OpenPixelOSD

OpenPixelOSD is an open-source project for generating and overlaying pixel graphics onto a video signal (OSD), based on the STM32G431CBUx/ microcontroller. The project aims to create a software monochrome On-Screen Display (OSD) for VPV to phase out the obsolete MAX7456 chip which has been discontinued

OpenPixelOSD includes low-level drivers for the RTC6705 RF synthesizer and external power amplifier (SE5004L or similar).

Safety/Legal Notice

The 5.8 GHz transmitter is subject to local regulations (power limits, parameters, certification requirements). Please ensure that the frequencies/power levels meet the requirements in your country.

Repository Structure

.github/workflows/                   - CI build for STM32G431/G474
doc/                                 - diagrams and images
cmake/                               - toolchain & stm32 library CMake scripts
python/                              - helper scripts (font/logo conversion, font upload)
USB_Device/, Drivers/, Middlewares/  - STM32Cube generated code
src/                                 - firmware source (C code)
  stm32g4xx/                         - device startup, HAL configuration
  msp/                               - MSP protocol parser/handler
  fonts/, logo/                      - embedded font/logo data and updater
CMakeLists.txt                       - top‑level build file

Key Components

• src/main.c – program entry. Initializes hardware modules, then continually processes MSP messages and blinks an LED.

• src/video_overlay.c – core video overlay logic. Sets up DACs, timers and comparators to mix the generated OSD pixels with the incoming video signal.

• src/msp/ – implements the MultiWii Serial Protocol (MSP) for interacting with flight controllers.

• src/canvas_char.* – double‑buffered character canvas used for text rendering onto the video overlay.

• python/ – scripts to convert fonts or bitmaps into C arrays for embedding. For example, convert_logo.py reads an image, maps colors to 2‑bpp pixels, and outputs a header file. font_updater.py sends font data over serial using MSP commands.

Build and Continuous Integration

The GitHub workflow in .github/workflows/build.yml checks out the repo, installs the Arm GNU toolchain, builds the firmware for both MCU variants, and uploads the .hex and .bin artifacts.

What to Explore Next

• Hardware setup – Review README.md and the diagrams in doc/ to understand signal routing and timing requirements.

• Build system – Read CMakeLists.txt and cmake/ scripts to learn how the project is compiled and linked for different microcontrollers.

• Video overlay internals – Study video_overlay.c and video_gen.c to see how DMA and timers generate the analog video waveform.

• MSP protocol – Examine src/msp/ to understand communication with flight controllers.

• Python utilities – The scripts in python/ show how fonts and logos are converted to C data for flashing onto the device.

The project is licensed under GPL‑2.0, as noted in the LICENSE file. With these parts in mind, a newcomer can navigate the firmware, experiment with modifying fonts/logo data, and extend the OSD functionality.

Important configuration options live in the main CMakeLists.txt. The TARGET_MCU variable switches between STM32G431 and STM32G474 builds.

How It Works

Hardware Architecture

• The STM32G431CBUx/G474 microcontroller handles control and pixel data generation.
• The input video signal is fed into the OPAMP1 multiplexer input - PA7, operating in follower mode, and to the comparator positive input vin+ COMP3 - PA0 for synchronization.
• DAC1 Channel 1 is used as the negative reference vref- for the comparator.
• If no input video signal is present, TIM17 generates a PWM signal on pin PB5 to create the video signal.
• To simplify the video signal detection logic and the generation of the internal video signal TIM17 generates reference video signal by producing PWM on pin PB5, supporting interlaced or progressive scanning.
• Due to the lack of internal synchronization between TIM17, DMA1 Channel 6, and TIM1 for precise line start synchronization of the generated video signal, COMP4 is used, connected via a 1:10 resistive divider to the vin+ input of COMP4 and to the PA3 input of the OPAMP1 multiplexer.
• Comparators COMP3 and COMP4 are used for video signal "parsing" and line start detection.
• The output video signal is formed by mixing (fast switching) signals from the internal DAC3 Channel 1 and the input video PA7 via the built-in multiplexer.
• TIM2 and TIM3 provide precise synchronization for line and frame start:
  • TIM2 and TIM3 track line start and trigger pixel rendering accordingly.
  • TIM1 handles pixel rendering in the line by transferring two buffers via DMA1 Channel 1 and DMA1 Channel 2.
  • DMA1 Channel 1 transfers the buffer containing precise timing information for switching the multiplexer connected to the OPAMP1 input.
  • DMA1 Channel 2 transfers the buffer containing brightness values for each pixel to DAC3 Channel 1 for pixel formation in the line.

