機(jī)載平顯圖形生成與視頻處理算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn).pdf

1、平顯是一種機(jī)載綜合電子顯示設(shè)備，它將重要的飛行參數(shù)以圖形、字符形式，通過光學(xué)部件投射到座艙正前方的光/電顯示裝置上。下一代戰(zhàn)機(jī)對(duì)平顯在分辨率、顯示質(zhì)量和實(shí)時(shí)性等方面提出了更高要求。針對(duì)該需求，本文在“平顯圖形顯示系統(tǒng)”項(xiàng)目的支持下，開展了深入研究，完成了新一代圖形生成與視頻處理顯示核心系統(tǒng)的研制。該系統(tǒng)能夠接收上層CPU發(fā)送的圖形和視頻控制信號(hào)，實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量反走樣圖形生成、實(shí)時(shí)視頻處理以及兩者疊加顯示。本文主要完成了圖形生成、視頻處理和D

2、DR3存儲(chǔ)管理的算法研究及其FPGA實(shí)現(xiàn)，主要工作如下：
　　(1)給出了優(yōu)化設(shè)計(jì)的系統(tǒng)邏輯處理流程，實(shí)現(xiàn)了圖形和視頻的并行處理，降低了系統(tǒng)外部數(shù)據(jù)吞吐量，提高了系統(tǒng)性能。根據(jù)系統(tǒng)的功能需求設(shè)計(jì)了系統(tǒng)的DDR3接口邏輯，通過優(yōu)化邏輯設(shè)計(jì)，使得DDR3吞吐量從初始的1728.4 MB/s降為1186.5 MB/s，吞吐量降低了31.4％，有效地減少了DDR3的負(fù)載。
　　(2)提出了改進(jìn)的線條圖形反走樣算法、圓弧快速生成算法、

3、三角形填充及其邊緣反走樣算法。改進(jìn)了線條圖形反走樣算法，有效緩解了小角度直線的麻花現(xiàn)象，適用于任意角度的斜線和圓弧。改進(jìn)了圓弧快速生成算法，克服了角度判別法繪制圓弧計(jì)算量大且占用邏輯資源多的缺點(diǎn)，提高了圓弧繪制速度。改進(jìn)了三角形邊緣反走樣算法，改善了三角形填充顯示效果。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的二維圖形快速生成和反走樣，包括點(diǎn)、水平直線、斜線、圓、圓弧等圖元繪制和三角形、矩形、圓等封閉圖形的填充以及字符顯示。
　　(3)提出了改進(jìn)

4、的視頻旋轉(zhuǎn)映射算法，給出了“追趕式”幀速率提升算法。改進(jìn)的視頻旋轉(zhuǎn)映射法，只需要緩存兩行就可實(shí)現(xiàn)視頻旋轉(zhuǎn)，有效地減少了視頻旋轉(zhuǎn)的延遲，且占用緩存空間少，適合硬件實(shí)現(xiàn)。“追趕式”幀速率提升算法減少了系統(tǒng)時(shí)延，確保當(dāng)前輸出幀為最新的寫滿幀，使得幀速率提升的最大延遲從104ms減少到36.8ms，速度提高了1.8倍，有效提高了系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性。設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的視頻處理，包括對(duì)外部PAL格式和DVI格式視頻信號(hào)的采集、縮放和旋轉(zhuǎn)、對(duì)比度亮

5、度調(diào)節(jié)、DVI格式輸出等邏輯模塊的設(shè)計(jì)與調(diào)試。
　　(4)設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了DDR3多端口讀寫存儲(chǔ)管理。使用兩片DDR3分別實(shí)現(xiàn)圖形和視頻的高速讀寫，簡化多端口讀寫DDR3的復(fù)雜度，提高并行處理速度。將每個(gè)數(shù)據(jù)讀寫請(qǐng)求設(shè)置成中斷，借鑒中斷處理思想來進(jìn)行仲裁控制，從而解決數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的沖突。
　　完成了系統(tǒng)的性能測(cè)試與結(jié)果分析。測(cè)試結(jié)果表明，本文提出的圖形反走樣處理算法有效改善了小斜角顯示時(shí)的鋸齒現(xiàn)象，使得圖形顯示更加光滑；視頻處理顯示