基于FPGA的视频字符叠加的设计与实现.docx
《基于FPGA的视频字符叠加的设计与实现.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于FPGA的视频字符叠加的设计与实现.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
基于FPGA的视频字符叠加的设计与实现
年第
卷第期总第期
电视技术
文章编号
基于的视频字符叠加的设计与实现
宋承杰王景存
武汉科技大学信息科学与工程学院湖北武汉
摘要设计了一种基于的视频字符叠加系统利用视频解编码芯片和
对视频数据进行采集和处理生成所需的带
字符的视频介绍了系统的硬件构成数字视频信号
控制视频字符叠加的原理和具体的程序设计思想并对其中的难点
进行了详细分析本设计可以在视频的任意位置叠加字符和图像内容变动时容易修改
关键词
现场可编程门阵列视频叠加
视频解码
中图分类号
文献标识码
实用设计
引言
视频字符叠加是在视频信号中混入字符或时间信号从而在屏幕的特定位置上与图像信号同时进行显示
这项技术是应用电视技术中的一个重要领域在应
用电视系统中发挥着重要的作用用
实现数字视
频字符叠加不仅简化了电路结构而且在现有成本前提
下充分利用了
资源它采用了参数化模块化的设计
方式因此显示稳定对显示格式内容变动时容易修改
视频字符叠加的硬件电路设计
本文设计的视频字符叠加硬件电路主要由
和
组成总体结构框图见图其中视频解码芯片的作用是把输入的模拟视
频信号转换为数字视频信号
芯片采
用公司的
芯片其主要作用是对视频芯片
和
进行
控制和实现字符叠加功能视频编码芯片
的作用是把处理后的数字视频信号转换为可输出的模拟视频信号
视频解码芯片
是
公司推出的一款视频解码系列
芯片
的主要作用是把输入的模拟视频信号解码成标准的数字信号相当于一种
器件通
过
总线可以对其实现编程控制
内部包含两路模拟
处理通道能实现视频源的选择抗混叠滤波模数变换自动增益控制时钟产生多制式解码及亮度对比度和饱和度控制模拟视频信号经处理后从位输
出的标准
数字信号并产生
相应的行场同步信号
以及与
锁定的时钟信号
和
芯片芯片选用
公司的
芯片它属于低成本的系列容量中等在性能上完全可
以满足本系统的逻辑设计要求
主要特点有内部逻辑单元多达个最大系统门数约合万门以上多达的嵌入
个块单元可由用户编程配置为等元件
个锁
相环和
个差分通道
视频编码芯片
是
公司的一种高集成度视频编码芯片可以将数字的信号编码为
制式的
输出或端子输出的模拟视频信号单一的
供电可通过其
接口对芯片内部电路进行控
制该芯片特点有
个片内位视频
对应
和倍过采样
实时载波控图视频字符叠加的硬件框图
和模式多种数据输出格式仅需一个
的晶振就可满足所有视频标准的应用
视频字符叠加的原理与实现
在中编程通过
总线对
和进行配置
配置完成后输出位宽为
的格式的数字视频信号在
中对输
入的视频信号进行处理并提取一些同步信息作为
后面字符叠加的同步控制信号
需要叠加的字符信息存
储在的
中
根据要求在视频信号的特定位
置读取
中的数据并与接收的视频信号叠加
产生
所需的带字符的视频视频字符叠加过程如图
所示
视频信号的格式模拟视频信号
信号称作全电视信号由图像信号复合消隐
信号和色同步信号组成中国采用的电视信号是
制该信号采用隔行扫描帧频为
每帧图像包括
奇数场和偶数场场频为
一帧图像分
行传
送行扫描频率为行周期为行正程为
行逆程
场周期
场正程
场逆程约
信号
输出的数据格式为标准
的视频数据每个像素点亮度信号占位个色度信号共占
位
每个像素都有自己的亮度数据
但是输出
的数据中每
个相邻的像素共用一组色差数据
其输出格式如图
所示
图
视频字符叠加过程
图中的相关标志字节解析如下
为有效视频信号的开始标志
为
色差分量
为亮度分量
为
色差分
量
为有效视频信号的结束标志
视频数据字是以
的速率复用传送的其顺
序是
其中
这
个字
指的是同址的亮度和色差信号取样后面的字样对应于下一个亮度取样在
制式下每一帧模拟视频信号数字化后的输出图像大小是
有效像素是
帧秒
所以视频输出码率为
其中时序参考代码
字
节的格式见表
表中
保留比特位的状态取决于
比特的状态在接收机中这种安排容许纠正
误码表
的
行是奇场其中上帧
行到本帧
行是奇场消
隐期从行到
行是奇场有效行从本帧
行到
行是偶场其中
行到
行是偶场消隐期
行到
行为偶场有效行视频信号字符叠加的实现对
的控制和字符叠加在
中用
编程实现
软件采用块化设计方法本设计
