LCD接口和RGB介绍

1. 介绍

Video的显示离不开LCD, 所以这里简单介绍一下LCD的接口和RGB

LCD的全称是Liquid Crystal Display的简称, 即液晶显示器; 目前已经取代CRT, 成为TV、PC等的标配

2. 接口

首先我们以传递的信号类型来区分主要有两大类:

- 模拟信号:
   - VGA: Video Graphics Array
- 数字信号
   - TTL: Transistor Transisor Logic
   - LVDS: Low Voltage Differential Signaling
   - TMDS: Transition Minimized Differential Signal

连接方式实例如下图所示

2.1 TTL

LCD TTL接口中一般包含

数据信号: 指RGB数据信号, 如R0~R5、G0~G5、B0~B5
时钟信号: 像素时钟信号(DCLK), 是传输数据和对数据信号进行读取的基准
控制信号: 包括数据有效信号(DE), 行同步信号(HSYNC)、场同步信号(VSYNC)

2.2 LVDS

LVDS是一种低压差分信号技术掊, 它是美国国家半导体公司为了克服以TTL电平方式传输宽带高码率数据时功耗大、电磁干扰大等缺点而研制的一种数字视频信号传输方式；传递的信号与TTL类型, 不累叙

2.3 TMDS

TMDS, 即过渡调制差分信号, 也被称为最小化传输差分信号
是一种微分信号机制, 运行先进的编码算法, 把8bit数据(R、G、B中每路基色信号)通过最小转换编码为10bit数据
这10bit数据包含行场同步信号信息、时钟信息、数据DE、纠错等, 经过DC平衡后, 采用差分信号传输数据
它和LVDS、TTL相比有较好的电磁兼容性能, 可以用低成本的专用电缆实现长距离、高质量的数据信号传输

3. RGB

从上面的接口可以发现, 从LCD传递的是RGB数据
这也是本人比较关注的东西

RGB一般是指RGB色彩模型(RGB color model), 是工业界的一种颜色标准
通过对红(Red)、绿(Green)、蓝(Blue)三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色的
RGB即是代表红、绿、蓝三个通道的颜色, 这个标准几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色

通常一个颜色通道由8bit表示, 即每个颜色通道值得范围是0~255, 通常称RGB888/RGB24
三个颜色通道总共能组合出约1678(256×256×256)万种色彩, 通常也被简称为1600万色或千万色, 也称为24位色(2^24)

在实际的使用中, 除了RGB24, 还有RGB555,、RGB565、RGB32(另8bit用作alpha通道或者不用)

颜色名称	Red	Green	Blue
黑色	0	0	0
蓝色	0	0	255
绿色	0	255	0
青色	0	255	255
红色	255	0	0
洋红色	255	0	255
黄色	255	255	0
白色	255	255	255

4. YUV

颜色模型除了RGB, 还有CIE, YUV

其中YUV又包括YUV(PAL), Y'CbCr(是YUV压缩和偏移的版本)
通常YUV(PAL)用于彩色电视机, Y'CbCr在计算机系统中应用非常广泛, 我们一般说的YUV指的是Y'CbCr

历史上, YUV被用于电视系统PAL (NTSC里面使用YIQ, 是YUV color space的变种)的颜色信号的模拟编码
Y'PbPr/Y'CbCr 则被用于视频和静态图像处理系统中的颜色编码(例如MPEG/JPEG)

Y′是亮度(luma)分量, Cb指蓝色色度(chroma)分量，而Cr指红色色度(chroma)分量
Y′是区别于Y(亮度, luminance), 是光强(light)基于Gamma校正的RGB三原色的非线性编码
当只有Y′时, 显示出来的是黑白图像, 详细可参看下图

根据采样格式的不同 Y'CbCr又可分为Y′CbCr 4:2:0、Y′CbCr 4:2:2、Y′CbCr 4:1:1和Y′CbCr 4:4:4
以Y′CbCr 4:1:1为例, 其含义为: 每个点保存一个8bit 的亮度值(也就是Y′值), 每 2x2 个点保存一个Cr 和Cb 值, 图像在肉眼中的感觉不会起太大的变化

用RGB24模型, 每个点需要8x3=24 bits, 而Y′CbCr 4:1:1仅需要 8+(8/4)+(8/4)=12bits, 平均每个点占12bits
这样就把图像的数据压缩了一半

5. FOURCC

我们知道RGB/YUV按照不同采样格式有不同的类型, 在实际的使用中该如何简单快速地区分它们呢, 这里就得提到FOURCC了

FOURCC(four-character code)是一个4bit序列, 用来唯一标识一个数据格式(主要用于视频编解码)；同时也包括了RGB和YUV的格式, 当然FOURCC所定义远不止它们

在Linux中, 可以通过v4l2_fourcc宏来定义该值(include/linux/Videodev2.h)；比较常用的RGB和YCbCr格式有

/* RGB formats */
#define V4L2_PIX_FMT_RGB555  v4l2_fourcc('R', 'G', 'B', 'O') /* 16  RGB-5-5-5     */
#define V4L2_PIX_FMT_RGB565  v4l2_fourcc('R', 'G', 'B', 'P') /* 16  RGB-5-6-5     */
#define V4L2_PIX_FMT_RGB24   v4l2_fourcc('R', 'G', 'B', '3') /* 24  RGB-8-8-8     */
#define V4L2_PIX_FMT_RGB32   v4l2_fourcc('R', 'G', 'B', '4') /* 32  RGB-8-8-8-8   */
 
/* two planes -- one Y, one Cr + Cb interleaved  */
#define V4L2_PIX_FMT_NV12    v4l2_fourcc('N', 'V', '1', '2') /* 12  Y/CbCr 4:2:0  */
#define V4L2_PIX_FMT_NV16    v4l2_fourcc('N', 'V', '1', '6') /* 16  Y/CbCr 4:2:2  */

参考: