基于嵌入式的屏幕菜单显示系统的设计

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3.0 陈辉 2024-11-19 4 4 1.76MB 65 页 15积分
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摘 要
现代社会对公共安全、保密系统要求的不断提高，促进了实时视频监控系统
的不断发展。作为视频监控系统的一种重要产品，DVR(Digital Video Recorder，数
字视频录像机)以其成本低、体积小、性能稳定等诸多优势具有广阔的应用场景。
屏幕菜单显示技术(OSD，On Screen Display)，作为视频监控的控制输入和显示输
出的终端是视频监控系统中不可缺少的一项技术。
在DVR 产品中，OSD 作为独立于 PC 的人机交互控制方式，其实现机制一直
因为特定软件和硬件的限制而无法在性能和可移植性上达到平衡。同时，需要在
系统软件完成后才能在嵌入式底层进行调试，这也使得后期升级时用户不能根据
特定需要修改 OSD 的配置。针对这些问题，本文提出并测试了具有一定可移植性
和用户预览、自行定制 OSD 的方法。
基于 TI(Texas Instrument)公司的 DaVinci 嵌入式平台，利用 TellWell 公司的高
性能视频处理芯片 TW2835，本文设计了具浏览器预览功能的 OSD 系统。软件部
分完成了 OSD 子系统与 DVR 与其它子系统的通信以及各种 OSD 元素实现。根据
客户的需要，实现了以字符、Bitmap 图片、Box 等OSD 元素为主的终端配置。硬
件部分通过 TW2835 将处理后的 OSD 元素数据进行上载实现。
本文针对嵌入式系统中的配置问题，借鉴面向对象可视化编程的原理，提出
了利用 XHTML 语言来实现 OSD 界面预览的方法，并对具体实现的 OSD 元素，
在实际系统中进行了测试，预览界面的效果比较理想。利用这种方法来实现预览
对需要 OSD 的各种应用领域具有一定的实用价值和借鉴意义。本文实现的 OSD
系统经过测试，在整体上性能稳定，基本达到了预定的要求，为视频监控领域其
它产品的 OSD 设计提供了一个可行的解决方案。
关键词： OSD 嵌入式系统 预览
ABSTRACT
. The increasing requirement of public security and secrecy system accelerate the
development of real-time video surveillance system. As an important product of video
surveillance system, DVR(Digital Video Recorder)has broad application scene based on
its low cost, little bulk, steady performance. On screen display technology is
indispensable as the input and output terminal in video surveillance system.
In the design of DVR products, the realization mechanism of OSD system is hard
to balance between performance and portability. Meanwhile, it needs to debug on the
bottom of embedded system after the system software is finished, which makes the user
unable to modify the configuration of OSD according to special needs. Aim at these
problems, this paper bring forward and test the method that has portability and user
preview function on the base of realizing basic OSD elements.
Base on the embedded platform DaVinci and the high performance video
processing circuit TW2835 of TellWell, this paper design an OSD system which has the
function of preview on browser. The software realizes the communication between OSD
subsystem and other subsystems of DVR, and realizes kinds of OSD element according
to the needs of users, like character, Bitmap picture, Box, etc. The OSD data is upload
to monitor by TW2835.
Aim at the configuration in embedded system, and use the principle of Object
Oriented for reference, this paper bring forward the method of using XHTML to realize
the preview of OSD interface, and test in the system to material OSD element, and the
effect of preview is ideal. This method has utility value for OSD technology in different
applications. The OSD system is tested steady and achieve the scheduled requirement,
which provide a doable scheme for OSD design in product of video surveillance field.
