CN101887702B - 基于fpga的车载多媒体双画面显示方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于FPGA的车载多媒体双画面显示***和显示方法，显示***包括基于FPGA的显示***整体、GPS处理模块1和2、视频设备、LCD显示屏、中央处理器，所述基于FPGA的显示***整体包括显示***的处理芯片FPGA和显示***的数据缓存芯片SDRAM。显示方法包括步骤：GPS导航/视频信号输入；水平方向缩放；对SDRAM进行控制；SDRAM暂存中间数据；垂直方向缩放；LCD控制器输出显示数据；LCD屏显示。本发明实现不同的GPS导航***间的相互切换，双GPS导航显示、或任一GPS导航与视频娱乐节目同屏显示。本发明作为一种基于FPGA的车载多媒体双画面显示***和显示方法应用于汽车中。

Description

基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法

技术领域

本发明涉及一种显示***和显示方法，特别是一种基于FPGA的车载多媒体双画面的显示***及显示方法。 

背景技术

GPS：Global Positioning System(全球定位***) 

FPGA：Field-Programmable Gate Array(现场可编程门阵列) 

SDRAM：Synchronous Dynamic Random Access Memory(同步动态随机存储器) 

LCD：Liquid Crystal Display(液晶显示器) 

LCD显示屏各参数：CLOCK：像素时钟； 

VS：Vertical Sync(水平同步) 

HS：Horizontal Sync(垂直同步) 

DE：Data Enable(数据有效使能) 

DATA：显示数据 

随着当代电子技术的不断发展及普及，消费类电子产品在汽车领域的应用已相当广泛，作为为汽车驾驶员及乘客提供导航辅驾信息及影音娱乐的车载GPS影音导航***就是汽车电子中的重要成员之一。与此同时，用户也对相应的汽车电子产品特别是车载GPS影音导航***提出了一些新的更高的要求。 

由于GPS导航***的多样化，包括不同的分辨率，不同的显示风 格，用户希望根据实际交通状况和路面环境需要在不同的GPS导航***间快速切换，或者是两个GPS导航***同时工作以获取更多的导航信息，这就要求相应显示***能提供一个快速切换功能，或是将两个不同的GPS导航***显示在同一个显示屏上。另外，为了让驾驶员在获取GPS导航信息的同时不影响其它乘客观看DVD或移动数字电视等视频节目的需求下，同样要求相应显示***可以提供GPS和影像同屏显示，并且GPS导航***间可以相互切换。目前的单个GPS影音导航***在还不能完全实现以上的显示功能。类似可以解决相应问题的，是在汽车上分别装两个独立的***(不同的GPS导航***间切换)，或者是接上两个显示屏(可以同时观看GPS导航信息和视频节目)。***在汽车装上两个独立的***，或是一个***接上两个显示屏，如此做法，成本过高，且汽车车内环境中不一定能提供足够的安装空间，影响车内环境的美感。 

发明内容

为了解决上述的技术问题，本发明的目的是提供一种GPS导航及影音娱乐全屏或双画面灵活快捷切换的基于FPGA的车载多媒体双画面显示***。 

本发明的另一个目的是提供一种影音娱乐双屏或双画面灵活快捷切换的基于FPGA的车载多媒体双画面显示的显示方法。 

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是： 

基于FPGA的车载多媒体双画面显示***，包括基于FPGA的显示***整体、GPS处理模块1和2、视频设备、LCD显示屏、中央处 理器，所述基于FPGA的显示***整体包括显示***的处理芯片FPGA和显示***的数据缓存芯片SDRAM，所述FPGA通过数据缓存接口与SDRAM连接，所述FPGA通过显示接口与LCD显示屏连接，所述FPGA的输入端通过GPS导航***显示接口与GPS处理模块1和2连接，所述FPGA的输入端通过视频数据输入接口与视频设备连接，所述FPGA的输入端通过控制指令输入接口与中央处理器连接。 

进一步作为优选的实施方式，所述FPGA包括数据存取模块和时钟管理模块，所述数据存取模块的输入端分别连接有GPS1处理模块、GPS2处理模块、视频处理模块、指令接收模块，所述数据存取模块输出端连接有输出处理模块，所述指令接收模块的输出端分别与GPS1处理模块、GPS2处理模块、视频处理模块、输出处理模块连接，所述时钟管理模块为FPGA的工作提供时钟信号。 

