3D显示技术概述.doc

显示技术及应用论文名称： 关于3D显示技术问题的概述班级学号： 11151T 11125P20姓 名： 姬 肖日 期： 2013年12月12号目录摘要一、3D 显示技术主要分类1、 色差式3D 立体成像2、 快门式3D 技术3、 偏光式3D 技术4、 裸眼式3D 技术二、3D 电视机的主要信源1、蓝光3D（Blue-Ray 3D）2、DTV3、PC 上的3D 视频、3D 游戏和3D 显示器4、USB 下的图片和媒体5、3D 数码像框和3D 数码标识牌、手机。三、3D视频的各项标准1、3D 视频传输 之 HDMI1.4a 标准2、3D 视频传输 之 VESADisplayPort 1.2 标准四、3D 显示Panel 所涉及的技术1、V-by-One2、EPI3、 mini-LVDS4、VESA 的iDP 标准五、3D图像处理技术1、 MEMC 技术2、FRC 技术六、3D 显示技术的未来参考文献关于3D显示技术问题的概述姬肖 南京信息职业技术学院 江苏省南京市 210000摘要：本文将从目前市面上的3D显示技术出发,阐明3D 显示的各种原理和优缺点，同时介绍涉及关于3D 输入和显示方面的知识，例如HDMI 1.4A 规范中增加的3D 视频规格，以及3D 终端显示方面的知识。关键词：3D显示，3D视频格式，蓝光3D，HDMI1.4a规范的3D视频，3D终端。【Abstract】 This article from the 3D display technology currently available starting illustrate various principles and advantages and disadvantages of 3D displays, while 3D presentation involving about input and display of knowledge, such as HDMI 1.4A specification adds 3D video specification, as well as 3D terminal display knowledge.【Key words】 3D display;3D video Format;Blue-Ray 3D;HDMI 1.4a 3D Video; DisplayPort 1.2;V-by-One® HS Standard version 1.3 ;Internal DisplayPort (iDP).一、3D 显示技术主要分类 1、色差式3D 立体成像 色差式 3D 历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，但是3D 画面效果也是最差的，需要配合色差式3D 眼镜才能看到3D 效果。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。目前我们较为最常见的滤光片颜色通常是红蓝，红绿，或者红青，目前采用这种技术的影院已经越来越少了，毕竟跟不上用户体验度的需求。2、快门式3D 技术 快门式3D 技术,使用一付主动式LCD 快门眼镜，交替开关左眼和右眼,让左右眼看到的两幅图像在我们的大脑中融合成一体来实现，从而产生单幅图像的3D 深度感。目前三星、LG 、SONY等国际大厂所推出的3D 电视主要使用的就是这种3D 显示技术。在PC 领域的NVIDIA 的3D stereo、在投影领域的德州仪器的DLP Link，XPAND 3D 系统也都是属于快门式3D 技术。快门式3D 技术的原理是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，通过提高画面的快速刷新率(至少要达到120Hz)，左眼和右眼个60Hz 的快速刷新图象才会让人对图象不会产生抖动感，并且保持与2D 视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。主动快门式眼镜都采用的是液晶控制开合，通过液晶分子的运动控制左眼或右眼感知画面，刷新频率为60Hz，这样就是为什么3D电视要求面板刷新率最低为120Hz 的原因。目前市面上有些机子的刷新频率很低，达不到120Hz，所以在商场试机的时候会有明显的闪烁，特别对着日光灯的时候，因为频率的不同步造成的闪烁感特别明显。刷新频率越低，闪烁感越大，120Hz其实才刚刚达到可用的要求（单眼才60Hz中国液晶之家注），用过CRT显示器的同学都知道，刷新率越高，画面越稳定，眼睛越不容易疲劳。（所以判别快门式3D 的好坏时一定要注意这点，大概的判别很简单，戴着眼睛看周边的日光灯，感觉一下就知道，在电视机端采用RF 或IR 的方式发射同步信号，眼镜里的MCU 接收到信号后进行处理，分离出R/L 的开关信号，经升压电路做升压处理（约10V）后作为眼镜镜片的开关电压。