基于FPGA的單片彩色LCD投影機設計

顯示技術正朝著大屏幕、高清晰度、高亮度和高分辨率的方向發展。通常說來，將屏幕顯示面對角線尺寸在1米(40英寸)以上的顯示稱為大屏幕顯示。投影機作為一種重要的顯示設備，已經廣泛地應用到了金融、教育、企業、軍事等多個領域，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、企業和高校。無論是三片式LCD投影機還是DLP投影機，其高昂的價格一直妨礙著投影機進入普通家庭。為了簡化設備結構，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來的視頻信號通過彩色解碼，以產生R、G、B信號，然后 通過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，并經三只單色投影管還原后，再把圖像通過光學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過的光路各不相同，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，進而引起會聚失真。

于是，本文從圖1的視頻處理電路和控制電路著手，設計了一種新的投影方式，即在一個液晶屏上呈現R、G、B三基色的單色圖像數據，并對照射進來的R、G、B三單色光進行調制，然后經過透射、折射以及圖像拉寬等光學系統的處理，最終在屏幕上形成彩色網像，該方法的原理圖如圖2所示。

通過圖2可以看出，該沒計的最大特點是在一塊LCD屏上分別顯示出R、G、B三基色圖像，并通過對單色光進行調制來投影，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FPGA組成的視頻信號處理電路進行相關轉換，然后經過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設計中最為關鍵的部分，圖4所示是其數據讀寫和傳輸示意圖。從DVI解碼芯片進入FPGA的數據包括8位并行R／G／B信號以及行、場控制信號和時鐘信號。事實上，為實現實時視頻顯示，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