0 引 言
OSD(on screen display)，即在屏顯示系統，是實現人機界面交互的基礎，在視頻處理SOC中作為重要功能模塊有著廣泛的應用。
基于SOC技術的模塊化設計要求各功能模塊盡可能小地占用電路資源，以滿足芯片系統對資源使用和面積的控制。對于OSD功能模塊而言，存儲器資源為主要開銷。因此，減少存儲器資源的使用對降低OSD模塊電路資源需求有著重要的意義。
OSD電路中，字符索引算法的選取直接決定了存儲器資源的使用情況，因此采用更優化的字符索引算法可以達到降低存儲器資源需求量的目的。作者在逐字符索引法的基礎上，針對該算法的缺點，提出了二步索引法。在保證OSD功能完整的同時，大大地降低了系統對存儲器資源的需求。
1 二步索引算法的原理及特點
1.1 字符索引算法原理
字符索引算法是將OSD菜單中所顯示的字符按菜單顯示順序進行編碼，并存儲于存儲器中，在讀取字符點陣信息以顯示菜單時通過讀取編碼信息來索引所需字符信息。設菜單中字符尺寸為C1×Ch(bit)，菜單共顯示m行字符，每行顯示n個字符，字符編碼Ni×j，并且存儲器中一個地址所存儲的數據(bit)大于C1。則讀取菜單中第i行第j個字符時，首先通過索引得到存儲器中相應字符的字符編碼Ni×j，索引地址可通過公式(1)得出：
add_mi×j=addr_n0×0+(i-1)n+n-1 (1)
將讀取出的字符編碼Ni×j轉換成相應字符點陣信息在存儲器中存儲空間的首地址。地址的轉換可通過公式(2)計算得到：
addr_di×j=addr_d0×0+Ch×(Ni×j-1) (2)
式中：addr_u0×0和addr_d0×0分別是字符編碼存儲器和字符點陣信息存儲器中首地址指針。根據Ch控制從字符點陣信息存儲器中讀出地址范圍為addr_di×j到addr_di×j+Ch的數據即完成了對菜單中第i行第j個字符的點陣數據信息的讀取。
逐字符索引算法下，將空格按字符看待并進行編碼，菜單每行固定顯示n個字符，字符長度小于n的菜單行由空格來補齊。由于采用定長的存儲結構，所以字符索引電路原理簡單且易于實現，只需要根據菜單字行符長數n就可以計算出相應行字符的首地址指針。但這種存儲結構的缺點也很明顯，就是對存儲器的使用量較大。在該算法下，可以計算出在OSD所需要的使用的存儲器量為：m×n×Ch，如圖1(a)所示。存人其中的“空格”(圖中編碼為“28”)會占用相當一部分的存儲器資源。在一些情況中，用于補充空缺而存儲的“空格”所占用的存儲空間甚至會比字符點陣信息的存儲空間還要多，這是對存儲器資源極大的浪費。
1.2 二步索引算法原理
如果只存儲字符點陣信息而不存儲‘空格 i，顯然對節省存儲器資源將有著很大的幫助。為達到這樣的設計目標，在逐字索引法的基礎上，通過改進提出了二步索引算法。
設第k幅菜單中顯示nk行字符，菜單第i行中顯示li個字符。其中，nk存儲于寄存器中，li存儲在一段地址長度為nk的字符數信息存儲器中。在二步索引算法下，通過讀取字符數信息存儲器中的數據以及根據nk限制讀出的li數據個數，可以確定菜單中各行所顯示的字符的個數。第k幅菜單中第i行第j個字符的編碼信息在存儲器中的地址指針可以根據公式(3)確定：
讀出字符編碼數據Ni×j，仍然通過公式(2)得到相應字符在點陣信息存儲器中存儲地址段的首地址指針，從而讀出全部的字符點陣信息。完整的數據讀取操作過程如圖2所示。
在二步索引算法中，引入了行顯示字符數li和菜單顯示字符行數nk2個參數，通過nk首先索引菜單中第i行的顯示字符數li，根據li控制索引該行第j個字符編號Ni×j。根據li可以知道每行顯示的字符數，所以字符編碼信息可以按行順序緊密的存儲，即每行存儲的數據采用非定長的方式，如圖1(b)所示。與圖1(a)所示的逐字索引法存儲器結構相比，二步索引法在對存儲器資源的節省方面效果是顯著的。
