3D电视文献综述

浅谈3D电视摘要：3D电影阿凡达的热映让我们领略了3D显示技术的魅力，本文的研究对象正是当前热门的3D显示技术。当前3D显示技术主要应用于电影、电视、游戏等娱乐领域，本文则聚焦于其在电视中的应用。从整体思路来说，首要的就是要研究清楚3D显示技术到底是什么，包括其原理、分类、发展历史等，要研究清楚目前市场上的3D显示设备。关键字：3D电视；快门式技术；不闪式技术；3D片源Abstract：The 3D movie Avatar makes us enjoy the charm of 3D display technology. This these is base on a research on the top 3D.Currently 3D display technology is mainly sued in the entertainment fields such as movies,TVs and computer games.However,this thesis focuses its utilization in education.In the research,firstly we should study what on earth the 3D display technology is, including its operational principle, classification,development history,etc.we should study the applied 3D technologies at present and the 3D devices fashionable in the market.Key words: 3D TV;Active Shutter 3D;No flash technology;3D program source一、引言2009年,阿凡达、爱丽丝梦游仙境等3D电影的热播，消费者对3D的狂热在国际上掀起了一轮3D热潮，使3D影像的概念开始走进大众的日常生活，由此掀起的3D热潮也迅速传到电视领域。此后几乎所有新品液晶电视的发布会都会提到3D电视、3D视频，无论是液晶电视的厂家还是核心的芯片企业都将注意力转移至此。国际品牌电视厂商纷纷推出3D电视产品，在其追逐利润的同时也推动了3D电视浪潮,3D电视的新纪元开始来临而且在未来几年之间，3D电视将大行其道。3D（three-dimensional）电视又称3D立体电视或三维立体影像电视。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，在电视的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，从而令用户体验立体的感觉1。相对于传统电视机而言，3D电视可兼容播放二维、三维内容，画面立体真实感强，视觉冲击震撼。3D电视只是众多标清、高清电视中的一项业务，2D/3D频道间的自由切换是影响观众体验的重要问题。二、3D电视发展现状及趋势在3D电影的促动下，3D 市场已于2010 年开始起飞，而且随着全球消费电子厂商陆续推出一批包括电视机、监视器、笔记本电脑、蓝光盘播放器、数码相机、摄像机、电子相框等3D相关产品进军家庭市场，加上原有的广告、公共显示牌和医疗等专业应用，3D正在推动一场从平板显示转向立体显示的技术革命。近5年来3D电视技术发展迅速，特别在显示终端方面，主动快门式和偏振式立体电视机已经大量进入市场，目前有国内外十几个品牌的近200款3D电视在市场上销售。据统计，目前国际上共有15个国家开播了总计35个3D电视频道，其中包括卫星电视运营商、有线电视运营商、公共电视服务商、电信运营商、IPTV及卫星电视综合运营商、节目提供商。3D电视产业链相对于传统的2D产业而言，涉及环节较多，并且对摄录、制作、传输、显示终端等技术和设备都有了新的要求。