專利名稱：數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及數(shù)字視頻技術(shù)，具體涉及一種適用于數(shù)字視頻系統(tǒng)中使用的多功能疊加字符顯示電路，更具體地說，涉及一種具有字符鑲邊處理、字符周圍圖像的低背景處理、字符的淡入淡出控制及字符顏色、亮度的程序控制/自動控制等功能的數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路。
傳統(tǒng)的視頻系統(tǒng)中，屏幕字符顯示功能是由專用的疊加字符顯示(下簡稱OSD)芯片完成，只能提供固定的、簡單的功能，提供給高層開發(fā)的資源也相對較少，例如難以實現(xiàn)字符鑲邊處理、字符周圍圖像的低背景處理、字符的淡入淡出控制及字符顏色、亮度的程序控制/自動控制等功能等。由于用戶在設(shè)計自己的視頻系統(tǒng)時可擴展的余地有限，尤其是在數(shù)字視頻系統(tǒng)設(shè)計過程中，OSD的外掛式結(jié)構(gòu)，已經(jīng)制約了系統(tǒng)整體功能的提高。
本發(fā)明的目的在于提供一種數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路，將OSD技術(shù)與數(shù)字視頻系統(tǒng)緊密結(jié)合，利用數(shù)字信號處理技術(shù)使得OSD具有豐富的顯示功能和視覺效果，在增加系統(tǒng)靈活性和通用性的同時提高系統(tǒng)的集成度，更具體地說本發(fā)明的目的是提供一種多功能疊加字符顯示電路，可以提供字符鑲邊處理、字符周圍圖像的低背景處理、菜單字符的淡入淡出控制及字符顏色及亮度的程序控制/自動控制等功能，并可為數(shù)字視頻系統(tǒng)的集成電路設(shè)計過程中全部或部分采用，也可在可編程邏輯器件中設(shè)計完成。
本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的，構(gòu)造一種數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路，可接受外部CPU指令實現(xiàn)多功能視頻字符疊加功能，其特征在于包括對所述CPU指令進行解碼的CPU指令解碼器2、字符信號發(fā)生器3、鑲邊信號發(fā)生器4以及字符顯示屬性控制器1，所述字符信號發(fā)生器3接收時鐘和同步信號將產(chǎn)生的字符信號輸出到鑲邊信號發(fā)生器4，所述字符顯示屬性控制器1接收數(shù)字RGB信號和鑲邊信號發(fā)生器4輸出的信號而輸出數(shù)字RGB信號。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述字符信號發(fā)生器3包括用于存放字符編碼和字符屬性的顯示緩沖區(qū)31，用于存放顯示字符點陣數(shù)據(jù)的字庫存儲器32，所述字庫存儲器32是可編程的，可以包含有多個字符點陣庫，每個點陣庫可以根據(jù)需要進行切換和加載。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述字符信號發(fā)生器3有兩種工作狀態(tài)，在字符顯示狀態(tài)，由時序電路產(chǎn)生同步于行、場同步信號的顯示地址，按特定的組合方式尋址顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32，輸出字符點信號；在字符編程狀態(tài)，由外部CPU分別接管顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32的地址總線和數(shù)據(jù)總線，對其進行數(shù)據(jù)的更新操作，所述字符信號發(fā)生器3的所述兩種工作狀態(tài)的切換是由指令解碼器2控制。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述鑲邊信號發(fā)生器4在當前顯示點本身無效而與該點相鄰的8個方向的位置的任何一個或一個以上點信號有效時產(chǎn)生鑲邊信號。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述鑲邊信號發(fā)生器4包括第一行緩沖器401、第二行緩沖器402，第1到第9字符點緩沖器403-411，字符點信號發(fā)生器的字符點信號首先經(jīng)2個行緩沖器401、402延時后，產(chǎn)生相鄰3行并行的字符點信號HD0、HD1、HD2，三行數(shù)據(jù)各自再經(jīng)3個字符點緩沖器延時后，各產(chǎn)生水平方向相鄰的3個并行字符點信號P1～P9，將字符點信號經(jīng)1行加上2個象素的延時輸入當前點P5點信號和字符屬性數(shù)據(jù)，以保證字符顯示時，其顏色、背景屬性和鑲邊信號與字符點信號保持一致。