Block Diagram

Wiring Diagram

Wiring diagram for quick project launch on WeActStudio:

• https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.STM32G431CoreBoard
• https://github.com/WeActStudio/WeActStudio.STM32G474CoreBoard

Operating Principle

1. Video Synchronization: Comparators detect the start of a video line, enabling synchronization of rendering with the input signal.
2. Timing: Timers generate precise timing for the start of each pixel display in the line and manage DMA transactions for data transfer.
3. Rendering: The processor generates pixel data as a monochrome image with grayscale shades in buffers, which DMA then transfers to the DAC and OPAMP.
4. Signal Formation: Using the DAC and internal multiplexer OPAMP, the output video signal with the overlaid OSD.

Reference for PAL/NTSC Standards

For detailed information on PAL and NTSC video standards, please refer to the comprehensive article by Martin Hinner: https://martin.hinner.info/vga/pal.html

This resource provides authoritative timing diagrams, signal structures, and technical explanations essential for accurate video signal generation and processing.

Key Features

• No external chips required for video signal detection and generation.
• Utilizes hardware timers and DMA to minimize CPU load.
• CCMRAM is used for fast access to critical data and code.
• Precise synchronization is supported via hardware comparators.
• Software scalability: real-time pixel rendering.
• Using the DAC to control pixel brightness.

RTC6705 & RF PA support

RTC6705 support

• 3-wire bit-bang interface (LSB-first, 25-bit)
• rtc6705_set_frequency(mhz) to program output frequency (e.g. 5865 MHz)
• rtc6705_set_power(level) to select internal PA power (3/7/11/13 dBm)
• rtc6705_smoketest() / detection API to verify chip presence

External PA control

• DAC1 OUT2 (PA5) → TLV9001 buffer → VREF of SE5004L
• ADC1 (PB11 / IN14) reads detector voltage (VDET)
• Additional ADC ranks: MCU temperature sensor & VREFINT for accurate scaling
• rf_pa_set_vref_mv() / rf_pa_get_vref_mv()
• rf_pa_read_vdet_mv() and rf_pa_estimate_pout_dbm() for telemetry

With these blocks you can build a simple FPV VTX: RTC6705 generates the carrier, the internal PA provides a small boost, and the external PA (SE5004L etc.) delivers 100 mW–800 mW or more output. Detector voltage is accessible for telemetry or closed-loop calibration.

Connection and Setup

TODO:

YouTube Video

License

Open source software — see LICENSE in the repository.

---

🇺🇦 OpenPixelOSD 🇺🇦

OpenPixelOSD — це open-source проєкт для генерації та накладання піксельної графіки на відеосигнал (OSD), створений на базі STM32G431CBUx. Проєкт призначений для створення програмного монохромного On-Screen Display (OSD) для FPV, щоб відмовитися від застарілого чіпа MAX7456, який знятий з виробництва.

У OpenPixelOSD додано драйвери для RF синтезатора RTC6705 та зовнішнього підсилювача потужності (SE5004L чи аналогічного).

Зауваження з безпеки/законодавства

Передавач на 5.8 ГГц підпадає під локальні регулювання (обмеження потужності, діапазон, вимоги до сертифікації). Переконайся, що частоти/рівні потужності відповідають вимогам у твоїй країні.

