基于多視點轉換的裸眼3D技術研究

潘繼水，陳雪芳，曾秀媚，葉李新

（1. 東莞康佳電子有限公司，廣東東莞，523685；2.東莞理工學院，廣東東莞,523808）

基于多視點轉換的裸眼3D技術研究

潘繼水1，陳雪芳2，曾秀媚2，葉李新2

（1. 東莞康佳電子有限公司，廣東東莞，523685；2.東莞理工學院，廣東東莞,523808）

本項目通過選用5適點技術，經過測試，屏幕的分辨率到達理想效果，為3D裸眼技術產業(yè)化發(fā)展提供了技術依據(jù)。

3D顯示技術；多視點轉換；裸眼3D；FPGA設計

0 引言

多視點轉換的裸眼3D技術[1]是指將目前的3D裸眼技術進行技術創(chuàng)新，使顯示分辨率、觀看視角、畫面縱深度和觀看舒適度等方面都有良好體驗。裸眼3D技術盡管已經給觀看者帶來觀賞3D的便捷性，但是在觀賞3D技術時還是會出現(xiàn)一些問題，如:因為3D畫面的閃爍感太強，如果過長時間的觀看，往往會出現(xiàn)一些不適的癥狀，如頭暈、頭脹等。而且，觀看者所在的位置必須正對屏幕，雙眼也要與屏幕保持水平。而多視點轉換的裸眼3D技術將采用有源狹縫光柵裸眼3D超高清液晶屏[2]，同時在一臺高配計算機上，對視頻圖像數(shù)據(jù)進行多視點轉換，其次，從片源內容制作端開始，將畫面的“深度數(shù)據(jù)”嵌入在圖像數(shù)據(jù)中，液晶屏光柵施加電壓，讓液晶屏顯示3D圖像，測試裸眼3D效果。

1 選擇裸眼3D液晶屏

該技術采用有源狹縫光柵（Active Barrier）裸眼3D超高清液晶屏，光柵的形態(tài)是一塊液晶玻璃，位于顯示屏最前面，具有2種狀態(tài)，可相互切換。不施加電壓時，液晶玻璃是一塊透明玻璃，應用于2D模式；給液晶玻璃施加電壓時，液晶玻璃形成一塊狹縫光柵，影響圖像光路，配合3D電子驅動而產生3D效果。為了解決裸眼3D模式下畫面亮度偏低的問題，LED背光源具有2種工作模式，3D模式為滿功率輸出，2D模式為部分功率輸出，即解決了3D模式下亮度偏低問題，也確保了2D模式下的節(jié)能環(huán)保。

2 多視點轉換算法計算機驗證

首先，在一臺高配置計算機上，對視頻文件的圖像數(shù)據(jù)進行多視點轉換，得到另一個視頻文件，然后，播放該視頻文件，從計算機顯卡HDMI輸出4K@60Hz信號給電視主板，主板驅動裸眼3D液晶屏顯示圖像，光柵要施加電壓，測試裸眼3D效果。如果效果不滿足要求，適當修改多視點轉換參數(shù)，直到測試3D效果滿足要求為止。

3 多視點轉換算法FPGA[3]設計

要進行實時多視點轉換，畫面的深度數(shù)據(jù)必不可少。為了不在局部上存在深度數(shù)據(jù)失真，影響3D顯示效果，本技術采用的是“杜比3D”格式的3D技術[4]，它允許工作室保持其創(chuàng)意的完整性，通過整個鏈控制內容的意圖。它也確保了一致的內容交換的各個階段的格式和圖片質量。格式使用來自生產的可用元數(shù)據(jù)生成高質量立體熒光觀察的深度圖。杜比3D最大化可用深度范圍和智能維護導演的對象放置在那里，確保正確的觀眾焦點。播放，杜比3D格式的解碼工作用壓縮深度圖和嵌入式元數(shù)據(jù)提供準確無眼鏡3D顯示器的預編碼特征的繪制。從片源內容制作端開始，將畫面的“深度數(shù)據(jù)”嵌入在圖像數(shù)據(jù)中，因深度數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)量不大，不會增加信號帶寬，與現(xiàn)有傳輸設備兼容。

