在監視系統或視頻提示系統中有一項重要的技術就是在視頻信號中混入字符，從而在屏幕的特定位置上實現與圖像信號的同時顯示。這樣既可以為測量設備提供必要的提示信息，作為數據分析與解算的依據；也可以在視頻監控系統中加上日期、時間等，有效地防止在監控端高科技人員的故意造假行為，保證遠程監控的真實性與可靠性。
    字符疊加系統有兩種實現方案，一種是搭建視頻疊加的主要電路，如場分離電路，顯示內存，時鐘振蕩電路等，這種方法在實現上比較繁瑣，又因分立元件較多而降低了系統的穩定性；另一種是使用專用的字符疊加器件實現，這種方案元件數量少、電路簡單容易實現、系統穩定性好。
    目前視頻字符疊加器件主要有日本NEC公司生產的μPD6453，該器件成本較低，但控制字符內容和位置的靈活性較差；韓國三星公司生產的KS5514B-XX系列的字符疊加器件，可方便顯示日文，韓文，英文，但使用復雜、不支持中文的顯示；日本FUJITSU公司的MB90092字符疊加器件，使用方便、靈活性好，但需外接視頻分離電路，字符存儲器等；美國美信公司推出的MAX7456字符疊加器件，內部集成視頻分離電路，字符存儲器，而且可方便以任意字符、尺寸顯示所需信息，硬件設計更簡單，成本更低，易于滿足實際需要。因此這里給出一種基于MAX7456的字符疊加系統設計方案。

1 系統設計
1．1 MAX7456簡介
    MAX7456視頻疊加器件是單通道、單色隨屏顯示(OSD)發生器，內部集成了視頻驅動、同步分離器、視頻開關以及EEPROM，采用符合NTSC和PAL制式的256個用戶可編程字符，能夠方便地以任意字符、尺寸顯示各種信息，預先裝載了256個字符和圖形，并可通過SPI接口進行在線編程。器件內部包含36個寄存器，通過對寄存器的讀寫可以對屏幕像素，各行字符的亮度，字符的閃爍、反色等進行有效的控制。可應用于安全監視系統，安全監控攝像機，室內娛樂系統，手持測量儀器等領域。MAX7456主要具有特性：1)256個用戶字符或圖形存儲于EEPROM；2)字符大小為12x18像素；3)閃爍、反色和背景控制字符；4)可逐行設置亮度；5)最多可顯示16行x30列字符；6)視頻驅動器輸出帶有衰減補償；7)內置同步發生器；8)SPI兼容串行接口。
    MAX7456的主要引腳如下：：輸入片選信號，低電平有效；SDIN：串行數據輸入，數據在SCLK上升沿移入；SCLK：串行時鐘輸入，占空比必須在40％到60％之間；SDOUT：串行數據輸出，數據在SCLK下降沿輸出，當變為高電平時，變為高阻抗；PGND：驅動器地；PVDD：驅動器電源輸入；VIN：PAL或者NTSC，CVBS視頻輸入；VOUT：視頻輸出；SAG：電壓衰減修正輸入，不使用時連接至VOUT。
1．2 系統硬件設計
    該字符疊加系統設計包括4個主要模塊電路：AT89C2051單片機、MAX7456專用字符疊加電路、攝像頭CCD輸入電路、顯示屏。其中AT89C2 051單片機作為控制電路，MAX7456對模擬視頻信號進行字符及圖形疊加產生混合信號，采用顯示屏進行顯示。系統整體設計框圖如圖1所示．
系統設計硬件電路如圖2所示。

    選擇27 MHz的晶振G1與MAX7456并聯，由于器件內部包含振蕩器所需要的電容，所以不需要外部負載電容。視頻信號輸入通過一個RC濾波電路接MAX7456的VIN引腳，視頻輸出信號由VOUT引腳輸出。MAX7456的，SDIN，SCLK，SDOUT引腳分別與單片機的P1．5，P1．4，P1.3，P1．2引腳相連。
    在電路設計中，為了提高系統工作的穩定性和抗干擾性，不僅要考慮電路本身以及元件的各種噪聲干擾以及接地干擾等問題。在數字電路中，由于電路常處于開關狀態，在電源供電端也會因而產生一些高頻帶噪聲，這些噪聲容易影響到其他電路。該系統設計連接有C8，C9退耦合電容，可有效過濾掉這些高頻噪聲，使其直接對地回流。由于系統中包含了數字信號與模擬信號，為了防止高頻數字噪聲耦合至視頻輸
出，必須對數字地與模擬地進行一些處理。如果將二者完全隔開，獨立設置雖然可以解決噪聲干擾問題，但勢必在整個電路中設置多個參考電位點，也即設置2個不同標準，所以在實現上很難或者不可能。因此，該設計采用將所有數字地與模擬地各自連接，最后在一點將數字地與模擬地連接。這種接法實現了地之間沒有電流流通，抗干擾性較強。
    電路的主要工作原理是單片機通過模擬SPI接口模式向MAX7456發送控制命令，如顯示模式，讀取字符存儲器等，MAX7456根據單片機的指令，修改或者讀取字符存儲器中的字符，并將圖像、字符混合后顯示在指定的位置上。
1．3 系統軟件設計
    該系統通過串口接收命令，然后由中斷處理程序顯示疊加字符的軟件流程如圖3所示。