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述字符屬性控制器1包括背景衰減系數(shù)乘法器101、低背景控制開關(guān)102、鑲邊信號開關(guān)103、字符點信號開關(guān)104、平均亮度檢測單元105、平均亮度控制開關(guān)106、平均亮度乘法器107、字符顏色選擇單元108、透明控制開關(guān)109、加法器110、透明系數(shù)乘法器111、補碼乘法器112、補碼發(fā)生器113，其中，背景衰減系數(shù)乘法器101用于將背景衰減系數(shù)與視頻輸入信號進行乘法運算而將結(jié)果送所述低背景控制開關(guān)102的A輸入端，所述低背景控制開關(guān)102的B輸入端接收視頻輸入信號，所述低背景控制開關(guān)102的輸出端與所述鑲邊信號開關(guān)103的B輸入端連接，所述鑲邊信號開關(guān)103的A輸入端輸入有鑲邊信號而其輸出端連接到字符點信號開關(guān)104的A輸入端，所述平均亮度檢測單元105對輸入端的視頻輸入信號進行平均亮度檢測并將該檢測信號輸入到平均亮度控制開關(guān)106的A輸入端，所述平均亮度控制開關(guān)106的B輸入端接收字符亮度系數(shù)而其輸出信號則和字符顏色選擇單元108的輸出信號分別成為平均亮度乘法器107的兩個輸入信號，而平均亮度乘法器107的輸出端連接到透明控制開關(guān)109的A輸入端、補碼乘法器112的輸入端，補碼乘法器112的另一個輸入端接收補碼發(fā)生器113的輸出，所述補碼發(fā)生器113用于產(chǎn)生透明系數(shù)的補碼，透明系數(shù)乘法器111將透明系數(shù)與視頻信號相乘而將結(jié)果信號輸入到透明信號加法器110的一個輸入端，所述透明信號加法器110的另一個輸入端接收所述補碼乘法器112的輸出信號，而透明信號加法器110的輸出信號輸送到透明控制開關(guān)109的B輸入端，透明控制開關(guān)109的輸出端連接到所述字符點信號開關(guān)104的B輸入端，所述字符顏色選擇單元108用于根據(jù)字符屬性中的字符顏色位從預(yù)置的顏色參數(shù)選出對應(yīng)的顏色。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述低背景控制開關(guān)102在由字符代碼的背景屬性位產(chǎn)生的低背景信號控制下，將視頻輸入信號與由外部CPU設(shè)置的低背景系數(shù)進行乘法運算，輸出比例于低背景系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述平均亮度檢測電路105包括單一象素亮度計算單元，用于根據(jù)每一象素的數(shù)字RGB信號計算該象素的亮度；區(qū)域象素亮度累加單元，用于將來自所述單一象素計算單元的輸出數(shù)據(jù)進行累加；區(qū)域平均亮度暫存單元，用于暫存來自所述累加單元的累加結(jié)果數(shù)據(jù)；第一控制單元，用于在所述區(qū)域內(nèi)第一個象素時刻，對所述區(qū)域象素亮度累加單元清零；第二控制單元，用于在所述區(qū)域內(nèi)最后一個象素時刻，對所述區(qū)域象素亮度累加單元的數(shù)據(jù)送到所述區(qū)域平均亮度暫存單元。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述單一象素計算單元包括加法器151和除4除法器152，所述加法器151的三個輸入端分別輸入所述數(shù)字RGB信號中R、G、B信號，所述加法器151的另一個輸入端輸入一個固定數(shù)值，所述加法器151的輸出端連接到所述除4除法器152的輸入端，所述除4除法器152的輸出端提供信號給所述區(qū)域象素累加單元。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述區(qū)域象素亮度累加單元包括一個加法器153、第一雙口隨機存儲器156，所述加法器153的第一輸入端口輸入來自所述單一象素亮度計算單元152的數(shù)據(jù)，所述加法器153的第二端口輸入來自所述第一雙口隨機存儲器156的已存儲數(shù)據(jù)，所述加法器153的輸出端連接到所述第一雙口隨機存儲器156的第一端口。
按照本發(fā)明提供的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述區(qū)域平均亮度暫存單元包括第二雙口隨機存儲器159，其中第一端口為寫端口，用于輸入來自所述區(qū)域象素累加單元156的數(shù)據(jù)的高8位，其中第二端口輸出8位的亮度平均值。
按照本發(fā)明提供的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述第一控制單元包括一個與門154和一個或門157，所述或門157輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號，所述與門154的輸出端連接所述加法器153的第二端口，所述與門154的第一輸入端與所述第一雙口隨機存儲器156的第二端口，所述與門154的第二輸入端連接到所述或門157的輸出端，所述或門157輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號。
