基于VBE標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)遙感圖像實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

PC機(jī)的開(kāi)放體系結(jié)構(gòu)使得有更多的廠(chǎng)商能夠參與計(jì)算機(jī)部件的生產(chǎn)，參加標(biāo)準(zhǔn)的制定。在PC機(jī)圖形顯示領(lǐng)域的早期，IBM推出的VGA標(biāo)準(zhǔn)成為默認(rèn)的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，但隨后一段時(shí)期，其他廠(chǎng)商生產(chǎn)的VGA顯示卡雖兼容了IBM VGA的BIOS和寄存器，卻加入了擴(kuò)展功能，當(dāng)時(shí)，出現(xiàn)了眾多具有更高分辨率、更多色彩甚至附加圖形處理功能的顯示卡-Super VGA顯示卡。

當(dāng)時(shí)，對(duì)于Super VGA顯示卡的軟件開(kāi)發(fā)者而言，他們卻要面對(duì)非常嚴(yán)重的問(wèn)題：由于沒(méi)有硬件設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，軟件開(kāi)發(fā)者面對(duì)著各種完全不同的Super VGA硬件結(jié)構(gòu)，而且，由于沒(méi)有統(tǒng)一的軟件開(kāi)發(fā)界面，在程序開(kāi)發(fā)中必須解決軟件兼容不同顯示卡的問(wèn)題，隨之而來(lái)的是，對(duì)于某一具體的Super VGA顯示卡，除了一些特定的軟件可以得到制造廠(chǎng)家提供的顯示驅(qū)動(dòng)程序支持，幾乎再?zèng)]有什么軟件包可以利用Super VGA帶來(lái)的能力和優(yōu)點(diǎn)。

VBE標(biāo)準(zhǔn)的制定就是要改變這種困境，作為各種Super VGA顯示卡的統(tǒng)一軟件接口，它可以使應(yīng)用軟件和系統(tǒng)軟件在較大的范圍內(nèi)利用擴(kuò)展VGA可用的優(yōu)勢(shì)。

本文先簡(jiǎn)單介紹VBE標(biāo)準(zhǔn)，然后結(jié)合一個(gè)具體設(shè)計(jì)，給出如何利用VBE標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)遙感圖像實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示。

1 VBE標(biāo)準(zhǔn)

VBEl．0提供了基本信息查詢(xún)、顯示方式信息查詢(xún)、設(shè)置顯示方式、返回當(dāng)前顯示方式、保存／恢復(fù)視頻狀態(tài)等幾項(xiàng)基本功能，定義了有限的幾種擴(kuò)展顯示模式。

VBEl．1增加了設(shè)置／獲取邏輯掃描線(xiàn)長(zhǎng)度等功能，并增加5種顯示模式和新的顯示方式參數(shù)。

VBEl．2增加了對(duì)調(diào)色板設(shè)置的接口及更多的顯示模式和顯示方式參數(shù)。

VBE2．0增加了對(duì)線(xiàn)性幀緩存和保護(hù)模式的支持等。

VBE3．0擴(kuò)充了過(guò)去版本中的許多功能，實(shí)現(xiàn)了刷新率、點(diǎn)時(shí)鐘、硬件幀切換等。由于篇幅所限，這里只對(duì)被硬件廠(chǎng)商廣泛支持的VBE-2．0標(biāo)準(zhǔn)定義的軟件接口做簡(jiǎn)單介紹。

標(biāo)準(zhǔn)VGA的BIOS是通過(guò)中斷l(xiāng)O來(lái)調(diào)用的，而VBE是通過(guò)中斷4F，通過(guò)設(shè)置不同的功能號(hào)調(diào)用該標(biāo)準(zhǔn)的不同功能：

（1）功能調(diào)用00H--基本信息查詢(xún)

可返回VBE版本號(hào)、OEM名字，顯示視頻環(huán)境能力、支持的顯示方式、顯示存儲(chǔ)器數(shù)目等信息。

（2）功能調(diào)用01H--顯示方式信息查詢(xún)

可返回特定顯示方式的具體信息，包括顯示方式屬性、主機(jī)視頻窗口屬性、功能調(diào)用入口地址、分辨率、像素位數(shù)、顯示存儲(chǔ)器分塊數(shù)、分塊長(zhǎng)度等。

