（控制理论与控制工程专业论文）彩色等离子体监视器多功能接口电路的研究与设计.pdf

摘要 随着社会的发展，电视监控系统的应用越来越广泛。在很多行业、尤其 是对监控实时性要求很高的安全防范、工业生产等应用场合，在相当的一段 时间内仍然需要模拟电视监控系统；而在传统的模拟电视监控系统中，监视 器一般使用c r t 阴极射线管监视器，配以多画面分割器实现一台监视器同时 监视多路画面。但是c r t 阴极射线管监视器的显示尺寸受到限制，很难做得 比较大，一台监视器同时显示多路画面时显得画面太小。为此，本课题针对 彩色p d p 在电视监控系统的应用，对彩色p d p 接口电路进行了分析研究，并 设计了一款适用于多画面显示的p d p 大屏幕监视器接口电路。 本课题的主要内容是：讨论了彩色p d p 的新应用、a c - p d p 的结构特点、 工作原理，作为监视器在电视监控系统中的应用；重点设计一款适合多种格 式图像信号输入的接口电路，分别阐述几种格式的常用信号及接口电路工作 原理。 本课题设计的创新点在于：针对p d p 大屏幕监视器在现代电视监控中的 应用，本课题所设计的接口电路除了具有通用的视频全电视信号接口、计算 机信号接口、射频电视信号接口、数字视频接口等电路外，还专门设计一种 适合电视监控系统中多路视频全电视信号同时输入、多路画面分割显示的接 口电路。 接口电路的主要功能是对外部输入的不同格式的图像信号进行解码、数 字化和格式转换等处理，以满足后级驱动显示电路对信号格式的要求；同时 产生同步、消隐、数据时钟等信号以及实现遥控、屏幕显示的控制功能。多 路视频全电视信号的画面分割显示接口电路最多可同时输入1 6 路视频全电 视信号( 或y c 信号) ，这1 6 路视频信号先经过多画面处理电路进行综合处 理，转换合成一路视频全电视信号，然后由视频解码电路解码出r 、g 、b 等 信号；解码输出后的信号流程基本同计算机信号处理过程，经a d 转换电路 将模拟的r 、g 、b 等信号转换成数字信号，再经图像幅型转换电路的处理， 将4 ：3 的幅型画面转换成1 6 ：9 的幅型画面，输出给下一级的驱动显示电 路。 本接口电路设计、调试完成之后，对所设计的电路作了相关的测试和试 运行，测试结果符合设计要求、接入实际信号试运行效果良好，完全可以良 好地应用在电视监系统中。 关键词：彩色p d p 电视监控接口电路全电视信号多画面分割显示 i l a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fo u rs o c i e t y , s u r v e i l l a n c et vm o n i t o rs y s t e m sa r eu s e di n m o r ea n dm o r ei m p o r t a n ta r e a s a n a l o gr vm o n i t o rs y s t e m sw i l ls t i l lb el a r g e l ye m p l o y e d i nm a n yi n d u s t r i e st h a tn e e dr e a lt i m em o n i t o r ，s u c ha sd e f e n s ea n di n d u s t r i a lp r o d u c t i o n f o rl o n gt i m e c r tm o n i t o rc o u p l e dw i t hm u l t i p i c t u r ei n t e g r a t i o nd e v i c ei su s e di nm o s t t r a d i t i o n a la n a l o g ivm o n i t o rs y s t e m s e n a b l i n gm u l t ip i c t u r es u r v e i l l a n c e p i c t u r ef r a m e s o no n ec r tm o n i t o ra r es os m a l lb e c a u s eo ft h el i m i t e ds i z eo fd i s p l a yp a n e l t h i se s s a y f o c u s e so nan e ws o l u t i o ni n t r o d u c e df o rt h i sp r o b l e mb yi n t r o d u c i n gt h ec o l o r i z e dp d pi n ivm o n i t o rs y s t e mb a s e do na n a l y s i sa n dr e s e a r c h o fp d pi n t e r f a c ec i r c u i t ap d p m o n i t o rw i t hab i gs c r e e nt od i s p l a yp i c t u r e so fm a n yd i f f e r e n