??? 摘 要：? 通過對白平衡" title="白平衡">白平衡原理的分析，介紹了基于7110 CRT色彩分析儀" title="色彩分析儀">色彩分析儀的白平衡自動調(diào)整系統(tǒng)的組成及原理，并從軟硬件兩方面給出了實現(xiàn)的方法和具體算法。經(jīng)生產(chǎn)運行表明，該系統(tǒng)工作穩(wěn)定、可靠，大大提高了電視機的生產(chǎn)質(zhì)量，為企業(yè)帶來可觀的經(jīng)濟效益。
??? 關鍵詞： 白平衡? I2C總線? 彩色電視機? 7110 CRT 色彩分析儀
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??? 白平衡是彩色電視機質(zhì)量的一個重要指標，而白平衡調(diào)整是彩電生產(chǎn)過程中的關鍵工序之一，它關系到彩電的色彩是否真實重現(xiàn)所要顯示對象的原色彩。每臺彩電出廠前都要用白平衡調(diào)整儀將其白平衡調(diào)整至規(guī)定的出廠標準。采用致茂公司生產(chǎn)的7110 CRT色彩分析儀集成的白平衡自動調(diào)整系統(tǒng)，在PC機的控制下，通過I2C總線進行數(shù)據(jù)傳輸，具有調(diào)整質(zhì)量高、調(diào)整速度快等特點，完全滿足彩電批量生產(chǎn)的需要。
1 白平衡原理分析
??? 白平衡調(diào)整，其目的是當彩色電視機在接收黑白圖像信號或彩色圖像中的黑白部分時，盡管屏幕上三基色熒光粉都在發(fā)光，但在適當?shù)木嚯x外觀看時，在任何對比度下能呈現(xiàn)黑白圖像，而不顯示出任何其它色彩[1]。這不僅是黑白兼容的要求，而且也是獲得正確的彩色圖像的先決條件。但實際上，三基色熒光粉的發(fā)光效率是不相同的，而且，三個電子束的控制特性的截止點和斜率也是不完全相同的。所以，在生產(chǎn)過程中，必須進行白平衡調(diào)整。
??? 白平衡調(diào)整通常分兩個步驟，即暗平衡調(diào)整和亮平衡調(diào)整。為了說明調(diào)整原理，先對三基色原理進行簡單介紹。
1.1? 三基色原理
??? 三基色原理是彩色電視的最基本原理之一。利用這一原理，基本上可以模擬出自然界的各種彩色。例如：
??? 紅色（R）+綠色（G）=黃色（Y）
??? 紅色（R）+藍色（B）=紫色（M）
??? 綠色（G）+藍色（B）=青色（C）
??? 當紅、綠、藍三色同時混合時，一般得到較淡的顏色，如淡青、淡紫、淡黃及淡綠等。當三者比值合適時，又可以獲得白色，即為：
??? 紅（R）+綠（G）+藍（B）=白色（W）
??? 當R、G、B三色混合比例保持不變，而只是各自的亮度按同一比例增加或減少時，所混合成的顏色不變，但合成色的亮度也按同一比例增加或減少。把利用這三基色相混合得到全部彩色的原理稱為三基色原理[1]。
1.2? 暗平衡調(diào)整
??? 由于制造工藝的不同，即使各電子槍所加電壓一樣，三條電子束的控制特性也不可能完全一樣。圖1（a）給出了白平衡調(diào)整前三條電子束的調(diào)制特性曲線，這里假設三個電子槍所加電壓完全相同。從中可以看出三電子束控制特性的截止點和斜率均不一樣，從t1到t2期間，因為只有紅電子束流，故在顯像管屏幕上只發(fā)出很暗的紅光；從t2到t3期間，由于紅、藍兩電子束都已有電流，故顯像管發(fā)出暗紫色；從t3開始，由于三基色都存在，故發(fā)出的光接近白色?？梢姡诘土炼葏^(qū)域中由于起始柵偏壓不一致不能正確顯示出暗灰色，而是被淡淡地染上一層彩色。
??? 為了校正這種效應，就必須設法使三電子束的起始柵偏壓一致。常用的辦法是調(diào)整顯像管三個控制極的靜態(tài)偏置電壓（單槍三束管）或三個加速極電壓（三槍三束管）使三條電子束相對應的陰柵極控制性曲線Ib/ Vg具有相同的截止點，如圖1（b）所示。這樣，就能滿足三個電子槍在t1時刻同時導通，消除了暗區(qū)出現(xiàn)彩色的可能性而獲得白平衡。
1.3? 亮平衡調(diào)整
??? 通過暗平衡調(diào)整，實現(xiàn)了低亮度時的白平衡，但由于斜率不同和熒光粉發(fā)光特性不同，所以在高亮場時仍不為純白色而帶有彩色[1]。因此，還必須調(diào)整三個電子束陰極的激勵信號電平，以使高亮度時得到白平衡。如果以R信號幅度為基準，則調(diào)整G、B信號幅度，補償調(diào)制特性曲線斜率的不同和熒光粉的發(fā)光效率的差異引起的失真。白平衡調(diào)整后，特性曲線的斜率應該一致。如圖1（c）所示。
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2 系統(tǒng)組成
