單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的設計實現(xiàn)原理

5 FPGA程序設計

　　5.1 模塊劃分

　　整個FPGA程序的模塊框圖如圖3所示。主要包括：D／Ata Capture模塊，負責將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中；Switch模塊，負責控制RAM的切換；D／AtaOutput模塊，負責從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，負責生成輸出的控制時序，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，作位擴展，這樣可以存放下完整的1幀數(shù)據(jù)。具體說就是每個地址存儲的大小是3個字節(jié)，可以用來存放3個像素的數(shù)據(jù)(同種顏色)。地址0x0放置3個像素的紅，而地址0x1存放3個像素綠，地址0x2存放3個像素藍，而這3個地址的3個像素在屏幕上是第一行的第1，2，3個像素，接下來地址0x3又存放了3個紅色像素，如此循環(huán)，直到地址0xBFFFF存放最后3個像素的藍色數(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模塊負責將輸入的數(shù)據(jù)按一定的格式順序存放到SRAM中。每個時鐘從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，而實際輸出的時候是按照1幀紅1幀綠1幀藍的順序輸出的。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)換是通過一個狀態(tài)機實現(xiàn)，其中有6個24 b的寄存器r1～r6用來緩沖6個像素的RGB值。用6個狀態(tài)完成類似矩陣轉(zhuǎn)換的任務，每個狀態(tài)會輸出1個24 b的轉(zhuǎn)換好的數(shù)據(jù)，并生成地址，即每個狀態(tài)都會將1個24 b的數(shù)據(jù)存入到SRAM中，而這24 b就是3個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。每個時鐘周期從SRAM中讀取到的是3個像素的數(shù)據(jù)，而每個時鐘發(fā)送到每個AD8381的是一個像素數(shù)據(jù)，因此是不同步的，需要使用雙時鐘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FIFO放人4個像素。每個時鐘放2個像素。該處理任務由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，因此下一個地址的值是加3而不是加1。

6 實驗結(jié)果

　　經(jīng)過對比實驗證實，在子場場頻比較低的時候，單片彩色LCoS顯示系統(tǒng)的閃爍程度會比較高。由于條件所限，研究中選用的LCoS芯片所支持的最高場頻為120 Hz，該芯片是為三片式LCoS系統(tǒng)設計的，因此用在單片彩色系統(tǒng)中具有一定的局限性。實驗中FPGA程序可以實現(xiàn)90 Hz，120 Hz和180 Hz三種子場頻率。在相同的背光源條件下，90 Hz場頻時的色彩相對于其他兩種要好些；180 Hz時系統(tǒng)也完全能夠正常運作，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子場時的閃爍還是比較明顯的，色彩和90 Hz子場時基本差不多。

　　因此，要實現(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)設計的LCoS芯片，其支持的場頻可達360 Hz，如果選用這樣的芯片，就可以實現(xiàn)無閃爍顯示。

　　就本系統(tǒng)來說，已經(jīng)獲得了不錯的顯示效果，色彩、對比度都達到了比較好的狀態(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頻的LCoS芯片。另外，由于該LCoS的響應時間比較長，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。而對于這種最高支持360 Hz場頻的LCoS芯片，對硬件速度和D／A的速度都提出了較高的要求：如果源圖像的場頻為60Hz，而每個子場的頻率為360 Hz，則應該有2幀圖像相同，同時每個子場的時間縮短為原來的一半(與180 Hz子場頻率比)，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)動時序要求為設計標準，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，方便以后的升級以及維護。并對FPGA程序的算法做了詳細的介紹。最后對系統(tǒng)存在的問題做了討論，并提出一些解決方法，以及對未來系統(tǒng)的展望。