按照本發(fā)明提供的電路，其特征在于，所述區(qū)域象素計數(shù)信號可以由水平數(shù)字時序信號和垂直數(shù)字時序信號的低位提供。
按照本發(fā)明提供的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述第二控制單元包括一個與門158，所述與門158輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號，所述與門158的輸出端信號控制所述第二雙口隨機存儲器159的數(shù)據(jù)寫入，所述第二雙口隨機存儲器159的數(shù)據(jù)寫入或讀出的時鐘同步信號為字符緩沖器的地址信號。
實施本發(fā)明提供的數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路，在字符信號產(chǎn)生、字符屬性化控制、字符鑲邊處理、字符周圍圖像的低背景處理、字符顏色及亮度的程序控制/自動控制以及菜單字符的淡入淡出控制等方面提供了現(xiàn)有技術(shù)所不具備或比之更優(yōu)越的性能，將OSD技術(shù)與數(shù)字視頻系統(tǒng)緊密結(jié)合，利用數(shù)字信號處理技術(shù)使得OSD具有豐富的顯示功能和視覺效果，在增加系統(tǒng)靈活性和通用性的同時提高系統(tǒng)的集成度，這種多功能疊加字符顯示電路可以全部或部分應(yīng)用于數(shù)字視頻系統(tǒng)的集成電路設(shè)計過程中，也可在可編程邏輯器件中設(shè)計完成。
下面結(jié)合附圖和實施例，進一步說明本發(fā)明的特點，附圖中

圖1是本發(fā)明提供的多功能疊加字符顯示電路的總體框圖；圖2是說明圖形方式的字符信號發(fā)生器的示意圖3是說明文本方式的字符信號發(fā)生器的示意圖；圖4是說明字符代碼的構(gòu)成及其含義的示意圖；圖5是說明產(chǎn)生鑲邊信號條件的示意圖；圖6是檢測鑲邊信號的原理示意圖；圖7是本發(fā)明提出的鑲邊信號處理電路的框圖；圖8是本發(fā)明提出的字符信號發(fā)生器電路框圖；圖9是本發(fā)明提出的字符屬性控制電路；圖10是本發(fā)明提出的平均亮度檢測電路。
本發(fā)明的電路可以運用在數(shù)字視頻系統(tǒng)中需要在圖像上疊加字符顯示(OSD)的場合，其總電路框圖如圖1所示，該電路可接受外部CPU(未示出)指令提供多種視頻字符疊加功能，該電路主要包括字符信號發(fā)生器3、鑲邊信號發(fā)生器4、字符屬性控制器1和CPU指令解碼器2，其中CPU指令解碼器2用于解釋CPU的指令，產(chǎn)生其它模塊中所需的參數(shù)和控制信號。以下將根據(jù)各模塊功能框圖對本發(fā)明的原理作詳細說明。1、采用文本方式產(chǎn)生字符信號字符信號的產(chǎn)生有2種方式1)圖形方式；2)文本方式。圖2和圖3分別示出了2種方式的電路結(jié)構(gòu)。
圖2所示的圖形方式顯示字符是指屏幕上顯示的字符，其每一個點對應(yīng)顯示緩沖區(qū)中的每一個存儲單元，由顯示時序電路201控制顯示緩沖區(qū)202中的每一位的順序輸出，就可在輸出端獲得與寫入的字符點陣相對應(yīng)的字符信號。在這種方式下，由于顯示緩沖區(qū)202每一單元的狀態(tài)都可由外部CPU任意編程，所以在軟件的支持下可顯示任意特定的圖形及字符，但此種方式有兩點不足之處1)硬件開銷大。由于每個象素對應(yīng)一個存儲單元，加上字符屬性等附加信息，就需要大量的顯示緩沖區(qū)，這樣就會占用大量的集成電路芯片資源。2)軟件開銷大。由于對每個顯示字符的控制都必須對組成該字符點陣的每個位進行操作，因此軟件執(zhí)行周期長，在保證字符更新速度的前提下，對CPU及相關(guān)硬件的速度要求就會很高。
圖3所示的文本方式顯示字符是指顯示緩沖區(qū)31只存放字符代碼，顯示時，輸出的字符代碼根據(jù)顯示時序發(fā)生器去尋址存放字符點陣的字庫存儲器32，被尋址的字庫32輸出相應(yīng)的點陣信號形成字符的每一位，這樣CPU對顯示緩沖區(qū)31的控制，只針對字符代碼，硬件和軟件開銷都會很小。至于字符點陣庫32的容量，只需能夠存放系統(tǒng)所用的字符點陣的數(shù)據(jù)即可，并且可根據(jù)同屏字符種類，分組形成多個字符點陣庫，在需要時重新加載，這樣可進一步降低硬件的資源占用，尤其適合于同屏輸出字符種類有限的場合。因此，文本顯示方式配合可編程點陣字庫是簡化硬件和軟件的最佳方法，同時，由于點陣字庫的可編程性，因此顯示的漢字化得以簡單實現(xiàn)。
