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视频监控系统中的字符叠加设计
来源:本站整理  作者:佚名  2004-12-05 14:30:00




1 实现OSD功能的传统方案

视频监控系统通常存在多个被监控点,最终送入监视器的信号可能来自几十路、甚至几百路视频信号源。在监控端,这些视频信号可通过大规模视频矩阵开关切换到有限的监视器上。这样,在对监控点进行监视时一般需要在视频通道叠加一些相关信息,如:公司标志、摄像机的位置、时间、日期、报警信息等,实现这一功能的器件通常称作随屏显示(OSD)器件。传统设计中一般是在视频矩阵开关的输出端串入一个专用的OSD器件(见图1)。由于传统的OSD器件无法直接驱动视频电缆,因而需要为每路输出配置额外的高速复用器和缓冲器,这样将使系统成本升高、电路变得比较复杂。

2 Maxim提供的OSD方案

2.1 视频矩阵开关

Maxim生产的MAX4358 32×16视频矩阵开关内部集成有图形或字符叠加电路(图2),其16路输出级分别带有一路高速2:1模拟复用器。这样,需要叠加的图形/字符模拟视频信号可送入OSD Fill输入端,同时将适当的叠加时序控制信号送至OSD Key输入端,然后利用OSD Key控制信号控制复用器的切换。当OSD Key为低电平时,复用器即可将图形/字符(OSD Fill)信号切换到输出;而在OSD Key为高电平时,则将视频输入信号切换到输出端。复用器的开关时间典型值为40ns,远远低于一个像素的时间宽度。MAX4358输出缓冲器的增益可设置为+1V/V或+2V/V,这为近距离视频信号切换或驱动视频信号传输提供了一定的灵活性。通过SPI/QSPITM接口配置矩阵开关的状态和输出缓冲级增益,同时利用MAX4358在视频矩阵开关之前插入OSD信息,不仅省去了后续的复用器和输出缓冲器,同时也改善了视频信号的质量。

    2.2 OSD发生器

图2中的OSD器件可选用MAX4455, 其连接电路如图3所示。由于MAX4455内部集成有八通道的OSD发生器,故而在视频监控系统中能够为八路独立的复合视频通路同时提供4位灰度级的图形/字符视频信号,其中代码1(0001)接近于黑色、代码15?1111?为最白,每个像素对应的代码介于1至15,代码0(0000)表示没有OSD信号。MAX4455的位映射结构允许在摄像机视频信号中插入任意的信息或图形。另外,MAX4455提供给各个通道的图形模板是按逻辑排列的1024×512个像素,这种存储方式有利于主机的行/列寻址。实际显示区域为712 ×484 NTSC(或712×512 PAL)像素,其余的312行、28列(NTSC)为空白区域。

图3 MAX4450及MAX4358的连接电路

    MAX4455能够用于控制16M位SDRAM(如MT48LC1M16A)存储所需要叠加的数据视频信号,它支持SDRAM的所有功能,其中包括:刷新、RAS/CAS定时、视频寻址以及支持主处理器读/写操作的CPU存取周期等。配合MAX4455工作的SDRAM可选择MT48LC1M16A1-8、VIS VG3617161DT-8或速度更高的相关产品,也可选择HY57V16160D、HY57V16160C、M2V64S40DTP等型号。由于SDRAM是按照16位×1M的格式排列的,因此,每个SDRAM存储单元存储4个像素的内容(基于每像素4位灰度),且主机每次也存储/读取4个像素的数据。主机将以位映射方式填充OSD帧存储器,同时控制叠加图形的位置和亮度。MAX4455的八路通道共用同一存储资源,但其逻辑控制相互独立,因此,任意通道的读/写操作不会扰乱其余通道的图像操作。另外,MAX4455还具有一个存储共享功能,通过将信息写入一个设计好的源通道内可同时更新奇数或偶数通道。存储共享功能减少了主机对存储器的写操作,这对于快速更新各视频通道的公共叠加信息(如时间等)非常有用。MAX4455的八路VIDIN_输入级带有视频时基电路,包括行同步检测器、场同步检测器、场消隐检测器、行计数器以及奇数场/偶数场计数器等。VIDIN_输入级可检测MAX4358输出的标准1Vp-p视频信号,以便建立相应的视频光栅时基,然后利用这个光栅时基产生OSD图像信号,并在OS-DKEY控制下叠加到MAX4358的视频通道。需要说明的是:直接检测MAX4358的输出信号能够尽量减少开关/复用器延迟时间对时基的影响,但输入端应采用0.1μF交流耦合方式。

3 改善随屏显示系统的性能

在MAX4455/MAX4358芯片组构成的字符/图形叠加系统中,MAX4455可提供两路输出信号:模拟视频填充信号(OSD Fill)和复用器数字控制信号(OSD Key)。两路信号可在纳秒级保持同步,由于受MAX4358复用器开关速度的限制,OSD Fill信号与OSD Key相比略有延迟,这个小小的延迟会导致OSD Fill图形在显示器上出现一条黑色(0 IRE)轨迹,轨迹宽度与开关延迟时间有关(参见图4)。这种现象在一些应用中是不允许的,特别是在显示白色字符(或浅色背景)时,白色字符与黑色轨迹之间较强的对比度会令人难以接受。

图5 改善的设计方案

    图5给出了一个解决有限开关时间的方案,采用该电路可将开关延迟造成的黑色轨迹用白色轨迹取代,如果使白色轨迹与OSDFill的电平相同,则可完全消除轨迹效应,从而抑制开关延迟的影响。图中的R14、R用于设置轨迹的亮度,理想状况下将其设置为OSD Fill,当R取453Ω时,轨迹电平为100IRE。图5给出的只是一个视频通道的修正电路,而利用四片MAX4616则可以对MAX4455的八个输出通道的插屏信号进行修正。

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