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基于FPGA实现VGA的彩色图片显示音频奢侈品市场和消费

2020-02-14 21:26:38来源:励志吧0次阅读

基于FPGA实现VGA的彩色图片显示 - 音频/视频/显示 - 电子工程

视频图形阵列显示接口是微机系统使用的一种通用显示接口,广泛应用于智能控制系统中,作为系统的显示终端。对由嵌入式微处理器构成的图象处理系统来讲,采用VGA显示输出具有兼容性强、显示内容丰富的优势。同时,VGA显示接口具有结构简单、性能可靠、兼容性强、时序容易控制的特点。因此,结合FPGA的 VGA图象控制器在嵌入式的图象处理系统中有广泛的应用前景。

目前大多数计算机与外部显示装备之间都是通过摹拟VGA接口连接,计算机内部以数字方式生成的显示图象信息,被显卡中的数字/模拟转换器转变为R、G、B三原色信号和行场同步信号,信号通过电缆传输到显示装备中。

1 VGA显示

常见的VGA接口的彩色显示器,一般由cRT(阴极射线管)构成,色彩由R、G、B(红:Red,绿:Green,蓝:Blue3基色组成。显示采取逐行扫描的方式进行,即当扫描完1行时,再进行下一行的扫描,直到最后一行扫描完为止。VGA接口为显示器提供两类信号,一类是数据信号,一类是控制信号。

数据信号包括红、绿、蓝信号,简称RGB信号。控制信号包括水平同步信号(HSYNC)和垂直同步信号(VsYNc)。向显示器输出不同的分辨率时,水平同步信号和垂直同步信号的频率也不同。但是水平同步信号和垂直同步信号时序分析相同,在扫描时均需要经过同步信号、同步后信号、行同步信号、同步后信号四个时段。仅以水平同步信号为例,其结构如图1所示。

VGA接口的显示器原理其实就相当于点阵,通过控制器的控制,点亮所在的行和列。所以水平同步信号是针对列像素而言的,而垂直同步信号是针对行像素而言的。

以显示800×600的图片大小为例,根据VGA的时序标准,选择6hz的刷新频率。水平同步信号的同步信号包括128个列像素,同步后沿信号为 88个列像素,同步前沿信号为40个列像素,而屏幕显示部份为800个列像素,所以一共需要1 28+88+40+800=1 056个列像素。场同步信号的同步信号包括4个行像素,同步后沿信号包含23个行像素,同步前沿信号包括1个行像素,而屏幕显示部份为600个行像素,所以一共需要4+23+l+600=628个行像素,由此,液晶显示器显示1幅800×600的图象,需要的行列像素分别为1056和628。

2 系统整体框架设计

本系统以FPGA EP2C8Q208C8为核心芯片,通过对VGA接口的控制,实现彩色图像的显示,系统结构框图如图2所示。

2.1锁相环PLL

锁相环路是一种反馈控制电路,简称锁相环(PLL),一种输出一定频率信号的振荡电路,也称为相位同步环(回路)。该回路利用使外部施加的基准信号与PLL 回路内的振荡器输出的相位差恒定的反馈控制来产生振荡信号。在络领域中,PLL用于从接收的信号中分离出时钟信号,可以通过实际电路或软件的方式实现。

由于FPGA的系统时钟为50MHz,而控制VGA的时钟为40MHz,所以在对VGA接口的控制时需要进行时钟转换,通常可以通过分频或是调用 IP核的方式实现转换,但是由于通过自己写的分频程序假如在数据上处理不得当,容易产生毛刺,而调用quanersII软件自带的PLL内核,不但可以做到与系统时钟同相,而且时钟稳定,能够实现对VGA时序的严格控制,与硬件电路来实现锁相环相比,调用PLJ。内核不仅可以做到操作简单,而且也勤俭了设计本钱。

2.2存储模块ROM

只读存储(Read一0nly Memory,ROM)是一种只能读出事前所存数据的固态半导体存储器圈。在系统框图中的三个ROM均用来存储色彩信息,由于本设计中使用图片的大小为 128×128,即1共有128×128=16384个像素点,所以ROM的大小设置为16384。这里通过quanerII软件调用FPGA的ROM内核,将MATLAB提取的红、绿、蓝3基色数据经quanusII软件的处理,分别存入FPGA的ROMl、ROM2、ROM3中。在控制模块中写入 ROM的地址,在分频后的时钟控制下,将数据读到vGA的RGB三个引脚,实现液晶显示器的图片显示。

2.3 MATLAB的数据提取

MATLAB 作为强大的数据处理工具,其基本数据单位是矩阵,它的指令表达式与数学工程中经常使用的表达情势十分相似,故用MATLAB来解算问题要比用 c,FORTRAN等语言简捷得多。在新的版本中也加入了对C,FORTRAN,C++,JAVA的支持,可以直接调用,用户也可以将自己编写的实用程序导人MATIAB函数库中方便自己以后调用,另外许多的MATLAB爱好者都编写了一些经典的程序,用户可以直接进行下载就可以用,非常的方便。

由于MATLAB软件中默许的图片格式为.JPc和.BNP,因此在使用MATLAB前需将原始图片通过Photo sh叩软件进行格式转换,转换后保存图片为.BMP格式,在弹出的位宽选择对话框选择24位,,然后再通过MATLAB提取红基色数据,程序如下所示,结果被保存在f文件里:

由于本设计所使用的VGA是三位的数据接口,因此蓝基色和绿基色数据也依照此方法提取。f中的数据是24位的,所以还需要对提取到的红基色数据进行转换。在MATLAB中做以下判断将24位数据转换为3位数据。

3 结果分析

图象的显示如图3所示,显示结果表明,由于原图像是24位,即224种色彩,而FPGA控制的VGA只有3位即23种色彩,相比之下,以24位的图象作为标准,VGA显示的3位图像有明显失真的现象。

如果希望显示的图象更加清晰,那末需要将vGA的显示接口重新作出电路修改,这样才能到达清晰显示的效果。

4 结束语

在许多图像处理系统中,需要将经过处理的图象显示出来,如果采用传统的办法将图象数据传回电脑并通过显示器显示出来,那么在传输的进程中就需要嵌入式系统的 CPU不断的对所传输的图象数据信号进行控制,这样就造成了CPU资源的浪费,同样系统还需要依赖电脑,降低了系统的灵活性。如果采用FPGA对显示器的 VGA接口进行设计,数据流只需要在全部系统的内部活动,而不需要依托计算机,实现了系统的最小化,大大减少了电路板的尺寸,增强了系统的可靠性和设计的灵活性。

VGA接口一样也是LCD液晶显示装备的标准接口,通过VGA控制LCD可以使全部系统变得小巧,携带方便,使得运用的范围大大扩大。作者所在的全景视觉图象处理项目中,正是需要把经过处理的图象实时地直接地显示出来,撇开对计算机的需求,以满足各种不同运用环境的需要。

通过FPGA对VGA接口的控制,不但实现了FPGA对任一图象的显示,而且其内部时钟可调性为设计带来了很大的方便,节约了硬件本钱。此方案可以广泛应用于数字视频系统、高分辨率的彩色图片图象处理、视频信号再现等各种领域。

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