tp l a c a si sa l s od e s i g n e d t h i st a s kh a st w om a i nc o n t e n t s o n ei st od i s o u 豁t h en e wa p p l i c a t i o no fc o l o d z e d p d p , t h es t r u c t u r a lc h a r a c t e r i s t i co fa c p d pa n di m p l e m e n t a t i o ni nt vm o n i t o rs y s t e m t h eo t h e ri st od e s i g nak i n do fm a n yf o r m a t si m a g es i g n a li n p u ti n t e r f a c ec i r c u i ta n dt o i n t r o d u c ee v e r yf o r m a ts i g n a l i n t e r f a c ec i r c u i ta n dw o r k i n gp r i n c i p l e t h ei n n o v a t i o no ft h i st a s ki st h ei n t e r f a c ec i r c u i t i tn o to n l yh a su n i v e r s a lv i d e o f r e q u e n c yt vs i g n a li n t e r f a c e ，c o m p u t e rs i g n a li n t e r f a c e ，r a d i of r e q u e n c yt vs i g n a l i n t e r f a c e 。d i g i t a lv i d e of r e q u e n c yt vs i g n a li n t e r f a c eb u ta l s oh a sp i c t u r e s d i v i s i o n d i s p l a y i n gi n t e r f a c e c i r c u i tw h i c hf i t sm u l t i - c h a n n e lv i d e of r e q u e n c y ivs i g n a l si n p u t s y n c h r o n o u s l y t h em a i nf u n c t i o no fi n t e r f a c ec i r c u i ti sd e c o d i n gd i f f e r e n tf o r m a t so fi n p u ti m a g e s i g n a l c o n v e r t i n gd i g i t a ls i g n a la n df o r m a tt o 钏s i g n a lf o r m a to ft h eb a c ke n dd r i v i n ga n d d i s p l a y i n gc i r c u i t t h ei n t e r f a c e c i r c u i ta l s oc a np r o d u c es y n c h r o n o u s v a n i s h e da n d e n s c o n c e d ，d i g i t a lc l o c ks i g n a la n dr e a l i z er e m o t ec o n t r o l ，d i s p l a y i n g o ns c r e e n t h e p i c t u r e sd i v i s i o nd i s p l a y i n gi n t e r f a c ec i r c u i tw i t hm u l t i c h a n n e lv i d e of r e q u e n c yt vs i g n a l s c a ni n p u t1 6c h a n n e l sv i d e of r e q u e n c yt vs i g n a la tb e s t t h e s es i g n a l sp a s st h r o u g h p i c t u r ed i s p o s ec i r c u i tt oc o n v e r to n ec h a n n e lv i d e of r e q u e n c yt vs i g n a lt i m t l y , t h e n d e c o d e dt ob e c o m i n gr ，g ，bs i g n a l sb yv i d e od e c o d ec i r c u i t t h eo u t p u tf l o wo fd e c o d e d s i g n a l si sg e n e