一种基于ARM9的彩色TFT－LCD模块设计及实现（2） 性价比, 硬件, 技术

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2.1.3 JPEG图像解码
JPEG是一种目前广泛使用的静态图像压缩标准，它以其显着的压缩效率和较低的图像质量损失获得了广泛应用，成为国际通用的标准。
JPEG的目的是提供一种使用于各种连续色调图像的压缩方法，并且能够易于硬件实现，具有良好的性价比。为了满足各种应用需求，它提供了两种压缩编码技术：基于离散余弦变换(DCT)的有损压缩编码和基于DPCM 的无损编码，这两种编码方式可以采用4种操作模式来实现：顺序编码、累进编码、无损编码及层次编码。其中基于DCT变换的顺序编码方式最常用。
以基于离散余弦变换的顺序编码方式来说明JPEG图像解码的过程。图像解码是压缩编码的反过程，解码的码流起始位置标志信息，解码器根据 JPEG压缩图像的文件头信息，得到原始图像的基本信息。得到原始图像信息后，解码器根据JPEG文件中的霍夫曼表进行解码。由于熵编码过程中使用霍夫曼编码分别对DC及AC系数进行编码，其中系数编码的顺序采用zig-zag序列，因此实现解码时需要考虑这些相关实现过程，详细信息请参考相关文献 [5]。根据量化系数表，经霍夫曼解码后的系数与相应的量化值进行乘积，然后进行反余弦变换。需要注意的是，JPEG 图像使用的是YCrCb模型，其中Y 是亮度分量，Cr及Cb是色度分量，需要将系数的色彩空间从YCrCb转换到RGB空间，最终得到图像的R、G、B 数据值，这些数据才可以在液晶显示屏上显示。
根据JPEG 文件交换格式提供的资料文献[6]，YCrCb色彩空间到RGB色彩空间的转换见公式(1)。


考虑到延时应尽量小，程序在NOR Flash存储器上执行效率低。图像解码算法中应合理安排在ARM9中的内存分配。设计过程中将频繁访问的程序代码及数据搬运到ARM9内部高速缓冲存储器中，从而提高编码的效率。由于顺序编码方式最常用，它通常称为JPEG 基本系统(BaseLine)。设计过程中，实现的JPEG 图像解码支持顺序编码，完全可以满足应用要求。
2.2 TFT-LCD LQ080V3DG01
实验中选用LQ080V3DG01彩色液晶显示模块测试设计效果。LQ080V3DG01 由彩色TFT-LCD面板、驱动电路、控制电路、供电电路及背光单元组成。它支持最大分辨率为640×480的图形和文字显示，数据输入格式为 18bit，其中红绿蓝各占6bit，提供的颜色共262 144种。
TFT-LCD需要+3。3V或+5V供电电压，背光需要交流电源供电。输入的控制信号有4个：帧同步信号VSYNC、行同步信号HSYNC、数据使能信号ENAB及时钟信号CK。数据线宽度是18bit，红绿蓝各占6bit，分别是R [0∶5]、G [0∶5]及B [0∶5]，颜色配置信息如表1所示。
表1 输入数据信号及颜色显示配置


LQ080V3DG01液晶显示屏的数据线共18bit，对于24bit的彩色图像以及24bit的ARM9S3C2440X的TFT-LCD 控制器而言，其接口并不兼容。设计中为了适应LQ080V3DG01液晶显示屏的接口，分别舍弃了8bit R、G、B 值的低2位，测试结果显示效果良好。如果选用的TFTLCD是24bit数据线，则可以直接连接到LCD控制器相应的数据线。
3 模块设计方案的实现
3.1 工作流程
在ARM9执行初始化后，主程序就等待外部模块通过串口发送指令。外接模块通过RS232串口与本模块通信，根据通信协议发送不同的指令，实现相应的功能。在约定的串口波特率下，通信协议如下：显示图像时首先发送指令0x55，然后再发送图像在图像库中的编号;显示字符时首先发送指令0x56，然后再发送字符在字符库中的编号，最后发送字符在液晶屏上显示的横轴及纵轴坐标。需要说明的是，在NAND Flash存储空间中的图像库及字符库是自己定义的，可以重新下载更新。软件流程图如图3示。


图3 软件流程图
3.2 彩色图像显示
所设计的模块支持24bit彩色RGB及JPEG两种格式的图像显示。因为像素数据可以直接送到液晶接口控制模块显示，而JPEG格式的图像则必须经过解码之后才能显示，所以图像在显示前，需要先判断图像数据是什么格式。如果图像数据是JPEG格式，则必须经过图像解码，解码后得到原始彩色图像的像素数据值R、G、B，这些数据经过显示控制单元送到液晶屏显示。如果图像是原始图像的数据，则可以直接送到液晶控制模块进行显示。
由于要显示的图像存储在NAND Flash的图像库存储空间，所以在将彩色图像输出到TFT-LCD显示时，首先要将需要显示的图像数据从NAND Flash中读取出来，得到一幅24bit彩色图像的完整原始图像数据。原始图像数据中，一个像素占用3byte，其中R、G、B 各占1byte。将数据输出给TFT-LCD 显示前，需要根据LCD接收的数据格式将图像数据进行转换，然后才能输出显示，图像数据按照从上到下，自左向右的顺序输出[9]。同样，将TFT-LCD 按照相同的顺序进行扫描，最终完成整幅图像的显示。
NAND Flash存储着大量的图像数据，为了区分不同的图像数据，将相应的图像输出显示，模块采用RS232串口与外界通信。通过发送不同的指令，可以将在NAND Flash上存储的相应图像读取出来，输出在TFT-LCD上，最终实现各种彩色图像的显示。
3.3 字符显示
字符采用16×16点阵，由于每个像素占用3byte，所以每个字符占用768byte。可以将常用字符存储在NAND Flash中，作为字符库使用，需要时调用即可。当显示字符时，首先要确认相应字符在存储器中的位置，然后根据地址信息对相应字符进行操作，最后根据字符要显示的位置在液晶屏上输出，实现字符在液晶屏上的显示。
实验过程中为字符库分配8Mbyte空间，可以存储10 922个字符。字符库还可以实现更新，只需将存储器NAND Flash对应地址空间的内容替换即可。