（3）功能調(diào)用02H--設(shè)置顯示方式

設(shè)置顯示方式。

（4）功能調(diào)用03H--返回顯示方式

返回當(dāng)前顯示方式。

（5）功能調(diào)用04H--保存／恢復(fù)視頻狀態(tài)

保存／恢復(fù)視頻狀態(tài)。

（6）功能調(diào)用05H--主機(jī)視頻窗口控制

設(shè)置主機(jī)視頻窗口在顯示存儲(chǔ)器中的位置。

（7）功能調(diào)用06H--設(shè)置／獲取邏輯掃描線(xiàn)長(zhǎng)度

通過(guò)對(duì)子功能的控制實(shí)現(xiàn)設(shè)置或獲取邏輯掃描線(xiàn)長(zhǎng)度。

（8）功能調(diào)用07H--設(shè)置／獲取顯示起始地址

通過(guò)對(duì)子功能的控制實(shí)現(xiàn)設(shè)置或獲取顯示的起始地址。

（9）功能調(diào)用08H--設(shè)置／獲取調(diào)色板格式

通過(guò)對(duì)子功能的控制實(shí)現(xiàn)設(shè)置或獲取調(diào)色板格式。

（10）功能調(diào)用09H--設(shè)置／獲取調(diào)色板數(shù)據(jù)

通過(guò)對(duì)子功能的控制實(shí)現(xiàn)設(shè)置或獲取調(diào)色板數(shù)據(jù)。

（11）功能調(diào)用0AH--返回保護(hù)模式接口

返回保護(hù)模式程序接口。

2 遙感圖像實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求

遙感圖像實(shí)時(shí)滾動(dòng)顯示系統(tǒng)具有以下特點(diǎn)：

（1）圖像尺寸大，行像素點(diǎn)數(shù)多；

（2）圖像滾動(dòng)顯示，速度快，每秒刷新行數(shù)較多；

（3）顯示信息豐富，除顯示動(dòng)態(tài)圖像外，還要能夠在圖像上疊加顯示文字信息和網(wǎng)格信息；

（4）有良好的視覺(jué)效果，圖像滾動(dòng)顯示不能有跳躍的感覺(jué)；

（5）基于可滿(mǎn)足特殊環(huán)境要求的嵌入式平臺(tái)運(yùn)行。

基于上述設(shè)計(jì)限制，對(duì)動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)顯示速度的要求是比較高的。具體的技術(shù)指標(biāo)如下：

輸入數(shù)據(jù)率： ≤2．5Mb／s

輸入每行像素?cái)?shù)： 8192點(diǎn)／線(xiàn)

輸入數(shù)據(jù)格式： 遙感圖像+輔助數(shù)據(jù)

顯示字長(zhǎng)： 8bit

顯示圖像灰度級(jí)： 256

屏幕顯示方式： 滾動(dòng)顯示

網(wǎng)狀標(biāo)尺疊加顯示： 熱鍵選擇

輔助信息字符顯示： 熱鍵選擇

圖像顯示模式： A．高分辨率局部顯示，行顯示起始可選

B．抽樣全局顯示，行向8抽1，列向8抽1

要求實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)在1024×768的顯示模式下滾動(dòng)顯示圖像的同時(shí)，在固定位置疊加顯示的輔助數(shù)據(jù)字符和網(wǎng)格標(biāo)尺。由于需要在全屏范圍內(nèi)疊加滾動(dòng)的和靜止的兩種圖像，在嵌入式平臺(tái)的實(shí)現(xiàn)難度較大。

3 幾種軟件實(shí)現(xiàn)方案的對(duì)比

根據(jù)嵌入式計(jì)算機(jī)的顯示卡性能和可利用的編程軟件庫(kù)，可以采用以下3種方式實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)圖像顯示軟件：

（1）基于幀切換

基于幀切換的滾動(dòng)圖像與靜止圖像疊加顯示是通過(guò)類(lèi)似電影放映的方式實(shí)現(xiàn)的，即由全屏圖像構(gòu)成一幀，許多這樣的幀一起構(gòu)成幀序列，通過(guò)在屏幕上順序顯示這些幀序列，就形成在圖像滾動(dòng)顯示的同時(shí)疊加靜止網(wǎng)格和文字。

