摘要：為了獲得二維圖像中目標(biāo)空間方位信息的同時(shí)，保證圖像幀信息同步，采用了一種基于MB90092芯片的字符疊加方法。分析了視頻字符疊加原理，給出了字符疊加電路實(shí)現(xiàn)方法，設(shè)計(jì)了疊加系統(tǒng)主程序流程及中斷子程序流程，研究了各子模塊的功能及工作原理。該疊加模塊應(yīng)用于某型無人機(jī)信息系咎，疊加系統(tǒng)工作正常，疊加圖像質(zhì)量較好，能夠滿足系統(tǒng)獲取相關(guān)信息的需求。
關(guān)鍵詞：字符疊加；信息系統(tǒng)；目標(biāo)信息；顯示模塊

    信息系統(tǒng)是無人機(jī)為完成目標(biāo)偵察任務(wù)而配備的，負(fù)責(zé)對信息的獲取、數(shù)據(jù)傳輸以及目標(biāo)信息分析處理的系統(tǒng)，用于對靶場目標(biāo)命中情況進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控并做出及時(shí)評估，以及對攻擊效果進(jìn)行空中偵察。同時(shí)，該系統(tǒng)也可用于空軍對地攻擊前對敵方目標(biāo)的預(yù)先偵察，為飛行員使用電視制導(dǎo)武器提供準(zhǔn)確的地形、航路地標(biāo)、目標(biāo)等信息。因此，獲取目標(biāo)場景以及目標(biāo)的空間方位、距離等信息是偵察無人機(jī)信息系統(tǒng)必須具備的基本功能。
    為保證圖像幀信息同步和信息系統(tǒng)設(shè)計(jì)組成簡單，采用字符疊加技術(shù)，將所需信息通過字符疊加功能模塊與視頻圖像進(jìn)行疊加，疊加后的視頻信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)鏈路子系統(tǒng)傳輸?shù)叫畔⒎治鎏幚碜酉到y(tǒng)進(jìn)行目標(biāo)信息的分析。

1 視頻字符疊加原理
    字符通常是指數(shù)字、字母、常用符號(hào)等由ASCII碼表示的符號(hào)，以點(diǎn)陣的形式存儲(chǔ)。字符發(fā)生器是一種專用的ROM存放著常用字符的點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，需要疊加時(shí)調(diào)出ROM中的字符點(diǎn)陣數(shù)據(jù)，當(dāng)這些點(diǎn)陣數(shù)據(jù)脈沖與行同步脈沖相關(guān)時(shí)，即各行中同一位置的點(diǎn)陣脈沖滯后于該行同步脈沖一個(gè)固定時(shí)間時(shí)，字符圖形顯示在監(jiān)視器上才能穩(wěn)定。同步分離電路從全電視信號(hào)中分離場，行同步信號(hào)作為顯示的基準(zhǔn)。行同步脈沖決定一行字符在屏幕的總寬度。AT89S52對行同步脈沖進(jìn)行計(jì)數(shù)，在指定的行內(nèi)發(fā)出垂直方向顯示脈沖，在脈沖有效的行內(nèi)顯示字符。這就完成了字符在視頻信號(hào)上的疊加。其原理圖如圖1所示。

2 基于MB90092芯片字符疊加設(shè)計(jì)
2．1 MB90092芯片簡介
    MB90092芯片是FUJITSU公司推出的一種OSD芯片。使用該芯片設(shè)計(jì)疊加電路，不僅軟件編程簡單，而且可真正實(shí)現(xiàn)全中文顯示。作為顯示文本和圖形的控制器，MB90092支持的字符顯示點(diǎn)陣為24x32，每個(gè)字符可以有不同顏色。它有視頻信號(hào)輸入腳，在內(nèi)部可完成視頻信號(hào)與字符信號(hào)疊加，直接輸出復(fù)合視頻信號(hào)。MB90092內(nèi)部可自行產(chǎn)生同步信號(hào)，因此，無須外加視頻信號(hào)和同步信號(hào)，可直接輸出字符信號(hào)至監(jiān)視器，在監(jiān)視器上顯示不同背景顏色、不同的字符顏色的文本。MB90092和外部ROM連接，可顯示4 096個(gè)不同字符；它內(nèi)含視頻顯示存儲(chǔ)器(VRAM)和視頻信號(hào)發(fā)生器，外加一個(gè)字庫芯片以及少量的外部元件，就可以組成字符疊加電路。
2．2 字符疊加電路實(shí)現(xiàn)
    字符疊加功能模塊采用89S52單片機(jī)、MB90092、W29EE011(作為字庫芯片)、MAX3232芯片、LM1881芯片及少量的外圍電路對模擬視頻輸入信號(hào)進(jìn)行字符疊加，形成混合視頻信號(hào)輸出。
    整個(gè)電路以MB90092芯片為核心，89S52單片機(jī)作為控制芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)。
    首先，檢測視頻信號(hào)，當(dāng)視頻信號(hào)存在時(shí)，通過同步信號(hào)分離模塊LM1881將外輸入的復(fù)合視頻信號(hào)中的復(fù)合行場同步信號(hào)分離出來，在MB90092的EXHSYN腳輸入行同步，在MB90092的EXVSYN腳輸入場同步，通過設(shè)置讓MB90092工作于復(fù)合行場同步信號(hào)輸入方式，由AT89S52向MB90092發(fā)送控制命令，如顯示控制、VRAM寫地址控制等，按照系統(tǒng)功能需要從字符芯片中產(chǎn)生相應(yīng)的字符，再與外輸入視頻信號(hào)進(jìn)行疊加得到混合信號(hào)輸出到圖像發(fā)射機(jī)。字符疊加模塊結(jié)構(gòu)圖及內(nèi)外交聯(lián)關(guān)系如圖2所示。

