基于FPGA的立体显示系统设计与实现

孙伟

（苏州长风航空电子有限公司，江苏 苏州 215000）

0 引言

FPGA（Field Programmable Gate Array）是在PAL、GAL等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它属于一种半集成电路被应用于通讯行业，但本质上并不是简单的芯片研究，而是将FPGA的工作模式应用于其他行业的研究，进行产品的生产制造[1]。FPGA普遍应用于我国通讯行业中，在各种通讯设备中作为一种半集成电路被应用。而FPGA相关产品的应用更是给我国通讯行业的发展带来很大的促进作用[2]。本文探讨了基于FPGA立体显示系统的设计与实现，应用FPGA技术实现分色、分时两个功能的相互转换应用，这样的设计结构不仅占地空间小，而且操作灵活，相比于其他技术而言有明显的优势，其他系统只是实现了分色、分时等功能，但在应用的过程中只能提现一种技术，功能单一化。

1 立体显示的工作原理

人体的眼睛是有观察三维立体结构的功能，而人体的左眼和右眼也有不同的显色功能，因此在观察事物时，左眼和右眼有不同的视觉效果，而人类眼睛能观察到事物的立体感也是因为左眼和右眼观察的影像不同，通过大脑的合成便形成了立体感。立体显示技术包括分色、分时、分光等，分色技术的原理是当不同光分别照射人的眼睛时，由于照射颜色的不同而呈现出不一样的颜色，双眼灵活大脑的融合后形成立体效果。而分时技术的原理是当图像快速闪现在人眼时，也会形成不同的影像[3]。分色技术的色彩显示度不够好，但是立体影像的清晰度较高，与分色技术不同的是，分时立体技术色彩显示度好，但是片源少，不容易形成清晰的影像。

2 立体显示系统的发展现状

目前，立体显示系统被应用于各行各业，起初只是应用于军事领域，用于在军事中3D图像的制作，在军事作战中，立体显示技术能将作战区域的地理结构图用3D图像展示出来，有助于在作战中了解实际的地理地形位置。随后，被应用于投影技术，总体来说，在摄影、广告行业、以及电影电视的制作方面，由于立体显示技术超强的仿真效果也被应用于娱乐行业，虽然应用广泛，但是立体显示技术发展过程中也存在着很多问题，人们想要体验虚拟现实技术，比如观看3D电影，就必须佩戴上3D眼镜，而且消费者长期佩戴，会造成晕眩的感觉，影像的播放质量也不佳，在观看时影像都有重叠的现象。同时。虽虽然3D技术的应用较为普遍，但价格还是有点高，所以，只有少部分人才能体会到立体显示技术，而且3D技术如果长期应用的话也会给人的身体造成很大的伤害，所幸人们并不是长期处于虚拟世界中[4]。因此，集体显示系统的应用还是存在很多问题，而这些问题也是今后集体显示技术研究将要攻克的难题。

3 立体显示系统的FPGA硬件设计

3.1 4端口SDRAM控制器

在立体显示系统中应用FPGA芯片技术，能有效改善立体显示技术应用中存在的各种问题，那么，在研发的过程中会应用到哪些FPGA硬件设计呢？首先是4端口SDRAM控制器，SDRAM控制器本是应用于通讯系统集成电路中，为了能与立体显示系统有效的结合在一起，必须经过特殊的技术处理过后才能应用于系统中，同以往的SDRAM控制器不同，在应用于立体显示系统时，必须设置四个端口，两个引进端口，两个引出端口，而且四个端口要能够实现数据同步的功能，同时从四个端口内部进行数据输入时所需要的频率也不同，实现数据的同步功能。四个端口有不同的频率，因此。在写入数据时要进行判断，根据信号选择合适的端口，在一个端口读取数据之后再转入另一个端口，就这样一级一级往下读取，最终四个端口内都输入了数据[5]。

