VGA視頻信詳解maik

1、VGA 視頻信號詳解最近做了一些關(guān)于視頻的工作， 稍微研究了一下 V4L2 和硬件上的視頻知識， 其中包括了 VGA component、PAL等信號。在這里總結(jié)一下關(guān)于 VGA言號波形方面的知識。在學(xué)習(xí)VGA勺視頻輸出的時候，很容易就可以從網(wǎng)上找到相關(guān)的引腳定義：1 紅色視頻信號 (Red, 75 ohm, 0.7 V p-p)2?綠色視頻信號 (Green, 75 ohm, 0.7 V p-p)3?藍(lán)色視頻信號 (Blue, 75 ohm, 0.7 V p-p)4 顯示器標(biāo)識信號 #2(Monitor ID Bit 2)5 地線 (Gnd)6 紅色視頻信號地線 (Red Gnd)7 綠色視

2、頻信號地線 (Green Gnd)8 藍(lán)色視頻信號地線 (Blue Gnd)9 未連接 (No Pin)10?同步信號地線 (Sync Gnd)11?顯示器標(biāo)識信號 #0(Monitor ID Bit 0) 12?顯示器標(biāo)識信號 #1/SDA(Monitor ID Bit 1 or SDA)13?水平復(fù)合同步信號 (Horizontal Sync or Composite Sync)14?垂直同步信號 (Vertical Sync)15?顯示器標(biāo)識信號 #3/SCL(Monitor ID Bit 3 or SCL)根據(jù)上面的定義，可以看出 VGA其實就是將我們平常的3基色數(shù)據(jù)放到了三根模擬信

3、號線中傳輸。但是我以前錯誤地認(rèn)為水平和垂直同步信號是必須的，但是在這次硬件設(shè)計 的時候發(fā)現(xiàn)，一個TI的公板上的VGA只有3基色信號和地，并且在軟件調(diào)試的時候可以正 常的讓液晶顯示器顯示高清畫面，所以上網(wǎng)搜索了一下，才發(fā)現(xiàn)了VGA勺多種同步方式。VGA接 口根據(jù)同步信號的不同可分為下列三種：1.3 線同步(綠同步)2.4 線同步( 3 基色信號 +復(fù)合同步信號)3.5 線同步( 3 基色信號 +場行同步信號)首先我先找到了網(wǎng)上較為詳細(xì)的一篇英文資料： VGA Signal information ，大家可以先看 看。IntroductionVGA is a high-resolution vid

4、eo standard used mostly for computer monitors, where ability to transmit a sharp, detailed image is essential. VGA uses separate wires to transmit the three color component signals and vertical and horizontal synchronization signals.VGA SignalsLike any video format, VGA video is a stream of frames:

5、each frame is made up of a series of horizontal lines, and each line is made up of a series of pixels. The lines in each frame are transmitted in order from top tobottom (VGA is notinterlaced), and the pixels in each line are transmitted from left to right.Separate horizontal and vertical synchroniz

6、ation signals are used to define the ends of each line and frame. A composite synchronization signal (actually an XOR of the horizontal and vertical signals) is also encoded on the green color channel.The ADV7125 video DAC reads an 8-bit value for each of the red, green, and blue channels on each cy

7、cle of the pixel clock. There is a two-cycle pipeline delay between whenthe digital codes are read by the DACand whenthe corresponding analog voltages appear on the DACoutputs. The RGBinput signals can be overridden by the sync and blank signals: The active low blank signal forces all three DAC outp

8、uts to their black level, while the active low sync signal forces the green DAC to a special sync level below the normal black level.Each line of video begins with an active video region, in which RGBvalues are output for each pixel in the line. The active region is followed by a blanking region, in

9、 which black pixels are transmitted. In the middle of the blanking interval, a horizontal sync pulse is transmitted. The blanking interval before the sync pulse is known as the front porch, and the blanking interval after the sync pulse is known as the back porch. Note that the dedicated horizontal

10、sync signal output from the FPGA directly to the VGA connector must be delayed by two clock cycles relative to the composite sync signal passed to the DAC chip, to account for the pipeline delay of the DAC.Frames are constructed from lines in much the same way as lines are constructed from pixels. T

11、he beginning of a frame contains all of the lines that will actually be displayed on the screen, followed by a number of black lines that make up the front porch. Next comes a vertical sync pulse that lasts for several lines, and then more black lines to make up a back porch. Note that the composite