Key Words: OSD, Embedded System, Preview
目 录
中文摘要
ABSTRACT
摘 要 ...........................................................................................................................1
第一章 绪 论 .................................................................................................................1
§1.1 课题研究的背景及意义 ................................................................................1
§1.2 国内外研究现状 ............................................................................................2
§1.3 论文研究内容 ................................................................................................3
第二章 OSD 实现原理 ....................................................................................................5
§2.1 OSD 技术概述 ................................................................................................5
§2.2 颜色空间概述 ................................................................................................6
§2.3 常用的 OSD 界面实现方法 ..........................................................................9
第三章 开发平台和开发环境 .......................................................................................11
§3.1 开发平台 DaVinci ....................................................................................... 11
§3.2 TW2835 ........................................................................................................ 12
§3.2.1 TW2835 结构 ..................................................................................... 13
§3.2.1 TW2835 OSD 结构 ............................................................................ 13
§3.3 嵌入式平台简介 ..........................................................................................15
§3.4 开发软件 Eclipse 简介 ................................................................................16
第四章 OSD 系统硬件和软件架构设计 ......................................................................18
§4.1 OSD 硬件系统框架 ......................................................................................18
§4.2 OSD 软件架构设计 ......................................................................................19
§4.2.1 OSD 软件整体框架 ............................................................................19
§4.2.2 OSD 系统的分级结构设计 ................................................................21
第五章 OSD 显示菜单的实现 ......................................................................................23
§5.1 字符单元的实现 ..........................................................................................23
§5.1.1 字符单元的实现原理概述 ................................................................23
§5.1.2 字符点阵的提取 ................................................................................23
§5.1.3 字符单元的实现原理 ........................................................................24
§5.1.4 字符 OSD 的实现 ..............................................................................25
§ 5.1.4.1 构造中英文字符点阵 ..............................................................25
§ 5.1.4.2 上载显示点阵数据 .................................................................27
§ 5.1.4.3 字符 OSD 的测试结果 ...........................................................28
§5.2 Bitmap 图片 OSD 的实现 ............................................................................28
