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基于FPGA的VGA接口裸眼3D顯示系統(tǒng)�(shè)�(jì)

編輯:kathy 2012-08-07 10:56:57 瀏覽�3437  來源:《國際光電與顯示�

●文/TCL集團(tuán)工業(yè)研究院董小龍 施建� 邵詩�(qiáng)

  為了能夠?qū)崿F(xiàn)普通電腦VGA端口�(shù)�(jù)在華�4.8英寸裸眼3D顯示屏上顯示,提出了一種從VGA端口到LVDS端口的數(shù)�(jù)�(zhuǎn)換系�(tǒng)方案。該系統(tǒng)首先通過AD9883A�(duì)VGA端口圖像�(jìn)行AD�(zhuǎn)換,然后再�(jìn)行scaler,采用2片SDRAM�(duì)圖像�(jìn)行交替緩存,將采用SDRAM存儲(chǔ)采集到的�(shù)�(jù)通過LVDS�(fā)送器將并行RGB�(shù)�(jù)信號(hào)�(zhuǎn)換成LVDS信號(hào),然后傳�?shù)斤@示屏上顯示。該系統(tǒng)能夠?qū)崟r(shí)地將電腦中的圖像顯示�3D屏上,實(shí)�(xiàn)了裸�3D的效果�

  1、引言

  《阿凡達(dá)》激起了人們對(duì)3D技�(shù)的狂熱追求,使人們意�(shí)�3D顯示的巨大市場價(jià)值。但是由于長�(shí)間配戴眼鏡會(huì)帶來頭疼及眼睛疲勞等副作用,因此裸眼3D將成�3D顯示技�(shù)�(fā)展的未來�

  華映光電研制�4.8英寸方向性背�3D顯示屏利用了一種照射方向可控制的方向背光技�(shù),能將圖像的成像焦點(diǎn)左右快速移�(dòng),使得透過LCD的光線已�(jīng)帶有方向性。這種背光組件只需配合刷新率為120Hz的液晶顯示面板就可以生成3D影像。其能夠?qū)崿F(xiàn)6�800×480�2D/3D模式)顯示,要求輸入的為低電壓串行LVDS信號(hào)。然而普通電腦VGA輸出的為模擬信號(hào),所以,必須要經(jīng)過電路轉(zhuǎn)換將VGA輸出�(zhuǎn)換為所需要的LVDS信號(hào)。為了實(shí)�(xiàn)上述信號(hào)的轉(zhuǎn)換,本文�(shè)�(jì)出一�(gè)基于FPGA的數(shù)�(jù)�(zhuǎn)換和存儲(chǔ)系統(tǒng)�

  2、系�(tǒng)總體�(jié)�(gòu)�(shè)�(jì)

  整�(gè)系統(tǒng)�(shí)�(xiàn)了由普通電腦VGA輸出�3D屏LVDS接口的數(shù)�(jù)�(shí)�(shí)傳遞和轉(zhuǎn)換的功能。主要包括數(shù)�(jù)采集模塊、圖像scaler模塊,F(xiàn)PGA邏輯控制模塊、SDRAM存儲(chǔ)模塊、LVDS�(fā)送模塊。其工作原理為:普通電腦VGA輸出的模擬信�(hào)要經(jīng)過一�(gè)AD�(zhuǎn)換模塊變�120Hz�8位RGB三路�(shù)字信�(hào),經(jīng)過scaler模塊�800*480分辨率,6bit的信�(hào),同�(shí),為了實(shí)�(xiàn)�(shù)�(jù)�(shí)�(shí)傳輸,采用兩片SDRAM�(jìn)行乒乓操作,一片為寫操作的�(shí)候,另一片讀操作,讀出的�(shù)�(jù)�(shí)序經(jīng)過處理,滿足3D�?xí)r序的要求,然后經(jīng)LVDS�(fā)送器傳送給3D顯示屏LVDS接口,最終將左右眼各60Hz、分辨率�800×480的兩幅圖像顯示在屏上,實(shí)�(xiàn)裸眼3D顯示�

  其中,F(xiàn)PGA控制模塊起到了核心作用,它作為控制信�(hào)�(chǎn)生和處理的中樞對(duì)其他外圍電路�(jìn)行實(shí)�(shí)的監(jiān)控和管理。其�(nèi)部包括,scaler模塊,I2C控制模塊、時(shí)鐘同步模塊、數(shù)�(jù)位數(shù)�(zhuǎn)換模塊、SDRAM控制器等模塊組成。FPGA控制模塊�(nèi)部結(jié)�(gòu)如圖1所示:

  �(shè)�(jì)中采用XILINX公司spartan6系列的XC6SLX45。XC6SLX45具有43661�(gè)邏輯單元,同�(shí)還包含了最�2088kb的Block ram模塊。該芯片的頻率和引腳IO等資源都能很好的滿足本系�(tǒng)的要求�

  3、系�(tǒng)的具體實(shí)�(xiàn)

  3.1�(shù)�(jù)的采集和縮放

  VGA是用于提供圖像信�(hào)的模擬接口,包括RGB3�(gè)模擬信號(hào)分量以及行場同步信號(hào),在本系�(tǒng)中,AD�(zhuǎn)換后像素�(diǎn)頻率�800×600×120Hz=57.6MHz。由于模擬的VGA信號(hào)中包含有行、場同步�(shí)間和消隱�(shí)間,因此�(shí)際計(jì)算出來的要比57.6MHz還高,這里暫取66MHz�

  這么高的采樣率對(duì)AD芯片要求很高。這里選用的是AD9883A,它具有采樣精度為8bit�3路通道,最高采樣率�140Msps,300MB的模擬帶寬,可最高采樣分辨率�1280×1024,刷新率�75Hz的視頻信�(hào)。AD9883A能夠采集多種VGA圖像格式,但卻不能自�(dòng)檢測圖像格式,必須根�(jù)�(shí)際的指標(biāo)�(duì)�(nèi)部寄存器�(jìn)行初始化,初始化過程通過FPGA一�(gè)I2C模塊依靠AD9883的SDA和SCL兩引腳�(jìn)行,�(shí)序符合I2C總線�(shí)序標(biāo)�(zhǔn)。圖2為重要寄存器的設(shè)置值,其他未設(shè)置的均取默認(rèn)值�

  由于所采樣到的�(shù)�(jù)分辨率為800*600,并不適合在800*480的屏幕上顯示,因此我們必須在行上�(jìn)行scaler,�600行轉(zhuǎn)換為480行,�(jìn)行一�(gè)5:4的縮小,在這里我們采用雙線性內(nèi)插值,雙線性插值對(duì)于我們這樣的小比列縮放,效果好,計(jì)算量也不算大,正好符合當(dāng)前的需要,�(duì)于點(diǎn)(i+u,j+v)由它周邊的四�(gè)像素決定它的灰度值, 

  f(i+u,j+v) = (1-u)(1-v)f(i,j) + (1-u)vf(i,j+1) + u(1-v)f(i+1,j) + uvf(i+1,j+1)

  由于只在行方向插值,則u=0�

  公式簡化為:f(i,j+v) = (1-v)f(i,j) + vf(i,j+1)�

  在這里5:4縮放,則j+v分別為:0+0,1+0.25,2+0.5,3+0.75,5+0,6+0.25�..

  在FPGA�(shí)�(xiàn)中,我們采用內(nèi)部SRAM暫存兩行�(shù)�(jù),�(jìn)行運(yùn)算產(chǎn)生新的一行�

  3.2�(shù)�(jù)位數(shù)的轉(zhuǎn)�

  在圖像視頻系�(tǒng)開發(fā)中,常常需要用到存�(chǔ)容量大、讀寫速度快的存儲(chǔ)器。在各種存儲(chǔ)器件中,SDRAM的價(jià)格低、體積小、速度快、容量大,是比較理想的器件。在本系�(tǒng)�(shè)�(jì)中,SDRAM芯片采用SAMSUNG公司的K4S281632B,單片�(gòu)成為2M×16bit×4banks,每�(gè)bank�4096行,512列的16bit存儲(chǔ)陣列�(gòu)成。而從scaler模塊�(zhuǎn)換過來的�800×480�(gè)24位RGB�(shù)�(jù),具體的策略為:480行,每一�800�(gè)24位數(shù)�(jù)�(zhuǎn)換成1200�(gè)16位,并且SDRAM每一行為512�(gè)�(shù)�(jù),這樣我們就將這一�1200�(gè)�(shù)�(jù)�(zhuǎn)換為450�450�300三行�(chǔ)存,一共需要SDRAM�1800行空間。同�(shí),每一行中24�(zhuǎn)16位數(shù)�(jù)我們這樣�(chǎn)生:�(shè)置一�(gè)3位移位寄存器使其�(chǎn)生的地址能夠讀2次sram�(shù)�(jù)�3次sdram�(shù)�(jù)�

  此外,系�(tǒng)中FPGA主要�(shí)鐘頻率由AD9883A輸出的像素時(shí)�66MHz、SDRAM工作頻率由FPGA�(nèi)嵌的DCM模塊建立100MHz,控制LVDS�(fā)送的輸出�(shí)鐘。時(shí)鐘不同,必須在這不同頻率時(shí)鐘之間必須加FIFO來同步。FIFO使用ISE軟件中提供的免費(fèi)IP核,通過使用FPGA�(nèi)部高速RAM來實(shí)�(xiàn)�

  3.3�(shù)�(jù)的存�(chǔ)

  ......

  更多精彩�(nèi)容請(qǐng)見《國際光電與顯示�2012�8月刊,歡迎訂閱!

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