主動(dòng)式3D顯示系統(tǒng)自動(dòng)識(shí)別左右眼的設(shè)計(jì)

賀文健

（廣東威創(chuàng)視訊科技股份有限公司，廣東 廣州 510663）

0 引言

對(duì)于大多數(shù)人而言，3D并不是一個(gè)陌生的名詞，其工業(yè)化和應(yīng)用化進(jìn)程可追溯至十余年前。然而，相比傳統(tǒng)2D的統(tǒng)治地位，3D在很大程度上依然處于技術(shù)研發(fā)和市場(chǎng)導(dǎo)入階段。直到2010年《阿凡達(dá)》全球熱映， 才真正使其獲得了進(jìn)入主流市場(chǎng)的契機(jī)。各大好萊塢電影公司及索尼、松下等電子業(yè)巨頭均借此東風(fēng)， 將商業(yè)化3D產(chǎn)品作為未來(lái)發(fā)展的最佳突破口。目前3D電影、3D電視、3D播放器等已經(jīng)非常普及，但3D電腦、3D手機(jī)、3D大屏顯示等還處在不斷發(fā)展中，各種3D技術(shù)日新月異，全民的3D的時(shí)代正向我們走來(lái)[1]。

1 3D顯示技術(shù)

3D影像因何而生？歸結(jié)起來(lái)就是 “視覺(jué)移位”。人的兩眼左右相隔在6 cm左右，這意味著假如你看著一個(gè)物體，兩只眼睛是從左右兩個(gè)視點(diǎn)分別觀看的。左眼將看到物體的左側(cè)，而右眼則會(huì)看到它的中間或右側(cè)。當(dāng)兩眼看到的物體在視網(wǎng)膜上成像時(shí)，左右兩面的印象合起來(lái)，就會(huì)得到最后的立體感覺(jué)。當(dāng)觀看者只以單眼來(lái)觀看景物時(shí)，因?yàn)闆](méi)有了視差，所以立體感也會(huì)隨之消失。而這種獲得立體感的效應(yīng)就是 “視覺(jué)位移”。3D顯示技術(shù)就是利用一系列的光學(xué)方法使人左右眼產(chǎn)生視差從而接受到不同的畫面，在大腦形成3D立體效果的技術(shù)[2]。如圖1所示。

圖1 3D產(chǎn)生的原理

2 主動(dòng)快門式3D顯示技術(shù)及系統(tǒng)

3D顯示技術(shù)的種類有很多，目前主動(dòng)快門3D技術(shù)是3D電視的主流[3]。主動(dòng)快門3D技術(shù)是通過(guò)提高畫面的刷新率來(lái)實(shí)現(xiàn)3D效果的，首先把圖像按幀一分為二，形成對(duì)應(yīng)左眼和右眼的兩組畫面，連續(xù)交錯(cuò)地顯示出來(lái)，同時(shí)將同步控制快門式3D眼鏡的左右鏡片開關(guān)，使左、右雙眼能夠在正確的時(shí)刻看到相應(yīng)的畫面。這項(xiàng)技術(shù)能夠保持畫面的原始分辨率，很輕松地讓用戶享受到真正的全高清3D效果，同時(shí)畫面也不會(huì)產(chǎn)生閃爍。如圖2所示。

圖2 主動(dòng)快門式3D技術(shù)

主動(dòng)快門式3D顯示系統(tǒng)通常由3D信號(hào)源（包括藍(lán)光播放器、3D顯卡、3D工作站等）、3D顯示終端 （顯示器、投影機(jī)、3D電視等）、同步信號(hào)發(fā)射器和3D眼鏡 （紅外式、藍(lán)牙式、DLP-link等）等設(shè)備組成。常見(jiàn)的主動(dòng)3D技術(shù)有NVIDIA的3D Vision技術(shù)和AMD的HD3D技術(shù)，其中NVIDIA的3D Vision與DLP-LINK技術(shù)相結(jié)合的主動(dòng)快門式家庭3D顯示系統(tǒng)如圖3所示。

為了保證畫面的五抖動(dòng)感，3D顯示的刷新頻率至少要達(dá)到120 Hz，左右眼各60 Hz。其中楨連續(xù)格式的3D信號(hào)以其顯示分辨率高、刷新率高等特點(diǎn)大量地應(yīng)用在各種3D顯示領(lǐng)域，如圖4所示。楨連續(xù)格式的3D信號(hào)與楨封裝格式的3D信號(hào)不同之處在于其是通過(guò)提升刷新率來(lái)滿足3D顯示效果的，其左右眼畫面就在不同的場(chǎng)信號(hào)里面，所以在顯示接收端就無(wú)法自動(dòng)識(shí)別左右眼畫面，目前常用的做法是在同步信號(hào)發(fā)送接收端安裝左右眼畫面切換開關(guān)，或者直接在3D信號(hào)發(fā)送端通過(guò)軟件切換左右眼畫面。但當(dāng)信號(hào)突然中斷或者更換3D信號(hào)源后，左右眼畫面還需要重新校正[4]。