按照實(shí)時(shí)顯示的要求，基于幀切換的方法構(gòu)成一幀時(shí)，首先要在后臺(tái)顯存中重建整個(gè)一幀的圖像數(shù)據(jù)，然后將網(wǎng)格和文字寫(xiě)到顯存的相應(yīng)地址。這種方法的數(shù)據(jù)搬移量非常大，所需的顯示內(nèi)存容量很大，對(duì)顯存的存取速度要求高。

（2）基于幀切換，并利用硬件二維加速功能

利用硬件二維加速功能實(shí)現(xiàn)幀切換，這種方法與上述方法類(lèi)似，不同的是它利用了硬件的優(yōu)勢(shì)，即滾動(dòng)顯示的圖像與靜止的網(wǎng)格和文字分別存儲(chǔ)于顯示存儲(chǔ)器的不同區(qū)域，在顯示時(shí)由顯示卡的硬件進(jìn)行疊加，這樣，對(duì)每幀圖像的操作基本只集中在圖像數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)區(qū)內(nèi)。

此時(shí)，構(gòu)成一幀的主要工作是重建整個(gè)一幀的圖像數(shù)據(jù)，由于網(wǎng)格和文字存儲(chǔ)于顯存中的另一地址空間，一般情況下，僅需對(duì)個(gè)別文字進(jìn)行操作。然而，這種方法的數(shù)據(jù)搬移量還是非常大，對(duì)系統(tǒng)內(nèi)存尋址能力要求高，所需的顯示內(nèi)存容量更大。

（3）基于更改顯示窗口在顯存中的起始地址

在顯示存儲(chǔ)器中，屏幕上顯示的僅是顯存的一小部分。當(dāng)設(shè)定顯示模式后，可以把整個(gè)顯示存儲(chǔ)器看作是一幅縱向很長(zhǎng)的畫(huà)面，顯示器作為一個(gè)窗口只顯示了其中的一部分。我們可以通過(guò)更改顯示窗口在內(nèi)存中的起始地址的方法來(lái)改變屏幕上的內(nèi)容，如果這種改變是順序、連續(xù)的，在屏幕上就會(huì)形成滾動(dòng)的圖像。

每次輸入的圖像數(shù)據(jù)依次存儲(chǔ)于顯存中，再進(jìn)行所需的處理（如添加縱向的網(wǎng)格線(xiàn)），當(dāng)需要屏幕滾動(dòng)時(shí)，首先更改顯示窗口在內(nèi)存中的起始地址，然后處理橫向的網(wǎng)格線(xiàn)和文字，使它們?cè)谄聊簧咸幱谡_的位置。這種方法的數(shù)據(jù)搬移量比較小，所需的系統(tǒng)內(nèi)存和顯示內(nèi)存容量也很小，但這種方法的數(shù)據(jù)處理較復(fù)雜，在編程過(guò)程中需要考慮多種邊界的影響。同時(shí)，當(dāng)用戶(hù)不需要顯示網(wǎng)格線(xiàn)和文字時(shí)，恢復(fù)已被顯示網(wǎng)格線(xiàn)和文字破壞的原圖像數(shù)據(jù)的處理量是非常大的，是否能夠?qū)崿F(xiàn)取決于目標(biāo)系統(tǒng)的系統(tǒng)內(nèi)存和顯示內(nèi)存的存取速度以及編程語(yǔ)言的效率。

結(jié)合圖像實(shí)時(shí)顯示分機(jī)的技術(shù)指標(biāo)，可以通過(guò)表1具體說(shuō)明上述三種方法各自的優(yōu)勢(shì)及問(wèn)題：

對(duì)于普通的計(jì)算機(jī)平臺(tái)而言，三種實(shí)現(xiàn)方法對(duì)系統(tǒng)的要求都是可以滿(mǎn)足的，但在實(shí)際的工程實(shí)施中，則要考慮環(huán)境因素對(duì)目標(biāo)系統(tǒng)在結(jié)構(gòu)、溫度、濕度等方面的限制，這時(shí)，加以限制的目標(biāo)系統(tǒng)是否能滿(mǎn)足要求，成為制約圖像顯示方案的關(guān)鍵因素。

