基于FPGA的LED大屏幕控制系統的設計實現

　　3 反γ校正與灰度級調節

　　特定條件下創建的圖像在不同環境下工作時,往往會出現圖像看起來顯得太亮或者太暗的現象,所以LED大屏幕顯示系統需要進行靈活的反γ值調節。當前反γ校正多采用基于FPGA內部ROM的查找表技術[3]。式(1)為反γ校正公式，式中默認輸入圖像灰度級為256，輸出灰度級為G，x為輸入灰度值，y為輸出灰度值，γ為校正系數。要在FPGA中實現指數運算需要消耗大量邏輯單元，對于低成本要求來說是不現實的。本文提出了如圖3所示的基于FPGA片內RAM、片外EEPROM和PC機軟件的反γ校正技術。

　　在FPGA中的具體實現為：首先使用Altera自帶的IP核，將3個數據寬度為16 bit、數據深度為256的雙端口RAM實例化作為查找表。系統起動時，初始化模塊首先從外部EEPROM中讀出256個配置數據，初始化RAM查找表。初始化完成后，灰度變換模塊將24 bit RGB數據分離成3個8 bit數據作為RAM地址，讀出數據作為轉換后的灰度值。當需要修改γ值時，通過PC機軟件生成新的γ校正表，然后通過串口發送到發送卡，發送卡將數據發送至接收卡，在灰度變換模塊的控制下將數據寫入RAM。如果需要保存校正數據，初始化模塊從RAM中讀出數據寫入EEPROM中。3個RAM中存放的是相同的校正數據，所以初始化模塊可以同時對3個RAM進行初始化，從RAM中讀出配置數據時也只需要其中一個RAM中的值。本方法結合PC機軟件可以實現1～5的γ值連續調節和1～16的灰度級連續調節。

　　4 對比度、亮度調節在FPGA中的實現

　　(1)對比度調節

　　增強對比度實際上是增強原圖各部分的反差，通過增加原圖里某兩個灰度值間的動態范圍來實現[4]。這樣壓縮較亮和較暗區域的灰度級，擴展中間區域的灰度級，從而使細節部分更加清晰。假設輸入灰度級為f(x，y)，輸出灰度級為g(x，y)，則對比度增強的計算如式(6)所示。由式(6)可以看出，通過這種方法調節對比度后會壓縮圖像的灰度級，使變換后的圖像丟失亮區和暗區的細節，所以此種方法不適合大范圍調節。根據人眼對高亮度區域的灰度級變化不敏感，而對低灰度級區域灰度級變化十分敏感的視覺特點，本系統選擇不壓縮低灰度級區域。式中n為調節系數，最終當0n100時比較合適。