CN1306375A - 共同色轮速度*** - Google Patents

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Abstract

显示***将光源的光聚焦在旋转色轮上。色轮产生按顺序快速变化的原色光束,并射向空间光调制器。控制器接收输入视频信号,并与色轮同步,将图像数据发送给空间光调制器。投影透镜将经调制的红、绿和蓝光光束聚焦在图像平面上。三种原色图像合在一起,形成一全色图像。显示***用单一的标称色轮速度显示帧速率不同的输入信号。色轮速度经选择可以提供一子帧速率,它是每种可能的输入制式之帧速率的整数倍。

Description

共同色轮速度***
本发明涉及显示***领域，尤其涉及顺序彩色显示***，这种***将白色光源结合诸如色轮等顺序滤色器一起使用，以产生全色图像。
许多投影显示***将单色光调制器结合白色光源一起使用，以产生全色图像。为了产生全色图像，按顺序对白色光源滤光，产生随时间变化的原色光束。一般，利用色轮使一系列的原色滤色器快速连续地旋转通过白色光束。当每个滤色器穿过光束时，光束变成一种原色光束，所获得的原色由正通过光路的哪部分色轮决定。
在每个原色期间，将合适颜色的数据提供给空间光调制器，以便使调制器产生一系列的单色图像。如果按顺序快速产生单色图像，观察者的眼睛会综合这一系列图像，感觉看到了单个全色图像。
由于必须写入调制器的数据取决于色轮的位置，所以要严格控制色轮的位置，使色轮与显示***的剩余部分同步。相邻滤色器之间的过渡期一般称为轮辐期，轮辐期要求关断调制器，以保证仅用纯原色光来产生三种原色图像中的每一种。色轮位置或速度的不确定性和误差迫使显示***控制器延长轮辐期，以保证在合适的时刻只有原色光入射调制器。不幸的是，与延长轮辐期相关的累积的非工作时间会使投影效率产生实质的下降。
当用该显示***显示许多可用视频信号中的一个视频信号时，会产生另一问题(例如，中止广播或其它消费者的电视应用)。由一显示***接收的各种频道可以以不同的帧速率广播。例如，在香港，可以同时进行PAL(50Hz)和NTSC(60Hz)广播。
电影源材料也有类似的问题。原始记录在胶片上的电影一般是以24Hz的帧速率拍摄的。当在电视上播放电影时，一般要通过3∶2帧速率转换过程将其转换成60Hz。显示***可以检测3∶2帧速率转换，并将接收到的信号重新转换成原始的24Hz帧速率。另外，现代ATV或HDTV广播标准允许24Hz广播帧速率。尽管许多显示***适用于24Hz帧速率，但是当播放商业广告时，该帧速率会突然变化。同样，在改变频道时，帧速率也会突然变化。因此，显示***必须非常敏捷地适应各种没有警告就出现的帧速率。
每次信号改变时，不仅帧速率会变化，而且信号相位(即，帧起始位置的对准)也会变化。基于CRT的显示器可以很好地处理这些变化，检测新的垂直回描，并且当电路跟踪到新的垂直和水平同步信号时新的帧立即开始。但是，使用色轮的显示***更难有时间来改变帧速率和帧对准。必须改变色轮的速度，将色轮相对接收到的视频信号重新定位。由于色轮有质量，并且旋转相对较快，所以需要一种大转矩的电动机，以产生较快的速度和位置的变化。此大转矩电动机昂贵，并且改变速度时有噪声。
需要一种方法和***，它能控制带小转矩电动机的色轮，并且能够对帧速率和对准变化作出快速响应。这种新的方法和***应该减少与新视频信号重新同步所需的时间，限制色轮产生的噪声，以及实施起来不太贵。
本发明的目的和优点是明显的，它们将在后文中部分地显现出来。本发明提供的关于共同色轮速度***的方法和***可以实现这些目的和优点。依照本***的一个实施例，提供了一种显示***。该显示***包括光源，用于产生沿第一光路传播的白光光束；滤色轮，它位于第一光路上，用于对白光光束滤光，滤色轮至少具有一组原色滤色器；电动机，它与滤色轮相连，用于以一标称速度旋转滤色轮；空间光调制器，它位于第一光路上，用于接收沿第一光路传播的经滤色光束，并有选择地调制沿第一光路传播的经滤色光束，以形成一图像；和控制器，用于接收输入视频信号，并将输入视频信号经解码而获得的图像数据提供给空间光调制器，输入视频信号具有至少两种制式中的一种，以及至少两种标称的帧周期，控制器将帧周期分成子帧，在子帧期间，空间光调制器用图像数据形成图像，子帧的数目依赖于接收到的输入视频信号的制式以及色轮的标称速度。
