基于FPGA的單片彩色LCD投影機設計

顯示技術(shù)正朝著(zhù)大屏幕、高清晰度、高亮度和高分辨率的方向發(fā)展。通常說(shuō)來(lái)，將屏幕顯示面對角線(xiàn)尺寸在1米(40英寸)以上的顯示稱(chēng)為大屏幕顯示。投影機作為一種重要的顯示設備，已經(jīng)廣泛地應用到了金融、教育、企業(yè)、軍事等多個(gè)領(lǐng)域，它所具有的大幅面、高清晰多媒體演示功能，使信息的傳遞具有更好的效果。目前，市面上的主流產(chǎn)品是三片式LCD投影機和DLP投影機，其中，三片式LCD投影機的市場(chǎng)份額高達三分之二。

然而，投影機的主要采購者絕大多數是政府部門(mén)、企業(yè)和高校。無(wú)論是三片式LCD投影機還是DLP投影機，其高昂的價(jià)格一直妨礙著(zhù)投影機進(jìn)入普通家庭。為了簡(jiǎn)化設備結構，降低成本，本文給出了一種基于FPGA的高光效單片彩色LCD投影機的設計方法。

1 投影原理

三片式LCD投影機的一般電路原理如圖1所示。由圖1可以看出，傳統LCD投影機的電路原理是把傳送過(guò)來(lái)的視頻信號通過(guò)彩色解碼，以產(chǎn)生R、G、B信號，然后 通過(guò)視頻處理電路把該三基色信號加載在紅、綠、藍三只單色液晶屏上，最后加在三只單色投影管上，并經(jīng)三只單色投影管還原后，再把圖像通過(guò)光學(xué)透鏡放大幾十倍后由反射鏡反射到屏幕上，最后在屏幕上合成出彩色圖像。由此可以看出，由于三只投影管和投影鏡頭并非都正對屏幕放置，三種圖像信號還原到屏幕上所經(jīng)過(guò)的光路各不相同，而這必然導致R、G、B三色信號在屏幕上不能完全重合在一起，進(jìn)而引起會(huì )聚失真。

于是，本文從圖1的視頻處理電路和控制電路著(zhù)手，設計了一種新的投影方式，即在一個(gè)液晶屏上呈現R、G、B三基色的單色圖像數據，并對照射進(jìn)來(lái)的R、G、B三單色光進(jìn)行調制，然后經(jīng)過(guò)透射、折射以及圖像拉寬等光學(xué)系統的處理，最終在屏幕上形成彩色網(wǎng)像，該方法的原理圖如圖2所示。

通過(guò)圖2可以看出，該沒(méi)計的最大特點(diǎn)是在一塊LCD屏上分別顯示出R、G、B三基色圖像，并通過(guò)對單色光進(jìn)行調制來(lái)投影，而不像傳統的投影系統，要用三塊LCD屏分別顯示R、G、B基色圖像。

2 投影機系統電路

在投影機設計中，控制電路的作用是對輸入的視頻和數字圖像信號進(jìn)行處理，以將其轉變成適合LCD屏顯示的信號。投影系統的電路部分如圖3所示。當圖像信號由DVI接口傳送到DVI解碼芯片后，系統可將視頻信號分解成24位R、G、B單色信號以及相應的控制信號，再通過(guò)FPGA組成的視頻信號處理電路進(jìn)行相關(guān)轉換，然后經(jīng)過(guò)DVI編碼芯片恢復成DVI信號，最后送至液晶屏。

從系統電路的示意圖可知。以FPGA為核心(包括DVI解碼、編碼芯片在內)的信號處理電路是整個(gè)設計中最為關(guān)鍵的部分，圖4所示是其數據讀寫(xiě)和傳輸示意圖。從DVI解碼芯片進(jìn)入FPGA的數據包括8位并行R／G／B信號以及行、場(chǎng)控制信號和時(shí)鐘信號。事實(shí)上，為實(shí)現實(shí)時(shí)視頻顯示，應該對一幀(筆者使用的LCD屏所支持的最高分辨率為XGA，即1024