基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法，包括以下步骤： 

11、GPS导航/视频信号输入； 

22、根据显示屏的分辨率进行水平方向缩放； 

33、控制SDRAM存取数据； 

55、根据显示屏的分辨率进行垂直方向缩放； 

66、LCD控制器输出显示数据； 

77、LCD屏显示。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意一种。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意两种的组合。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33数据源的整合包括以下步骤： 

A、截取GPS导航***1的中心显示区域； 

B、截取GPS导航***2的中心显示区域； 

C、合并上述步骤A和步骤B所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33数据源的整合包括以下步骤： 

A1、截取GPS导航***1或GPS导航***2的中心显示区域； 

B1、截取视屏设备的中心显示区域； 

C1、合并上述步骤A1和步骤B1所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。 

本发明的有益效果是：本发明基于FPGA的显示***，可以不改变整个车载GPS影音导航***结构外观便可整合到其***中去，实现不同的GPS导航***间的相互切换，双GPS导航显示、或任一GPS导航与视频娱乐节目同屏显示。

本发明的另一个有益效果是：本发明基于FPGA的显示方法，可以方便地把双GPS导航显示数据和视频娱乐节目数据整合显示或单独切换显示，方便灵活，能满足用户不同的个性化需要。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。 

图1是本发明的***方框图； 

图2是本发明FPGA实现的功能模块框图； 

图3是本发明方法的步骤流程图； 

图4是本发明方法的双屏截图显示示意图。 

具体实施方式

参照图1，基于FPGA的车载多媒体双画面显示***，包括基于FPGA的显示***整体101、GPS处理模块1和2110，109、视频设备111、LCD显示屏112、中央处理器113，所述基于FPGA的显示***整体101包括显示***的处理芯片FPGA102和显示***的数据缓存芯片SDRAM103，所述FPGA102通过数据缓存接口107与SDRAM103连接，所述FPGA102通过显示接口108与LCD显示屏112连接，所述FPGA102的输入端通过GPS导航***显示接口104，105与GPS处理模块1和2110，109连接，所述FPGA102的输入端通过视频数据输入接口106与视频设备111连接，所述FPGA102的输入端通过控制指令输入接口与中央处理器113连接。 

进一步参照图2作为优选的实施方式，所述FPGA102包括数据存取模块6和时钟管理模块3，所述数据存取模块6的输入端分别连接有GPS1处理模块1、GPS2处理模块2、视频处理模块4、指令接收模块5，所述数据存取模块6的输出端连接有输出处理模块7，所述指令接收模块5的输出端分别与GPS1处理模块1、GPS2处理模 块2、视频处理模块4、输出处理模块7连接，所述时钟管理模块3为FPGA102的工作提供时钟信号。 

参照图3，基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法，包括以下步骤： 

11、GPS导航/视频信号输入； 

22、根据显示屏的分辨率进行水平方向缩放； 

33、控制SDRAM存取数据； 

55、根据显示屏的分辨率进行垂直方向缩放； 

66、LCD控制器输出显示数据； 

77、LCD屏显示。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意一种。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意两种的组合。 

进一步参照图4作为优选的实施方式，所述步骤33数据源的整合包括以下步骤： 

A、截取GPS导航***1的中心显示区域； 

B、截取GPS导航***2的中心显示区域； 

C、合并上述步骤A和步骤B所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。 

进一步作为优选的实施方式，所述步骤33数据源的整合包括以 下步骤： 

A1、截取GPS导航***1或GPS导航***2的中心显示区域； 

B1、截取视屏设备的中心显示区域； 

C1、合并上述步骤A1和步骤B1所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。 

本发明是为汽车驾驶员及乘客提供一个GPS导航及影音娱乐全屏或双画面灵活快捷切换的显示***。该显示***硬件模块由数据处理芯片FPGA及数据缓存芯片SDRAM两部分组成，其中，FPGA对外接口包括：GPS导航***显示接口、GPS导航***显示接口、视频数据输入接口、CPU控制指令输入接口、数据缓存接口、LCD显示屏接口及***时钟输入接口，整个显示***结构如图1所示： 

