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越多的商務人士中流行開來。這種稱為微型投影儀的小型設備，使用了新型投影技術，可以隨時隨地在任何平整的平面上顯示靜止或移動的圖像。它們將廣泛替代移動電話、數碼相機和PDA上的LCD顯示屏，目前這些設備的顯示屏難以供多人一起觀看。而使用微型投影儀之后，商務演示、簡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使用示例，如圖中所示，它正被用于向客戶展示一處不動產的照片。
圖1：微型投影儀使用示例。
目前，由于微型投影儀的價格昂貴，因此難以在各行業中普遍使用，但隨著價格的下降，使用微型投影儀的消費類應用將會大量涌現，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。FPGA器件是唯一能將其從面向高價的應用設備，轉變為面向對于成本更加敏感的消費類產品的器件。
根據最近的預測估計，2009年微型投影儀的出貨量為50萬，2011年的出貨量將是2009年的十幾倍。200多家公司正在開發更高質量和更低成本的微型投影儀產品。
目前的微型投影儀技術
目前，微型投影儀系統中使用的幾種技術各有優缺點。其中最常用的四種是：數碼光源投影(DLP）、硅基液晶(LQoS)、激光束偏轉控制和全息激光投影(HLP)。
DLP使用光源和微反射鏡來反射光。每個微反射鏡控制目標圖像中每個像素上光的亮度。鏡子有兩種狀態，開和關，并不斷刷新。亮度通過調節鏡子的狀態來控制。如果微反射鏡關閉50％的時間，那么像素的顯示亮度為50％。色彩是通過使用光源和反射鏡之間的色輪將光過濾成紅色/綠色/藍色來形成，每個微反射鏡同時控制三種顏色的光束來形成其像素。
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控制每個像素上光的亮度。采用三片不同的芯片，每片一種顏色(紅/綠/藍)來生成彩色圖像。光束直接通過濾光器或使用分色鏡(只允許特定波長的光線通過的鏡片)。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像素。它使用了三個不同的激光束(紅/綠/藍)，每一個以要求的亮度顯示。光學器件使用鏡子控制每個光束，并將三個激光束合并來生成彩色圖像。通過以足夠快的速度(通常在60Hz以上)掃描圖像，眼睛不會注意到圖像中的每個像素是依次生成的。
HLP系統將激光照射到全息圖像上，通過激光衍射形成原始的圖像。計算出所期望得到的二維圖像的衍射圖像，顯示在一個LCoS微型顯示器上。當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：獨立式、媒體播放器式和嵌入式。
·獨立式投影儀：這些設備基本上是傳統的投影儀。它們通過電纜(A/V、USB等)接收輸入數據，并且除非使用另一個設備來生成視頻信號流，否則無法顯示任何內容。
·媒體播放器式：這些設備是帶有板上存儲器或存儲卡插槽的投影儀，并能直接播放存儲器中的文件。投影儀必須支持存儲器中的文件類型——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。
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·嵌入式投影儀：這些設備將投影儀添加到現有的設備(或作為附件)，為LCD顯示提供一種替代選擇(或補充)。可用于手機、相機、筆記本、數碼相框和PDA等應用。
之前所介紹的每種技術，在實現三種主流的微型投影儀中的某一種時，都各有優缺點。例如，就媒體播放器式而言，分辨率和響應時間是非常重要的。對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的優缺點。
表1：微型投影儀技術比較表。
微型投影儀說明示例
隨著設備集成的發展潮流，許多微型投影儀將首先用作一些現有設備的附件。例如用作數碼相機的附件，它可以像轉換器那樣直接插入相機，來顯示靜止的圖片、幻燈片或視頻。這類示例設計的系統框圖如圖2所示。系統中的光引擎(光學器件和一個接口電路)部分如圖頂部所示，控制器如圖底部所示。一個標準的7:1 LVDS(相機連接)接口用于從控制器傳輸圖像數據到光引擎(雖然這不是現在的一個標準接口，但隨著光引擎價格的下降，如相機連接這樣的接口將會成為一種可能的選擇，那么它就可以用于我們目標設計中的光引擎)。