r a l l ys a m ea sc o m p u t e rs i g n a l sp r o c e s s i o n a n a l o gs i g n a l ss u c ha sr ，g ，b a r ec o n v e r t e di n t od i g i t a ls i g n a l sb ya d c t h ei m a g er a t i oo fb r e a d t ht oh e i g h ti sc o n v e r t e d i i i f r o m4 ：3i n t o1 6 ：9b yi m a g eb r e a d t ha n dh e i g h tc o n v e r s i o nc i r c u i tb e f o r et h ec o n v e r t e d i m a g es i g n a li se x p o r t e da n dt r a n s p o r t e dt ot h en e x td n v e ra n dd i s p l a yc i r c u i t a f t e rt h ed e s i g n i n ga n dd e b u g g i n gi n t e r f a c ec i r c u i td o n e t e s t i n ga n dp i l o tr u nh a v e b e e nc o m p l e t e d t h et e s t i n gr e s u l tm e td e s i g nr e q u i r e m e n ta n ds y s t e mr u nv e r yw e l lw h e n i n p u l l i n gr e a ls i g n a l w ea r ec o n f i d e n t i tc a nb ea p p l i e di nt vm o n i t o rs y s t e ms u c c e s s f u l l y k e y w o r d s ： c e l o r i z e dp d p t vm o n i t o r v i d e of r e q u e n c y ivs i g n a l i v m u l t i - p i c t u r ed i v i s i o nd i s p l a y i n g 原创性声明 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 集体已经发表的或撰写过的科研成果。对本文的研究做出重要贡献的 个人和集体，均已在文中以明确方式表明。本声明的法律责任有本人承担。 论文作者签名： 竺j 三，肛 日期：如广 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) 。 论文作者签名：室勃。导师签名： 、v 土诗( 苦日期：h 可r 山东大学硕士学位论文 第一章绪论 1 1 本课题的提出( p o p 监视器在电视监控系统的应用) ： 随着社会的发展，电视监控系统的应用越来越重要、越来越广泛。虽 然视频监控系统的发展经历了三个阶段，并逐渐向数字视频监控系统过渡。 但是，目前的数字视频监控系统在图像传输时还存在着延迟现象，所以在 很多行业、尤其是对监控系统实时性要求很高的安全防范、工业生产等应 用场合，在相当的一段时间内仍然需要模拟视频监控系统。而在传统的模 拟视频监控系统中，监视器一般使用c r t 阴极射线管监视器，配以多画面 分割器实现一台监视器同时监视多路画面。但是c r t 阴极射线管监视器的 显示尺寸受到限制，很难做得比较大，一台监视器同时显示多路画面时显 得画面太小。为此，本课题设计了一款适用于多画面显示的p d p 大屏幕监 视器，除了具备多种常用信号的接口之外，尤其针对电视监控系统的需求设 计了专门适用多路视频信号输入、画面分割显示的多路全电视信号输入接 口电路。 1 2 电视监控系统的发展及应用 1 、电视监控系统的概念 电视监控系统目前已经成为安全防范体系中的一个重要组成部分。它 通过安装在被监视现场的摄像机将现场的光信号转换成视频电信号，传输 到监控中心在监视器上监视；同时控制中心可以远程控制前端现场的摄像 机等可控设备。电视监控系统与防盗报警系统等其它安全防范体系联动运 行，使得防范能力更加强大。电视监控系统除了应用在传统的安全防范体 系之外，还广泛应用在工业生产领域，又称为工业电视。 2 、电视监控系统的发展 电视监控由于其广阔的应用范围，多年来一直受到业界的关注。电视 监控具有直观、方便、信息内容丰富等特点，其技术水平随着音像技术的 不断革新和计算机技术、通信技术的持续发展而逐步提高。 电视监控系统的发展大致经历了三个阶段。二十世纪九十年代初以前， 山东大学硕士学位论文 主要是模拟电视监控系统阶段；监控系统中的设备以模拟设备为主，主要 包括：摄像机、云台、解码器、中央控制矩阵、画面切换器、画面分割器、 监视器、视频存储设备等，视频信号以模拟方式传输。 