【導讀】隨著IoT解決方案在全球消費市場的普及，智能音箱正在逐步成為家庭消費電子的重要一部分。目前，智能音箱普遍具備按需虛擬助手功能和高品質的音頻性能。因此，將顯示功能融合到這些“一成不變的”電子產品中，便成為順理成章的事。
然而，在小型音箱音箱上顯示視頻內容充滿挑戰。將從平板電腦到小尺寸電視的顯示改裝成緊湊、美觀的外形設計非常不易，不過借助 TI DLP® Pico™ 技術，可通過小巧的設計來實現大畫面的投影顯示。
智能音箱的出現
智能音箱最初用作無線音頻播放設備，支持一些不同類型的連接功能。現在，這些音箱形狀多樣，尺寸小巧，提供不同等級的音頻播放性能。智能音箱的最大特性是讓用戶能夠發出語音命令并從虛擬助手獲得響應。而且，智能音箱能夠與家里的其他電器通信，其定位是家庭自動化的中控以及做為常開/按需的信息源。
智能音箱和智能顯示的市場需求預計會繼續呈現出高增長趨勢。據 Juniper Research 預測，到 2022 年，大多數美國家庭都將安裝 Amazon Echo、Google Home、Apple HomePod 和 Sonos One 等設備。他們還預測，7,000 萬家庭將至少在家中安裝其中一種智能音箱，設備安裝總量將超過 1.75 億臺。雖然電視、汽車、電話和平板電腦等其他消費類產品將繼續融合虛擬助手技術，但家中能有一個可“隨時效勞”的設備將是推動該類設備增長的一個主要因素。
圖 1.50-cc 光學引擎尺寸示例
智能音箱中投影顯示的作用
向智能音箱添加顯示屏以擴展其功能是一個自然而然的事情。汽車環境中的中控臺顯示屏應用正在迅速興起，與之類似，家庭信息化/娛樂設備的類似視覺體驗也將讓消費者受益匪淺。現在，用戶通過智能音箱請求內容的方式不同于與智能手機或平板電腦交互的方式。
由于語音指令是通過智能音箱請求內容的主要模式，因此需要簡化的用戶界面來有效地溝通結果。顯示的圖像要做到簡潔明了，盡可能降低對觸摸交互的需求，同時還提供適合遠距離觀看的超大圖像。
智能顯示可能需要放在高流量區域（如廚房或起居室）附近，需要更加美觀且不會造成干擾。采用平板電腦大小的平板顯示屏（大約 7 到 10 英寸）會讓產品看上去笨重，并限制了消費者對智能音箱的擺放位置。
然而，Pico 投影能夠通過小型設計投影出超大的畫面，并可以將任意表面變為顯示屏，從而解決這些難題。想像一下，能夠通過大約 45mm x 75mm x 15 mm（略大于 50cc）的光學模組投影出清晰絢麗的 20 至 40 英寸圖像（如圖 1中所示示例。）
而且，Pico 投影提供以下幾種選項：
• 超短焦投影；
• 標準投影；
• 表面投影；
• 自由形狀投影；
• 互動投影。
這些選項讓用戶可以靈活選擇任何表面來實現智能顯示，甚至可以將智能顯示用作兩種用途，例如用一臺設備實現表面投影和超短焦距影。采用 Pico 投影的智能音箱開發人員可以通過這些選項創新地向市場推出新型的差異化產品。圖 2 顯示了音箱智能音箱的各種投影顯示選項。
圖 2.Pico 投影選項示例
智能音箱中 TI DLP 技術的工作原理
DLP 技術的核心是數字微鏡芯片 (DMD)，這是一種調節光線的微機電子系統 (MEMS) 技術。DMD 上的每個微鏡都會在所顯示的圖像上創建一個或多個像素，并單獨與色序照明調整同步以建立各種高性能智能音箱顯示。
TI DLP 產品的 TRP 技術（圖 3）與自適應 DLP IntelliBright™ 算法相結合，讓開發人員能夠在增加設備亮度的同時降低能耗。與同等解決方案的早期 TI 架構相比，TRP 架構上構建的 DLP 芯片組能夠提升兩倍的分辨率，并能基于每幀圖像處理的基礎上，提升 30% 的光學效率和降低高達50% 的能耗。
圖 3.TI DLP TRP 技術
表 1 顯示了智能顯示設計中 TI DLP 技術的設計優勢。
表 1.DLP 技術優勢
圖 4.智能顯示的被動、“靜音”、無風扇 100 流明散熱設計示例
智能音箱的系統和電子注意事項
圖 5 顯示了典型 DLP 產品投影系統框圖。此系統由兩個主要子系統構成：
