技术基于FPGA的单片彩色LCD投影机设计

引言显示技术正朝着大屏幕、高清晰度、高亮度和高分辨率的方向发展。通常说来，将屏幕显示面对角线尺寸在1米（4英0寸）以上的显示称为大屏幕显示。投影机作为一种重要的显示设备，已经广泛地应用到了金融、教育、企业、军事等多个领域，它所具有的大幅面、高清晰多媒体演示功能，使信息的传递具有更好的效果。目前，市面上的主流产品是三片式投影机和 投影机，其中，三片式 投影机的市场份额高达三分之二。然而，投影机的主要采购者绝大多数是政府部门、企业和高校。无论是三片式 投影机还是 投影机，其高昂的价格一直妨碍着投影机进入普通家庭。为了简化设备结构，降低成本，本文给出了一种基于 的高光效单片彩色 投影机的设计方法。投1影原理三片式 投影机的一般电路原理如图所示。由图可以看出，传统投影机的电路原理是把传送过来的视频信号通过彩色解码，以产生R、信号，然后通过视频处理电路把该三基色信号加载在红、绿、蓝三只单色液晶屏上，最后加在三只单色投影管上，并经三只单色投影管还原后，再把图像通过光学透镜放大几十倍后由反射镜反射到屏幕上，最后在屏幕上合成出彩色图像。由此可以看出，由于三只投影管和投影镜头并非都正对屏幕放置，三种图像信号还原到屏幕上所经过的光路各不相同，而这必然导致、、三色信号在屏幕上不能完全重合在一起，进而引起会聚失真。 于是，本文从图1的视频处理电路和控制电路着手，设计了一种新的投影方式，即在一个液晶屏上呈现、、三基色的单色图像数据，并对照射进来的、、三单色光进行调制，然后经过透射、折射以及图像拉宽等光学系统的处理，最终在屏幕上形成彩色网像，该方法的原理图如图2所示。通过图可以看出，该没计的最大特点是在一块 屏上分别显示出、、三基色图像，并通过对单色光进行调制来投影，而不像传统的投影系统，要用三块 屏分别显示、、基色图像。投2影机系统电路在投影机设计中，控制电路的作用是对输入的视频和数字图像信号进行处理，以将其转变成适合 屏显示的信号。投影系统的电路部分如图所示。当图像信号由 接口传送到 解码芯片后，系统可将视频信号分解成位、、单色信号以及相应的控制信号，再通过 组成的视频信号处理电路进行相关转换，然后经过 编码芯片恢复成 信号，最后送至液晶屏。

从系统电路的示意图可知。以为核心包括解码、编码芯片在内)的信号处理电路是整个设计中最为关键的部分，图4所示是其数据读写和传输示意图。从解码芯片进入 的数据包括8位并行//信号以及行、场控制信号和时钟信号。事实上，为实现实时视频显示，应该对一帧笔者使用的屏所支持的最高分辨率为，即1024X768)数据进行处理。可是，如果对整帧数据一起处理，至少需要2以上的外部存贮器来对数据进行缓存，这样既提高了成本，又增加了电路的复杂性。因此，在本设计中，笔者采用了一种新思路，即对输入的视频数据一行一行的进行处理，并且在相邻两行的数据流处理中采用“乒乓操作”，这样既可实现实时显示，又简化了电路。具体操作如下：VI阳片口解芯FPGA片内RAMHIDVI编玛芯片VI阳片口解芯FPGA片内RAMHIDVI编玛芯片图4数据读、写和传蛤击意图①通过模块调用将 白的片内RAM分为“RAM_A”和“RAM_B”；③在第二个行周期，按照步骤②中所描述的方法将第二行的视频信号存入文4乂_8”，同时将“RAM_A”中所存的第一行视频信号依次从/口读出，再经 编码芯片编码后送至屏，即在读出数据时“按序”读取；④重复步骤②、③，使读、写操作交替在“RAM_A”和“RAM_B”间循环进行，直至一

帧数据传输完毕。此时，—屏上显示数据的具体算法如图所示，即R,占据，的位置即第个单

元，R,占据B,的位置即第个单元，Ri占据第个单元，以此类推，直至个红色数据在 屏上排列完毕，再开始绿色数据，继而是蓝色数据。这样便可达到图中在一块 屏上分别显示R、、B图像的目的。RE.IRIRE.IRI二……R1J口上叩I1G1.2---G 1R1.2'"KI.I心？—L02«l]G,2,2土，一■乳i Rl.liFJGIJ蛇打包K2J眠1.证1虻121624皿…■ -R2J嗯麻门加屎拈工10M本设计中所采用的是AA 公司系列中的 Q该 、8片内存储器容量为 ，完全能够胜任对分辨率为 显示模式的视频信号进行行处理。如果要支持更高分辨率的投影模式或对图像进行整帧的处理，只需更换具有更大片内RAM资源的 或是在 、*/口外接片外存储器。 解码和编码芯片分别选用和。这种基于 、的控制器除可用投影机的视频信号处理外，还可应用于平板显示中有关图像的翻转、截取以及象素的抽取等。其操作的关键是对数据读、写地址的控制。3液晶屏的处理和光学调整现在市面上的 液晶板都是有滤色膜的。本设计如果直接使用这种液晶板，那么当、G三单色光分别照射到、、图像区域的时候，滤色膜会吸收掉很大一部分光能，从

而从投影亮度过低，无法达到应用要求。因此，本设计中所采用的液晶板需去掉滤色膜或者

没有滤色膜的产品，以提高光源利用率和投影亮度。由于视频信号在 屏上分为、、三个部分，因此，三基色图像通过液晶板汇聚以后，会形成一幅高度和原图像相等。宽度压缩为原图像三分之一的彩色图像。这时，只需要

一枚宽银幕镜头即可将该压缩图像拉宽，从而使其恢复到正常图像。4结束语随着家庭影院概念的普及，约来越多的消费者希望在家中享受大制作影片所带来的强烈震撼。然而，昂贵的投影机却让很多家庭望而却步。本文从实际应用出发，设计了