多标准垂直扫描crt系统的制作方法

专利名称：：多标准垂直扫描crt系统的制作方法
技术领域：
：本发明涉及用于显示器的阴极射线管(CRT),例如该显示器是以垂直扫描模式进行操作的高清电视(HDTV)。更具体地，本发明涉及一种垂直扫描CRT及其操作方法，其能够针对任意的和所有的输入信号扫描速率而保持单个输出扫描速率。
背景技术：
：随着电视技术、高清电视(HDTV)及其普及度的不断发展，HDTV的传输量持续增大。同样，对能够接收和显示HDTV图像的显示器的需求也在持续增加。伴随着这些发展，对具有更小深度、增大的偏转角和改善的视觉分辨率性能特性的、更大纵横比的真平板屏幕的需求越来越大。因此，需要提供宽偏转角的CRT显示器，其具有在能够显示HDTV图像的大纵横比屏幕中的改善的视觉分辨率性能特性。改进束点(spot)性能，以使束点的尺寸和形状在整个屏幕上展现出更好的均匀性，从而改进视觉分辨率性能。为此，大多数显示器现在利用动态聚焦。增大偏转角还会使屏幕中心区域中的束点性能得以改进，这是因为增大偏转角会导致电子枪到屏幕(gun-to-screen)的距离减小，下文中将这个距离称作'投射距离，(throwdistance)。图1示出了典型CRT的投射距离和偏转角之间的基本几何关系。增大偏转角(A)会减小投射距离，由此能够生产更短的CRT，从而最终获得更加扁平的电视机。由于显示器市场已总体趋向于更加平坦和更薄的显示器，CRT设计者面临着开发更薄CRT的挑战。对于仅具有一个电子枪组件的CRT，这意味着必须增大偏转角以减小深度。随着偏转角的增大，投射距离和束点尺寸以非线性的关系减小。如下公式在数学上对束点尺寸和投射距离之间的关系进行了近似-束点尺寸"B+投射"(等式l)其中，指数1.4表示在考虑到束电流的有用范围上的放大效应和空间电荷效应情况下的近似。项B表示与系统有关的比例常数。考虑这个关系，对于对角线尺寸为760腿的的显像管，把拐角(corner)到拐角的偏转角从100度增大到120度，同时把中心投射距离例如从413mm减小到313mm或减小249&，则屏幕中心处的束点尺寸会减小32%。增大这些显示器中的偏转角会使倾斜(obliquity)增大(倾斜定义为以斜角对该屏幕进行截取的电子束的效应)，从而导致束点的拉长。该倾斜问题在具有标准水平电子枪取向的CRT(即该CRT的枪是沿着屏幕主轴水平对准的)中尤其明显。随着倾斜增大，在屏幕中心处具有大概圆形的束点在朝着屏幕的边缘移动时，变为椭圆形或被拉长。基于这个几何关系，在大纵横比的屏幕中，例如16X9的屏幕，束点在主轴边缘处和屏幕拐角处的拉长最明显。因此，显而易见的是，倾斜效应导致束点尺寸增大。下面的等式定义了束点尺寸的半径SS一a/cos(A)(等式2)其中A表示从图l所示的Dc到De所测量的偏转角，而标称束点尺寸SS,u表示无倾斜的束点尺寸。除了倾斜效应之外，具有水平电子枪取向的自会聚CRT中的磁轭偏转效应会使束点形状的均匀性打折。为了实现自会聚，CRT典型地包括产生枕形场的水平磁轭和产生桶形场的垂直磁轭。这些磁轭使得束点的形状被拉长。由于进一步增大了屏幕上3点钟和9点钟位置(被称作"3/9"位置)处以及拐角位置处的束点失真，这种拉长增强了倾斜效应。为了解决束点失真和倾斜，己进行了多种尝试。例如，美国专利No.5，170，102描述了一种具有垂直电子枪取向的CRT，其未偏转的电子束与显示器屏幕的短轴平行。该专利中描述的偏转系统包括信号发生器，用于引发以光栅扫描方式对显示器屏幕进行的扫描，从而产生沿显示器屏幕的短轴而取向的多条线。该偏转系统还包括第一线圈组，用于产生大致为枕形的偏转场以对显示屏短轴方向上的电子束进行偏转。第二线圈组产生大致为桶形的偏转场，以对显示屏幕长轴方向上的电子束进行偏转。该偏转系统的线圈通常会把束点垂直地拉长从而造成束点失真。