[發明專利]基于FPGA的圖像上疊加藝術字體的裝置及方法

在審

• 申請號: 201711084339.4
• 申請日: 2017-11-07
• 公開（公告）號: CN107888848A
• 公開（公告）日: 2018-04-06
• 發明（設計）人: 蔣伊琳;代沖;汲清波;李遜;郜麗鵬
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04N5/272
• 分類號: H04N5/272;H04N5/445
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于FPGA的圖像上疊加藝術字體的裝置包括藝術字轉圖像模塊(1)、coe生成模塊(3)、塊RAM存儲模塊A(4)、計數器及控制模塊(5)、塊RAM存儲模塊B(6)、時鐘模塊(7)、疊加器(8)、并/串轉換模塊(9)和HDMI顯示器(10)，其特征是：

所述的藝術字轉圖像模塊(1)，使用藝術字在線生成器，在輸入字符、字體、大小、字色、背景顏色信息后，生成相應的圖像；

待顯示圖像(2)的格式為JPEG，圖像像素尺寸的大小根據所使用的FPGA芯片的存儲空間合理調整，使得藝術字轉圖像模塊(1)和待顯示的圖像(2)中存儲的所有像素的24位RGB值所占用的存儲空間不超過FPGA的塊RAM存儲空間；

所述的coe生成模塊(3)，由MATLAB軟件將藝術字轉圖像模塊(1)和待顯示圖像(2)中的兩幅圖像分別讀取出每個像素的24位RGB值并生成coe文件；

所述的塊RAM存儲模塊A(4)存儲藝術字轉圖像模塊(1)中的圖像對應的每個像素的24位RGB值；

所述的計數器及控制模塊(5)，包含有行計數器和場計數器兩計數器，兩計數器對時鐘模塊(7)中生成的像素時鐘循環計數，根據HDMI時序規范生成相應的時序信號；

所述的塊RAM存儲模塊B(6)存儲待顯示圖像(2)中的圖像對應的每個像素的24位RGB值；

所述的時鐘模塊(7)由系統時鐘生成像素時鐘和串行時鐘，其中像素時鐘為塊RAM存儲模塊A(4)、計數器及控制模塊(5)、塊RAM存儲模塊B(6)提供時鐘頻率，串行時鐘為并/串轉換模塊(9)提供時鐘頻率，串行時鐘為并/串轉換模塊(9)提供串行編碼時的串行時鐘；

所述的疊加器(8)，判斷當前的顯示坐標是否為塊RAM存儲模塊A(4)和塊RAM存儲模塊B(6)顯示圖像的疊加區域，若是顯示圖像的疊加區域，則判斷當前坐標對應的塊RAM存儲模塊A(4)中的數據為背景顏色的數據還是藝術字的顏色數據，若為背景顏色的數據，則疊加器(8)輸出的數據為塊RAM存儲模塊B(6)中相應的顏色數據，若不是背景顏色的數據，則疊加器(8)輸出的數據為塊RAM存儲模塊A(4)中相應的顏色數據；若當前顯示坐標不在顯示兩幀圖像的疊加區域而在塊RAM存儲模塊B(6)中顯示圖像的區域，則疊加器(8)輸出的數據為塊RAM存儲模塊B(6)中相應的顏色數據；

所述的并/串轉換模塊(9)將疊加器(8)輸出的并行RGB數據轉化為符合HDMI時序規范的串行數據；

所述的HDMI顯示器(10)是具有HDMI接口的液晶顯示器，將并/串轉換模塊(9)中輸出的數據顯示為相應的圖像。

2.根據權利要求1所述的基于FPGA的圖像上疊加藝術字體的裝置，其特征是：藝術字轉圖像模塊(1)生成的圖像格式為JPEG，大小不能超過所述的待顯示圖像的大小，背景顏色設置為藝術字所使用的顏色之外任意一種顏色。

3.根據權利要求1或2所述的基于FPGA的圖像上疊加藝術字體的裝置，其特征是：由行計數器和場計數器的計數值計算出當前時刻的顯示坐標，根據坐標值計算出該像素在塊RAM存儲模塊A(4)或塊RAM存儲模塊B(6)中對應的地址。

4.一種基于FPGA的圖像上疊加藝術字體的方法，其特征是：

第一步：將所需疊加在圖像上的藝術字輸入到藝術字在線生成器中，設置好字體、大小、字色、背景顏色后，將藝術字生成相應的圖像；

第二步：使用MATLAB軟件分別讀取第一步中生成的圖像和待顯示圖像(2)中每個像素的RGB信息并分別生成coe文件；

第三步：在Vivado軟件中建立兩個塊RAM，并將第二步中生成的coe文件分別導入到兩個塊RAM中，編寫好相關的程序，將程序下載到FPGA中；

第四步：FPGA開始運行，計數器及控制模塊(5)中包含有行計數器和場計數器對時鐘模塊(7)中提供的像素時鐘周期性地計數，計數器的計數周期由HDMI時序規范確定，若當前時刻計數器的計數值所對應的坐標正處于顯示器上的可見區域時，由計數器的計數值結合HDMI的時序規范圖計算出當前時刻的顯示坐標；若坐標在圖像顯示區域或藝術字疊加區域時，由坐標計算出該像素在塊RAM存儲模塊A(4)和塊RAM存儲模塊B(6)中的地址，將地址信息輸入給塊RAM存儲模塊A(4)和塊RAM存儲模塊B(6)中能讀取出該像素對應的RGB值，并進入第五步；若坐標不在圖像顯示區域時，疊加器(8)直接輸出黑色所對應的RGB值，直接進入第六步；

第五步：根據坐標值判斷當前坐標是否在藝術字疊加區域；

若判斷為“是”，則根據步驟一中記錄的背景顏色的RGB值判斷當前坐標在步驟一中生成的圖像中的顏色是否為背景顏色，若判斷為“是”，則根據第四步中計算出的地址讀取塊RAM存儲模塊B(6)中的數據并輸出給并/串轉換模塊(9)，若判斷為“否”，則根據第四步中計算出的地址讀取塊RAM存儲模塊A(4)中的數據并輸出給并/串轉換模塊(9)；

若判斷為“否”，則根據第四步中計算出的地址讀取塊RAM存儲模塊B(6)中的數據并輸出給并/串轉換模塊(9)；

第六步：將第五步輸出的RGB并行數據轉換為符合HDMI時序規范的串行數據并輸出給HDMI顯示器(10)。