目前，国内企业已参与到3D产业链各环节，在终端制造方面还具有一定优势。但其技术水平参差不齐，在产业链上呈点状分布，与索尼、松下、三星等具备的3D全产业链优势相比，整体竞争力不强。 例如在摄录编播设备方面，我国目前使用的专业级3D摄录编播设备全部依赖进口，主要由索尼、松下等国外企业提供。在核心部件方面，3D电视机的面板、芯片等也基本依靠进口。整个国内企业在这些核心竞争力方面需进一步提高2。电视终端仅仅是产业链上的一个环节，布局才刚刚开始，3D显示技术还存在着大量改进的空间。从目前来看，3D电视是个方向性产品，其规模还难以急速增长，前期的产业链准备工作尤其重要，如制定3D电视的技术标准，尤其是争议很大的3D影像健康安全标准，这是目前我们欠缺和急需的。对于中国的信息行业而言，要想抓住3D电视这一行业发展趋势，目光显然不能只盯着3D显示终端，要节目供应商、电信运营商、广电运营商、芯片商以及配套产业厂商的共同努力，必须从全局上审视整个产业链条，通过开放合作，充分整合产业链上多种资源形成合力，确保自己在未来的市场竞争中占有优势地位。随着3D产业的迅速兴起，在国3D产业发展最早、产业规模集中的地区逐步形成了产业集群，其中深圳和天津比较突出。深圳目前不仅拥有康佳、TCL、创维这3大3D电视制造商，还拥有在3D内容制作、3D数码相机、3D投影机以及相关配套设备等领域具有代表性的企业，如掌网、雅图、世纪晶源等企业。目前，康佳已经掌握了前端3D媒体文件处理、3D 格式转换、2D转3D 及 3D 转 2D、240Hz 帧率转换、运动补偿ME/MC等技术 ，产品包括裸眼式、主动快门式、偏光式3D电视和3D显示器。TCL多媒体是国内最早开发3D电视技术的彩电企业，目前在惠州、墨西哥、波兰的生产基地建立了3D电视生产和测试基地，为开拓国际市场打好了基础。创维在2010年3月推出了带有多项功能的3D电视，并将其与数字电视一体机结合在一起。除彩电之外，其他3D产品也层出不穷。掌网正在逐步运用自己的专利技术来开发相应的产品，先后研制出立体摄像机、立体播放机、立体移动电视以及立体防抖照相机等。深圳雅图目前已推出DLP 3D投影系统、LCD 3D投影系统以及LCOS微型3D投影系统3。目前我国电视台也在纷纷试验3D电视的应用。中央电视台在南非世界杯期间进行了3D世界杯的台内测试，通过内测证明，其3D转播方案比较成功。广西电视台制作完成了一部8分钟的立体样片“立体广西”，北京电视台也拍摄了一些风光片的样片。我国首个3D电视试验频道（以下简称“3D频道”）已于2012年元旦开播，3D频道是我国首个立体电视节目综合性试验频道，频道内容主要包括动漫、体育、专题片、影视剧、综艺等类型的3D电视节目，以及重大活动的现场转播（如春晚、伦敦奥运会等）的3D电视信号播出。随着中国3D产业链日益壮大，3D电视在今后几年将会大规模进入普通家庭中。三、立体影像的成像原理人的视觉之所以能分辨远近, 是靠两只眼睛的距离。人的两眼分开约5厘米, 两只眼睛除了瞄准正前方以外, 看任何一样东西, 两眼的角度都不会相同。虽然差距很小, 但经视网膜传到大脑里, 大脑就会用这微小的差距, 产生远近的深度, 从而产生立体感。根据这一原理, 如果把同一影像, 用两只眼睛视角的差距制造出两个影像, 然后让两只眼睛各自看到自己一边的影像, 透过视网膜就可以在大脑中产生具有立体感的景物了。我们称这一原理为“偏光原理”4。3D立体电影的制作有多种形式, 其中较为广泛采用的是偏光眼镜法。依据人眼观察景物的方法,利用两台并列安置的摄影机, 分别代表人的左、右眼, 同步拍摄出两条略带水平视差的画面。放映时,将两条电影胶片分别装入左、右放映机, 分别播放出左眼和右眼的画面。每台放映机前端装有改变光线相位的偏振片。同时, 两台放映机前面有一个周期转动的遮光板, 通过遮光板的转动, 将放映机输出的每秒24格画面提升至每秒48格。