點進行了詳細分析本設計可以在視頻的任意位置疊加字符和圖像內容變動時容易修改關鍵詞現場可編程門陣列視頻疊加視頻解碼中圖分類號文獻標識碼實用設計引言視頻字符疊加是在視頻信號中混入字符或時間信號從而在屏幕的特定位置上與圖像信號同時進行顯示這項技術是應用電視技術中的一個重要領域在應用電視系統中發揮著重要

2、的作用用實現數字視頻字符疊加不僅簡化了電路結構而且在現有成本前提下充分利用了資源它采用了參數化模塊化的設計方式因此顯示穩定對顯示格式內容變動時容易修改視頻字符疊加的硬件電路設計本文設計的視頻字符疊加硬件電路主要由和組成總體結構框圖見圖其中視頻解碼芯片的作用是把輸入的模擬視頻信號轉換為數字視頻信號芯片采用公司的芯片其主要作用是對視頻芯片和進行控制和實現字符疊加功能視頻編碼芯片的作用是把處理后的數字視頻信號轉換為可輸出的模擬視頻信號視頻解碼芯片是公司推出的一款視頻解碼系列芯片的主要作用是把輸入的模擬視頻信號解碼成標準的數字信號相當于一種器件通過總線可以對其實現編程控制內部包含兩路模擬處理通道能實現

3、視頻源的選擇抗混疊濾波模數變換自動增益控制時鐘產生多制式解碼及亮度對比度和飽和度控制模擬視頻信號經處理后從位輸出的標準數字信號并產生相應的行場同步信號以及與鎖定的時鐘信號和芯片芯片選用公司的芯片它屬于低成本的系列容量中等在性能上完全可以滿足本系統的邏輯設計要求主要特點有內部邏輯單元多達個最大系統門數約合萬門以上多達的嵌入個塊單元可由用戶編程配置為等元件個鎖相環和個差分通道視頻編碼芯片是公司的一種高集成度視頻編碼芯片可以將數字的信號編碼為制式的輸出或端子輸出的模擬視頻信號單一的供電可通過其接口對芯片內部電路進行控制該芯片特點有個片內位視頻對應和倍過采樣實時載波控圖視頻字符疊加的硬件框圖 和模式多

4、種數據輸出格式僅需一個的晶振就可滿足所有視頻標準的應用視頻字符疊加的原理與實現在中編程通過總線對和進行配置配置完成后輸出位寬為的格式的數字視頻信號在中對輸入的視頻信號進行處理并提取一些同步信息作為后面字符疊加的同步控制信號需要疊加的字符信息存儲在的中根據要求在視頻信號的特定位置讀取中的數據并與接收的視頻信號疊加產生所需的帶字符的視頻視頻字符疊加過程如圖所示視頻信號的格式模擬視頻信號信號稱作全電視信號由圖像信號復合消隱信號和色同步信號組成中國采用的電視信號是制該信號采用隔行掃描幀頻為每幀圖像包括奇數場和偶數場場頻為一幀圖像分行傳送行掃描頻率為行周期為行正程為行逆程場周期場正程場逆程約信號輸出的數

5、據格式為標準的視頻數據每個像素點亮度信號占位個色度信號共占位每個像素都有自己的亮度數據但是輸出的數據中每個相鄰的像素共用一組色差數據其輸出格式如圖所示圖視頻字符疊加過程圖中的相關標志字節解析如下為有效視頻信號的開始標志為色差分量為亮度分量為色差分量為有效視頻信號的結束標志視頻數據字是以的速率復用傳送的其順序是其中這個字指的是同址的亮度和色差信號取樣后面的字樣對應于下一個亮度取樣在制式下每一幀模擬視頻信號數字化后的輸出圖像大小是有效像素是幀秒所以視頻輸出碼率為其中時序參考代碼字節的格式見表表中保留比特位的狀態取決于比特的狀態在接收機中這種安排容許糾正誤碼表的行是奇場其中上幀行到本幀行是奇場消隱期