本發(fā)明的電路采用圖3所示文本方式產(chǎn)生字符信號，即顯示緩沖區(qū)與點陣字庫分離的方式，可減少硬件及軟件的開銷。另外，通過對字庫區(qū)的重新加載，可顯示多種特殊符號，并很容易實現(xiàn)漢字化。2、字符屬性與字符編碼的同步處理本發(fā)明的電路采用字符屬性與字符編碼的同步處理，使得字符顯示功能更加豐富，也為字符顏色控制，圖像低背景處理，字符鑲邊產(chǎn)生，字符亮度的程序控制/自動控制，以及菜單的淡入淡出效果提供了支持。
具體地說，在本發(fā)明采用的字符方式顯示字符過程中，在顯示緩沖區(qū)中存放代表每一個要顯示字符的數(shù)據(jù)成為字符代碼，它是由字符編碼和字符屬性構(gòu)成的，圖4示出了8位字符代碼的構(gòu)成及含義，字符編碼是指在當前點陣字庫中字符的順序編號，確定了字符的形狀，字符屬性是指該字符的顯示顏色編碼以及是否有圖像低背景控制。按圖4定義，確定了同屏字符種類是32個，同屏字符顏色種類是4種。3、鑲邊信號處理字符與圖像合成顯示后，當圖像內(nèi)容的亮度與字符的亮度相近時，會使字符難以辨別，字符鑲邊的功能是在字符顯示的點陣四周形成一道陰影，使字符在任何圖像亮度背景下都能使其輪廓清晰可見。
鑲邊信號產(chǎn)生的邏輯條件是在某一時刻，如圖5中P5點，當與該點相鄰的8個方向的位置(P1～P4，P6～P9)，有一個或一個以上的字符點信號有效時，則P5點就應(yīng)產(chǎn)生鑲邊信號，當然，如該位置本身字符點信號有效時，則不屬于該情況。圖6示出了在P5點產(chǎn)生鑲邊信號的電路邏輯關(guān)系。
圖7示出了字符鑲邊信號產(chǎn)生電路的原理，其中401、402為行緩沖器，403-411為字符點緩沖器。來自字符信號發(fā)生器(圖8)的字符點信號首先經(jīng)2個行緩沖器401、402延時后，產(chǎn)生相鄰3行并行的字符點信號HD0、HD1、HD2，其中HD0定義為下一行，HD1為當前行，HD2為上一行，3行數(shù)據(jù)各自再經(jīng)3個字符點緩沖器延時后，各產(chǎn)生水平方向相鄰的3個并行字符點信號P1～P9，圖中P5定義為當前點，其它為其屏幕上相鄰的8個字符點信號，因此，在P5位置上產(chǎn)生鑲邊信號的邏輯電路關(guān)系如圖6示意。由于P5點實際上是輸入數(shù)據(jù)流經(jīng)過了1行加上2個象素的延時，為了同步于鑲邊信號，字符點信號和字符屬性信號也應(yīng)在時間關(guān)系上做出同步處理，所以字符點信號直接取自P5，而字符屬性的3個信號也都經(jīng)過1行加2個象素點延時，由圖中行緩沖器412、字符點緩沖器413和414完成此功能，這樣才能保證字符顯示時，其顏色、背景屬性和鑲邊信號與字符點信號保持一致。4、圖像低背景處理圖像低背景處理是指在字符顯示區(qū)域附近，圖像的內(nèi)容以低對比度方式顯示，以減弱圖像對字符的影響，從而能夠更生動地突出字符顯示效果，尤其適應(yīng)于菜單多行字符顯示的場合。
關(guān)于圖像低背景控制理論，在專利申請?zhí)枮?4116694、2的已公開專利“字符信息處理電路”中，提出了一種模擬控制方法，其低背景控制信號是產(chǎn)生于專用OSD芯片輸出的字符背景消隱信號，低背景的參數(shù)是以電位器方式調(diào)節(jié)，但沒有考慮電平配合以及插入字符所產(chǎn)生的圖像失真等問題。
本發(fā)明完全采用數(shù)字化處理方法，圖像低背景系數(shù)可由CPU指令任意設(shè)置。具體方法是在低背景信號控制下，數(shù)字視頻數(shù)據(jù)與CPU設(shè)置的低背景系數(shù)進行乘法運算，輸出比例于低背景系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)，因此低背景圖像的對比度和色彩均可進行任意設(shè)置，也不會產(chǎn)生模擬方法帶來的電平配合等其它問題。圖像低背景控制信號是由字符代碼的背景屬性位產(chǎn)生的，可由軟件設(shè)置。5、字符信號發(fā)生器圖8示出了產(chǎn)生字符點信號及字符屬性信號的電路框圖，其中顯示緩沖區(qū)31用于存放顯示字符代碼，包括字符編碼和字符屬性；字符點陣庫32用于存放顯示字符的點陣數(shù)據(jù)。
字符信號發(fā)生器有2種工作狀態(tài)1)字符顯示狀態(tài)，由時序電路產(chǎn)生同步于行、場同步信號的顯示地址，按特定的組合方式尋址顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32，輸出字符點信號。
2)字符編程狀態(tài)是由外部CPU分別接管顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32的地址總線和數(shù)據(jù)總線，對其進行數(shù)據(jù)的更新操作。
字符信號發(fā)生器的兩種工作狀態(tài)的切換是CPU通過指令解碼器2進行控制的，當處于字符顯示狀態(tài)時，多路選擇器35選擇B，顯示區(qū)寫數(shù)據(jù)開關(guān)36截止，多路選擇器37選擇B，字庫寫數(shù)據(jù)開關(guān)38截止，此時顯示緩存31和字庫存儲區(qū)32均處于讀出狀態(tài)。
