视频矩阵系统中三代OSD字符叠加技术全面解析

近两年，各地平安城市建设逐步深入开展，模数混合型联网监控系统在多年的实践摸索中获得了公安部门的充分认可，成为众多项目的首选设计方案，使得视频矩阵的需求量大幅激增。2009年，随着平安城市建设由3111试点到大面积铺开，矩阵仍将是监控中枢不可或缺的核心设备。凭借对先进技术的运用和客户需求的把握，国内一线安防厂商将不断推动OSD中文字符叠加技术与视频切换技术的融合变革，通过创新的功能和贴心的设计，为平安城市项目和行业客户提供更具针对性的增值应用

　　屏显信息更丰富 中文效果更出色 使用设置更灵活 
　　——视频矩阵系统中三代OSD字符叠加技术全面解析 

　　前言： 
　　在以矩阵为控制中枢的视频监控系统中，大量的视频信号需要在数目有限的监视器上以切换的方式分时显示出来。面对这些实时动态显示、局部场景类似、频繁切换变化的图像，使用者需要迅速准确地了解当前监控场景的位置信息，这要求为切换出来的摄像机视频叠加标识字符，对场景做详细准确的标注。————这就是OSD（On-Screen Display）屏幕字符显示的好处，为此，矩阵国家标准（GA/T 646-2006）中也做了详细的规定。 
　　国内市场现状： 
　　今天，不论是本土矩阵还是洋矩阵，字符叠加对于视频切换的作用已经愈加重要，几乎成为中大型监控系统的必备功能。支持字符叠加的矩阵产品所占的比例逐年加大，目前已占据70％比例，不支持字符叠加的矩阵大多应用于小系统和追求低造价的场合。 
　　国外品牌矩阵由于面向全球市场销售，设计时主要考虑西文使用环境，只提供英文字符叠加。而文字是文化的载体，是一个民族历史文化传统得以延续的主要手段，也是一个民族认同的核心内容。汉语方言差异大，不同地域的中国人可能无法交流，但都认同汉字方块字，所以使用支持中文字幕显示的矩阵是大势所趋。中文字符集目前主要采用GB2312-80国家标准，共6763个字。其中一级字库3755个，二级字库3008个，仅一级字库就已经覆盖了99%以上的应用，除了特殊人名/地名外，已能满足日常视频监控的场景标识需要。目前，在国内使用的矩阵要么自身具备中文字符叠加功能，要么搭配中文字符叠加器使用。 
　　评价屏幕中文叠加的主观指标 
　　屏幕字符容量： 
    为在视频图像上叠加字符信息，通常会将屏幕划分为24×12的全角显示区域（即288个字符显示位置），由于矩阵内部存储空间的限制，大多只支持每路视频8个中文字符的单行标注。但是在跨地域/县市的平安城市项目中，来自不同单位的几百个甚至上千个监控点汇集到一起，指挥中心需要借助图像上的中文标注有序高效地识别和定位，常规的单行8个汉字就难以表述得清楚准确。于是多行字符显示技术应运而生，第一行可以显示辖区具体地域的名称，第二行可以显示街道单位的具体位置。这种人性化的设计大大提高了用户在实战指挥中的相应速度。 

　　点阵规模： 
中文字符的笔划的细腻程度决定于点阵，点阵越多，字符越清晰越锐利，相反则容易出现笔划粘连，显示不清的问题。大多数本土矩阵厂商都是用的是性能相近的专用字符叠加芯片，能够提供最大16×12点阵的字符显示效果。由于各厂家细化设计的差异，实际表现的点阵数值也不尽相同，通过肉眼可以比较出来差异。为实现更好的显示效果，24×24点阵技术出现在一部分高端产品上，由于量化取样点更多，所以笔划清晰连贯，字符锐利舒展。 


　　字符大小： 
在视频图像上显示的中文字符大小对用户的实际使用感受息息相关，不同的应用场所对于屏幕上的字符显示区域也有不同的要求。通常的16×12点阵字符的最大象素是288×216，我们可以称其为1×1（单倍高×单倍宽），在21寸电视上显示效果如word中黑体字号为48时的大小。 

　
　　当用户认为默认的字符显示大小不符合要求时，可以通过设置不同的字号，调整到满意的显示效果。

　
　　黑边/灰度： 
由于字符是通过专用芯片以模拟的方式叠加在视频信号上，通常亮度要高于图像背景，当背景图像发生明暗变化时，字符的显示效果也会相应改变，这就需要给白色字符的外廓包上一层黑边，保证字符在强光的环境下，依然能够稳定的显示。在夜间较暗照度时，字符的灰度不能太大/亮，否则不但影响了使用者的观测，而且一旦长期使用，对监视器/显示器的屏幕会造成严重灼伤，留下永不磨灭的印记。比较原始的灰度调节方式是在电路板上对每路视频输出调节电位器旋钮，通过模拟的方式手动校准。而最新的WEB集控技术则可以通过IE浏览器在网页上进行多级灰度的数字调节，更准确更方便。 