二十世纪九十年代中期，随着计算机对图像信号采集和处理能力的增 强和视频技术的发展，计算机技术逐渐在电视监控系统中的一应用。计算 机软硬件的结合应用，将模拟系统中显示、存储、画面分割、控制等功能 集成到一台多媒体计算机上完成，降低设备成本，视频以数字方式存储方 便保存和查询、方便与计算机网络连接进行远程传输。这种电视监控系统 还是以在本地传输、监视、存储为主。 新世纪开始，电视监控系统跨入了网络远程监控时代。以数字视频压 缩、传输、存储和播放技术核心，依托功能强大的计算机网络，引发了电 视监控业的技术革命。 3 、电视监控系统的功能及应用 ( 1 ) 电视监控系统主要实现如下功能： 图像实时监视 图像存储、回放 在控制中心对前端的摄像机、云台等可控设备实现远程控制 报警功能 ( 2 ) 电视监控系统应用：电视监控系统已遍布社会的各个角落，生活 的方方面面，十分广泛。 银行金融业 银行业由于其行业特点，需要严密的安防措施。营业大厅需要监控录 像；交易柜台由于容易出现纠纷而需要对交易过程监控录像以便查证；自 动取款机也需要监视；运钞车需要无线监控。 宾馆、商场等流动人口多、环境复杂的场合 为了顾客的人身和财产安全，经营者一般都需要安装监控系统加强保 安，同时录像资料可以帮助公安部门破案。 城市交通路口、高速公路、车站、码头、机场等交通行业 2 山东大学硕士学位论文 电视监控系统可以实时监测交通流量，发现交通事故，监视记录公共 场所的车辆和人员的流动情况，更好地进行交通管理。 智能大厦和高档住宅小区、机关事业单位 电视监控系统已成为智能建筑的必备系统，也为智能小区和机关事业 单位提供了更为安全的保障。 工业生产 工业用的电视监控系统也称工业电视，是现代化生产中不可少的装备， 广泛应用在环境恶劣、环境复杂不适合人员工作的环境。例如：冶金行业 的高温环境、矿下危险的环境、充斥有毒气体的化工行业、无人值守的变 电站或机房等，需要监控系统保证生产的正常进行。 电视监控系统也广泛地应用在医院、学校等行业。 1 3 彩色p d p 的应用现状和趋势 彩色p d p 是二十世纪九十年代中期开始量产的新型平板显示技术，它 利用气体放电产生的紫外线激发三基色荧光粉发光而实现显示。彩色p d p 的特点是主动发光，视角大( 1 6 0 。c ) ，响应快( 气体放电的速率在i is 量 级，可见光的响应决定于荧光粉) ，色彩丰富( 色域比c r t 宽) 。彩色p d p 目前最大亮度达到1 5 0 0 c d m 2 ，最大暗室对比度达到1 0 0 0 0 ：1 ，灰度级从 2 5 6 到4 0 9 6 ，对角线尺寸从3 2 英寸到1 0 2 英寸，显示容量从8 5 2x4 8 0 到 1 9 2 0 x1 0 8 0 。它以全数字化模式工作，且易于制作4 0 英寸以上的大屏幕显 示器，因此是多媒体终端显示、大屏幕壁挂电视和监视器的理想显示器件。 p d p 技术及产品今后一段时间的主要发展趋势如下： ( 1 ) 提高p d p 产品的发光效率。 富士通公司研究资料表明，通过放电气体和电极结构的改善，可使发 光效率从目前的1 81 m w 提升至2 5 1 m w 。驱动电压波形的改善约可提升 1 6 倍，荧光粉的改善可提升i 1 倍，障壁的改善可提升1 2 倍，合计可 使发光效率达到5 1 m w 。 ( 2 ) 提高p d p 产品显示画面质量。 目前彩色p d p 产品的r 、g 、b 视频信号大多为8 位，发展趋势是采用 3 山东大学硕士学位论文 1 0 位或者1 2 位视频信号，显著提升p d p 产品的彩色和灰度再现能力。虽 然彩色p d p 的暗室对比度已达i 0 0 0 0 ：1 ，但明室对比度一般在i 0 0 ：l 以 下，需要进一步提高。 ( 3 ) 高效、节能p d p 显示屏制造技术。 缩短工艺处理时间，降低制造能源消耗，降低材料成本，采用大尺寸 玻璃板多面取技术，使彩色p d p 显示器的价格大幅度下降。 ( 4 ) 降低p d p 产品的功耗。 优化产品结构设计和电路设计，使p d p 产品功耗进一步降低。 ( 5 ) 提高4 0 英寸级以上高分辨率p d p 产品市场竞争力。 随着高清晰度电视产业的发展，4 0 英寸级以上高分辨率p d p 产品将成 为等离子体显示器的发展重点，但需要解决价格偏高的问题。 1 4 彩色p o p 的特点 等离子显示器与c r t 显示器件相比较，具有很多优点，具体如下： 1 、屏幕大。传统的c r t 显像管的图像显示基于磁偏转，由水平磁场和 垂直磁场产生行、场扫描；但是，磁偏转的角度有一定的限度，即在c r t 显像管厚度( 前后尺寸) 不可能太大的情况下，其屏幕尺寸不可能做的很 大。而p d p 作为显示器，其工作原理是利用气体放电，开关速度高，屏幕 光栅在垂直方向上可以做的很大，满足大屏幕显示的需要。 2 、厚度薄、重量轻。与c r t 显像管相比，p d p 结构上没有偏转线圈、 电子枪等，原理上也不用高压电场加速电子束，所以p d p 结构上前后的厚 度尺寸可以做的很小，仅p d p 显示屏本身厚度不超过一厘米，再加上玻璃 基板和电路部分组成显示器整机后，总的厚度尺寸也在二十厘米以内。