    各部分功能介紹如下：
    1)數(shù)據(jù)采集編碼電路采集攝像機(jī)相對無人機(jī)的框架角、GPS信息、無人機(jī)姿態(tài)角以及無線電高度表提供的無人機(jī)相對高度或激光測距機(jī)測得的無人機(jī)與目標(biāo)的距離等信號(hào)，并將獲取的信息以規(guī)定的數(shù)據(jù)格式通過串口異步發(fā)送到字符疊加系統(tǒng)。
    2)圖像發(fā)射機(jī)用于將疊加有字符信息的視頻圖像通過下行數(shù)據(jù)鏈路傳送到地面信息處理分析控制臺(tái)。
    3)地面信惠處理分析控制臺(tái)接收、存儲(chǔ)和顯示圖像信息，能根據(jù)實(shí)時(shí)顯示的視頻圖像對電視導(dǎo)引頭進(jìn)行操控完成對目標(biāo)的搜索跟蹤，能對存儲(chǔ)的目標(biāo)圖像進(jìn)行分析處理得到目標(biāo)以及與目標(biāo)相關(guān)的空間方位、距離信息。
    4)字符疊加電路板接收視頻信號(hào)和串口輸入信息并進(jìn)行字符疊加輸出，是系統(tǒng)的核心部分。
    字符疊加電路具體實(shí)現(xiàn)如圖3所示。

3 字符疊加軟件設(shè)計(jì)
3．1 MB90092的工作時(shí)序
    MB90092的外部接口時(shí)序如圖4所示。

    MB90092視頻字符疊加芯片在工作時(shí)，主要通過CS(片選)、SCLK(串行時(shí)鐘)、SIN(串行數(shù)據(jù))3個(gè)引腳來接收外部控制指令和顯示數(shù)據(jù)。   MB90092的每條指令都由兩個(gè)字節(jié)組成，其中第一個(gè)字節(jié)的高5位是命令碼，其余位和第二字節(jié)是數(shù)據(jù)，通過這些指令可實(shí)現(xiàn)對字符顯示的各種控制。
    當(dāng)CS引腳為低電平時(shí)，MB90092在每個(gè)時(shí)鐘的上升沿從最低位開始由SIN引腳一位一位讀取數(shù)據(jù)。讀完一個(gè)字節(jié)后，CS和SCLK引腳置為高電平，然后CS引腳變?yōu)榈碗娖讲㈤_始讀取下一個(gè)字節(jié)。為了保持字節(jié)同步，在開始傳輸串行數(shù)據(jù)之前，CS引腳應(yīng)先置為高電平，然后再置為低電平。另外，除剛上電時(shí)外，在串行數(shù)據(jù)傳輸之前，SCLK引腳都應(yīng)強(qiáng)制設(shè)為高電平。
3．2 軟件設(shè)計(jì)流程
    圖5為疊加系統(tǒng)軟件的主程序流程圖和中斷接收子程序流程圖。

    軟件各模塊介紹如下：
    1)系統(tǒng)初始化模塊此模塊實(shí)現(xiàn)單片機(jī)串口初始化和MB90092主屏初始化。
    2)疊加選擇模塊 當(dāng)無人機(jī)無須在地面控制臺(tái)的監(jiān)視器上顯示所需信息時(shí)，通過疊加選擇按鍵調(diào)用疊加選擇子程序，關(guān)閉疊加功能。
    3)串口數(shù)據(jù)接收模塊此模塊對經(jīng)緯度及高度等信息的接收是否進(jìn)行判斷。一幀中的每一個(gè)字符接收到后，計(jì)數(shù)器加1。
    4)顯示模塊此模塊主要功能是從顯示緩存中讀取一幀數(shù)據(jù)，進(jìn)行經(jīng)緯度及高度等信息的解析，并通過對MB90092的設(shè)置在主屏的某一位置顯示。該模塊首先打開所有中斷，然后打開串口中斷。當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢，則進(jìn)行顯示操作。

4 結(jié)束語
    基于MB90092芯片，對字符疊加模塊進(jìn)行了系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)。將該模塊應(yīng)用于某型偵察型無人機(jī)信息系統(tǒng)，疊加系統(tǒng)工作正常，信息實(shí)時(shí)顯示準(zhǔn)確，所設(shè)計(jì)的字符疊加系統(tǒng)主要?jiǎng)?chuàng)新在于其功能強(qiáng)、實(shí)時(shí)性好，且整個(gè)系統(tǒng)可靠性高，疊加圖像質(zhì)量較好，能夠滿足系統(tǒng)獲取相關(guān)信息的需求。