視訊處理之OSD

瓜大三哥發表於2020-06-05

欲觀原文，請君移步

OSD簡介

OSD，on-screen display的簡稱，即螢幕選單式調節方式。一般我們按一下Menu鍵後螢幕彈出的顯示器各項調節專案資訊的矩形選單，比如調亮度，色調，飽和度等資訊，這個顯示這個選單的功能就是視訊行業的OSD。

基於FPGA的OSD設計與實現

1 Xilinx OSD IP功能

  • 支援最多8個layer
  • 背景顏色可程式設計
  • 位置，大小，顏色，透明度（alpha）可程式設計
  • 支援RGB和YUV視訊流

2 硬體結構框圖

硬體平臺是基於xilinx xc7z035晶片開發的，關鍵模組框圖如下圖1所示。

  • 一個時序產生模組Video Timing Controller(在本次實驗中採用1080P標準時序)

  • 首先PL端將視訊流通過VDMA讀出，輸出介面為AXI4-Stream的資料流

  • 然後視訊流進入OSD IP(OSD輸入輸出也是AXI4-Stream介面)

  • 最後OSD輸出資料流與1080P時序同時送入到AXI4-Stream to Video Out模組，輸出為HDMI介面

圖1

下面小編會詳細介紹OSD IP的例化與使用

3 OSD PL端

如果在使用OSD IP過程中出現如下錯誤，請在xilinx官網上申請OSD的License，這裡不再詳述如何申請License。

首先在Block Design中加入Video On Screen Display，開啟後會看到如下圖2。

(1) 勾選AXI-Lite Interface：PS端通過AXI-Lite進行配置該IP

(2) Video Format選擇RGB

(3) Layers選擇2

(4) Layer Configuration：LAYER0選擇外部視訊流，也就是實時視訊，LAYER1選擇Internal，PS端可以控制進行圖文疊加

圖2

點選Screen Layout Options，如圖3所示

(1) Background size（選擇背景大小）裡寬度輸入1920，高度輸入1080

(2) Background color輸入背景顏色，這裡選擇黑色，可以通過axi-lite來控制

(3) layer0因為選擇的是外部視訊流，所以比如設定為外部視訊流解析度，輸錯了，可能無法正常使用，小編已經遇到過了，本文使用1920x1080外部視訊流

(4) layer1因為選擇的是內部影像控制器，所以無所謂設定什麼，可以通過axi-lite控制，所以選擇預設即可

圖3

點選LAYER 1 Options出現圖4介面：因為是內部影像控制器，所以可以進行一些配置，比如顏色多少，字元數目，位元畫素等等，這裡小編選擇的是預設。

圖4

配置完OSD IP後，將其AXI-lite掛在匯流排上即可，然後儲存Block Design即可。

注：點開Address Editor，一定要確定該IP被分配地址空間，如果沒有，點選一下自動分配（小編遇到的問題就是這個ip地址空間在unmap裡，導致後續PS端OSD IP無法初始化）。

圖4

4 OSD PS端

下面就是常規操作include bitstream匯出SDK，其實就是生成hdf檔案，硬體資訊。然後就launch SDk。如圖4所示，可以看到hdf檔案裡都有什麼。

圖4

新建一個design_top的空工程，如圖5所示，在design_top_bsp下面可以看到system.mss檔案，在紅框中找到OSD IP。

圖5

點選import examples，出現如圖6所示，勾選對話方塊後選擇OK（不會玩IP先整個example）。
圖6

開啟XosdSelfTestExample.c即可看到該例子程式是怎麼個處理流程（圖7為main函式，圖8為使用流程）小編稱之為PS端IP使用三步法

  • 第一步先進行lookup該IP

  • 第二步就是初始化該IP

  • 第三步就是使用IP

圖7

圖8

執行一下，結果如圖9所示，可以看到UART會列印OSD成功資訊。

圖9

OSD 例項

閒話不說，上面經過了OSD example，小編也作為一個PS端初學者來玩一玩。

尷尬的是經常在寫c程式碼的時候想著寫begin...end，真是verilog寫習慣了，思想難以改變，原來是花括弧啊{}

初始化模組如下

在初始化後必須將該模組進行復位，然後，否則該IP啟動不了。

int OsdInit(int DeviceID)
{
	int Status;
	/* Initialize the OSD instance */
	OsdCfgPtr = XOSD_LookupConfig(DeviceID);
	Status = XOSD_CfgInitialize(&Osd, OsdCfgPtr,OsdCfgPtr->BaseAddress);
	if (Status != XST_SUCCESS)		return 1;
	/* Reset the devices */
	XOSD_Reset(&Osd);
	/* Enable the OSD device and tell it to pick up the register changes	*/
	XOSD_Enable(&Osd);
	XOSD_RegUpdateEnable(&Osd);
	return 0;
}

配置模組

這裡需要注意的是把BANKIndex輸入為1，否則會進行字元填寫方式就需要改變，不符合操作習慣XOSD_LoadCharacterSetBank(&Osd, Gcindex, 1, (u32 *)Font);

void Graphics_setting(u8 Gcindex,u8 LayerPriority,u32 ColorData[],u32 *TextData)
{
	int width = 1920;
	int height = 1080;
	int LayerAlphaValue = 0xFF;
	int LayerGlobalAlphaEnable = 0;
	XOSD_SetLayerAlpha(&Osd, Gcindex, LayerGlobalAlphaEnable,LayerAlphaValue);
	XOSD_SetLayerPriority(&Osd, Gcindex, LayerPriority);
	XOSD_SetLayerDimension(&Osd, Gcindex, 0, 0, width, height);
	XOSD_EnableLayer(&Osd, Gcindex);
	/* Load color, font and text and set the active banks */
	XOSD_LoadColorLUTBank(&Osd, Gcindex, 0, ColorData);
	//set BankIndex is 1(fit our keyboard)
	XOSD_LoadCharacterSetBank(&Osd, Gcindex, 1, (u32 *)Font);
	XOSD_LoadTextBank(&Osd, Gcindex, 0, (u32 *)TextData);
	XOSD_SetActiveBank(&Osd, Gcindex, 0, 0, 0, 0);
}

圖文疊加模組

void OsdDrawText(int Gcindex,int x_pos, int y_pos, int color, int string_index, int text_size)
{
	u32 Instruction[XOSD_INS_SIZE];
	u16 ObjType = XOSD_INS_OPCODE_BOXTXT; /* A text string 	XOSD_INS_OPCODE_TXT*/
	u8 ObjSize = (text_size<<4); /* Text Scale factor (1x, 2x, 4x, 8x)	*/
	u16 XStart = x_pos; /* Horizontal start pixel of the text	*/
	u16 YStart = y_pos; /* Vertical start line of the text */
	u16 XEnd = x_pos; /* Horizontal end pixel of the text (not	used) */
	u16 YEnd = y_pos; /* Vertical end line of the text (must be same as YStart) */
	u8 TextIndex = string_index; /* Index of Text String */
	u8 ColorIndex = color; /* Color used to draw text */


	XOSD_CreateInstruction(&Osd, Instruction, Gcindex,ObjType, ObjSize,	XStart, YStart, XEnd, YEnd,TextIndex, ColorIndex);
	XOSD_LoadInstructionList(&Osd, Gcindex, 0, Instruction, 1);
	return;
}

實現結果

前面只給出了兩個圖層，工程退不回去了，目前工程實現的是疊加8個圖層（1個視訊，7個內部影像控制器）。

參考連結

百度網盤原始碼以及參考文件連結如下

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