中主要包括对
的
控制模块视频
信号接收模块和字符叠加模块
表
字节定义
固定奇数场偶数场
有效数据场消隐期
保留
表
保留比特位
值
描述
奇数场有效数据开始
奇数消隐开始
偶数场有效数据开始
偶数消隐开始
图数据格式
消隐期时序参考代码时序参考代码消隐期
年第
卷第期总第期
电视技术
图
视频信号接收模块波形
有
的
模块和
的
模块
个模块独立存在分别对和进行配置它
们的原理一样
只是对不同芯片要配置的数据不一样
因此只要改变两者
中的数据即可控制模块由模块和
模块组成模块的作用是产生一系列的控制命令和读取
中数据模块是调用
的核生成的它的作用是来执行上一个模
块的命令和产生
数据和时钟
为复位信号
为
的时钟
为从中读取的寄存器数据为忙状态信号
由
模块产生的回应信
号
分别为停止开始发送和执行命令
为读
的地址为要传送的
数据
为数据线
为时钟线
对和
的寄存器写操作如图
所示
起始位条件是
高电平时有下降沿
芯片地址写标志的为
若通过
电阻接地则为的为
若
为高电平则
为
产生的回应信号
寄存器地址写入相应寄存器的数据停止位条件是高电平时
有上升沿写控制字时
首先产生一个开始信号送出
芯片地址写标志的指令收到一个应答位
之后送出要进行写操作的寄存器地址同样收到应答位后输出要写的内容再次收到应答产生停止信号对多个寄存器操作时寄存器地址有自动加功能
要
配置的寄存器数据存储在中
对相应的寄存器地
址从
中读取对应的数据并写入寄存器
寄存器配
置完成后写控制字停止用截出的
控
制模块波形图如图
所示
视频信号接收模块视频信号接收模块如图所示本模块主要作用是
接收从过来的数字视频信号并从中分离出奇
偶场同步信号为后面的字符叠加模块备用为复位
信号
为
的系统时钟
为
输
出的数字视频信号
是行同步信号
分别是奇偶场的行同步信号
为了检测到图像的起始点即检测图像开始第一行的起始标志位
本程序通过判断
格式的奇偶开
始帧和结束帧来判断一幅完整的图像何时开
始行场数据和有效数据
用状态信号
和
分别标志偶场和奇场当检测到开始信号时相应的状态信号拉高
当检测到接收的连续数据为时奇场的行同步信号置为
个
后进入
消隐期
置为当检测到接收的连续数据为
时
偶场的行同步信号
置为个后进入消隐期置为如此反复
循环检测就可以得到奇偶场的行同步信号行同步信
号为
与的相或
为
时波形如图
所示
字符叠加模块字符叠加模块如图
所示本模块主要作用是利用
接收模块产生的行同步信号在特定位置从
的
字符的视频信号的系统时钟
图
控制模块
图控制模块波形
图视频信号接收模块
分别是奇偶场的行同步信号为叠加后的数字视频信号
要能在视频的正确位置叠加字符首先必须确定视频信号的行列位置因为图像的每一行的起始帧的标志
位相同举例如果现在传输的是图像的奇场那么可以
连续检测到
个奇场行的开始标志
并
不能通过行起始标志判断哪行是图像的第行
所以在
程序运行第一次采集图像有效数据之前要找到一幅图
像开始的第一行
方法是首先检测偶场的行同步信号
等待直到检到第一个奇场的行同步信号才是一幅完整图像的开始的第一行在每行的消隐期行计数器加奇场行计数器在
为
时清零偶场行计数器在
为
时清零
这样就可以确定视频信号的行位
置知道了图像的开始位置和根据每行有效像数为
个
很容易确定视频信号的列位置
叠加字符的行位置在程序中给定
列位置在中的文件给定
要叠加的字符信息可以用或者
储存
可以存储更多的字符信息实现字符的动态显示
本文采用储存字符信息使用方便简单内容修改方便
调用
核
生成在
软件中进行简单的设置就可以将模块配置成
数据和地址的位宽可根据实际需要进行选择
本
文设计的
数据位宽为
位地址为
位
完一组的地址计数器加叠加允许位为时
的地址计数器归零不读取中的数据直接输
出源视频信号这样视频字符的叠加就实现了
为
时波形如图
所示
小结
笔者介绍了一种基于的视频字符叠加系统的
硬件设计和软件实现经测试本设计的视频字符叠加
效果很好可以在屏幕的任意位置进行叠加字符内容
修改方便参考文献
孙泓波顾红
苏为民
等
视频字符叠加技术的发展及四种实
现方案
电子技术应用
裴昌幸刘乃安电视原理与现代电视系统西安西安电子科
技大学出版社潘松
黄继业
技术与
北京清华大学出版社
杨守良基于的正弦信号发生器电路实现方法微计
算机信息岳明道
任子晖
张君霞
等基于
的
文件创建与使用
国外电子元器件
作者简介
宋承杰硕士生主研智能信息处理
王景存副教授博士主要从事数字信号处理和计算机
网络的研究责任编辑任健男
收稿日期
图
字符叠加模块
图
字符叠加模块波形
升级会员 