6、從行到行是奇場有效行從本幀行到行是偶場其中行到行是偶場消隱期行到行為偶場有效行視頻信號字符疊加的實現對的控制和字符疊加在中用編程實現軟件采用塊化設計方法本設計中主要包括對的控制模塊視頻信號接收模塊和字符疊加模塊表字節定義固定奇數場偶數場有效數據場消隱期保留表保留比特位值描述奇數場有效數據開始奇數消隱開始偶數場有效數據開始偶數消隱開始圖數據格式消隱期時序參考代碼時序參考代碼消隱期 年第 卷第期總第期電視技術圖視頻信號接收模塊波形有的模塊和的模塊個模塊獨立存在分別對和進行配置它們的原理一樣只是對不同芯片要配置的數據不一樣因此只要改變兩者中的數據即可控制模塊由模塊和模塊組成模塊的作用是產生一系列的控

7、制命令和讀取中數據模塊是調用的核生成的它的作用是來執行上一個模塊的命令和產生數據和時鐘為復位信號為的時鐘為從中讀取的寄存器數據為忙狀態信號由模塊產生的回應信號分別為停止開始發送和執行命令為讀的地址為要傳送的數據為數據線為時鐘線對和的寄存器寫操作如圖所示起始位條件是高電平時有下降沿芯片地址寫標志的為若通過電阻接地則為的為若為高電平則為產生的回應信號寄存器地址寫入相應寄存器的數據停止位條件是高電平時有上升沿寫控制字時首先產生一個開始信號送出芯片地址寫標志的指令收到一個應答位之后送出要進行寫操作的寄存器地址同樣收到應答位后輸出要寫的內容再次收到應答產生停止信號對多個寄存器操作時寄存器地址有自動加功能

8、要配置的寄存器數據存儲在中對相應的寄存器地址從中讀取對應的數據并寫入寄存器寄存器配置完成后寫控制字停止用截出的控制模塊波形圖如圖所示視頻信號接收模塊視頻信號接收模塊如圖所示本模塊主要作用是接收從過來的數字視頻信號并從中分離出奇偶場同步信號為后面的字符疊加模塊備用為復位信號為的系統時鐘為輸出的數字視頻信號是行同步信號分別是奇偶場的行同步信號為了檢測到圖像的起始點即檢測圖像開始第一行的起始標志位本程序通過判斷格式的奇偶開始幀和結束幀來判斷一幅完整的圖像何時開始行場數據和有效數據用狀態信號和分別標志偶場和奇場當檢測到開始信號時相應的狀態信號拉高當檢測到接收的連續數據為時奇場的行同步信號置為個后進入消

9、隱期置為當檢測到接收的連續數據為時偶場的行同步信號置為個后進入消隱期置為如此反復循環檢測就可以得到奇偶場的行同步信號行同步信號為與的相或為時波形如圖所示字符疊加模塊字符疊加模塊如圖所示本模塊主要作用是利用接收模塊產生的行同步信號在特定位置從的字符的視頻信號的系統時鐘圖控制模塊圖控制模塊波形圖視頻信號接收模塊 分別是奇偶場的行同步信號為疊加后的數字視頻信號要能在視頻的正確位置疊加字符首先必須確定視頻信號的行列位置因為圖像的每一行的起始幀的標志位相同舉例如果現在傳輸的是圖像的奇場那么可以連續檢測到個奇場行的開始標志并不能通過行起始標志判斷哪行是圖像的第行所以在程序運行第一次采集圖像有效數據之前要找

10、到一幅圖像開始的第一行方法是首先檢測偶場的行同步信號等待直到檢到第一個奇場的行同步信號才是一幅完整圖像的開始的第一行在每行的消隱期行計數器加奇場行計數器在為時清零偶場行計數器在為時清零這樣就可以確定視頻信號的行位置知道了圖像的開始位置和根據每行有效像數為個很容易確定視頻信號的列位置疊加字符的行位置在程序中給定列位置在中的文件給定要疊加的字符信息可以用或者儲存可以存儲更多的字符信息實現字符的動態顯示本文采用儲存字符信息使用方便簡單內容修改方便調用核生成在軟件中進行簡單的設置就可以將模塊配置成數據和地址的位寬可根據實際需要進行選擇本文設計的數據位寬為位地址為位完一組的地址計數器加疊加允許位為時的地址計數器歸零不讀取中的數據直接輸出源視頻信號這樣視頻字符的疊加就實現了為時波形如圖所示小結筆者介紹了一種基于的視頻字符疊加系統的硬件設計和軟件實現經測試本設計的視頻字符疊加效果很好可以在屏幕的任意位置進行疊加字符內容修改方便參考文獻孫泓波顧紅蘇為民等視頻字符疊加技術的發展及四種實現方案電子技術應用裴昌幸劉乃