（信号与信息处理专业论文）激光电视中视频处理系统的研究与设计.pdf

j。 ， “， 原创性声明 l i l ll l ii l lli ii i i l l liil 17 9 0 6 0 3 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独 立进行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不 包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研 究作出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明 的法律责任由本人承担。 论文作者签名：盔磕地 1 3期：丝丝：垒：丝 关于学位论文使用授权的声明 本人完全了解山东大学有关保留、使用学位论文的规定，同意学 校保留或向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论 文被查阅和借阅；本人授权山东大学可以将本学位论文的全部或部分 内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或其他复制手段 保存论文和汇编本学位论文。 ( 保密论文在解密后应遵守此规定) 敝作者虢琢罐幽导师虢鳓期：坐：垃 山东大学硕士学位论文 摘要 a b s t r a c t 目录 第1 章绪论。 2 2 1 1 研究背景和意义3 1 2 激光电视的国内外研究现状4 1 2 1 激光电视在国外的发展情况5 1 2 2 激光电视在我国的发展情况一6 1 3 论文的研究目的与内容8 1 4 论文结构安排9 第2 章激光电视关键技术1 0 2 1 激光电视的工作原理l o 2 2 激光电视与其它电视区别1 2 2 3 色域转换原理1 4 2 - 3 1 色度学基础l4 2 3 1 1r g b 色彩空间l4 2 3 1 2x y z 色彩空问15 2 3 1 3l a b 色彩空间1 7 2 3 2 色域转换关系19 2 3 2 1r g b x y z 空问转换公式1 9 2 3 2 2x y z l a b 空间转换公式及色差计算公式2 0 2 3 3 色彩虚拟扩展2 0 2 3 3 1 色彩虚拟扩展分析2 l 2 3 3 2h s i 颜色空闻分析2 1 2 3 3 3 在h s i 空间中的色彩虚拟扩展2 2 2 4l c o s 显示原理2 2 2 4 1l c o s 技术简介2 2 2 4 2l c o s 面板结构及工作原理2 3 2 4 3l c o s 背投的原理2 4 2 4 4l c o s 背投技术的特点2 5 第3 章激光电视中的视频处理系统 2 6 3 1 激光电视总体构成2 6 i 山东大学硕士学位论文 3 2 电视信号接收部分2 6 3 2 1 电视信号的基本组成一2 6 3 2 2 电视信号接收预处理2 7 3 3 视频处理系统2 8 3 3 1 色彩管理系统方案2 8 3 3 1 1 色域转换方案2 9 3 3 1 2 色域扩展方案。3 0 3 3 2l c o s 显示系统方案3l 第4 章视频处理系统的实现3 3 4 1 视频处理系统硬件设计3 3 4 1 1a s l 6 1 0 0 芯片介绍3 3 4 1 2a s l 6 1 0 0 输入板设计。3 6 4 1 3 色彩管理系统f p g a 硬件实现分析4 0 4 1 4a s l 6 1 0 0 驱动板设计4 6 4 2 视频处理系统软件设计4 9 4 2 1 输入板a t 8 9 c 51 程序4 9 4 2 2 驱动板a s l 6 1 0 0 程序5 0 第5 章系统测试5 l 5 1p u l s a r 软件说明5 1 5 2p u l s a r 测试步骤51 5 2 1 安装硬件5 1 5 2 2 运行软件5 2 第6 章总结与展望5 6 参考文献5 8 致谢6 l 攻读硕士学位期间发表的论文专利及完成的科研项目6 2 i i 山东大学硕士学位论文 c o n t e n t s a b s t r a e t a b s t r a c t ( e n g l i s h ) c h a p t e r1p r e f a c e 1 1b a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c e 3 1 2r e s e a r c ho fl a s e rt va th o m ea n da b r o a d 4 1 2 1r e