VGA (Video Graphic Array) :Chu n k t n i v i màn hình máy tínhẩ ế ố ớ

CHÖÔNG 9: KHOÁI XÖÛ LYÙ AÛNH YUV

1. SÔ ÑOÀ KHOÁI

Sô ñoà cuûa khoái xöû lyù aûnh YUV

Ch c năng:ứ Xöû líù döõ lieäu aûnh nhaän ñöôïc töø SDRAM BUFFER roài xuaát ra döõ lieäu aûnh cho khoái Convert YUV to RGB

2. Đặc điễm

Khoái Line Buffer : laø boä ñeäm ñeå löu laïi caùc giaù trò caùc Pixel caàn thieát Line_Buffer coù theå laø 1 FIFO ho cặ laø 1 thanh ghi dòch(shift register), nhöng trong thövieän cuûa Quartus khoâng coù FIFO vôùi chieàu daøi 640 Words, neân ta söû duïng thanh ghi dòch

Khoái xöû lyù aûnh (Image process): ta choïn 1 trong hai cheá ñoä laøm vieäc: loïc trung bình vaø taùch bieân.

Loïc trung bình: thöïc hieän pheùp töông quan cöûa soå pixel vôùi mặt nạ

Taùch bieân: töông töï nhö treân ta cuõng taùch döõ lieäu 16bit ra töøng thaønh phaàn ñeå xöû lí nh sau:ư

1)Tính |Gx | vaø |Gy|: Chaäp ma traän cöûa soå 3×3 pixels aûnh cuûa frame vôùi hai m tặ naï loïc theo phöông phaùp gradient vôùi maêt naï loïc Prewitt :

2)Tính giaù trò ngoõ ra cuûa pixel theo coâng thöùc

Khoái Extract YCrCb to Y, Cr, Cb: taùch chuoãi döõ lieäu 16 bit daïngYCrCb lieân tieáp ra 3 thaønh phaàn Y, Cr, Cb. Döïa vaøo tín hieäu iX[0] do VGA controller ñöara ñeå bieát vò trí cuûa Pixel trong haøng laø chaün hay leû(16 bit naøy laø YCb hay laø YCr)

CHÖÔNG 10: KHOÁI CONVERT YCRCB TO RGB

1. SÔ ÑOÀ KHOÁI:

S đ kh i c a kh i Convert YcrCb to RGBơ ồ ố ủ ố

2. Đ c đi mặ ể

Khối Convert chuyeån ñoåi töø daïng döõ lieäu aûnh YCrCb 8 bit sang daïng RGB 10 bit cung cấp cho khối VGA-controller. Coâng thöùc chuyeån ñoåi sang daïng RGB 8 bit:

R = 1.164 ( Y - 16 ) + 1.596 ( Cr – 128 ) ;

G = 1.164 ( Y - 16) - 0.392 ( Cb - 128 ) - 0.813 ( Cr - 128 ) ;B = 1.164 ( Y - 16 ) + 2.017 ( Cb – 128 ) ;

Sau ñoù ñeå coù daïng RGB 10 bit thì ta dòch traùi 2 bit ( nhaân 4 ) neân coù coâng thöùc môùi:R’ = 4.656 ( Y - 16 ) + 6.384 ( Cr - 128 ) ;G’ = 4.656 ( Y - 16 ) - 1.568 ( Cb - 128 ) - 3.252 ( Cr - 128 );B’ = 4.656 ( Y - 16 ) + 8.068 ( Cb - 128 ) ;

Do caùc heä soá coù daïng thaäp phaân, trong khi ñoù caùc pheùp toaùn cuûa phaàn cöùng ñöôïctoång hôïp chæ thöïc hieän treân soá nguyeân neân khi laøm troøn vaø tính toaùn thì sai soá khaù lôùn, vìvaäy ta phaûi nhaân bieåu thöùc treân vôùi moät soá nguyeân H naøo ñoù ñeå giaûm bôùt sai soá khi laømtroøn caùc heä soá, sau ñoù tính toaùn bieåu thöùc roài chia laïi cho H. Soá nguyeân H ta choïn coù daïng 2k thay vì thöïc hieän pheùp chia cho A ta chæ caàn dòch phaûi k bit. ÔÛ ñaây ta choïn k = 7 hayH = 128 thì ñoâï chính xaùc cuûa heä soá seõ ñeán chöõ soá thöù 2 sau daáu phaåy. Ta coù coâng thöùc cuoái cuøng (ñaõ làm troøn ñeå tính toaùn treân caùc soá nguyeân) :

oR = (596 Y + 817Cr – 114131) : 128 ;oG = (596 Y – 200Cb – 416Cr + 69370) : 128 ;oB = (596 Y + 1033Cb – 141781) : 128 ;

CHÖÔNG 11: KHOÁI VGA CONTROLLER

1.T ng quátổ

Ch c năng c a kh i VGA controller là nứ ủ ố haän döõ lieäu aûnh RGB töø khoái ConvertYUV to RGB ñeå xuaát döõ lieäu vaø tín hieäu ñoàng boä cho Video DAC 7123, ñoàng thôøi cuõng phaùt ra caùc tín hieäu ñieàu khieån SDRAM_BUFFER ñeå xuaát döõ lieäu töø SDRAM.