依照本发明的一个实施例，色轮包括两组滤色器，并且以150Hz速度旋转。在色轮旋转2.5转的时期内，用5个子帧显示NTSC信号。在色轮旋转3转的时期内，用6个子帧显示PAL信号。其它实施例可以使共同的色轮速率适用于基于胶片的制式和NTSC制式两者。
依照又一实施例，使用每秒180转的标称色轮速度，并且色轮具有两组滤色器。在色轮旋转3转的时期内，用6个子帧显示NTSC信号。在色轮旋转7.5转的时期内，以24Hz帧速率，用15个子帧显示基于胶片的视频信号。
依照另一个实施例，使用每秒120转的标称色轮速度，并且色轮具有三组滤色器。在色轮旋转2转的时期内，用6个子帧显示NTSC信号。在色轮旋转5转的时期内，以24Hz帧速率，用15个子帧显示基于胶片的视频信号。
为了更全面地理解本发明及其优点，现在结合附图参照以下描述。附图有：
图1是一示意图，示出了使用本发明共同色轮速度***的顺序彩色显示***。
图2示出了现有技术中显示***使用的色轮速度。
图3示出了本发明显示***使用的色轮速度。
图4是一平面图，示出了适于与所揭示共同色轮速度***一起使用的色轮。
已经开发了一种新的色轮速率控制方法和***。此新的***以共同的基本速率旋转色轮，不管接收到的视频信号的帧速率如何。即使在不同帧速率的视频源之间，此新的方法和***也允许频道转换非常快。通过使用共同色轮速度，便可使用不太贵的小转矩电动机，不仅降低显示***的成本，而且可以降低操作色轮电动机所需的功率，以及色轮电动机产生的噪声。共同色轮速度还简化了用于操作色轮的控制回路的设计。
图1是一透视图，示出了顺序彩色显示***100。在图1的显示***100中，来自光源102的光聚焦在旋转的色轮104上。旋转色轮104产生按顺序从一种原色快速变成另一种原色的光束。原色光束射到空间光调制器106上，在本例中，它是DMD。
控制器108接收一视频信号，并与色轮104同步地将图像数据发送给空间光调制器106。在红色滤色器通过光束期间，发送代表图像中红色部分的图像数据。投影透镜112将经调制的红色光束聚焦到图像平面110上以形成图像。当绿色和蓝色滤色器通过光束的光路时，上述过程反复。观察者的眼睛将三种原色图像合在一起，感觉到单个全色图像。
为了实现色轮104和图像数据的同步，显示***控制器108向电动机旋转的色轮提供速度命令，并接收来自色轮104的位置信息。如以下将详细讨论的，图1中显示***的一个新颖特征是对多种输入视频制式使用共同的标称色轮速度。不同的输入视频制式具有不同帧速率，在现有技术中，必须变化色轮速度。根据这里教导的本发明，允许选择标称色轮速度，对各种输入帧速率使用相同的色轮速率。
将色轮速度乘以色轮上完整的滤色器组数，由此可以确定显示***的子帧速率。将子帧速率除以一给定输入信号的帧速率可以产生每帧输入数据的子帧个数，子帧个数应该是一个整数。将每帧输入数据的子帧个数除以色轮上完整的滤色器组数可以给出一个输入帧期间色轮的旋转次数。
在现有的***中，改变输入视频源会要求改变色轮的频率和相位。当输入源从24Hz帧速率变成60Hz帧速率时，通常会发生频率变化。如上所述，24Hz帧速率原始资料通常是以标准的60Hz帧速率广播的，便为了提高图像质量，一些显示***将视频信号重新转换成24Hz帧速率。由于视频源都是独立的，所以任何两个源之间的相位关系都是随机的，并且实际上每次改变源时，相位都要变化。