Як це працює

Архітектура апаратної частини

• Мікроконтролер STM32G431CBUx/G474 відповідає за керування і генерацію піксельних даних.
• Вхідний відеосигнал подається на вхід мультиплексора OPAMP1 - PA7 який працює в follower режимі та на вхід компаратора vin+ COMP3 - PA0 для синхронізації.
• В якості vref- для компаратора, використовується DAC1 CH1.
• Щоб не ускладнювати логіку детекції відео сигналу та формування власного відео сигналу - TIM17 формує еталонний відеосигнал шляхом генерації PWM на піні PB5 з підтримкою черезрядкової або прогресивної розгортки.
• Так як відсутній звʼязок для внутрішньої синхронізації TIM17, DMA1 CH6 та TIM1 для точної синхронізації початку рядка генерованого відео сигналу використовується COMP4 під'єднаний через резистивний дільник 1:10 до входу vin+ COMP4 та входу PA3 мультіплексора OPAMP1.
• Компаратори COMP3 і COMP4 використовуються для "парсингу" відеосигналу та детекції початку рядка.
• Відеосигнал на виході формується через змішування (швидке перемикання) вбудованим мультіплексором сигналів від DAC3 CH1 та вхідного відео з PA7 піна.
• TIM2, TIM3 використовуються для точної синхронізації початку рядка і кадру.:
  • TIM2 і TIM3 відстежують початок лінії та відповідно запускають рендеринг пікселів.
  • TIM1 займається відтворенням пікселів у лінії шляхом передачі двох буферів до DMA1 CH1 та DMA1 CH2.
  • DMA1 CH1 відповідає за передачу буфера який містить точний час коли саме треба перемкнути мультіплексор який під'єднаний до входу OPAMP1.
  • DMA1 CH2 відповідає за передачу буфера (який містить яскравість кожного пікселя) для DAC3 CH1 для формування пікселів в лінії.

Принцип роботи

1. Синхронізація відео: Компаратори визначають момент початку рядка відео, що дозволяє синхронізувати рендеринг з вхідним сигналом.
2. Таймінги: Таймери формують точний час, коли починається відображення кожного пікселя в лінії та керують DMA-транзакціями для передачі даних.
3. Рендеринг: Процесор генерує піксельні дані у вигляді чорно-білого зображення з відтінками сірого у буферах, які потім DMA передає на DAC і OPAMP.
4. Формування сигналу: Використовуючи DAC і внутрішній мультіплексор OPAMP, формується відеосигнал з накладеним OSD.

Основні особливості

• Відсутність зовнішніх мікросхем для детекції та формування відеосигналу.
• Використання апаратних таймерів і DMA для мінімізації навантаження на CPU.
• CCMRAM використовується для швидкого доступу до критичних даних і коду.
• Підтримка точної синхронізації за допомогою апаратних компараторів.
• Програмна масштабованість: рендеринг пікселів у реальному часі з можливістю накладання графіки.
• Використання DAC для керування яскравістю пікселів.

Підтримка RTC6705 та RF PA

У OpenPixelOSD додано драйвери для RF синтезатора RTC6705 та зовнішнього підсилювача потужності (SE5004L чи аналогічного).

RTC6705

• 3-дротовий інтерфейс (25-біт, LSB-first)
• rtc6705_set_frequency(mhz) — програмування робочої частоти (наприклад 5865 МГц)
• rtc6705_set_power(level) — вибір рівня потужності внутрішнього PA (3/7/11/13 dBm)
• rtc6705_smoketest() / функція виявлення для перевірки чіпа

Керування зовнішнім PA

• DAC1 OUT2 (PA5) → TLV9001 → VREF підсилювача SE5004L
• ADC1 (PB11 / IN14) вимірює вихід детектора (VDET)
• Додаткові ранги: сенсор температури MCU та VREFINT для точного масштабування
• rf_pa_set_vref_mv() / rf_pa_get_vref_mv()
• rf_pa_read_vdet_mv() та rf_pa_estimate_pout_dbm() — для телеметрії

Таким чином можна побудувати FPV VTX, RTC6705 формує несучу, внутрішній PA підсилює її, а зовнішній PA (SE5004L) дає вихід 100–800 мВт або більше (залежно від підсилювача). Напруга з детектора доступна для телеметрії або калібрування в замкненому циклі.

Підключення та налаштування

TODO:

Ліцензія

Відкрите програмне забезпечення — дивись LICENSE у репозиторії.

---