??? 摘? 要:? 介紹了一種用于ATM自動(dòng)提款機(jī)的數(shù)字視頻監(jiān)控" title="數(shù)字視頻監(jiān)控">數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng),從經(jīng)濟(jì)實(shí)用的角度出發(fā),在系統(tǒng)的前、后端分別實(shí)現(xiàn)了OSD功能。前端疊加的OSD信息作為圖像的說明和補(bǔ)充,并且隨視頻流傳輸和存儲(chǔ);后端疊加的OSD提供了友好的用戶界面,不影響圖像的完整性。?
??? 關(guān)鍵詞:? 在屏顯示(OSD)? 數(shù)字視頻監(jiān)控? 圖像和字符疊加
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??? 隨著銀行客戶終端ATM自動(dòng)提款機(jī)的推廣使用,其安全防范工作顯得越來越重要,難度也越來越大。因此,針對ATM的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)便應(yīng)運(yùn)而生。數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)常常采用在屏顯示(On Screen Display,OSD)技術(shù)實(shí)現(xiàn)人機(jī)界面。在屏顯示技術(shù)就是在圖像上疊加文字,使顯示屏幕為用戶提供更多的附加信息。在ATM監(jiān)控中,銀行對OSD功能有著特殊的要求[1～3]:?
??? (1)將ATM機(jī)號(hào)、時(shí)間、日期、卡號(hào)、數(shù)據(jù)疊加在所錄視頻圖像上,并且要在每個(gè)畫面上疊加上鏡頭的地點(diǎn)信息。這些信息疊加以后就成為圖像的一部分,作為視頻圖像的說明,便于進(jìn)行監(jiān)控和查詢。?
??? (2)在回放或者監(jiān)控時(shí)要提供友好的用戶菜單,用來進(jìn)行系統(tǒng)的設(shè)置和查詢等操作。這些菜單信息只是給用戶提供交互的信息,不破壞圖像的完整性,并且不隨圖像數(shù)據(jù)傳輸和存儲(chǔ)。?
??? 本文針對ATM監(jiān)控系統(tǒng)對OSD功能的要求,在自行設(shè)計(jì)的一款A(yù)TM監(jiān)控設(shè)備中用不同的方法實(shí)現(xiàn)了兩種OSD功能。所采用的方法經(jīng)濟(jì)、實(shí)用,具有普遍意義,也可以推廣到其它的數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)中。?
1 系統(tǒng)簡介?
??? 本監(jiān)控系統(tǒng)是一個(gè)基于嵌入式CPU和新型MPEG-4硬件編、解碼芯片的系統(tǒng),提供兩路視頻輸入。為了節(jié)約成本,兩路視頻信號(hào)復(fù)合成畫中畫進(jìn)行壓縮編碼,由嵌入式CPU從PCI接口對壓縮數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲(chǔ)和傳輸。其輸出端提供實(shí)時(shí)的視頻輸出和畫中
畫回放數(shù)據(jù)的輸出。系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。?
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??? 視頻A/D轉(zhuǎn)換器選用PHILIPS公司的SAA7113H,通過I2C總線進(jìn)行寄存器管理,輸出標(biāo)準(zhǔn)ITU656接口數(shù)據(jù)。?
??? 畫面分割芯片選用A.LOGICS公司的AM-204M五畫面分割器,通過對其寄存器的編程實(shí)現(xiàn)兩路視頻信號(hào)的畫中畫疊加。在實(shí)際應(yīng)用中,主畫面監(jiān)控整個(gè)提款機(jī)終端,子畫面監(jiān)控出鈔口。這款芯片還具有OSD功能,用它可實(shí)現(xiàn)圖像附加信息的疊加。??