如上所述，顺序彩色显示***通过建立原色图像的序列而产生全色图像。基于现有数字微反射镜装置(DMDTM)的显示***可以在一给定的帧期间内提供多个由每种原色或者彩色子帧组成的图像。使用多个彩色子帧可以避免产生移动赝像，也称分色赝像。当只用每种原色的单个子帧组成每个帧时，会产生分色赝像。当每帧中由每种原色组成的子帧数目大于约4.5时，大多数人便不能看出分色赝像。
为了产生彩色子帧，可以按大于帧速率几倍的速率旋转带有单组滤色器的色轮，或者将多组滤色器放在同一色轮上。色轮旋转得越快，色轮在空气中移动所产生的噪声越大，并且色轮轴承磨损得越快。一种好的方法的使用图4所示的色轮。
图4的色轮400包括两组完整的滤色器。每组滤色器都包括红色滤色扇区402、绿色滤色扇区404、蓝色滤色扇区406和空白滤色扇区408。空白扇区408用来提高显示器亮度。各扇区的大小不必相同，并且空白扇区408一般小于其它扇区，以免破坏图像。
由于图4的色轮包含两组完整的滤色器，所以可以按每帧增加1/2转速率旋转色轮。图2示出了为显示NTSC和PAL广播信号所要求的色轮工作范围。如图2所示，如果以NTSC信号帧速率的3倍操作色轮，那么色轮的标称速度为180Hz。由于色轮具有两组滤色器，所以有效子帧速率是6×实际帧速率。表示为NTSC范围200的速度带是色轮必须能够工作的范围。该速度范围允许通常由录像机产生的非标准帧速率，并允许色轮控制电路改变色轮速度，从而建立或重新建立色轮与视频信号之间的锁相。
图2所示的第二频率范围202表示当显示***正在接收PAL制式广播信号时色轮必须的工作范围。当接收PAL信号时，以帧速率的3.5倍旋转色轮。此色轮速度致使有效子帧速率为7×实际帧速率。
表1列出了几种工作模式，以及当显示一给定信号时色轮的旋转速度。由于存在许多计算机图形标准，所以图形模式具有较宽的工作速度范围。但是，当显示图形时，显示***不会从一种视频源快速变成另一种视频源。因此，对于本文目的，可以在很大程度上忽略图形模式。
            表1普通视频标准和色轮速度
    模式     帧速率     乘法器     色轮速度
    胶片      24Hz     7×      168Hz
  PR0SCAN      30Hz     6×      180Hz
    PAL      50Hz     3.5×      175Hz
    NTSC      60Hz     3×      180Hz
    图形     45-75Hz     2×     90-150Hz
在某些地区，PAL和NTSC两种广播制式都可以使用。在这些地区，简单的频道转换会要求图2的显示***在3×和3.5×模式之间转换，并且使标称色轮速率改变5Hz。可以用缓冲存储器激励锁相，延迟一帧直到下一组色轮滤色器开始(每一转发生两次)。在显示视频信号时，如果必须，实际上可以非常慢地实现相位对准。
在PAL和NTSC之间转换后要求锁频，但这并不容易实现。使用小电动机，重新建立锁频要化二三秒钟。尽管看上去时间不长，但当用该显示器在许多个频道之间跳转(通常称频道冲浪)时，即使是如此短的延迟也是不能接受的。
图3示出了本发明色轮必须的工作范围。新的共同色轮电动控制***的主要特征是，对于NTSC和PAL两种广播使用单个中心频率。如图3所示，不管正在显示的视频信号的制式如何，色轮都标称地工作在150Hz。NTSC信号的有效子帧速度为5×，而PAL信号的有效子帧速率为6×，两者都大于大多数人不再能检测出分色赝像的4.5×速率。共同色轮频率完全避免了当在PAL和NTSC广播之间转换时现有色轮***所要求的重新锁频。
图3所示色轮控制器所使用的频率范围也低于图2所用的范围。较低的色轮速度使得因旋转色轮而产生的风噪声较小，并且还延长了色轮轴承的寿命。新的色轮控制***的总工作范围小于现有***。较窄的范围潜在地降低了控制电路的成本，并且还要求用较少顺序码在整个帧速率的允许范围上实现脉冲宽度调制。
在不需要在PAL和NTSC制式之间过渡的地区，本发明仍可用于提供一种共同的色轮速度，以该速度可以显示胶片和NTSC广播资料两者。当变化显示***视频源时，以及当一给定源从电影剪截成商业广告时，会发生24Hz胶片帧速率和60Hz标准NTSC帧速率之间的过渡。