圖2：數碼相機附件中的微型投影儀設計示例。
下面圖3顯示了LatticeECP3 FPGA的詳細信息，與算術處理相結合來處理用以顯示的圖片像素，同時管理系統中的各種接口。一個LatticeMico8微控制器控制數據流和來自用戶接口的各種指令。它通過Wishbone系統總線和FPGA的其他功能進行通信。DDR2存儲器控制器提供接口到外部DDR2存儲器，并且有兩個端口——一個來自Wishbone總線(用于通用的系統控制功能，以及當圖像數據是通過DVI/HDMI接口進行接收時)，另一個來自JPEG解碼器和像素處理器(用于高優先級的圖像處理功能)。SPI存儲器控制器接口到非易失性存儲器，其中存儲了大量的圖像處理表和代碼。攝像機中的圖像數據，通過JPEG格式編碼，經DVI/HDMI接口存儲到DDR2存儲器。JPEG解碼器將JPEG編碼的圖像數據轉換為投影儀光學器件中所需的獨立的紅、綠和藍色像素數據。這個像素數據還可以通過像素處理器和其他定制化的算法來進行處理，以改進圖像質量。一旦像素數據可以發送到光學器件，7:1 LVDS視頻接口對像素數據進行分包，并通過標準的視頻協議將它傳輸到光學器件接口。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(按鈕和開關)以及配置控制功能。許多這些重要的功能塊已經有現成的IP核，可從FPGA制造商或他們的合作伙伴處獲得，并使得設計師們能專注于設計中增值功能部分的設計。
圖3：微型投影儀FPGA控制器框圖示例。
利用FPGA的功能
FPGA為設計帶來的幾個關鍵功能，將有助于擴大這些小型投影儀的市場。鑒于市場的高速增長，客戶可能會有意想不到的功能變化需求。隨著市場的發展，競爭的壓力也將越來越大，要求企業具有更短的市場反應時間和更快的技術更新速度。FPGA為這類市場提供了一大優勢，即使在購買器件后，客戶仍可以輕松地實現功能特性的更改。可下載的更新可以改善現有的功能，以應對競爭，并迅速適應不斷變化的接口需求。此外，圖像處理算法可以改進，根據客戶的反饋或新的研究，迅速更新到已經在客戶手中的設備。
在基于激光的系統中，去光斑算法就是利用圖像處理算法修改功能的一個很好的示例。激光光斑使圖像上“產生光斑”，當相干光從粗糙的投影儀表面散射出來，然后會在人的視網膜上產生干擾。減少光斑是一個很重要的功能，因為用戶會因此而分散注意力，這將影響用戶視覺接收到的圖像質量，并降低有效分辨率。各種用于減少光斑的算法，可能要改變激光調制頻率中的控制參數(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，這些算法很可能會有新的突破，那些能適應各種可能的修改的設計，比如那些基于FPGA的設計，將獲得競爭上的優勢。
現代FPGA，如LatticeECP3，提供了多種先進的硬件功能，有利于微型投影儀的設計。數字信號處理(DSP)功能可用于實現復雜的圖像處理算法，如色彩空間的轉換和JPEG編碼/解碼，以及更通用的DSP算法，如FFT和過濾器。專用的片上存儲器塊可用作圖像緩沖器、FIFO緩沖器和嵌入式處理器的數據或代碼的存儲。高速SERDES塊可用于實現常用的串行視頻接口，如DVI、HDMI、DisplayPort和基于7:1 LVDS的標準，如CameraLink或ChannelLink，以及計算機接口，如PCI-Express、串行Rapid I/O和以太網(GbE、XAUI和SGMII等)。
對于快速增長的市場來說，也許FPGA最引人注目的優勢就是它可以實現更快的產品上市時間。在快速增長的市場中，較之ASIC實現，FPGA有其明顯的優勢，其開發和部署周期時間可以縮短為幾周而不再是幾個月，從而決定了產品的成敗。在可預見的一段時間內，ASIC可能仍然是現有、大批量市場的一種可行的設計技術選擇，但是FPGA在當今快速成長和不斷發展的市場中將會有更大的用武之地。
FPGA制造商已經加大了在細分市場開發套件上的投入，其中FPGA和外設器件與針對特定市場的IP核相結合，為設計師提供了一個開發差異化設計的良好起點。在許多情況下，電路板上已經提供了應用所需的所有外部組件和接口，以及驅動程序和操作系統，可以進行快速部署。這些套件進一步增強了FPGA與基于ASIC的設計相比，在產品上市時間上的優勢。 |
