支持１０８０Ｐ顯示輸出的全高清投影機的解決方案

摘要：介紹一種支持1080P顯示輸出的全高清投影機方案。

關(guān)鍵詞：全高清；投影機；1080P顯示輸出；PW392

引言

目前全高清家用投影機正進入許多高端消費者的家庭。我們針對這種市場需求開發(fā)了一款1080P輸出的全高清家用投影機產(chǎn)品。

本方案提供多種輸入接口：AV、S端子、高清分量、PC、HDMI，支持AV輸出；支持多種信號格式，最高支持1080P；能夠通過串口實現(xiàn)軟件升級和調(diào)試。

整個系統(tǒng)如圖1所示，分為電源單元、結(jié)構(gòu)／散熱單元、中央控制單元、圖像信號處理單元、圖像光學(xué)顯示單元和鏡頭調(diào)節(jié)單元等六個部分。

這是一種采用PW392芯片配合E07120KOA、L3C07U-75G00芯片的全高清投影機的解決方案。

圖2為硬件系統(tǒng)的原理框圖，紅色區(qū)域為信號輸入接口部分，藍色區(qū)域為AV輸出、調(diào)試串口、遙控鍵盤等雜項接口，黃色區(qū)域為光學(xué)鏡頭調(diào)節(jié)單元，品紅色區(qū)域為圖像光學(xué)顯示單元。其余的中央控制單元和圖像信號處理單元都集成于PW392芯片的內(nèi)部。

圖像信號處理單元

圖像信號處理單元包括各種信號的輸入接口、各種信號輸入到圖像處理芯片的連接通道以及圖像處理芯片內(nèi)部的信號通路、圖像處理芯片內(nèi)部對圖像信號的處理，如模數(shù)轉(zhuǎn)換、HDMI解碼、視頻解碼、縮放、去隔行、視頻增強、垂直楔形校正等。

視頻信號

AV、S-Video、HD、PC的所有視頻信號，都通過PW392的模擬前端送到相應(yīng)的模擬輸入口等待選通。軟件控制芯片前端選通目前需要的信號通過。如當前輸入信號是AV，則信號先進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，再進行視頻解碼，最后生成數(shù)字RGB信號。如果當前輸入信號源是HD／PC信號，則信號經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換后不需要再進行視頻解碼就直接生成了數(shù)字RGB信號。所生成的數(shù)字RGB信號，再統(tǒng)一送入PW392的Input Port1等待選通。

HDMI輸入的信號，經(jīng)PW392內(nèi)部的HDMI解碼模塊解碼，生成的數(shù)字RGB信號，直接送到PW392的Input Port O等待選通。

上述送到PW392內(nèi)部Input Porto和InputPort1的兩路信號，分別在PW392內(nèi)部的兩路通道中各自獨立的進行同步解碼、逐行化、色彩增強、2D邊沿增強、視頻增強、視頻縮放等處理，然后再統(tǒng)一送到圖像管理模塊中進行色空間轉(zhuǎn)換、圖像混合、疊加OSD信息等一系列的處理，再送到顯示輸出口模塊里面進行Gamma調(diào)整、色空間延伸等處理，才最終從顯示口輸出。結(jié)合后續(xù)的光學(xué)顯示單元的驅(qū)動芯片的輸入信號格式的要求，本方案設(shè)置PW392的顯示口輸出的信號以雙點頻10位LSB LVDS格式輸出數(shù)字信號以供后續(xù)的芯片繼續(xù)處理。

音頻信號

因本投影機產(chǎn)品主要面對高端客戶，其家中一般都有專門的音響系統(tǒng)，無需在投影機上輸出聲音。對非HDMI信號的音頻信號不具體處理，本方案僅僅提供了音頻輸入的輸入接口，在硬件電路板上面直接將所有的非HDMI信號的音頻輸入的信號都送到一個兩路選擇器的其中一個輸入端口等待選通。對HDMI數(shù)據(jù)包信號中的音頻信號，本方案通過PW392內(nèi)部的HDMI解碼模塊解碼出12S，送到CS42L52進行DAC轉(zhuǎn)換為兩路模擬立體聲音頻信號，送到上述兩路選擇器的另一個輸入端口等待選通。軟件控制這個兩路選擇器選擇上面的兩路中的一路進行輸出，然后將這個輸出信號直接送到投影機的聲音輸出接日上面最終輸出到用戶的音響系統(tǒng)上。

圖像光學(xué)顯示單元

圖像光學(xué)顯示單元又可以分為物理光學(xué)單元和顯示芯片驅(qū)動控制單元兩個部分。

本方案采用三片式ICD的光學(xué)引擎。

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)像素點對應(yīng)液晶單元的開啟、閉合，從而控制了該像素點的光的透射，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)的電機動作，電機帶動投影鏡頭向用戶期望的方向移動，從而最終實現(xiàn)投影到屏幕上面的圖像進行上下／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。

從PW392顯示口輸出的LVDS的雙點頻數(shù)字信號，通過DS90C3202芯片進行電平轉(zhuǎn)換，生成10位的TTL電平的顯示數(shù)據(jù)的雙點頻數(shù)字信號，送入E07120KOA芯片。以上信號在E07120KOA芯片內(nèi)部進行相應(yīng)的處理，轉(zhuǎn)換為分別驅(qū)動紅綠藍三路液晶面板的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、移位時鐘信號等，送入三顆L3C07U-75G00芯片。這些信號在L3C07U-75G00內(nèi)部進行相應(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，是進行圖像調(diào)節(jié)的最后環(huán)節(jié)，包括了GPIO的擴展和鏡頭平移調(diào)節(jié)電機和自動光圈調(diào)節(jié)電機的控制。

GPIO擴展的處理

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芯片來擴展GPIO，該芯片通過12C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)電機的控制

本方案使用了兩個驅(qū)動電機完成投影鏡頭的調(diào)節(jié)功能，一個電機負責鏡頭水平／垂直平移調(diào)節(jié)，另外一個負責鏡頭聚焦／縮放調(diào)節(jié)。這兩個電機都是各自分別由一顆LBl934T芯片控制，而這兩片LB1934T芯片又是受上述的PCA9555擴展出來的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)電機的控制

投影機產(chǎn)品一般都采用了大功率的投影燈泡來獲得較強的光輸出，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)動電機帶動光圈動作從而實時的控制光圈的透光量，實現(xiàn)整個圖像的高質(zhì)量顯示輸出。

自動光圈的驅(qū)動電機受UPD168111A芯片控制，該芯片又是受上述的PCA9555擴展出來的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。雜項層包括主循環(huán)、數(shù)學(xué)運算、信號量的處理、中斷服務(wù)程序、消息傳遞、定時器、計數(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、屏參配置、CRC校驗、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。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。雜項層因為提供各式各樣的基本功能模塊，各個層次的軟件模塊都有可能調(diào)用雜項層，雜項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E07120KOA芯片、三顆L3C07U75G00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，方便維護和調(diào)試。光學(xué)單元采用3LCD技術(shù)。