3D電視技術(shù)與應(yīng)用研究

3D電視的制播

1.3D電視的攝制

3D電視攝像是立體電視最重要的一環(huán)。根據(jù)立體成像原理，要保證接收端呈現(xiàn)立體效果，必須使用兩臺(tái)攝像機(jī)對(duì)同一目標(biāo)同時(shí)進(jìn)行拍攝。理論和實(shí)踐表明，當(dāng)兩臺(tái)攝像機(jī)的間距為6.5cm（此數(shù)值與正常成年人兩眼的瞳距相當(dāng)）時(shí)，兩機(jī)所攝的畫面處理后在終端有較佳的立體顯示效果，這就使將兩臺(tái)攝像機(jī)做成一個(gè)整體用于立體攝像成為可能。因此目前立體攝像設(shè)備有兩種：一種是一體機(jī)；一種是分體機(jī)。其中分體機(jī)又分為雙機(jī)水平排列式和垂直分光式。

一體機(jī)具有如下特點(diǎn)：1）體積小，重量輕；2）雙鏡頭聯(lián)動(dòng)控制；3）雙芯片成像；4）基線固定。因此該類型的立體攝像機(jī)機(jī)動(dòng)性強(qiáng)；變焦/跟焦/會(huì)聚等最常用操作簡(jiǎn)單、快捷，杜絕了倒像問題，且監(jiān)看功能強(qiáng)。但也因成像芯片尺寸?。ㄒ话阍?/4至1/2英寸之間，非廣播級(jí)標(biāo)準(zhǔn)）、信號(hào)壓縮比大等因素使圖像質(zhì)量不太高；同時(shí)由于基線原因，該類型的攝像機(jī)不能用于很近或很遠(yuǎn)目標(biāo)的拍攝。

雙機(jī)平行式分體機(jī)由于其攝像機(jī)的排列和取景方式與一體機(jī)相似，因此其具有一體機(jī)的所有優(yōu)良特性；同時(shí)由于采用兩機(jī)獨(dú)立的鏡頭，因此機(jī)器可獲得足夠的光通量而保證攝像質(zhì)量；另外其基線較大，對(duì)于遠(yuǎn)景的拍攝比較自如。

雙機(jī)垂直分光式分體機(jī)具有如下特點(diǎn)：1）機(jī)身重，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；2）要采用鏡頭分光鏡；3）存在倒像問題（包括左右倒像）；4）基線較小。因此該類攝像機(jī)對(duì)攝像支撐及附屬裝置要求較高；對(duì)照明要求高（同樣條件需提高一檔光圈）；對(duì)拍攝監(jiān)視器要求更高（要求具有倒像功能）；另外，由于基線原因致使其拍攝目標(biāo)范圍大受限制。

綜上所述，在立體攝像機(jī)的造型上，筆者以為：一般新聞采訪建議采用一體機(jī)（有較多遠(yuǎn)鏡頭時(shí)可輔以雙機(jī)平行式分體機(jī)）；風(fēng)光片或?qū)Ξ嬞|(zhì)要求較高的場(chǎng)合應(yīng)采用雙機(jī)平行式分體機(jī)；在演播室（廳）等光照充足的室內(nèi)進(jìn)行特寫則建議采用雙機(jī)垂直分光式。

但在拍攝過程中要依靠特定裝置來改變兩個(gè)攝像鏡頭的夾角，以模擬人眼焦點(diǎn)的改變，使鏡頭推拉時(shí)的圖像能跟上人眼焦點(diǎn)的轉(zhuǎn)移，以免使終端觀看者發(fā)生頭暈現(xiàn)象。立體字幕一般通過特殊的切換臺(tái)改變“字幕”在“三維”空間中的位置產(chǎn)生。攝像機(jī)、切換臺(tái)的輸出均為2路HD-SDI碼流。記錄采用雙路（HD-SDI格式）輸入式錄像機(jī)。

2.3D電視信號(hào)的處理

如圖1，將來自切換臺(tái)的雙路HD-SDI信號(hào)送入編碼器進(jìn)行壓縮、編碼，輸出ASI信號(hào)。該信號(hào)經(jīng)調(diào)制后進(jìn)入傳輸信道（有線網(wǎng)、衛(wèi)星網(wǎng)、地面無線網(wǎng)）。

