CN111526353A - 一种基于fpga的裸眼3d图像处理驱动电路及其算法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路及其算法。该驱动电路包括:FPGA数据处理模块、SD卡图像存储模块、SDRAM缓存模块以及裸眼3D显示屏模块,其中,SD卡图像存储模块用于存储左右格式的立体对3D视图;SD卡图像存储模块与FPGA数据处理模块相连接,FPGA数据处理模块获取立体对3D视图中的RGB视图;SDRAM缓存模块与FPGA数据处理模块连接,用于缓存立体对RGB视图;FPGA数据处理模块读取缓存的立体对RGB视图数据进行分割得到左眼视图、右眼视图;裸眼3D显示屏模块与FPGA数据处理模块相连接,用于裸眼3D显示。本发明填补了目前缺乏满足裸眼3D的图像处理要求的MCU、图形芯片的空白。
Description
技术领域
本发明属于集成电路与图像处理技术领域,特别涉及一种基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路及其算法。
背景技术
裸眼3D显示技术可使观看者摆脱3D眼镜等的束缚,符合人们对3D显示技术的最终要求,是虚拟现实和增强现实技术的关键图像显示技术,目前已在视频及图像显示领域获得重要应用,具有广阔的市场前景。继裸眼3D光学机理和效果评定等关键瓶颈问题得到解决后,需进一步研究3D视频图像的逻辑处理方法。
与二维显示技术不同,裸眼3D显示技术需要特别的视频图像数据处理方法。裸眼3D显示的像素重配是产业化应用的关键技术。然而,目前还没有成熟的MCU、图形芯片满足裸眼3D的图像处理要求,大大的限制了裸眼3D技术的应用领域。因此,设计一种将3D图像和视频数据进行精确的处理和控制,把左右格式的图像数据精确配置到左、右眼亚屏幕像素上的裸眼3D图像处理驱动电路,是目前亟待解决的问题。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的,目的在于提供一种基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路及其算法。
为了达到上述目的,本发明采用如下技术方案:
本发明提供一种基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于,包括:FPGA数据处理模块、SD卡图像存储模块、SDRAM缓存模块以及裸眼3D显示屏模块,裸眼3D显示屏模块,其中,SD卡图像存储模块用于存储左右格式的立体对3D视图;SD卡图像存储模块与FPGA数据处理模块相连接,FPGA数据处理模块获取立体对3D视图中的RGB视图;SDRAM缓存模块与FPGA数据处理模块相连接,用于缓存立体对RGB视图;FPGA数据处理模块还读取缓存的立体对RGB视图数据进行分割得到左眼视图、右眼视图;裸眼3D显示屏模块与FPGA数据处理模块相连接,FPGA数据处理模块将左眼视图、右眼视图进行像素重配后按显示驱动时序输出到裸眼3D显示屏模块上显示。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,FPGA数据处理模块包括:时钟与复位模块、SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块以及显示驱动模块,时钟与复位模块用于控制SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块、显示驱动模块的运行时序;SD卡操作模块用于对SD卡图像存储模块进行操作;SDRAM控制器模块与FIFO控制模块通信连接,用于将立体对RGB视图写入SDRAM缓存模块中,根据SDRAM读地址生成逻辑分时交错产生读取立体对RGB视图的左眼视图和右眼视图的状态;FIFO控制模块用于完成跨时钟域操作,获取立体对3D视图中的RGB视图以及对立体对RGB视图进行左、右眼视图进行分割;显示驱动模块用于进行像素重配及驱动裸眼3D显示屏模块进行显示。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,FIFO控制模块包含wrFIFO模块、rdFIFO_L模块以及rdFIFO_R模块,wrFIFO模块与SD卡操作模块和SDRAM控制器模块通信连接,用于获取立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;rdFIFO_L模块与SDRAM控制器模块、显示驱动模块通信连接,用于获取左眼视图进行缓存;rdFIFO_R模块与SDRAM控制器模块、显示驱动模块通信连接,用于获取右眼视图进行缓存。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,SD卡操作模块包含SD卡控制模块以及SPI总线控制模块。