视频信号基础知识（三）VGA视频信号

1. VGA显示原理

　　VGA(Video Graphics Array)作为一种标准的显示接口得到了广泛的应用。VGA在任何时刻都必须工作在某一显示模式下，其显示模式分为字符显示模式和图形显示模式，而在应用中讨论的都是图形显示模式。

　　VGA的图形模式分为三类：CGA，EGA兼容的图形模式；标准VGA图形模式；VGA扩展图形模式，后两种图形模式统称为VGA图形模式。文中基于标准VGA模式来实现。工业标准的VGA显示模式为：640×480×16×60。

　　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*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。VGA显示控制器控制 CRT显示图象的过程如图1所示。

2. VGA信号时序

　　图2所示是计算机VGA(640×480，60 Hz)图像格式的信号时序图。图2中，V_sync为场同步信号，场周期TVSYNC=16．683 ms，每场有525行，其中480行为有效显示行，45行为场消隐期。场同步信号Vs中每场有1个脉冲，该脉冲的低电平宽度tWV=63μs(2行)。场消隐期包括场同步时间tWH、场消隐前肩tHV(13行)、场消隐后肩tVH(30行)，共45行。行周期THSYNC=31．78μs，每显示行包括 800点。其中，640点为有效显示区，160点为行消隐期(非显示区)。行同步信号Hs中每行有一个脉冲，该脉冲的低电平宽度tWV=3．81 μs(即96个DCK)；行消隐期包括行同步时间tWH，行消隐前肩tHC(19个DCLK)和行消隐后肩tCH(45个DCLK)，共160个点时钟。复合消隐信号是行消隐信号和场消隐信号的逻辑与，在有效显示期复合消隐信号为高电平，在非显示区域它是低电平。

                                          图2：VGA时序

3. 实际使用

                     图3：VGA信号示意图

如上图，是我制作的实际的一帧VGA图像示意图，比上述信号时序图更加形象。

4.结合EDID进行实际说明

以下是从我本地Linux中获取到的EDID片断(位于/var/log/Xorg.*.log中)：

(II) NVIDIA(0):   Validating Mode "1024x768":

(II) NVIDIA(0):     1024 x 768 @ 75 Hz

(II) NVIDIA(0):     Mode Source: X Server

(II) NVIDIA(0):       Pixel Clock      : 78.75 MHz

(II) NVIDIA(0):       HRes, HSyncStart: 1024, 1040

(II) NVIDIA(0):       HSyncEnd, HTotal : 1136, 1312

(II) NVIDIA(0):       VRes, VSyncStart :  768,  769

(II) NVIDIA(0):       VSyncEnd, VTotal :  772,  800

(II) NVIDIA(0):       H/V Polarity     : +/+

(II) NVIDIA(0):     Mode is valid.

其中的参数说明如下：

Pixel Clock：一秒钟可产生多少个像素点；

HRes: 行分辨率，对应于图3中的“有效图像区域”的宽；

HSyncStart：行同步开始标记，对应于图3中的“行同步信号”的左侧，意思是从“有效图像区域”的左侧开始，数多少个像素开始同步；

HSynEnd：行同步结束标记，对应于图3中的“行同步信号”的右侧，意思是从“有效图像区域”的左侧开始，数多少个像素同步结束；

HTotal：一帧VGA画面一共宽多少个像素，其包含“行同步信号”的宽、“行消隐前肩”、“行消隐后肩”和“有效图像区域”的宽。

计算关系：

行消隐后肩宽 = HSyncStart – Hres；

行同步信号宽 = HSyncEnd – HsyncStart；

行消隐前肩宽 = HTotal–HSyncEnd；

类似于“行”的机制，“场”的参数说明如下：

VRes: 高分辨率，对应于图3中的“有效图像区域”的高；

VSyncStart：场同步开始标记，对应于图3中的“场同步信号”的上部，意思是从“有效图像区域”的顶部开始，数多少个像素开始同步；

VSynEnd：场同步结束标记，对应于图3中的“场同步信号”的底部，意思是从“有效图像区域”的底部开始，数多少个像素同步结束；

VTotal：一帧VGA画面一共高多少个像素，其包含“场同步信号”的宽、“场消隐前肩”、“场消隐后肩”和“有效图像区域”的高。

计算关系：

 略。

刷新率的计算：

  FrameRate = (int)( fPixelClock / (fHTotal * fVTotal) )

音视频VGA信号采集卡自动检测VGA分辨率，能够很好的适应常见的4:3屏或宽屏显示分辨率、刷新率，并能自动将画面调整到最清晰的程度，逐行采集1920 x 1440 x60HZ的VGA信号，采集VGA信号分辨率可达逐行高清效果(1920×1080P)。