AlteraFPGA视频图像入门-VGA显示原理

ETRH Studio

VGA，基本的显示接口，常在液晶显示器等显示设备中常见，具有分辨率高、显示速率快、颜色丰富等优点，在彩色显示器领域得到了广泛的应用。关于VGA等图像显示相关的几个概念需要清楚。

第一，像素（pixel）。像素是指基本原色素及其灰度的基本编码。像素是分辨率的单位。对一种颜色进行编码的方法统称为“颜色空间”或“色域”。用最简单的话说，世界上任何一种颜色的“颜色空间”都可定义成一个固定的数字或变量。RGB（红、绿、蓝）只是众多颜色空间的一种。采用这种编码方法，每种颜色都可用三个变量来表示-红色绿色以及蓝色的强度。记录及显示彩色图像时，RGB是最常见的一种方案。但是，它缺乏与早期黑白显示系统的良好兼容性。

第二，分辨率。显示设备的物理分辨率是指画面显示的点数，是水平和垂直像素值。以1024*768为例，画面显示的点数=1024X768=786432 个。 LCD的最大分辨率就是它的真实分辨率，也就是最佳分辨率。一旦所设定的分辨率小于真实分辨率（比如说15寸LCD，其真实分辨率为1024×768，而WINDOWS中设定分辨率为800×600）的话，将有两种显示方式。一是居中显示，只有LCD中间的800×600个点会显示图象，其他没有用到的点不会发光，保持黑暗背景，看起来画面是居中缩小的。另一种是扩展显示，这种方式会使用到屏幕上每一个像素，但由于像素很容易发生扭曲，所以会对显示效果造成一定影响即图片显示失真。

第三，刷新率。刷新率就是每秒能完成多少次画面刷新，单位是Hz。刷新率必须超过人眼的反应速度，那就要研究人眼到底有多快的反应。当每秒刷新画面的速度低于50次时，能明显感觉到闪烁。60次的话基本没有闪烁了，75次比较舒适，85次就很好了，高于85次便感觉不到什么有变化。（这就解释了我们的显示器的刷新率是从60HZ开始的问题）
显示器扫描方式分为逐行扫描和隔行扫描：逐行扫描是扫描从屏幕左上角一点开始，从左像右逐点扫描，每扫描完一行,电子束回到屏幕的左边下一行的起始位置，在这期间，CRT对电子束进行消隐，每行结束时，用行同步信号进行同步；当扫描完所有的行，形成一帧，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕左上方，同时进行场消隐,开始下一帧。隔行扫描是指电子束扫描时每隔一行扫一线，完成一屏后在返回来扫描剩下的线，隔行扫描的显示器闪烁的厉害，会让使用者的眼睛疲劳。
完成一行扫描的时间称为水平扫描时间，其倒数称为行频率；完成一帧（整屏）扫描的时间称为垂直扫描时间，其倒数称为场频率，即刷新一屏的频率，常见的有60Hz，75Hz等等。标准的VGA显示的场频60Hz,行频31.5KHz。
行场消隐信号:是针对老式显像管的成像扫描电路而言的。电子枪所发出的电子束从屏幕的左上角开始向右扫描，一行扫完需将电子束从右边移回到左边以便扫描第二行。在移动期间就必须有一个信号加到电路上，使得电子束不能发出。不然这个回扫线会破坏屏幕图像的。这个阻止回扫线产生的信号就叫作消隐信号,场信号的消隐也是一个道理。
显示带宽:带宽指的显示器可以处理的频率范围。如果是60Hz刷新频率的VGA,其带宽达640x480x60=18.4MHz,70Hz的刷新频率1024×768分辨率的SVGA,其带宽达1024x768x70=55.1MHz。
时钟频率：以640×480@60Hz(60Hz)为例，每场对应525个行周期(525=10+2+480+33),其中480为显示行。每场有场同步信号,该脉冲宽度为2个行周期的负脉冲，每显示行包括800点时钟,其中640点为有效显示区,每一行有一个行同步信号，该脉冲宽度为96个点时钟。由此可知：行频为525*59.94=31469Hz,需要点时钟频率：525*800*59.94约25MHz。