播放3D電視節(jié)目需要的數(shù)據(jù)量比普通（高清）電視節(jié)目大，通常帶寬為普通（二維）節(jié)目的兩倍。對(duì)目前有線、衛(wèi)星甚至無線服務(wù)而言，要傳輸立體節(jié)目就必須犧牲畫面質(zhì)量。比較可行的辦法是將分辨率降低一半，使清晰度減半。另有一種辦法是所謂1.3倍帶寬法，即用1倍帶寬傳輸視頻信息，用0.3倍帶寬傳輸攝像機(jī)預(yù)測(cè)的深度信息。

3.3D電視的多信道傳輸

3D電視是新事物，其在多信道（如有線電視）中傳輸是較為經(jīng)濟(jì)的業(yè)務(wù)推廣手段。“十二五”期間，H.264編碼技術(shù)十分成熟，且相應(yīng)的解碼芯片能夠兼容MPEG-2。這使得3D電視在有線網(wǎng)中經(jīng)濟(jì)地傳輸成為可能。圖2是我國(guó)3D電視在有線網(wǎng)中的傳輸示意圖。

如圖1，（一套）立體電視信號(hào)（分R、L兩路）采用H.264編碼調(diào)制上變頻為規(guī)劃的有線電視RF頻道后與原MPEG-2編碼調(diào)制混合信號(hào)進(jìn)行再混合后在有線網(wǎng)中傳輸。終端要采用高清機(jī)頂盒收看。

4.3D電視的顯示

通常3D電視圖像正常顯示的充要條件是：a）正常工作的支持3D電視成像的顯示設(shè)備。b）一定的立體圖像光學(xué)輔助裝置。筆者將其二者之和定義為立體電視終端。本文主要研究輔助裝置。主要有以下幾種：

1）被動(dòng)色差式。觀眾欲觀看立體圖像必須佩戴濾色立體眼鏡。

2）被動(dòng)偏光式。須佩戴偏光眼鏡。

3）主動(dòng)快門式。須佩戴相應(yīng)的眼鏡。

4）障柵式。在液晶顯示器工藝制造上使用開關(guān)液晶層和偏振膜制造一系列方向?yàn)?0度的垂直條紋。

5）柱狀透鏡式。在液晶顯示屏的前面加一層柱狀透鏡。

6）指向光源式。給原液晶顯示屏配兩組LED。

以上幾種輔助裝置的比較如下：

被動(dòng)色差式具有成本低的優(yōu)點(diǎn)，其易使畫面邊緣產(chǎn)生偏色，顯示效果是6種裝置中最差的。

被動(dòng)偏光式成本不太高，但對(duì)顯示設(shè)備（器件）的要求較高，其顯示效果雖比被動(dòng)色差式好，但看起來不太真實(shí)，部分人群觀看時(shí)易感到疲倦。

主動(dòng)快門式能保持畫面的原始分辨率，而且亮度不降低。但該裝置（配套眼鏡）價(jià)格很貴，目前市場(chǎng)價(jià)約為50元/副。

障柵式與LCD工藝兼容，具有量產(chǎn)和成本優(yōu)勢(shì)，但顯示畫面亮度低，分辨率隨播出圖像的增加反而降低。

柱狀透鏡式的優(yōu)點(diǎn)是不影響亮度，但分辨率與障柵式相仿。

指向光源式具有分辨率高、透光性強(qiáng)、不影響原顯示器件的設(shè)計(jì)架構(gòu)等優(yōu)勢(shì)，但其仍處于開發(fā)階段，未有成熟產(chǎn)品問世。

以上分析表明，主動(dòng)快門（眼鏡）式在“十.二五”中期將是主流產(chǎn)品。實(shí)質(zhì)上，目前該裝置已得到最廣泛的應(yīng)用，索尼、松下、三星、創(chuàng)維等品牌廠家推出的3D電視，都是以主動(dòng)快門式眼鏡配合觀看。但筆者以為，從大力推廣3D電視的長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃來看，指向光源式因不需佩戴眼鏡，又具有一定的基本技術(shù)參數(shù)和設(shè)計(jì)優(yōu)勢(shì)，應(yīng)為研究和發(fā)展的方向。