3.2 分色、分时立体显示系统

一般立体显示系统中只能显示一种功能，分色、分时系统之间不能转换，而分色、分时技术各有各的优点与缺点，如果能将两种技术综合运用，那么可以发挥立体显示系统的核心技术。而在立体显示系统中应用FPGA芯片技术，就可以实现分时、分色两种技术的账户转换，这也是本系统设计中最大的特点。而在应用了FPGA芯片技术的立体显示系统中，分时系统能够实现双路之间的交换，分时技术的颜色显示度高，唯一的缺点是不能形成清晰的影像，而在该立体显示系统中，能同步两只眼睛在颜色成像上的需求。而双路切换也是通过信号之间相互转换实现的，人为可以操作系统的应用，操作一次，就可以读取一次数据，经过数次的操作之后，就能完整的实现双路切换。分色技术最大的缺点是两只眼睛会读取不同的颜色，而当应用于FPGA芯片技术时，系统能够同时读取颜色的数据，将颜色数据形成同一幅影像，以弥补人们两只眼睛看见不同颜色的缺陷。

3.3 两种模式之间的切换

从分色技术切换到分时技术，一般情况下，由于两种技术不同的数据读取技术，则会造成画面紊乱的现象，以往，两种模式之间的切换需要依靠模式寄存器，从一种技术切换到另一种技术时，系统就会自动检测到信号，从一帧信号切换到另一帧信号。而且系统在自动识别时如果显示器的频率达不到切换要求的切换频率，那么系统会自动选择高效的观看方式。分时、分色技术两种模式可以实现有效的切换是该系统应用FPGA芯片技术最大的优势，两种模式之间的切换可以满足不同数据信号的读取需求，以及对于颜色、影像清晰度的需求，现代信息技术发展的速度出现了很多信息产品，层出不穷的信息产品对立体显示系统技术水平也提出了新的要求，只有满足于不同信息产品读取数据的需求，才能真正提升立体显示系统的技术发展应用水平[6]。

4 实验结果及分析

在将FPGA芯片技术应用于立体显示系统中之后，对该系统的运行模式以及运行效果进行了检验，通过一系列实验研究的发现，在立体显示系统中应用FPGA技术能有效的提升虚拟世界技术的仿真水平。同时，通过一系列试验的发现，对于应用FPGA芯片技术的立体显示系统也有一定的要求，立体显示器的分辨率要在一定范围之内，而且也一定的频率要求[7]。在应用立体显示系统时，对于分色、分时两种技术的切换频率，在达到一定频率范围时才能实现两种技术的切换。而为了达到更好的观影效果，双目光心之间的距离不宜过大，在对立体系统的显示频率、分辨率经过特殊的设置之后，戴上红蓝眼镜才能达到最佳的观看效果。同时，FPGA芯片技术有多种应用类型，在挑选芯片类型时，要能够切合立体显示系统的发展水平，要使FPGA占用的资源空间少，也能达到最佳的应用效果[8]。

5 立体显示系统未来的发展应用前景

现代信息技术的高速发展推动了各行各业的发展脚步，立体显示系统的发展与应用不应当仅仅局限于影视摄影行业的应用，对立体显示系统的发展技术进行进一步的研究与发展，可以让立体显示系统应用于多方面，包括在建筑施工行业、工业制造方面、零部件销售与制造行业以及机器设备的维修等行业，都可以有所发展。立体显示技术提供的3D影像画面，能帮助设备维修提供人为不能接触到的地区[9]。而目前，在设备维修方面已经大量应用了现代3D技术，在总控制中心能提供设备3维立体影像，尤其是在医学方面，3D立体显示技术能探测到人体中各项器官的发展状况，提供人体内部构造清晰的图画影像。因此，未来立体显示技术的发展可以结合现代信息技术的应用，为各行业的发展提供智能化、三维立体化的影像，使人们能够了解其内部构造[10]。

6 结论

现代信息技术革命的出现，立体显示技术的应用，就是将以前人们不敢想象而无法描绘出来的画面通过一系列的数字代码展现出来。以往，立体显示系统的应用不能实现分时、分色两种技术的共同应用，而两种技术的特点可以相互弥补，使呈现出来的画面更具有真实性，本文将FPGA半集成电路技术应用于立体显示系统中，可以实现分色、分时两种技术共同存在于一个立体显示系统中，使呈现出来的虚拟画面更具有真实性。而且，两种技术的共同存在并不会增加占据空间，反而会使立体系统的应用更具简洁与房产。最后，进行多项试验的反复测试，最终证明立体显示系统中应用FPGA技术会更加方便快捷，通过对比试验的进行，比较了两种立体显示系统，更加突出基于FPGA的立体显示系统的强大性。