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FPGA图像处理之一:VGA显示

近年来FPGA越来越多的应用于图像处理领域。我们先了解一下图像处理的基础课题,图像的显示。显示器在接收图像信号时有多种接口,例如DVI,HDMI,VGA等。在做图像显示之前,我们先了解一些基础知识。

1、VGA(Video Graphics Array 视频图形阵列)时IBM 于1987年提出的一个使用模拟信号的电脑显示标准。VGA是最多制造商所共同支持的一个标准。个人电脑在加载自己的驱动程序之前,一般都支持VGA的标准。VGA接口即电脑采用VGA标准输出数据的专用接口。VGA接口共有3排共15针,其中需要FPGA编程控制的只有5个信号,即R(红)、G(绿)、B(蓝)、HS(水平同步信号)、VS(垂直同步信号)。

2、RGB (red、green、blue)即三基色,是色彩系统的一种。色彩系统是一种常用的表示颜色的方式。应用于计算机屏幕,分别有:RGB色彩系统、CMYK色彩系统、YIQ色彩系统、YUV色彩系统、YCbCr色彩系统等。根据人眼的结构,所有颜色都可看成是三个基本颜色——红(R),绿(G),蓝(B)的不同组合。在实际中用的最多的是RGB系统。计算机屏幕的显示通常用的是这种系统。使用画图软件或PS软件时,特别时在保持图片时,经常被要求选择图片保存的格式,例如24位色或256色的等,这是什么意思呢?RGB颜色系统使用红绿蓝的不同组合来表示千万种色彩,其中红绿蓝有不同的比例,例如将红色从最淡到最红分成256个等级,如果每一级用一个数字来表示,则256级就需要一个8位位宽的二进制数来表示。同样,绿色,蓝色也可以这么划分。这样的话,就需要使用3个8位位宽的二进制数来表示,即RGB888,也就是24(8+8+8)位色。24位色,所能表示的颜色数量为2^24 = 1677,7216种,相近颜色的区别可以很小,已经超过了人眼睛的辨识能力,所以也叫真彩色(人眼大约能辨识100万种颜色)。256色指的是图片只使用256种颜色来表示。可以是rgb233或rgb332。

3、显示分辨率。显示分辨率也称为像素分辨率,简称为分辨率,它是指可以使显示器显示的像素个数,通常用每行像素数乘每列像素数,例如:1024×768,表示显示器可以显示768行,1024列,共可现实786432个像素;分辨率为640×480,表示显示器可以显示480行,640列,共可现实307200个像素。显然,分辨率越高,显示屏可显示的像素就越多,图像就越清晰。每个显示器都有自己的最高分辨率,并且可以兼容其它较低的显示分辨率,所以一个显示器可以用多种不同的分辨率显示。

4、PPI。 (Pixels Per Inch)即像素密度,所表示的是每英寸所拥有的像素数量。因此PPI数值越高,即代表显示屏能够以越高的密度显示图像。当然,显示的密度越高,拟真度就越高。多年前买手机的时候能听到一个词,“视网膜屏”,即分辨率超过人眼识别极限的高分辨率屏幕。视网膜(Retina)屏幕是手机公司”发明”的一个营销术语。屏幕的像素密度达到326像素/英寸(ppi),称之为“视网膜屏幕”。

5、显示器刷新原理。我们看到的显示屏的区域在刷新操作里叫做“显示区域”,但刷新操作会刷新一个比这显示区域要大的区域,整个被刷新或者扫描的区域叫做“扫描区域”。如下图所示。扫描操作将整个行分成多个段,分别为水平同步段、扫描后沿、左边框(多数已经没有)、显示区域、右边框(多数已经没有)、扫描前沿,(垂直方向划分为垂直同步、扫描后沿、顶边框(多数已经没有)、显示区域、底边框(多数已经没有)、扫描前沿),这些段的长度在不同显示格式下不等,具体数值可以通过VESA的标准来查询。扫描操作从扫描区域的最左上角开始,一直向右扫描,遇到HSYNC为高时(也就是一行扫描完毕),扫描点回到最左边,开始新一行的扫描。这样一行一行往下扫描,当遇到VSYNC为高时(也就是一场扫描完毕),扫描点回到最开始位置。显示频率为60Hz时,每秒刷新60场。%title插图%num

 

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