该垂直拉长补偿了倾斜效应，由此减小了屏幕上3/9位置处和拐角位置处的束点失真。为实现3/9屏幕位置处的自会聚而需的桶形场对倾斜做出了过补偿，并且垂直拉长了3/9和拐角位置处的束点，如美国专利No.5，170，102中的图10所示。(实际上，桶形场进行了过补偿，因此使3/9位置和屏幕拐角处的束点形状成为垂直取向的椭圆)。沿垂直或副轴定向电子枪，这会对自会聚系统有所改进，但是3/9位置和拐角屏幕位置处的束点失真问题仍然存在。如上文所述，即使利用具有垂直取向内置(inline)电子枪和转置(transposed)扫描的CRT的显著优点，仍然存在对实现与多个不同输入视频信号(例如50Hz、60Hz和75Hz)相兼容的转置扫描的装置的需求。
发明内容因此，本发明的方面是提供一种转置扫描CRT系统，其能够在存在任何输入帧速率的情况下保持恒定的输出扫描速率。根据本发明的实施方式而实现这些和其他方面中，一种多标准垂直扫描CRT包括阴极射线管，其具有用于产生电子束的电子枪。所述阴极射线管附近的偏转磁轭产生以垂直频率扫描速率对电子束进行垂直扫描的磁场。装配有至少一个集成电路和至少一个帧速率转换器的底架，所述至少一个集成电路能够接收多于一个的输入视频信号速率，所述至少一个帧速率转换器用于把多于一个的输入视频信号速率转换为所选速率。所述集成电路和底架能够把信号指引到驱动偏转磁轭的电路和以所选输出视频信号速率来扫描电子束的电子枪。帧速率转换器针对所有输入信号速率提供单个垂直/水平组合。根据本发明的其他方面，所述输入信号速率可以处于24Hz-100Hz的范围内，而且所述所选速率可以是50Hz、60Hz或75Hz。该范围内的输入信号速率的一些示例可以是24Hz、25Hz、50Hz、60Hz、72Hz和75Hz。根据本发明的另一方面，所述至少一个帧速率转换器能够接收逐行和隔行输入视频信号两者。用于设置多标准垂直扫描CRT的方法包括如下步骤接收具有不同水平和垂直扫描速率的输入信号；把所有输入帧速率转换为所选扫描速率；以及以相同的所选垂直和水平扫描速率来显示所有图像。输入帧速率的范围可以是24Hz-100Hz，而所选扫描速率可以是50Hz、60Hz或75Hz。所选扫描速率是具有这些操作频率之一的垂直扫描频率。对所有输入帧速率的转换针对所有输入信号速率提供单个垂直/水平组合扫描速率。附囹讽明将参考附图通过示例来描述本发明，其中贯穿附图的相似的附图标记表示相似的元件图1是示出了典型CRT中的投射距离和偏转角之间的基本几何关系的图；图2是本发明的第一示例实施例的框图；图3是根据本发明的CRT显示器的相关信号处理和电子驱动系统的详细示例实施例的框图；以及图4是根据本发明的CRT显示器的相关信号处理和电子驱动系统的详细示例实施例的另一框图；以及图5是根据本发明另一方面的多标准转置扫描CRT的框图。具体实施方式公开了一种阴极射线管显示器，包括垂直取向的内置电子枪、偏转磁轭、以及实现垂直高频扫描系统以与50Hz信号、60Hz视频信号和24Hz(美国)和25Hz(欧洲)的影片帧速率相兼容的装置。此外，高频扫描速率旨在涵盖多个信号源，例如从24Hz到100Hz,包括在24Hz和25Hz输入以及72Hz至75Hz输出左右的电影模式。还可以增强该系统以感测输入视频信号速率，从而该系统自动地适应于以针对输入信号的可能情况之一来显示该信号。这个选择过程可以是完全自动的，或者，当可以有多于一个的显示选项时，该选择过程向顾客提供了选择机会。例如，通过操作51.56kHz附近的高频扫描速率，可以改变高频扫描线的数目并由此改变有效水平像素数目，以适应各种输入信号。具体地，下面的表l示出了对于典型的高频扫描频率51.56kHz的若干特定低频扫描速率的实施方式。