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,像素重配为列插值融合处理。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,FPGA数据处理模块还与外部的3D视图输入设备相连接,从中获取立体对3D视图。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路中,还具有这样的特征:其中,立体对3D视图为24位BMP格式,图像分辨率为800×600,裸眼3D显示屏模块为TTL接口的裸眼3D液晶显示屏。
本发明提供上述基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法,其特征在于,包括如下步骤:步骤1:获取立体对3D视图;步骤2:将立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;步骤3:对立体对RGB视图进行左、右眼视图进行分割,并将左眼视图、右眼视图进行缓存;步骤4:将左眼视图、右眼视图进行像素重配;步骤5:根据显示驱动时序输出到裸眼3D显示屏模块上,实现裸眼3D显示。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法中,还具有这样的特征:其中,步骤1为从3D视图输入设备获取立体对3D视图或从SD卡图像存储模块获取3D视图。
在本发明提供的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法中,还具有这样的特征:其中,当对SD卡图像存储模块进行读写操作时,预先进行如下初始化操作:a)上电延时,发送至少74个SPI时钟周期;b)发送CMD0指令,当相应为01时进入步骤c),否则继续发送CMD0指令;c)发送CMD55指令,当相应为01时进入步骤d),否则继续发送CMD55指令;d)发送ACMD41指令,当相应为00时进入步骤e),否则继续发送ACMD41指令;e)发送CMD16指令,当相应为00时,初始化完成;否则继续发送CMD16指令。
本发明的作用与效果:
本发明的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路填补了目前缺乏满足裸眼3D的图像处理要求的MCU、图形芯片的空白。本发明采用模块化的设计,将FPGA内部的硬件逻辑划分为时钟与复位模块、SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块以及显示驱动模块,通过该电路运行逻辑算法,实现了从SD卡中读取左右格式立体对图像数据、像素重配及裸眼3D LCD显示驱动,通过左、右眼视图数据分割,并在裸眼3D LCD亚屏幕上进行像素重配,最终实现了裸眼3D显示效果。
附图说明
图1是本发明的实施例中基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的框图;
图2是本发明的实施例中基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的的逻辑功能图;
图3是本发明的实施例中SD卡初始化过程示意图;
图4是本发明的实施例中左、右眼视图分割示意图;
图5是本发明的实施例中左、右眼视图的像素重配示意图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,以下实施例结合附图对本发明基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路及其算法作具体阐述。
<实施例>
如图1所示,本实施例的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路包括:FPGA数据处理模块1、SD卡图像存储模块2、SDRAM缓存模块3、裸眼3D显示屏模块4、3D视图输入设备5、AS模块6、JTAG模块7、独立按键8以及电源9。
SD卡图像存储模块用于存储左右格式的立体对3D视图。3D视图输入设备具有3D视图输入接口,用于传输3D视频图像。SD卡图像存储模块、3D视图输入设备分别与FPGA数据处理模块相连接,FPGA数据处理模块从SD卡图像存储模块或3D视图输入设备中获取3D视频图像数据,FPGA数据处理模块负责完成跨时钟域操作和像素重配。SDRAM缓存模块与FPGA数据处理模块相连接,用于缓存图像数据。裸眼3D显示屏模块与FPGA数据处理模块相连接,用于实现裸眼3D显示。AS模块用于执行AS配置模式。JTAG模块用于执行JTAG配置模式。独立按键用于供操作者进行人工操作。