水平計數(shù)器33和垂直計數(shù)器34由行場同步信號同步，分別產(chǎn)生了水平和垂直數(shù)字時序信號，此實例子中字符點陣結(jié)構(gòu)是16×16，所以水平和垂直地址信息中的低4位屬于每個字符代碼的點陣地址，高位地址代表的是顯示緩沖區(qū)的字符代碼地址，因此顯示緩存區(qū)31地址由V[8··4]和H[9··4]組成。顯示緩存區(qū)31的輸出數(shù)據(jù)代表字符代碼，此實例中，其高3位為字符屬性，低5位為字符編碼，此處，每個字符在垂直方向占有16行位置，在水平方向占有16個象素位置，所以字符代碼在垂直方向16行和水平方向16個象素中，顯示緩存區(qū)31將輸出相同的字符代碼，輸入到字庫存儲區(qū)32的地址是字符編碼與垂直計數(shù)器低4位信號合成，使字庫存儲區(qū)32輸出的相鄰16行點陣數(shù)據(jù)組成一行字符，它與顯示緩沖區(qū)31中的一行字符代碼相對應(yīng)。字庫存儲區(qū)32的數(shù)據(jù)寬度是16位，對應(yīng)每個字符的水平方向16個象素，16選1選擇器39由水平計數(shù)器33的低4位控制，因此在一個字符顯示時間內(nèi)，選擇器39將并行的水平16位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成16位串行的數(shù)據(jù)輸出，形成字符的水平點陣數(shù)據(jù)。
以上字符顯示狀態(tài)，產(chǎn)生了同步于輸入時序的字符點信號和字符屬性信號，經(jīng)過后續(xù)合成處理能在圖像上穩(wěn)定顯示。
字符編程狀態(tài)又分為2種情況1)對字庫的編程，以便顯示不同的字符集。
2)對顯示緩沖區(qū)31的編程，使在指定的屏幕位置上顯示指定的字符。
對字庫32的編程，首先由CPU控制多路選擇器37選擇A，使指定的字庫寫地址聯(lián)通到字庫32的地址總線上，控制字庫寫數(shù)據(jù)開關(guān)38導(dǎo)通，使指定的字庫寫數(shù)據(jù)加到字庫區(qū)32的數(shù)據(jù)總線上，然后由CPU發(fā)出字庫寫使能信號，將指定的數(shù)據(jù)寫入到字庫存儲區(qū)32指定的單元中去，上述過程的多次操作，可完成對整個字庫的編程。
在對字庫編程時，為防止屏幕上出現(xiàn)亂字符干擾，可在后續(xù)的字符屬性控制電路中將字符信號關(guān)閉。由于每個字符庫的設(shè)計是按系統(tǒng)同屏顯示所包含的字符集來組織的，每個同屏顯示的菜單中所有字符，組合在相應(yīng)的字庫中，因此更換字庫可在更換菜單情況下進行，此時關(guān)閉字符不會產(chǎn)生字符的閃爍現(xiàn)象。
對顯示緩沖區(qū)31的編程，也是通過切換地址總線和數(shù)據(jù)總線的方法完成，但對顯示緩沖區(qū)31的編程不能采用上述關(guān)閉字符顯示的方法，否則會引起同屏顯示的其它字符產(chǎn)生明暗閃爍，而CPU對顯示緩沖區(qū)31的隨機操作，又會中斷正常的字符顯示，將導(dǎo)致屏幕亂字符的干擾。為消除干擾和閃爍，本發(fā)明設(shè)計了一種逆程操作控制電路，保證對顯示緩沖區(qū)31的所有操作在行周期的逆程進行。其原理是當CPU寫顯示緩沖區(qū)31時，只是由指令解碼器2鎖定提供給顯示緩沖區(qū)31的地址和數(shù)據(jù)信息，并未控制多路選擇器35和開關(guān)36動作，隨后使能逆程控制電路30，該電路記憶此狀態(tài)，等待下一個行同步脈沖來臨之時，選通多路選擇器35的A通道并打開開關(guān)36，同時發(fā)出寫信號給顯示緩存區(qū)31，完成寫操作之后，并立即回到原始狀態(tài)，當下一行正程來到時，字符顯示就已經(jīng)被更新。
此處對CPU寫入顯示緩沖區(qū)的速度有一定的限制，因為每行只能寫入1個數(shù)據(jù)，為保證每個數(shù)據(jù)可靠寫入顯示緩存區(qū)31中，CPU的寫操作在時間上應(yīng)有大于1行周期的間隔，這個速度等效于每場能更新200～300個字符，可達到主觀實時效果。6、字符顯示屬性控制電路圖9為本發(fā)明提供的字符屬性控制電路的原理框圖，該電路具有字符背景控制、鑲邊信號插入、字符點信號插入等功能，其中字符點信號的控制包括顏色屬性選擇、字符亮度程控/自動設(shè)置，字符淡入淡出控制等邏輯。
字符的顏色由字符代碼中2個顏色屬性位B6、B5(見圖4)控制，從4個預(yù)置的顏色中選擇一個，同屏顯示的全部字符中，每個字符可以有4種顏色選擇，在CPU控制下，這4種預(yù)置顏色可以是224即16兆色中的任意組合。字符亮度可由CPU調(diào)節(jié)，在不同圖像情況下，合適的字符亮度既可保證清晰可辨，又不會因為過亮的字符對圖像產(chǎn)生影響。另外，本發(fā)明中每個字符亮度還可根據(jù)字符位置區(qū)域的圖像平均亮度分別進行了自動調(diào)節(jié)，以實現(xiàn)最佳的字符顯示效果。字符透明效果是用于菜單的淡入淡出場合，在字符與圖像明暗交替過程中，字符應(yīng)具有透明效果，也就是在字符亮度變化過程中，字符點信號下的圖像信號的亮度同時也作變化，但二者的亮度變化方向相反，亮度系數(shù)互為補碼。