表l<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table>针对垂直扫描CRT的典型输出格式为在60Hz上的1280iX720。本发明把60Hz上的像素数目从41.25kHz上的1280(高频扫描速率)增大至表l所示的51.56kHz上的1600。可以想到，其他可能的高频垂直扫描速率在40kHz到60kHz范围的输出速率中。表2<table>tableseeoriginaldocumentpage8</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage9</column></row><table>表2中在标题"定时和电路方面的考虑"下所列的扫描线和像素数据的数目分别超过了视觉扫描线和像素，并且考虑到过扫描和回扫。对于表2中的垂直电子枪对准的CRT，可视图像场包含1280条垂直扫描线，每一条扫描线上存在720个可寻址的点(g卩720像素/线)。表2中三种不同的扫描系统提供了出色的视觉性能。由于扫描线或像素的输出而导致的任何视觉差异对于正常观看距离大于l米且对角线尺寸小于l米的屏幕尺寸来说是不明显的。然而，该垂直扫描系统提供了明显更好的图像，这是因为电子束具有更好的束点尺寸/分辨率。虽然高速扫描频率对于所有系统基本上保持相同，但该垂直扫描系统需要明显更少的扫描功率，这是因为对于16X9纵横比的系统而言，垂直方向上的偏转角远小于水平方向上的偏转角。此外，垂直扫描系统的像素时钟速率远小于其他系统。一种尤其有利的布置利用了1280条隔行视觉扫描线，这显著地降低偏转功率需求，而不会在显示HDTV图像时带来任何不利效果。本发明的CRT显示系统能够以除表2中所列扫描速率之外的其他扫描速率进行操作。对于对角线尺寸范围在大约20cm和lm之间的16:9格式的显像管而言，在正常家庭观看条件下(观看距离大约是2米)，产生大约700至3000范围内的垂直扫描线的扫描速率提供了优良的HDTV显示器。本发明还提供了各种其他信号格式。本发明的实施方式使用图2所示的预定标器(pre-scaler)和后定标器(post-scaler)来把输入像素数目调整为表l所示的所选输出格式。图3是示出了把输入信号馈入前端处理器500的本发明实施方式的更加详细的框图。前端处理器500还产生水平和垂直的逐行同步。预定标器510从前端处理器接收输出信号，并发起对像素数目的调整。在转置算子元件520对视频图像进行转置以产生逐行垂直扫描的YPbPr信号或RGB信号之后，后定标器完成输入像素格式到所选输出的调整。格式转换器530可以执行从YPbPr到RGB的格式转换，以使视频校正元件540能够实现视频校正，该视频校正确保了整个可视屏幕的会聚和几何结构的优化，并确保了对各个红色、绿色和蓝色子图像的正确定位。元件540可以包括集成电路或现场可编程门阵列来实现视频校正元件，并可以实现从逐行到隔行垂直扫描的转换。视频校正元件540输出的数字RGB(i)隔行垂直扫描信号经数模(D/A)转换器550的转换而产生模拟RGB(i)信号。图像处理器560通过提供对比度、亮度、AKB和ABL功能而最终产生隔行垂直扫描信号的生成。视频放大器元件570根据来自图像处理器560的RGB(i)信号，驱动CRT580的三个电子枪。同步处理器590根据其从视频校正元件540接收到的服V(i)信号，向动态聚焦发生器600、象限(quad)驱动610以及偏转信号发生器620提供同步信号。本发明的其他实施方式也是可能的。所有实施方式的图像质量受到用于进行运动补偿的算法的质量的影响。具体地，可以在本发明的任何实施例中采用全运动补偿算法或运动自适应算法，以减小图像抖动，该图像抖动可能会由于根据本发明的信号处理而产生或增强。通过图4中所示的进一步处理块515，可以提高基本(例如帧插入)质量等级。