??? 模擬開關(guān)用來選擇視頻是輸出壓縮前的實(shí)時(shí)視頻還是回放錄像文件的視頻,用兩片F(xiàn)AIRCHILD公司的74LVT16245總線驅(qū)動(dòng)芯片來實(shí)現(xiàn)這部分功能。一片接壓縮編碼前的數(shù)據(jù),另一片接回放的視頻數(shù)據(jù),兩片芯片的輸出接在一起送到D/A" title="D/A">D/A芯片去實(shí)現(xiàn)視頻的顯示。單片機(jī)控制74LVT16245的使能端,根據(jù)需要讓其中一片74LVT16245輸出視頻數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)輸出視頻的選擇。這樣,通過對單片機(jī)編程,就可以控制在監(jiān)視器上輸出實(shí)時(shí)視頻還是回放錄像文件的視頻。?
??? 視頻D/A轉(zhuǎn)換器選用PHILIPS公司的SAA7121,通過I2C總線進(jìn)行寄存器管理、輸入ITU656接口數(shù)據(jù)、輸出模擬視頻" title="模擬視頻">模擬視頻。
??? 要想使OSD疊加的信息能作為圖像的一部分,即圖像的附加信息(如日期等)存儲(chǔ)到文件中,必須將信息疊加在視頻流編碼之前。有兩個(gè)地方可以用來疊加。一個(gè)是模擬視頻輸入端,將信息直接和模擬視頻疊加后再進(jìn)行A/D視頻轉(zhuǎn)換。另一個(gè)是在畫面分割器后端的數(shù)字視頻上疊加信息。這兩種方法要用到不同的OSD芯片,雖然效果較好,但增加了設(shè)備的成本和電路板的尺寸。在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,選用了一款帶有OSD功能的畫面分割芯片AM-204M,直接在畫面分割芯片中疊加字符信息,較好地解決了這個(gè)問題。
??? 要實(shí)現(xiàn)作為用戶操作界面信息的OSD信息的疊加,這里把這部分OSD功能加在視頻D/A芯片的復(fù)合視頻廣播信號(hào)(CVBS)的輸出上。這部分OSD功能提供信息給用戶,不破壞圖像數(shù)據(jù)的完整性。由于菜單所需要的信息較多,并且本系統(tǒng)主要是針對國內(nèi)用戶,要求用漢字菜單,所以選用的OSD芯片不但要提供漢字信息,而且要有足夠的漢字庫。事實(shí)上目前市場上大多數(shù)的OSD芯片都只能提供簡單的字符信息疊加。通過綜合的比較,最終選用了FUJISU公司的MB90092芯片。?
??? 這里采用單片機(jī)AT89C55WD控制畫面分割芯片和MB90092芯片實(shí)現(xiàn)OSD疊加。所需要的時(shí)間信息由單片機(jī)通過時(shí)鐘芯片獲得,ATM的機(jī)號(hào)和卡號(hào)從單片機(jī)的串行口獲得。用戶通過接口菜單的一些設(shè)置信息,完成單片機(jī)與嵌入式CPU的通信。單片機(jī)和兩個(gè)用作OSD的芯片的連接如圖2所示。?
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2 用畫面分割芯片實(shí)現(xiàn)OSD字符的疊加?
??? OSD字符的疊加由A.LOGIC公司的畫面分割芯片AM-204M實(shí)現(xiàn)[4]。AM-204M有較強(qiáng)的OSD功能,可實(shí)現(xiàn)字符OSD和位圖OSD功能。實(shí)際上它的OSD功能通過其內(nèi)部的只讀存儲(chǔ)器和隨機(jī)存儲(chǔ)器兩部分完成。只讀存儲(chǔ)器存儲(chǔ)了128個(gè)常用的字符,包括字母和標(biāo)點(diǎn)符號(hào)等,在出廠前一般都已經(jīng)設(shè)定好了。隨機(jī)存儲(chǔ)器中可以存儲(chǔ)64個(gè)字符,用戶可以編程設(shè)定這部分字符,靈活運(yùn)用這部分存儲(chǔ)器的內(nèi)容可以實(shí)現(xiàn)多種格式的OSD信息。每屏顯示的字符容量最大是34列×22行。字符采用彩色顯示,在一個(gè)屏幕內(nèi)最多可同時(shí)顯示三種顏色。在625線的系統(tǒng)中,字符大小為20×24點(diǎn)陣時(shí)就可以有較好的效果。?
