支持1080P显示输出的全高清投影机的解决方案

摘要：介绍一种支持1080P显示输出的全高清投影机方案。

关键词：全高清；投影机；1080P显示输出；PW392

引言

目前全高清家用投影机正进入许多高端消费者的家庭。我们针对这种市场需求开发了一款1080P输出的全高清家用投影机产品。

本方案提供多种输入接口：AV、S端子、高清分量、PC、HDMI，支持AV输出；支持多种信号格式，最高支持1080P；能够通过串口实现软件升级和调试。

整个系统如图1所示，分为电源单元、结构／散热单元、中央控制单元、图像信号处理单元、图像光学显示单元和镜头调节单元等六个部分。

这是一种采用PW392芯片配合E07120KOA、L3C07U-75G00芯片的全高清投影机的解决方案。

图2为硬件系统的原理框图，红色区域为信号输入接口部分，蓝色区域为AV输出、调试串口、遥控键盘等杂项接口，黄色区域为光学镜头调节单元，品红色区域为图像光学显示单元。其余的中央控制单元和图像信号处理单元都集成于PW392芯片的内部。

图像信号处理单元

图像信号处理单元包括各种信号的输入接口、各种信号输入到图像处理芯片的连接通道以及图像处理芯片内部的信号通路、图像处理芯片内部对图像信号的处理，如模数转换、HDMI解码、视频解码、缩放、去隔行、视频增强、垂直楔形校正等。

视频信号

AV、S-Video、HD、PC的所有视频信号，都通过PW392的模拟前端送到相应的模拟输入口等待选通。软件控制芯片前端选通目前需要的信号通过。如当前输入信号是AV，则信号先进行模数转换，再进行视频解码，最后生成数字RGB信号。如果当前输入信号源是HD／PC信号，则信号经过模数转换后不需要再进行视频解码就直接生成了数字RGB信号。所生成的数字RGB信号，再统一送入PW392的Input Port1等待选通。

HDMI输入的信号，经PW392内部的HDMI解码模块解码，生成的数字RGB信号，直接送到PW392的Input Port O等待选通。

上述送到PW392内部Input Porto和InputPort1的两路信号，分别在PW392内部的两路通道中各自独立的进行同步解码、逐行化、色彩增强、2D边沿增强、视频增强、视频缩放等处理，然后再统一送到图像管理模块中进行色空间转换、图像混合、叠加OSD信息等一系列的处理，再送到显示输出口模块里面进行Gamma调整、色空间延伸等处理，才最终从显示口输出。结合后续的光学显示单元的驱动芯片的输入信号格式的要求，本方案设置PW392的显示口输出的信号以双点频10位LSB LVDS格式输出数字信号以供后续的芯片继续处理。

音频信号

因本投影机产品主要面对高端客户，其家中一般都有专门的音响系统，无需在投影机上输出声音。对非HDMI信号的音频信号不具体处理，本方案仅仅提供了音频输入的输入接口，在硬件电路板上面直接将所有的非HDMI信号的音频输入的信号都送到一个两路选择器的其中一个输入端口等待选通。对HDMI数据包信号中的音频信号，本方案通过PW392内部的HDMI解码模块解码出12S，送到CS42L52进行DAC转换为两路模拟立体声音频信号，送到上述两路选择器的另一个输入端口等待选通。软件控制这个两路选择器选择上面的两路中的一路进行输出，然后将这个输出信号直接送到投影机的声音输出接日上面最终输出到用户的音响系统上。

图像光学显示单元

图像光学显示单元又可以分为物理光学单元和显示芯片驱动控制单元两个部分。

本方案采用三片式ICD的光学引擎。

本投影机使用的液晶面板，其液晶单元已经按照1080P的分辨率在液晶面板上整齐排列好了。

目前3LCD投影机一般采用超高压汞灯作为投影机的光源，由光源发出的光包含了有害的会引起液晶面板受热变形的红外线和会导致液晶单元受辐射加速老化的紫外线，因此必须使用滤光片去除，然后经过一系列的聚光镜、偏振镜、复眼镜等光学镜头转化为均匀、平行、偏振的光束，再通过分色镜和反射镜后形成了独立的RGB三种颜色的光束，分别照射到RGB三基色的液晶面板上。图像显示信号的RGB三个分色信号分别送到相应的RGB三基色液晶面板上，控制相应像素点对应液晶单元的开启、闭合，从而控制了该像素点的光的透射，使三基色背景光在通过相应的三基色液晶面板后形成了明暗相间的三基色的图像，这三幅图像再通过二向色棱镜汇合到一起，形成了最终的彩色显示图像，由最终的投影镜头投射到屏幕上输出。

中央控制单元接受用户的遥控／按键的调节投影镜头的指令后，控制相应的电机动作，电机带动投影镜头向用户期望的方向移动，从而最终实现投影到屏幕上面的图像进行上下／左右、聚焦／缩放等图像调节功能。