12、 sync signal embedded in the green channel appears inverted during the vertical sync pulse: remember that the composite sync is an XOR of the horizontal and vertical sync signals.其中講述了綠同步的原理：其實就是在綠色模擬信號中復(fù)合了場行同步信號，下面我用真 實的示波器輸出解釋 3 線同步（綠同步）信號的波形。實驗視頻源：開發(fā)板輸出的1080P-60幀/秒VGA信號（綠同步），硬件上僅用杜邦線連接 三基色信號和地到VG

13、A接口：為了方便觀測，開發(fā)板輸出彩條信號：首先我們從總體的波形上觀察： 從上面的線號波形上看，綠色信號和其他兩個信號比不太一樣，似乎上面罩這一層“霧” 一樣的。其實這層“霧”就是疊加在上面的場行同步信號。從一場的信號中，我們可以和顯示器上的顏色對應(yīng)上（這也是我為什么用簡單彩條信 號的原因，有利于分析） ： 大家都知道，視頻數(shù)據(jù)的場、行同步信號都是場、行的消隱期發(fā)生變化的，所以我們要研 究場行同步信號就必須研究消隱期的波形。下面先看行消隱波形：將行消隱放大后，我們可以清楚地看到行同步信號的脈沖波形：再來看看場消隱波形：將場隱放大后， 我們可以清楚地看到場同步信號的脈沖波形 （ 下圖較大，若沒有顯

14、示出來請 刷新頁面，或者點擊圖片位置可在新窗口打開 ） ：從中我們可以通過波形數(shù)出在場消隱期間（VBI）有多少行的數(shù)據(jù)（以上波形為45行）。在 這期間，3基色信號線上可以攜帶數(shù)據(jù)， 所謂的 VBI 數(shù)據(jù)。有興趣的朋友可以 Google 一下， 它在不同的場合可以有不同的應(yīng)用。從上面的波形采集時顯示的時間，我們可以驗證我們輸出的是1080p的數(shù)據(jù)：（場信號周期 /行周期） 場消隱期的行數(shù) =（16.7mS/14.8uS） -45=1083（其中包含了測 量誤差，主要來源于場周期的測量）而對于 4線同步方式，也就是將場行同步信號放在了13腳的復(fù)合同步信號中； 5線同步方式就是把行同步信號放在了 1

15、3腳，場同步信號放在了 14腳中。般的顯示器都可以接受 5 線同步方式；至于 4 線同步和 3線同步，那就要看顯示器 硬件方案中是否可以從綠信號或復(fù)合同步信號中分離出場行同步信號了，并不是所有顯示器都支持。比如我做實驗的 LG L179S就支持綠同步，但是 NEC LCD192W就不支持，但是 他們都不支持復(fù)合同步。（可以通過讀取顯示器的 EDID數(shù)據(jù)得知顯示器是否支持這些同步 方式，見下文）。理論上VGA接口只要接上了上面主要的信號線和地，就可以顯示了。與分量視頻信號對比通常我們在一些視頻設(shè)備或高檔影碟機等家電上看到有YUV、YcbCr、Y/B-Y/B-Y 等標(biāo)記的接口標(biāo)識：這表示的是分量視

16、頻信號（ComponentVideo）也叫色差信號，通常采用 YPbPr和YCbCr 兩種標(biāo)識，前者表示逐行掃描色差輸出，后者表示隔行掃描色差輸出。其實 3 線同步就是 分量視頻的逐行RGB式，它和YPbPr之間的差別僅在于顏色空間上，信號的同步方法是 一致的?？谡f無憑，下面是分量視頻顯示同一彩條視頻的波形：整體波形，由于顏色空間不同，三個信號線所攜帶的數(shù)據(jù)值肯定就不同了：下圖是行消隱波形 :下圖是場消隱波形：顯示器信息（EDID）知識及實驗介紹完了主要的信號線，下面簡單介紹下剩下的所謂“顯示器標(biāo)識信號” 。這個是可選 的，不接也是可以顯示的，但是不用這些信號就無法獲取當(dāng)前顯示器的信息，無法實現(xiàn)比 較高級的管理功能。這些信號線遵循 VESA（ Video Electronics Standards Association： 視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）的 DDC（