視頻字符疊加是在視頻信號(hào)中混入字符或簡(jiǎn)單圖文信息，從而在屏幕的特定位置上與圖像信號(hào)同時(shí)進(jìn)行顯示的設(shè)備。這項(xiàng)技術(shù)是應(yīng)用電視技術(shù)中的一個(gè)重要領(lǐng)域，在應(yīng)用電視系統(tǒng)中和監(jiān)控系統(tǒng)中發(fā)揮著重要的作用。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(kuò)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)雜程序，也就成為設(shè)計(jì)者十分關(guān)注的一個(gè)問(wèn)題。

　　為了保證在系統(tǒng)容量較大的情況下，實(shí)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(zhuān)用字符疊加芯片uPD6450和uPD6453。實(shí)踐證明，以這兩種芯片為設(shè)計(jì)的字符疊加電路，具有可靠性高、顯示編輯功能強(qiáng)、硬件電路簡(jiǎn)化等優(yōu)點(diǎn)，是視頻字符疊加的一種較好的選擇。

　　1 性能特點(diǎn)

　　uPD6450和uPD6453是NEC公司推出的專(zhuān)用字符疊加芯片，它們的共同特點(diǎn)是顯示編輯功能強(qiáng)，可以在屏幕上顯示12行24列的字符，每個(gè)字符為12×18點(diǎn)陣，字符的大小、閃爍頻率可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整，同時(shí)為了達(dá)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(jìn)行修改。

    uPD6450內(nèi)部只固化了128個(gè)日文、斯文字母和數(shù)字等字符的字模，而沒(méi)有提供自定義字符的RAM空間，因此不能外擴(kuò)漢字，對(duì)我國(guó)的大多數(shù)用戶(hù)來(lái)說(shuō)，在使用上存在著一些局限性。uPD6450e 5種顏色的內(nèi)部視頻信號(hào)，可以作為顯示時(shí)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。

　　uPD6453在視頻上可疊加的字符通常為12行x24列，共288個(gè)字符；顯示的字符類(lèi)型為RON中已固化的英文字母、數(shù)字和日文等240個(gè)字符以及用戶(hù)自定義的16個(gè)字符；字符大小可選擇為1～4倍；每個(gè)字符可以選擇8種顏色中的任意一種：顯示字符的背景可選擇無(wú)背景、實(shí)背景、方背景中的任意一種；字符像素矩陣為12×18模式，字符間無(wú)間距；每個(gè)字符是否閃爍可控制；視頻RAM中的數(shù)據(jù)可通過(guò)上電或控制命令來(lái)清除。UPD6453的控制命令有3種模式，分別是1字節(jié)命令、2字節(jié)命令和多字節(jié)命令。其中1字節(jié)命令和2字節(jié)命令都由命令部分和數(shù)據(jù)部分組成。而多字節(jié)命令中的所有控制命令均采用以8 bit為單位的可變長(zhǎng)度串行輸入模式；多字節(jié)命令由兩個(gè)或兩個(gè)以上的字節(jié)組成，它可以以簡(jiǎn)化的模式輸入。多字節(jié)命令主要用于字符顯示。UPD6453內(nèi)部數(shù)據(jù)的處理是以輸入的每個(gè)字節(jié)為單位的。

　　2 控制命令和串行口時(shí)序

　　2.1 uPD6450控制命令和控制時(shí)序

　　2.1.1 控制命令

　　uPD6450一每控制命令均由兩個(gè)字節(jié)組成，前一字節(jié)為“格式”，如下所示：

　　格式命令主要用于釋放測(cè)試模式（FR=1表示釋放測(cè)試模式），并提供一位（F0）與下一字節(jié)相組合以確定命令類(lèi)型。當(dāng)連續(xù)幾條控制命令的字節(jié)，即“格式”的內(nèi)容相同時(shí)，可以共用一條“格式”命令。芯片uPD6450提供10條控制命令，表1列出了這些控制命令主要的功能特點(diǎn)。

　　表1 uPD6450控制命令的主要功能

　　2.1.2 控制時(shí)序

　　控制時(shí)序如圖1所示。DATA、CLK、STB、BUSY分別芯片uPD6450的串行數(shù)據(jù)輸入端、時(shí)鐘輸入端、選通信號(hào)輸入端及忙信號(hào)輸出端。只有當(dāng)BUSY信號(hào)為低電平時(shí)，uPD6450才能讀取CPU輸入的串行數(shù)據(jù)為低電平時(shí)，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(xiě)入其內(nèi)部寄存器。

　　2.2 uPD6453控制命令和控制時(shí)序

　　2.2.1 控制命令

　　uPD6453的控制命令分為兩種：?jiǎn)巫止?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(shí)序。表2列出了這些控制命令主要的功能特點(diǎn)。

