采用FPGA实现视频应用中的OSD设计-电子工程世界

分享到: 微博; QQ; 微信; LinkedIn

近年来，数字视频监控系统在银行、高速公路、楼宇等各个领域取得了广泛的应用。在数字视频监控系统中，OSD(On Screen Display)技术是不可或缺的部分。OSD为用户提供友好的人机界面，能够使用户获得更多的附加信息。

系统构成

本文介绍的系统是基于TI DSP TMS320DM6?3与FPGA的完整视频监控系统，支持1路视频的输入和1路视频输出，此外还提供网络接口。

视频输入采用TI的高性价比视频解码器TVP5150A来实现，TVP5150A可实现两路复合视频输入或一路S-video视频信号的采集。通过I2C进行寄存器配置，输出数字视频信号遵循ITU656标准。

TVP5150A解码后的数字视频信号通过DM6?3的视频端口1传送给DSP，由DSP进行必要的视频处理，由网络接口输出给远端设备。另一方面，DM6?3把从网络接收的视频数据处理后，通过视频端口2，经过FPGA，由SAA7105显示输出，具体结构如图1所示。

输出部分采用SAA7105实现。SAA7105是NXP公司的一款高性能视频编码器，可提供复合视频输出、VGA视频输出以及HDTV高清视频信号的输出。SAA7105的控制也通过I2C实现，接收复合ITU656标准的数字视频信号。

视频处理部分采用的是TI的DSP TMS320DM6?3来实现。DM6?3主频可达600MHz，有2个20位的视频端口，视频端口支持BT.656、Y/C等数字视频接口，DM6?3还集成了网络MAC，可实现网络接入。

硬件性能的发展速度总是很难满足软件的需求。在视频处理越来越复杂的应用中，DSP承担着繁杂的视频处理任务，资源变得非常紧张，所以在本系统设计中，采用了FPGA实现OSD的设计，可以减轻DSP的负担。

OSD实现部分选用的是赛灵思公司的XC3S250E。XC3S250E是赛灵思SPARTAN-3E系列的FPGA，有25万个逻辑门。

图1：基于TMS320DM6?3与FPGA的完整视频监控系统架构示意图。

OSD实现

SAA7105无法实现OSD功能，而由XC3S250E来实现。主控芯片DM6?3只需要通知FPGA要显示的内容和位置，具体的工作由FPGA执行。OSD的逻辑框图如图2所示。

图2：OSD功能框图。

[page]OSD FPGA通过EMIFA从DSP DM6?3接收OSD数据和控制指令，通过DSP的视频端口1接收视频数据，并将OSD的信息叠加到视频数据上，输出给视频编码器SAA7105。OSD的各功能模块描述如下。

地址译码模块的数据端口与DSP DM6?3的EMIFA低32位数据接口，接收DM6?3发出的数据与控制信息，这些数据和控制信息是DM6?3发出的原始32位数据。地址译码模块将接收到的OSD数据，如OSD的内容等，以32位数据格式放入到FPGA的内部FIFO中。而控制信息主要是通过一组控制寄存器对OSD实现控制。

与DSP直接连接的模块还有视频接口模块。视频接口模块与DSP的视频端口2相连，存储来自DSP视频端口的数据与控制信息。这些控制信息被直接传输给OSD多路控制模块，同时控制信息也直接控制视频解码器SAA7105。

OSD控制逻辑把从控制寄存器组得到的控制信息输出到OSD的各个功能模块，实现对OSD的控制。寄存器组主要分为两个部分：一是异步寄存器组，向OSD发送如复位、OSD使能和选择数据宽度的控制信息；另一个是同步寄存器组，主要控制OSD的位置信息。

OSD解码模块根据控制逻辑的控制信息，从FIFO中取出要显示的数据，以与视频数据同步的方式输出到OSD CLUT模块。从FIFO中获得的数据是原始的DSP 32位数据，而OSD CLUT模块需要的数据是8/16位的，所以OSD解包模块需要以一定的规则将32位数据解包，以视频端口的频率将32位数据以8/16的宽度传输给OSD CLUT模块。

FIFO模块的另外一个功能是向DMA事件发生器模块传递FIFO的状态信息，如FIFO满或FIFO空。DMA事件发生器监控这些事件，如果发生，则以中断的模式发送给DM6?3，以实现对FIFO的正确读写操作。

OSD CLUT模块为从OSD解包模块接收的每个象素的数据查找YCbCr的对应值，并控制这些OSD CLUT数据的输出顺序。这种转换关系是由DSP通过24位的数据端口传送过来的。OSD CLUT模块的数据直接输出给OSD多路控制器模块。

OSD多路控制模块根据从OSD CLUT模块接收到的Alpha控制位确定输出视频数据，如果当前为OSD信息，即Alpha控制位有效，则输出OSD数据给数据转换模块。否则，输出从视频接口模块接收的原始视频数据，以此来实现OSD功能。