这种具有单个高频扫描速率和多个低频扫描速率的垂直扫描系统的实施方式允许在全世界使用一个共用的基本底架设计，适用于所有输入信号标准(例如50Hz和60Hz)。因此，简化了这个世界范围内的显示系统的底架设计要求。例如，这些实施方式的图像质量受到用于进行运动补偿的算法的质量的影响。至少存在三种可能的质量等级l)根据第一实施方式的基本质量；2)根据运动自适应算法的实施的稍后的改进质量；以及3)根据帧速率转换器中的全运动补偿算法的最高质量。可以通过图4中所示的进一步处理块515来提高基本质量等级(例如帧插入)。第一等级改进可以来自运动自适应算法，运动补偿算法提供了进一步的质量改进(图4示出无高级运动处理的本发明显示系统)。这种具有单个高频扫描速率和多个低频扫描速率的垂直扫描系统的实施方式将允许在全世界使用一个共用的基本底架设计，适用于50Hz和60Hz标准，因此简化了该显示系统的底架设计要求。本发明的另一方面通过使用高级帧速率转换算法而允许转置扫描CRT显示系统保持针对所有输入信号的单个输出扫描速率。重点要注意的是，首先在美国提出的HDTV使用60Hz的帧速率，而随着HDTV信号在世界上其他地方普及，DOS显示系统现在必须对各种信号进行处理。在图3和4的上述示例中，产生了多种慢扫描速率，并且改变了输出图像中快扫描线的条数以适应多种慢扫描速率。然而，这仍需要该底架在多个频率上进行操作，并且产生了一些像素数目相对较少的图像，该图像可能被认为不是HDTV图像(例如少于1000像素)。根据本发明另一实施方式，通过在输入的HDTV信号和余下的DOS信号处理之间添加帧速率转换块(图5中的602，其可附加地执行去隔行功能)，转置扫描CRT显示器(DOS)电子设备可以保持恒定的输出扫描速率。图5中的电路和方法提供了对多种帧速率的输入信号进行处理的能力，该输入信号可以完全显示在现有的转置扫描CRT电子设备上。如图所示，输入的HDTV信号(具有任何帧速率)被输入帧速率转换器602。与图l-4中的实施例相比较，帧速率转换器602提供了针对所有输入信号速率的单个垂直/水平组合的选择。转换器602把所有输入帧速率转换为所选垂直速率(例如50、60或75Hz)，使得所有被显示的图像具有相同的所选垂直速率和相同的水平速率。针对该转换的概念已经在实验室设置中得以例证，该实验室设置使用现有帧插入算法将50Hz信号转换到60Hz信号，并且以单个1280(i)扫描标准来显示来自50Hz和60Hz的图像。帧速率转换器602向块606提供服V(p)同步信号，在块606处对图像进行转置、执行视频校正(如果存在)并进行逐行到隔行的转换。A/D转换器604接收来自转换器602的RGB(p)模拟信号。D/A转换器把进一步处理后的信号恢复为模拟RGB信号，该信号随后由如先前实施例中所描述的剩余转置扫描CRT电路进行转换和处理。本领域的技术人员可以理解，所显示图像的质量很大程度上取决于帧速率转换块602中实施的特定算法。作为示例，可以使用非常基本的技术(例如场插入/删除)，或者第一等级改进可以使用运动自适应处理，甚至利用全运动自适应处理算法的实施方式可以获得更好的转换。图5中的另一实施例把帧速率转换和转置/VC功能全部合并到一个集成电路(IC)中。这个修改允许最小化或针对用于两个功能的帧存储器的DDRAM要求。然而，另一实施例也可以增强帧速率转换器602的处理能力，从而包括接收逐行和隔行视频信号两者的能力。利用这个改进，显示模块的电子设备可以接收HDTV格式，而且可以接收最常见的480i60Hz(NTSC)和576i50Hz(PAL)的隔行信号。虽然已经参照优选实施例示出、描述和指出了本发明的基本的新颖特征，然而可以理解的是，在不背离本发明的精神的前提下，本领域的技术人员可以对所述方法和所示设备及其操作在形式和细节上做出各种省略、替换和改变。