此外，眼镜里面还有一个3.7-4.2V 输入降至3.6V 的DC-DC 用来给单片机供电，一个+5V 输入（USB处取电）给锂电池充电的充电电路。而由TI 制作的电视与投影机打出的DLP®-Link 白光快门讯号会直接由Xpand 公司制作的眼镜接收，免除过去需额外组装发射器的昂贵发射和接收系统。3、偏光式3D 技术 偏光式 3D 技术（即偏振式3D 技术），属于被动式3D 技术，眼镜价格也较为便宜，目前3D 电影院、3D 液晶电视等很多采用偏光式3D 技术。偏光式3D 也细分出了很多种类，例如应用于投影机行业的偏光式3D 技术，则需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3D 效果，而应用于电视行业的偏光式3D 技术则需要画面具有240Hz 或者480Hz 以上的刷新率，同时在屏上贴一种偏光膜，使画面能从不同的方向传送，而偏光眼镜让左右眼画面分离成垂直和水平画面，在大脑中交错重叠后实现3D 效果。 在偏光式 3D 系统中，目前市场中较为主流的有RealD 3D 系统、MasterImage 3D、杜比3D 系统三种。特别是RealD 3D 技术，其市场占有率最高，而且不受面板类型的影响，可以帮助任何支持3D 功能的电视和显示器产生出高清3D 影像，拥有这项技术的RealD公司主要是通过技术授权进行推广。4、裸眼式3D 技术 裸眼式3D 即看3D立体电视不需要带眼镜，目前国内一些机场大厅上TCL所展示的3D显示就是属于这种方式。裸眼式 3D 技术可分为光屏障式(Barrier)、柱状透镜(Lenticular Lens)技术和指向光源(Directional Backlight)三种。由于人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉。三维立体影像电视正是利用这个原理，把左右眼所看到的影像分离。3D 液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D 视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D 画面。二、3D 电视机的主要信源1、蓝光3D（Blue-Ray 3D） 蓝光3D 芯片技术发展趋势，在多视点视讯编码(Multiview Video Coding，MVC)方面，数据译码规格需要升级，全高清显示有赖图像处理能力的持续提升，在传输接口方面，支持3D 显示的HDMI 1.4 规格，则成为影音传输不可或缺的标准接口，强力处理器与海量存储器都为蓝光3D 系统增加了市场比重。专业芯片设计以博通(Broadcom) 研发进度最快，靠自身产品线研发蓝光3D 芯片业者以联发科(Mediatek)、Panasonic 与Sony 的进度最为领先。蓝光3D 标准采用快门式3D 技术。 2、DTV 在美、日、韩等国家已经试播了3D 电视，韩国在今年开通了3D 电视广播。我们国家工信部AVS 标准（数字音视频编解码技术标准）已经完成国产3D 音视频解码数字标准的制定，这套拥有完整自主知识产权的标准将填补中国在3D 电视标准上的空白。 3、PC 上的3D 视频、3D 游戏和3D 显示器 NVIDIA（nVIDIA Corporation）创立于1993 年1 月，总部位于加州圣克拉拉。当时nVIDIA只是一个小小的以制作开发显示卡核心芯片公司。但谁会想到它生产的东西在几年后将风靡全球，也没有人预料到它的出现将会给显卡业带来如此强大的冲击。更没有人能预料到今天的电脑上有80%都使用采用它生产的核心芯片的显示卡。3D 游戏芯片型号NVIDIA GeForce7900GTX 配备相应的显卡等，就可以玩3D 电脑游戏。 Matrox 具有20 多年制造图形芯片及图形卡的经验，曾几何时它的产品以极好的画质和先进的技术而深受用户的广泛欢迎。G200 集成3D 引擎与其前代相比有了较大的改进，支持Direct3D、OpenGL API 及大多数3D 功能。在3D 显示卡这个混乱的市场之中，Matrox 却只将其显示芯片使用在其自有品牌的显示卡上，至今不开放显卡芯片生产授权给显卡生产厂商。ATI（Array Technology Industry）创立于1985 年。是全球著名的3D 图形及多媒体技术供应商，专门设计、制造和销售适用于个人计算机的的多媒体解决方案和图形元件。(中国液晶之家注：ATI貌似已经被AMD收购了）3DFX 公司在1995 年11 月发布了其第一代、具有划时代意义的显卡VOODOO，也走进3D 时代。Voodoo 支持所有主要的3D 的接口程序，包括Glide、D3D 和OpenGL。在3dfx、S3 相继退出3D 游戏显示舞台之后，目前ATI 是唯一一家能和NVIDIA 相抗衡的公司了。Trident（泰鼎）成立于1987 年，至今也算是美国硅谷一家有着多年历史的绘图芯片制造商。对于资历较深的玩家来说，相信对Trident 这个品牌应该不陌生，在2D 图形芯片时代的其也是一位风云人物在90 年代初期，几乎在每台的IBM 兼容机上都可以看到Trident8900和9000 系列显示卡的身影。