一種新型,、僅手掌大小的便攜式視頻投影儀正快速地在越來(lái)越多的商務(wù)人士中流行開(kāi)來(lái),。這種稱為微型投影儀的小型設(shè)備,，使用了新型投影技術(shù),，可以隨時(shí)隨地在任何平整的平面上顯示靜止或移動(dòng)的圖像。它們將廣泛替代移動(dòng)電話,、數(shù)碼相機(jī)和PDA上的LCD顯示屏,，目前這些設(shè)備的顯示屏難以供多人一起觀看。而使用微型投影儀之后,，商務(wù)演示、簡(jiǎn)短視頻或者家庭照片都可以方便地與觀眾一起共享,。圖1是微型投影儀的一個(gè)使用示例,，如圖中所示，它正被用于向客戶展示一處不動(dòng)產(chǎn)的照片,。

　　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和其他文件類型,。

　　·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,。

　　下面圖3顯示了LatticeECP3 FPGA的詳細(xì)信息，與算術(shù)處理相結(jié)合來(lái)處理用以顯示的圖片像素,，同時(shí)管理系統(tǒng)中的各種接口,。一個(gè)LatticeMico8微控制器控制數(shù)據(jù)流和來(lái)自用戶接口的各種指令。它通過(guò)Wishbone系統(tǒng)總線和FPGA的其他功能進(jìn)行通信,。DDR2存儲(chǔ)器控制器提供接口到外部DDR2存儲(chǔ)器,，并且有兩個(gè)端口——一個(gè)來(lái)自Wishbone總線(用于通用的系統(tǒng)控制功能，以及當(dāng)圖像數(shù)據(jù)是通過(guò)DVI/HDMI接口進(jìn)行接收時(shí)),，另一個(gè)來(lái)自JPEG解碼器和像素處理器(用于高優(yōu)先級(jí)的圖像處理功能),。SPI存儲(chǔ)器控制器接口到非易失性存儲(chǔ)器，其中存儲(chǔ)了大量的圖像處理表和代碼,。攝像機(jī)中的圖像數(shù)據(jù),，通過(guò)JPEG格式編碼，經(jīng)DVI/HDMI接口存儲(chǔ)到DDR2存儲(chǔ)器,。JPEG解碼器將JPEG編碼的圖像數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為投影儀光學(xué)器件中所需的獨(dú)立的紅,、綠和藍(lán)色像素?cái)?shù)據(jù)。這個(gè)像素?cái)?shù)據(jù)還可以通過(guò)像素處理器和其他定制化的算法來(lái)進(jìn)行處理,，以改進(jìn)圖像質(zhì)量,。一旦像素?cái)?shù)據(jù)可以發(fā)送到光學(xué)器件，7:1 LVDS視頻接口對(duì)像素?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行分包,，并通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的視頻協(xié)議將它傳輸?shù)焦鈱W(xué)器件接口,。USB接口連到外部USB 2.0/3.0物理層。通用IO塊控制外部的電源管理,、用戶接口(按鈕和開(kāi)關(guān))以及配置控制功能,。許多這些重要的功能塊已經(jīng)有現(xiàn)成的IP核，可從FPGA制造商或他們的合作伙伴處獲得,，并使得設(shè)計(jì)師們能專注于設(shè)計(jì)中增值功能部分的設(shè)計(jì),。

　　圖3：微型投影儀FPGA控制器框圖示例。

　　利用FPGA的功能

　　FPGA為設(shè)計(jì)帶來(lái)的幾個(gè)關(guān)鍵功能,，將有助于擴(kuò)大這些小型投影儀的市場(chǎng),。鑒于市場(chǎng)的高速增長(zhǎng)，客戶可能會(huì)有意想不到的功能變化需求,。隨著市場(chǎng)的發(fā)展,，競(jìng)爭(zhēng)的壓力也將越來(lái)越大，要求企業(yè)具有更短的市場(chǎng)反應(yīng)時(shí)間和更快的技術(shù)更新速度,。FPGA為這類市場(chǎng)提供了一大優(yōu)勢(shì),，即使在購(gòu)買器件后，客戶仍可以輕松地實(shí)現(xiàn)功能特性的更改,?？上螺d的更新可以改善現(xiàn)有的功能,，以應(yīng)對(duì)競(jìng)爭(zhēng)，并迅速適應(yīng)不斷變化的接口需求,。此外,，圖像處理算法可以改進(jìn)，根據(jù)客戶的反饋或新的研究,，迅速更新到已經(jīng)在客戶手中的設(shè)備,。

