摘? 要: 介紹了NEC公司推出的專用字符疊加芯片uPD6450和uPD6453的性能特點及其在視頻字符疊加系統(tǒng)中的應(yīng)用,包括控制命令、串行口時序、硬件外圍電路的設(shè)計以及軟件設(shè)計等。
關(guān)鍵詞: 視頻字符疊加? uPD6450? uPD6453
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近年來,隨著視頻監(jiān)控系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用,其系統(tǒng)容量在不斷擴大。字符疊加電路是視頻監(jiān)控系統(tǒng)中不可缺少的一部分。因此,它的顯示編輯功能、可靠性以及電路的規(guī)模和復(fù)雜程度,也就成為設(shè)計者十分關(guān)注的一個問題。
為了保證在系統(tǒng)容量較大的情況下,實現(xiàn)低成本、高性能的字符疊加,我們嘗試了使用NEC公司推出的專用字符疊加芯片uPD6450和uPD6453。實踐證明,以這兩種芯片為核心設(shè)計的字符疊加電路,具有可靠性高、顯示編輯功能強、硬件電路簡化等優(yōu)點,是視頻字符疊加的一種較好的選擇。下面對這兩種芯片的性能特點以及它們在字符疊加電路中的具體應(yīng)用進行簡要的介紹。
1 性能特點
uPD6450和uPD6453是NEC公司推出的專用字符疊加芯片,它們的共同特點是顯示編輯功能強,可以在屏幕上顯示12行24列的字符,每個字符為12×18點陣,字符的大小、閃爍頻率可以根據(jù)需要進行調(diào)整,同時為了達到顯示的多樣性,屏幕的背景色、字符的邊緣色以及字符本身的顏色也可以進行修改。但在某些應(yīng)用上,這兩個芯片之間還是存在著一些差異,主要體現(xiàn)在兩個方面,一是芯片uPD6450內(nèi)部只固化了128個日文、英文字母和數(shù)字等字符的字模,而沒有提供自定義字符的RAM空間,因此不能外擴漢字,對我國的大多數(shù)用戶來說,在使用上存在著一些局限性。uPD6453則較好地解決了這個問題,其內(nèi)部不但提供240個字符的字模,而且還提供16個字符的RAM空間以供用戶填入自定義字符,這就為漢字顯示提供了可能。二是這兩個芯片在顏色控制上也存在著一些差異,芯片uPD6450有5種顏色的內(nèi)部視頻信號,可以作為顯示時的背景色,但它的字符顏色只能為黑色或白色,字符的邊緣色也只有黑色一種;而芯片uPD6453字符的背景色、邊緣色以及字符本身的顏色均有7種,因此在顏色控制上,芯片uPD6453為用戶提供了更多的選擇。
2 控制命令和串行口時序
2.1 uPD6450控制命令和控制時序
2.1.1 控制命令
uPD6450每一條控制命令均由兩個字節(jié)組成,前一字節(jié)為“格式”命令,如下所示:
格式命令主要用于釋放測試模式(FR=1表示釋放測試模式),并提供一位(F0)與下一字節(jié)相組合以確定命令類型。當連續(xù)幾條控制命令的第一字節(jié),即“格式”的內(nèi)容相同時,可以共用一條“格式”命令。芯片uPD6450提供了10條控制命令,表1列出了這些控制命令主要的功能特點。
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2.1.2 控制時序
控制時序如圖1所示。DATA、CLK、STB、BUSY分別為芯片uPD6450的串行數(shù)據(jù)輸入端、時鐘輸入端、選通信號輸入端及忙信號輸出端。只有當BUSY信號為低電平時,uPD6450才可讀取CPU輸入的串行數(shù)據(jù)(先高位后低位),并在STB的上升沿將該8位串行數(shù)據(jù)寫入其內(nèi)部寄存器。
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2.2 uPD6453控制命令和控制時序
2.2.1 控制命令
uPD6453的控制命令分為兩種:單字節(jié)命令和雙字節(jié)命令,這兩種不同的命令格式具有不同的時序。表2列出了這些控制命令主要的功能特點。
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2.2.2 控制時序
圖2給出了單字節(jié)命令和雙字節(jié)命令的控制時序。
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3 uPD6450和uPD6453在視頻字符疊加系統(tǒng)中的應(yīng)用