　　彩纹/彩条： 
字符叠加的原理是将标识信息以非压缩的方式叠加到图像的行信号中，这种处理技术不可避免地导致字符笔划的边缘有轻微彩纹，一般通过提高视频讯号的隔离度等指标尽可能降低或减轻，这可以体现出各厂家硬件设计技术实力。 
　　显示位置： 
通常的字符叠加内容包括时间、日期、数字/英文地址和汉字字符。这些信息可以根据用户的需求，叠加到监视器屏幕的任意位置，并可由用户自行调整以适合场景显示需要。为解决字符显示水平位置只能固定整行调整的限制，有厂家已经推出了可灵活地设置行间距的字符叠加技术，使得调整字符位置像电脑排版一样轻松自如。 
　　信息种类： 
矩阵国家标准中规定，屏幕字符显示不仅需要提供了日期时间的显示方式，还要求能够显示报警信息，所以矩阵厂商通常为每路视频提供一条状态行信息显示区域，锁定、报警、视频丢失等信息都可以设定实时闪烁/显示，同时为适应不同客户的需求，还提供了日/月/年、年/月/日、月/日/年的日期格式和时/分/秒、时/分的时间格式。 
　　输入方式： 
国内矩阵通常内置了国标一级字库甚至二级字库，为了将需要的汉字从字库中调出后显示在监视器屏幕上，一般方法都是将字库固化存储在矩阵中，用户通过在说明书提供的区位码表中找到所需汉字的码值，在键盘上输入区位码将字符调出显示。不过由于检字方式过于繁锁，各厂商先后推出了键盘拼音输入和计算机软件输入等改进方式，而天地伟业则基于智能网络矩阵推出的WEB集控技术，将字符输入、位置调整、状态设置等全部操作都通过网页提交，方便快捷，所见即所得，有效地提高了应用效率。 

　
　　
　　技术发展变革： 
　　三代OSD中文字符叠加技术的特点： 
　　第一代字符叠加技术（简称OSDⅠ）：采用专用字符叠加芯片，芯片内置基本的ASCII字符，限制是只能叠加内置的字符，不能叠加中文。为支持中文叠加，此类芯片中有一类可内置RAM，支持造字，可以在使用中满足叠加中文的需求，但叠加字符的个数和点阵有限。OSDI中代表芯片是NEC的uPD64系列，内置固定240个ROM西文字符和16个用户自定义RAM字符。ROM字符仅能西文大写显示，采用字符显示方式，行间距不可以调整，内部固化字符字体较大，对视频图像会产生比较严重的区域遮挡，影响用户的直观视觉效果。每路视频最多叠加16个中文，通常只能显示16*12的非标准中文字符。 
为解决早期中文矩阵区位码输入检字繁锁的问题，作为国内第一批研制中文矩阵的安防企业，天地伟业1999年就取得了视频任意字符叠加技术的专利（ZL99253694.4），用户通过计算机软件将输入的任意字符抽取为点阵信息，传送到矩阵中再显示出来。这种方式使用灵活便捷，不用翻检字表查找代码，且字符显示种类不受限制，通过造字功能可以叠加任意形状的字符图形，开创了以用户使用体验为核心的技术先河。 
　　第二代字符叠加技术（简称OSDⅡ）：采用专用字符叠加芯片，芯片内置RAM，可以更新字符，同时可以满屏叠加字符，不限制叠加字符的个数。但每个芯片必须外配字库芯片。OSDⅡ中代表芯片是富士通的MB9系列，每路需要外挂并口ROM字库（内置国标一二级字库），适合中西文混合显示，支持字符和图形显示方式，行间距可以调整，字体适中，对视频遮挡影响小。单扫描线叠加，字符细笔划部分会产生闪烁，影响用户的视觉效果。 
天地伟业于2006年在智能网络矩阵中业内第一个应用OSDⅡ技术，针对平安城市系统专门推出的多行字符显示、5种字号/7级灰度数字调节和IE浏览器网页输入功能，由于贴近实战指挥，便于快速分组定位，获得了公安部门的一致好评和推荐。不过由于采用OSDⅡ技术的芯片成本过高，导致其只限于在大型矩阵得到应用。为实现在县/区级公安单位监控系统中的普及，天地伟业2007年推出2.0版本的OSDⅠ技术，通过改进算法，可实现两行叠加10个汉字，3种字号，字符点阵可支持到16×16规格的标准字库，引领了国内中小型系列矩阵的升级换代。 