2.1 畫面分割芯片主要控制管腳說明?
??? 單片機(jī)通過操作畫面分割器的HOST接口就可以對寄存器進(jìn)行管理,以此來實(shí)現(xiàn)OSD功能。畫面分割芯片AM204M主要接口管腳如下:?
??? ADEN:芯片地址使能輸入,下降沿取地址數(shù)據(jù)。?
??? WREN:芯片寫使能輸入,上升沿有效。?
??? RDEN:芯片讀使能輸入,低電平有效。?
??? MCSB:芯片選擇,低電平有效。?
??? MDATA[7:0]:并行數(shù)據(jù)口,是單片機(jī)對AM-204M進(jìn)行讀寫操作的數(shù)據(jù)口。?
2.2 芯片OSD的寫RAM接口時(shí)序?
??? AM-204M有幾個(gè)專用的寄存器,用于對OSD功能(包括OSD開關(guān)、位置、背景等)進(jìn)行管理。設(shè)計(jì)人員可以自定義一些字符或者漢字放在RAM內(nèi)用于顯示,芯片的RAM可一次寫入64個(gè)字符。圖3是通過HOST接口往RAM存儲(chǔ)器中寫一個(gè)字符的時(shí)序。圖中D0-D7是一個(gè)字符的二進(jìn)制點(diǎn)陣信息。?
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??? ROM存儲(chǔ)的128個(gè)字符占用的CODE(oram_data[7:0])的地址范圍為00～7F。而RAM寫入的64個(gè)字符占用的CODE地址從80開始,為一個(gè)連續(xù)的地址空間。在系統(tǒng)工作時(shí),AT89C55單片機(jī)首先要得到疊加的信息,然后從字符存儲(chǔ)區(qū)中取出相應(yīng)的字符,疊加到屏幕上的適當(dāng)?shù)膮^(qū)域。字符的RAM表如表1所示。?
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3 用OSD芯片實(shí)現(xiàn)用戶菜單的疊加?
??? MB90092是用CMOS工藝制成的OSD可編程大規(guī)模集成電路芯片,可用于計(jì)算機(jī)控制的錄像機(jī)、VCD等的屏幕字符顯示。該芯片有視頻信號(hào)輸入輸出功能,可作為一種通用的OSD芯片,完成視頻信號(hào)與字符的疊加顯示[3]。芯片可外接2M字節(jié)的ROM,支持24×32點(diǎn)陣顯示方式,可在屏幕上疊加一個(gè)主屏幕和一個(gè)子屏幕,主屏上疊加12×24個(gè)漢字。它有視頻信號(hào)輸入腳,在其內(nèi)部可完成視頻信號(hào)與漢字信號(hào)的疊加,直接輸出復(fù)合視頻信號(hào)。MB90092內(nèi)部可自行產(chǎn)生同步信號(hào)" title="同步信號(hào)">同步信號(hào),無需外加視頻信號(hào)和同步信號(hào);可直接輸出漢字信號(hào)至監(jiān)視器,在監(jiān)視器上顯示不同背景顏色、不同漢字顏色的文本,利用此特點(diǎn)可設(shè)計(jì)系統(tǒng)的設(shè)置菜單。字庫芯片采用AT27C080,該芯片的存儲(chǔ)容量為1M字節(jié),可存儲(chǔ)8K漢字。國標(biāo)所規(guī)定的一、二級(jí)漢字均可包含,每個(gè)字占用128字節(jié)。漢字點(diǎn)陣為24×24。為適應(yīng)MB90092,每個(gè)漢字的24～31字節(jié)、56～63字節(jié)、88～127字節(jié)應(yīng)為空白。?
3.1 芯片主要管腳功能說明和接口時(shí)序?
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當(dāng)TEST腳輸入低電平時(shí),這個(gè)管腳能被用作芯片的RESET端。?
