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动态视频汉字叠加器的实现

作　者: 孙晓峰
导　师: 赵继印
学　校: 吉林大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 动态视频字符叠加器 OSD芯片单片机系统
分类号: TN702
类　型: 硕士论文
年　份: 2004年
下　载: 412次
引　用: 6次
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内容摘要

为了在高速公路监控视频信号中实时记录当前日期/时间、地点等重要信息，需要在视频监控系统中增加动态视频汉字/字符叠加功能。本文以课题的研究成果——动态视频汉字叠加器在高速公路监控系统中的成功应用为例，来描述该课题的研究内容和研究过程。本文在简单介绍动态视频汉字叠加系统的原理、发展历程和应用前景后，针对它在高速公路集中监控系统中应用，详细描述了动态视频汉字叠加器的硬件和软件的设计思想、设计方案，以及硬件与软件系统的组成原理和实现方法，并就系统设计、研发期间发现的问题及解决方法进行了介绍。1. 课题的研究目标及内容近年来随着我国高速公路发展和对高速公路进行现代化管理需求的增长，建设视频监控系统成为提高高速公路管理水平的重要环节。借助于视频监控系统，高速公路的管理和调度人员可以在监控室内，对分布在公路各部位众多监控点的摄像视频信号进行采集、记录和输出，并可在多单元监视屏上进行实时显示和回放。在高速公路中采用视频监控系统，增强了对交通运输突发事件的快速反应能力，减轻了管理工作人员的劳动强度，提高了高速公路的科学管理水平，对我国高速公路健康快速的发展发挥着积极的作用。为了高速公路监控视频信号中实时记录当前日期/时间、地点等重要信息，需要在视频监控系统中增加动态视频汉字/字符叠加功能，因此，动态视频汉字叠加器成为视频监控系统中的一个重要组成部分。本文的主要研究目标是设计一个成本较低、性能可靠的动态视频汉字叠加器，实现量产并应用到实际的生产环境中。 <WP=63>本文的具体研究内容主要包括：动态视频汉字叠加器的硬件设计和软件设计。系统硬件部分的设计包括：视频通道电路、OSD视频叠加电路、串行通信系统和辅助系统的设计，并对多通道动态视频汉字叠加器的设计进行了研究。系统软件部分的设计包括：系统监控程序、串行通信程序、时钟芯片程序和OSD程序等的设计。2. 系统的功能和特点本文根据课题的应用需求，在基于OSD字符叠加专用芯片方案的基础上，采用了单片机89C51CPU、NEC公司的OSD芯片μPD 6453、实时时钟芯片DS12887和存有汉字点阵数据的27C020等器件，在系统的硬件设计中，克服了该方案显示汉字较少、灵活性较差的缺点，完成了用于高速公路监控系统的单路动态视频汉字叠加器的设计和研制。动态视频汉字叠加器的硬件设计包括视频模拟信号电路和单片机数字电路两部分。视频模拟信号电路有：视频输入/输出电路、同步信号分离电路和OSD字符叠加电路等；单片机数字电路有：单片机89C51与27C020 EPROM、实时时钟DS12887、看门狗MAX813、OSD芯片μPD6453和串行通信等接口电路等。动态视频汉字叠加器的软件设计，采用模块化的设计原则，着重设计了中断响应服务程序和汉字叠加显示程序。中断服务程序有串行通信中断、消隐定时计数中断和实时时钟芯片外部中断三个部分；汉字叠加显示程序有μPD6453命令写入程序和汉字点阵数据生成程序等。此外，还针对高速公路收费站的应用，设计了一套与PC机的通信协议。在软件设计中，充分发挥所采用硬件芯片的功能和性能，成功地实现了在监控系统视频信号中叠加摄像地点、日期、时间等信息叠加功能。在<WP=64>高速公路收费站的监控系统中，该系统还实现了从收费站的电脑中提取收费信息，并叠加到监控视频信号的功能。为了提高系统的可靠性，无论是在系统的硬件设计还是软件设计，都充分考虑提高系统的抗干扰和运行稳定性的措施。3. 本文主要解决的问题本文主要解决了汉字动态叠加显示、抗干扰、生产成本和灵活性等问题：① 汉字的动态叠加显示在非专业视频领域，传统的视频字符叠加器不具备汉字的动态叠加显示功能。本研究课题采用OSD芯片μPD6453和27C020汉字库芯片，通过89C51的程序控制，实现了系统自身和上位机通信所产生的汉字/字符信息的动态叠加显示功能。② 抗干扰传统的视频字符叠加器通常应用在干扰较少的演播室、办公楼等。作为在高速公路、工业生产现场等这样有强电磁干扰和恶劣气候环境应用的视频设备，本研究课题从硬件和软件两个方面，通过对串行通信系统采用光隔离、双电源设计、看门狗电路、在软件中设置故障陷阱等措施，解决了系统的抗干扰问题，为研究成果投入实际应用打下了基础。③ 生产成本传统的视频字符叠加器往往选用的专用集成电路，造成系统的成本较高。本研究课题所选用的电路，在不影响系统性能的前提下，尽量采用分立电路和较低成本的元器件，设计出实用可靠的系统，为系统的推广应用创造了条件。 <WP=65>④ 灵活性传统的视频字符叠加器往往是为某个应用领域专门开发，缺乏灵活性。本文研究的动态视频汉字叠加器，尽管是为高速公路监控系统项目所研发的，但在硬件和软件设计过程中，已充分考虑在别的领域应用的可能性，许多功能可以通过出厂前或用户自行进行设置，所以灵活性很强。4. 研究成果的效益和应用前景实践证明，本文所设计、研发的动态视频汉字叠加系统，其硬件电路设计周全，软件设计结构简单，与传统的字符叠加系统相比较，具有显示字符多、显示编辑功能强、可靠性高、灵活?