s e a r c ho f l a s e rt va ta b r o a d 一5 1 2 2r e s e a r c ho fl a s e rt va th o m e 6 1 3t h ep u r p o s ea n dc o n t e n to ft h i sp a p e r 8 1 4t h es t r u c t u r eo f t h i sp a p e r 9 c h a p t e r2t h ek e yt e c h n o l o g yo fl a s e rt v 2 1t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fl a s e rt v 一lo 2 2t h ed i f f e r e c eb e t w e e nl a s e rt va n do t h e rt v s 1 2 2 3g a m u tc o n v e r s i o np n n c i p l e 14 2 ：；1f u n d a m e n t a l so f c o l o r 1 4 2 3 1 1r g bc o l o rs p a c e 一1 4 2 3 1 2x y zc o l o rs p a c e 一l5 2 3 1 3l a bc o l o rs p a c e 17 2 3 2r e l a t i o n s h i pb e t w e e nc o l o rg a m u tc o n v e r s i o n 1 9 2 3 2 1r g b x y zs p a c ec o n v e r s i o nf o r m u l a s 。19 2 - 3 2 2x y z l a bs p a c ec o n v e r s i o nf o r m u l a sa n dc o l o rd i f f e r e n c ef o r m u l a s 2 0 2 3 3c o l o rv i r t u a le x t e n s i o n 2 0 2 3 3 1t h ea n a l y s i so f c o l o rv i r t u a le x t e n s i o n 2 1 2 3 3 2t h ea n a l y s i so f h i sc o l o rs p a c e 。2 1 2 3 3 3c o l o rv i r t u a le x t e n s i o ni nh i sc o l o r s p a c e 2 2 2 4l c o sr e v e l a t i o np r i n c i p l e 2 2 2 4 1o v e r v i e wo fl c o st e c h n o l o g y 2 2 2 4 2t h e p a n e ls t r u c t u r ea n dw o r k i n gp r i n c i p l eo f l c o s 2 3 2 4 3t h er e a l p r o j e c t i o np r i n c i p l eo fl c o s 2 4 2 4 4t h ec h a r a c t e r i s t i c so fl c o sr e a r - p r o j e c t i o nt e c h n o l o g y 2 5 c h a p t e r3t h e v i d e op r o c e s s i n gs y s t e mi nl a s e rt v 2 6 3 1o v e r a l lc o m p o s i t i o no f l a s e rt v 。2 6 i 3 2t vs i g n a l sr e c e i v i n gp a r t 2 6 3 2 1b a s i , cb u i l d i n gm o c k so f t e l e v i s i o ns i g n a l s 2 6 3 2 2t h er e c e p t i o na n dp r e - p r o c e s s i n go f t vs i g n a l s 2 7 3 3t h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e m 2 8 3 3 1c o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m 