基于FPGA的視頻應用OSD設計

近年來，數字視頻監控系統在銀行、高速公路、樓宇等各個領域取得了廣泛的應用。在數字視頻監控系統中，OSD(On Screen Display)技術是不可或缺的部分。OSD為用戶提供友好的人機界面，能夠使用戶獲得更多的附加信息。

系統構成
本文介紹的系統是基于TI DSP TMS320DM6?3與FPGA的完整視頻監控系統，支持1路視頻的輸入和1路視頻輸出，此外還提供網絡接口。

視頻輸入采用TI的高性價比視頻解碼器TVP5150A來實現，TVP5150A可實現兩路復合視頻輸入或一路S-video視頻信號的采集。通過I2C進行寄存器配置，輸出數字視頻信號遵循ITU656標準。

TVP5150A解碼后的數字視頻信號通過DM6?3的視頻端口1傳送給DSP，由DSP進行必要的視頻處理，由網絡接口輸出給遠端設備。另一方面，DM6?3把從網絡接收的視頻數據處理后，通過視頻端口2，經過FPGA，由SAA7105顯示輸出，具體結構如圖1所示。

輸出部分采用SAA7105實現。SAA7105是NXP公司的一款高性能視頻編碼器，可提供復合視頻輸出、VGA視頻輸出以及HDTV高清視頻信號的輸出。SAA7105的控制也通過I2C實現，接收復合ITU656標準的數字視頻信號。

視頻處理部分采用的是TI的DSP TMS320DM6?3來實現。DM6?3主頻可達600MHz，有2個20位的視頻端口，視頻端口支持BT.656、Y/C等數字視頻接口，DM6?3還集成了網絡MAC，可實現網絡接入。

硬件性能的發展速度總是很難滿足軟件的需求。在視頻處理越來越復雜的應用中，DSP承擔著繁雜的視頻處理任務，資源變得非常緊張，所以在本系統設計中，采用了FPGA實現OSD的設計，可以減輕DSP的負擔。

OSD實現部分選用的是賽靈思公司的XC3S250E。XC3S250E是賽靈思SPARTAN-3E系列的FPGA，有25萬個邏輯門。

圖1：基于TMS320DM6?3與FPGA的完整視頻監控系統架構示意圖

OSD實現

SAA7105無法實現OSD功能，而由XC3S250E來實現。主控芯片DM6?3只需要通知FPGA要顯示的內容和位置，具體的工作由FPGA執行。OSD的邏輯框圖如圖2所示。

圖2：OSD功能框圖