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高清数字电视机顶盒3D OSD显示框架的设计与实现 江维 罗才华 四川九州电子科技股份有限公司技术开发中心 摘要：本文阐述了在高清数字电视机顶盒中如何利用OpenGL ES 构建3D OSD显示框架，以及应用中的几个问题。 关键词：OpenGL ES 高清数字电视机顶盒 引言 随着手机、平板电脑等个人消费电子产品越来越多的使用3D UI交互界面，机顶盒传统平面化的2D OSD很难再吸引用户眼球。同时，大尺寸平板电视机的普及和具备3D硬件加速功能的高清数字电视机顶盒解码芯片的逐步推出，为高清数字电视机顶盒的OSD具备3D效果和动画功能提供了显示平台和硬件支持。 OpenGL ES (OpenGL for Embedded Systems) 是OpenGL三维图形API的子集，针对手机、PDA和游戏主机等嵌入式设备而设计。 OpenGL ES 3D OSD显示框架 OpenGL ES是一个平台立的图形库，在它能够工作之前，需要与一个实际的窗口系统关联起来，这与OpenGL。但不的是，这部份工作有标准，这个标准就是EGL。在不同平台上有不同的机制关联窗口系统 图1 OpenGL ES初始化 在OpenGL ES工作之前，需要对OpenGL ES进行初始化。主要包括五个步骤：获取Display，初始化EGL，选择Config创建Context 图2 其中，SD Framebuffer可以直接由OpenGL当前显示的Surface Blit生成，或者由HD Framebuffer Blit生成。如果由HD Framebuffer Blit生成，可以进一步提高3D显示速度。 构建3D显示模块 OpenGL ES初始化完成后，需要在机顶盒应用程序中构建3D显示模块。这个模块作为3D显示的核心模块，是一个独立的线程，处理窗口系统发来的OpenGL ES指令，同时控制3D显示帧率和系统资源消耗，保证流畅的3D显示效果的同时，尽量降低系统资源消耗，主要是CPU和内存总线资源。另外，这个模块还要处理不同窗口之间三维场景切换。 它的工作流程如图3所示，可以描述为：当一个窗口被激活后，窗口把更新所需要的一系列OpenGL ES指令和显示逻辑发给3D显示模块；3D显示模块在接收到指令后，打开计时器开始计时，然后开始处理OpenGL ES指令；当所有指令执行完毕后，3D显示模块检查计时器，得到指令执行一遍所需要的时间，然后根据事先设定的显示帧率，计算下一次指令执行需要等待的时间，并等待；等待超时后，重复执行OpenGL ES指令，直到窗口系统发来停止显示的消息；3D显示模块收到停止显示的消息后，进入休眠状态，等待下一次窗口系统发来消息。 至此，OpenGL ES 3D OSD显示框架构建基本完成。另外，还需要纹理预处理，2D和3D显示混合等模块配合才能更好的满足实际OSD显示需求。 图3 纹理预处理 由于机顶盒采用Nor或者Nand Flash作为存储器，它们的读速度相对较慢。而且纹理一般由PNG或者BMP图片生成，在生成纹理前需要先读取PNG或者BMP图片，然后根据图片和纹理的Pixel格式进行格式转换和内存拷贝，最后调用OpenGL ES API生成纹理。生成纹理是一个相对耗时的过程，特别是针对大纹理。因此，需要通过在机顶盒启动时，预先加载和处理纹理的方式，提高3D显示速度。如果内存不足以全部加载所需纹理时，需要对纹理进行动态预加载，类似于内存交换技术，当内存不足时，卸载一部分纹理，以便留出空间加载新的纹理。 2D和3D显示混合 2D和3D显示混合的需求主要来自于字符显示。在OpenGL ES中显示字符，常用的有两种模式： 将字符做成图片，然后通过加载纹理的方式显示。 根据要显示的字符，动态的生成对应的字符纹理，然后显示。 这两种模式都有比较明显的缺点，就是当需要显示的字符较多时，第一种模式将无法满足需求，第二种模式会降低3D显示速度。这时，需要将2D和3D显示进行混合，将2D的字符混合到3D上。 常用的混合模式有两种： 在OpenGL ES当前操作的Surface上，叠加2D操作。当OpenGL ES完成对当前操作的Surface的动作后，通知2D显示模块，将需要显示的内容叠加到这个Surface上。这种模式下，2D的内容会覆盖3D的内容。 单独创建一个2D Surface，在这个Surface上完成所有的2D的操作。当OpenGL ES当前显示的Surface向Framebuffer Blit的时候，先让2D Surface与3D Surface进行混合，然后再Blit到Framebuffer上。这种模式更加灵活，2D的内容可以在3D内容的上面或者下面。 由于2D显示采用的是二维坐标系，3D显示采用的是三维坐标系，因此在2D和3D显