圖9中，乘法器101和多路選擇器102組成低背景產(chǎn)生電路。乘法器101的一個輸入端來自輸入視頻數(shù)據(jù)流，另一輸入是由CPU預(yù)置的背景衰減系數(shù)。
乘法器101輸出的視頻數(shù)據(jù)，其對比度將低于輸入數(shù)據(jù)，當顯示的字符屬性中包含低背景控制信號時，則控制多路選擇器102選擇A通道，輸出該低對比度背景信號。
多路選擇器103用于產(chǎn)生字符鑲邊數(shù)據(jù)，在來自附圖6的鑲邊信號控制下，適時選擇A通道，在視頻數(shù)據(jù)流中插入字符鑲邊數(shù)據(jù)，該鑲邊數(shù)據(jù)的大小可由CPU預(yù)置在合適的數(shù)值，以形成最佳的字符識別效果。
多路選擇器104用于插入字符點數(shù)據(jù)，在來自附圖6的字符點信號控制下，適時選擇B通道，在視頻數(shù)據(jù)流中插入字符點數(shù)據(jù)，該字符點數(shù)據(jù)根據(jù)顯示字符的屬性以及CPU指令控制，可以呈現(xiàn)出不同的字符顯示效果1)字符顏色的變化；2)字符亮度的變化；3)字符透明度的變化。
字符顏色的選擇是由字符屬性的2個顏色控制位決定的，它們控制多路選擇器108從4個CPU預(yù)置的顏色中選擇一個作為字符顏色。字符亮度是由乘法器107調(diào)節(jié)的，它將來自多路選擇器108輸出的字符顏色數(shù)據(jù)與一個決定字符亮度的系數(shù)相乘，得到所需亮度字符數(shù)據(jù)，經(jīng)多路選擇器109和104插入到視頻數(shù)據(jù)流中。這個決定字符亮度的系數(shù)可以是CPU預(yù)置的字符亮度系數(shù)，也可以是在字符位置圖像平均亮度的對應(yīng)值，這是CPU通過控制多路選擇器106進行選擇的。
當多路開關(guān)106選擇B通道，即選擇CPU預(yù)置的字符亮度系數(shù)時，全部顯示字符的亮度將是統(tǒng)一的；當多路開關(guān)106選擇A通道，即選擇平均亮度檢測電路的輸出時，加入到乘法器107的字符亮度系數(shù)將隨圖像的平均亮度自動調(diào)節(jié)，以產(chǎn)生自適應(yīng)的字符亮度數(shù)據(jù)。
字符透明效果是用于菜單的淡入淡出場合，當字符與圖像明暗交替過程中，字符應(yīng)具有透明效果，方法是在CPU控制下，字符信號數(shù)據(jù)與圖像信號數(shù)據(jù)進行加權(quán)求和，圖9中，乘法器111和112分別為圖像信號和字符信號的加權(quán)乘法器，二者加權(quán)系數(shù)互為補碼，由CPU控制，加權(quán)后的2路信號相加，在CPU控制下，多路選擇器109選擇B通道輸出，在字符點信號切換下，將透明字符信號插入到視頻數(shù)據(jù)流中。
7、圖象平均亮度檢測圖像平均亮度檢測是以16×16象素為區(qū)域，對該區(qū)域圖像數(shù)值進行算術(shù)平均，其輸出值對應(yīng)于上一場圖像平均亮度的大小，由于圖像在時間上的相關(guān)性，此值可作為當前場字符的亮度系數(shù)。由于平均亮度是以16×16為檢測區(qū)域，因此每個字符內(nèi)各點的亮度是不變的，而不同位置上的字符亮度則是隨各自位置上的圖像平均亮度變化而自適應(yīng)調(diào)節(jié)。
圖10示出了本發(fā)明實施例中平均亮度檢測電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，其中加法器151將R、G、B三色數(shù)據(jù)相加，其輸出視為于圖像亮度值，雙口存儲器156地址與字符顯示緩沖區(qū)相同，雙口RAM 156中存儲的是16×16區(qū)域各象素亮度的累加值，與門154用于雙口存儲器156在檢測區(qū)域的第一個象素置入初值0，雙口RAM 159是由與門158控制寫操作，在檢測區(qū)域最后一個象素位置將雙口RAM 156的累加值的高8位值，即16×16區(qū)域的亮度平均值存入雙口RAM 159中，由于雙口RAM 159地址總線也是與顯示緩沖區(qū)地址相同，所以，RAM159輸出的圖像亮度平均值與字符同步，用此數(shù)值去作為字符亮度的乘法系數(shù)，能同步控制字符亮度。
需要注意的是，加法器151輸入端除了三路RGB數(shù)據(jù)外，增加了一路0FFH常量數(shù)值，這是給字符亮度乘法系數(shù)提供最小值，以便當圖像平均亮度很低時，字符仍能以四分之一最大亮度顯示。
系統(tǒng)設(shè)計時，要考慮數(shù)據(jù)的同步問題，由于視頻數(shù)據(jù)的高速率，數(shù)據(jù)的流水線操作是提高運算速度的有效方法，但流水線操作會造成數(shù)據(jù)的延時，因此在圖像與字符合成時，應(yīng)加入與流入線長度相同的同步延時，確保圖像的連續(xù)性。
