基于FPGA的VGA图像游戏

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基于FPGA图像压缩和解码

基于FPGA的图像压缩传输与解码硬件设计部分一、硬件完成的功能定义1.使用FPGA普通端口作为GPIO使用。

2.使用FPGA开发板的50MHZ时钟分频后25MHZ作为VGA输出时钟。

3.时钟频率25MHZ完成行扫描信号计数。

4.时钟频率25MHZ完成祯扫描信号计数，并完成祯计数。

5.在行,场信号有效范围内进行VGA数据输出。

二、顶层模块划分1.顶层的输入输出定义2.顶层模块输入、输出之间的时序关系:vag输入时钟50mhz，分频产生25mhz,作为vga输出时钟，PLL倍频，200mhz作为cpu时钟，UART接收来自串口数据。

软件读取数据，处理后，输出数据。

软件设计部分一、软件功能定义1获取发送数据，二：软件设计的总体设计及结构图三：软件详细设计1:用matlab取图像的reb值，将取出的rgb值写入文件。

2：读取rbg值，将十六进制数表示的rgb值转化为以该asc||值对应的字符(减少信息传输量)，将转化后的的字符写入文件中。

3:对转化后的文件数据进行压缩，发送目标文件格式为，文件头信息，发送文件的起始信息，用来判定开始发送数据，用三个字节，信息数据为GCL,一个字节表示最后一个字节的有效位，最后一个字节有效位为0bit- 8bit之间，一个字节表示文件中rgb的种类，0-255，四字节，表示整个压缩文件的大小，其后数据格式为，字符及字符对应的出现次数，即字符频度信息，字符频度之后对应的是压缩信息。

4：具体软件的实现：1.Matlab取图片rgb值，写入rgb.txt文件中，处理得到对应字符文件，读取文件统计rgb值得种类及每种rgb值出现的次数。

2.根据统计rgb值得种类及次数，生成huffman树。

3.由生成的huffman树，递归生成huffmancode。

4.根据reb.txt文件内容和huffmancode生成压缩信。

四、软件功能测试1:手工构造最简单的huffman树，huffmancode,compress code。

基于FPGA的VGA图像显示

基于FPGA的VGA图像显示1、VGA显示原理VGA标准是一种计算机显示标准，最初是由IBM公司在1987 年提出的，分辨率是640*480。

VGA 接口也叫做D_Sub 接口，是显卡上输出模拟信号的接口。

目前大多数计算机与外部显示设备之间都是通过模拟VGA接口连接，计算机内部以数字方式生成的显示图像信息，被显卡中的D/A 转换器转变为R、G、B三原色信号和行、场同步信号，信号通过电缆传输到显示设备中。

常见的彩色显示器一般由阴极射线管(CRT) 构成，彩色由GRB(Green Red Blue) 基色组成。

显示采用逐行扫描的方式解决,阴极射线枪发出电子束打在涂有荧光粉的荧光屏上,产生GRB 基色，合成一个彩色像素。

扫描从屏幕的左上方开始,从左到右，从上到下，逐行扫描，每扫完一行，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，用行同步信号进行行同步；扫描完所有行，用场同步信号进行场同步，并使扫描回到屏幕的左上方，同时进行场消隐，并预备进行下一次的扫描。

要实现VGA显示就要解决数据来源、数据存储、时序实现等问题，其中关键还是如何实现VGA时序。

VGA的标准参考显示时序如图1所示。

行时序和帧时序都需要产生同步脉冲(Sync a)、显示后沿(Back porch b)、显示时序段(Display interval c)和显示前沿(Front porch d)四个部分。

2、方案设计由VGA的显示原理可知，该任务的关键是VGA时序控制部分和汉字图形显示部分：（1）VGA时序控制部分，采用FPGA本地50MHz时钟，根据所需时序要求，经Verilog语言编写的计数模块分频而得到，该部分十分重要，如果产生的时序有偏差，那么就会使汉字图形无法显示或显示结果混乱；（2）汉字图形显示部分，有2种方法可以实现：第1 种是在对像素进行行计数、场计数的时候，就把字库信息直接赋值给颜色信号R、G、B，这种方法虽然简单，但是控制很不灵活，需要对汉字的显示像素一一判定对应的位置，容易出现错误，不易修改，所以本次采用的是第2 种方法，第2 种方法是使用FPGA内部的一种资源来存储汉字的字库信息，然后由程序将其提取出来作为显示信号发送到VGA 接口，以实现汉字图形的显示，这样就克服了第一种方法易出错又不易修改的缺点。