§5.2.1Bitmap 图片 OSD 的实现原理概述 ...................................................29
§5.2.1Bitmap 图片格式 .................................................................................29
§5.2.2Bitmap 图片 OSD 实现 .......................................................................32
§5.3 其他 OSD 的实现 ........................................................................................37
§5.3.1Box OSD 的实现 .................................................................................37
§5.3.2 清屏的实现 ........................................................................................38
§5.3.2.1 大面积清屏的实现 ...............................................................39
§5.3.2.2 小区域清屏的实现 ..............................................................40
第六章 界面预览设计 ...................................................................................................42
§6.1 配置文件实现工具 XML 概述 ...................................................................42
§6.1.1 XML 语言简述 ...................................................................................42
§6.1.2 XML 语言与系统配置文件 ...............................................................43
§6.1.3 XML 与XHTML ............................................................................... 44
§6.2 TinyXML 简介与构建实现 ......................................................................... 45
§6.2.1 TinyXML 概述 ................................................................................... 45
§6.2.1 TinyXML 的构建实现 ....................................................................... 47
§6.3 预览显示界面的实现 ..................................................................................48
§6.3.1 OSD 界面页面的配置 ........................................................................48
§6.3.2 预览界面的 XHTML 实现 ............................................................... 51
§6.3.3 预览界面 XHTML 配置文件参数的解析 ....................................... 54
第七章 结论 ...................................................................................................................58
§7.1 本文主要研究成果 ......................................................................................58
§7.2 存在的问题及改进思想 ..............................................................................58
参考文献 .........................................................................................................................60
在读期间公开发表的论文和承担科研项目及取得成果 .............................................62
致 谢 ...............................................................................................................................63
第一章 绪论
1
第一章 绪 论
§1.1 课题研究的背景及意义
随着现代社会对公共安全、保密系统要求的不断提高，实时的视频监控系统
的性能也跟随着不断提高。从最初的模拟视频监控系统，到本地数字视频监控系
统以及后来的网络数字视频监控系统，视频监控从模拟化走向了数字化，从本地
化走向了网络化。
模拟视频监控系统是以卡带式影像录像机(VCR,Video Cassette Recorder)为代
表的 CCTV(Closed Circuit Television)闭路电视监控系统。该系统的特点是音视频的
采集、传输、存储均为模拟形式。这种形式的监控系统性能一般，维护、查询繁
琐，而且无论是硬件还是软件的可移植性都比较差。
本地数字视频监控系统以数字硬盘录像机(DVR,Digital Video Recorder)为代
表，主要特点是音视频的采集、存储为数字形式，并存储在硬盘上，便于查询和
检索。
DVR 又分基于 PC DVR 和基于嵌入式 DVR。通常基于 PC 的DVR 软硬件平
台为 Intel X86 系列的处理器和 Microsoft 的Windows 操作系统，如果需要接入网
络进行视频数据传输，由于现在绝大多数病毒是针对 Windows 平台，因此其安全
性需要接受考验。基于嵌入式的 DVR 软硬件平台是 ARM、PowerPC 等嵌入式处
理器和专用嵌入式操作系统(如嵌入式 Linux、vxWorks 等)。随着嵌入式处理器性
能的提升以及多处理器协作合作的实现，在运行速度和功能上嵌入式 DVR 已经接