圖3 主動(dòng)快門式家庭3D顯示系統(tǒng)

圖4 楨連續(xù)格式3D信號(hào)

3 總體設(shè)計(jì)

為了解決上述問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)接收端自動(dòng)識(shí)別左右眼，可以通過(guò)在圖像的有效信號(hào)中增加左右眼畫面標(biāo)志進(jìn)行識(shí)別[5]。

場(chǎng)同步信號(hào)指示了信號(hào)每一幀顯示的時(shí)間，圖像的有效信號(hào)指示了在這一幀畫面內(nèi)部顯示的有效數(shù)據(jù)。正常的圖像有效信號(hào)與場(chǎng)同步信號(hào)的關(guān)系如圖5所示，每場(chǎng)同步信號(hào)內(nèi)的圖像有效信號(hào)相同，左右眼沒(méi)有差異。3D顯示系統(tǒng)如圖6所示。

圖5 場(chǎng)同步信號(hào)與圖像的有效信號(hào)

圖像的有效信號(hào)僅在圖像有效時(shí)為高電平，在其他時(shí)間均為低電平，為了識(shí)別左右眼，同時(shí)又不影響正常顯示，在信號(hào)發(fā)送端可以通過(guò)在圖像的有效信號(hào)中增加標(biāo)志進(jìn)行左右眼識(shí)別，具體的實(shí)現(xiàn)方式如下：

1）在信號(hào)源發(fā)送端，信號(hào)編碼芯片根據(jù)當(dāng)前信號(hào)源輸出信號(hào)的左右眼實(shí)際情況設(shè)置圖像的有效信號(hào)左右眼標(biāo)志；

2）在信號(hào)接收端，信號(hào)解碼芯片根據(jù)圖像的有效信號(hào)左右眼標(biāo)志驅(qū)動(dòng)同步信號(hào)發(fā)射器以控制眼鏡的打開和關(guān)閉。

圖6 3D顯示系統(tǒng)

圖像的有效信號(hào)左右眼標(biāo)志是通過(guò)改變圖像的有效信號(hào)在場(chǎng)同步頭周期內(nèi)的電平進(jìn)行設(shè)置和識(shí)別，在場(chǎng)同步頭時(shí)間內(nèi)，判斷圖像有效信號(hào)的狀態(tài)，如果是高電平，則表明當(dāng)前畫面為為左眼畫面，左右眼同步信號(hào)在該場(chǎng)時(shí)間內(nèi)輸出高電平，3D眼鏡將左眼打開，右眼關(guān)閉；如果是低電平，則表明當(dāng)前畫面為為右眼畫面，左右眼同步信號(hào)在該場(chǎng)時(shí)間內(nèi)輸出低電平，3D眼鏡將右眼打開，左眼關(guān)閉。圖像的有效信號(hào)左右眼標(biāo)志及左右眼同步信號(hào)如圖7所示。

圖7 圖像的有效信號(hào)左右眼標(biāo)志及左右眼同步信號(hào)

4 結(jié)束語(yǔ)

主動(dòng)快門式技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)就是畫質(zhì)完全無(wú)損，同時(shí)可視角度好。幀連續(xù)格式的3D信號(hào)很好地滿足了主動(dòng)快門式3D技術(shù)的顯示要求，在幀連續(xù)的3D信號(hào)里面增加左右眼識(shí)別標(biāo)志，進(jìn)一步地加強(qiáng)了它的適用性及競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)減少了各種硬件開關(guān)成本。不過(guò)它仍然還有不少缺點(diǎn)，比如眼鏡的硬件成本過(guò)高，容易受到外部光源的干擾而出現(xiàn)閃爍，亮度也會(huì)降低等。高清的全息祼眼3D技術(shù)是發(fā)展的終極目標(biāo)，其目前還在起始階段，希望其能快速地成熟，解除3D對(duì)眼鏡的依賴，早日進(jìn)入人們的日常的生活。

[1]楊杰，劉衛(wèi)東，喬明勝.快門眼鏡式3D液晶顯示3D效果優(yōu)化方法 [J].現(xiàn)代顯示，2011（8）：16-18.

[2]李?yuàn)檴?，劉衛(wèi)東，喬明勝.降低幀頻減輕快門式3D液晶顯示串?dāng)_的方法及驗(yàn)證 [J].現(xiàn)代顯示，2011（9）： 43-46.

[3]許秀文，薄建業(yè)，楊銘，等.淺析3D、全息、虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù) [J].中國(guó)教育信息化，2011（13）：85-86.

[4]李偉.3D技術(shù)與電視 [J].今日科苑，2011（12）： 54-55.

[5]趙亮.3D立體成像研究 [J].科技信息.2011（8）： 626.