3D電視的發(fā)展

根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，制作一部立體動(dòng)畫片的投資為在普通片上追加30%的費(fèi)用；而制作一部真人實(shí)景的節(jié)目理論上需追加一倍的投資，而鑒于創(chuàng)造力、熟練度等隱形成本，實(shí)際投資將進(jìn)一步增大。因此筆者預(yù)言：實(shí)現(xiàn)3D電視的普及可能是下一個(gè)五年計(jì)劃的事。

但即使是這樣，全國(guó)多家有線電視運(yùn)營(yíng)機(jī)構(gòu)都在進(jìn)行3D電視的播出。2007年，美國(guó)國(guó)家地理頻道試播了立體電視節(jié)目；2009年TNT電視臺(tái)對(duì)NBA進(jìn)行周末立體電視直播；日本BS11頻道通過BSD衛(wèi)星開設(shè)“煥然一新”立體節(jié)目和立體廣告；英國(guó)SKY電視臺(tái)成功地試驗(yàn)了經(jīng)由高清機(jī)頂盒向家庭電視機(jī)的立體節(jié)目分發(fā)。而且在2012年奧運(yùn)會(huì)上還通過衛(wèi)星直播奧運(yùn)節(jié)目。

3D電視對(duì)電視機(jī)而言是一個(gè)新功能，但其發(fā)展涉及到（雙通道）3D電視的制作、播出、傳輸和傳播（運(yùn)營(yíng)）等各個(gè)環(huán)節(jié)，是一項(xiàng)革命。筆者以為，3D電視的發(fā)展應(yīng)從以下幾個(gè)方面考慮：

1）盡快組織制定立體電視標(biāo)準(zhǔn)。我國(guó)相關(guān)部門（組織）要盡快制定立體電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 或國(guó)標(biāo)，包括攝、錄、編、播、終端顯示和監(jiān)測(cè)，有效地抑制立體電視圖像對(duì)用戶造成的不良生理影響。

2）建立立體電視制作基地。鑒于目前立體電視節(jié)目制作成本高、人才匱乏、經(jīng)驗(yàn)不足等情況，可考慮集中有實(shí)力的電視臺(tái)、影視制作機(jī)構(gòu)組建立體電視制作聯(lián)盟，在此基礎(chǔ)上建立制作基地，以優(yōu)勢(shì)資源制作高性價(jià)比立體電視節(jié)目。

3）實(shí)現(xiàn)內(nèi)容生產(chǎn)與終端銷售的戰(zhàn)略合作。在三網(wǎng)融合形式下，可以借鑒互聯(lián)網(wǎng)電視的發(fā)展模式，將立體電視終端與節(jié)目進(jìn)行捆綁銷售。

基于互動(dòng)的3D電視考慮

理論上說，3D電視無論是制作與顯示成本、傳輸帶寬都是前所未有的，是一項(xiàng)定位于高端的服務(wù)。從現(xiàn)有的傳輸方式來看，有線網(wǎng)的傳輸應(yīng)該是首選，而服務(wù)的對(duì)象是高端用戶。筆者以為，“十.二五”末發(fā)展基于點(diǎn)播方式的3D電視是上上策。這是因?yàn)椋旱谝?，點(diǎn)播具有（一套）節(jié)目跳躍觀看與分割觀看（一次看其中一部分）的屬性，可有效地避開現(xiàn)在及將來一段時(shí)期內(nèi)的3D電視觀看疲勞所帶來的負(fù)面影響；第二，將3D電視節(jié)目集中于點(diǎn)播板塊中可充分顯示立體視頻特有的震撼力、藝術(shù)魅力和特殊功能，如（足球）“精彩射門集錦”、“江山如畫風(fēng)景呈現(xiàn)”、“三維樓市盤點(diǎn)”等。筆者堅(jiān)信：未來相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間，互動(dòng)3D電視都將是有線電視運(yùn)營(yíng)商應(yīng)對(duì)三網(wǎng)融合、提升競(jìng)爭(zhēng)力的高端業(yè)務(wù)之一。