由于左右放映机的遮光板有相位差, 左右眼的图像是交替出现的, 到达观众的眼中, 就成为每秒96格的立体图像了。两台放映机同步运转, 同时将画面投放在金属银幕上, 形成左右像双影。当观众戴上特制的偏光眼镜时, 由于左、右两片偏光镜的偏振轴互相垂直,并与放映镜头前的偏振轴一致, 致使观众的左眼只能看到左像、右眼只能看到右像, 通过双眼汇聚功能将左、右像叠加在视网膜上, 由大脑神经产生三维立体的视觉效果, 展现出一幅幅连贯的立体画面,使观众感到景物扑面而来、或进入银幕深凹处。四、3D技术分类目前3D显示技术分为裸眼式和眼镜式两类，裸眼3D显示即无需眼镜的3D显示，是指通过视差障碍或者透镜阵列技术把经过专门设计的视差障碍或者透镜阵列放置在显示面板上，通过它们的分光使得有视差的图像分别进入不同的眼睛来形成3D效果。裸眼3D显示技术复杂，除硬件外，还需要专门的图像处理算法配合才能形成3D效果，裸眼式电视机仍处于商务开发、展示阶段。目前家庭用3D电视还只能依赖眼镜观赏，眼镜式3D显示，顾名思义就是需要用户佩戴专门的啊3D眼镜，通过让眼睛分别观察到有视差的图像而形成3D效果。眼镜式3D显示是目前电影院和3D电视常采用的技术模式。眼镜式3D显示的技术门槛低、实现简单，但是存在着需改变用户观看方式、不符合使用习惯，以及显示亮度下降、特别不适合应用在移动设备上等缺点5。该解决方案已经被多家笔记本厂商认可，并将今年下半年上市。在眼镜式3D技术中，我们又可以细分出三种主要的类型：色差式、偏光式、主动快门式和不闪式，也就是平常所说的色分法、光分法和时分法6。1）色差式3D技术 色差式3D技术，英文为Anaglyphic 3D，配合使用的是被动式红-蓝（或者红-绿、红-青）滤色3D眼镜。这种技术历史最为悠久，成像原理简单，实现成本相当低廉，眼镜成本仅为几块钱，但是3D画面效果也是最差的。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。这样的方法容易使画面边缘产生偏色。由于效果较差，色差式3D技术没有广泛使用。2）偏光式3D技术 偏光式3D技术也叫偏振式3D技术，英文为Polarization 3D，配合使用的是被动式偏光眼镜。偏光式3D技术的图像效果比色差式好，而且眼镜成本也不算太高，目前比较多电影院采用的也是该类技术，不过对显示设备的亮度要求较高。偏光式3D是利用光线有“振动方向”的原理来分解原始图像的，先通过把图像分为垂直向偏振光和水平向偏振光两组画面，然后3D眼镜左右分别采用不同偏振方向的偏光镜片，这样人的左右眼就能接收两组画面，再经过大脑合成立体影像，在同一屏幕下显示两个画面，两只眼睛分别接收两个在屏幕上占一半的的画面导致清晰度减半因此3D效果也随之减半。目前在偏光式3D系统中，市场中较为主流的有RealD 3D、MasterImage 3D、杜比3D三种，RealD 3D技术市占率最高，且不受面板类型的影响，可以使任何支持3D功能的电视还原出3D影像。在液晶电视上，应用偏光式3D技术要求电视具备240Hz以上刷新率。目前，LG、康佳、TCL、海信、创维等品牌采用偏光式3D技术。3）快门式3D技术快门式3D技术，英文为Active Shutter 3D，配合主动式快门3D眼镜使用。这种3D技术在电视和投影机上面应用得最为广泛，资源相对较多，而且图像效果出色，受到很多厂商推崇和采用，不过其匹配的3D眼镜价格较高。快门式3D主要是通过提高画面的刷新率来实现3D效果的，通过把图像按帧一分为二，形成对应左眼和右眼的两组画面，连续交错显示出来，同时红外信号发射器将同步3D电视控制快门式3D眼镜的左右镜片开关，使左、右双眼能够在正确的时刻看到相应画面。这项技术能够保持画面的原始分辨率，很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果，而且不会造成画面亮度降低。