    上電后，系統先對串口進行初始化，然后設置視頻的輸出模式和線程模式，接著單片機就等待串口傳來的命令，當有命令滿足中斷條件時，單片機進入中斷處理程序，將要顯示的字符在指定的位置上以指定的屬性疊加在視頻信號上。
    單片機與MAX7456的通信主要是通過SPI接口來實現的，SPI的時序圖如圖4所示。當單片機向MAX7456寫數據時，首先拉低使能SPI口，在SCLK上升沿數據輸入SDIN。當變為高電平時，數據被鎖存至輸入寄存器，如果在傳輸過程中變為高電平，則本次操作失敗。變為低電平后，器件等待第一個輸入到SDIN中的字節。以確定所執行數據傳輸的類型。SPI命令為16位，高8位代表寄存器地址，低8位代表數據。

2 創建新字符
    由于MAX7456器件內部只集成了256個字符，這些字符并不能滿足所有的需要，因此需要創建所需要的字符。用戶定義的字符集結合輸入視頻流產生CVBS和OSD視頻輸出。最多可存儲256個12×18像素字符，可以進行動態設置。在525線模式時，顯示13行x30字符；在625線模式時，顯示16行x30字符。MAX7456 OSD含有兩組存儲器：顯示存儲器(SRAM)和非易失字符存儲器(NVM)。
    顯示存儲器(SRAM)存儲480個字符地址，這些地址“指向”存儲在NVM字符存儲器中的字符。顯示存儲器中的內容可由用戶編程，具有SPI兼容串行接口。顯示存儲器地址對應于監視器的固定位置。每一字符都需要兩個字節，第1個字節含有字符存儲器中的字符數，第2個字節含有字符屬性狀態位，字符從左向右，自上而下排序。
    非易失字符存儲器存儲要顯示的字符或圖形映射。字符存儲器中的內容可由用戶編程，采用SPI兼容串行接口。每一字符含有12行×18列像素。每一像素含有2個比特：00=黑色，不透明；0l=透明；10=白色，不透明；11=透明。因此，每個字符有12×18=216個像素，一個8位字節表示4個像素，所以每個字符需要216／4=54字節的數據。為方便尋址，存儲器組織結構采用64字節塊，每前54個字節表示一個字符，剩余10個字節沒有使用。所以，字符存儲器長度是64×256=16 384字節。因此，每個顯示存儲器地址位置包含的數值實際是對應于所選字符的64字節塊地址。
    使用MAX7456提供的GUI軟件，能夠控制器件，下載定制圖形。字符存儲器數據在一個文件中，文件的文件擴展名是*．mcm字符存儲器。用記事本打開這個文件可以看到文件共有16 385行，第1行顯示的是MAX7456，第2行到最后一行顯示的都是8個二進制的數據。修改這些8位的二進制數就能夠得到需要的字符或圖形。

3 系統在導航中的應用
    將攝像頭信號接入所設計的字符疊加系統，視頻輸出接LCD顯示屏，在顯示屏上疊加導航所需要的信息：南京理工大學(NJUST)、日期(2009年12月8日)、緯度(Lat 32．518)、經度(Lon 118．137)、速度(V：15 m／s)，航向(H：65．86)，疊加效果如圖5所示。

    從圖5可以看到，字符采用的是白底黑邊，無論光線強弱都可以很清楚地顯示所需要的信息，實際應用表明，本文設計的字符疊加系統操作方便，工作穩定，可以在比較復雜的環境中使用。

4 結束語
    本文設計的視頻疊加系統具有電路結構簡單，成本較低，使用方便的特點，能實現視頻圖像中任意字符的疊加，當需要大的字符或者圖案顯示的時候，可將一個大的字符分成多個小的字符，也就是用多個54字節顯示。實際使用證明該系統具有體積小、顯示清晰、工作穩定、功耗低等特點，因此該系統可以應用于軍事、航空、社會生活等監控系統中。