VGA显示控制

基于FPGA 的VGA显示控制摘要VGA（Video Graphics Array）即视频图形阵列，是IBM公司1987年推出的一种传输标准，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应用。

本次课程设计是基于FPGA和主芯片为 EP4CE30F23C8N的ALTER公司的开发板Cyclone IV来实现的。

数字图像信息在VGA接口显示器正确、完整地显示,涉及到时序的构建和数字图像信息的模拟化两方面,提出一种能够广泛应用的VGA显示接口方案,详细阐述了数字图像数据DA转化并输出到VGA接口显示器显示的方法,其中包括接口的硬件设计、视频DA转换器的使用方法、通过FPGA构造VGA时序信号的方法等等。

方案可以应用于各种仪器,数字视频系统、高分辨率的彩色图片图像处理、视频信号再现等。

课设主要用到的芯片是ADV7123，它是一款高速、高精度数模转换芯片。

拥有三路十位D/A转换器，能够将代表颜色的数据锁存到数据寄存器中，然后通过D/A 转换器转换成模拟信号输出，得到我们要的色彩。

VGA显示的硬件设计和原理1.1 FPGA主芯片课程设计所用开发板的主芯片是EP4CE30F23C8N——Cyclone IV，其由Altera公司开发，值得注意的是该开发板所支持的QUARTUS II的版本较高，并且11.0的版本较12.0的版本编译好的程序更好下载。

图-11.2 ADV7123实现VGA的控制显示主要用到的芯片就是ADV7123，ADV7123由完全独立的三个I0位高速D/A转换器组成,RGB（红绿蓝）视频数据分别从R9~R0、G9~G0、B9~B0输入，在时钟CLOCK的上升沿锁存到数据寄存器中，然后经告诉D/A转换器转换成模拟信号。

三个独立的视频D/A转换器都是电流型输出，可以接成差分输出，也可以接成单端输出。

DE2-115上按单端输出，在模拟输出端用75欧姆电阻接地，以满足工业标准。

基于FPGA的VGA图形控制器设计

ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｔｈｅｈｏｒｉｚｏｎｔａｌｓｔｒｉｐｅ，ｖｅｒｔｉｃａｌｓｔｒｉｐｅ，ｌａｔｔｉｃｅｂｏａｒｄａｎｄＳＯｏｎｗｉｔｈ８ｂｉｔｃｏｌｏｒｇｒａｐｈｉｃｄｉｓｐｌａｙ．
逻辑描述语言．在Ｘｉｌｉｎｘ的开发板Ｎｅｘｙｓ２上完成了设计的功能。通过按动开发板上的按键可切换显示屏显示的图形，可实现横条纹、竖条纹、方格棋盘等８ｈｉｔ彩色图形的显示。
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＶＧＡ；ＦＰＧＡ；ｇｒａｐｈｉｃｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ；８ｂｉｔｃｏｌｏｒｇｒａｐｈ
随着电子技术的进步和数字图像处理应用领域的
过软件进行的，通用性和灵活性极强。在产品升级时，不
关键词：ＶＧＡ；ＦＰＧＡ；图形控制器；８ｂｉｔ彩色图形
中图分类号：ＴＰ３３４．７文献标识码：Ａ文章编号：１６７４ — ７７２０（２０１３）１５ — ００２２ — ０３
ＤｅｓｉｇｎｏｆＶＧＡｇｒａｐｈｉｃｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｂａｓｅｄｏｎＦＰＧＡ
需要额外改变原有的硬件电路，只需修改程序，大大宿短了系统设计周期。Ｎｅｘｙｓ２作为一款比较经典的ＦＰＧＡ

建立一个基于FPGA的动态图片显示基础框架

建立一个基于FPGA的动态图片显示基础框架系统框图前面我们设计了基于（FPGA）的静态图片显示，并对一幅彩色图片提取了灰度，学习了RGB转Gray（算法）。

这是基于一幅静态图片的，那么后面我们要（模拟）一下一幅动态图片的显示，最终对动态数据进行滤波、边缘（检测）等算法，下来我们首先来建立一个基于FPGA的动态图片显示基础框架，本实验内容为：由PC端（上位机）软件通过串口发送一幅图像数据至FPGA，FPGA内部将图像数据存储，最后扫描到VGA屏幕上显示。

