Краткие теоретические сведения

2.1 Компонентный видеосигнал.

Все устройства для отображения цветного изображения в качестве конечных сигналов используют три сигнала, соответствующие красному, зелёному и синему цветам аддитивной цветовой модели RGB. Эти сигналы подаются непосредственно на электроды масочных кинескопов или на матрицу жидкокристаллических дисплеев. Процесс преобразования цветного изображения в видеосигнал в начальной стадии также предусматривает цветоделение, в результате которого получаются три сигнала, соответствующие основным цветам. Передача компонентного сигнала, состоящего из информации об основных цветах, не требует преобразования цветовой информации в сигналы яркости и цветности, а затем обратного декодирования, ухудшающих цветопередачу. Непосредственная передача цветовых составляющих изображения позволяет свести к минимуму потери и ограничения интерфейса, и получить максимальное качество. Такие интерфейсы не используют модуляцию сигналов и никак не ограничивают глубину цвета, которую может передать система. При этом полоса частот, занимаемая компонентными сигналами, очень широка и может значительно превышать полосу яркостного сигнала монохромного изображения, передавая большое количество цветовой информации. Большинство компьютеров используют для вывода компонентного аналогового видеосигнала интерфейс VGA, передающий отдельные компоненты цвета и синхросигнал по отдельным каналам. В видеоинтерфейсе VGA кроме трёх сигналов основных цветов передаются два сигнала синхронизации — строчная и кадровая.

Для электрического соединения источника композитного видеосигнала стандарта VGA используют 15 контактный разъем типа DB15HD. Расположение контактов разъема приведено на рисунке 2.1.

Рис. 2.1. Расположение контактов разъема DB15HD

Как уже говорилось ранее в видеоинтерфейсе VGA передача сигналов красной, зеленой и синей составляющей видеосигнала производится отдельно по разным каналам. Кроме того, строчный и кадровый синхроимпульсы передаются так же отдельными каналами. Назначение контактов разъема типа DB15HD приведено в таблице 2.1.

Табл. 2.1. Назначение контактов видеоинтерфейса VGA

№ вывода	Наименование	Описание
1	RED	Канал красной составляющей видеосигнала
2	GREEN	Канал зеленой составляющей видеосигнала
3	BLUE	Канал синей составляющей видеосигнала
4	n/c	Не используется
5	GND	Общий провод
6	RED_RTN	Общий провод канала красной составляющей
7	GREEN_RTN	Общий провод канала зеленой составляющей
8	BLUE_RTN	Общий провод канала синей составляющей
9	VDC	Не используемый дополнительный контакт +5В от видеокарты компьютера
10	GND	Общий провод
11	ID0	Идентификатор монитора
12	SDA	Линия DATA интерфейса I2S
13	HSYNC	Сигнал строчной синхронизации
14	VSYNC	Канал кадровой синхронизации
15	SCL	Линия CLOK интерфейса I2S

Как видно из таблицы 2.1 помимо видеосигналов и сигналов синхронизации в видеоинтерфейсе VGA передаются и дополнительные, служебные сигналы. Так выводы 12 и 15 используются для передачи сигнала стандарта I2S. Данная последовательная шина позволяет считать с ПЗУ монитора расширенные идентификационные данные (EDID). Эти данные считываются видеокартой и хранят в себе параметры монитора. Поддерживаемые разрешения монитора и другую информацию. Данный интерфейс не обязателен к использованию и в лабораторном практикуме не используется.

2.1.1 Синхросигналы.

Как уже говорилось ранее в композитном видеоинтерфейсе VGA по мимо видеосигналов передаются сигналы синхронизации. Сигналов синхронизации два – строчный и кадровый. Синхросигналы имеют форму импульсных сигналов. Поэтому сточный синхросигнал именуют строчным синхроимпульсом (ССИ), а кадровый синхросигнал именуют кадровым синхроимпульсом (КСИ).

Передача видеосигнала происходит построчно. Сначала последовательно с лева на право передаются цвета всех элементов растра первой строки, затем второй и так далее. Но не все элементы растра отображаются на экране. Это связано с применением ранее дисплеев на базе электронных лучевых трубок, кинескопов. Особенность этих дисплеев заключалась в том, что после завершения отображения очередной строки электронный луч не мог моментально перейти к началу следующей строки. Поэтому в VGA заложены паузы в передаче сигнала, в течение которых электронный луч мог бы успеть переместиться. На рисунке 2.2 показан полный кадр генерируемого видео сигнала разрешением 800х600.

Рис. 2.2. Полный кадр стандарта 800х600

Из рисунка 2.2 видно, что полный кадр стандарта 800х600 состоит из 1056 элементов в строке и из 628 строк.

Генерация ССИ производится в конце активной строки с задержкой в 40 элементов (1мкс). При этом длительность ССИ составляет 128 элементов (3,2мкс). Пауза на переход луча к новой строке составляет 88 элементов (2,2мкс). Таким образом длительность всей строки составляет 26,4мкс.

Генерация КСИ производится в конце активного поля с задержкой в 1 строку (0,0264мс). При этом длительность КСИ составляет 4 строки (0,1056мс). Пауза на переход луча на начало нового кадра оставляет 23 строки (0,6072мс). Таким образом длительность всего кадра составляет (16,5792мс).

2.2 Генерация синхросигналов.

Генерация ССИ для стандарта 800х600 производится с частотой 37878 Гц (частота следования элементов в строке 37878 * 1056 ≈ 40 МГц). При этом строчная синхронизация осуществляется по спаду ССИ. Так как частота тактового генератора учебного стенда 16 МГц, то для генерации ССИ требуется организовать делитель с коэффициентов деления 422 (16 МГц / 37,878 кГц ≈ 422).

Генерация КСИ для стандарта 800х600 производится с частотой 60 Гц (частота следования строк 60,317 * 628 ≈ 37,878кГц). При этом кадровая синхронизация осуществляется по спаду КСИ. Так как частота тактового генератора учебного стенда 16 МГц, то для генерации КСИ требуется организовать делитель с коэффициентов деления 266666 (16 МГц / 60 Гц ≈ 266666).

Рассмотрим пример генерации ССИ и КСИ на языке Verilog.

always@(posedge CLK)

begin

line = line + 1;

if(line>421) line=0;

if((line>335) & (line<386)) SSI=0;

else SSI=1;

frame = frame + 1;

if(frame>266665) frame=0;

if((frame >53861) & (frame <55550)) KSI=0;

else KSI=1;

end

При этом на входной порт CLK подается тактовая опорная частота 16 МГц. Переменная line является счетчиком делителем на 422 для формирования ССИ. Выходной порт ССИ представлен портом SSI. Переменная frame является счетчиком делителем на 266666 для формирования КСИ. Выходной порт КСИ представлен портом KSI.

Формирование видеосигналов производится относительно счетчиков line и frame.

Задание к работе.

Создайте алгоритм, реализующий формирование тестовой таблицы цветные полосы на экране монитора.

Содержание отчета

4.1 Цель работы.

4.2 Алгоритм модуля на языке Verilog для формирования видеосигнала «цветные полосы»

4.3 Описание работы алгоритма.

4.4 Временные диаграммы, поясняющие формирование КСИ и ССИ.

4.5 Выводы

Контрольные вопросы

5.1 Дайте определение процедурного блока always.

5.2 Формирования видеоизображения.