由 于p d p 显示器摆脱了传统c r t 显像管的笨重玻壳，所以其重量大为减轻， 般只为同等尺寸c r t 的六分之一左右。 3 、视角宽。作为显示器，p d p 的视场角度大于c r t 和l c d 显示器。p d p 的视角理论上可达到1 6 0 度。 4 、纯数字化。p d p 显示器在控制和图像显示等方面，可采用全数字化 处理。不像c r t 显示器在完成电一光转换进行图像显示时，要用模拟方式实 4 山东大学硕士学位论文 现。所以p d p 显示器方便与各类数字系统和设备连接，接收和处理显示数 字信号，适合高清晰度电视和数字电视监控的发展趋势。 5 、辐射小，抗电磁干扰能力强。因为p d p 显示器的驱动电压只有几百 伏，与c r t 的两万多伏高压相比属于低压，所以p d p 产生的辐射与c r t 相 比很小。p d p 的显示原理是靠气体放电发出的紫外光激发荧光粉发出可见 光，从而显示图像；没有使用c r t 中的使扫描电子束偏转的磁场和使电子 束加速的电场，所以p d p 受外界电磁干扰的影响小，即抗电磁干扰的能力 强。 6 、抗震动能力强、工作温度范围宽。p d p 结构紧凑、厚度薄、重量轻、 抗震动和冲击的能力比较强。其工作温度极限基本上只取决于其外围电路 的性能，范围宽，适合特殊条件下的应用。 1 5 本课题的主要内容 1 、讨论彩色p d p 的新应用、a c - p d p 的结构特点、工作原理，作为监视 器在电视监控系统中的应用；重点研究并设计一套适合多种格式图像信号 输入的接口电路，分别阐述各常用格式信号的工作原理。 2 、本设计的创新点在于；针对p d p 监视器在现代电视监控中的应用， 本接口电路除了具有通用的视频全电视信号接口、计算机信号接口电路、 射频电视信号接口、数字视频接口电路等电路外；还专门设计一款适合电 视监控系统中多路视频全电视信号同时输入、多路画面分割显示的接口电 路，可同时输入最多1 6 路视频全电视信号( 或y c 信号) ，屏幕显示并可 在l 、4 、9 、1 6 画面之问切换。 山东大学硕士学位论文 第二章彩色p d p 的基本结构和工作原理 2 1 彩色p o p 的分类 p d p ( p l a s m ad i s p l a yp a n e l ) ，即等离子体显示屏，是一种利用气体放 电的显示技术，其工作原理与日光灯很相似。它采用了等离子管作为发光 元件，屏幕上每一个等离子管对应一个像素，屏幕以玻璃作为基板，基板 间隔一定距离，四周经气密性封接形成一个个放电空间，放电空间内充入 氖、氤等混合惰性气体作为工作媒质，在两块玻璃基板的内侧面上涂有金 属氧化物导电薄膜作激励电极。当向电极上加入电压，放电空间内的混合 气体便发生等离子体放电现象，也称电浆效应。气体等离子体放电产生紫 外线，紫外线激发涂有红绿蓝荧光粉的荧光屏，荧光屏发射出可见光，显 现出图像。当每一颜色单元实现2 5 6 级灰度后再进行混色，便实现彩色显 示。 彩色p d p 根据其结构和工作方式的不同，可分为电极覆盖有介质的交 流型( a c - p d p ) 和电极暴露于放电空间的直流型( d o p d p ) 两大类。 直流型p o p 工作时，单向脉冲信号加在电极之间引起电极放电，激发 荧光粉发光。这种类型的p d p 虽然具有对比度高、色彩好、驱动电路简单 等优点；但是它的亮度低，其电极直接与气体接触、放电时电极受到带电 粒子轰击而容易老化，造成其使用寿命短，应用较少。 交流型p d p 的电极上覆盖有一层介质，电极不与气体直接接触，从而 延长了器件的使用寿命。同时，交流型p o p 气体放电时产生的正负粒子在 电场作用下分别向两个电极方向运动，积累在电介质表面形成壁电荷，从 而具有记忆效应。鉴于a c - p d p 具有寿命长和记忆特性等优点，所以，a c p d p 得以广泛应用。 根据电极结构和放电类型不同，a c p d p 又分为单基板型和双基板型两 种类型。双基板型a c - p d p 的气体放电发生在两个基板之间，因此又称为对 向放电式a c p d p ；这种a c p d p 气体放电时产生的带电粒子在电场作用下 轰击涂在基板上的荧光粉，加速了荧光粉的老化，缩短了器件的寿命，所 以双基板型a c - p d p 在实际中很少应用。单机板型a c p d p 又称为表面放电 6 山东大学硕士学位论文 型a c p d p ，这种结构的维持电极平行地分布在同一块基板上，气体就在此 基板表面放电；而荧光粉涂敷在另一块基板上，放电过程中产生的带电粒 子被电场束缚在放电基板附近，减少了对荧光粉的轰击，延长了p d p 的寿 命。 与双基板型a c - p d p 相比较，单基板型a c p d p 具有结构简单、易于制 作、放电效率高、寿命长等优点，所以，单基板型a c - p d p ( 即表面放电型 a c - p d p ) 在彩色p d p 应用中占据着主导地位。本文的分析和应用只针对表 面放电型a c - p d p 。 2 2 表面放电型a g - p d p 的基本结构 前玻璃槿 图2 - 1 表面放电型a c - p d p 的基本结构图 图2 - i 是表面放电型a c - p d p 的基本结构图，显示屏结构由上下两块玻 璃基板封接而成，上基板内壁上用透明导电材料印刷着相互平行的两组电 极，这两组电极分别称为x 电极和y 电极。