芯片驱动控制单元

芯片驱动控制单元原理框图如图4。

从PW392显示口输出的LVDS的双点频数字信号，通过DS90C3202芯片进行电平转换，生成10位的TTL电平的显示数据的双点频数字信号，送入E07120KOA芯片。以上信号在E07120KOA芯片内部进行相应的处理，转换为分别驱动红绿蓝三路液晶面板的10位的显示数据的数字信号、TFT-LCD显示面板的行场同步信号、显示信号输入输出使能信号、移位时钟信号等，送入三颗L3C07U-75G00芯片。这些信号在L3C07U-75G00内部进行相应的处理，生成液晶面板控制信号，控制本路液晶面板的各个像素点的开关，再通过灯泡和镜头投影出去，形成本路颜色的最终显示图像。红绿蓝三路图像在投影屏幕上重合叠加，最终形成了消费者肉眼看到的高清显示图像。

另外，L3C07U-75G00芯片没有直接焊接在PCB板上，而是和锁存器一起都焊接在连接液晶面板的柔性线路板上面，这样可以节省PCB板的面积和减少排版难度。

几何校正的处理

投影机产品在使用中会受到摆放位置的影响，特别是在垂直方向上面的空间位置的限制，从而导致投影出来的图像会产生楔形失真。

在PW392内部，提供了垂直楔形失真的校正模块，通过芯片内部对图像进行预先的反方向的楔形缩放，从而抵消因空间摆放位置产生的失真，最终实现通过投影镜头投影出去的图像是几乎没有几何失真的正常图像。

镜头、光圈调节单元

整个镜头的平移、光圈的调节见图2的黄色区域部分，是进行图像调节的最后环节，包括了GPIO的扩展和镜头平移调节电机和自

动光圈调节电机的控制。

GPIO扩展的处理

因投影镜头的移动、聚焦、缩放以及散热风扇和温度传感器的状态检测等功能需要的通用输入输出引脚(GPIO)较多，PW392提供的GPIO已不够用，故本方案选用Philps的PCA9555芯片来扩展GPIO，该芯片通过12C总线来控制，不占用PW392的GPIO口，却能提供16个GPIO以满足需求。

镜头平移调节电机的控制

本方案使用了两个驱动电机完成投影镜头的调节功能，一个电机负责镜头水平／垂直平移调节，另外一个负责镜头聚焦／缩放调节。这两个电机都是各自分别由一颗LBl934T芯片控制，而这两片LB1934T芯片又是受上述的PCA9555扩展出来的GPIO口控制，从而整个投影镜头的调节功能都受控于系统的主控制芯片PW392。

自动光圈调节电机的控制

投影机产品一般都采用了大功率的投影灯泡来获得较强的光输出，但是高亮的投影光源在显示背景较暗的图像的时候，整个图像背景仍然会被投影灯泡照得比较轻微泛白。

本方案采用了自动光圈系统，在投影灯泡和液晶面板之间增设了一道光圈，该光圈系够自动根据图像的亮度来调整光圈的开度，来改变透光量，从而解决了上述的问题。

自动光圈系统能够以每秒60次的速度来检测图像的亮度，根据图像的亮度来驱动电机带动光圈动作从而实时的控制光圈的透光量，实现整个图像的高质量显示输出。

自动光圈的驱动电机受UPD168111A芯片控制，该芯片又是受上述的PCA9555扩展出来的GPIO口控制，从而整个自动光圈系统的调节功能都受控于系统主控制芯片PW392。

对结构、散热、防尘部分和电源在此就不详细介绍了。

系统软件

该方案的软件平台基本可以分为四层：杂项层、平台层、硬件抽象层、驱动层。其中平台层为上层，硬件抽象层为中层，驱动层为底层。平台层包括窗口管理、用户界面管理、电源管理、光学单元控制管理等模块，硬件抽象层包括图像控制、OSD显示控制、用户输入控制、光学单元控制等模块，驱动层包括HDMI解码器、图像解码器、模数转换、存储器、逐行化器件、图像处理器件、光学单元控制芯片等的驱动程序。杂项层包括主循环、数学运算、信号量的处理、中断服务程序、消息传递、定时器、计数器、事件处理、总线协议、串口调试协议、内存块读写、模式表维护、屏参配置、CRC校验、全局变量、数据存储结构的定义等基本的功能模块。

整个软件系统层次清晰，模块采用结构化设计。为保证整个软件的逻辑性，每一层的模块均向自己的上层模块提供服务，直至平台层。每一层模块都将自己需要实现的功能提交给自己的下一层，直至物理硬件层。整个软件系统只能由上层逐层往下调用，不允许跨层次调用。杂项层因为提供各式各样的基本功能模块，各个层次的软件模块都有可能调用杂项层，杂项层也有可能存取各个层次的软件模块的一些变量等，所以杂项层可与其它三层相互调用。

结语

本方案采用一颗PW392芯片、一颗E07120KOA芯片、三颗L3C07U75G00芯片和三块液晶面板，配合光路单元，搭建起整个主要的硬件平台。软件系统采用层次架构，逻辑清晰，方便维护和调试。光学单元采用3LCD技术。