从系统框图上我们可以看到，可以划分为三个部分进行设计，一个是串口接收部分，然后是（RAM）数据存储部分，最后是VGA驱动显示部分。

这里串口接收部分只需要用到串口接收代码，代码很多书上都有，我这里就不贴出来了，数据存储部分需要使用的是双口RAM IP Core，一端将数据写入RAM中，一端将数据读出来用VGA显示，下面是基于Viv（ad）o的双口RAM IP Core调用方法。

打开IP Catalog，选择block mem（or）y Genera（te）r这里按如图所示选择，我这里将写使能（信号）去掉，wea也可以代表写使能设置写数据位宽和深度，使能选择always enable设置读数据参数这里因为我们是往RAM里面写数据，所以这里不需要添加初始化RAM文件点击OK最后generate综合完成。

双口RAM IP调用完成以后，接下来是在用顶层文件把串口接收模块和存储模块和VGA驱动模块连接起来。

这里需要注意的是，双口RAM的读地址和写地址都是需要在其他模块进行计数的，我这里把写使能信号设置为标串口接收完成标志即rx_done，读使能设置为always enable。

对于VGA显示图片部分可以参考这个图像处理系列文章第一篇基于FPGA的静态图片显示。

按照系统流图，还需要添加串口接收和发送模块，这里我们可以把以前做过的串口代码直接拿过来用，代码都是可以移植的只需要稍微修改（端口）顶层例化即可。

基于FPGA的VGA图像控制器设计与实现

二、设计方案
ＶＡ图像控制器是一个较大的数字系统。采用模块化设计原Ｇ则和自顶向下的设计思想，进行功能分离并按层次设计。将ＶＤＨＬ硬件描述语言设计与原理图设计相结合，逐一对每个功能模块进行仿真，使顶层ＶＡ图像控制器的模块实体仿真综合得以顺利通Ｇ过。ＶＡ控制器主要由以下模块组成：消隐模块，显示模块，分Ｇ频模块，网格生成模块，汉字显示模块，图像控制模块，动画生成模块，ＬＭＲＭ用模块，ＥＰＯＰ— Ｏ调ＥＲＭ调用模块等。三、模块设计（）消隐模块一消隐模块是整个显示控制器的关键部分，显示模块、汉字模块、彩条模块、网格模块、动画控制模块、ＬＭＲＭ调用模块等Ｐ－Ｏ都由消隐模块控制，并且行同步信号（ｓ和场同步信号（ｓ都由Ｈ）ｖ）
ＨｕＹｉａｎａｎＱａ
（ｈｎｄｓｔｔｆｉｕｎＮｒｌｎｅｓｙＣｈｎｄ６５，ｈｎ）ＣｅｇｕＩｔｕｅｏＳｃａｏｍａＵｉｒｉ，ｅｇｕ１４Ｃｉａｎｉｈｖｔ１７
ＡｂｔａｔＤＡｃｎｌｇｓｒｃ：Ｅｔｈｏｏｙｎ１ｉｔｅｃｒｆｍｏｅｅｅｔｏｉｅｉｎｔｃｎｌｇ，ｌｓｏｏｒｕｏｕｅｌｔｒｉｅｓｈｏｅｏｄｍｌｃｎｃｄｓｅｈｏｏｙｉｒｉｎｐｗｅｆ１ｃｍｐｔｒｐａｆｍｒｇｔｅｅｏｎ
计算机光盘软件与应用

毕业设计-基于FPGA的VGA显示

VGA显示器控制电路论文前言VGA(视频图形阵列)作为一种标准的显示接口得到广泛的应用。

利用FPGA 芯片和EDA设计方法，可以因地制宜，根据用户的特定需要，设计出针对性强的VGA显示控制器，不仅能够大大的降低成本，还可以满足生产实践中不断变化的用户需要，产品升级换代方便迅速。