在本实施例中,立体对3D视图为24位BMP格式,图像分辨率为800×600,裸眼3D显示屏模块为基于视差障壁技术的裸眼3D液晶显示屏,且裸眼3D显示屏为TTL接口屏,这样的设置实现了分辨率相匹配,使得显示效果佳。
如图2所示,FPGA数据处理模块内部的硬件逻辑划分为五个模块:时钟与复位模块、SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块以及显示驱动模块。
时钟与复位模块用于控制SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块、显示驱动模块的运行时序。
SD卡操作模块用于对SD卡图像存储模块进行操作。SD卡操作模块包含SD卡控制模块以及SPI总线控制模块。SD卡控制模块用于完成SD卡的一些基本操作,如SD卡的上电初始化及读写操作等。SPI总线控制模块用于模拟生成SPI协议,控制FPGA与SD卡之间命令或数据的传输。SD卡操作模块在进行读写操作前,必须先对SD卡进行初始化,当SD卡初始化完成进入到IDLE状态后,就可读取SD卡中存储的立体对图像数据,可对SD卡进行读写操作。
SDRAM控制器模块与FIFO控制模块通信连接,用于将经由wrFIFO缓存的立体对RGB视图写入SDRAM缓存模块中,如图4所示,根据SDRAM读地址生成逻辑分时交错产生读取立体对RGB视图的左眼视图和右眼视图的状态,根据读状态的切换,从而把左、右眼视图数据分别对应经过rdFIFO_L模块与rdFIFO_R模块缓存,完成左、右眼视图的分割,为后续像素重配做好必要的数据准备;
FIFO控制模块用于完成跨时钟域操作。FIFO控制模块包含wrFIFO模块、rdFIFO_L模块以及rdFIFO_R模块。wrFIFO模块与SD卡操作模块和SDRAM控制器模块通信连接,用于获取立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;rdFIFO_L模块与SDRAM控制器模块、显示驱动模块通信连接,用于获取左眼视图进行缓存;rdFIFO_R模块与SDRAM控制器模块、显示驱动模块通信连接,用于获取右眼视图进行缓存。
显示驱动模块用于进行像素重配及驱动裸眼3D显示屏模块进行显示。如图5所示,L1、L2和L3为左眼视图的部分列像素,R1、R2和R3为右眼视图的部分列像素,通过列插值融合处理,配合精确的时序控制,将立体对图像中的左眼视图以像素点为单位显示在裸眼3D的左视图亚屏幕上,同时将右眼视图以像素点为单位显示在裸眼3D屏的右视图亚屏幕上。
本实施例中的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法按照如下步骤运行:
步骤1:从3D视图输入设备获取立体对3D视图或从SD卡图像存储模块获取3D视图;
步骤2:将立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;
步骤3:对立体对RGB视图进行左、右眼视图进行分割,并将左眼视图、右眼视图进行缓存;
步骤4:将左眼视图、右眼视图进行像素重配;
步骤5:根据显示驱动时序将左眼视图以像素点为单位显示在裸眼3D的左视图亚屏幕上,同时将右眼视图以像素点为单位显示在裸眼3D屏的右视图亚屏幕上,实现裸眼3D显示。
如图3所示,在上述算法运行过程中,当对SD卡图像存储模块进行读写操作时,需先进行如下初始化操作:a)上电延时,发送至少74个SPI时钟周期;b)发送CMD0指令,当相应为01时进入步骤c),否则继续发送CMD0指令;c)发送CMD55指令,当相应为01时进入步骤d),否则继续发送CMD55指令;d)发送ACMD41指令,当相应为00时进入步骤e),否则继续发送ACMD41指令;e)发送CMD16指令,当相应为00时,初始化完成;否则继续发送CMD16指令。
在本实施例中,基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路根据裸眼3D亚屏幕分区特点,使用硬件描述语言设计从SD卡中读取左右格式立体对图像数据、像素重配及裸眼3DLCD显示驱动等逻辑代码,完成左、右眼视图数据分割,并在裸眼3D LCD亚屏幕上进行像素重配,实现了裸眼3D显示。本发明为裸眼3D视频及图像数据处理的集成电路设计提供了有益的参考方法。
上述实施方式为本发明的具体案例,并不用来限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等,均包含在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于,包括:FPGA数据处理模块、SD卡图像存储模块、SDRAM缓存模块以及裸眼3D显示屏模块,