　　在基于激光的系統(tǒng)中，去光斑算法就是利用圖像處理算法修改功能的一個(gè)很好的示例,。激光光斑使圖像上“產(chǎn)生光斑”,，當(dāng)相干光從粗糙的投影儀表面散射出來(lái)，然后會(huì)在人的視網(wǎng)膜上產(chǎn)生干擾,。減少光斑是一個(gè)很重要的功能,，因?yàn)橛脩魰?huì)因此而分散注意力，這將影響用戶視覺(jué)接收到的圖像質(zhì)量,，并降低有效分辨率,。各種用于減少光斑的算法，可能要改變激光調(diào)制頻率中的控制參數(shù)(以改變光的相干性),，改變每幅圖像像素的亮度,，或使用類似于傳統(tǒng)顯示器中使用的圖形保真的算法。隨著新方法的研究,，這些算法很可能會(huì)有新的突破,，那些能適應(yīng)各種可能的修改的設(shè)計(jì)，比如那些基于FPGA的設(shè)計(jì),，將獲得競(jìng)爭(zhēng)上的優(yōu)勢(shì),。

　　現(xiàn)代FPGA，如LatticeECP3,，提供了多種先進(jìn)的硬件功能,，有利于微型投影儀的設(shè)計(jì)。數(shù)字信號(hào)處理(DSP)功能可用于實(shí)現(xiàn)復(fù)雜的圖像處理算法,，如色彩空間的轉(zhuǎn)換和JPEG編碼/解碼,，以及更通用的DSP算法，如FFT和過(guò)濾器,。專用的片上存儲(chǔ)器塊可用作圖像緩沖器、FIFO緩沖器和嵌入式處理器的數(shù)據(jù)或代碼的存儲(chǔ),。高速SERDES塊可用于實(shí)現(xiàn)常用的串行視頻接口,，如DVI、HDMI,、DisplayPort和基于7:1 LVDS的標(biāo)準(zhǔn),，如CameraLink或ChannelLink,，以及計(jì)算機(jī)接口，如PCI-Express,、串行Rapid I/O和以太網(wǎng)(GbE,、XAUI和SGMII等)。

　　對(duì)于快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)來(lái)說(shuō),，也許FPGA最引人注目的優(yōu)勢(shì)就是它可以實(shí)現(xiàn)更快的產(chǎn)品上市時(shí)間,。在快速增長(zhǎng)的市場(chǎng)中，較之ASIC實(shí)現(xiàn),，F(xiàn)PGA有其明顯的優(yōu)勢(shì),，其開(kāi)發(fā)和部署周期時(shí)間可以縮短為幾周而不再是幾個(gè)月，從而決定了產(chǎn)品的成敗,。在可預(yù)見(jiàn)的一段時(shí)間內(nèi),，ASIC可能仍然是現(xiàn)有、大批量市場(chǎng)的一種可行的設(shè)計(jì)技術(shù)選擇,，但是FPGA在當(dāng)今快速成長(zhǎng)和不斷發(fā)展的市場(chǎng)中將會(huì)有更大的用武之地,。

　　FPGA制造商已經(jīng)加大了在細(xì)分市場(chǎng)開(kāi)發(fā)套件上的投入，其中FPGA和外設(shè)器件與針對(duì)特定市場(chǎng)的IP核相結(jié)合,，為設(shè)計(jì)師提供了一個(gè)開(kāi)發(fā)差異化設(shè)計(jì)的良好起點(diǎn),。在許多情況下，電路板上已經(jīng)提供了應(yīng)用所需的所有外部組件和接口,，以及驅(qū)動(dòng)程序和操作系統(tǒng),，可以進(jìn)行快速部署。這些套件進(jìn)一步增強(qiáng)了FPGA與基于ASIC的設(shè)計(jì)相比,，在產(chǎn)品上市時(shí)間上的優(yōu)勢(shì),。