3.1 硬件電路的設(shè)計
采用芯片uPD6453進行字符疊加時,其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。
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在該電路設(shè)計中,需要注意以下幾個問題:
(1)芯片uPD6453內(nèi)部的字模(包括16個字符的空RAM區(qū))均為12×18點陣,而12×18點陣的漢字字庫很難找到,因此設(shè)計中采用了12×12點陣的字庫數(shù)據(jù),但這樣顯示的字符比較小。經(jīng)過試驗發(fā)現(xiàn)當電感取15μH、電容取56pF時,12×12點陣的漢字字符以雙倍顯示比較合適。
(2)89C52只能直接管理64K的存儲空間,當采用12×12點陣的漢字字庫時,存儲所有的國標一級漢字需要128K的ROM,這樣就需要進行分頁管理,最高位的地址線由I/O口引出。
(3)行場同步信號的分離可以采用專用集成電路如LM1881,也可以使用分立模擬元件。關(guān)于其具體電路,在參考文獻2中已有詳細論述,需要注意的是uPD6453的輸出端只輸出疊加的字符信號。
(4)在圖3所示的設(shè)計框圖中,可以在P0口再外接一個時鐘芯片,如DS12887,以便能夠在視頻圖像信號上疊加當前時間。
使用芯片uPD6450時,其硬件電路設(shè)計與使用uPD6453時存在著一些差異,主要體現(xiàn)在兩個方面：一是由于uPD6450只能顯示其內(nèi)部固化的128個字符而不能顯示漢字,因此電路設(shè)計上不再使用字庫ROM;二是芯片uPD6450本身就有視頻信號的輸入輸出管腳,經(jīng)過字符疊加后的視頻信號直接從該管腳輸出,與uPD6453只輸出字符信號不同。圖4、圖5給出了uPD6450視頻輸入輸出電路的設(shè)計。
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3.2 軟件設(shè)計
一般而言,需要在視頻圖像信號上疊加標題和時間等信息,以便將來對錄像存檔的圖像信號進行分辨和查找;同時,為了使疊加的字符信息不影響正常的圖像顯示,字符的顯示位置也應(yīng)是可調(diào)整的?；谶@兩點,將整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計分為6種狀態(tài),其狀態(tài)圖如圖6所示。
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軟件編程時,可以在5個設(shè)置界面上選用背景色。進行標題設(shè)置時,如采用芯片uPD6453,則需要對用戶填入的漢字區(qū)位碼進行編輯,從字庫ROM中提取出點陣數(shù)據(jù),然后通過uPD6453的合成,顯示出相應(yīng)字符;但若采用芯片uPD6450,則可以直接在設(shè)置界面上顯示出該芯片內(nèi)部固化的一些常用字符(如英文字符和數(shù)字等),以供用戶選擇。另外,標題的設(shè)置應(yīng)有字符替換、字符插入、字符刪除的功能。時間設(shè)置的軟件編程比較簡單,只需將用戶設(shè)置的當前時間進行顯示并寫入時鐘芯片即可。在時間移動和標題移動的編程上,芯片uPD6450和uPD6453提供的顯示位置調(diào)整功能為軟件設(shè)計帶來了很大方便。
以上介紹了芯片uPD6450和uPD6453在視頻字符疊加系統(tǒng)中的應(yīng)用,包括它們的性能特點、控制命令、串行口時序、硬件外圍電路的設(shè)計以及軟件設(shè)計等。采用這兩種芯片進行視頻字符疊加系統(tǒng)的設(shè)計時,具有顯示編輯功能強、設(shè)計簡單、可靠性高、實用性好等優(yōu)點,是視頻字符疊加的一種較好的選擇方案。
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參考文獻
1 中國廣播電視設(shè)備工業(yè)協(xié)會應(yīng)用電視專業(yè)協(xié)會.應(yīng)用電視——設(shè)備原理與工程實踐(第1版).北京:電子工業(yè)出版社,1992
2 孫泓波,顧 紅,蘇為民.視頻字符疊加技術(shù)的發(fā)展及四種實現(xiàn)方案.電子技術(shù)應(yīng)用.2000;26(11):44～46