其次，電路上需要“實時多視點”轉換處理，本項目FPGA選用Altera公司生產的5AGXFB3H6F35C6芯片。由雙鏡頭照相機拍攝左右視察圖像，其圖像對應點上視察大小與場景的深度信息密切相關，通過對相應點視察大小的計算，即根據(jù)不同的基元，分為相位，特征，區(qū)域匹配的立體匹配運算，可以得到左右視察圖像的深度信息，形成該場景深度圖像，利用深度圖像與其中一幅視差圖像，便可形成多幅視差圖像，最終實現(xiàn)多視點之間轉換。

4 關于電路設計

本技術電路系統(tǒng)由開關電源、電視主板、實時多視點轉換電路（FPGA）、LVDS轉VByOne電路、幀率轉換電路（FRC）、智能背光驅動電路、視障光柵控制電路、液晶屏體等組成。開關電源給“電視主板”和“背光驅動電路”提供電源，經選通控制后主板給其它電路板提供電源。視頻信號按順序“視頻源→電視主板→實時多視點轉換→LVDS轉VByOne電路→幀率轉換電路→液晶屏體”傳輸。

4.1 集成的視頻信號處理電路（TV SOC）

本電路支持各種目前常用的視頻信號源，如AV、YPbPr、VGA、HDMI、USB及網(wǎng)絡視頻源等，支持2D信號、3D信號及2D轉3D功能。所有視頻輸入經本級電路后，統(tǒng)一格式輸出視頻信號給下一級電路，輸出信號格式為1920x1080@120Hz（簡寫FHD@120Hz）.

4.2 實時多視點轉換電路（FPGA）

本項目FPGA設計支持杜比3D格式信號，杜比3D格式信號，傳輸信號內嵌有畫面深度數(shù)據(jù)，本方案能提取這些深度數(shù)據(jù)，3D效果更完美。

4.3 幀率轉換電路（FRC）

幀率轉換電路是直接驅動液晶屏的電路，液晶屏要求的驅動信號是相對固定的，本項目液晶屏要求3840x2160@120Hz（簡寫QFHD@120Hz）信號驅動，這樣，F(xiàn)RC電路接收前級視頻信號，經過幀率轉換、圖像縮放、有時還包括運動補償（MEMC），輸出QFHD@120Hz信號，驅動液晶屏顯示圖像。

4.4 LVDS轉VByOne電路

隨著圖像信號分辨率、幀率的不斷提高，芯片輸出LVDS格式的視頻信號所需引腳越來越多，受芯片封裝限制，引腳數(shù)不可能無限增加。

4.5 視頻信號的處理

本方案電路上對視頻信號[6]的處理，分為3級：第一級是電視主板，即TV SOC，主芯片采用Mstar新一代Smart TV芯片MSD6A818A；第二級實時多視點轉換電路，即FPGA，實現(xiàn)兩視點到多視點轉換功能，多視點轉換是實現(xiàn)裸眼3D的關鍵技術之一；第三級，采用MST6M40[5]實現(xiàn)FRC即幀率轉換功能.

5 軟件設計方案

整個軟件系統(tǒng)主要由Android基本系統(tǒng)模塊、4K2K系統(tǒng)模塊組成。本項目軟件開發(fā)采用MSD6A818A平臺，該方案除了實現(xiàn)基本Android4.2系統(tǒng)、KONKA中間件架構、以及實現(xiàn)第三方應用。通過4通道的LVDS輸出 FHD@120Hz的2D信號，或FHD@120Hz Frame Sequence 3D信號，給FPGA電路，實現(xiàn)3D模式下實時多視點轉換功能，最終在4K屏上實現(xiàn)裸眼3D顯示。

6 小結

多視點轉換的裸眼3D技術還沒有正式投入到我們的生活中。在這個科技大發(fā)展的時代背景下，為人們帶來了更多便捷與舒適。

[1]郭冠軍.裸眼3D視頻轉換技術研究[D].電子科技大學,2013.

[2]芮明昭.多視點裸眼3D電視技術及其應用系統(tǒng)開發(fā)[D].廈門大學,2014.

Research of Naked Eye 3D Technology Based on Multi View Conversion

Pan Jishui1,Chen Xuefang2,Zeng Xiumei2,Ye Lixin2
Dongguan KangJia Electric Corporation, Dongguan Guangdong,523685;2.Dongguan University of Technology, Dongguan Guangdong, 523808)

In this project, 5 suitable point technology is selected. After testing, the resolution of the screen reaches the ideal result, which provides the technical basis for the industrialization development of naked eye 3D technology.

3D Display Technology; Multi-view Conversion; Naked Eye 3D; FPGA Design

廣東科技計劃項目（2016B090918009，2016A01010101038）。