• 電子子系統 包括控制芯片、電源管理和照明驅動芯片。還可能包括前端處理器和接口芯片。
• 光學子系統 包含 DMD、光源（通常為 LED）、光學元件（透鏡、濾光片等）和相關的散熱和機械部件。這些都集成在一個稱為光學引擎的緊湊堅固的組件中。光學引擎的尺寸和外形取決于分辨率、亮度和投射比等規格以及其他設計因素。
圖 5.DLP Pico 投影系統框圖
智能音箱的獨特要求
設計帶顯示屏的智能音箱時需考慮一些注意事項。投影儀規格取決于所需的圖像大小、顯示表面類型、集成到終端設備所需的外形以及投影和顯示表面之間的距離等因素。
• 投影表面 某些表面（如廚房工作臺面或壁紙）由于顏色、圖案或表面曲率可能不適合進行投影。通過增加亮度并采用算法來抵消表面幾何形狀、顏色和圖案的影響有望解決這一問題。
• 尺寸和外形 需要的尺寸和外形是附加的系統設計注意事項。需要將投影模塊集成到形狀獨特、外形美觀的智能音箱設計中。您所用的光學引擎的大小主要取決于亮度、分辨率和投射比。DLP Pico 光學引擎可以做到緊湊小巧，以集成到智能音箱中。如前面所述，現有的 100 流明設計的尺寸可以小至 50cc。
• 亮度 投影儀的總亮度輸出取決于所需的圖像大小和環境光線條件。如果投影表面有顏色或圖案（如廚房工作臺面），可能就需要將亮度提高 20–30%。圖 6根據圖像大小和不同的環境光線條件給出了投影儀的建議亮度值。
圖 6.給定環境的建議亮度值
• 分辨率 所需的分辨率主要取決于顯示的信息內容以及所需的圖像大小。nHD (640 x 360) 級的低分辨率就可以滿足簡單圖像和視頻的需求，而 qHD (960 x 540)、720p (1280 x 720) 或更高的分辨率則適合呈現更加清晰的顯示效果。
• 投射比 投影儀的投射比定義為投影透鏡和屏幕之間的距離與投影圖像的寬度之比。所需的投射比取決于產品相對于圖像表面的放置位置。長焦投影通常定義為投射比大于 2:1。長焦投影適用于顯示表面與投影模塊的距離較長的情況。短焦投影通常定義為投射比為 0.8:1 至 1:1，超短焦投影通常定義為投射比小于 0.5:1。短焦和超短焦投影適用于投影表面非常靠近或緊臨投影模塊的情況。正常焦距投影通常定義為投射比等于或大于 1.2:1。
增值特性
幾個特性可以提高投影顯示的效率并增加智能音箱的價值。
• 互動 交互性可以將投影圖像變為虛擬平板電腦。根據使用場合，簡單的手勢控制可能就夠用了，也可能需要高度準確的多點觸控功能。可以將多種技術集成到投影系統中以提供高效的用戶界面，包括立體視覺、結構光和飛行時間。
• 梯形校正 投影系統的空間限制常常會導致投影儀無法相對于投影表面居中和對齊，從而造成類似于梯形的幾何失真。梯形校正可以補償這種失真，實現更緊湊的設備或電器設計。大多數投影儀都具有垂直梯形校正功能，對未能在垂直面上居中的投影儀進行校正。然而，當投影儀無法在垂直面上居中時，可能還需要水平梯形校正。
• 投影表面校正 在某些情況下，所需顯示表面的幾何形狀可能不規則（輪廓線）。先進的圖像處理功能可以校正投影圖像，以補償這種輪廓線，呈現出不失真的圖像。同樣，針對表面顏色和圖案的自適應校正可以顯著提高智能音箱中投影功能的效率。
圖 7.DLP Pico 智能音箱產品組合
DLP 智能音箱芯片組的應用
DLP 芯片組具有各種尺寸和分辨率，可適應不同的顯示對角線、亮度要求和像素密度（分辨率）。圖 7 顯示了可用的 DLP 芯片組。每個 DMD 都需要匹配的控制芯片和電源管理 IC 來共同工作。
智能音箱市場發展迅速，增加顯示屏或智能顯示屏將提升用戶體驗和價值。DLP Pico 技術為提供差異化顯示選項帶來了激動人心的機會。
可以購買評估模塊 (EVM) 以快速開始評估 DLP Pico 芯片組并使用它們進行開發。開發人員還可以利用 DLP Pico 生態系統，其中包括廣泛的第三方設計工作室、光學模塊制造商和系統集成商網絡，從而讓開發人員能夠獲得完整的投影系統。
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