目前高清電視的分辨率大多不為電腦顯卡所支持，傳統(tǒng)的電腦軟件測試方法無法滿足個體用戶對顯示屏質(zhì)量的測試需求。為解決此問題，本文設(shè)計了一款價格低、使用靈活、體積小巧的便攜式多分辨率LCD圖樣發(fā)生器，可以為實驗室人員和消費者提供逐點檢測高清液晶屏的機(jī)會。
1 LCD檢測項目及樣圖
1.1 檢測項目
(1)壞點檢測
壞點主要有亮點、暗點兩種。質(zhì)量上乘的液晶顯示器要求在全黑圖樣下無亮點，在全白圖樣下各點亮度均勻，暗點數(shù)目小于3個而且不能出現(xiàn)相鄰壞點。本產(chǎn)品壞點檢測圖樣為純色背景。
(2)對比度
對比度就是把白色信號在100%和0%的飽和度相減，再除以用光照度Lux(即勒克斯，每平方米的流明值)為計量單位下0%的白色值所得到的數(shù)值[1](0%的白色信號實際上就是黑色)。較高的對比度對應(yīng)著顯示圖像的高銳度，能帶來更豐富的色彩層次感。本產(chǎn)品對比對檢測圖樣為灰度條。
(3)色彩
豐富、逼真的色彩顯示是LCD的一大特色，而色彩的顯示準(zhǔn)確程度也是屏幕質(zhì)量的衡量標(biāo)準(zhǔn)之一。本產(chǎn)品選用彩條圖樣來檢測。
(4)分辨率
高分辨率的屏幕能顯示更加精細(xì)的畫面。但是屏幕實際的顯示能力還要接受儀器的檢驗。本產(chǎn)品用黑白密紋圖樣來檢測屏幕的水平分辨率和垂直分辨率是否真實，并檢測色偏現(xiàn)象的發(fā)生。
(5)響應(yīng)速度
響應(yīng)時間決定了顯示器每秒所能顯示的畫面幀數(shù)，更快的響應(yīng)速度是為更優(yōu)質(zhì)的連續(xù)畫面顯示提供硬件的基礎(chǔ)。本產(chǎn)品將用瞬變圖和移動方塊圖樣來定性檢測屏幕響應(yīng)速度。
1.2 檢測樣圖
檢測樣圖如圖1所示。
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2 系統(tǒng)設(shè)計
本文使用Altera公司型號為EP3C16F484C6的FPGA芯片和DE0開發(fā)平臺。設(shè)計的環(huán)節(jié)包括軟件設(shè)計、設(shè)計綜合、仿真驗證、下載驗證。采用的軟件工具為QuartusⅡ9.1，描述語言為VerilogHDL。本設(shè)計支持三種常用的顯示分辨率：各類液晶顯示器通用的640×480@60 Hz、4：3屏幕的高分辨率模式1 280×1 024@60 Hz、16：9高清模式1 920×1 080@60 Hz。每種分辨率下，都支持七種檢測圖樣的VGA顯示。在產(chǎn)品外形的設(shè)計上，以簡潔、實用為基本要求，旨在節(jié)約成本的同時提供給用戶便捷的操作體驗。
2.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與外形設(shè)計
圖2是LCD屏檢測儀的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，系統(tǒng)功能主要由核心器件FPGA實現(xiàn)。
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2.2 系統(tǒng)模塊
從圖2可以看到，本系統(tǒng)主要包括時鐘信號發(fā)生模塊、VGA同步信號產(chǎn)生模塊、VGA顯示控制模塊、外部輸入處理模塊和工作模式顯示模塊。時鐘發(fā)生模塊用于產(chǎn)生不同分辨率下掃描所需的像素時鐘;VGA同步信號產(chǎn)生模塊用于產(chǎn)生輸出的行同步、幀同步信號;VGA顯示控制模塊根據(jù)外部的輸入來控制VGA顯示數(shù)據(jù)的輸出，從而產(chǎn)生特定的檢測圖樣;接口方面的外部輸入處理模塊則負(fù)責(zé)按鍵的消抖和顯示模式的譯碼工作。工作模式顯示模塊用于向用戶指示產(chǎn)品當(dāng)前的工作狀態(tài)。
3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)
3.1 VGA時序說明
本系統(tǒng)需要由VGA輸出的信號包括：行同步信號(HSYNC)、場(幀)同步信號(VSYNC)、RGB數(shù)據(jù)信號(模擬值)。其中至關(guān)重要的是行、場同步信號，只有正確地輸出與分辨率相應(yīng)的同步信號，才能準(zhǔn)確、穩(wěn)定地在LCD上顯示檢測圖樣。根據(jù)VGA視頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)，屏幕著色從左上角開始，從左到右、從上到下逐行掃描，每行掃描結(jié)束后都要由行同步信號實現(xiàn)顯示器的行同步，每一幀的掃描結(jié)束后都要由場同步信號實現(xiàn)場同步。視頻電子標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(VESA)對顯示器時序做了規(guī)范，行時序和場時序都要包括同步脈沖(Sync)、顯示后沿(Back Porch)、顯示區(qū)(Display Interval)和顯示前沿(Front Porch)四個部分。VGA工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了同步信號的負(fù)極性，即同步脈沖信號為低電平[2]。
表1、表2分別是VGA行、場時序?qū)挾确峙鋄3]，圖4是同步信號時序示意圖。
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特別需要注意的是，行同步信號各階段持續(xù)時長的單位是像素時鐘周期，而場同步信號各階段持續(xù)時長的單位為行時鐘周期(線)，即掃描一行的時間長度。