在本设计中采用Altera公司的EDA软件工具Quartus II,并以Cyclone II 系列的FPGA的器件作为主实现硬件平台的设计。

一、FPGA的原理FPGA 是Filed Progranmmable Gate Array的缩写，即现场可编程逻辑阵列。

FPGA是在CPLD的基础上发展起来的新型高性能可编程逻辑器件它一般采用SRAM工艺，也有一些专用器件采用Flash工艺或反熔丝（Anti_Fuse）工艺等。

FPGA的集成度很高，其器件密度从数万系统门到数千万系统门不等，可以完成极其复杂的时序与组合逻辑电路功能，适用于高速、高密度的高端数字逻辑电路设计领域。

FPGA的基本组成部分有可编程输入/输出单元，基本可编程逻辑单元、嵌入式块RAM、丰富的布线资源、底层嵌入功能单元、内嵌专用硬核等。

FPGA 的主要器件供应商有Xilinx、 Altera、 Lattice、 Actel和 Atmel 等。

二、 VGA转换接口的简单描述本设计另外自制VGA接口电路。

VGA时序控制模块是整个显示控制器的关键部分，最终的输出信号行、场同步信号必须严格按照VGA时序标准产生相应的脉冲信号。

对于普通的VGA显示器，其引出线的共含5个信号：G,R,B（三基色信号），HS（行同步信号），VS（场同步信号）。

在五个信号时序驱动时，VGA显示器要严格遵循“VGA工业标准”，即640Hz×480 Hz×60Hz模式。

下图（1）为VGA显示控制器控制CRT显示器VGA（Video Graphic Array）接口，即视频图形阵列，也叫做D-Sub接口，是15针的梯形插头，分3排，每排5个，传输模拟信号。

基于FPGA的VGA控制器设计与实现

蓝三基色，于显示屏上合成一个彩色像素点。图２表示
网２ＧＶＡ显示模块与ＣＴ显示器的控制榧图Ｒ
的是ＶＡ显示模块与ＣＴＧＲ显示器的控制框图口。
收稿日期：２０ —６００８０— ５
作者简介：杨杰（９２）女，１５一，黑龙江齐齐哈尔人，副编审，本科，主要从事编辑学方而的研究。
将要显示内容转换成对应字模送人ＦＧＰＡ，即可实现相应内容的显示关键词：ＦＧＰＡ；ＶＡ；显示控制Ｇ中图分类号：Ｔ２３Ｐ７文献标识码：Ａ文章编号：１０ — ８Ｘ２０）６０５－３０７９４（０８０－０００
随着数字图像处理的应用领域的不断扩大，其实时处理技术成为研究的热点。Ｄ电子设计自动化）ＥＡ（技术的迅猛发展为数字图像实时处理技术提供了硬件基础。其中ＦＧＰＡ的特点适用于进行一些基于像素级的图像处 ” Ｃ。ＬＤ和ＣＴ显示器作为一种通用型显示设备，如今已经广泛应用于工作和生活中。与嵌入Ｒ式系统中常用的显示器件相比，它具有显示面积大、色彩丰富、承载信息量大、口简单等优点，如果将接其应用到嵌人式系统中，可以显著提升产品的视觉效果。为此，尝试将ＶＡ显示的控制转化到ＦＧＧＰＡ来完
表１ＶＡ与ＦＧ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ＧＰＡ引脚连接表
３系统软件设计
采用ＰｔＣ２０软件进行字模转换，得到字符／ＣｏＤ０２Ｌ图像像素数据。利用ＸｌｘＩ．、Ｍｄｌｍ开发ｉｎＥ９ｉｏｅｉｉＳ１Ｓ
平台设计程序，根据ＶＡ显示原理，产生时序驱动信号Ｈ、Ｖ，同时在正确的时序控制下，ＧＳＳ扫描输出ＲＭ中的像素数据至显示器的ＶＡ接口，进行图像显示。程序流程见图３ＯＧ。

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VGA接口即电脑口共有15针，分成3排，每排 5个孔，卡上应用最为广泛的接口类型，绝大多数显卡都带有此种接口。它传输红、绿、蓝模拟信号以及同步信号(水平和垂直信号)。
管脚 1
定义红基色 red
管脚 9
2
3 4 5 6 7 8
绿基色 green
蓝基色 blue 地址码 ID Bit 自测试 ( 各家定义不同) 红地绿地蓝地
10
11 12 13 14 15
定义保留 ( 各家定义不同) 数字地地址码地址码行同步场同步地址码 ( 各家定义不同 )
* 步骤一：将图像修剪为所需尺寸 * 步骤二：将像素值分三个颜色表 * 步骤三：将数据存入ROM存储器 * 步骤四：创建宏功能模块LPM_ROM