2 8 3 3 1 1g a m u tc o n v e r s i o np r o g r a m 2 9 3 3 1 2t h ep r o g r a mo f c o l o rg a m u te x p a n s i o n 3 0 3 3 2l c o sd i s p l a ys y s t e m 3 1 c h a p t e r 4t h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e m 3 3 免 4 1t h eh a r d w a r ed e s i g no f t h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e m 3 3 4 1 1t h ei n t r o d u c t i o no fa s l 610 0c h i p 3 3 4 1 2t h ed e s i 星皿o f a s l 6 1 0 0i n p u tb o a r d 3 6 4 1 3t h eh a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o na n a l y s i so fc o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m 4 0 4 1 4t h ed e s i g no f a s l 6 1 0 0 d r i v eb o a r d 4 6 4 2t h es o f t w a r ed e s i g no f t h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e m 4 9 4 2 1a t 8 9 c 5 1p r o g r a mo f i n p u tb o a r d 4 9 4 2 2a s l 6 1 0 0p r o g r a mo f d r i v eb o a r d 5 u c h a p t e r5t h es y s t e mt e s t 。5 l 5 1t h es o t t w a r ed e s c r i p t i o no f p u l s a r 5 1 5 2t h et e s ts t e p so f p u l s a r 5 1 5 2 1h a r d w a r ei n s t a l l a t i o n ，5 1 5 2 2r u n n i n gs , o f f - w a r e 5 2 c h a p t e r 6s u m m a r ya n do u t l o o k r e f e r e n c e 。 a c k n o w l e d g e m e n t r e s e a r c hr e s u l t sa n dp r o j e c t s i v 5 8 山东大学硕士学位论文 摘要 激光电视机利用半导体泵浦固态激光工作物质，产生红、绿、蓝三种波长的 连续激光作为彩色激光电视的光源，通过电视信号控制三基色激光将图像投射到 屏幕上。激光显示技术使用激光为光源，充分利用激光波长可选择性和高光谱亮 度的特点，使显示图象具有更大的色域表现空间。 本论文研究目的在于在现有的条件下为激光电视提供标准的视频信号接口电 路，使得激光电视的研究进一步开展。本系统的激光电视机是采用红、绿、蓝三 种波长的三种激光作为彩色激光电视的光源，将电视信号经过解码后，存储到图 像存储系统，分别从图像存储系统中提取亮度和色度信号，经过色彩管理系统后 得到新的r g b 驱动信号并将驱动信号传输给l c o s 显示系统，将激光光束直接投 影到屏幕显示彩色图像。主要由激光器、视频处理系统( 包括色彩管理系统和 l c o s 显示系统) 、屏幕等组成。 本论文的主要工作是研究实现了激光电视中的视频处理系统。首先，本课题 在对激光电视的研究背景和意义、国内外研究现状作了介绍后，重点介绍了激光 电视的相关关键技术，包括激光电视的工作原理、激光电视与其他电视的区别、 相关的色度学基础和l c o s 显示原理。其次，介绍了激光电视的整体架构和视频 处理系统的组成和设计方案。最后，对视频处理系统中的色彩管理系统的实现进 行了研究，包括相关的色域转换和色彩扩展等内容，研究设计了l c o s 显示系 统，包括硬件设计和相关的软件设计。通过调试，能够实现色彩的相关处理和显 示，为下一步的深入研究打下了良好的基础。 