一种基于FPGA控制全彩大屏幕显示的设计

2 选取存储图像数据的缓冲存储器

根据上述采集图像数据的带宽要求，在这里用的是DDR-SDRAM存储器，时钟最大为200MHz，数据位宽为16位，所以，最高带宽可达到6.4GHz，利用率达到65%即可满足上述DVI接口芯片输入到FPGA芯片的带宽要求。

由于从DVI芯片输入到FPGA芯片的图像数据最大的时钟是165MHz，与输出到DDR-SDRAM存储器的时钟频率200MHz不同步，所以，在这里FPGA芯片中要用到异步FIFO进行缓冲，将从DVI解码芯片输入的图像数据缓冲到宽度为24位，深度为2048的FIFO中，其中输入时钟根据输入的图像分辨率计算得出，最大可输出的时钟为165MHz，然后再从FIFO缓冲期将数据输出到DDR-SDRAM存储器，其中输出到DDR -SDRAM的图像数据的时钟为200MHz，输出的时钟为双数据率始终，即数据有效时钟可达到400MHz，再将DDR-SDRAM存储器中的图像数据输出到FPGA芯片中，在这里输出到FPGA芯片的缓冲阶段，需要借助FIFO对输出到外部接口芯片进行缓冲。

3 图像处理

由于人眼看到的图像亮度是非线性等级的，该系统的输出到存储器的图像是线性的，所以需进行校正处理，在这里运用了gamma校正算法进行处理，Y=KXr，FPGA芯片对gamma校正的实现过程就是进行数据的映射，对从FIFO输出到外部接口的图像数据进行数据的一一映射。得到输出图像，从输出接口将校正后的图像数据输出到外部器件。

图3 FPGA控制全彩大屏幕LED系统原理图

4 应用于不同领域的两种输出接口模式

①FPGA芯片输出端连接驱动电流芯片
该接口的使用适合于输出的是多路驱动电流芯片，用FPGA芯片输出管脚时序控制多路外部驱动电流芯片，驱动电流芯片再对RGB发光二极管进行控制，最后将整个电脑想要显示的图像显示到大屏幕LED上。

②接收端为以太网线的接口
该接口适合于对一路输入DVI解码芯片接口图像的输出，该接口可以用于远距离传输图像信息，应用于大屏幕的LED的显示。
显示设备采用DVI接口优点

DVI传输的是数字信号，数字图像信息不需经过任何转换，就会直接被传送到显示设备上，减少了数字向模拟再到数字烦琐的转换过程，大大节省了时间，因此它的速度更快，能有效消除拖影现象，使用DVI进行数据传输，信号不衰减，色彩更纯净，更逼真。计算机内部传输的是二进制的数字信号，使用VGA接口连接全彩LED大屏幕显示器，就需要先把信号通过显卡中的D/A转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，这些信号通过模拟信号线传输到全彩LED大屏幕上，还需要相应的A/D转换器将模拟信号再一次转变成数字信号，才能在全彩LED大屏幕上显示出图像。在上述的D/A、A/D转换和信号传输过程中不可避免信号的损失和受到干扰，从而导致图像出现失真甚至显示错误。DVI接口无须进行这些转换，避免了信号的损失，使图像的清晰度和细节表现力都得到了大大的提高。

结束语

该设计系统实现的FPGA芯片控制全彩大屏幕的图像显示系统，不仅可以用于小尺寸分辨率（256×192）的全彩LED大屏幕控制系统的显示，还可以远距离的以太网传输图像数据，将该图像数据发送到多块接收模板，多块接收板的拼接可以用于显示分辨率（1920×1280）的高清彩色图像的大屏幕。