考慮特殊的環(huán)境適應(yīng)性要求，動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的嵌入式計(jì)算機(jī)必須具有插針式的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時(shí)還要具有很小的體積，并具各PCI接口。因此，考慮成本和體積限制，選擇PC104plus結(jié)構(gòu)的嵌入式計(jì)算機(jī)。這種結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)的顯示內(nèi)存很少配置在2M以上，因此，利用硬件二維加速功能實(shí)現(xiàn)幀切換方法暫時(shí)不能應(yīng)用。盡管可以得到2M顯存的PC104plus計(jì)算機(jī)，但由于系統(tǒng)主頻低，系統(tǒng)內(nèi)存和顯示內(nèi)存速度慢，經(jīng)過(guò)測(cè)試，基于幀切換方法只能達(dá)到25frame／s的顯示速度，考慮圖像數(shù)據(jù)輸入所占用的時(shí)間，最多也只能保證15frame／s，這樣的更新速度會(huì)造成圖像閃爍，是不能接受的。

4 基于VBE的圖像實(shí)時(shí)顯示軟件解決方案

基于更改顯示窗口在內(nèi)存中的起始地址的方法可以通過(guò)VBE編程接口實(shí)現(xiàn)，具體如下：

4．1 目標(biāo)系統(tǒng)

在目標(biāo)系統(tǒng)中，與圖像顯示輸出相關(guān)的部分是嵌入式計(jì)算機(jī)和集成在其上的顯示卡，嵌入式計(jì)算機(jī)為PC104plus結(jié)構(gòu)，具有PCI和ISA兩種總線(xiàn)接口，其CPU為Pentium MMXl66，系統(tǒng)內(nèi)存32M，顯示控制芯片為M69000，顯示內(nèi)存2M。

4．2 圖像實(shí)時(shí)顯示軟件

圖像實(shí)時(shí)顯示軟件由數(shù)據(jù)讀入、顯示輸出和顯示控制三個(gè)模塊構(gòu)成，下面只對(duì)本文相關(guān)的顯示輸出模塊進(jìn)行介紹。

顯示輸出模塊要實(shí)現(xiàn)在1024×768的高分辨率顯示模式下滾動(dòng)顯示圖像數(shù)據(jù)，同時(shí)疊加顯示固定的輔助數(shù)據(jù)字符和網(wǎng)格，并可由操作員通過(guò)顯示控制模塊控制是否顯示輔助數(shù)據(jù)字符和網(wǎng)格。在每次圖像滾動(dòng)時(shí)，顯示輸出模塊需要完成以下操作：

（1）更改當(dāng)前讀寫(xiě)窗口；

（2）將讀入數(shù)據(jù)寫(xiě)入顯存的相應(yīng)地址；

（3）寫(xiě)入縱向網(wǎng)格線(xiàn)；

（4）恢復(fù)原橫向網(wǎng)格線(xiàn)上的圖像數(shù)據(jù)（此期間需更改當(dāng)前讀寫(xiě)窗口）；

（5）寫(xiě)入新的橫向網(wǎng)格線(xiàn)：

（6）恢復(fù)原輔助數(shù)據(jù)字符上的圖像數(shù)據(jù)；

（7）寫(xiě)入新的輔助數(shù)據(jù)字符；

（8）更改顯示窗口在顯存中的起始地址使屏幕滾動(dòng)；

（9）重復(fù)（1）

4．3 性能

通過(guò)測(cè)試表明，每次滾動(dòng)2條線(xiàn)，每秒可滾動(dòng)120線(xiàn)，若每次滾動(dòng)4條線(xiàn)，可以達(dá)到240線(xiàn)每秒，在這兩種情況下，圖像滾動(dòng)時(shí)無(wú)明顯跳動(dòng)感。

5 小結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，VBE標(biāo)準(zhǔn)不斷升級(jí)，最高版本是3．0版。同時(shí)，也派生出一些子標(biāo)準(zhǔn)，如VBE／AF、VBE／AI、VBE／PM等。然而，計(jì)算機(jī)顯示系統(tǒng)的發(fā)展主流是向三維加速、立體顯示等方向發(fā)展，這些主流發(fā)展方向的功能很多都得不到VBE的支持。但在一些特殊應(yīng)用領(lǐng)域，VBE標(biāo)準(zhǔn)仍不失為一種適應(yīng)高環(huán)境要求的動(dòng)態(tài)圖像實(shí)時(shí)顯示系統(tǒng)的較好解決方案。

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