关键字：激光电视；色彩管理；l c o s 显示 山东大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h ew o r k i n gp r i n c i p l eo fl a s e rt vi st h a ti tu s e st h ed i o d e - p u m p e ds o l i d - s t a t e l a s e rm a t e r i a lt op r o d u c er e d ，g r e e n ，a n db l u ec wl a s e r s ，o ft h r e ed i f f e r e n tk i n d so f w a v e l e n g t h sa sal i g h ts o u r c eo fc o l o rt vt op r o j e c tt h ei m a g e so n t ot h es c r e e nu n d e r t h ec o n t r o lo ft e l e v i s i o ns i g n a l s l a s e rd i s p l a yt e c h n o l o g yu s e sl a s e ra sl i g h ts o u r c e , m a k i n g f u l lu s eo fl a s e r s w a v e l e n g t hs e l e c t i v i t ya n dh i g hs p e c t r a lb r i g h t n e s s c h a r a c t e r i s t i c s ，s ot h a tt h ed i s p l a y e di m a g e sw i l lh a v eg r e a t e rc o l o rg a m u ts p a c ef o r e x p r e s s i o n b a s e do nt h ed e v e l o p m e n to fl a s e rt vn o w a d a y s ，t h i ss t u d yf o c u s e so np r o v i d i n ga s t a n d a r dv i d e os i g n a li n t e r f a c ec i r c u i tt ob r i n gf o r w a r dt h er e s e a r c ho fl a s e rt v t h e l a s e rt vo ft h i ss y s t e m ，w h i c hu s e sr e d ，g r e e n ，a n db l u et h r e ed i f f e r e n tk i n d so f w a v e l e n g t h sa sl i g h ts o u r c e so fc o l o rl a s e rt v ，d e c o d e st h e ivs i g n a l sa n dm a k e st h e s t o r a g et ot h ei m a g es t o r a g es y s t e mw i mc h r o m i n a n c ea n dl u m i n a n c es i g n a le x t r a c t e d f r o mt h ei m a g es t o r a g es y s t e m a f t e rt h ep r o c e s s i n go fc o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m ，t h e r g bd r i v es i g n a l sa n dd r i v es i g n a l sw i l lb et r a n s m i t t e dt ot h el c o sd i s p l a ys y s t e ma n d t h e nc o l o ri m a g e sb ep r o j e c t e do n t ot h es c r e e nb yt h el a s e rb e a m i ti sm a i n l yc o m p o s e d b yl a s e r , v i d e op r o c e s s i n gs y s t e m s ( i n c l u d i n gc o l o