x 电极和y 电极共同组成维持 显示电极，在x 电极和y 电极之上有一层低熔点的玻璃介质层，然后是一 层m g o 保护膜，保护电极。下基板上是彼此平行的寻址电极( 也称a 电极) ， 寻址电极与上基板上的维持显示电极正交，其上也覆盖有一层介质。寻址电 极之间还制作有与其平行的障壁，就是印刷在下基板上的介质条，它像墙 壁一样将玻璃板间所充惰性气体分割在一个个小的腔室内，每一个腔室是 一个放电单元。障壁既可以作为两基板之间的间隔，又可以防止紫外线的 7 山东大学硕士学位论文 直线传播，避免引起相邻单元的荧光粉发光，产生串扰和混色。相邻三个 寻址电极所在的腔室为一组，其内壁上分别涂有红、绿、蓝三种基色荧光 粉，涂有红、绿、蓝三种基色荧光粉的每一组腔室构成一个完整的显示像 素单元。 2 3 表面放电型a c - p d p 的工作原理 彩色p d p 工作原理概述起来主要包括两个方面：放电的工作原理和显 示的工作原理。放电：即p d p 每个放电单元在外加电信号作用下气体放电 产生紫外光；显示：即紫外光激发放电单元里涂有的红、绿、蓝三基色荧 光粉，荧光粉发射出可见光，显示出图像。下面具体阐述放电和显示的工 作原理。 1 、p d p 放电单元放电可分为三个过程：擦除、写入、维持。 ( 1 ) 、擦除：如果不需要某单元放电，则可以在x 电极和y 电极间加 一适当幅度和宽度的电压，使该电压与壁电压之和小于着火电压。这样不 仅可以停止放电，而且还可中和掉原来在介质上建立的壁电荷。这一过程 称为擦除。 ( 2 ) 、写入：其实就是寻址的过程。在y 电极和a 电极之间加一脉冲 电压，当脉冲电压值超过气体的着火电压时，便产生气体放电。放电产生 的离子和电子向阴极和阳极迅速运动，在x 、y 、a 电极的介质表面上形成 壁电荷。壁电荷形成的壁电压与外加的脉冲电压极性相反，因此着火放电 后，随着壁电荷的积累，放电腔两端的净电压逐渐下降。当放电腔两端的 净电压下降到低于气体维持放电的电压值时，气体放电结束。此过程是迅 速在介质上建立壁电荷的过程。 ( 3 ) 、维持：写入过程结束，建立起壁电荷后，只要在x 电极和y 电 极问一交变的维持电压，使维持电压与写入时形成的壁电压之和大于着火 电压，x 电极和y 电极即可维持放电，产生稳定辉光。这一过程称为维持 放电。 2 、彩色p d p 显示图像包括彩色显示和灰度显示。 ( 1 ) 、彩色显示：p d p 彩色显示的原理与彩色c r t 相同，都是采用三 山东大学硕士学位论文 基色空间混色原理实现的。即：在p d p 两基板之间制成很多个个的小放 电腔室，相邻三个寻址电极所在的腔室的内壁上分别涂有红、绿、蓝三基 色荧光粉。当腔室放电激发三色荧光粉发光，由于红、绿、蓝三基色荧光 粉间距足够近( 约0 2 0 _ - o 3 0 m m 之间) ，我们人眼在一米之外看到的是三 基色的混合颜色。红、绿、蓝三基色光强度的不同比例决定了其合成彩色 的色调。 ( 2 ) 、灰度显示：c r t 显示器是通过视频信号调制扫描电子束的强弱 来实现灰度显示。而三极表面放电型a c p d p 一般采用寻址与显示分离 ( a d s ) 技术实现不同灰度显示。a d s 原理基础是：人眼对亮度的感觉既与 光信号的绝对亮度有关，也与光信号的发光时间有关。在光信号建立的短 时间内，人眼感觉到的亮度随发光时间的长短而变化，维持发光时间越长、 感觉越亮。下面具体阐述一下如何实现灰度显示的。 图像亮度显示一般分为2 5 6 级灰度，为实现2 5 6 级显示，将每一场的 显示分为8 个子场，每个子场又包括初始期、寻址期和维持期三个阶段。 维持期的长短决定了荧光粉发光的亮度，所以，可以通过控制每子场维持 期的维持脉冲个数来改变每子场的亮度，实现图像显示的亮度( 灰度等级) 控制。例如：8 个子场的维持脉冲个数按1 ：2 ：4 ：8 ：1 6 ：3 2 ：6 4 ：1 2 8 编码，则 相邻的n + l 子场维持放电时间是n 子场维持放电时间的一倍，相应亮度也 增加一倍。这样，一个场周期内可以寻址不同的8 个子场，8 个子场组合 可得到2 8 = 2 5 6 种不同的发光时间，对应2 5 6 级不同的平均亮度。即实现了 图像亮度的2 5 6 级灰度显示。 下面介绍一下每个子场包括的初始期、寻址期和维持期三个阶段。 初始期：对应p d p 放电过程的擦除。在x 电极和y 电极上分别加入所 需电压，擦除上一子场遗留下来的壁电荷，将所有单元的壁电荷全部擦除， 为寻址期做准备。 寻址期：对应p d p 放电过程的写入，寻址就是数据写入的过程。p a l 制电视系统中，每幅图像分解成6 2 5 行，对于逐行扫描方式，逐行寻址： 对于隔行方式，隔行寻址。寻址到某一行时，该行y 电极加一负脉冲；a 9 山东大学硕士学位论文 电极( 数据电极) 的工作状态对应于该行的图像数据。即：有图像数据时， a 电极输出一正脉冲，与对应的y 电极发生寻址放电，点亮对应的点，使y 电极、a 电极表面的壁电荷极性反转；无图像数据时，a 电极输出为零，不 放电点亮对应的点，y 电极、a 电极表面的壁电荷极性不反转。 