OSD（on screen display），即在屏顯示系統(tǒng)，是實現(xiàn)人機(jī)界面交互的基礎(chǔ)，在視頻處理SOC中作為重要功能模塊有著廣泛的應(yīng)用。

基于SOC技術(shù)的模塊化設(shè)計要求各功能模塊盡可能小地占用電路資源，以滿足芯片系統(tǒng)對資源使用和面積的控制。對于OSD功能模塊而言，存儲器資源為主要開銷。因此，減少存儲器資源的使用對降低OSD模塊電路資源需求有著重要的意義。

OSD電路中，字符索引算法的選取直接決定了存儲器資源的使用情況，因此采用更優(yōu)化的字符索引算法可以達(dá)到降低存儲器資源需求量的目的。作者在逐字符索引法的基礎(chǔ)上，針對該算法的缺點，提出了二步索引法。在保證OSD功能完整的同時，大大地降低了系統(tǒng)對存儲器資源的需求。

1 二步索引算法的原理及特點

1.1 字符索引算法原理

字符索引算法是將OSD菜單中所顯示的字符按菜單顯示順序進(jìn)行編碼，并存儲于存儲器中，在讀取字符點陣信息以顯示菜單時通過讀取編碼信息來索引所需字符信息。設(shè)菜單中字符尺寸為C1×Ch（bit），菜單共顯示m行字符，每行顯示n個字符，字符編碼Ni×j，并且存儲器中一個地址所存儲的數(shù)據(jù)（bit）大于C1。則讀取菜單中第i行第j個字符時，首先通過索引得到存儲器中相應(yīng)字符的字符編碼Ni×j，索引地址可通過公式（1）得出：

add_mi×j=addr_n0×0+（i-1）n+n-1 （1）

將讀取出的字符編碼Ni×j轉(zhuǎn)換成相應(yīng)字符點陣信息在存儲器中存儲空間的首地址。地址的轉(zhuǎn)換可通過公式（2）計算得到：

addr_di×j=addr_d0×0+Ch×（Ni×j-1） （2）

式中：addr_u0×0和addr_d0×0分別是字符編碼存儲器和字符點陣信息存儲器中首地址指針。根據(jù)Ch控制從字符點陣信息存儲器中讀出地址范圍為addr_di×j到addr_di×j+Ch的數(shù)據(jù)即完成了對菜單中第i行第j個字符的點陣數(shù)據(jù)信息的讀取。

逐字符索引算法下，將空格按字符看待并進(jìn)行編碼，菜單每行固定顯示n個字符，字符長度小于n的菜單行由空格來補(bǔ)齊。由于采用定長的存儲結(jié)構(gòu)，所以字符索引電路原理簡單且易于實現(xiàn)，只需要根據(jù)菜單字行符長數(shù)n就可以計算出相應(yīng)行字符的首地址指針。但這種存儲結(jié)構(gòu)的缺點也很明顯，就是對存儲器的使用量較大。在該算法下，可以計算出在OSD所需要的使用的存儲器量為：m×n×Ch，如圖1（a）所示。存人其中的“空格”（圖中編碼為“28”）會占用相當(dāng)一部分的存儲器資源。在一些情況中，用于補(bǔ)充空缺而存儲的“空格”所占用的存儲空間甚至?xí)茸址c陣信息的存儲空間還要多，這是對存儲器資源極大的浪費。

1.2 二步索引算法原理

如果只存儲字符點陣信息而不存儲‘空格’，顯然對節(jié)省存儲器資源將有著很大的幫助。為達(dá)到這樣的設(shè)計目標(biāo)，在逐字索引法的基礎(chǔ)上，通過改進(jìn)提出了二步索引算法。

設(shè)第k幅菜單中顯示nk行字符，菜單第i行中顯示li個字符。其中，nk存儲于寄存器中，li存儲在一段地址長度為nk的字符數(shù)信息存儲器中。在二步索引算法下，通過讀取字符數(shù)信息存儲器中的數(shù)據(jù)以及根據(jù)nk限制讀出的li數(shù)據(jù)個數(shù)，可以確定菜單中各行所顯示的字符的個數(shù)。第k幅菜單中第i行第j個字符的編碼信息在存儲器中的地址指針可以根據(jù)公式（3）確定：

讀出字符編碼數(shù)據(jù)Ni×j，仍然通過公式（2）得到相應(yīng)字符在點陣信息存儲器中存儲地址段的首地址指針，從而讀出全部的字符點陣信息。完整的數(shù)據(jù)讀取操作過程如圖2所示。

在二步索引算法中，引入了行顯示字符數(shù)li和菜單顯示字符行數(shù)nk2個參數(shù)，通過nk首先索引菜單中第i行的顯示字符數(shù)li，根據(jù)li控制索引該行第j個字符編號Ni×j。根據(jù)li可以知道每行顯示的字符數(shù)，所以字符編碼信息可以按行順序緊密的存儲，即每行存儲的數(shù)據(jù)采用非定長的方式，如圖1（b）所示。與圖1（a）所示的逐字索引法存儲器結(jié)構(gòu)相比，二步索引法在對存儲器資源的節(jié)省方面效果是顯著的。

2 二步索引法OSD電路結(jié)構(gòu)實現(xiàn)

2.1 字符索引電路實現(xiàn)