例如，可以明显看出，以大致相同的方式执行大致相同的功能以实现大致相同结果的元件和/或方法步骤的所有组合将落入本发明的范围之内。此外，应当理解的是，结合本发明任何公开的形式或实施例而示出和/或描述的结构和/或元件和/或方法步骤可以任意其他公开的、描述的或建议的形式或实施例而合并，以作为设计选择的一般主体。因此，本发明的范围仅由所附权利要求的范围来限定。权利要求1、一种多标准垂直扫描CRT，包括阴极射线管(580)，具有用于产生电子束的电子枪；偏转磁轭，位于所述阴极射线管附近，所述偏转磁轭产生以垂直频率扫描速率对电子束进行垂直扫描的磁场；以及装配有至少一个集成电路和至少一个帧速率转换器(602)的底架，所述至少一个集成电路能够接收多于一个的输入视频信号速率，所述至少一个帧速率转换器(602)用于把所述多于一个的输入视频信号速率转换为所选速率，所述至少一个集成电路和底架能够把信号定向至对所述偏转磁轭和所述电子枪进行驱动的电路，从而以所选输出视频信号速率对电子束进行扫描；其中，所述转换器(602)提供针对所有输入信号速率的单个垂直/水平组合。2、根据权利要求1所述的多标准垂直扫描CRT，其中，所述输入信号速率可处于24Hz-100Hz的范围内，所述所选速率是从包括50Hz、60Hz和75Hz的组中选择的。3、根据权利要求1所述的多标准垂直扫描CRT，其中，特定输入视频信号速率是从包括24Hz、25Hz、50Hz、60Hz、72Hz和75Hz的组中选择的。4、根据权利要求1所述的多标准垂直扫描CRT，其中，输入视频信号速率是24Hz-100Hz。5、一种多标准垂直扫描CRT，包括阴极射线管(580)，具有用于产生电子束的电子枪；偏转磁轭，位于所述阴极射线管附近，所述偏转磁轭产生以垂直频率扫描速率对电子束进行垂直扫描的磁场；以及装配有至少一个集成电路和至少一个帧速率转换器(602)的底架，所述至少一个集成电路能够接收多于一个的输入视频信号速率，所述至少一个帧速率转换器(602)用于把所述多于一个的输入视频信号速率转换为所选输出速率，所述至少一个集成电路和底架能够把信号定向至对所述偏转磁轭和所述电子枪进行驱动的电路，从而以所选输出视频信号速率对电子束进行扫描；其中，所述输入信号速率可处于24Hz-100Hz的范围内，所述所选输出速率是从包括50Hz、60Hz和75Hz的组中选择的。6、根据权利要求5所述的多标准垂直扫描CRT，其中，所述至少一个帧速率转换器(602)能够接收逐行和隔行输入视频信号。7、一种提供多标准垂直扫描CRT的方法，包括如下步骤接收具有不同水平和垂直扫描速率的输入信号；把所有输入帧速率转换(602)为所选扫描速率；以及以相同的所选垂直和水平扫描速率来显示所有图像。8、根据权利要求7所述的方法，其中，所述转换步骤包括接收在24Hz-100Hz范围内的输入帧速率。9、根据权利要求7所述的方法，其中，所述所选扫描速率是从包括50Hz、60Hz和75Hz的组中选择的。10、根据权利要求7所述的方法，其中，所述转换步骤提供针对所有输入信号速率的单个垂直/水平组合扫描速率。11、根据权利要求7所述的方法，其中，所选扫描速率是垂直扫描速率。全文摘要一种转置的或垂直扫描CRT，其与多个不同的输入视频信号相兼容，从而允许该CRT根据不同的视频信号传输标准进行操作。设置有帧速率转换器(602)，用于接收来自任何源的输入HDTV信号。输入信号可以具有任意帧速率，例如24Hz、25Hz、50Hz、60Hz、72Hz和75Hz。帧速率转换器(602)的添加提供了所有输入信号速率的单个垂直/水平显示扫描速率组合。文档编号H04N7/015GK101253767SQ200680031937公开日2008年8月27日申请日期2006年6月5日优先权日2005年8月31日发明者理查德·休·密勒申请人:汤姆森许可贸易公司