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芯片的片選端,低電平有效。也可以用它來釋放power-on reset。?
??? SCLK:時(shí)鐘輸入端,輸入讀數(shù)據(jù)時(shí)鐘。?
??? SDA:串行數(shù)據(jù)輸入端。?
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外部行同步信號(hào)輸入端,當(dāng)對芯片內(nèi)部寄存器進(jìn)行適當(dāng)設(shè)置時(shí),這個(gè)管腳也可以作為復(fù)合同步信號(hào)輸入端。?
??? VOUT:復(fù)合視頻輸出端(輸出信號(hào)的峰-峰值為2V)。?
??? VIN:復(fù)合視頻信號(hào)輸入端,用于疊加顯示,要求信號(hào)的峰-峰值為2V。?
??? EXS和XS:外接晶體端,為芯片內(nèi)部的圖像提供振蕩時(shí)鐘,選用NTSC制式時(shí),外接14.31818MHz的晶體;選用PAL制式時(shí),外接17.734475MHz的晶體。?
??? EXD和XD:連接外部的LC時(shí)鐘振蕩電路,為字符的產(chǎn)生提供打點(diǎn)時(shí)鐘,一般為6MHz或7MHz,據(jù)此確定電感、電容數(shù)值。?
??? MB90092采用指令方式控制,外部單片機(jī)可以通過串行接口向MB90092發(fā)送指令,每個(gè)指令由兩個(gè)字節(jié)組成。第一個(gè)字節(jié)的前5位為命令碼,其余位和第二個(gè)字節(jié)為數(shù)據(jù)。指令能實(shí)現(xiàn)對字符顯示的各種控制,MB90092共有13種指令和兩種保留指令,具體功能見表2。?
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??? MB90092與外部單片機(jī)的接口有自己獨(dú)特的時(shí)序,如圖4所示。首先,
片選有效,在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿,DATA數(shù)據(jù)的1bit進(jìn)入MB90092內(nèi)部的串行移位寄存器,8bit為一個(gè)字節(jié);然后和SCLK分別為高,作為一個(gè)字節(jié)的結(jié)束;接著發(fā)送下一個(gè)字節(jié)。在串行傳輸" title="串行傳輸">串行傳輸中,時(shí)鐘用來對收到的bit計(jì)數(shù),通過強(qiáng)制為高,可以復(fù)位串行傳輸。通過強(qiáng)制從高到低,清除復(fù)位,使得隨后的8bit數(shù)據(jù)是一個(gè)字節(jié)數(shù)據(jù)。如果在8bit數(shù)據(jù)中間變高,則這個(gè)數(shù)據(jù)是無效的。?
??? 如圖4所示,數(shù)據(jù)A被寫入內(nèi)部寄存器,數(shù)據(jù)B被忽略。?
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??? 接口時(shí)序應(yīng)注意以下幾點(diǎn):?
??? (1)為了保持字節(jié)同步,在串行數(shù)據(jù)傳輸之前,管腳應(yīng)當(dāng)先設(shè)成高,然后設(shè)成低。
??? (2)除了剛上電時(shí),在串行傳輸之前,都應(yīng)當(dāng)強(qiáng)制?
??? SCLK管腳為高電平。?
??? 用匯編語言實(shí)現(xiàn)的寫一個(gè)字節(jié)程序如下[5]:?
??? WRITE_1BYTE:?
??????? SETB??? _CS?
??????? NOP?
??????? CLR? ?? _CS?
??????? MOV R6,#8?
??? WR1:?
??????? NOP?
??????? CLR ??? SCLK?
??????? RRC???? A?
??????? MOV???? SIN,C?
??????? NOP?
??????? NOP?
??????? SETB??? SCLK?
??????? DJNZ??? R6,WR1?
??????? NOP?
??????? SETB ?? _CS?
??????? RET?
??? 程序中加入NOP指令是為了滿足MB90092對時(shí)序時(shí)間的要求。?