將本發(fā)明以上實施例的特性說明如下1)字符點陣結(jié)構(gòu)16(V)×16(H)；2)同屏顯示字符種類32種；3)同屏字符顏色數(shù)4種；4)同屏圖像背景效果1種。
權(quán)利要求
1.一種數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路，可接受外部CPU指令實現(xiàn)多種視頻字符疊加功能，其特征在于包括對所述CPU指令進行解碼的CPU指令解碼器2、可根據(jù)CPU字符信號發(fā)生器3、鑲邊信號發(fā)生器4以及字符顯示屬性控制器1，所述字符信號發(fā)生器3接收時鐘和同步信號將產(chǎn)生的字符信號輸出到鑲邊信號發(fā)生器4，所述字符顯示屬性控制器1接收數(shù)字RGB信號和鑲邊信號發(fā)生器4輸出的信號而輸出數(shù)字RGB信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述字符信號發(fā)生器3包括用于存放包括字符編碼和字符屬性的字符編碼的顯示緩沖區(qū)31，用于存放顯示字符點陣數(shù)據(jù)的字庫存儲器32，所述字庫存儲器32是可編程的，可以包含有多個字符點陣庫，每個點陣庫可以根據(jù)需要進行切換和加載。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述字符信號發(fā)生器3有兩種工作狀態(tài)，在字符顯示狀態(tài)，由時序電路產(chǎn)生同步于行、場同步信號的顯示地址，按特定的組合方式尋址顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32，輸出字符點信號；在字符編程狀態(tài)，由外部CPU分別接管顯示緩沖區(qū)31和字庫存儲區(qū)32的地址總線和數(shù)據(jù)總線，對其進行數(shù)據(jù)的更新操作，所述字符信號發(fā)生器3的所述兩種工作狀態(tài)的切換是由外部CPU通過指令解碼器2進行控制的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述鑲邊信號發(fā)生器4在當前顯示點本身無效而與該點相鄰的8個方向的位置的任何一個或一個以上點信號有效時產(chǎn)生鑲邊信號。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電路，其特征在于，所述鑲邊信號發(fā)生器4包括第一行緩沖器401、第二行緩沖器402，第一到第九字符點緩沖器403-411，字符點信號輸入首先經(jīng)2個行緩沖器401、402延時后，產(chǎn)生相鄰3行并行的字符點信號HD0、HD1、HD2，三行數(shù)據(jù)各自再經(jīng)3個字符點緩沖器延時后，各產(chǎn)生水平方向相鄰的3個并行字符點信號P1～P9，將字符點信號經(jīng)1行加上2個象素的延時輸入當前點P1點信號和字符屬性數(shù)據(jù)，以保證字符顯示時，其顏色、背景屬性和鑲邊信號與字符點信號保持一致。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其特征在于，所述字符屬性控制器1包括背景衰減系數(shù)乘法器101、低背景控制開關(guān)102、鑲邊信號開關(guān)103、字符點信號開關(guān)104、平均亮度檢測單元105、平均亮度控制開關(guān)106、平均亮度乘法器107、字符顏色選擇單元108、透明控制開關(guān)109、加法器110、透明系數(shù)乘法器111、補碼乘法器112、補碼發(fā)生器113，其中，背景衰減系數(shù)乘法器101用于將背景衰減系數(shù)與視頻輸入信號進行乘法運算而將結(jié)果送所述低背景控制開關(guān)102的A輸入端，所述低背景控制開關(guān)102的B輸入端接收視頻輸入信號，所述低背景控制開關(guān)102的輸出端與所述鑲邊信號開關(guān)103的B輸入端連接，所述鑲邊信號開關(guān)103的A輸入端輸入有鑲邊信號而其輸出端連接到字符點信號開關(guān)104的A輸入端，所述平均亮度檢測單元105對輸入端的視頻輸入信號進行平均亮度檢測并將該檢測信號輸入到平均亮度控制開關(guān)106的A輸入端，所述平均亮度控制開關(guān)106的B輸入端接收字符亮度系數(shù)而其輸出信號則和字符顏色選擇單元108的輸出信號分別成為平均亮度乘法器107的兩個輸入信號，而平均亮度乘法器107的輸出端連接到透明控制開關(guān)109的A輸入端、補碼乘法器112的輸入端，補碼乘法器112的另一個輸入端接收補碼發(fā)生器113的輸出，所述補碼發(fā)生器113用于產(chǎn)生透明系數(shù)的補碼，透明系數(shù)乘法器111將透明系數(shù)與視頻信號相乘而將結(jié)果信號輸入到透明信號加法器110的一個輸入端，所述透明信號加法器110的另一個輸入端接收所述補碼乘法器112的輸出信號，而透明信號加法器110的輸出信號輸送到透明控制開關(guān)109的B輸入端，透明控制開關(guān)109的輸出端連接到所述字符點信號開關(guān)104的B輸入端，所述字符顏色選擇單元108用于根據(jù)字符屬性中的字符顏色位從預(yù)置的顏色參數(shù)選出對應(yīng)的顏色。