視頻圖像採集之——VGA接口與時序電路（1）

背景：

本系列是爲了學習了圖像處理，視頻採集系統搭建。將本身學過的幾個圖像處理的基礎算法，作過的設計記錄下來，計劃是這樣的：

①：理論介紹，

②：先搭建一個VGA時序系統，顯示方格圖，豎條紋圖之類的，算是基本入門

③：搭建一個固定圖像的VGA顯示，

④：搭建一個使用PC端上位機經過串口發送一幅圖片數據到FPGA開發板，FPGA接收數據並作處理最終發送給VGA顯示屏顯示

⑤：基於DDR3的VGA顯示驅動控制實現

⑥：OV5640介紹，及其IIC配置

⑦：OV5640的視頻圖像顯示

上述均不涉及圖像算法設計

 

 

 

 

視頻圖像採集之——VGA接口與時序電路（1）

關於VGA描述：

　　  VGA在網上介紹已經爛大街了，但仍是決定炒冷飯。VGA掃描顯示其實就是兩條線，一個是行掃描，一個是場掃描，在行有效和場有效的時候把數據發送給VGA便可顯示了。顯示標準就是行分辨率x列分辨率@60hz即一秒屏幕刷新60次，拿640x480@60HZ作例子，即行爲640個像素，場爲480個像素。

顯示器掃描方式分爲逐行掃描和隔行掃描：逐行掃描是掃描從屏幕左上角一點開始，從左像右逐點掃描，每掃描完一行,電子束回到屏幕的左邊下一行的起始位置，在這期間，CRT對電子束進行消隱，每行結束時，用行同步信號進行同步；當掃描完全部的行，造成一幀，用場同步信號進行場同步，並使掃描回到屏幕左上方，同時進行場消隱,開始下一幀。隔行掃描是指電子束掃描時每隔一行掃一線，完成一屏後在返回來掃描剩下的線，隔行掃描的顯示器閃爍的厲害，會讓使用者的眼睛疲勞。

 

 

 

關於VGA硬件：

 

 

 

 

 最主要的幾根線：

 

 關於VGA時序分析：

 http://tinyvga.com/vga-timing

 

 

HS時序深刻分析

可見時序的循環，可被劃分爲a，b，c，d4個時期。這四個時期定義以下：

　　A~B：行消隱期 即同步，至關於還原掃描座標吧

　　B~C：行消隱後肩 至關於準備開始掃描吧

　　C~D：行顯示期 掃描中，數據有效區域

　　D~E：行消隱前肩 完成掃描，至關於準備同步

 

S時序深刻分析

可見時序的循環，可被劃分爲a，b，c，d4個時期。這四個時期定義以下：

　　A~B：場消隱期 即同步，至關於還原掃描座標吧

　　B~C：場消隱後肩 至關於準備開始掃描吧

　　C~D：場顯示期 掃描中，數據有效區域

　　D~E：場消隱前肩 完成掃描，至關於準備同步

 

綜上描述，咱們只要知道每一個時期的時間，即可以表示出VGA的時序。而FPGA的工做是由固定頻率的時鐘觸發的，所以某固定時間能夠用n次觸發來表示。所以咱們很容易就想到了FPGA經常使用的計數方法：好比說行掃描，咱們計數0~H_total-1。用另外一個進程將其劃分爲4個時期，按標註分配。其實這至關於狀態機。

 如下是固定分辨率1280*1024 60fps下HS,VS的標準：

 

有圖可得：

①各個時期像素數：

// Horizontal Parameter( Pixel )
H_DISP     = 11'd1280,
H_FRONT = 11'd48,
H_SYNC    = 11'd112,
H_BACK    = 11'd248,
H_TOTAL  = 11'd1688,
// Virtical Parameter( Line )
V_DISP     = 11'd1024,
V_FRONT = 11'd1,
V_SYNC    = 11'd3,
V_BACK    = 11'd38,
V_TOTAL  = 11'd1066;

②像素時鐘頻率（即所需的VGA時鐘頻率）

（H_DISP + H_BACK + H_SYNC + H_FRONT）×（V_DISP + V_BACK + V_SYNC + V_FRONT）× REFRESH_RATE

在此爲（1280 + 248 + 112 + 48）×（1024 + 38 + 3 + 1）× 60 = 1688 × 1066 × 60 = 107.964480 MHz （工業標準爲 108.000 MHz ，固然都是能正常顯示的，推薦用工業標準。）

③一幀圖像的數據量（以RGB565 格式爲例）

H_DISP × V_DISP × （5 + 6 + 5）bit = [H_DISP × V_DISP × （5 + 6 + 5）bit ] ÷ 8 B =  [H_DISP × V_DISP × （5 + 6 + 5）bit ] ÷ 8 ÷ 1024 K

在此爲 1280 × 1024 × 16 bit = 20971520 ÷ 8 B = 2621440  ÷ 1024 K = 2560  ÷ 1024 M = 2.5 M