3.2 漢字疊加與緩沖放大模塊?
??? 在視頻監(jiān)控中,視頻流經(jīng)過解碼,使視頻D/A轉(zhuǎn)換模塊輸出的模擬視頻信號(hào)疊加上菜單漢字信息,然后經(jīng)緩沖放大后輸出到監(jiān)視器上。圖5為視頻漢字疊加與緩沖放大原理圖。?
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??? 對圖5進(jìn)行如下說明:?
??? (1)圖5中同步分離由LM1881完成,分離出復(fù)合同步信號(hào)送到字符疊加芯片供字符疊加使用。?
??? (2)輸出緩沖放大采用OPA2354芯片。它的INA-管腳上的調(diào)節(jié)電阻分別為620Ω和330Ω。?
3.3 使用MB90092應(yīng)注意的問題?
??? (1)程序開始時(shí),要輸入CS四次去清除上電復(fù)位,然后所作的設(shè)置才是有效的。?
??? (2)如果選擇外同步方式,只有當(dāng)外同步信號(hào)存在時(shí),MB90092才能接收控制命令。為了防止當(dāng)視頻信號(hào)由“無”切換到“有”時(shí)監(jiān)視器上產(chǎn)生字符丟失的情況,屏幕上疊加的所有字符每隔0.2秒要更新一次。這樣就不會(huì)發(fā)生字符丟失的現(xiàn)象。
??? (3)改動(dòng)屏幕上的字符時(shí),必須先清理內(nèi)存區(qū)域,否則屏幕會(huì)出現(xiàn)亂碼及一些預(yù)料不到的顯示。清屏包括子屏清除和主屏清除。如果沒有用到子屏,只要在開始時(shí)清一次子屏就可以了(所謂清屏,就是在屏幕上相應(yīng)位置寫空格字符)。?
??? (4)上電復(fù)位后,為了有效設(shè)置屏幕及字體的各種屬性、行距、顯示位置等,先選擇內(nèi)同步方式,待設(shè)置完成后,再設(shè)定為外同步方式;否則,設(shè)置時(shí)如無外同步信號(hào),所有的設(shè)置均為無效設(shè)置。?
??? (5)由于視頻信號(hào)頻率較高、頻帶較寬,因而當(dāng)兩路視頻信號(hào)相距較近時(shí),容易產(chǎn)生串?dāng)_。為了盡量減少串?dāng)_,制板時(shí)需做到以下幾點(diǎn):?
??? ·各種視頻信號(hào)間用較粗的地線隔開,視頻走線盡量短而粗;?
??? ·模擬地和數(shù)字地分開,只在電源處單點(diǎn)相連;?
??? ·設(shè)計(jì)開關(guān)電源時(shí),應(yīng)使交流電與直流低壓之間相距較遠(yuǎn),且用地線隔開;直流低壓與開關(guān)管的調(diào)整電路之間要用光耦隔開。?
????本文給出了兩種實(shí)現(xiàn)OSD的方法,分別用于ATM監(jiān)控設(shè)備的不同模塊中。設(shè)計(jì)中考慮了實(shí)用和經(jīng)濟(jì)兩個(gè)因素,從實(shí)際的產(chǎn)品來看,性能穩(wěn)定可靠,具有很普遍的應(yīng)用價(jià)值。?
參考文獻(xiàn)?
1 梁春燕,謝劍英.智能大廈的視頻監(jiān)控系統(tǒng)設(shè)計(jì).測控技術(shù),?1999;18(10):30～34?
2 胡師彥.基于視頻監(jiān)控系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)監(jiān)測.電子產(chǎn)品世界,?2001(11):11～14?
3 MB90092 Data Sheet. FUJITSU Corporation,1998?
4 AM-204M Data Sheet.A. LOGICS Corporation,2002 ?
5 孫涵芳,徐愛卿.MCS-51系列單片機(jī)原理用應(yīng)用. 北京:?北京航空航天大學(xué)出版社,1997.12