维持期：在寻址期，对应图像数据，y 电极上建立起正极性壁电荷。 这时，在x 、y 电极间加较低的交变维持电压( 低于着火电压，正电压先加 在y 电极) ，那么该电压加上壁电压之和大于着火电压，该单元就可以维持 放电。没有图像数据写入的单元，寻址期没有进行电荷反转，即y 电极仍 为负，这时y 电极即使加上正向的维持电压，其电压之和也达不到着火电 压，所以就不会在x 、y 极间发生放电。 l o 山东大学硕士学位论文 第三章彩色p d p 的整体电路结构 3 1 彩色p d p 的整体电路介绍 为了帮助理解电路在整体等离子显示器中的作用，先介绍一下整体等 离子显示器的结构组成。等离子显示器( p d p ) 主要由显示屏和电路两大部 分组成。显示屏是p d p 的发光显示部件，其基本结构和发光显示原理我们 在第二章已经介绍过了。电路部分是附着在显示屏后部的一大块布局着各 种必需的元器件的电路板，它为显示屏的正常显示提供所需要的各种信号 数据和控制电压，保证显示屏的正常工作。电路是p d p 整机的重要部分， 电路系统的性能直接决定了p d p 的图像显示质量。虽然不同p d p 整机的电 路系统不尽相同，但根据整体电路的功能和作用，可将整体电路系统划分 成四个主要电路部分：接口电路、存储控制电路、驱动电路和电源电路。 各部分之间的关系见图3 - i ： 图3 - i 彩色p d p 的整体电路结构 下面分别简要介绍电路系统的四个主要组成电路部分，第五章重点讨 论接口电路，并设计出一套多功能接口电路。 3 。2 主要组成电路的介绍 1 、接口电路 山东大学硕士学位论文 第四章彩色电视图像信号的几种格式及原理 4 1 彩色电视信号原理 彩色p d p 主要就是接收、处理各种格式的彩色图像信号，并完成光电 转换以光信号的形式在屏幕上显示出来；而彩色图像信号大都是以电视信 号存在的。所以，这里我们先论述一下彩色电视图像信号的原理。 电视系统主要包括电视信号的产生、传输、接收显示三大部分。主要 功能就是将现场的景物光信号按一定规律转换成相应的电信号( 电视图像 信号) ，做适当的处理后，通过无线电波或有线网络以电信号的方式传输到 一定距离之外，然后接收、处理并将电信号还原成光信号在荧光屏上重现 出来。彩色p d p 就是属于接收显示部分，任务就是接收、处理电视信号并 在荧光屏上重现出图像。而作为接收显示部分，接收到的电视图像信号可 能是以不同的电信号方式存在的，所以，要求接收显示部分( 本文研究的 是彩色p d p 监视器) 具有一个多功能接口电路，适应以不同信号格式传输 来的电视信号。在具体研究设计多功能接口电路之前，介绍一下电视图像 信号存在或传输的几种主要信号格式。 4 2 彩色电视信号的形成 将现场的彩色景物光信号按一定规律转换成相应的电信号( 电视图像 信号) ，这一任务是由彩色摄像机完成的。彩色摄像机进行光电转换时，通 过电子扫描的方式，将现场景物变成一幅幅不连续的图像信号，每秒5 0 幅 画面、而每幅图像画面又扫描分解成6 2 5 行( p a l 制式) 。由于画面更换的 频率比较快( 5 0 h z ) ，再加上屏幕荧光粉的余辉效应和我们人眼的视觉暂留 作用，我们感觉看到的是连续的图像画面。彩色摄像机对扫描到的每一点 光信号进行光电转换，光信号通过彩色摄像机的光学分色系统分解成红、 绿、蓝三束基色光信号，这三束基色光信号分别投射到相应的c c d 靶面( 光 电转换器) 上，c c d 靶面分别输出代表红、绿、蓝三基色光信号强度的三 束电信号& 、e g 、e b 。e r 、& 、e b 反映了彩色画面三基色的强弱和比例分配 特点。 山东大学硕士学位论文 在接收端完成电光转换、实现图像重现时，也是通过三束电子流( e r 、 e g 、e 。) 分别轰击相应的荧光粉发出红、绿、蓝三种基色光，然后利用三基 色空间混色原理实现彩色图像显示。 彩色电视图像信号实质上是由代表红、绿、蓝三基色光信号强度的三 束电信号( e r 、e g 、e 8 ) 来表示的。但是，彩色图像信号在传输和处理的过 程中，为了适应不同的要求一般要把上述三束电信号按一定的规律和格式 转换成不同的信号格式。这就是本文下面章节中介绍的图像信号的几种不 同格式。 4 3r 、g 、b 三基色信号 r 、g 、b 三基色信号的产生：彩色摄像机首先需要用变焦镜头等将 被摄景物聚焦成光像，再由光学分色系统将彩色光像分解成红、绿、蓝三 基色光信号，再由各自的光一电转换器件( 如c c d 图像传感器件) 转换成 代表红、绿、蓝三基色光信号强度的三束电信号( b 、e b 、e b ) 输出。b 、 e c 、e 8 信号形成的示意框图如图4 1 ： 图4 - 1b 、e b 信号形成的示意框图 号 号 号 上面提到，彩色电视图像信号实质上是由代表红、绿、蓝三基色光信 号强度的三束电信号来表示的。可以这样理解，b 、e g 、e b 三基色信号是彩 色电视图像信号的最基本、最直接的信号格式，直接由e r 、e c 、e b 三基色信 号还原出来的彩色图像信号清晰度高、色彩失真小、画面质量好。计算机 显卡输出的就是代表r 、g 、1 3 三基色的三束电信号，其分辨率较高。