目前，包括三星、松下、索尼、海尔、夏普、长虹等品牌推出的3D电视，都是采用主动快门式3D技术。快门式缺点： 1、戴上眼镜之后，亮度减少较多； 2、3D眼镜的开合频率被日光灯等发光影响导致3D眼镜快门的开合与左右图像不完全同步，会出现串扰重影现象，观看时建议关灯；3、快门式3D眼镜的售价基本在1000元左右，相对较贵，并且需要安装电池或充电使用。4）不闪式3D技术不闪式3D 电视方式是最接近我们实际感受立体感，最自然的方式。如同在电影院里享受生龙活虎的3D影像，能够同时看两个影像把分离左侧影像和右侧影像的特殊薄膜贴在3D电视表面和眼镜上。通过电视分离左右影像后同时送往眼镜，通过眼镜的过滤，把分离左右影像后送到各个眼睛，大脑再把这两个影像合成让人感受3D立体感7。 不闪式3D的特点：有关视角方面，在视听推荐距离内观看时不闪式3D全然不成问题。比如，除了在一米以内站着、坐着或者用非常不正常的姿势观看电视以外，在3D电视视听推荐距离内观看时没有任何问题的。反而，担心子女过分贴近电视而影响眼健康的聪明父母而言，更喜欢遵守视听推荐距离我这个不闪式3D。而且，因为采用IPS硬屏面板所以在左右视角上都没有限制，不管是在哪个角度看都很鲜明，没有色变现象，而且不闪式3D电视在任何角度都能享受3D影像。不闪式的优势：首先没有闪烁，能体现让眼睛非常舒适的3D影像。不闪式3D没有电力驱动，可舒适佩戴眼镜并且全然没有闪烁感。因此可以尽情享受让眼睛非常舒适的3D影像。看实际测量闪烁程度的数据就能知道数据几乎是零，不会有头晕的状态出现8。其次可视角度广，观看不闪式3D电视时只要是在推荐距离内，在任何角度观看，它的画面效果、色彩表现力都不打折扣，可以在没有角度限制的情况下去享受完美震撼的3D影像。再次,能够用轻便舒适的眼镜享受3D影像。不闪式3D眼镜轻便、价格合理，还可以使用夹套眼镜让配戴眼镜的人也能舒服使用。而且，体现没有重叠画面的3D影像。画面重叠现象是因为右侧影像进入左侧眼睛或左侧影像进入右侧眼睛而发生的。不闪式3D所使用的特殊薄膜分离左右影像后体现3D影像，所以不会发生画面重叠现象享受好像看到活生生的真实物体的立体影像。通过实际测量画面重叠的数据就能知道不闪式3D的重叠数据是人无法感知的水平。最后.体现没有画面拖拉现象的高清晰3D影像。不闪式3D能够体现1秒钟240张3D合成影像。所以在相同的时间里，不闪式3D能表现更多的画面情报而体现没有拖拉的高清晰立体影像。所以不闪式3D也被称作世界唯一的240Hz的3D电视。不闪式3D电视和快门式3D电视两大技术的竞争逐渐白热化，伴随着3D电视产生的3D眼镜之间也逃脱不了这场竞争。我们对不闪式3D眼镜和快门式3D眼镜作下比较。快门式3D眼镜有电池、有电路、有液晶镜片，不止厚重，长时间佩戴会有压迫感；而且会产生电子辐射，威胁人体和大脑的健康。由于需要接收信号，只能坐在正前方观看，躺着看画面就会变黑。视角的限制，会给我们造成诸多不便。不止如此，快门式由于依靠充电，画面会产生明显的闪烁，这种闪烁还会诱发癫痫。新一代不闪式3D技术区别于传统的快门式3D技术,这种无电池、无电路、无液晶镜片的不闪式3D眼镜运用了最基本的光学原理，将3D成像技术从眼镜转移到液晶面板，使3D眼镜一下子摆脱了沉重的负担蜕变出一副“轻盈灵动”的姿态。不再需要充电、接收信号；不会产生辐射而令人担心危及眼睛和大脑的健康；不用对准了信号接收位置，因而观看的姿势更加的随意，甚至躺着看也完全不受影响;轻薄到可以做成简单的夹片式，满足了眼镜一族的需要；价格较低而且有时尚、女性、儿童等各种外形，适合各类消费者使用。不闪式在眼镜上的种种种种改进，都是围绕着健康和给消费者带来更好的使用体验进行的！不闪式3D眼镜从技术上来说，已经战胜了快门式3D眼镜！五、3D节目源3D节目源稀缺是个大问题，要想看3D电影必须有片源，3D蓝光碟片价格高昂而且很难买到。一些3D电视厂商演示的内容，也多是以动画片为主，远远不能满足消费者需求9。虽然许多厂商在营销时