2.1? 系統(tǒng)組成框圖
??? 由7110 CRT色彩分析儀集成的I2C總線白平衡自動調(diào)整系統(tǒng)由工控機" title="工控機">工控機、7110色彩分析卡、視頻信號卡" title="信號卡">信號卡、射頻調(diào)制器、測色鏡頭、彩色電視機、I2C總線以及自動調(diào)整軟件等組成。整個系統(tǒng)的結構如圖2所示。
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2.2? 硬件功能簡介
2.2.1? 7110色彩分析儀
??? Chroma Model 7110 CRT色彩分析儀是一種以PC-based為設計出發(fā)點，測量彩色電視及CRT監(jiān)視器色彩成分因子及白平衡的多功能儀器。它可以提供CRT及監(jiān)視器在生產(chǎn)過程中的亮度及色彩測量控制作業(yè)，如亮度、色純度、白平衡等各種測試項目，并以板卡的形式與PC 16-bit AT-ISA bus兼容，連接自身所帶的測色鏡頭，在使用者、PC機與電視機之間，構成一個完善的視訊顯示測試系統(tǒng)。
??? 該儀器同時擁有xyY、TΔuvY、u′v′Y、RGB四種不同的可切換的色度坐標系統(tǒng)（本自動測試系統(tǒng)采用RGB模式），可適用于各種不同場合的測試需求。在實際的白平衡測試過程中，使用者可搭配視頻信號卡（白場信號發(fā)生器），結合自動測試軟件，整合成一套由PC機控制的自動白平衡調(diào)整系統(tǒng)，進行TV生產(chǎn)測試和QC等應用。
2.2.2? 視頻信號卡和射頻調(diào)制器
??? 視頻信號卡與PC 16-bit AT-ISA bus兼容，能產(chǎn)生調(diào)整所需的高、低亮度白場視頻信號。在調(diào)整過程中，由于R、G、B數(shù)據(jù)的不斷變化，白場信號的亮度也隨之變化。在PC機調(diào)整軟件的控制下，視頻信號卡產(chǎn)生白場信號的亮度會自動調(diào)整到標準值。該視頻信號經(jīng)射頻調(diào)制器調(diào)制成射頻信號，通過AV端子向彩電提供需要測量的白場信號，并由CRT顯像管顯示出來，供測試之需。
2.2.3? I2C總線簡介
??? I2C總線是Philips公司推出的一種串行總線。其特點是結構簡單，只用兩根信號線即可實現(xiàn)尋址、數(shù)據(jù)雙向傳送及各種控制功能[2]。這兩根信號線一根是數(shù)據(jù)線（SDA），一根是時鐘線（SCL）。所有帶有I2C總線接口的器件，均可直接掛到這兩根線上，實現(xiàn)器件間的數(shù)據(jù)雙向傳輸。
??? 通過I2C總線，數(shù)據(jù)寫入IC器件的時序如圖3所示。
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??? 在白平衡調(diào)整時，首先通過I2C總線輸入電視機IC器件地址，共7個字節(jié)；接著一個字節(jié)表示此操作是讀操作還是寫操作（圖3表示寫操作）；8個字節(jié)傳輸后，IC器件收到信息后反饋一個ACK應答信號。ACK之后輸入副地址，同樣在正確接收信息后返回一個ACK應答信號；最后輸入一個字節(jié)的數(shù)據(jù)，結束寫入數(shù)據(jù)操作[3]。同理，數(shù)據(jù)讀出時，只需將指令由寫操作改為讀操作即可。數(shù)據(jù)讀出的時序如圖4所示。
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2.2.4? 工控機
??? 工控機（586CPU）是整個系統(tǒng)的心臟，利用自主研發(fā)的自動調(diào)整軟件，控制視頻信號產(chǎn)生的白場信號高、低亮度的變化，并讀取7110色彩分析儀測得的R、G、B值，通過一定算法修改電視機IC器件的顏色參數(shù)控制寄存器和E2PROM中的顏色參數(shù)存儲單元" title="存儲單元">存儲單元內(nèi)容，從而控制整個白平衡調(diào)整系統(tǒng)自動有序地工作。
2.3? 軟件設計
??? 白平衡調(diào)整中的光學數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、算法實現(xiàn)、I2C總線的數(shù)據(jù)傳輸控制、白平衡調(diào)整的自動循環(huán)等，均通過586工控機執(zhí)行調(diào)整軟件來進行運算和控制。本自動調(diào)整軟件采用Borland C++語言編寫，程序具有Windows風格，操作非常簡單。操作界面包括儀器的校零、器件地址、E2PROM地址、基準槍、初始值的設定等功能，能方便地切換到其他機型，有效地避免了換一種機型換一個軟件的時間和人力資源的浪費。