2 二步索引法OSD電路結構實現
2.1 字符索引電路實現
如圖3所示，相比于逐字索引法的電路實現結構，二步索引法的電路實現結構中增加了字符行寄存器和用于存放行字符數信息的存儲器。字符行寄存器中存人nk，根據字符行計數器所計數據與nk比較來控制從行字符數存儲器中讀出的數據數。讀出的行字符數信息li再用以控制顯示第i行菜單字符所需從字符編碼存儲器中讀出的字符編碼數據數。讀出的字符編碼Ni×j通過地址生成電路轉換成相應字符的點陣信息在字符點陣ROM中存儲地址段的首地址，從而在字符點陣ROM中索引出相應字符的點陣數據，如此反復，可實現對全部字符點陣數據的索引。
2.2 數據輸出控制與層混合疊加電路實現
從字符點陣ROM中讀取出的字符點陣信息經過點陣重組電路的處理后將按字符Cl×Ch順序的點陣信息轉換成按菜單行順序的格式存入到輸出緩存中。輸出緩存中數據的存儲順序如圖3所示。
輸出緩存能夠存儲整幅菜單的顯示信息，以使菜單生成和菜單輸出顯示2個過程相互獨立，從而使得在顯示菜單的同時，可進行新菜單內容的讀入，保證菜單顯示的連貫勝。輸出緩存容量大小由包含顯示信息最多的一幅菜單決定。
從輸出緩存中讀出的數據用于控制生成菜單字符層，在層選擇電路中與菜單背景層和屬性條層進行疊加處理后輸出一幅完整的菜單。字符層、菜單背景層和屬性條層相互獨立，由層混合控制電路控制進行混合疊加處理，再將菜單與屏幕背景層進行疊加輸出混合視頻信號。層混合疊加電路的實現結構如圖4所示。
3 OSD電路的FPGA實現及功能驗證
設計在Xilinx公司的ISE6.3軟件環境下，使用Verilog HDL硬件描述語言對其電路邏輯進行描述，并以Xilinx公司xc2v1500bg575-4型為核心芯片的FPGA仿真驗證平臺對其進行硬件實現及功能驗證。FPGA驗證平臺架構如圖5所示。
驗證平臺輸入模擬視頻信號，經SAA7111A芯片電路A／D采樣轉變為數字視頻信號接入FPGA驗證平臺。經過視頻處理電路去隔行、尺寸縮放等處理的視頻信號在圖象混合電路中與OSD菜單混合后輸出經DS90C38芯片電路轉為LVDS(低壓差分信號)信號并驅動液晶屏顯示結果。
對2種字符索引算法下實現的OSD電路進行驗證比較。OSD字符索引電路部分使用到的存儲器資源可以分為字符編碼存儲器、行字符數存儲器、字符行寄存器3種。以生成圖6中所示菜單為例分析2種算法下OSD字符索引電路對存儲器資源的使用情況，將結果列于表1中。
從表中可以看出，以二步索引算法實現的字符索引電路使用了8個bytes的行字符數存儲器和1個byte的字符行寄存器，而以逐字索引算法實現的字符索引電路在這2類存儲器上的使用量均為0。但是，后者在字符編碼存儲器的使用上卻達到了96 bytes，遠遠多于前者50 bytes的使用量。從表1中可以看到，前者對存儲器資源的總使用量比起后者減少了很大一部分。隨著菜單尺寸的增加和顯示的字符信息的增加，二次索引算法對存儲器資源的節省效果也會更加的顯著。
4 結束語
采用模塊化設計方法實現的OSD電路，作為視頻格式處理芯片的子電路模塊，對硬件資源的使用將影響到整塊芯片的電路性能。本文針對OSD電路中以存儲器為硬件資源的主要開銷這個特點，提出了采用二步索引算法實現的一種改進型字符索引結構的OSD電路。引入字符行寄存器和行字符數存儲器，通過對行字符數和字符編碼的二步索引，從而得到了菜單的顯示信息，同時大大地降低了對存儲器資源的使用。該算法的硬件結構簡單，易于實現，在實現了同樣的電路功能的前提下，大大節省了硬件資源的開銷。
本文所介紹的基于二步索引算法實現的改進字符索引結構的OSD電路，將作為子模塊電路集成于一款視頻格式轉換多媒體芯片的系統中，為其提供人機交互功能。該系統可應用于汽車電子、視頻顯示等多媒體處理場合。