基于fpga的vga图像显示系统的设计

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1、基于FPGA的VGA图像显示系统的设计杜宗展1，王振河2，冯迎春2（1.山东大学电气工程学院，山东济南250061；2.山东电力集团公司检修公司，山东济南250061）摘要：VGA（视频图形阵列）是一种标准的显示接口，被广泛应用。根据VGA，FPGA（现场可编程门阵列）的作用原理，设计的基于FPGA的VGA接口可以直接将数据送至显示器，同时增添了关于输出图像灰度等级的设计。与传统设计相比，该设计没有计算机的处理过程，可节省硬件成本，加快数据处理速度，被广泛应用到视频显示领域。.jyqkail protected]Hz（

2、60Hz）为例，每场对应着525个行周期（信号是N制式，525=10+2+480+33），其中480是图像显示行。每一场都有场同步信号，脉冲的宽度是2个行周期的脉冲，每显示行有860点时钟，其中700点是有效显示区，每一行有行同步信号，该脉冲宽度为96个脉冲。由此可以算出：行频为525×59.94=31469Hz；需要的时钟频率为：525×860×59.94≈27MHz。VGA的行时序、场时序分别包括4个参数：显示前沿、同步脉冲、显示后沿和显示有效时序段，参数值见表1。2VGA驱动程序的FPGA实现FPGA（Field?Prog

3、rammableGateArray）现场可编程门阵列，是整个系统的核心。FPGA拥有广泛的硬件资源，功能强大，可重配置能力强，保密性好，系统硬件规模小、投资少等特点，是嵌入式设计的主流平台之一[18?19]，利用FPGA编程器件实现VGA显示，实际应用广泛。系统组成框架图如图3所示。（1）系统通过CCD红外摄像头采集红外图像LVDS数据传输给FPGA芯片，FPGA内部实现的功能包括：图像采集模块、亮度值转换为灰度值模块、SRAM控制模块、VGA控制模块。（2）图像采集模块获取红外图像LVDS数据，根据红外图像的时钟信号及同步信号

4、划分出一块存储地址及一帧图像的大小。（3）亮度值转换为灰度值模块是对红外图像亮度值映射到灰度值的转换，也就说获得红外图像亮度范围为0~65535映射到灰度范围0~255上。（4）SRAM控制模块是对外围SRAM芯片的读/写操作，也就是说通过SRAM控制模块可以把转换好的红外图像数据存储到SRAM芯片，新数据来到更新SRAM芯片中数据，读信号来到读取SRAM芯片中数据，是一种乒乓读写操作的实现。（5）VGA控制模块实现了使用27MHz时钟输出700×[email protected]HzVGA信号，同时控制ADV7125

5、芯片输出到VGA显示屏幕上。VGA驱动程序需要完成的任务是：行同步信号和列同步信号根据VGA时序产生，在有效像素期间内将显示颜色的数据传输到RGB；显示模式和刷新频率不同时，同步信号的前、后、同步信号、有效像素数也不同，需要通过像素时钟率来进行设置；例如表1中数据，以700×480，60Hz为例，像素时钟为27MHz，像素时钟=（16+96+48+700）×（10+2+33+480）×60=27MHz。以下是本设计中VGA实现显示的Verilog代码：VGA时序控制模块控制产生700×480的显示范围，另外，消隐范围、水平同步时

6、序信号HS以及垂直同步时序信号VS的值也受VGA时序控制模块控制[20]。通常情况下，时序计数器是通过像素时钟来控制水平同步时序信号HS，译码计数器的值产生HS信号。当前像素显示的位置由计数器在指定的某一行处产生。一个独立的计数器产生垂直时序信号VS，垂直同步计数器在每个HS脉冲信号来临时自动加1，译码值产生VS信号，计数器产生当前显示行。这2个计数器从地址到显示缓冲器连续计数。3灰度图像的实现这里把能真实地反映自然物本来颜色的图像称之为真彩色图像，真彩色图像占用的存储空间大、耗时多[21]。只含有亮度信息，而无色彩信息的图像称

7、为灰度图，例如平时生活中见到的黑白照片：照片的亮度有明暗的变化，但是没有彩色。在显示器上要想显示灰度图，需要把亮度的值进行量化。亮度值通常包括从0~255的范围，一共256个级别，其中0是代表最暗即全黑，255代表最亮即全白。在.bmp格式的文件中是没有灰度图这一概念的，但是可以通过在.bmp文件中表示出灰度图。通过利用每一项的RGB值都是相同的256色的调色板来实现，也就是说RGB值从（0，0，0），（1，1，1）一直到（255，255，255）这样的方式。其中（0，0，0）是全黑色，（255，255，255）是全白色，中间的

8、代表灰色。这样，灰度图就可以用256色图来表示，同理灰度级别也可以用256级别来表示。本文中VGA显示系统中灰度图的研究和添加，使得显示器不仅能显示彩色，同时可以有不同灰度等级的图像输出。4结语本文在基于FPGA的VGA图像显示系统的研究中，通过基于FPGA进行