（中国液晶之家注：Trident的电视解码芯片在液晶电视行业占有率很大，值得注意其3D 前景）。SiS(矽统)科技成立于1987 年，总部在台湾省新竹科技园区，是全球前三大系统芯片制造商，在1997 年之前其一直以开发主板芯片组为主。后来参与到图形芯片的开发，现在的XabreII将分为两款绘图芯片SiS340 以及SiS341，两款产品均支持AGP8X 以及DirectX9.0，并且它们都采用联电0.13 微米工艺生产，核心频率同为375MHz，但这两款产品比NVIDA 和ATI的芯片落后了两代。 4、USB 下的图片和媒体 3D 数码像机拍摄的照片、H.264 等格式的3D 视频。 5、3D 数码像框和3D 数码标识牌、手机。三、3D视频的各项标准1、3D 视频传输 之 HDMI1.4a 标准1）3D 视频处理成的格式在VIC (Video Identification Code) 的AVI 帧信息中提取。2）帧数据包通过HDMI 的3D 场结构信息指明3D 视频处理格式。以下是四种常用的帧处理构成形式。A、3D传输架构 之 Frame packing for progressive format hmjhm B、3D传输架构 之 Frame packing for interlaced formatC、3D传输架构 之Side-by-Side (Half)D、3D传输架构 之Top-and-Bottom 3) HDMI 的输入端支持传输的格式列表。4) 以下为主要的3D 视频格式，扩展的3D 视频格式参考HDMI 1.4a。1920x1080i 59.94/60Hz (Frame Packing, Side-by-Side(Half)920x1080i 50Hz (Frame Packing, Side-by-Side(Half)1920x1080p 59.94/60Hz (Top-and-Bottom)920x1080p 50Hz (Top-and-Bottom) HDMI 1.4 标准具备如下特性：同样整合以太网通道和音频返回通道，支持3D 最高两条1080p 分辨率的视频流，HDMI 1.4 可以支持4K2K 超高清信号传输，即画面分辨率达到40962160、刷新率为30Hz，四倍于目前的1080p，新增色彩空间，支持Micro HDMI 微型接口，比现在的19 针普通接口小50%左右，不过最高分辨率限制在1080p；支持车载连接系统。2、3D 视频传输 之 VESADisplayPort 1.2 标准 1）支持高速双向数据传输，可在标准DP 数据线内传输USB 2.0 或者以太网数据。AUX 通道的最大数据传输率从1Mbps 直接提升到720Mpbs，可满足USB 2.0 带宽需要，支持从设备向显示器传输USB 数据(Display USB)，以及标准以太网数据。 2）支持Mini-DisplayPort 迷你微型接口，适合I/O 空间狭窄的超轻薄便携设备。Mini-DP接口标准公布于2009 年11 月份，现在属于DP 1.2 规范的一部分。据称，苹果最新的MacBook产品就配备了mini DisplayPort 1.2 接口。（中国液晶之家注：市面上已经可以看看到使用DP接口的液晶屏，据传接下来液晶屏的通用LVDS接口将会被DP接口所替代） 3）每个信道的数据传输率翻番到5.4Gbps，总带宽最高可达21.6Gbps，能大大提升显示分辨率、色深、刷新率、多显能力，支持全高清120Hz 3D 立体显示、3840216030bpp 分辨率、4K2K 四倍全高清分辨率、高色彩范围等等。 4）支持多流(multi-streaming)，只需一根数据线即可传输多个独立的未压缩视频和音频流，满足受保护内容播放和3D 游戏等高性能应用，可配置为单链式或者中央式。举例来说，DP 1.1a只能支持一台显示器设置为25601600 60Hz，DP 1.2 能支持两台这种显示器，或者四台19201200，而且都是一根线缆。 5）音频技术增强：支持音频拷贝保护和类别代码，支持Dolby MAT、DST HD 等所有蓝光音频格式，以及中国的DRA 标准，使用全球时间码(GTC)，支持音频与视频、多个音频通道、多个音频接收设备之间的同步协助。 6）全高清3D 立体显示技术增强；支持最高帧率240FPS，每只眼120FPS。3D 立体传输格式支持：场顺序(field sequential)、并排(side by side)、像素隔行扫描(pixel interleaved)、双界面(dual interface)、堆叠(stacked)。3D 立体显示兼容性：Mono、Stereo、3D Glasses。四、3D 显示Panel 所涉及的技术 1、V-by-One1） V-by-One 是专门面向图像传输开发出的数字接口标准。信号的输入输出水平采用LVDS（低电压差动信号）。