電子科技大學(xué)光電信息學(xué)院 馬 超，黃子強引言

    顯示技術(shù)正朝著大屏幕、高清晰度、高亮度和高分辨率的方向發(fā)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(shè)備，已經(jīng)廣泛地應(yīng)用到了金融、教育、企業(yè)、軍事等多個領(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投影機的市場份額高達三分之二。

    然而，投影機的主要采購者絕大多數(shù)是政府部門、企業(yè)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(shè)備結(jié)構(gòu)，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(shè)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(tǒng)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(chǎn)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(jīng)三只單色投影管還原后，再把圖像通過光學(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)過的光路各不相同，而這必然導(dǎo)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(shè)計了一種新的投影方式，即在一個液晶屏上呈現(xiàn)r、g、b三基色的單色圖像數(shù)據(jù)，并對照射進來的r、g、b三單色光進行調(diào)制，然后經(jīng)過透射、折射以及圖像拉寬等光學(xué)系統(tǒng)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(diào)制來投影，而不像傳統(tǒng)的投影系統(tǒng)，要用三塊lcd屏分別顯示r、g、b基色圖像。

    2 投影機系統(tǒng)電路

    在投影機設(shè)計中，控制電路的作用是對輸入的視頻和數(shù)字圖像信號進行處理，以將其轉(zhuǎn)變成適合lcd屏顯示的信號。投影系統(tǒng)的電路部分如圖3所示。當(dāng)圖像信號由dvi接口傳送到dvi解碼芯片后，系統(tǒng)可將視頻信號分解成24位r、g、b單色信號以及相應(yīng)的控制信號，再通過fpga組成的視頻信號處理電路進行相關(guān)轉(zhuǎn)換，然后經(jīng)過dvi編碼芯片恢復(fù)成dvi信號，最后送至液晶屏。

    從系統(tǒng)電路的示意圖可知。以fpga為核心(包括dvi解碼、編碼芯片在內(nèi))的信號處理電路是整個設(shè)計中最為關(guān)鍵的部分，圖4所示是其數(shù)據(jù)讀寫和傳輸示意圖。從dvi解碼芯片進入fpga的數(shù)據(jù)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(xiàn)實時視頻顯示，應(yīng)該對一幀(筆者使用的lcd屏所支持的最高分辨率為xga，即1024×768)數(shù)據(jù)進行處理。可是，如果對整幀數(shù)據(jù)一起處理，至少需要2 mb以上的外部存貯器來對數(shù)據(jù)進行緩存，這樣既提高了成本，又增加了電路的復(fù)雜性。因此，在本設(shè)計中，筆者采用了一種新思路，即對輸入的視頻數(shù)據(jù)一行一行的進行處理，并且在相鄰兩行的數(shù)據(jù)流處理中采用“乒乓操作”，這樣既可實現(xiàn)實時顯示，又簡化了電路。具體操作如下：

    ① 通過模塊調(diào)用將fpga的片內(nèi)ram分為“ram_a”和“ram_b”；

    ② 在第一個行周期，將輸入的第一行數(shù)據(jù)流緩存到“ram_a”：因為一行視頻信號有3k字節(jié)，為了實現(xiàn)在lcd屏上三基色的分離，在對數(shù)據(jù)進行存儲時，不能按照數(shù)據(jù)進入fpga的順序來存儲，而應(yīng)將紅色數(shù)據(jù)依次存放在第1至第102