單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)原理

5 FPGA程序設(shè)計(jì)

　　5.1 模塊劃分

　　整個(gè)FPGA程序的模塊框圖如圖3所示。主要包括：D／Ata Capture模塊，負(fù)責(zé)將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中；Switch模塊，負(fù)責(zé)控制RAM的切換；D／AtaOutput模塊，負(fù)責(zé)從SRAM中讀取數(shù)據(jù)按照一定的格式發(fā)送出去；Output timing Generator模塊，負(fù)責(zé)生成輸出的控制時(shí)序，并且控制D／Ata Output模塊的輸出和Switch模塊的切換，而該模塊的工作是受到D／Ata Cap-ture模塊控制的。

　　5.2 存儲(chǔ)安排

　　為了獲得較大的數(shù)據(jù)位寬，并且考慮到FPGA管腳數(shù)量，用于緩存圖像的SRAM選用的是3片1 M×8 b容量的，作位擴(kuò)展，這樣可以存放下完整的1幀數(shù)據(jù)。具體說就是每個(gè)地址存儲(chǔ)的大小是3個(gè)字節(jié)，可以用來存放3個(gè)像素的數(shù)據(jù)(同種顏色)。地址0x0放置3個(gè)像素的紅，而地址0x1存放3個(gè)像素綠，地址0x2存放3個(gè)像素藍(lán)，而這3個(gè)地址的3個(gè)像素在屏幕上是第一行的第1，2，3個(gè)像素，接下來地址0x3又存放了3個(gè)紅色像素，如此循環(huán)，直到地址0xBFFFF存放最后3個(gè)像素的藍(lán)色數(shù)據(jù)。如圖4所示。

　　5.3 算法流程

　　(1)D／Ata Capture模塊的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存算法

　　D／AtaCapture模塊負(fù)責(zé)將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中。每個(gè)時(shí)鐘從AD9887A板過來的數(shù)據(jù)是24位的RGB數(shù)據(jù)，8位紅，8位綠，8位藍(lán)，而實(shí)際輸出的時(shí)候是按照1幀紅1幀綠1幀藍(lán)的順序輸出的。因此如果能將讀入的24位RGB數(shù)據(jù)按照一定的格式存放，就可以方便的讀取數(shù)據(jù)，格式如圖5所示。

　　具體的轉(zhuǎn)換是通過一個(gè)狀態(tài)機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中有6個(gè)24 b的寄存器r1～r6用來緩沖6個(gè)像素的RGB值。用6個(gè)狀態(tài)完成類似矩陣轉(zhuǎn)換的任務(wù)，每個(gè)狀態(tài)會(huì)輸出1個(gè)24 b的轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，并生成地址，即每個(gè)狀態(tài)都會(huì)將1個(gè)24 b的數(shù)據(jù)存入到SRAM中，而這24 b就是3個(gè)像素的同一種顏色的值。

　　(2)D／Ata Output模塊數(shù)據(jù)輸出算法

　　D／Ata Output模塊是數(shù)據(jù)輸出模塊。每個(gè)時(shí)鐘周期從SRAM中讀取到的是3個(gè)像素的數(shù)據(jù)，而每個(gè)時(shí)鐘發(fā)送到每個(gè)AD8381的是一個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)，因此是不同步的，需要使用雙時(shí)鐘FIFO作流量控制才能使數(shù)據(jù)正確傳輸，具體的讀取操作：如圖5所示。像素0～3放入FIFO1，像素4～7放入FIFO2，這樣依次下去，每個(gè)FIFO放人4個(gè)像素。每個(gè)時(shí)鐘放2個(gè)像素。該處理任務(wù)由Convert Log-ic子模塊完成。還要注意的是由于每種顏色的數(shù)據(jù)不是連續(xù)存放的，因此下一個(gè)地址的值是加3而不是加1。

6 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

　　經(jīng)過對(duì)比實(shí)驗(yàn)證實(shí)，在子場(chǎng)場(chǎng)頻比較低的時(shí)候，單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的閃爍程度會(huì)比較高。由于條件所限，研究中選用的LCoS芯片所支持的最高場(chǎng)頻為120 Hz，該芯片是為三片式LCoS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的，因此用在單片彩色系統(tǒng)中具有一定的局限性。實(shí)驗(yàn)中FPGA程序可以實(shí)現(xiàn)90 Hz，120 Hz和180 Hz三種子場(chǎng)頻率。在相同的背光源條件下，90 Hz場(chǎng)頻時(shí)的色彩相對(duì)于其他兩種要好些；180 Hz時(shí)系統(tǒng)也完全能夠正常運(yùn)作，只是色彩稍差，這與LCoS芯片本身有關(guān)，不過其閃爍程度已經(jīng)可以忽略；120 Hz子場(chǎng)時(shí)的閃爍還是比較明顯的，色彩和90 Hz子場(chǎng)時(shí)基本差不多。

　　因此，要實(shí)現(xiàn)單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的無閃爍，必須使用較高的子場(chǎng)頻(不低于180 Hz)，有關(guān)資料顯示，目前已經(jīng)出現(xiàn)了為單片彩色LCoS系統(tǒng)設(shè)計(jì)的LCoS芯片，其支持的場(chǎng)頻可達(dá)360 Hz，如果選用這樣的芯片，就可以實(shí)現(xiàn)無閃爍顯示。

　　就本系統(tǒng)來說，已經(jīng)獲得了不錯(cuò)的顯示效果，色彩、對(duì)比度都達(dá)到了比較好的狀態(tài)，而且閃爍程度也非常低。如果要獲得更好的顯示效果，就要選擇支持更高場(chǎng)頻的LCoS芯片。另外，由于該LCoS的響應(yīng)時(shí)間比較長(zhǎng)，在屏幕的上沿和下沿還有微弱的色彩混疊現(xiàn)象，這也可以通過選用支持高場(chǎng)頻的LCoS芯片來解決。

7 結(jié) 語

　　盡管本系統(tǒng)已經(jīng)取得了不錯(cuò)的顯示效果，但是還不是很完美，還必須采用新型的LCoS芯片。而對(duì)于這種最高支持360 Hz場(chǎng)頻的LCoS芯片，對(duì)硬件速度和D／A的速度都提出了較高的要求：如果源圖像的場(chǎng)頻為60Hz，而每個(gè)子場(chǎng)的頻率為360 Hz，則應(yīng)該有2幀圖像相同，同時(shí)每個(gè)子場(chǎng)的時(shí)間縮短為原來的一半(與180 Hz子場(chǎng)頻率比)，需要數(shù)據(jù)發(fā)送數(shù)率和D／A速度至少要快一倍。但是這樣的好處就是使本系統(tǒng)所存在的閃爍和色彩交疊顯現(xiàn)的到徹底解決，使單片彩色LCoS系統(tǒng)的顯示質(zhì)量趨于完美。

　　本文主要介紹視頻顯示系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)，以LCOS顯示芯片的驅(qū)動(dòng)時(shí)序要求為設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，提出一種基于FPGA的解決方案，使得系統(tǒng)具有靈活性和可修改性，方便以后的升級(jí)以及維護(hù)。并對(duì)FPGA程序的算法做了詳細(xì)的介紹。最后對(duì)系統(tǒng)存在的問題做了討論，并提出一些解決方法，以及對(duì)未來系統(tǒng)的展望。