FPGA在微型投影儀中的應(yīng)用與設(shè)計(jì)

大小的便攜式視頻

圖1：微型投影儀使用示例。

目前，由于微型投影儀的價(jià)格昂貴，因此難以在各行業(yè)中普遍使用，但隨著價(jià)格的下降，使用微型投影儀的消費(fèi)類(lèi)應(yīng)用將會(huì)大量涌現(xiàn)，并且它將成為便捷、中等分辨率圖像顯示所普遍使用的顯示技術(shù)。FPGA器件是唯一能將其從面向高價(jià)的應(yīng)用設(shè)備，轉(zhuǎn)變?yōu)槊嫦驅(qū)τ诔杀靖用舾械南M(fèi)類(lèi)產(chǎn)品的器件。

根據(jù)最近的預(yù)測(cè)估計(jì)，2009年微型投影儀的出貨量為50萬(wàn)，2011年的出貨量將是2009年的十幾倍。200多家公司正在開(kāi)發(fā)更高質(zhì)量和更低成本的微型投影儀產(chǎn)品。

目前的微型投影儀技術(shù)

目前，微型投影儀系統(tǒng)中使用的幾種技術(shù)各有優(yōu)缺點(diǎn)。其中最常用的四種是：數(shù)碼光源投影(DLP)、硅基液晶(LQoS)、激光束偏轉(zhuǎn)控制和全息激光投影(HLP)。

DLP使用光源和微反射鏡來(lái)反射光。每個(gè)微反射鏡控制目標(biāo)圖像中每個(gè)像素上光的亮度。鏡子有兩種狀態(tài)，開(kāi)和關(guān)，并不斷刷新。亮度通過(guò)調(diào)節(jié)鏡子的狀態(tài)來(lái)控制。如果微反射鏡關(guān)閉50%的時(shí)間，那么像素的顯示亮度為50%。色彩是通過(guò)使用光源和反射鏡之間的色輪將光過(guò)濾成紅色/綠色/藍(lán)色來(lái)形成，每個(gè)微反射鏡同時(shí)控制三種顏色的光束來(lái)形成其像素。

LCoS投影儀采用類(lèi)似DLP的方法，但它使用液晶硅而不是鏡子來(lái)控制每個(gè)像素上光的亮度。采用三片不同的芯片，每片一種顏色(紅/綠/藍(lán))來(lái)生成彩色圖像。光束直接通過(guò)濾光器或使用分色鏡(只允許特定波長(zhǎng)的光線(xiàn)通過(guò)的鏡片)。光源可以是LED或散射的激光。

LBS投影儀一次生成圖像的一個(gè)像素。它使用了三個(gè)不同的激光束(紅/綠/藍(lán))，每一個(gè)以要求的亮度顯示。光學(xué)器件使用鏡子控制每個(gè)光束，并將三個(gè)激光束合并來(lái)生成彩色圖像。通過(guò)以足夠快的速度(通常在60Hz以上)掃描圖像，眼睛不會(huì)注意到圖像中的每個(gè)像素是依次生成的。

HLP系統(tǒng)將激光照射到全息圖像上，通過(guò)激光衍射形成原始的圖像。計(jì)算出所期望得到的二維圖像的衍射圖像，顯示在一個(gè)LCoS微型顯示器上。當(dāng)在相干激光的照射下，就可以投射出所期望的二維圖像，并在任何距離下保持聚焦。

微型投影儀的類(lèi)型

目前有三種主流的微型投影儀：獨(dú)立式、媒體播放器式和嵌入式。

·獨(dú)立式投影儀：這些設(shè)備基本上是傳統(tǒng)的投影儀。它們通過(guò)電纜(A/V、USB等)接收輸入數(shù)據(jù)，并且除非使用另一個(gè)設(shè)備來(lái)生成視頻信號(hào)流，否則無(wú)法顯示任何內(nèi)容。

·媒體播放器式：這些設(shè)備是帶有板上存儲(chǔ)器或存儲(chǔ)卡插槽的投影儀，并能直接播放存儲(chǔ)器中的文件。投影儀必須支持存儲(chǔ)器中的文件類(lèi)型——照片、視頻或音頻文件。有些投影儀甚至支持Office文檔、PDF和其他文件類(lèi)型。

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·嵌入式投影儀：這些設(shè)備將投影儀添加到現(xiàn)有的設(shè)備(或作為附件)，為L(zhǎng)CD顯示提供一種替代選擇(或補(bǔ)充)?？捎糜谑謾C(jī)、相機(jī)、筆記本、數(shù)碼相框和PDA等應(yīng)用。

之前所介紹的每種技術(shù)，在實(shí)現(xiàn)三種主流的微型投影儀中的某一種時(shí)，都各有優(yōu)缺點(diǎn)。例如，就媒體播放器式而言，分辨率和響應(yīng)時(shí)間是非常重要的。對(duì)于嵌入式投影儀而言，大小和低功耗是非常重要的。表1中列出了每一種投影儀技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。

表1：微型投影儀技術(shù)比較表。

隨著設(shè)備集成的發(fā)展潮流，許多微型投影儀將首先用作一些現(xiàn)有設(shè)備的附件。例如用作數(shù)碼相機(jī)的附件，它可以像轉(zhuǎn)換器那樣直接插入相機(jī)，來(lái)顯示靜止的圖片、幻燈片或視頻。這類(lèi)示例設(shè)計(jì)的系統(tǒng)框圖如圖2所示。系統(tǒng)中的光引擎(光學(xué)器件和一個(gè)接口電路)部分如圖頂部所示，控制器如圖底部所示。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的7:1 LVDS(相機(jī)連接)接口用于從控制器傳輸圖像數(shù)據(jù)到光引擎(雖然這不是現(xiàn)在的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，但隨著光引擎價(jià)格的下降，如相機(jī)連接這樣的接口將會(huì)成為一種可能的選擇，那么它就可以用于我們目標(biāo)設(shè)計(jì)中的光引擎)。

圖2：數(shù)碼相機(jī)附件中的微型投影儀設(shè)計(jì)示例。