crt电视最大多少寸 以模拟电视系统介绍CRT显示技术原理

1.介绍

CRT(阴极射线管)是最原始的电子显示技术，在上个世纪被广泛应用于模拟电视系统。本文将以模拟电视系统为背景，介绍CRT显示技术的原理、特点和一些关键术语。

众所周知，CRT显示器已经逐渐被数字显示器取代，有退出历史舞台的趋势。本文介绍它有三个原因：

1)模拟电视是我们这一代人的童年记忆，美好而神秘。现在回想起来，发现技术这么简单有趣，值得一提。

2)帮助理解文章模式(或显示时序)。对于那些写过显示驱动的人来说，一长串与时序相关的参数(xres，yres，hsync len，vsync len，left margin等。)的显示屏足以让自己崩溃。追根溯源，它们源于CRT技术，之所以今天还存在，很大程度上是CRT的延续，它并没有没有太多实质性的意义。

3)目前很多尖端的显示技术，如PDP、FED等，其工作机理都与CRT类似(详见显示技术概论(2)_电子显示器的前世).理解CRT是理解这些新技术的基础。

2.CRT简介

CRT显示技术的本质是：

1)电子枪发射电子束，电子束被加速电场加速。

2)电子束轰击荧光物质发光。发光强度取决于电子束的速度，即加速电场的强度。

3)加速电场的强度由输入的文章信号控制，因此可以恢复文章。

4)电子束能产生直径略小于1毫米的光斑。在偏转系统的控制下，可以及时照亮屏幕上的所有区域，并利用人类视觉的暂留原理产生一个成品画面(人眼看到的)。

因此，CRT包括电子束发生(电子枪)、加速系统、偏转系统、涂有荧光物质的显示屏等基本部件。它们组合在一起，加上一个管壳，也就是通常所说的阴极射线管(CRT)。

3.模拟电视系统简介

模拟电视系统是一个包括文章信号采集、输出、编码、传输、解码、恢复和显示的系统。其框图如下：

1画面模拟电视系统

模拟电视系统中的显示终端(TV)基本采用CRT显示，所以也叫CRT电视。一般来说，CRT电视整体包括射频解调、模拟解码和CRT显示。

4.光电转换和光电转换

CRT是一种将电信号转化为光信号的技术，但是电信号是怎么来的呢？巧合的是，也可以使用类似的技术，如下所示：

2光电光电转换

该图描述了基于CRT的模拟电视系统的技术基础：

电子束轰击光电靶形成电路，电路将光信号转换成电信号完成光电转换；

加速后的电子束轰击荧光物质发光，将电信号转换回光信号，完成电光转换。

光电转换的目的是将图像信号转换成电信号进行传输和存储，转换后的电信号就是电子显示的源数据。上图左部介绍了基于阴极射线的光电转换过程：

1)电子枪阴极产生电子束，击中导电光电靶。

2)光电靶通过电阻(RL)与电子枪的阳极相连，击中光电靶的电子束通过电阻回流到电子枪的阳极，从而形成电路。

3)光电靶本身也有电阻，随光强的变化而变化(可视为光敏电阻)。所以在光电靶和RL之间，会有一个随光线变化的电压输出，也就是文章信号输出。

光信号转换成电信号后，经过存储、传输和转换，以输入信号的形式控制CRT中加速电场的强度，从而控制CRT的发光强度

问题1:一个光电靶只能反映一点的光线变化，但这显然是不够的。一个足够大的平面上所有点的光变是有意义的。我们做什么呢

问题2:为什么要用电子束形成电路？能简单的电线也能达到目的吗？

要回答以上两个问题，需要进一步了解电子扫描的原理。

5.电子扫描

首先回答第二个问题，当然电子束不是必须的。如今，广泛使用的数码相机和数字显示技术都没有不需要电子束的参与。当然，它们不在本文讨论范围之内，所以只是涉及太多。因此，我们首先分析基于电子束的场景。

对于问题一，如何得到平面上多个点的光线变化？聪明的工程师想到了扫描。所谓扫描，就是同一时间只加工一个点。如果所有的点都能在短时间内处理完毕(足够时间骗人眼，比如40ms)，一切都会好的，如下图所示：

3图像光栅扫描

上图中描述的电子扫描(也称为光栅扫描[2])用于模拟电视系统中的图像采集和图像显示。可以这样理解：

我们可以用若干个光电靶(假设MxN)组成一个平面，然后在电子束的水平和垂直方向加上适当的磁场路径。磁场的强度由锯齿信号控制的线圈(偏转线圈)决定。由于磁场会使电子束偏转，我们可以控制电子束从左到右、从上到下击中每个光电靶。这个过程叫做扫描。

扫描的结果是将MxN个光电靶代表的光信号分别转换成电信号，依次输出。这样的电信号序列，称为图像帧，可以由接收器(CRT显示器)根据相同的规则恢复和显示。

关于电子扫描有很多重要的概念，在显示器相关驱动的编写中会用到。在这里，我们就用上图一一解释。

1)扫描线和分辨率

对于电子扫描(这里以图像采集为例)，一行中所有光电目标输出的信号实际上是连续信号，也就是说：

一条线所包含的光电目标数量对于扫描(或显示)并不重要，它只影响光信号采集的精度，即图像的精细程度。甚至，显示终端不不管采集终端用了多少光电目标来采集信号(因为是模拟信号，所以无从得知)。这个特征是在电子扫描的水平方向上确定的，没有分辨率的概念。整个水平方向上的一条线称为扫描线。