全文目录

第一章绪论  7-16
  1.1 引言  7-8
  1.2 研究的目的和意义  8-9
  1.3 研究现状和发展趋势  9-14
    1.3.1 动态视频汉字叠加技术发展历程  10-11
    1.3.2 常见的动态视频汉字叠加器方案  11-13
    1.3.3 动态视频汉字叠加器的应用前景  13-14
  1.4 系统方案设计  14
  1.5 本文的主要研究内容  14-16
第二章动态视频汉字叠加器的硬件设计  16-32
  2.1 硬件的设计目标和设计原则  16-18
    2.1.1 硬件的设计目标  16-17
    2.1.2 硬件的设计原则  17-18
  2.2 硬件总体方案设计及功能  18-19
  2.3 视频通道电路设计  19-21
    2.3.1 视频输入电路  19-20
    2.3.2 视频输出电路  20
    2.3.3 同步信号分离电路  20-21
  2.4 OSD视频叠加电路设计  21-23
  2.5 串行通信系统设计  23-25
    2.5.1 串行通信电路中光电隔离的必要性  24
    2.5.2 光耦器件的选用  24-25
  2.6 多通道动态视频汉字叠加器的设计  25-29
    2.6.1 多通道动态视频汉字叠加器的硬件设计  26-27
    2.6.2 大容量汉字字库芯片的应用  27
    2.6.3 多通道动态视频汉字叠加器的局限性  27-29
  2.7 辅助系统设计  29-32
    2.7.1 实时时钟电路设计  29-30
    2.7.2 看门狗电路设计  30-31
    2.7.3 输入键盘及指示电路设计  31-32
第三章动态视频汉字叠加器的软件设计  32-55
  3.1 系统软件的设计思想和功能  32-34
    3.1.1 软件设计思想  32-33
    3.1.2 软件的功能设计  33
    3.1.3 程序设计应遵循的原则  33-34
  3.2 信息显示的实现办法  34-36
  3.3 系统监控程序设计  36-39
    3.3.1 主程序流程框图  36-37
    3.3.2 程序初始化  37-38
    3.3.3 程序主循环  38-39
  3.4 中断处理程序  39-47
    3.4.1 串行通信程序设计  39-42
    3.4.2 定时/计数器0中断服务程序  42-43
    3.4.3 实时时钟中断服务程序  43-46
    3.4.4 中断服务程序需考虑的问题  46-47
  3.5 屏幕信息显示程序设计  47-52
    3.5.1 μPD6453编程简介  47-49
    3.5.2 汉字信息叠加显示程序  49-50
    3.5.3 汉字叠加显示需注意的问题  50-52
  3.6 系统安全防范措施的软件实现方法  52-55
第四章全文总结  55-57
致谢  57-58
参考文献  58-62
摘要  62-66
ABSTRACT  66-70

动态视频汉字叠加器的实现

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