rm a n a g e m e n ts y s t e m sa n dl c o s d i s p l a ys y s t e m ) ，s c r e e na n do t h e rc o m p o n e n t s t h em a i nc o n t r i b u t i o no ft h i sw o r ki st h es t u d yo ft h er e a l i z a t i o no fl a s e rt e l e v i s i o n i nt h ev i d e op r o c e s s i n gs y s t e m f i r s t ，a ni n t r o d u c t i o nt ot h es i g n i f i c a n c e , b a c k g r o u n d a n dd e v e l o p m e n to ft h er e s e a r c ho fl a s e r ivi sg i v e n t h e ns o m ei m p o r t a n t t e c h n o l o g i e so fl a s e rt va r ee m p h a s i z e d , i n c l u d i n gi t sw o r k i n gp r i n c i p l e ，t h e d i f f e r e n c e sb e t w e e nl a s e rt va n do t h e r s ，t h er e l e v a n tc o l o rg a m u tb a c k g r o u n da n d d i s p l a yt h e o r yo fl c o s a f t e rt h a t ，t h i ss t u d ya l s oc o v e r st h eo v e r a l lf r a m e w o r ko f l a s e r t va sw e l la sc o m p o s i n ga n d d e s i g n i n gs c h e m e so f v i d e o p r o c e s s i n gs y s t e m i nt h ee n d ， t h er e a l i z a t i o no fc o l o rm a n a g e m e n ts y s t e mi nv i d e op r o c e s s i n gs y s t e mi ss t u d i e d m e a n w h i l e , t h et o p i c so nc o l o rc o n v e r s i o na n dc o l o rg a m u te x p a n s i o n ，t h ed e s i g no f l c o sd i s p l a ys y s t e ma n dr e l e v a n th a r d w a r ea n ds o f t w a r ea lea l s oe x p l o r e d a f t e rt e s t , t h ep r o c e s s i n ga n dd i s p l a yo fc o l o rc a nb er e a l i z e dw h i c hb u i l das o l i df o u n d a t i o nf o r f u r t h e rd e v e l o p m e n to fl a s e rt vs y s t e m k e y w o r d s ：l a s e rt v ：c o l o rm a n a g e m e n t ；l c o sd i s p l a y 2 山东大学硕士学位论文 1 1 研究背景和意义 第1 章绪论 电视机已经成为现代生活的必需品，其核心技术的发展非常迅速，短短几十 年，电视显示设备已发展到“第三代”。“第一代电视”是指黑白电视，“第二 代电视指彩色电视。从黑白到彩色无疑是一个质的变化。“第三代电视”指的 是高清晰电视，电视高清晰化是通过高分辨率和数字化两个途径来实现的 h i 。发 展到第四代电视机，它与前几代相比，着重点落在颜色的丰富和逼真，图像色彩 上应该更接近于真实的自然界，使用寿命应更长，功耗应更小等方面。在这种趋 势的刺激下，下一代电视机激光电视开始登上舞台。可以说，“激光显示” 将为显示行业带来一场革命。