FPGA图像处理系列———显示器时序(DMT)标准介绍

1简介

显示监视器时序标准（Display Monitor Timing, DMT）是VESA（Video Electronics Standards Association，视频电子标准协会）制定的一个标准，用于定义计算机显示器的分辨率、刷新率和其他时序参数。DMT标准规范了显示器在不同分辨率和刷新率下所需的精确时序，以确保图像能够正确显示在屏幕上。DMT标准为显示器制造商提供了一个参考，使其能够设计符合行业标准的产品。通过遵循DMT标准，制造商可以确保其显示器能够与大多数计算机和操作系统兼容，减少兼容性问题。

2DMT标准概述

在深入了解DMT时序之前，我们首先需要掌握一些与图像相关的基本概念。

像素，一个像素是显示图像的最小单位，越多的像素可以显示更细致的图像。

分辨率，分辨率是指显示设备（如显示器、电视、投影仪等）能够显示图像的细节程度，通常用水平像素数和垂直像素数的乘积来表示。它表示屏幕上可以显示的像素点的总数，例如1920x1080，表示屏幕上有1920个水平像素和1080个垂直像素，总像素就是1920x1080。常见到的分辨率如下：

720p (HD)：1280x720
1080p (Full HD)：1920x1080
4K (Ultra HD)：3840x2160

刷新率，刷新率（Refresh Rate）是指显示器每秒刷新屏幕图像的次数，通常以赫兹（Hz）为单位表示。刷新率决定了屏幕在一秒钟内可以更新多少次画面。例如，60Hz的刷新率表示屏幕每秒刷新60次。更高的刷新率可以让画面看起来更平滑，特别是在显示快速移动的内容时，比如在游戏或视频播放中，高刷新率能减少画面的拖影和模糊感。刷新率越高，对显卡的性能要求也越高。高刷新率能提供更好的视觉体验，但需要与设备的处理能力相匹配。。常见的刷新率如下：

60Hz：标准刷新率，适用于大多数日常应用。
120Hz、144Hz、240Hz：更高的刷新率，通常用于游戏显示器，提供更流畅的视觉体验。

同步信号，同步信号包括水平同步信号（Horizontal Sync, HSYNC）和垂直同步信号（Vertical Sync, VSYNC），它们用于协调显示器的扫描过程，确保图像正确地显示在屏幕上。

水平同步信号（HSYNC）：HSYNC用于控制每一行像素的开始和结束。它告诉显示器何时开始绘制新的一行。每当一行像素绘制完成时，HSYNC信号会产生一个脉冲，提示显示器移动到下一行。
垂直同步信号（VSYNC）：VSYNC用于控制一帧图像的开始和结束。当所有行的像素都绘制完毕时，VSYNC信号产生一个脉冲，提示显示器返回到屏幕顶部，准备绘制下一帧

像素时钟，像素时钟（Pixel Clock）是显示设备中的一个关键信号，用于控制显示器上每个像素的显示时间。它定义了显示器以多快的速度处理每个像素的数据，是影响分辨率和刷新率的关键因素。

像素时钟计算公式如下，如分辨率800 x 480刷新率60Hz其Horizontal Resolution = 1056；Vertical Resolution = 525；那么像素时钟大小为，1056x525x600 = 33264000H即33.264MHz

Pixel Clock Frequency=Horizontal Resolution×Vertical Resolution×Refresh Rate

3显示器时序介绍

在显示器时序中，sync（同步）、porch（消隐间隔）、和 border（边框）是用于控制显示器如何逐行和逐帧绘制图像的关键参数。这些参数一起定义了每一行和每一帧图像的精确时序。

sync ，同步信号,用于控制每行和每帧的开始和结束,其分为行同步和场同步

行同步(HSYNC)，行同步信号是一个脉冲，指示显示器从一行的末尾移动到下一行的起始位置，它标志着每行像素的结束。
场同步(VSYNC)，场同步信号是一个脉冲，指示显示器从一帧的末尾返回到屏幕顶部，开始绘制下一帧。它标志着一整帧的结束。

porch ，消隐间隔是指在同步脉冲和实际显示区域之间的时间间隔，分为前消隐间隔和后消隐间隔。消隐间隔的存在是为了确保显示器在显示新的一行或一帧图像之前，有足够的时间完成必要的内部处理，如光栅扫描返回到起始位置。消隐间隔在现代显示器，特别是CRT显示器（阴极射线管显示器）中起到了重要作用，但它在LCD等现代显示器中仍然保留，用于兼容性和稳定性。