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述低背景控制開關(guān)102在由字符代碼的背景屬性位產(chǎn)生的低背景信號控制下，將視頻輸入信號與由CPU設(shè)置的低背景系數(shù)進行乘法運算，輸出比例于低背景系統(tǒng)的視頻數(shù)據(jù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電路，其特征在于，所述平均亮度檢測電路105，包括單一象素亮度計算單元，用于根據(jù)每一象素的數(shù)字RGB信號計算該象素的亮度；區(qū)域象素亮度累加單元，用于將來自所述單一象素計算單元的輸出數(shù)據(jù)進行累加；區(qū)域平均亮度暫存單元，用于暫存來自所述累加單元的累加結(jié)果數(shù)據(jù)；第一控制單元，用于在所述區(qū)域內(nèi)第一個象素時刻，對所述區(qū)域象素亮度累加單元清零；第二控制單元，用于在所述區(qū)域內(nèi)最后一個象素時刻，對所述區(qū)域象素亮度累加單元的數(shù)據(jù)送到所述區(qū)域平均亮度暫存單元。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述單一象素計算單元包括加法器151和除4除法器152，所述加法器151的三個輸入端分別輸入所述數(shù)字RGB信號中R、G、B信號，所述加法器151的另一個輸入端輸入一個固定數(shù)值，所述加法器的輸出端連接到所述除4除法152的輸入端，所述除4除法器152的輸出端提供信號給所述區(qū)域象素累加單元。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述區(qū)域象素亮度累加單元包括一個加法器153、第一雙口隨機存儲器156，所述加法器153的第一輸入端口輸入來自所述單一象素亮度計算單元152的數(shù)據(jù)，所述加法器153的第二端口輸入來自所述第一雙口隨機存儲器156的已存儲數(shù)據(jù)，所述加法器153的輸出端連接到所述第一雙口隨機存儲器156的第一端口。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述區(qū)域平均亮度暫存單元包括第二雙口隨機存儲器159，其中第一端口為寫端口，用于輸入來自所述區(qū)域象素累加單元156的數(shù)據(jù)的高8位，其中第二端口輸出8位的亮度平均值。
12.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述第一控制單元包括一個與門154和一個或門157，所述或門157輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號，所述與門154的輸出端連接所述加法器153的第二端口，所述與門154的第一輸入端與所述第一雙口隨機存儲器156的第二端口，所述與門154的第二輸入端連接到所述或門157的輸出端，所述或門157輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號。
13.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電路，其特征在于，所述區(qū)域象素計數(shù)信號可以由水平數(shù)字時序信號和垂直數(shù)字時序信號的低位提供。
14.根據(jù)權(quán)利要求8所述的平均亮度檢測電路，其特征在于，所述第二控制單元包括一個與門158，所述與門158輸入?yún)^(qū)域象素計數(shù)信號，所述與門158的輸出端信號控制所述第二雙口隨機存儲器159的數(shù)據(jù)寫入，所述第二雙口隨機存儲器159的數(shù)據(jù)寫入或讀出的時鐘同步信號為字符緩沖器的地址信號。
全文摘要
一種數(shù)字視頻系統(tǒng)中多功能疊加字符顯示電路,具有字符鑲邊處理、字符周圍圖像的低背景處理、字符的淡入淡出控制及字符顏色、亮度的程序控制/自動控制等功能。這種電路將OSD技術(shù)與數(shù)字視頻系統(tǒng)緊密結(jié)合,使其具有豐富的顯示功能和視覺效果,在增加系統(tǒng)靈活性和通用性的同時提高系統(tǒng)的集成度,可以全部或部分應(yīng)用于數(shù)字視頻系統(tǒng)的集成電路設(shè)計過程中,也可在可編程邏輯器件中設(shè)計完成。
文檔編號H04N5/445GK1284813SQ9911769
公開日2001年2月21日 申請日期1999年8月17日 優(yōu)先權(quán)日1999年8月17日
發(fā)明者沈洪 申請人:深圳市賽格集團有限公司