而一 1 4 山东大学硕士学位论文 般视频全电视信号的垂直分辨率只有3 0 0 - - 4 0 0 线。将分辨率较高的计算机 显示信号转换为分辨率较低的全电视信号，将损失较多的图像细节，使画 面质量下降。对于显卡配置更高的计算机，这种损失更大，视觉上不能满 足高分辨率的要求。所以在要求画面高质量的场合，彩色图像信号以e l 、 民、& 三基色信号的格式存在和处理、转换，保证较高的画面质量。 其图像重现的显示原理就是：e r 、e c 、岛三基色信号，即代表红、绿、 蓝三基色光信号强度的三束电信号直接送到显示器接口电路的b 、民、e b 三路视频放大电路，经视放电路放大后送显示屏，轰击对应的红、绿、蓝 荧光粉发光，再通过三基色空间混色原理还原出原来的彩色，完成彩色图 像的重现。 由三基色混合配出彩色信号的方程： 1 ( r e i ) + l ( g e l ) + l ( b e i ) = f c 自( 1 w ) ( 式4 1 ) 其中，三基色的光通量分别为：i1 ( r e ) i - o 2 9 9 w il ( g e ) l - o 5 8 7 w l1 ( b e i ) i - o 1 1 4 w 对于某彩色光f ，其光通量为： lfi = 0 2 9 9r e i + 0 5 8 7g e 。+ 0 1 1 4b e l ( 式4 - 2 ) 式4 _ 2 称为亮度公式。 e i 、& 、e b 三基色信号虽然可以获得质量较高的图像，但是三基色信号 传输时还要配合复合同步信号、复合消隐信号等，这样就需要较多的通信 通道，一般只适合在设备内部或局部空间( 例如：计算机主机到显示器， 电视台播放设备之间近距离传输等) 传输。所以在实际应用中，除了上述 列举的场合直接应用b 、e g 、e 。三基色信号传输彩色图像信号外，其它的应 用场合一般要对艮e c 、e 。三基色信号按一定的规律进行编码和转换，变换 成另外的信号格式，以尽量少的通信信道传输彩色图像信号。 山东大学硕士学位论文 4 4 亮度信号和色度信号 在电视系统中传输的既有彩色图像信号又有黑白图像信号，同时组成 电视系统的设备既有处理彩色图像信号的设备也有专门处理黑白图像信号 的设备。这就要求接收黑白信号的设备( 如：黑白电视机、黑白监视器等) 能接收彩色图像信号，以黑白方式显示；同时，黑白图像信号也能被彩色 图像信号接收设备( 如：彩色电视机、彩色显示器等) 所接受，并显示黑 白图像。这就是电视系统的兼容性和逆兼容性。为了适应这一特性，兼容 制彩色电视传送的彩色图像信号必须包含一个携带亮度信息的亮度信号， 用y 表示，就是黑白图像信号；另外还须有直接或间接携带色调和色饱和 度信息的色度信号，用c 表示。 1 、亮度信号及频谱 ( 1 ) 亮度信号 在色度学计算中，l 单位显像三基色光的光通量值分别为： 1 ( r e ) = o 2 9 9w 1 ( g e ) = 0 5 8 7w l ( b e ) = 0 1 1 4w ( 式4 - 3 ) 该式表明了在1 w 的c 自中，红、绿、蓝各对亮度的贡献量；也说明，当以 等量( 等值单位) 的三基色混合出不同灰度层次的各级亮度时，红、绿、 蓝三基色光信号各自按： 0 2 9 9 ：0 5 8 7 ：0 1 1 4 的比例给出亮度。故： y = o 2 9 9 r + 0 5 8 7 g + 0 1 1 4 b ( 式4 - 4 ) 式4 4 称为为亮度方程( 三基色光信号方式) 。 在电路系统中，亮度信号电压也是按上述比例对三基色电信号电压加 权求和得出，即 e ，= 0 2 9 9 e 。+ 0 5 8 7 e c + 0 1 1 4 e 。 ( 式4 5 ) 山东大学硕士学位论文 该式即兼容制彩色电视中的亮度方程，或称亮度公式( 三基色电信号方式) 。 为了书写方便和简化表示，一般直接用r 、g 、b 代表基色电信号，y 代表 亮度电信号，因此上述亮度公式可写成： ， y = o 3 0 r + o 5 9 g + 0 1l b ( 式4 6 ) ( 注：在本文后面的叙述中，直接用r 、g 、b 代表三基色对应的电信号，y 代表亮度对应的电信号。) ( 2 ) 亮度信号频谱 电视图像信号的带宽根据电视制式的不同而不同，我国p a l 制式的视 频带宽是6 m h z 。其频谱分布规律的表示式为： f = n f m m r , ( 式4 7 ) 即以n f 为主谱线，在其两边分布有m 矗为场频和帧频副谱线，能量主要 集中在行频及其谐波n f , 的周围，而且n 、m 的值越大能量越小。表明y 信 号的振幅具有收敛性，即亮度信号的能量主要分布在o _ _ 6 删z 的低频端； 振幅频谱呈梳齿状，相邻主谱线间有较大的空隙。在一般图像中，垂直方 向明暗变化不会十分细密，即使假设垂直方向有1 0 0 对黑白细条图案要显 示出来，其副谱线的带宽应是2 x1 0 0 f r = i k h z 。在相邻两主谱线之间的 f h 频带内，仍有f h 3 的频带空隙未有能量分布。而实际上一般图像垂直 方向的变化没有那么细密丰富，因此亮度信号频谱中梳状频谱群间的空隙 还要大些，般空隙宽度达“2 一f 。2 3 。在(