原创 NVC1001 视频处理芯片 功能原理介绍

一种带字符叠加的画中画视频处理器的设计与实现
作者： 江晓敏 阳春华 邓 欣

　　摘　要：介绍一款带有字符叠加功能的画中画视频处理器，将两路视频输入信号处理后在屏幕上显示一大一小两个可调画面，减少多画面监控所需的数据存储量，并提高视频安全性。通过内部字符点阵转换，能在画面叠加任意字符信息，提供更为详细具体的画面信息，可广泛应用于审讯、交通、银行等部门的视频监控系统中。
　　关键词：字符叠加；画中画；视频处理器；视频监控系统
　　
　　1 引言

　　目前的视频监控系统普遍采用画面分割器或视频矩阵来实现多画面监控，每一路视频信号的保存给存储空间提出了很高的要求。画中画视频处理器可以将两路或更多视频信号叠加成一路信号，在这一路信号上同时混入多路视频的数据，大大地减小了存储空间，而且其连续的视频流还能够防止人为修改画面信息，在视频数据安全性及保存时限要求较高的视频监控系统中得到广泛的应用。
　　
　　画中画(Picture in Picture，PIP)，即在一个屏幕上同时显示不同通道的两个或多个画面，并能实现画面的调整、切换等。目前国内画中画视频处理器基本都是只对视频信号进行处理，而在需要记录环境和特定的字符信息，包括日期时间、温度湿度信息以及标题等时，则采用外部字符叠加器来实现字符叠加。本文介绍一种集成字符叠加功能的画中画视频处理系统，将字符信息混入视频信号中，从而在屏幕的特定位置上与图像信号同时进行显示，不仅可以叠加静态字符，还能与上位机通讯来实现任意字符的动态叠加，脱离上位机仍能显示并保存字符，从而简化监控系统的工程实施，降低成本。
　　
　　2 功能原理

　　本系统通过对Nextchip公司的视频处理芯片NVC1001的读写控制，来实现视频信号处理和字符叠加功能。NVC1001是一款功能强大的专用芯片，支持NTSC和PAL视频制式，具有四路视频输入两路视频输出(为叙述方便，仅以两路输入一路输出为例)，通过内部寄存器的设置可以实现对每路视频输入的位置和大小进行调节，具有OSD(On Screen Display)功能，能够将混入视频信号的字符信息在屏幕上显示出来。
　　
　　2．1 画中画原理
　　视频处理芯片NVCl001通过设置相关寄存器来支持画中画模式，最主要的寄存器如图1所示，其中CHEAN和CH_PIP控制每路输入信号的显示使能和画中画功能使能，CHEAN为高时该通道输出显示使能，而CH_PIP为高时则该通道进入画中画模式，即显示为小画面，为低时显示普通的大画面，通过改变其值能实现大小画面之间的无混叠切换；CH_HL、CH_HR、CH_VT、CH_VB则是设置通道01画面的位置坐标(以通道01为例)，通过设置不同值来调节画面在屏幕的显示位置；而其内建高性能的H／V定标器由SCALE来控制，设置为000～111来调用7档不同的大小比例。
　　
　　2．2　字符叠加原理
　　字符一般以点阵形式存储，通过一定的扫描方式逐个把点阵描绘出来并输出至显示设备。以HZKl6中的16*16点阵为例，它使用32字节数据(256个象素点)来描述一个汉字，每个象数点的颜色分为前景色和背景色，分别用1和0表示，如图2所示。将所有常用字符的点阵数据按照一定的排列顺序存放在一起，就形成了点阵字库。
　　在视频系统中叠加字符时，如果前端摄像头所摄取的画面与字符的前景色相同或相近时，字符将被混淆而不能识别。因此需要通过一定的转换算法，使这些点阵信息具有边框属性，例如白字黑边，这样在不同的色彩环境下均能清晰地显示字符信息。本系统的优点在于能通过单片机将标准字符点阵转换为符合NVC1001 OSD功能的字符信息，用2bit参数来表示字符的前景色、边框和背景色，在对视频信号进行画中画处理的同时实现点阵信息的转换和叠加，而不需要另外的CPU和专用字符叠加芯片来进行计算处理。
　　具体转换过程为：某字符32字节点阵数据存放在Character_Buf[32]中，在其每一位右边插入一个0，即扩展为64字节数据并写入NVC_Char-acter_Buf[64]。此时原点阵数据中的1转换成10，0则由00表示，也即是前景色表示成10，背景色表示成00。这样就可以判断每字节数据中偶数位为1的相邻8个偶数位的值，为1则表示该点也是属于字符前景色，为0则认为是字符的边框，将该0位右边的对应奇数位置1，该点就表示成01了。

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