激光显示技术使用激光为光源，充分利用激光波长 可选择性和高光谱亮度的特点，使显示图象具有更大的色域表现空问。其色域覆 盖率为荧光、液晶显示的3 倍以上，色彩饱和度为传统显示的1 0 0 倍以上。激光 显示彻底突破前3 代显示技术只能反映人眼所见颜色范围3 0 的先天不足，实现 最完美的色彩还原能力。激光全色显示将在公共信息大屏幕、激光电视、数码影 院、家庭影院、车载显示、游戏显示、手机移动显示以及个性化头盔显示系统等 领域具有很大的发展空问和广阔的市场应用前景犯j 。 与现有的显像管( c r t ) 投影显示、灯泡投影显示、液晶( l c d ) 和等离子 体( p d p ) 等平板显示相比，激光显示具有非常明显的优势。激光电视的前景和 其潜在的价值是巨大的。第一，当现有的电视机在色彩饱和度、逼真程度无法满 足要求的情况下，激光电视将是目前最直接、最被看好的替代品，电视机技术发 展到第四代激光电视就成了一个必然趋势。第二，激光电视的普及将为视频显示 领域带来一场革命，在世界影视领域具有划时代的历史意义，具备行业垄断地 位，属无竞争领域高科技产品。激光电视涵盖了许多领域的先进技术，一旦掌握 其产业化的关键技术，将无疑成为下一代显示技术的龙头，成为全球范围内的垄 断者，同时可以带领其相关领域的发展，对许多产业都将产生深远的影响。第 三，电视机是家电行业的热门，一旦激光电视进入家庭，其经济效益将是巨大 的，据估计将会具有每年5 0 0 亿美元以上的市场前景。第四，激光电视为低功率 3 山东大学硕士学位论文 产品，与普通电视相比，在相同屏幕尺寸，相同图像效果条件下，其功耗将大大 降低，对于保护环境、节省能源也将起到很大的作用。第五、激光强度易控制、 方向性好，便于实现更高的显示分辨率以及适应于不同尺寸大小的显示。且激光 显示在室温下其寿命一般可达1 0 万小时，如果经过高温老化试验后其室温寿命 甚至可以达到百万小时 3 - 们。总之，由于具有色域宽、颜色逼真、寿命长、环 保、节能等优点，激光电视已经逐渐成为电视机技术的发展方向，它必将成为电 视产业的下一代核心技术，电视显示技术在历经了黑白、彩色和数字时代后，必 将迎来激光全色时代。 很多国家和国际知名企业已经意识到这点，都纷纷加大了对“激光显示技 术 的研发和产业化力度，以抢占全球下一代显示市场。我国是显示产品的生产 大国和消费大国，但由于长期缺乏自主创新的核心技术，特别是进入平板显示时 代，整个产业严重依赖技术引进和关键部件进口维持生产，更是无力参与国际市 场竞争。有数据显示，少数外国厂商牢牢垄断着液晶面板、驱动芯片等核心部件 和技术，赚取了我国平板显示产品7 0 以上的收益。我们已经错失了c r t 和平 板电视的关键技术的领先地位，要想扭转这种被动的局面，只能加大力度研制第 四代电视机，争取在错过了显像管显示和平板显示之后，抓住机遇，在国际激光 显示产业中占据一席之地，否则我们又将面临与c r t 和平板电视相同的命运。 令人振奋的是，经过众多科技人员多年的努力，我国激光显示核心关键技术 通过自主创新已取得重大突破，拥有从激光光源、照明模组、图像引擎到激光显 示整机设计、集成等关键技术的完整自主知识产权，可以说已经具备在该领域实 现产业化重大突破的良好基础。我们有必要加大力度研究激光平板电视的关键技 术，尽快突破限制其产业化的技术瓶颈。只有这样，我们才能在下一代显示领域 占据先机，同时收获巨大的社会经济效益【7 】。 1 2 激光电视的国内外研究现状 激光电视机利用半导体泵浦固态激光工作物质，产生红、绿、蓝三种波长的 连续激光作为彩色激光电视的光源，通过电视信号控制三基色激光将图像投射到 屏幕上显示。1 9 6 5 年，美国t e x a s 仪器公司发布了第一台激光电视研制成功的消 4 山东大学硕士学位论文 息i s 。随后十多年里，多家科研机构对激光电视进行了许多有意义的研究，但在 商品化上却无重大进展。影响激光电视商品化的主要因素有两个：一是扫描装置 技术难度大，不易批量生产；二是激光器的发光效率低、电功耗大，难于实用 化。进入2 0 世纪9 0 年代，激光电视技术又呈现迅速发展的趋势，到9 0 年代末， 已经有商品化的激光电视出现。近年来，由于微电子技术和新材料等相关技术的 支持，激光电视迅速发展。同时固体激光技术的发展使三基色光源固体化，效率 也大大提高。信息和多媒体显示的市场需求也刺激了激光电视的快速发展。 1 2 - 1 激光电视在国外的发展情况 鉴于激光彩电的科研价值及产业化前景，近年来国内外竞相研究。美国、日 本、德国三国的激光扫描显示技术的水平很高，代表了国际先进水平。德国是现 有电视技术的开创者，并在3 0 年前建立了p a l 标准。