支持1080P顯示輸出的全高清投影機的解決方案

圖3  3LCD光機原理圖

　　本投影機使用的液晶面板，其液晶單元已經(jīng)按照1080P的分辨率在液晶面板上整齊排列好了。
目前3LCD投影機一般采用超高壓汞燈作為投影機的光源，由光源發(fā)出的光包含了有害的會(huì )引起液晶面板受熱變形的紅外線(xiàn)和會(huì )導致液晶單元受輻射加速老化的紫外線(xiàn)，因此必須使用濾光片去除，然后經(jīng)過(guò)一系列的聚光鏡、偏振鏡、復眼鏡等光學(xué)鏡頭轉化為均勻、平行、偏振的光束，再通過(guò)分色鏡和反射鏡后形成了獨立的RGB三種顏色的光束，分別照射到RGB三基色的液晶面板上。圖像顯示信號的RGB三個(gè)分色信號分別送到相應的RGB三基色液晶面板上，控制相應像素點(diǎn)對應液晶單元的開(kāi)啟、閉合，從而控制了該像素點(diǎn)的光的透射，使三基色背景光在通過(guò)相應的三基色液晶面板后形成了明暗相間的三基色的圖像，這三幅圖像再通過(guò)二向色棱鏡匯合到一起，形成了最終的彩色顯示圖像，由最終的投影鏡頭投射到屏幕上輸出。

　　中央控制單元接受用戶(hù)的遙控/按鍵的調節投影鏡頭的指令后，控制相應的電機動(dòng)作，電機帶動(dòng)投影鏡頭向用戶(hù)期望的方向移動(dòng)，從而最終實(shí)現投影到屏幕上面的圖像進(jìn)行上下/左右、聚焦/縮放等圖像調節功能。

　　芯片驅動(dòng)控制單元
　　芯片驅動(dòng)控制單元原理框圖如圖4。

圖4  圖像光學(xué)顯示單元

　　從PW392顯示口輸出的LVDS的雙點(diǎn)頻數字信號，通過(guò)DS90C3202芯片進(jìn)行電平轉換，生成10位的TTL電平的顯示數據的雙點(diǎn)頻數字信號，送入E07120K0A芯片。以上信號在E07120K0A芯片內部進(jìn)行相應的處理，轉換為分別驅動(dòng)紅綠藍三路液晶面板的10位的顯示數據的數字信號、TFT-LCD顯示面板的行場(chǎng)同步信號、顯示信號輸入輸出使能信號、移位時(shí)鐘信號等，送入三顆L3C07U-75G00芯片。這些信號在L3C07U-75G00內部進(jìn)行相應的處理，生成液晶面板控制信號，控制本路液晶面板的各個(gè)像素點(diǎn)的開(kāi)關(guān)，再通過(guò)燈泡和鏡頭投影出去，形成本路顏色的最終顯示圖像。紅綠藍三路圖像在投影屏幕上重合疊加，最終形成了消費者肉眼看到的高清顯示圖像。
另外，L3C07U-75G00芯片沒(méi)有直接焊接在PCB板上，而是和鎖存器一起都焊接在連接液晶面板的柔性線(xiàn)路板上面，這樣可以節省PCB板的面積和減少排版難度。

　　幾何校正的處理
　　投影機產(chǎn)品在使用中會(huì )受到擺放位置的影響，特別是在垂直方向上面的空間位置的限制，從而導致投影出來(lái)的圖像會(huì )產(chǎn)生楔形失真。

　　在PW392內部，提供了垂直楔形失真的校正模塊，通過(guò)芯片內部對圖像進(jìn)行預先的反方向的楔形縮放，從而抵消因空間擺放位置產(chǎn)生的失真，最終實(shí)現通過(guò)投影鏡頭投影出去的圖像是幾乎沒(méi)有幾何失真的正常圖像。

　　鏡頭、光圈調節單元
　　整個(gè)鏡頭的平移、光圈的調節見(jiàn)圖2的黃色區域部分，是進(jìn)行圖像調節的最后環(huán)節，包括了GPIO的擴展和鏡頭平移調節電機和自動(dòng)光圈調節電機的控制。