　

　　第三代字符叠加技术（简称OSDⅢ）：采用ASIC（Application Specific Integrated Circuit）技术，由厂商自行设计字符叠加的算法并定制芯片。由于是监控厂家结合安防系统的实际需求专业设计芯片，所以专用性强，更符合视频矩阵的监控需求！天地伟业于2008年9月份在国内率先推出了自主专利算法芯片的OSDⅢ技术，不仅将前两代字符叠加技术的优点兼收并蓄，还针对视频矩阵未来与行业结合的深化应用推出了一系列创新功能。 
OSDⅢ中文字符叠加技术优势： 
1、    每路视频的字符叠加种类不限。OSDⅢ突破了前两代技术因受制于存储空间而对每路视频显示字数的限制，支持全屏幕任意中英文叠加，可最多显示240个不同的中文或者480个英文字符。 
2、    中英文全半角混排显示。大部分专用字符叠加芯片对英文字符只能按全角显示，显示效果不符合我们的日常习惯，更主要的是全角英文减少了可显示字符的个数，使得在同样面积内叠加的字符数目降低，压缩了信息量。OSDⅢ的全半角混排技术可以让屏幕上叠加的字符数量相比前两代提高将近一倍，能满足客户更丰富灵活的实际需要。 
3、    可在线升级字库。OSDⅢ可多芯片共享字库，同时支持字库在线升级，适用于多国/地区语言文字需要。 
4、    视频制式自适应。PAL/NTSC内部主动识别，在不更改电路的情况下同时自动兼容。 
5、    无视频自动转换内同步方式（即无视频也可叠加显示）。当视频输入信号丢失时，自动切换到内同步，不需要外界干预，更安全可靠，并可提示用户视频丢失告警。 
6、    柔化黑边技术。工程现场的视频信号千差万别，如果叠加的字符没有黑边，当场景颜色与字符相近时，会严重影响用户的准确识别，而字符黑边技术有是个双刃剑，在为字符叠加黑边时会使得字符笔划上的彩纹明显。OSDⅢ采用了专利算法的柔化黑边技术，叠加字符黑边的同时降低笔划上彩纹的干扰。 
7、    单芯片多路叠加。前两代字符叠加技术所采用的专用字符芯片基本都是一枚芯片负责一路叠加，而应用OSDⅢ技术的芯片可以支持单芯片８/１６路等多种规格的字符叠加。不仅降低了系统总体成本，适于在中小型矩阵中推广应用，而且提高了板内集成度，使得矩阵的单机视频容量得到大幅提升，高密度矩阵的系统结构和电气指标得到进一步优化和改善。 
三代OSD中文字符叠加技术的差异 

	OSDⅠ/第一代	OSDⅡ/第二代	OSDⅢ/第三代
代表技术	NEC uPD64系列芯片	富士通 MB9系列芯片	自主OSD专用IC
显示像素	288*216	576*384	320*240
显示字符数量	24*12（288）	24*12（288）	支持全半角混合显示 全角字符：20*12（240） 半角字符：40*12（480）
显示特效	闪烁、白字、加黑边、缩放	闪烁、缩放、白字、无视频叠加	空心字、闪烁、反显、黑/白字、加黑边、无视频叠加
叠加方式	双扫描线叠加不闪烁，适应隔行扫描	单扫描线叠加，隔行扫描单线/单像素叠加时闪烁	双扫描线叠加不闪烁，适应隔行扫描
实现密度	单芯片单路	单芯片单路	单芯片8/16路，高集成度
字符点阵	非标18*12	非标24*32	标准16*16
黑边效果	好，边缘细腻	自带黑边效果稍差，需要特制字库，黑边呈现锯齿状	好，边缘细腻
叠加初始位置	通过调整硬件参数实现，对器件精度要求高，多路一致性差	通过调整硬件参数实现，对器件精度要求高，多路一致性差	通过设置寄存器实现，多路一致性很好
视频制式支持	可支持NTSC和PAL，但是两种视频显示字符位置不一致	不能动态调整，需更改硬件参数	NTSC与PAL可以动态适应

应用前景展望： 
　　近两年，各地平安城市建设逐步深入开展，模数混合型联网监控系统在多年的实践摸索中获得了公安部门的充分认可，成为众多项目的首选设计方案，使得视频矩阵的需求量大幅激增。2009年，随着平安城市建设由3111试点到大面积铺开，矩阵仍将是监控中枢不可或缺的核心设备。凭借对先进技术的运用和客户需求的把握，国内一线安防厂商将不断推动OSD中文字符叠加技术与视频切换技术的融合变革，通过创新的功能和贴心的设计，为平安城市项目和行业客户提供更具针对性的增值应用！ 


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