OSD多路控制器输出的数据并没有直接送给视频解码器，而是通过数据转换模块，根据具体的应用条件，进行必要的数据格式转换。由SAA7105的接口时序可知，当SAA7105配置为复合视频输出时，其要求的数据为单时钟沿数据，此时数据转换模块不作任何工作，将从OSD多路控制模块接收的数据原封不动地传输给SAA7105；如果SAA7105配置为VGA或HDTV输出模式时，需要双时钟沿数据，此时数据转换模块将从OSD控制器接收到的单时钟沿数据转换成双时钟沿数据，输出给视频解码器SAA7105。

由此可见，FPGA完成了OSD的所有工作。如果要显示OSD内容，DM6?3只需要通过EMFIA口向FPGA发送控制指令即可，这些指令当然包括OSD的内容及位置信息。

OSD控制

由XC3S250E实现的OSD设计根据接收到的OSD位置及内容信息进行OSD显示，对OSD显示的内容没有任何限制，非常灵活方便。下面以OSD汉字显示为例说明OSD的控制操作。

要正确的显示汉字，就必须将输入的汉字内码转换成对应的区位码。这一功能我们通过函数Uint32 Code_Converse(unsigned char *CodeNPointer)，其输入为指针，指向要转换汉字。返回值为该汉字对应的区位码。OSD的显示由函数OSDHZ?isplay实现：

		void OSDHZ_ Display

{

Uint8 *pFrame

Uint32 pitch

OSDUTIL_Point* loc

Uint32 CodeQ

OSDHZ?ont *font

Uint8 fgColor

Uint8 bgColor

}

其中，Uint8 *pFrame为OSD输出的Buffer缓冲区；Uint32 pitch为每行显示的象素值；OSDUTIL_Point *loc为第一个字符的显示位置；Uint32 CodeQ为要显示汉字的区位码；OSDHZ?ont *font为显示汉字所用的字体；Uint8 fgColor显示汉字的前景色；Uint8 bgColor显示汉字的背景色。

所以，如果需要显示汉字，只需要将汉字进行必要的码制转换，然后将转换后的区位码，给出显示的位置，输出给OSD FPGA即可。当然要显示汉字，汉字字库是必不可少的。

关键字：Xilinx osd 引用地址：采用FPGA实现视频应用中的OSD设计

上一篇：赛普拉斯 PSoC 片上系统出货量突破10 亿
下一篇：基于FPGA的实时无损数据压缩系统设计

推荐阅读最新更新时间：2024-05-02 21:30

FPGA的下一代形态是这样的

早前，Xilinx宣布其新一代基于ACAP架构的芯片系列Versal已经正式出货给第一批客户，并将在今年下半年正式大规模出货。这也意味着Xilinx研发多年的新架构终于到了经历市场检验的阶段。自从Xilinx从2018年发布ACAP架构以来，该架构就得到了行业的高度关注。ACAP全称“灵活计算加速平台”（Adaptive Computation Acceleration Platform），该芯片不仅包含了FPGA的可配置逻辑，还包含了ARM核，以及AI Engine和DSP Engine。这意味着使用ACAP架构的芯片将可以满足三种需求：ARM核可以运行一些通用化且对性能需求不高的任务，例如操作系统；FPGA可配置逻辑可以

[嵌入式]

赛灵思神经网络加速库实现FPGA的高效深度学习运算

不久前，AMD和FPGA大厂赛灵思的股东以压倒性多数批准AMD以350亿美元收购赛灵思，这则消息引起了无数“电子人”的关注，要知道，这将是目前芯片行业最大规模的交易之一，上一回还要追溯到英伟达收购ARM。在电子行业，赛灵思的FPGA芯片一直被行业所推崇，而随着机器学习、深度学习的兴起，也有许多研究者开始将这些智能算法应用在FPGA芯片上。机器学习是使计算系统无需明确编程即可采取行动的科学，传统机器学习包括各种聚类和分类技术，包括K-means聚类、线性和逻辑回归、随机梯度下降、关联规则学习等。而深度学习则是机器学习中较为前沿的内容，通常依赖于人工神经网络来实现。人工神经网络（CNN）非常适合处理图像或视频数据，其衍生以及变体网

[手机便携]

<font color='red'>赛灵思</font>神经网络加速库实现FPGA的高效深度学习运算

深维科技联手赛灵思，带来全新音视频图像处理技术方案

2019年12月13日，专业的音视频技术大会LiveVideoStackCon 2019第二场如期在深圳举行，赛灵思联合众多视频处理领域的合作伙伴共同为业界带来了精彩的演讲和实例演示。图注：深维科技作为赛灵思中国最佳图像处理领域解决方案供应商（ISV）出席深圳 LiveVideoStackCon 2019 深维科技作为赛灵思中国最佳图像处理领域解决方案供应商（ISV）出席了此次活动。通过现场展示和技术宣讲，从并发度、吞吐量、处理延迟等各个方面都大幅超越 CPU的深维科技图像加速方案ThunderImage JPEG2JPEG 收获了现场观众给关注与肯定。 ThunderImage JPEG2JPEG是深维科技在20