　　表2 uPD6453控制命令主要功能

　　2.2.2 控制時(shí)序

　　圖2給出了單字節(jié)命令和雙字節(jié)命令的控制時(shí)序。

　　3 uPD6450和uPD6453在視頻字符疊加系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　3.1 硬件電路設(shè)計(jì)

　　采用芯片uPD6453進(jìn)行字符疊加時(shí)，其硬件結(jié)構(gòu)框圖如圖3 所示。

　　在該電路設(shè)計(jì)中，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：

　　（1）芯片uPD6453內(nèi)部的字模均為12×18點(diǎn)陣的漢字離庫(kù)很難找到，因此設(shè)計(jì)中采用了12×12點(diǎn)陣的字庫(kù)數(shù)據(jù)，但這樣顯示的字符比較小。經(jīng)過(guò)試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)電感取15μH、電容取56pF時(shí)，12×12點(diǎn)陣的漢字字符以雙倍顯示比較合適。

　?。?）89C52只能直接管理64K的存儲(chǔ)空間，當(dāng)采用12×12點(diǎn)陣的漢字字庫(kù)時(shí)，存儲(chǔ)所有的國(guó)標(biāo)漢字需要128K的ROM，這樣就需要進(jìn)行分布管理，位的地址線由I/O口引出。

　?。?）行場(chǎng)同步信號(hào)的分離可以采用專(zhuān)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(xiàn)2中已詳細(xì)論述，需要注意的是uPD6453的輸出端只輸出疊加的字符信號(hào)。

　?。?）在圖3所示的設(shè)計(jì)框圖中，可以在P0口再外接一個(gè)時(shí)鐘芯片，如DS12887，以便能夠在視頻圖像信號(hào)上疊加當(dāng)前時(shí)間。

　　使用芯片uPD6450時(shí)，其硬件電路設(shè)計(jì)與使用uPD6453時(shí)存在著一些差異，主要體現(xiàn)在兩個(gè)方面：一是由于uPD6450只能顯示其內(nèi)部固化的128個(gè)字符而不能顯示漢字，因此電路設(shè)計(jì)上不再使用字庫(kù)ROM；二是芯片uPD6450本身就有視頻信號(hào)的輸入輸出管腳，經(jīng)過(guò)字符疊加后的視頻信號(hào)直接從該管腳輸出，與uPD6453只輸出字符信號(hào)不同。圖4、圖5給出了uPD6450視頻輸入輸出電路的設(shè)計(jì)。

　　3.2 軟件設(shè)計(jì)

　　一般而言，需要在視頻圖像信號(hào)上疊加標(biāo)題和時(shí)間等信息，以便將來(lái)對(duì)錄像存檔的圖像信號(hào)進(jìn)行分辨和查找；同時(shí)，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(diǎn)，將整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)分為6種狀態(tài)，其狀態(tài)圖如圖6所示。

　　軟件編程時(shí)，可以在5個(gè)設(shè)置界面上選用背景色。進(jìn)行標(biāo)題設(shè)置時(shí)，如采用芯片uPD6453，則需要對(duì)用戶(hù)填入的漢字區(qū)碼進(jìn)行編輯，從字庫(kù)ROM中提取出點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，然后通過(guò)uPD6453的合成，顯示出相應(yīng)字符；但若采用芯片uPD6453，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（如斯文字符和數(shù)字等），以供用戶(hù)選擇。另外，標(biāo)題的設(shè)置應(yīng)有字符替換、字符插入、字符刪除的功能。時(shí)間設(shè)置的軟件編程比較簡(jiǎn)單，只需將用戶(hù)設(shè)置的當(dāng)前時(shí)間進(jìn)行顯示并寫(xiě)入時(shí)鐘芯片即可。在時(shí)間移動(dòng)和標(biāo)題移動(dòng)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(jì)帶來(lái)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(diǎn)、控制命令、串行口時(shí)序、硬件外圍電路設(shè)計(jì)以及軟件設(shè)計(jì)等。采用這兩種芯片進(jìn)行視頻字符疊加系統(tǒng)的設(shè)計(jì)時(shí)，具有顯示編輯功能強(qiáng)、設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單、可靠性高、實(shí)用性好待優(yōu)點(diǎn)，是視頻字符疊加的一種較好的選擇方案。

參考文獻(xiàn):

[1]. uPD6450 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/uPD6450_1009200.html.
[2]. uPD6453 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/uPD6453_1076290.html.
[3]. 89C52 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/89C52_105388.html.
[4]. ROM datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/ROM_1188413.html.
[5]. LM1881 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/LM1881_1060868.html.
[6]. DS12887 datasheet http://m.58mhw.cn/datasheet/DS12887_1076577.html.