其中,所述SD卡图像存储模块用于存储左右格式的立体对3D视图;
所述SD卡图像存储模块与所述FPGA数据处理模块相连接,所述FPGA数据处理模块获取立体对3D视图中的RGB视图;
所述SDRAM缓存模块与所述FPGA数据处理模块相连接,用于缓存立体对RGB视图;
所述FPGA数据处理模块还读取缓存的立体对RGB视图数据并进行分割得到左眼视图、右眼视图;
所述裸眼3D显示屏模块与所述FPGA数据处理模块相连接,所述FPGA数据处理模块将所述左眼视图、所述右眼视图进行像素重配后按显示驱动时序输出到所述裸眼3D显示屏模块上显示。
2.如权利要求1所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述FPGA数据处理模块包括:时钟与复位模块、SD卡操作模块、FIFO控制模块、SDRAM控制器模块以及显示驱动模块,
所述时钟与复位模块用于控制所述SD卡操作模块、所述FIFO控制模块、所述SDRAM控制器模块、所述显示驱动模块的运行时序;
所述SD卡操作模块用于对所述SD卡图像存储模块进行操作;
所述SDRAM控制器模块与所述FIFO控制模块通信连接,用于将立体对RGB视图写入所述SDRAM缓存模块中,根据SDRAM读地址生成逻辑分时交错产生读取立体对RGB视图的左眼视图和右眼视图的状态;
所述FIFO控制模块用于完成跨时钟域操作,获取立体对3D视图中的RGB视图以及对立体对RGB视图进行左、右眼视图进行分割;
所述显示驱动模块用于进行像素重配及驱动所述裸眼3D显示屏模块进行显示。
3.如权利要求2所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述FIFO控制模块包含wrFIFO模块、rdFIFO_L模块以及rdFIFO_R模块,
所述wrFIFO模块与所述SD卡操作模块和所述SDRAM控制器模块通信连接,用于获取立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;
所述rdFIFO_L模块与所述SDRAM控制器模块、所述显示驱动模块通信连接,用于获取左眼视图进行缓存;
所述rdFIFO_R模块与所述SDRAM控制器模块、所述显示驱动模块通信连接,用于获取右眼视图进行缓存。
4.如权利要求2所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述SD卡操作模块包含SD卡控制模块以及SPI总线控制模块。
5.如权利要求1所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述像素重配为列插值融合处理。
6.如权利要求1所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述FPGA数据处理模块还与外部的3D视图输入设备相连接,从中获取立体对3D视图。
7.如权利要求1~6中任意一项所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路,其特征在于:
其中,所述立体对3D视图为24位BMP格式,图像分辨率为800×600,
所述裸眼3D显示屏模块为TTL接口的裸眼3D液晶显示屏。
8.如权利要求7中任意一项所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1:获取立体对3D视图;
步骤2:将立体对3D视图中的RGB视图进行缓存;
步骤3:对立体对RGB视图进行左、右眼视图进行分割,并将左眼视图、右眼视图进行缓存;
步骤4:将左眼视图、右眼视图进行像素重配;
步骤5:根据显示驱动时序将像素重配的左眼视图、右眼视图输出到裸眼3D显示屏模块上,实现裸眼3D显示。
9.如权利要求8所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法,其特征在于:
其中,步骤1为从3D视图输入设备获取立体对3D视图或从SD卡图像存储模块获取3D视图。
10.如权利要求9所述的基于FPGA的裸眼3D图像处理驱动电路的算法,其特征在于:
其中,当对所述SD卡图像存储模块进行读写操作时,预先进行如下初始化操作:
a)上电延时,发送至少74个SPI时钟周期;
b)发送CMD0指令,当相应为01时进入步骤c),否则继续发送CMD0指令;
c)发送CMD55指令,当相应为01时进入步骤d),否则继续发送CMD55指令;
d)发送ACMD41指令,当相应为00时进入步骤e),否则继续发送ACMD41指令;
e)发送CMD16指令,当相应为00时,初始化完成;否则继续发送CMD16指令。
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