前消隐间隔（Front Porch）：这是同步脉冲之后、绘制实际图像数据之前的一小段时间。前消隐间隔使显示器有时间从同步状态过渡到显示状态。
后消隐间隔（Back Porch）：这是绘制完一行或一帧图像后、产生同步脉冲之前的一小段时间。后消隐间隔为显示器提供了时间准备下一行或下一帧的绘制。

border ，通常就是指屏幕四周的黑边。在显示器的时序中，border(边框)区域定义了可见图像之外的部分，通常会显示为屏幕四周的黑边。这些黑边在现代显示器上通常是不可见的，或者仅在特定情况下才会出现，例如在分辨率与显示器实际尺寸不匹配时。边框是图像周围的不可见区域，通常用于在屏幕的可见显示区域和消隐间隔之间提供一个缓冲区。边框区域不显示图像数据，但它在时序中占有一定的时间，以确保图像的稳定性和完整性。避免因显示器电路处理时间不足而导致的图像抖动、扭曲或闪烁。

Adressable video ，位于中间的区域就是我们通常称为的可显示图像区域，也就是分辨率实际描述的区域。这是屏幕上实际用于显示图像内容的部分。

Polarity ，极性（Polarity）是指同步信号（包括水平同步信号HSYNC和垂直同步信号VSYNC）的信号电平方向，通常标记为正极性（Positive Polarity）或负极性（Negative Polarity）。同步信号的极性决定了同步脉冲是以高电平（正极性）还是低电平（负极性）来表示。在DMT标准中，每个时序模式（包括分辨率和刷新率）都有一个指定的HSYNC和VSYNC极性。显示器驱动程序在初始化时会根据当前的时序模式来设置正确的同步信号极性。例如：

640x480 @ 60Hz：这一经典分辨率通常使用负极性的HSYNC和VSYNC信号。
1024x768 @ 75Hz：这一分辨率常见的时序模式可能要求正极性的HSYNC和VSYNC信号。

DMT标准中，一共有四种情况的极性如下：

4显示器不同分辨率刷新率参数

显示器的分辨率、刷新率、同步信号（sync）、消隐间隔（porch）、边框（border）等参数各不相同。我们可以通过查阅 DMT 文档来获取这些信息。如果是用于特定设备支持的分辨率，官方文档没有列出，可尝试联系设备制造商提供这些参数或者尝试使用与之相近的的标准分辨率进行必要的调整。

当然，相关文档的链接也会在文末的附录 A 中提供。在此，我们以800x600@60Hz简单说明如何查看这些对应的参数。

从上图可以分析出：

行信号的参数（P，像素）

场信号的参数（L，行）

5DMT ID

DMT ID 是在显示监视器时序标准（DMT，Display Monitor Timing）中用于标识特定时序模式的一个唯一标识符。每一个 DMT 模式（如分辨率、刷新率、同步信号的极性等组合）都有一个对应的 DMT ID。

DMT ID 通常不会直接传递给处理器。相反，显示器与处理器或图形处理单元（GPU）之间的通信通常通过其他方式进行，以确保正确的显示时序配置。

EDID 是显示器与计算机之间交换显示能力信息的标准方式。显示器通过 EDID 传递其支持的分辨率、刷新率、颜色深度等信息。EDID 数据中包含了显示器支持的标准时序模式信息（包括那些符合 DMT 标准的模式）。这些信息可能包括分辨率、刷新率、同步信号极性等，而不是直接传递 DMT ID。计算机的 GPU 或显示驱动程序从 EDID 中提取这些时序信息。

当计算机启动或显示器连接到计算机时，GPU 或图形驱动程序会读取显示器的 EDID 数据。

驱动程序根据 EDID 提供的信息，匹配相应的显示模式（例如，DMT 标准模式）。虽然 DMT ID 可能不会直接传递，但驱动程序中会有一个映射表，将从 EDID 获得的时序信息与特定的 DMT 模式对应起来。

驱动程序随后会根据匹配的 DMT 模式，配置 GPU 输出正确的时序参数，以确保显示器能够正确显示图像。