摘要：為了獲得二維圖像中目標空間方位信息的同時，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現(xiàn)方法，設計了疊加系統(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。該疊加模塊應用于某型無人機信息系咎，疊加系統(tǒng)工作正常，疊加圖像質量較好，能夠滿足系統(tǒng)獲取相關信息的需求。
關鍵詞：字符疊加；信息系統(tǒng)；目標信息；顯示模塊

    信息系統(tǒng)是無人機為完成目標偵察任務而配備的，負責對信息的獲取、數(shù)據(jù)傳輸以及目標信息分析處理的系統(tǒng)，用于對靶場目標命中情況進行實時監(jiān)控并做出及時評估，以及對攻擊效果進行空中偵察。同時，該系統(tǒng)也可用于空軍對地攻擊前對敵方目標的預先偵察，為飛行員使用電視制導武器提供準確的地形、航路地標、目標等信息。因此，獲取目標場景以及目標的空間方位、距離等信息是偵察無人機信息系統(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)設計組成簡單，采用字符疊加技術，將所需信息通過字符疊加功能模塊與視頻圖像進行疊加，疊加后的視頻信號經(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)進行目標信息的分析。

1 視頻字符疊加原理
    字符通常是指數(shù)字、字母、常用符號等由ASCII碼表示的符號，以點陣的形式存儲。字符發(fā)生器是一種專用的ROM存放著常用字符的點陣數(shù)據(jù)，需要疊加時調(diào)出ROM中的字符點陣數(shù)據(jù)，當這些點陣數(shù)據(jù)脈沖與行同步脈沖相關時，即各行中同一位置的點陣脈沖滯后于該行同步脈沖一個固定時間時，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中分離場，行同步信號作為顯示的基準。行同步脈沖決定一行字符在屏幕的總寬度。AT89S52對行同步脈沖進行計數(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上的疊加。其原理圖如圖1所示。

2 基于MB90092芯片字符疊加設計
2．1 MB90092芯片簡介
    MB90092芯片是FUJITSU公司推出的一種OSD芯片。使用該芯片設計疊加電路，不僅軟件編程簡單，而且可真正實現(xiàn)全中文顯示。作為顯示文本和圖形的控制器，MB90092支持的字符顯示點陣為24x32，每個字符可以有不同顏色。它有視頻信號輸入腳，在內(nèi)部可完成視頻信號與字符信號疊加，直接輸出復合視頻信號。MB90092內(nèi)部可自行產(chǎn)生同步信號，因此，無須外加視頻信號和同步信號，可直接輸出字符信號至監(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個不同字符；它內(nèi)含視頻顯示存儲器(VRAM)和視頻信號發(fā)生器，外加一個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 字符疊加電路實現(xiàn)
    字符疊加功能模塊采用89S52單片機、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進行字符疊加，形成混合視頻信號輸出。
    整個電路以MB90092芯片為核心，89S52單片機作為控制芯片進行設計。
    首先，檢測視頻信號，當視頻信號存在時，通過同步信號分離模塊LM1881將外輸入的復合視頻信號中的復合行場同步信號分離出來，在MB90092的EXHSYN腳輸入行同步，在MB90092的EXVSYN腳輸入場同步，通過設置讓MB90092工作于復合行場同步信號輸入方式，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)生相應的字符，再與外輸入視頻信號進行疊加得到混合信號輸出到圖像發(fā)射機。字符疊加模塊結構圖及內(nèi)外交聯(lián)關系如圖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相對無人機的框架角、GPS信息、無人機姿態(tài)角以及無線電高度表提供的無人機相對高度或激光測距機測得的無人機與目標的距離等信號，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。
    3)地面信惠處理分析控制臺接收、存儲和顯示圖像信息，能根據(jù)實時顯示的視頻圖像對電視導引頭進行操控完成對目標的搜索跟蹤，能對存儲的目標圖像進行分析處理得到目標以及與目標相關的空間方位、距離信息。
    4)字符疊加電路板接收視頻信號和串口輸入信息并進行字符疊加輸出，是系統(tǒng)的核心部分。
    字符疊加電路具體實現(xiàn)如圖3所示。

3 字符疊加軟件設計
3．1 MB90092的工作時序
    MB90092的外部接口時序如圖4所示。

    MB90092視頻字符疊加芯片在工作時，主要通過CS(片選)、SCLK(串行時鐘)、SIN(串行數(shù)據(jù))3個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字節(jié)組成，其中第一個字節(jié)的高5位是命令碼，其余位和第二字節(jié)是數(shù)據(jù)，通過這些指令可實現(xiàn)對字符顯示的各種控制。
    當CS引腳為低電平時，MB90092在每個時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引腳應先置為高電平，然后再置為低電平。另外，除剛上電時外，在串行數(shù)據(jù)傳輸之前，SCLK引腳都應強制設為高電平。
3．2 軟件設計流程
    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現(xiàn)單片機串口初始化和MB90092主屏初始化。
    2)疊加選擇模塊 當無人機無須在地面控制臺的監(jiān)視器上顯示所需信息時，通過疊加選擇按鍵調(diào)用疊加選擇子程序，關閉疊加功能。
    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行判斷。一幀中的每一個字符接收到后，計數(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)，進行經(jīng)緯度及高度等信息的解析，并通過對MB90092的設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。當數(shù)據(jù)接收完畢，則進行顯示操作。

4 結束語
    基于MB90092芯片，對字符疊加模塊進行了系統(tǒng)硬件和軟件設計。將該模塊應用于某型偵察型無人機信息系統(tǒng)，疊加系統(tǒng)工作正常，信息實時顯示準確，所設計的字符疊加系統(tǒng)主要創(chuàng)新在于其功能強、實時性好，且整個系統(tǒng)可靠性高，疊加圖像質量較好，能夠滿足系統(tǒng)獲取相關信息的需求。