对于模拟CRT显示器，只需要根据显示器的特性(水平方向有多长)映射一行模拟信号即可。

在每一条扫描线结束时，电子束需要在水平偏转磁场和垂直偏转磁场的偏转下返回到下一条线的起点(这个过程称为回扫，下面会介绍)。中间不允许信号采集，所以每条扫描线都是不连续的。也就是电子扫描在垂直方向有分辨率的概念，也就是多少条扫描线。

综上所述，在电子扫描中，分辨率可以用扫描线来表示，比如576线。

2)水平/垂直回扫

电子束从左向右扫描完一行后，需要在水平偏转磁场的作用下快速移回最左侧，在垂直偏转磁场的作用下向下偏转一行扫描线，以扫描下一行。同样，电子束自上而下扫描一帧后，在垂直偏转磁场的作用下，也需要快速移回最左侧。因此，水平和垂直偏转磁场实际上是一个周期性锯齿波，如下所示：

4画面扫描模式

正斜率的上升期称为正扫描，电子束会从左向右(或从上向下)偏转。负斜率的下降周期称为回扫，电子束会从右向左(或从下向上)偏转。

由于回扫时不能采集(或输出)信号，所以需要关闭电子束，这种电子束称为消隐(水平/垂直balnk)。回扫结束后(回到最左边或最右边)，电子束需要再次开启，这就是所谓的unblank。

注意：了解显示驱动(比如linux framebuffer)的同学应该对blank/unblank比较熟悉，来源在这里。

3)前肩和后肩。

从上面的描述可以看出，在回扫开始时需要空白操作，即关闭电子束的发射。在模拟电子学的世界里，关闭电子束的发射实际上就是把激发电子束发射的电压从高电平降低到低电平(接近于零)，但是降低的过程是需要时间的(具体原因有很多，所以我赢了这里就不详细分析了)。因此：

在电平下降到安全值之前(电子束不再发射)，回扫不能开始。

也就是说，有效文章信号必须在回扫开始之前结束(即在t2 在上图4)中。从有效文章信号结束到回扫开始的时间称为前沿，也是消隐操作所需的时间。

此外，回撤也需要时间(don 不要担心原因，它都是老历史)，而这段时间可以作为同步信号。

同样，在回扫完成后，当进行去消隐操作时，电平从接近零上升到正常值需要一定的时间(电子束可以在t1 在图4中)，这被称为后沿。在后沿的这段时间里，文章信号也是无效的。

综上所述，文章信号的有效范围是图4中t1到t2的范围，一般称为xres/yres；文章信号的无效范围是图4中t2到t1的范围，包括前沿、sync len和后沿(水平或垂直)，一般称为消隐间隔(水平/垂直消隐间隔[3]、[4])。

4)同步信号(同步脉冲)

从图1模拟电视系统，可以看出，文章信号在发送前需要经过模拟编码，编码过程不包含前/后沿信息，因为前、后沿的值与具体系统的电路有关，所以不应该包含在传输系统中。

然而，从时间轴上看，文章信号是不连续的。每行有效信号之后，会有一个水平消隐间隔，每帧有效信号之后，会有一个垂直消隐间隔。利用这些间隙时间，编码器传输一个特殊的信号——同步信号(HSYNC和VSYNC，在模拟系统中，这个信号是高于正常文章电平的高电平脉冲)，用来通知接收端每一行每一帧文章信号的开始和结束。

6.显示时间和文章模式。

经过以上章节的介绍，我们对CRT显示技术有了一个基本的了解，并介绍了前后肩、同步信号等概念。此时，我们可以回到linux内核，看看几种数据结构的定义：

1:2:3:struct display _ timing { 4:struct timing _ entry像素时钟；5:6:struct timing _ entry hactive；/*小时.active video * 7:struct timing _ entry hfront _ porch；8:struct timing _ entry h back _ portion；9:结构计时_入口hsync _ len10:11:struct timing _ entry v active；/*版本. active video * 12:struct timing _ entry vfront _ porch；13:struct timing _ entry vback _ porch；14:struct timing _ entry vsync _ len；15:16:枚举显示_标志标志；17:};hactive，hfront_porch，hback_porch，hsync_len/vactive，vfront_porch，vback_porch，vsync_len，是不是已经不陌生了？

再看一下结构文章模式和结构fb_videomode以及Linux操作系统操作系统下的fbset命令（就不贴代码了，具体可参考包含/video/videomode.h包含/linux/fb.h以及文档/FB/帧缓冲器。txt)，也都类似，不再难以理解了。

7.总结

最后，本文对同阴极射线管以及模拟电视系统的介绍，只是九牛一毛，很多较为细节的内容，如帧率、隔行扫描（隔行扫描)编码、显示制式(PAL/NTSC制式制式)等等，都没有涉及。有碍于篇幅和个人精力，就不一一介绍了，如有兴趣，可参考本文后面的一些链接。

8.参考文献

[1]https://en。维基百科。org/wiki/阴极射线管

[2]https://en。维基百科。org/维基/Raster_scan

[3]https://en。维基百科。组织/wiki/Horizontal _ blank _ interval

[4]第https://页。维基百科。org/wiki/Vertical _ blank _ interval

[5]第https://页。维基百科。org/wiki/Analog _ TV # Structure _ of _ a _ video _ signal

[6]第https://页。维基百科。org/wiki/Overscan