如圖3所示，相比于逐字索引法的電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)，二步索引法的電路實現(xiàn)結(jié)構(gòu)中增加了字符行寄存器和用于存放行字符數(shù)信息的存儲器。字符行寄存器中存人nk，根據(jù)字符行計數(shù)器所計數(shù)據(jù)與nk比較來控制從行字符數(shù)存儲器中讀出的數(shù)據(jù)數(shù)。讀出的行字符數(shù)信息li再用以控制顯示第i行菜單字符所需從字符編碼存儲器中讀出的字符編碼數(shù)據(jù)數(shù)。讀出的字符編碼Ni×j通過地址生成電路轉(zhuǎn)換成相應(yīng)字符的點陣信息在字符點陣ROM中存儲地址段的首地址，從而在字符點陣ROM中索引出相應(yīng)字符的點陣數(shù)據(jù)，如此反復(fù)，可實現(xiàn)對全部字符點陣數(shù)據(jù)的索引。

2.2 數(shù)據(jù)輸出控制與層混合疊加電路實現(xiàn)

從字符點陣ROM中讀取出的字符點陣信息經(jīng)過點陣重組電路的處理后將按字符Cl×Ch順序的點陣信息轉(zhuǎn)換成按菜單行順序的格式存入到輸出緩存中。輸出緩存中數(shù)據(jù)的存儲順序如圖3所示。

輸出緩存能夠存儲整幅菜單的顯示信息，以使菜單生成和菜單輸出顯示2個過程相互獨立，從而使得在顯示菜單的同時，可進(jìn)行新菜單內(nèi)容的讀入，保證菜單顯示的連貫勝。輸出緩存容量大小由包含顯示信息最多的一幅菜單決定。

從輸出緩存中讀出的數(shù)據(jù)用于控制生成菜單字符層，在層選擇電路中與菜單背景層和屬性條層進(jìn)行疊加處理后輸出一幅完整的菜單。字符層、菜單背景層和屬性條層相互獨立，由層混合控制電路控制進(jìn)行混合疊加處理，再將菜單與屏幕背景層進(jìn)行疊加輸出混合視頻信號。層混合疊加電路的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖4所示。

3 OSD電路的FPGA實現(xiàn)及功能驗證

設(shè)計在Xilinx公司的ISE6.3軟件環(huán)境下，使用Verilog HDL硬件描述語言對其電路邏輯進(jìn)行描述，并以Xilinx公司xc2v1500bg575-4型為核心芯片的FPGA仿真驗證平臺對其進(jìn)行硬件實現(xiàn)及功能驗證。FPGA驗證平臺架構(gòu)如圖5所示。

驗證平臺輸入模擬視頻信號，經(jīng)SAA7111A芯片電路A／D采樣轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字視頻信號接入FPGA驗證平臺。經(jīng)過視頻處理電路去隔行、尺寸縮放等處理的視頻信號在圖象混合電路中與OSD菜單混合后輸出經(jīng)DS90C38芯片電路轉(zhuǎn)為LVDS（低壓差分信號）信號并驅(qū)動液晶屏顯示結(jié)果。

對2種字符索引算法下實現(xiàn)的OSD電路進(jìn)行驗證比較。OSD字符索引電路部分使用到的存儲器資源可以分為字符編碼存儲器、行字符數(shù)存儲器、字符行寄存器3種。以生成圖6中所示菜單為例分析2種算法下OSD字符索引電路對存儲器資源的使用情況，將結(jié)果列于表1中。

從表中可以看出，以二步索引算法實現(xiàn)的字符索引電路使用了8個bytes的行字符數(shù)存儲器和1個byte的字符行寄存器，而以逐字索引算法實現(xiàn)的字符索引電路在這2類存儲器上的使用量均為0。但是，后者在字符編碼存儲器的使用上卻達(dá)到了96 bytes，遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于前者50 bytes的使用量。從表1中可以看到，前者對存儲器資源的總使用量比起后者減少了很大一部分。隨著菜單尺寸的增加和顯示的字符信息的增加，二次索引算法對存儲器資源的節(jié)省效果也會更加的顯著。

4 結(jié)束語

采用模塊化設(shè)計方法實現(xiàn)的OSD電路，作為視頻格式處理芯片的子電路模塊，對硬件資源的使用將影響到整塊芯片的電路性能。本文針對OSD電路中以存儲器為硬件資源的主要開銷這個特點，提出了采用二步索引算法實現(xiàn)的一種改進(jìn)型字符索引結(jié)構(gòu)的OSD電路。引入字符行寄存器和行字符數(shù)存儲器，通過對行字符數(shù)和字符編碼的二步索引，從而得到了菜單的顯示信息，同時大大地降低了對存儲器資源的使用。該算法的硬件結(jié)構(gòu)簡單，易于實現(xiàn)，在實現(xiàn)了同樣的電路功能的前提下，大大節(jié)省了硬件資源的開銷。

本文所介紹的基于二步索引算法實現(xiàn)的改進(jìn)字符索引結(jié)構(gòu)的OSD電路，將作為子模塊電路集成于一款視頻格式轉(zhuǎn)換多媒體芯片的系統(tǒng)中，為其提供人機(jī)交互功能。該系統(tǒng)可應(yīng)用于汽車電子、視頻顯示等多媒體處理場合。

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