电子科技大学光电信息学院 马 超，黄子强引言

    显示技术正朝着大屏幕、高清晰度、高亮度和高分辨率的方向发展。通常说来，将屏幕显示面对角线尺寸在1米(40英寸)以上的显示称为大屏幕显示。投影机作为一种重要的显示设备，已经广泛地应用到了金融、教育、企业、军事等多个领域，它所具有的大幅面、高清晰多媒体演示功能，使信息的传递具有更好的效果。目前，市面上的主流产品是三片式lcd投影机和dlp投影机，其中，三片式lcd投影机的市场份额高达三分之二。

    然而，投影机的主要采购者绝大多数是政府部门、企业和高校。无论是三片式lcd投影机还是dlp投影机，其高昂的价格一直妨碍着投影机进入普通家庭。为了简化设备结构，降低成本，本文给出了一种基于fpga的高光效单片彩色lcd投影机的设计方法。

    1 投影原理

    三片式lcd投影机的一般电路原理如图1所示。由图1可以看出，传统lcd投影机的电路原理是把传送过来的视频信号通过彩色解码，以产生r、g、b信号，然后通过视频处理电路把该三基色信号加载在红、绿、蓝三只单色液晶屏上，最后加在三只单色投影管上，并经三只单色投影管还原后，再把图像通过光学透镜放大几十倍后由反射镜反射到屏幕上，最后在屏幕上合成出彩色图像。由此可以看出，由于三只投影管和投影镜头并非都正对屏幕放置，三种图像信号还原到屏幕上所经过的光路各不相同，而这必然导致r、g、b三色信号在屏幕上不能完全重合在一起，进而引起会聚失真。

    于是，本文从图1的视频处理电路和控制电路着手，设计了一种新的投影方式，即在一个液晶屏上呈现r、g、b三基色的单色图像数据，并对照射进来的r、g、b三单色光进行调制，然后经过透射、折射以及图像拉宽等光学系统的处理，最终在屏幕上形成彩色网像，该方法的原理图如图2所示。

    通过图2可以看出，该没计的最大特点是在一块lcd屏上分别显示出r、g、b三基色图像，并通过对单色光进行调制来投影，而不像传统的投影系统，要用三块lcd屏分别显示r、g、b基色图像。

    2 投影机系统电路

    在投影机设计中，控制电路的作用是对输入的视频和数字图像信号进行处理，以将其转变成适合lcd屏显示的信号。投影系统的电路部分如图3所示。当图像信号由dvi接口传送到dvi解码芯片后，系统可将视频信号分解成24位r、g、b单色信号以及相应的控制信号，再通过fpga组成的视频信号处理电路进行相关转换，然后经过dvi编码芯片恢复成dvi信号，最后送至液晶屏。

    从系统电路的示意图可知。以fpga为核心(包括dvi解码、编码芯片在内)的信号处理电路是整个设计中最为关键的部分，图4所示是其数据读写和传输示意图。从dvi解码芯片进入fpga的数据包括8位并行r／g／b信号以及行、场控制信号和时钟信号。事实上，为实现实时视频显示，应该对一帧(笔者使用的lcd屏所支持的最高分辨率为xga，即1024×768)数据进行处理。可是，如果对整帧数据一起处理，至少需要2 mb以上的外部存贮器来对数据进行缓存，这样既提高了成本，又增加了电路的复杂性。因此，在本设计中，笔者采用了一种新思路，即对输入的视频数据一行一行的进行处理，并且在相邻两行的数据流处理中采用“乒乓操作”，这样既可实现实时显示，又简化了电路。具体操作如下：

    ① 通过模块调用将fpga的片内ram分为“ram_a”和“ram_b”；

    ② 在第一个行周期，将输入的第一行数据流缓存到“ram_a”：因为一行视频信号有3k字节，为了实现在lcd屏上三基色的分离，在对数据进行存储时，不能按照数据进入fpga的顺序来存储，而应将红色数据依次存放在第1至第102