一种用来提供共同色轮速率以便投影胶片和NTSC媒体两者的办法是，使用180Hz色轮速率以及具有两组滤色器的色轮。对于6和15之间的有效子帧速率，对于每帧胶片数据，色轮旋转速度为7.5×，而对于每帧NTSC数据，色轮旋转速度为3×。如果为色轮增加第三组滤色器，并且以每胶片帧为5×的速率或者每NTSC帧为2×的速率旋转色轮，那么色轮可以低慢到120Hz。
由于不容易将24Hz的胶片帧速率转换成50Hz的PAL帧速率，所以胶片和PAL制式之间的过渡更困难。但是，PAL帧速率非常接近胶片帧速率的2倍，因此将色轮锁定于一共同速度并没有多大意义，因为必要时色轮可以在两者之间漂移2Hz。
因此，尽管已经揭示了共同色轮速度***和方法的特定实施例，但不能认为这些具体参考性说明限制了本发明的范围，除了如后附权利要求书所述的。另外，尽管已结合具体的实施例描述了本发明，但应该理解，本领域的熟练技术人员很容易作进一步的修改。本发明试图覆盖所有落在后附权利要求书范围内的修改。

Claims (14)

1．一种显示***，其特征在于，包括：
光源，用于产生沿第一光路传播的白光光束；
滤色轮，它位于所述第一光路上，用于对所述白光光束滤光，所述滤色轮至少具有一组原色滤色器；
电动机，它与所述滤色轮相连，用于以一标称速度旋转所述滤色轮；
空间光调制器，它位于所述第一光路上，用于接收沿所述第一光路传播的滤色光束，并有选择地调制沿第一光路传播的所述滤色光束，以形成一图像；和
控制器，用于接收输入视频信号，并将所述输入视频信号经解码而获得的图像数据提供给所述空间光调制器，所述输入视频信号具有至少两种制式中的一种，所述至少两种制式具有至少两种标称的帧周期，所述控制器将所述帧周期分成子帧，在所述子帧期间，所述空间光调制器用所述图像数据形成所述图像，子帧的数目依赖于接收到的输入视频信号的制式以及所述色轮的标称速度。
2．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述标称速度是每秒150转。
3．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述滤色轮具有两组滤色器。
4．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述控制器可操作接收NTSC输入视频信号，并将所述NTSC视频信号分成5个子帧。
5．如权利要求4所述的显示***，其特征在于，所述色轮在显示所述5个子帧的时期内旋转2.5转。
6．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述标称速度是每秒180转。
7．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述标称速度是每秒120转。
8．如权利要求1或7所述的显示***，其特征在于，所述控制器可操作接收NTSC输入视频信号，并将所述NTSC视频信号分成6个子帧。
9．如权利要求1所述的显示***，其特征在于，所述控制器可操作接收PAL输入视频信号，并将所述PAL视频信号分成6个子帧。
10．如权利要求7或8所述的显示***，其特征在于，所述色轮在显示所述6个子帧的时期内旋转3转。
11．如权利要求1或7所述的显示***，其特征在于，所述控制器可操作接收表示24Hz图像源的输入视频信号，并将所述24Hz输入视频源分成15子帧。
12．如权利要求11所述的显示***，其特征在于，所述色轮在显示所述15个子帧的时期内旋转7.5转。
13．如权利要求11所述的显示***，其特征在于，所述色轮在显示所述15个子帧的时期内旋转5转。
14．如权利要求11所述的显示***，其特征在于，所述滤色轮具有三组滤色器。
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