[嵌入式]

深维科技联手<font color='red'>赛灵思</font>，带来全新音视频图像处理技术方案

赛灵思CTO：一个无晶圆厂商的悖摩尔定律

摩尔定律的精髓就是：当价格不变时，集成电路（IC）上可容纳的电晶体数目，约每隔18个月便会增加一倍。然而，引用赛灵思高级副总裁兼首席技术官Ivo Bolsens的话说，摩尔定律的意义不仅仅在于成本的降低，更重要的是，可以让芯片商为客户创造更多的价值。在7月11日的美西半导体展的晶圆厂设备厂商展台旁，Bolsens表示，芯片制造商只有一条路，那就是增加价值，比如更加有效的架构、3D集成和可编程等等。尽管继续完善技术是必要的，但是更重要的是芯片商要用新的技术带给客户更的价值。 “随着我们不断前进，创造新的价值要比摩尔定律的减少成本来得更凑效。” Bolsens表示，当一个新的技术节点实现时，这个技术节点工艺其

[嵌入式]

赛灵思2011年CES展会中最受关注的九大问题

1. 赛灵思将在 2011 年消费电子展上宣布了什么消息？赛灵思将推出深受行业欢迎的 Spartan®-6 FPGA 消费视频套件（Consumer Video Kit）新版本，为消费电子系统设计人员提供一套完整的开发平台，让他们轻松应用FPGA 的灵活性和实时视频处理功能进行设计。最新Spartan®-6 FPGA Consumer Video Kit消费视频套件为各大数字电视 OEM 厂商提供了灵活的设计平台，能够加速其视频算法的开发，以支持包括 DisplayPort 1.1a、V-by-One®HS、高达 1.05 Gbps 的 LVDS 和 HDMI™1.4a 等在内的最新标准，从而帮助他们轻松应对日益缩短的上

[嵌入式]

赛灵思获三星5G设备芯片大单！

据路透社报道，美国半导体公司赛灵思周三表示，已获得一项向三星提供5G网络设备芯片的交易。 Xilinx主要生产用于电信设备的可编程芯片，爱立信、诺基亚和华为都是它的客户。不过，美国当局阻止它向华为运送某些产品。韩国三星电子是全世界最大的智能手机制造商，此外，三星电子也是一家电信设备制造商，并和华为、诺基亚和爱立信争夺5G设备市场。此前，三星电子一名高管透露，2019年上半年，三星电子在全球5G网络设备市场占到了28%的市场份额。三星致力于为韩国的5G网络提供更多动力。三星目前占据韩国5G电信设备市场的60%，这得益于“近水楼台先得月”——即韩国前三大电信运营商——SK电信、KT和LG U+和三星电子的合作。关于此次合作，

[手机便携]

赛灵思宋传华：为FPGA设计带来革命性变革

全球可编程平台领导厂商赛灵思公司（Xilinx, Inc. (NASDAQ: XLNX) ）日前在进驻北京新址的庆典上,强调其对高增长的中国市场的承诺。该公司不断扩大其在亚太地区的影响力，包括开设研发中心，并将本地销售、市场营销和应用工程设计等业务整合到统一的办公地点。新址面积达 2,000 平米，将为北京本地、整个亚太区乃至跨国客户提供强有力的支持。以下是赛灵思赛灵思公司软件研发技术总监宋传华博士在庆典中的演讲实录：赛灵思中国研发中心的成立是赛灵思公司在2011年非常重要的投资，也是我们赛灵思研发部将创新DNA植根在中国的一个重要步骤，同时它也是我们“中国智造”整体战略的一个重要组成部分。当前赛灵思拥有多项领先业界

[嵌入式]

赛灵思声明召回Spartan-3 FPGA

　　据可编程逻辑供应商赛灵思(Xilinx)的网站显示，该公司宣布召回2005年9月至今年4月末生产的Spartan-3、Spartan-3E和Spartan-3L FPGA。这次召回产品的数量可能相当庞大。　　据该公司的网站，某些批次的wire-bonded PBGA封装可能存在非特定的制造封装缺陷，可能造成潜在的质量与可靠性风险。这次召回的产品的日期代码在0537和0617之间。　　赛灵思的发言人表示：“我们目前了解道的情况是，该问题对Spartan-3产品的质量影响有限。”该发言人强调，导致上述问题的根本原因是封装/装配，而不是硅片，而且只有一家客户证实出现问题。该发言人表示，赛灵思的封装/装配供应商已排除了这个问题

[焦点新闻]

热门资源推荐
热门放大器推荐

小广播

热门活动

换一批