图1中，101为基于FPGA的显示***整体，102为显示***的处理芯片FPGA，103为显示***的数据缓存芯片SDRAM，104是GPS导航***显示接口2，105是GPS导航***显示接口1，106是视频数据输入接口，107是FPGA与SDRAM之间的数据缓存接口，108为显示***供显示屏的显示接口，109和110是为显示***提供两路GPS导航信息的GPS导航***，111是为显示***提供视频数据的设备(如DVD或移动数字电视盒)，113是控制显示***工作模式的中央处理器(CPU)，112为终端显示屏。其中，两个GPS显示接口都可以接收数字的RGB565、RGB666、RGB888其中任意一种格式的显示数据，视频输入接口接收来自视频解码芯片的ITU656数据流，数据缓存接口连接存储芯片SDRAM，控制指令输入接口接收来自中央处理器的控制 指令，显示屏接口为显示屏提供显示数据及控制时序，时钟输入接口为***提工作源时钟。 

该显示***工作时中，FPGA实时接收两个GPS导航***及视频设备的数据，经处理后存放到外部存储器已划分好的区域中；显示时，根据具体不同的显示模式要求，读取其中三个数据源中的一路或两路数据，作进一步处理(如两个画面的拼接或垂直放大)后送往LCD显示屏。显示***中的FPGA的各功能模块划分如图2所示，1和2是GPS处理模块，4为视频处理模块，这三个模块都是由数据缓冲FIFO(First In First Out，先时先出)和X-Scale(水平方向缩放)组成；3是时钟管理模块，由FPGA片内集成的PLL(Phase Locked Loop，锁相环)组成；5为指令接收模块，由自定义协议逻辑组成；6为数据存取模块，由SDRAM控制器和数据通路选择器组成，7为输出处理模块，由LCD控制器、Y-Scale(垂直方向缩放)和图像拼合器组成。 

GPS1处理模块和GPS2处理模块分别通过其显示接口接收来自两个不同的GPS导航***的显示数据，并根据每个GPS导航***的显示分辨率和LCD显示屏的分辨率间的大小关系，对其进行相应的放大和缩小处理，比如原导航***的分辨率是480*234而LCD显示屏的分辨率是800*480时，就将其放大到显示屏的分辨率800*480；反之，如果GPS导航***的显示分辨率是800*480而LCD显示屏分辨是480*272时，就要将其缩小到480*272；而当GPS导航***的分辨率与LCD显示屏的分辨一致时，则不作缩放处理。数据处理后，经数据存取模块存放到外部存储器中。视频处理模块同样根据视频源数据的 分辨率与显示屏分辨率间的关系，作相应的放大和缩小处理，再存放到外部存储器中。指令接受模块根据显示***与中央处理器(CPU)间的协议对接收到的数据进行译码，得出中央处理器(CPU)的不同的控制指令。数据存取模块在接收到中央处理器(CPU)发出的指令后，进入不同的工作模式，读取不同的显示数据给输出处理模块。输出处理模块同样根据中央处理器(CPU)不同的控制指令，对接收的显示数据进行拼合或垂直放大以实现双画面或单画面显示，最后送出给LCD显示屏显示。在进行视频图像显示时，显示***会根据LCD显示屏的具体工作参数要求，数据存取模块和输出处理模块还会对它们的帧频进行处理，比如原GPS导航***的帧频是25Hz，而LCD显示屏正常工作的帧频是60Hz时，显示***则会将它的帧频扩展LCD的帧频，如60Hz，这个过程是通过帧复制完成的。每一路的GPS导航信息或视频的处理流程如下图所示： 

图3中，1为GPS导航***或视频设备，44为数据缓存芯片SDRAM，77为LCD显示器，22是FPGA中的水平缩放部分，33为FPGA中的SDRAM控制器，55为FPGA中的垂直方向缩放部分，66为LCD控制器。 

