基于BES7456芯片的OSD的应用平台设计

摘要：重点介绍了北京市嵌入式系统重点实验室自主研发的OSD产生芯片BES7456的组成和原理，并给出应用该芯片的具体方法和实现效果。阐述了OSD原理及芯片设计的原理，接着给出根据具体要求需要的外围设计方案，给出了系统软硬件的设计步骤，最后给出实测结果。
关键词：OSD；BES7456；应用平台

引言
BES7456芯片是北京市嵌入式系统重点实验室应珠海安联锐视科技有限公司的要求，开发的一款用于安全视频监控市场的随屏字幕显示芯片。该芯片应具有黑白字幕叠加功能，可以兼容当前市面主流摄像头视频制式，内置RAM与外置非易失性存储器用I2C连接，能够满足大多数情况下监控系统对字幕信息的需求。由于OSD(OnScreen Display)芯片的开发在国内尚处于起步阶段，所以该项目的研究对相关技术的发展有着重要的现实意义。
BES7456是单色单通道随屏显示(OSD)发生器，主要应用于黑白模拟电视信号上叠加字幕。它将外部视频驱动器、同步分离器、视频开关、存储器集成在一起，有效降低成本。BES7456采用符合NTSC和PAL制式的256个用户可编程字符，这些字符预先加载并通过SPI接口进行在线编程。BES7456适用范围广，可以方便地显示任意字符、尺寸的各种信息，例如公司标识、常用图形、日期时间等。BES7456提供LQFP(Low-pro-file Quad Flat Package)48封装，外形尺寸较小，寄生参数减小，工作于扩展级(-40～+85℃)温度范围。

1 OSD显示原理与BES7456芯片
BES7456的内部工作原理是当视频信号经过钳位电路(clamp)时进行“直流重建”，由同步分离电路(SYNCseparator)得到要显示的位置信息，视频时序发生器产生所有内部和外部(Vsync和Hsync)时序信号，经由随屏显示发生器(OSD generlator)产生数字信号形式，再经过DAC转换为模拟信号像素，在视频开关(MUX)处切换字符与原电视信号，最后经过功率放大器(driver)输出到电视接收端，在电视中可以看到经过叠加后的混合视频信号。
1．1 BES7456的内部结构
BES7456内部集成有产生OSD像素以及将其插入复合视频信号所需的全部功能，与外部EEPROM联合使用。该器件内置有输入箝位、同步发生器、视频定时发生器、OSI)插入MUX、字符存储器RAM、显示存储器SRAM、OSD发生器、晶体振荡器、可读／写OSD数据的SPI兼容接口以及视频驱动器。BES7456芯片的内部结构如图1所示。

1．2 BES7456主要模拟模块概述
(1)钳位电路
采用BES7456芯片的OSD系统使用较为流行的交流耦合输入／输出结构，而在随之带来的场一时间失真的问题上，这里通过在输入级内部使用钳位电路的方法来解决。钳位电路需要将VIN的同步脉冲的黑色电平稳定地钳位到相对于模拟地稍高的位置上，使得后续的同步分离电路能正确地分离出同步脉冲。
(2)同步分离器
在OSD系统中，OSD芯片需要告诉外部控制器何时可以访问芯片内部状态寄存器或更新屏幕上的字符显示，否则就会发生存储器访问的混乱。根据视频扫描原理，如果利用消隐时间对显示存储器的内容进行修改，就可以实现字幕的实时更新。利用行同步信息可以确定字符像素
在电视画面中的水平坐标，利用场同步信息可以计算出字符像素在画面中的垂直位置。场同步输出与第一个输入脉冲的锯齿波的上升沿，同步结束于第一个后均衡脉冲的后沿，因此它比2．5 Hz的场同步要稍微宽一些。
(3)数模转换器(DAC)
在本设计的OSD系统中，DAC的作用是将字符生成器模块产生的OSD数字流转换为模拟电平信号，从而产生实时的字符图像。实际上，正常工作使用内同步信号时字符生成模块会持续输出带有行、场同步信号的黑白视频流，经过DAC转换成1 Vp-p的标准黑白视频信号，视频开关只在需要插入OSD图像的时刻才将输入切换到DAC的输出。
为满足常见的OSD显示的需要，对于DAC，至少需要7位有效位才能区分出所有这些电平来。如果要在电视屏幕上同时并排显示30个字符，每个字符为12列×18行，即每行图像应能分辨出360个像素点，根据PAL制式每行的图像扫描时间52μs，DAC的采样时钟频率至少应为6．94 MHz(每个采样点的周期为144 ns)。由于DAC的下一级为视频开关，并且为直流耦合，DAC所输出的OSD信号(最大1．14 Vp-p)需要有合适的偏置电压才能正常通过视频开关和视频驱动器模块。