激光电视发展规划己受到 德国重视，推行了“激光2 0 0 0 计划，并把此看作是国家电视工业再次发展的良 机。1 9 9 7 年，德国l d t 展出的激光电视其画面对角线为2 米，纵横比为1 6 ：9 ， 视角宽为4 8 。，到2 0 0 5 年才推出专用型激光电视，预计2 0 1 0 年才能推出家用型 激光电视。2 0 0 0 年，德国一所大学的研究人员研制成用特殊光纤作导体的微型半 导体激光器，用它可制成高清晰度袖珍激光彩色电视机【9 1 。德国和美国是最早开 展激光投影电视技术方面研究的。美国于1 9 9 8 年就宣布，在亚利桑那州以亚利 桑那大学为龙头，在图森市建立“光谷”。由于美国进行了技术保密，目前尚未 见到全面介绍美国激光光电子产业发展现状的完整资料，但已有报道称美国 研制出了激光电视演示样机f l0 1 。日本实施了“激光研究五年计划”。f 1 本s o n y 公司于2 0 0 2 年研制出激光电视演示样机。柯达公司于8 0 年代末开始研制开发有 机激光电视( o l e d ) 技术，在f a l lc o m d e x2 0 0 0 展览会上向观众展示了2 5 英寸和 5 5 英寸的o l e d 屏幕样品。o l e d 具有超轻薄、全固化、自发光、响应速度快、 温度特性好、可实现柔软显示等特性，产生的影像可与目前最高级的电视机的图 像质量媲美。o l e d 暂时还比较昂贵，不过随着成品率和市场渗透力的不断提高 正在逐渐缩小o l e d 和反射式液晶的价格差距。业界普遍认为，o l e d 的产业化 已经开始，今后3 到5 年是o l e d 技术走向成熟和市场高速增长的阶段【l l 】。此 外，韩国政府2 0 0 1 年投入7 3 亿美元，在光州建立激光工程研究所，成为全球七 5 山东大学硕士学位论文 大激光研究所之一。2 0 0 2 年韩国三星公司推出了8 0 英寸v g a 分辨率的高亮度激 光电视的样机，可以获得很好的显示效果【1 2 1 。德国l d t 公司、韩国三星公司采 用“点扫描式”，日本索尼公司采用“线扫描式 ，均存在着光扫描、光调制及 其精确同步等技术瓶颈问题。在以激光为代表的下一代显示技术竞技场上，跨国 公司一度占有先发优势【1 3 】。2 0 0 6 年，三菱推出了4 0 英寸激光电视机。2 0 0 7 年1 月，索尼5 5 英寸激光电视机在美国消费电子产品展亮相。2 0 0 8 年的c e s 展上， 三菱正式推出了他们的激光电视l a s e r t u 。据了解，这款激光电视很有可能 采用的是背投技术。不过，由于成本和技术等原因，激光电视的上市日期一再被 推迟。三星公司积极研究激光显示技术在手机等移动设备中的应用，日本精工爱 普生公司宣布与美国n o v a l u x 战略合作，美国相干公司将其激光显示技术授权德 国欧司朗公司，共同开发激光显示技术，并初步制定了产业化计划，谋求在未来 高技术竞争中占据战略制高点。 可见，目前激光电视在国际范围内技术仍然不成熟，还不具备产业化的条 件。 1 2 2 激光电视在我国的发展情况 而我国对激光显示技术的关注也早已开始，上世纪8 0 年代末，激光全色显 示技术就已进入我国8 6 3 计划。在国家科技部“8 6 3 ”计划的支持下，最近几年 激光显示技术有了长足的进步。2 0 0 2 年启动“全固态大面积全色显示关键技术研 究”攻关项目，2 0 0 4 年，“全固态激光彩色显示系统的关键技术研究项目已经 通过了天津市科委组织的成果鉴定。该成果在连续及准连续的瓦级全固态激光一 振镜扫描激光显示方面处于国内领先水平n 们。该研究从技术上取代了气体红、 绿、蓝激光器，采用红、绿、蓝全固态三基色激光光源，可以实现动画、图形以 及文字的扫描显示功能，而且全部元器件均可实现国产化。样机曾在汉沽区八卦 滩“基辅”号航空母舰上进行了现场演示。 2 0 0 4 年，经过多年系统研究，研究项目“全固态红、绿、蓝三基色激光器和 晶体材料研究”通过了国家验收i i ”。红、绿、蓝三基色全固态激光器用于全色显 示，形成的色度三角形面积是荧光粉的2 3 3 倍。由于全固态激光器具有体积小、 效率高、寿命长的特色，因此固体激光器的发展使激光电视成为现实。利用这些 6 ， 山东大学硕士学位论文 成果研制出了我国第一套实现白光配比红、绿、蓝三基色全固态激光器，并实现 了国内首次全固态激光全色显示原理性实验，并进一步完成了6 0 英寸激光家庭 影院原理性演示，获得了色彩艳丽的d v d 动态图像。我国激光全色显示研究工 作目前还处于原理实验阶段，尚存在很多面向产业化的关键技术需要攻克。