显示***的双画面显示功能是通过图4所示的拼接过程来完成的： 

图4中，A是GPS导航***1的导航信息画面，B是GPS导航***3的导航信息画面，C是截取两个GPS导航***的导航信息画面拼接后的画面。显示***在接收到来自中央处理器(CPU)的控制指令进入双GPS导航显示时，数据存取模块从SDRAM中分别读出两个导航 ***的画面信息的中央部分数据，如图4的4所示，即800*480中的201到600、分辨率为400*480的画面，然后将两幅400*480的画面拼合成一幅800*480的显示画面最终在LCD显示屏上显示出来。同理，而当显示***收到来自CPU的控制指令进入GPS与视频节目同屏显示时，数据存取模块从SDRAM中分别读取出指定的一个GPS导航***的画面信息的中央部分，和一个已作了相应分辨率已缩小到400*480视频画面，合并成一幅800*480的显示器画面最终在LCD屏上显示出来。 

视频处理模块主要处理来自视频解码芯片的的ITU656数据流，包括有效视频数据截取、YUV4:2:2到YUV4:4:4变换、颜色空间转换及水平方向缩放处理。 

数据存取模块由SDRAM控制器及数据通路选择器组成。数据通路在SDRAM不同的工作状态下连通相应的数据通道以便其他模块接收或发送相应数据，SDRAM控制器实现SDRAM的各种工作时序及给***实时提供自己的工作状态，以实现数据的储存和读取。 

输出处理模块中，LCD控制器根据不同显示屏的技术参数，设置不同的工作参数，以给显示屏提供正确的时序和数据，包括CLOCK，VS，HS，DE，DATA等，LCD显示屏在收到这些信号后便能正确显示相应的画面信息。 

指令接收模块主要接收来自中央处理器(CPU)的控制指令并进行译码，让FPGA显示***根据相应的命令实现单屏显示(只显示GPS导航***1或只显示GPS导航***2或只显示视频节目)，双GPS导航***显示或GPS导航与视频节目同屏显示间的相互切换。 

时钟管理模块为整个FPGA显示***提供工作时钟。利用FPGA内嵌的锁相环，可以为***提供数个(个数根据不同的FPGA芯片不同而不同)不同频率、不同相位的工作时钟以适应不同模块的工作需求。 

双画面显示时，GPS导航***的显示画面是截取其全屏时中央部分的400*480大小的。 

本发明都是基于800*480的显示分辨率来说的，但我们可以做到在任一分辨率的显示屏实现以上功能，所以我们强调的是画面分割的功能。 

相对传统的相关应用，本发明的优点是只需一个显示屏便可让驾驶员及乘客提供一个全面的信息显示平台，通过本显示***，再结合汽车多媒体产品的控制***，可以快捷灵活都获取不同的导航信息及视频节目，而不会影响整个多媒体***的外观设计。 

基于FPGA天生的可编程和可重配置特点，本显示***各部分的接口灵活，兼容性强，可以根据各个接口的特点和CPU控制***的需要，调整各部分的接口参数和通信协议，以达到整个多媒体***的最优性能。 

以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变型或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。 

Claims (3)

1.基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法，其特征在于：包括以下步骤：

11、GPS导航/视频信号输入；

22、根据显示屏的分辨率对GPS导航***显示数据和视频显示数据进行垂直方向和水平方向缩放；

33、控制SDRAM存取数据；

55、根据中央处理器不同的控制指令，对接收的显示数据进行拼合或垂直方向放大；

66、LCD控制器输出显示数据；

77、LCD屏显示；

所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意一种；所述步骤33控制SDRAM输出的数据为GPS导航***1数据或GPS导航***2数据或视频数据任意两种的组合。

2.根据权利要求1所述的基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法，其特征在于：所述步骤33数据源的整合包括以下步骤：

A、截取GPS导航***1的中心显示区域；

B、截取GPS导航***2的中心显示区域；

C、合并上述步骤A和步骤B所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。

3.根据权利要求1所述的基于FPGA的车载多媒体双画面显示方法，其特征在于：所述步骤33数据源的整合包括以下步骤：

A1、截取GPS导航***1或GPS导航***2的中心显示区域；

B1、截取视频设备的中心显示区域；

C1、合并上述步骤A1和步骤B1所截取的显示区域作为输入数据源的显示区域。

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