支持1080P顯示輸出的全高清投影機(jī)的解決方案

圖3  3LCD光機(jī)原理圖

　　本投影機(jī)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(jī)一般采用超高壓汞燈作為投影機(jī)的光源，由光源發(fā)出的光包含了有害的會引起液晶面板受熱變形的紅外線和會導(dǎo)致液晶單元受輻射加速老化的紫外線，因此必須使用濾光片去除，然后經(jīng)過一系列的聚光鏡、偏振鏡、復(fù)眼鏡等光學(xué)鏡頭轉(zhuǎn)化為均勻、平行、偏振的光束，再通過分色鏡和反射鏡后形成了獨(dú)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三個分色信號分別送到相應(yīng)的RGB三基色液晶面板上，控制相應(yīng)像素點(diǎn)對應(yīng)液晶單元的開啟、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相應(yīng)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的遙控/按鍵的調(diào)節(jié)投影鏡頭的指令后，控制相應(yīng)的電機(jī)動作，電機(jī)帶動投影鏡頭向用戶期望的方向移動，從而最終實(shí)現(xiàn)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(diào)節(jié)功能。

　　芯片驅(qū)動控制單元
　　芯片驅(qū)動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(shù)字信號，通過DS90C3202芯片進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，生成10位的TTL電平的顯示數(shù)據(jù)的雙點(diǎn)頻數(shù)字信號，送入E07120K0A芯片。以上信號在E07120K0A芯片內(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的處理，轉(zhuǎn)換為分別驅(qū)動紅綠藍(lán)三路液晶面板的10位的顯示數(shù)據(jù)的數(shù)字信號、TFT-LCD顯示面板的行場同步信號、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(nèi)部進(jìn)行相應(yīng)的處理，生成液晶面板控制信號，控制本路液晶面板的各個像素點(diǎn)的開關(guān)，再通過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(lán)三路圖像在投影屏幕上重合疊加，最終形成了消費(fèi)者肉眼看到的高清顯示圖像。
另外，L3C07U-75G00芯片沒有直接焊接在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路板上面，這樣可以節(jié)省PCB板的面積和減少排版難度。

　　幾何校正的處理
　　投影機(jī)產(chǎn)品在使用中會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(dǎo)致投影出來的圖像會產(chǎn)生楔形失真。

　　在PW392內(nèi)部，提供了垂直楔形失真的校正模塊，通過芯片內(nèi)部對圖像進(jìn)行預(yù)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(xiàn)通過投影鏡頭投影出去的圖像是幾乎沒有幾何失真的正常圖像。

　　鏡頭、光圈調(diào)節(jié)單元
　　整個鏡頭的平移、光圈的調(diào)節(jié)見圖2的黃色區(qū)域部分，是進(jìn)行圖像調(diào)節(jié)的最后環(huán)節(jié)，包括了GPIO的擴(kuò)展和鏡頭平移調(diào)節(jié)電機(jī)和自動光圈調(diào)節(jié)電機(jī)的控制。

　　GPIO擴(kuò)展的處理
　　因投影鏡頭的移動、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芯片來擴(kuò)展GPIO，該芯片通過I2C總線來控制，不占用PW392的GPIO口，卻能提供16個GPIO以滿足需求。

　　鏡頭平移調(diào)節(jié)電機(jī)的控制
　　本方案使用了兩個驅(qū)動電機(jī)完成投影鏡頭的調(diào)節(jié)功能，一個電機(jī)負(fù)責(zé)鏡頭水平/垂直平移調(diào)節(jié)，另外一個負(fù)責(zé)鏡頭聚焦/縮放調(diào)節(jié)。這兩個電機(jī)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(kuò)展出來的GPIO口控制，從而整個投影鏡頭的調(diào)節(jié)功能都受控于系統(tǒng)的主控制芯片PW392。

　　自動光圈調(diào)節(jié)電機(jī)的控制
　　投影機(jī)產(chǎn)品一般都采用了大功率的投影燈泡來獲得較強(qiáng)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，整個圖像背景仍然會被投影燈泡照得比較輕微泛白。
本方案采用了自動光圈系統(tǒng)，在投影燈泡和液晶面板之間增設(shè)了一道光圈，該光圈系夠自動根據(jù)圖像的亮度來調(diào)整光圈的開度，來改變透光量，從而解決了上述的問題。

　　自動光圈系統(tǒng)能夠以每秒60次的速度來檢測圖像的亮度，根據(jù)圖像的亮度來驅(qū)動電機(jī)帶動光圈動作從而實(shí)時(shí)的控制光圈的透光量，實(shí)現(xiàn)整個圖像的高質(zhì)量顯示輸出。

　　自動光圈的驅(qū)動電機(jī)受UPD168111A芯片控制，該芯片又是受上述的PCA9555擴(kuò)展出來的GPIO口控制，從而整個自動光圈系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能都受控于系統(tǒng)主控制芯片PW392。
對結(jié)構(gòu)、散熱、防塵部分和電源在此就不詳細(xì)介紹了。

系統(tǒng)軟件

　　該方案的軟件平臺基本可以分為四層：雜項(xiàng)層、平臺層、硬件抽象層、驅(qū)動層。其中平臺層為上層，硬件抽象層為中層，驅(qū)動層為底層。平臺層包括窗口管理、用戶界面管理、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、用戶輸入控制、光學(xué)單元控制等模塊，驅(qū)動層包括HDMI解碼器、圖像解碼器、模數(shù)轉(zhuǎn)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(qū)動程序。雜項(xiàng)層包括主循環(huán)、數(shù)學(xué)運(yùn)算、信號量的處理、中斷服務(wù)程序、消息傳遞、定時(shí)器、計(jì)數(shù)器、事件處理、總線協(xié)議、串口調(diào)試協(xié)議、內(nèi)存塊讀寫、模式表維護(hù)、屏參配置、CRC校驗(yàn)、全局變量、數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)的定義等基本的功能模塊。

　　整個軟件系統(tǒng)層次清晰，模塊采用結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。為保證整個軟件的邏輯性，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(xiàn)的功能提交給自己的下一層，直至物理硬件層。整個軟件系統(tǒng)只能由上層逐層往下調(diào)用，不允許跨層次調(diào)用。雜項(xiàng)層因?yàn)樘峁└魇礁鳂拥幕竟δ苣K，各個層次的軟件模塊都有可能調(diào)用雜項(xiàng)層，雜項(xiàng)層也有可能存取各個層次的軟件模塊的一些變量等，所以雜項(xiàng)層可與其它三層相互調(diào)用。

結(jié)語

　　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，搭建起整個主要的硬件平臺。軟件系統(tǒng)采用層次架構(gòu)，邏輯清晰，方便維護(hù)和調(diào)試。光學(xué)單元采用3LCD技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

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