S đ kh i VGA contronllerơ ồ ố

Ch c năng t ng pin IO c a kh i VGAứ ừ ủ ố

2. Đ c đi mặ ể

-S đ kh i bên trong VGA controllerơ ồ ố

Vi c đi u khi n VGA t ng ng v i vi c t o ra xung các xung quét c t VS và ệ ề ể ươ ứ ớ ệ ạ ộhàng HS theo đúng các yêu c u v m t th i gian. Cách đ n gi n nh t là s d ng hai b ầ ề ặ ờ ơ ả ấ ử ụ ộđ m đ c ghép n i ti p. S đ kh i thi t k nh sau:ế ượ ố ế ơ ồ ố ế ế ư

Đ th c hi n vi c hi n th hình nh lên màn hình c n có b đi u khi n tín hi u ể ự ệ ệ ể ị ả ầ ộ ề ể ệt o các xung quét c t và xung quét hàng đ đ a các dòng pixel trong b đ m đã đ c ạ ộ ể ư ộ ệ ượchuy n thành các tín hi u Red, Green, Blue đ n b DAC video bên ngoài.ể ệ ế ộ

Tín hi uệ Chi uề Mô tảCLK_IN Input Tín hi u xung clock đ ng hệ ồ ồR Output Giá tr màu đị ỏG Output Giá tr màu l cị ụB Output Giá tr màu xanh lamịHS Output Tín hi u quét c tệ ộVS Output Tín hi u quét c t dòngệ ộ

Kh i DCM ố là kh i có s n trong FPGA có kh năng đi u ch nh v pha t n s ố ẵ ả ề ỉ ề ầ ốvà d ng c a xung nh p đ ng bạ ủ ị ồ ộ

Kh i t o xung quét ngang và d c:ố ạ ọ Đây là h t nhân c a VGA controller, ạ ủnhi m v c a kh i này là t o các xung HS và VS b ng hai b đ m đ c ghép n i ti p, ệ ụ ủ ố ạ ằ ộ ế ượ ố ếb đ m th nh t là b đ m cho xung quét ngang (HORIZONTAL COUNTER) v i xung ộ ế ứ ấ ộ ế ớđ u vào là xung nh p DCM_CLK = 40 Mhz l y t DCM. B đ m th hai là cho xung quét ầ ị ấ ừ ộ ế ứngang hay còn g i là b đ m hàng (VERTICAL COUNTER) đ c tăng lên 1 sau khi m i ọ ộ ế ượ ỗhàng đ c đ m xongượ ế

Kh i t o đi m nh (RGB_Generator)ố ạ ể ả : có đ u vào là các giá tr t a đ ầ ị ọ ộhcount và vcount c a đi m nh và đ u ra là m u s c t ng ng c a đi m nh đó, kh iủ ể ả ầ ầ ắ ươ ứ ủ ể ả ố này có th ch a các kh i CHARACTER_ROM l u tr d ng c a font ch trong ch đ ể ứ ố ư ữ ạ ủ ữ ế ộTEXT ho c DATA_RAM l u tr d li u (hình nh)ặ ư ữ ữ ệ ả

Hình nh sau khi mã hóa là đ u vào c a kh i hi n th VGA. T i đây, d li u ả ầ ủ ố ể ị ạ ữ ệhình nh đ c kh i VGA x lý thành các chu i tín hi u RGB t ng ng v i chu n giao ả ượ ố ử ỗ ệ ươ ứ ớ ẩti p màn hình VGA đ hi n th trên màn hình, đây là đích đ n cu i cùng c a h th ng.ế ể ể ị ế ố ủ ệ ố

3. Tín hi u màu VGAệ

3 tín hi u RED, GREEN, BLUE t ng ng đ th hi n màu s c, trên mành hình ệ ươ ứ ể ể ệ ắVGA. M i m t tín hi u đi u khi n m t súng b n đi n t đ phóng các h t electron vẽ ỗ ộ ệ ề ể ộ ắ ệ ử ể ạlên m t màu c b n t i m t đi m trên màn hình. D i c a tín hi u n m t 0V (t ng ộ ơ ả ạ ộ ể ả ủ ệ ằ ừ ươ

ng v i màu t i hoàn toàn) đ n 0,7V (sáng hoàn toàn), c ng đ c a m i thành ph n ứ ớ ố ế ườ ộ ủ ỗ ầmàu và ba thành ph n màu k t h p v i nhau t o lên màu c a đi m nh (pixel)ầ ế ợ ớ ạ ủ ể ả

V i 3 bit tín hi u này thì t i đa có 8 m u hi n th . M i tín hi u màu analog có ớ ệ ố ầ ể ị ỗ ệth là m t trong 8 m c b ng cách dùng b chuy n đ i digital to analog 3 bit (DAC 3 bit)ể ộ ứ ằ ộ ể ổ

Đ có nhi u màu hi n th h n, ta s d ng m t h th ng các đi n tr m c song ể ề ể ị ơ ử ụ ộ ệ ố ệ ở ắsong t ng t nh h th ng DAC, t c là đi n tr sau có giá tr l n g p hai l n đi n tr ươ ự ư ệ ố ứ ệ ở ị ớ ấ ầ ệ ởtr c đó. V i cách m c nh th v i m t t h p n đ u vào sẽ sinh ra 2^n m c đi n áp ướ ớ ắ ư ế ớ ộ ổ ợ ầ ứ ệt ng ng hay t ng ng có 2ươ ứ ươ ứ n m u s c khác nhau đ u ra.ầ ắ ở ầ

Giao ti p VGA trong ch đ đ n gi n nh t g m 5 tín hi u đi u khi n trên và đ c n i ế ế ộ ơ ả ấ ồ ệ ề ể ượ ốv i châm c m 15-PIN bên ph iớ ắ ả