板卡的信号频率约为1GHz。与此前的CMOS/TTL 方式相比，可将传输线的数量减少至此前的大约1/10。这样一来，即可减少传输线和插头的硬件成本。 2）V-by-One HS Standard version1.3。2010 年8 月5 日，日本THine Electronics 发布了专门用于在显示器内部进行影像信号传输的接口技术“V-by-One HS”的新指标“V-by-One HS Standard version1.3”。特点是支持各种3D 指标，例如“影院分辨率”（纵横比为21：9，像素数为25601080p）、3D 电视和网络电视的影像信号传输。目前使用了驱动芯片THC213 和THC214。3）V-by-One HS Link system Diagram 4）V-by-One 的应用领域V-by-One 可用来在液晶面板的定时控制器与进行图像处理等的电视用SOC 之间进行数据传输。最大数据传输速度方面，每对信号线（每个通道）为3.75Gbit/秒。当帧频为60 帧/秒时使用两个通道，帧频为120 帧/秒（“倍速”）时使用四个通道，帧频为240 帧/秒（“四倍速”）时使用八个通道。例如3D 电视使用240Hz 帧频的屏，需要48 对LVDS。采用V-by-One 的技术则只需要8 对LVDS 线。V-by-One 也可用在车载摄像头与仪表盘之间的通信、多功能打印机等设备的底板间通信、数字摄像机中图像处理器与显示面板之间的通信等。V-by-One 同样也可以用在连接投影仪（支持1080i 及1080p 高清电视）主板与显示装置的数字接口方面。5）V-by-One 正在考虑可能免收授权费。V-by-One 采用多路传输时钟和数据的方式，从这一点来说，该标准与“PCI Express”（主要面向个人电脑等）、“Serial ATA”（主要面向硬盘）等现有串行接口是一样的。不过，“与PCI Express 和Serial ATA 相比，V-by-One 可以构筑更为廉价的图像传输接口，而且也更为易用”2、EPI 嵌入式面板接口EPI (Embedded Panel Interface) 是一个开放的标准，可以对所有最大可交换性的平板显示器进行简单且直接的控制。模块计算机COMs (Computer On Modules)一个较大的优势是不同供应商模块之间的可交换性，唯一的弱点是平板显示器的直接控制。为了让嵌入式计算机模块能直接控制平板显示器，需要一些其它的信息。因此，EPI将缺失的参数添加到完整的EDID1.3 数据系列中。EPI 协议是基于VESA 标准的EDID(Extended Display Identification Data) Revision 1.3 并且定义了软件格式和可升级的硬件接口。EPI 数据组描述独立于视频控制器，且由COM 的视频BIOS 解释说明，以此来设置正确的视频属性。结果是使显示器及COM 获得自由可交换性的制造商独立的“插入即可显示”解决方案。3、mini-LVDS常用的LVDS 接口芯片是Thine Electonic 的THC83LVDM83A 和THC63LVDM63A以及National：DS90CF384A 和DS90CF364A）。而mini-LVDS 采用双边带的数据传输，数据传输量是普通LVDS 的一倍。选择的时钟频率为122MHz，并且采用了时钟信号上升沿和下降沿传输信号的双边传输模式。数据传输速度为244Mb/s。4、VESA 的iDP 标准VESA 发布了全新的应用于平板电视内部连接的 Internal DisplayPort (iDP)接口标准。制定这一标准的目的是替代现行的低压差分信号(Low Voltage Differential Signaling, LVDS)标准，新标准基于已被广泛采用的VESA DisplayPort 标准，是一种更为简单而高性能的连接技术。VESA 的iDP 标准用于在平板电视机箱内部连接电视控制器片上系统(System-on-a-Chip,SOC)和液晶面板时序控制器(TV panel Timing Controller, TCON)。通过iDP 连接，只需17 路信号即8 对差分信号和一路热插拔检测（Hot Plug Detect, HPD）信号就可传输10 位色深、240Hz的全高清信号；相对现行的LVDS 需要96 路信号，iDP 极大的降低了生产成本，简化了生产工艺。这个开放而免费的标准将为元件制造商创造一个健康的竞争环境，进一步提升成本效益并推动消费电子行业的创新。五、3D图像处理技术 1、MEMC 技术 MEMC: (Motion Estimate and Motion Compensation)即运动预测和运动补偿，液晶电视中用到的运动画质补偿技术，针对下一个帧运动图像进行估算，然后做预处理。其原理是采用动态映像系统，在传统的两帧图像之间加插一帧运动补偿帧，将普通平板电视的50/60Hz 刷新率提升至100/120Hz。可以改善液晶电视的动态解析度