　　GPIO擴展的處理
　　因投影鏡頭的移動(dòng)、聚焦、縮放以及散熱風(fēng)扇和溫度傳感器的狀態(tài)檢測等功能需要的通用輸入輸出引腳(GPIO)較多，PW392提供的GPIO已不夠用，故本方案選用Philps 的PCA9555芯片來(lái)擴展GPIO，該芯片通過(guò)I2C總線(xiàn)來(lái)控制，不占用PW392的GPIO口，卻能提供16個(gè)GPIO以滿(mǎn)足需求。

　　鏡頭平移調節電機的控制
　　本方案使用了兩個(gè)驅動(dòng)電機完成投影鏡頭的調節功能，一個(gè)電機負責鏡頭水平/垂直平移調節，另外一個(gè)負責鏡頭聚焦/縮放調節。這兩個(gè)電機都是各自分別由一顆LB1934T芯片控制,而這兩片LB1934T芯片又是受上述的PCA9555擴展出來(lái)的GPIO口控制，從而整個(gè)投影鏡頭的調節功能都受控于系統的主控制芯片PW392。

　　自動(dòng)光圈調節電機的控制
　　投影機產(chǎn)品一般都采用了大功率的投影燈泡來(lái)獲得較強的光輸出，但是高亮的投影光源在顯示背景較暗的圖像的時(shí)候，整個(gè)圖像背景仍然會(huì )被投影燈泡照得比較輕微泛白。
本方案采用了自動(dòng)光圈系統，在投影燈泡和液晶面板之間增設了一道光圈，該光圈系夠自動(dòng)根據圖像的亮度來(lái)調整光圈的開(kāi)度，來(lái)改變透光量，從而解決了上述的問(wèn)題。

　　自動(dòng)光圈系統能夠以每秒60次的速度來(lái)檢測圖像的亮度，根據圖像的亮度來(lái)驅動(dòng)電機帶動(dòng)光圈動(dòng)作從而實(shí)時(shí)的控制光圈的透光量，實(shí)現整個(gè)圖像的高質(zhì)量顯示輸出。

　　自動(dòng)光圈的驅動(dòng)電機受UPD168111A芯片控制，該芯片又是受上述的PCA9555擴展出來(lái)的GPIO口控制，從而整個(gè)自動(dòng)光圈系統的調節功能都受控于系統主控制芯片PW392。
對結構、散熱、防塵部分和電源在此就不詳細介紹了。

系統軟件

　　該方案的軟件平臺基本可以分為四層：雜項層、平臺層、硬件抽象層、驅動(dòng)層。其中平臺層為上層，硬件抽象層為中層，驅動(dòng)層為底層。平臺層包括窗口管理、用戶(hù)界面管理、電源管理、光學(xué)單元控制管理等模塊，硬件抽象層包括圖像控制、OSD顯示控制、用戶(hù)輸入控制、光學(xué)單元控制等模塊，驅動(dòng)層包括HDMI解碼器、圖像解碼器、模數轉換、存儲器、逐行化器件、圖像處理器件、光學(xué)單元控制芯片等的驅動(dòng)程序。雜項層包括主循環(huán)、數學(xué)運算、信號量的處理、中斷服務(wù)程序、消息傳遞、定時(shí)器、計數器、事件處理、總線(xiàn)協(xié)議、串口調試協(xié)議、內存塊讀寫(xiě)、模式表維護、屏參配置、CRC校驗、全局變量、數據存儲結構的定義等基本的功能模塊。

　　整個(gè)軟件系統層次清晰，模塊采用結構化設計。為保證整個(gè)軟件的邏輯性，每一層的模塊均向自己的上層模塊提供服務(wù)，直至平臺層。每一層模塊都將自己需要實(shí)現的功能提交給自己的下一層，直至物理硬件層。整個(gè)軟件系統只能由上層逐層往下調用，不允許跨層次調用。雜項層因為提供各式各樣的基本功能模塊，各個(gè)層次的軟件模塊都有可能調用雜項層，雜項層也有可能存取各個(gè)層次的軟件模塊的一些變量等，所以雜項層可與其它三層相互調用。

結語(yǔ)

　　本方案采用一顆PW392芯片、一顆E07120K0A芯片、三顆L3C07U 75G00芯片和三塊液晶面板，配合光路單元，搭建起整個(gè)主要的硬件平臺。軟件系統采用層次架構，邏輯清晰，方便維護和調試。光學(xué)單元采用3LCD技術(shù)。

參考文獻：

1.  PW328 ProductSpecification(001-0135-00)，Rev-R, DataSheet,PixWorks Inc