??? 下面以某機芯為例來說明軟件的實現(xiàn)流程：該機芯以紅槍（R）為基準槍，在紅槍數(shù)據(jù)（R）不變的情況下，調(diào)整G和B兩槍的控制參數(shù)，使彩色電視機達到白平衡。在進行白平衡調(diào)整時，程序首先讀取E2PROM顏色參數(shù)存儲單元的預置值，接著讀取7110色彩分析儀通過測色鏡頭測得的高、低亮度值和R、G、B值。如果亮度值與亮度標準值不一致，則先根據(jù)誤差的大小和正負改變亮度控制值的大小并調(diào)整方向，將調(diào)整后的高、低亮度控制值寫入視頻信號卡，控制高、低亮度達到亮度標準值；如果測得的R、G、B值與R、G、B標準值不一致，則根據(jù)誤差的大小和正負修正上一次得到的RCUTOFF、GCUTOFF、BCUTOFF、GDRIVE、BDRIVE的值，然后把R、G、B的調(diào)整值寫入IC的顏色參數(shù)控制寄存器。這樣重復循環(huán)即可完成白平衡自動調(diào)整，最后一次的調(diào)整數(shù)據(jù)寫入E2PROM。程序的簡化流程框圖如圖5所示。
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3 7110實現(xiàn)白平衡自動調(diào)整的過程
??? 在進行白平衡調(diào)整時，由于使用IC器件的不同，有兩種進入調(diào)整狀態(tài)的方式：按遙控器“BUS OFF”鍵，或由PC機控制由I2C總線插頭的另一根BUS線向被調(diào)整電視機提供低電平觸發(fā)信號。對于使用遙控器進入工廠調(diào)整模式的被調(diào)電視機，在寫入E2PROM后即退出工廠調(diào)整模式，而對于用低電平觸發(fā)方式進入工廠調(diào)整模式的電視機，則要求白平衡調(diào)整完畢后將此信號恢復為高電平，使電視機的MCU恢復其對E2PROM的控制。下面仍以紅槍為基準，通過其余兩槍的調(diào)整來說明自動調(diào)整的整個過程。
??? 在調(diào)整準備工作完成后，操作者連接射頻信號線到電視AV端子，加上白場信號；啟動腳踏開關，推進測色鏡頭充分接觸彩電屏幕；把I2C總線的5芯插頭插入機芯板上的I2C插座。此后的工作由程序自動完成：由PC控制拉低BUS控制線，奪取對I2C總線的控制權，從而使彩電進入工廠調(diào)整模式，電視屏幕上有“BUS OFF”提示；程序讀取E2PROM中的顏色參數(shù)存儲單元初始數(shù)據(jù)，收到ACK信號后，表示總線插頭和插座已經(jīng)導通，可以進行數(shù)據(jù)讀寫工作；然后計算機從7110色彩分析儀中取得低亮及高亮的R、G、B值，使其與R、G、B標準值進行比較，若小于標準值則按照一定的步長增加，將調(diào)整后的R、G、B值對應的高、低亮調(diào)整數(shù)據(jù)通過數(shù)據(jù)總線（SDA）寫入IC器件的顏色參數(shù)控制寄存器，反之則將比原值小的高、低亮調(diào)整數(shù)據(jù)寫入IC器件寄存器，此時電視機屏幕顏色中的R、G、B值隨之改變，再由測色鏡頭將其R、G、B值傳送回計算機進行比較，同時程序調(diào)整高、低亮度至亮度標準值，這樣反復循環(huán)直至與標準值之差在允許范圍內(nèi)即為合格。然后將最后一次得到的R、G、B值寫入E2PROM。最后，程序控制拉高BUS控制線，釋放I2C總線，電視屏幕上顯示“BUS OPEN”。此后，操作者拔掉總線插頭，再次啟動腳踏開關，測色鏡頭撤離電視屏幕，白平衡調(diào)整完成。整個調(diào)整過程除輔助工作由操作者執(zhí)行外，其余均由PC機控制自動完成，所花時間一般在10s以內(nèi)，因而效率較高。
??? 本白平衡自動調(diào)整系統(tǒng)，具有調(diào)整速度快、調(diào)整精度高等特點。經(jīng)生產(chǎn)線實際使用后，反映效果良好。調(diào)整一臺彩電的白平衡需要7～10s，加上操作人員輔助時間，通過一臺彩電共需要20s左右。它不僅大大降低了調(diào)試人員的勞動強度，而且充分保證了彩電白平衡調(diào)整的準確度和一致性，使彩電生產(chǎn)效率和質(zhì)量得到明顯提高。
參考文獻
1 王明臣.彩色電視原理[M].北京：中國廣播電視出版社，1991
2 Chen David Y.I2C總線的概念及其規(guī)范 [M].上海飛利浦技術應用實驗室，1992
3 王 軍.白平衡調(diào)整自動化的實現(xiàn)[J].電視技術，1999；9（207）：59～60?