基于FPGA的多显示模式控制及色空间转换

摘要

随着科技的发展和社会的进步，图像显示有越来越广泛的应用，根据不同环境的特定要求，显示分辨率等也有特定的限制。在工业、农业、医疗以及军事等许多领域，显示系统都有较多的应用，但是它们的显示要求却不尽相同。同时，提升图像信息传输的速度也是人们面临的一个问题。针对这一情况，基于FPGA的多显示模式控制系统在一定程度上解决了这一难题。现场可编程门阵列在当今电子设计领域应用极其广泛，成产周期短，功耗低，可用专门的编程软件编程、下载，与固化了特定功能的专用集成芯片相比，FPGA的灵活性和通用性更强，有更好的发展前景。
　　 目前，国内基于FPGA在显示及数据传输方面设计研究已经陆续开展起来，但是，与国外相比，在软硬件平台搭建实现，以及运算处理方法上都有一定的差距。面对这一情况，本文搭建了一个多显示模式控制系统，能够根据需求改变显示器显示模式。针对图像不同数据表示形式的传输特点，本文还设计了一个色空间转换系统，完成YCbCr到RGB色空间的转换。
　　 本文详细介绍了VGA显示原理及色空间转换原理，在此基础上进行了模块的划分与实现。本系统用到的主要芯片有CycloneⅡ系列的FPGA芯片EP2C70和ADI公司的高速数模转换芯片ADV7123，用Verilog硬件描述语言在逻辑设计平台QuartusⅡ9.1上实现。主要完成了：频率生成模块、模式选择模块、显示控制模块、色空间转换模块等，并下载到FPGA开发板上进行验证，通过仿真及显示器效果显示，达到了系统设计的目的。
　　 本文深入分析了不同显示模式的频率要求，每种显示模式所需的时钟频率都不同，因此使用IP核技术来实现时钟频率的综合。在色空间转换过程中，YCbCr到RGB色空间的转换系数为浮点数，为了满足数字电路的运算规律，先对浮点进行转换运算，再进行色空间转换。

目录

文摘

英文文摘

第一章 绪论

第一节 基于FPGA的VGA多分辨率显示及色空间转换系统的开发

第二节 FPGA的发展现状和趋势

1.2.1 FPGA的发展现状

1.2.2 FPGA的特点

1.2.3 FPGA的发展趋势

1.2.4 FPGA的典型应用领域

第三节 本文的研究目的与内容

1.3.1 研究目的

1.3.2 研究内容

第四节 本章小结

第二章 基于FPGA的多显示模式控制及色空间转换系统概述

第一节 FPGA的设计流程

第二节 FPGA的设计的基本原则

2.2.1 基本问题

2.2.2 FPGA设计的基本原则

2.2.2 设计优化

2.2.3 在大规模FPGA设计中应用IP核复用技术

第三节 FPGA的芯片选型及软硬件开发平台

2.3.1 芯片选型

2.3.2 软件平台

2.3.3 Verilog硬件描述语言

第四节 VGA显示原理

2.4.1 CRT显示器种类

2.4.2 光栅扫描

2.4.3 分辨率和扫描频率

第五节 本章小结

第三章 多显示模式系统设计

第一节 系统实现原理

3.1.1 VGA结构

3.1.2 VGA时序

3.1.3 VGA工业标准

第二节 多显示模式系统

3.2.1 PLL多频率产生模块

3.2.2 模式选择模块

3.2.3 VGA显示控制模块

3.2.4 像素点RGB数据输出

3.2.5 系统实现

第三节 本章小结

第四章 基于FPGA的色空间转换

第一节 色空间

4.1.1 RGB色空间

4.1.2 YCbCr色空间

4.1.3 YCbCr到RGB的转换

第二节 色度空间转换的浮点数运算

第三节 色度空间转换的结构

4.3.1 锁相环频率输出模块

4.3.2 LED显示监测模块

4.3.3 YCbCr到RGB空间转换模块

4.3.4 显示控制模块

第四节 本章小结

第五章 基于FPGA多显示模式控制及色空间转换系统的验证

第一节 多显示模式控制的模块仿真

5.1.1 PLL时钟模块生成模块仿真

5.1.2 模式选掸模块

第二节 YCbCr到RGB色空间转换的模块仿真

第三节 下载验证

第四节 本章小结

第六章 总结

参考文献

致谢

个人简历