我国 对大屏幕电视激光显示系统也作了研究，发明了一种全固态激光显示系统，已于 2 0 0 3 年申请了国家发明专利。该系统在提高画质高清晰度的条件下，同时降低了 组成电视激光显示系统的转镜的分割误差、转镜的转速并且稳定性级高。 我国还利用“面阵空间光调制器与多点扫描相结合 的创新技术方法于2 0 0 4 年9 月研制出具有自主知识产权独具特色的6 0 英寸“投影式”激光全彩色视频显 示原理样机【1 6 1 。该样机采用非点扫描成像激光电视技术小区域扫描投影成 像，并采用成熟的面阵空间光电寻址调制技术，同时实现像素选通和光强调制， 克服单像素逐点扫描的种种弊端，实现了无干涉噪音、光场均匀、光能利用率高 的激光显示器。 2 0 0 5 年，我国又连续开发出6 0 英寸、8 4 英寸、1 4 0 英寸3 台样机；2 0 0 6 年 我国更推出了2 0 0 英寸样机。然而，这些样机的造价依然是比较昂贵，即使批量 生产，其价格对于消费者而言也是很难接受。0 6 年，“全固态激光全色显示系 统”通过了由中国科学院和信息产业部联合主持的成果鉴定。0 8 奥运会、残奥 会期间，安装在奥运大厦指挥调度中心的超大屏幕激光显示样机引起了很多人的 关注，并得到奥组委的高度评价。这台1 5 0 英寸的激光显示设备每天连续工作1 8 个小时，以其饱满的色彩、清晰的亮度，让大家在圆满完成指挥监控任务的同 时，还得到了全新的视觉享受。 我国激光显示技术已有数十年的研究历史，对扫描式和投影式两种激光显示 技术路线都有着深入的研究。近年来，与国际上的技术发展趋势殊途同归，在投 影式激光显示技术上取得了重大突破，与日本等国家相比，总体水平与国际同 步，某些关键技术( 如色域覆盖率) 处于国际领先地位。 目前，投影式激光显示的共性核心关键技术包括大色域激光光源技术，匀场 消相干技术等。在我国，红绿蓝三基色激光器的研究处于国际领先和先进水平， 非线性频率变换光学晶体国际领先。在光学引擎处理技术方面，我国发明了“全 固态非运动相位随机扰动调制器”的消相干匀场技术，有效地解决了激光相干噪 7 山东大学硕士学位论文 声问题，并集成出6 0 英寸、8 4 英寸、1 4 0 英寸和2 0 0 英寸的系列化大屏幕激光显 示样机，具备了从光源、光调制、光处理以及整机系统集成的能力 v q 。在全固态 激光器技术中，国内已经比较成熟，在半导体激光器的红、绿、蓝三基色中，红 色发展比较成熟，蓝色技术也已开发出来，但成本比较贵；而绿色技术还不成 熟，还没有明确的技术发展路线。在这一方面，国外做得要领先一些。4 - 5 年之 内，激光显示应用会是两者的混合，8 1 0 年后可能还是以半导体激光器为主，因 为它效率更高更容易规模化。国内应该在全固态激光器和半导体激光器领域齐头 并进，加快开发与应用。 我国的激光显示专利大约有5 0 余项，约占世界专利总数的3 0 。这些专利 涉及了激光显示系统的主要关键环节，特别在共性核心技术领域大色域激光 光源和匀场消相干等领域取得了完整的自主创新知识产权，并处于国际领先地 位。可见，我国在激光显示技术的研究方面已经具有了十分坚实的基础【1 8 1 。 1 3 论文的研究目的与内容 激光电视是一种新型的显示技术，将成为二十一世纪显示领域最强有力的竞 争者。本论文研究目的在于在现有的条件下为激光电视提供标准的视频信号接口 电路，使得激光电视的研究进一步开展。 本课题的重点是建立激光电视中的视频处理系统，包括色彩管理系统和 l c o s 显示系统。在本课题中，我们通过对色彩管理、l c o s 显示原理的学习与应 用，从中进行相关的优化，完成对视频信号的处理，为以后的研究打下很好的基 础，具有较高的理论意义。 本课题研究的视频处理系统为我们研制的激光电视提供一个标准的视频接 口，激光电视图像复现色域尽可能地与标准色域一致，为激光电视的进一步研究 打下基础。视频处理系统将电视信号经过解码后，存储到图像存储系统，分别从 图像存储系统中提取亮度和色度信号，经过色彩管理系统后得到新的r g b 驱动信 号并将驱动信号传输给l c o s 显示系统，将激光光束直接投影到屏幕显示彩色图 像。 8 山东大学硕士学位论文 1 4 论文结构安排 第l 章绪论部分首先对激光电视的研究背景和意义、国内外研究现状和本论文 的研究目的与内容作了介绍。 第2 章重点介绍了激光电视的相关关键技术，包括激光电视的工作原理、激光 电视与其他电视的区别、相关的色度学基础和l c o s 显示原理。对相关的色度学 知识和l c o s 显示原理作了详细说明。 第3 章介绍了激光电视的整体架构和视频处理系统的组成和设计方案。 第4 章对视频处理系统中的色彩管理系统进行了研究，