近基于 PC 的DVR。但它的稳定性、抗病毒能力，以及低成本和体积让它有更广
阔的应用场景。
网络数字视频监控系统。随着网络技术的发展，兼有网络视频服务器功能的
DVR 也相应产生，主要以嵌入式网络 DVR 方案为主。一般来说，嵌入式网络 DVR
中运行嵌入式 web 服务器，用户通过浏览器直接观看 web 服务器上的实时视频数
据。这种 B/S(Browser/Server)方式的优点是用户无需使用专用软件，仅使用浏览器
即可。还有一种 C/S(Client/Server)方式的，即用户需要安装客户端软件才能观看服
务器上的实时视频数据以及控制服务器。也可以将客户端软件制成 OCX(对象链接
和嵌入用户控件)控件结合服务器端 web 服务器，可以实现 B/S 结构，用户连接服
务器端的 web 服务器时，web 服务器将会提示用户下载控件或自动下载控件，安
装后可以类似原来客户端软件一样使用。
网络数字视频监控系统的优势是利用现有的网络资源，网络带宽可复用，无
基于嵌入式的屏幕菜单显示系统
2
需重复布线。系统扩展能力强，只要有网络的地方增加监控点设备，就可以扩展
新的监控点。维护费用低，网络维护由网络提供商维护，前端是即插即用、免维
护的系统。系统功能强大，利用灵活、全数字化录像方便保存和检索。在网络中
的每一台计算机，只要安装了客户端的软件，给予相应的权限就可以成为监控工
作站[22]。
OSD(On Screen Display)简称屏幕菜单显示系统或者在屏显示系统，它是视频
监控系统中不可缺少的一项技术。作为视频监控的控制输入和显示输出的终端技
术，OSD 也同视频监控系统的其它模块一起有了长足的进步。
在视频监控系统中，作为标准输出设备的显示器得到了众多技术的支持，出
现了很多的屏幕显示输出技术，包括画面分割，属性调节(亮度、对比度、色温等)，
多媒体支持等。用户通过按键、红外遥控器、触摸屏等进行输入，再通过显示器、
蜂鸣器等进行输出。这些各种各样的功能基本上都离不开 OSD 的支持。
OSD 提供一个直观的图形接口，帮助用户完成对机器的控制和信息获取等任
务。在传统的显示器上 OSD 只能够实现简单的屏幕大小、亮度、偏色等的调节，
而且图形界面一般是由 2到16 种颜色组成的，并且这些功能都是固化在专用芯片
中，无法再进行修改。于是又出现了一些 OSD 芯片，将一些 OSD 的基本功能(主
要是硬件电路)集成在芯片内部，方便开发人员进行进一步的开发。
随着视频监控产品性能的不断提升，同时市场对产品工业设计要求的不断提
高，传统的 OSD 系统无论在实现方法上还是在实际效果都有了一定程度滞后发展。
在实现方法上，无论是基于硬件还是基于软件的设计，由于实现方法的固有
限制，都有一定程度的瓶颈。基于硬件的设计在系统升级、主模块硬件改变时需
要重新设计；基于软件的设计在实现复杂的 OSD 时其复杂度呈线性增加。寻找一
种可以实现在这两者之间平衡的方法便成为 OSD 发展的趋势。本论文即以视频监
控产品 DVR 为产品平台，研究和设计具有一定预览功能的 OSD 系统。
§1.2 国内外研究现状
OSD 系统不是独立存在的，它依附于具体的视频控制产品。
在视频监控领域，目前国外以霍尼韦尔、博世安保、三星为代表的安防领域
厂商已有多套完整的视频监控解决方案。例如三星的 16 路数字硬盘录 像机
SHR-C7160、SVR-1680，安讯士的以 AXIS209MFD 为核心的车厢解决方案等等，
在2008 年最新的安防展上展示了最新的技术成果。这些产品不仅在视频处理能力
上有了提升，例如对高清格式的支持，在 OSD 的实现上也体现了比较完善的工业
设计和控制便捷性。
第一章 绪论
3
在国内，大华、海康威视等视频监控领域的领导厂商也推出了具有最新技术
的安防产品。例如大华的业内首款支持 1080P 高清输出的 HDVR(混合 DVR)、
PVR(单兵执法现场取证系统)，海康威视的混合 DVRDS-9000 系列，波粒智能的
WAPA904/905 嵌入式 DVR 等，均代表了国内视频监控领域的领先水平。
在这些视频监控产品中，OSD 系统的实现相比之前在复杂度上有了提升，在
实现技术上，主要是基于集成专用硬件电路来实现，针对特定的产品可以实现比
较快的响应速度。
而OSD 的实现方法主要分为基于嵌入式操作系统的软件实现和基于专用硬件
电路或者专用芯片的硬件实现。基于软件的方法以 Linux 中的 FrameBuffer 机制为
代表，具有硬件无关性，可以方便地移植到其它同样支持 FrameBuffer 的硬件平台
中。基于硬件的方法是设计专用的 OSD 显示电路，这在数字电视领域应用比较广
泛。利用专用芯片自带的 OSD 功能也是一种基于硬件的方法，并随着芯片功能的
逐渐强大已成为嵌入式领域的一个主流。它一般是系统中某个硬件的附加功能，
因此也无需增加额外的硬件资源，并可针对性的进行硬件优化。
随着嵌入式系统和网络的发展，OSD 数据可能不仅仅来源于传统的电视网，
控制也交由更加先进、方便的嵌入式系统进行编程实现。在嵌入式系统中，由于
可外扩的模块的丰富，不仅可以实现更多的控制方式，例如红外、蓝牙，以及工
业应用的 LIN(Local Interconnect Network)中等，还可以实现更多颜色，美化图形界
面，使之实现接近于 windows xp 级别应用程序的界面。
§1.3 论文研究内容
虽然 OSD 设计相比以前有了不少的进步，但是有一个比较大的缺陷是每次更
换硬件(或芯片)都需要重新设计软件，即它的可移植性比较差，需要做不少重复性
工作。并且，当仅仅需要在原有 OSD 基础上添加部分功能时，需要在原来的软件
上作较大的改动，不能实现较好的模块化装卸功能。能不能利用嵌入式系统的可
移植性、可编程性，来实现类似于 Visual Basic、Visual C++等可视化编程工具中的
控件功能，从而能减少 OSD 设计的重复劳动便成为工程师研究的新课题。
在Visual Basic 等类似软件中，开发人员可以很方便地拖一个控件到界面上，
通过设置控件属性，再通过编程就可以快速响应一些事件。本论文的研究目标是
在嵌入式系统上实现方便移植的、具有类似控件功能的 OSD 系统，并实现较为美
观和多功能的图形界面。
要实现这种类似的控件功能，并且要和 OSD 的显示特性相结合，本文提出了
基于 XHTML 的解决方案。XML 是DVR 应用层配置文件的实现语言，它和 XHTML
摘要：

摘要现代社会对公共安全、保密系统要求的不断提高，促进了实时视频监控系统的不断发展。作为视频监控系统的一种重要产品，DVR(DigitalVideoRecorder，数字视频录像机)以其成本低、体积小、性能稳定等诸多优势具有广阔的应用场景。屏幕菜单显示技术(OSD，OnScreenDisplay)，作为视频监控的控制输入和显示输出的终端是视频监控系统中不可缺少的一项技术。在DVR产品中，OSD作为独立于PC的人机交互控制方式，其实现机制一直因为特定软件和硬件的限制而无法在性能和可移植性上达到平衡。同时，需要在系统软件完成后才能在嵌入式底层进行调试，这也使得后期升级时用户不能根据特定需要修改OSD...

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作者：陈辉 分类：高等教育资料 价格：15积分 属性：65 页 大小：1.76MB 格式：PDF 时间：2024-11-19

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