FPGA在微型投影仪中的应用与设计

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图1：微型投影仪使用示例。

目前，由于微型投影仪的价格昂贵，因此难以在各行业中普遍使用，但随着价格的下降，使用微型投影仪的消费类应用将会大量涌现，并且它将成为便捷、中等分辨率图像显示所普遍使用的显示技术。FPGA器件是唯一能将其从面向高价的应用设备，转变为面向对于成本更加敏感的消费类产品的器件。

根据最近的预测估计，2009年微型投影仪的出货量为50万，2011年的出货量将是2009年的十几倍。200多家公司正在开发更高质量和更低成本的微型投影仪产品。

目前的微型投影仪技术

目前，微型投影仪系统中使用的几种技术各有优缺点。其中最常用的四种是：数码光源投影(DLP)、硅基液晶(LQoS)、激光束偏转控制和全息激光投影(HLP)。

DLP使用光源和微反射镜来反射光。每个微反射镜控制目标图像中每个像素上光的亮度。镜子有两种状态，开和关，并不断刷新。亮度通过调节镜子的状态来控制。如果微反射镜关闭50%的时间，那么像素的显示亮度为50%。色彩是通过使用光源和反射镜之间的色轮将光过滤成红色/绿色/蓝色来形成，每个微反射镜同时控制三种颜色的光束来形成其像素。

LCoS投影仪采用类似DLP的方法，但它使用液晶硅而不是镜子来控制每个像素上光的亮度。采用三片不同的芯片，每片一种颜色(红/绿/蓝)来生成彩色图像。光束直接通过滤光器或使用分色镜(只允许特定波长的光线通过的镜片)。光源可以是LED或散射的激光。

LBS投影仪一次生成图像的一个像素。它使用了三个不同的激光束(红/绿/蓝)，每一个以要求的亮度显示。光学器件使用镜子控制每个光束，并将三个激光束合并来生成彩色图像。通过以足够快的速度(通常在60Hz以上)扫描图像，眼睛不会注意到图像中的每个像素是依次生成的。

HLP系统将激光照射到全息图像上，通过激光衍射形成原始的图像。计算出所期望得到的二维图像的衍射图像，显示在一个LCoS微型显示器上。当在相干激光的照射下，就可以投射出所期望的二维图像，并在任何距离下保持聚焦。

微型投影仪的类型

目前有三种主流的微型投影仪：独立式、媒体播放器式和嵌入式。

·独立式投影仪：这些设备基本上是传统的投影仪。它们通过电缆(A/V、USB等)接收输入数据，并且除非使用另一个设备来生成视频信号流，否则无法显示任何内容。

·媒体播放器式：这些设备是带有板上存储器或存储卡插槽的投影仪，并能直接播放存储器中的文件。投影仪必须支持存储器中的文件类型——照片、视频或音频文件。有些投影仪甚至支持Office文档、PDF和其他文件类型。

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·嵌入式投影仪：这些设备将投影仪添加到现有的设备(或作为附件)，为LCD显示提供一种替代选择(或补充)。可用于手机、相机、笔记本、数码相框和PDA等应用。

之前所介绍的每种技术，在实现三种主流的微型投影仪中的某一种时，都各有优缺点。例如，就媒体播放器式而言，分辨率和响应时间是非常重要的。对于嵌入式投影仪而言，大小和低功耗是非常重要的。表1中列出了每一种投影仪技术的优缺点。

表1：微型投影仪技术比较表。

随着设备集成的发展潮流，许多微型投影仪将首先用作一些现有设备的附件。例如用作数码相机的附件，它可以像转换器那样直接插入相机，来显示静止的图片、幻灯片或视频。这类示例设计的系统框图如图2所示。系统中的光引擎(光学器件和一个接口电路)部分如图顶部所示，控制器如图底部所示。一个标准的7:1 LVDS(相机连接)接口用于从控制器传输图像数据到光引擎(虽然这不是现在的一个标准接口，但随着光引擎价格的下降，如相机连接这样的接口将会成为一种可能的选择，那么它就可以用于我们目标设计中的光引擎)。

图2：数码相机附件中的微型投影仪设计示例。

下面图3显示了LatticeECP3 FPGA的详细信息，与算术处理相结合来处理用以显示的图片像素，同时管理系统中的各种接口。一个LatticeMico8微控制器控制数据流和来自用户接口的各种指令。它通过Wishbone系统总线和FPGA的其他功能进行通信。DDR2存储器控制器提供接口到外部DDR2存储器，并且有两个端口——一个来自Wishbone总线(用于通用的系统控制功能，以及当图像数据是通过DVI/HDMI接口进行接收时)，另一个来自JPEG解码器和像素处理器(用于高优先级的图像处理功能)。SPI存储器控制器接口到非易失性存储器，其中存储了大量的图像处理表和代码。摄像机中的图像数据，通过JPEG格式编码，经DVI/HDMI接口存储到DDR2存储器。JPEG解码器将JPEG编码的图像数据转换为投影仪光学器件中所需的独立的红、绿和蓝色像素