一種基于FPGA控制全彩大屏幕顯示的設(shè)計(jì)

2 選取存儲(chǔ)圖像數(shù)據(jù)的緩沖存儲(chǔ)器

根據(jù)上述采集圖像數(shù)據(jù)的帶寬要求，在這里用的是DDR-SDRAM存儲(chǔ)器，時(shí)鐘最大為200MHz，數(shù)據(jù)位寬為16位，所以，最高帶寬可達(dá)到6.4GHz，利用率達(dá)到65%即可滿足上述DVI接口芯片輸入到FPGA芯片的帶寬要求。

由于從DVI芯片輸入到FPGA芯片的圖像數(shù)據(jù)最大的時(shí)鐘是165MHz，與輸出到DDR-SDRAM存儲(chǔ)器的時(shí)鐘頻率200MHz不同步，所以，在這里FPGA芯片中要用到異步FIFO進(jìn)行緩沖，將從DVI解碼芯片輸入的圖像數(shù)據(jù)緩沖到寬度為24位，深度為2048的FIFO中，其中輸入時(shí)鐘根據(jù)輸入的圖像分辨率計(jì)算得出，最大可輸出的時(shí)鐘為165MHz，然后再?gòu)腇IFO緩沖期將數(shù)據(jù)輸出到DDR-SDRAM存儲(chǔ)器，其中輸出到DDR -SDRAM的圖像數(shù)據(jù)的時(shí)鐘為200MHz，輸出的時(shí)鐘為雙數(shù)據(jù)率始終，即數(shù)據(jù)有效時(shí)鐘可達(dá)到400MHz，再將DDR-SDRAM存儲(chǔ)器中的圖像數(shù)據(jù)輸出到FPGA芯片中，在這里輸出到FPGA芯片的緩沖階段，需要借助FIFO對(duì)輸出到外部接口芯片進(jìn)行緩沖。

3 圖像處理

由于人眼看到的圖像亮度是非線性等級(jí)的，該系統(tǒng)的輸出到存儲(chǔ)器的圖像是線性的，所以需進(jìn)行校正處理，在這里運(yùn)用了gamma校正算法進(jìn)行處理，Y=KXr，F(xiàn)PGA芯片對(duì)gamma校正的實(shí)現(xiàn)過(guò)程就是進(jìn)行數(shù)據(jù)的映射，對(duì)從FIFO輸出到外部接口的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的一一映射。得到輸出圖像，從輸出接口將校正后的圖像數(shù)據(jù)輸出到外部器件。

圖3 FPGA控制全彩大屏幕LED系統(tǒng)原理圖

4 應(yīng)用于不同領(lǐng)域的兩種輸出接口模式

①FPGA芯片輸出端連接驅(qū)動(dòng)電流芯片
該接口的使用適合于輸出的是多路驅(qū)動(dòng)電流芯片，用FPGA芯片輸出管腳時(shí)序控制多路外部驅(qū)動(dòng)電流芯片，驅(qū)動(dòng)電流芯片再對(duì)RGB發(fā)光二極管進(jìn)行控制，最后將整個(gè)電腦想要顯示的圖像顯示到大屏幕LED上。

②接收端為以太網(wǎng)線的接口
該接口適合于對(duì)一路輸入DVI解碼芯片接口圖像的輸出，該接口可以用于遠(yuǎn)距離傳輸圖像信息，應(yīng)用于大屏幕的LED的顯示。
顯示設(shè)備采用DVI接口優(yōu)點(diǎn)

DVI傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，數(shù)字圖像信息不需經(jīng)過(guò)任何轉(zhuǎn)換，就會(huì)直接被傳送到顯示設(shè)備上，減少了數(shù)字向模擬再到數(shù)字煩瑣的轉(zhuǎn)換過(guò)程，大大節(jié)省了時(shí)間，因此它的速度更快，能有效消除拖影現(xiàn)象，使用DVI進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，信號(hào)不衰減，色彩更純凈，更逼真。計(jì)算機(jī)內(nèi)部傳輸?shù)氖嵌M(jìn)制的數(shù)字信號(hào)，使用VGA接口連接全彩LED大屏幕顯示器，就需要先把信號(hào)通過(guò)顯卡中的D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)變?yōu)镽、G、B三原色信號(hào)和行、場(chǎng)同步信號(hào)，這些信號(hào)通過(guò)模擬信號(hào)線傳輸?shù)?a class="contentlabel" href="http://www.ex-cimer.com/news/listbylabel/label/全彩">全彩LED大屏幕上，還需要相應(yīng)的A/D轉(zhuǎn)換器將模擬信號(hào)再一次轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號(hào)，才能在全彩LED大屏幕上顯示出圖像。在上述的D/A、A/D轉(zhuǎn)換和信號(hào)傳輸過(guò)程中不可避免信號(hào)的損失和受到干擾，從而導(dǎo)致圖像出現(xiàn)失真甚至顯示錯(cuò)誤。DVI接口無(wú)須進(jìn)行這些轉(zhuǎn)換，避免了信號(hào)的損失，使圖像的清晰度和細(xì)節(jié)表現(xiàn)力都得到了大大的提高。

結(jié)束語(yǔ)

該設(shè)計(jì)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的FPGA芯片控制全彩大屏幕的圖像顯示系統(tǒng)，不僅可以用于小尺寸分辨率（256×192）的全彩LED大屏幕控制系統(tǒng)的顯示，還可以遠(yuǎn)距離的以太網(wǎng)傳輸圖像數(shù)據(jù)，將該圖像數(shù)據(jù)發(fā)送到多塊接收模板，多塊接收板的拼接可以用于顯示分辨率（1920×1280）的高清彩色圖像的大屏幕。