Технологии 3D телевидения

НТУУ «КПИ»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

на тему:

«Технологии 3D телевидения»

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Киев 2011

 

 

Содержание

 

1. Вступление

2. 3D телевизоры

3. Как работает 3D Full HD телевидение

4. Спутниковое 3D телевидиние. Технологии и перспективы.

5. Выводы

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Вступление

 

В настоящее время появляются телевизоры, позволяющие видеть глубокое объёмное изображение, не используя  стереоскопические или иные очки. В будущем такие телевизоры смогут появиться в домах и будут  предназначены для трансляции телеканалов, а сейчас редкие экземпляры используются в основном для рекламы.

Одна из первых фотографий экрана 3d телевизора

 

По состоянию на август 2009 г. только японский телеканал BS11 3D (принадлежит компании Nippon BS), вещает передачи, поддерживающие трёхмерное изображение (работает с 2008 г.). В конце 2009 г. cпутник с 3D-вещанием был запущен в США, в 2010 г. — в России и Восточной Европе. 17 мая 2010 года телеканал OCEAN-TV впервые запустил тестовое 3D вещание, а с 8 июня 2010 года, во Всемирный день Мирового океана запустил регулярный показ музыкальных роликов с подводными съёмками в 3D формате. Первый трехмерный развлекательный канал „nShow 3D” с декабря 2010 года появился так же в Польше на цифровой платформе „Н”.

В индустрии видеоразвлечений технология 3D существует еще с 80-х годов двадцатого века. В большинстве советских  городов был кинотеатр «Стерео» или хотя бы зал стереокино. Так  чем же то 3D отличается от 3D нынешнего?

Обмануть наши глаза, а точнее, мозг, заставить его верить, что плоское  изображение обладает объемом, можно  разными способами. Самый простой  и известный — стереоэффект. Показывая  правому и левому глазу отдельно одно и то же изображение, но снятое с учетом особенностей каждого глаза, можно добиться иллюзии глубины  на картинке. Подобные трюки демонстрировались  на ярмарках еще в позапрошлом  веке.

Другой, более совершенной 3D-технологией  является голография. Плоское изображение  в ней является на самом деле многослойным. Свет, отражаясь от этих многочисленных слоев, создает эффект глубины и  объемности безо всяких вспомогательных  средств.

Безусловно, голография по всем параметрам обгоняет стереографию в битве за качество 3D-эффекта. Но проигрывает  в простоте реализации. На данный момент попытки создать голографическое  видео (вспомним «Звездные войны») носят  академический характер. Закоперщиками в этом деле являются японские ученые и специалисты Массачусетского технологического института.

Виды  трёхмерных мониторов. Стереоскопические 3D-дисплеи формируют отдельные изображения для каждого глаза. Такой принцип используется в стереоскопах, известных ещё с начала XIX века.

Автостереоскопические 3D-дисплеи  воспроизводят трёхмерное изображение  без каких-либо дополнительных аксессуаров  для глаз или головы (таких как  стереоочки или шлемы виртуальной  реальности).

Голографические 3D-дисплеи  имитируют пространственное размещение световых волн в таком виде, как  они располагались бы при отражении  света от реального трёхмерного  объекта.

Экран 3d телевизора

 

Объёмные дисплеи используют различные физические механизмы  для показа светящихся точек в  пределах некоторого объёма. Такие  дисплеи вместо пикселов оперируют  вокселами. Объёмные дисплеи строятся на разных принципах. Например, могут  состоять из множества плоскостей, формирующих изображение, которые  расположены одна над другой, или  плоских панелей, создающих эффект объёмности за счёт своего вращения в  пространстве.

Рекорд. Самый большой светодиодный 3D-телевизор был разработан украинской компанией ЕКТА и использовался для прямой трансляции финального матча Лиги чемпионов УЕФА в клубе Гётеборга (Швеция) 28 мая 2011 года.  Видеотрансляцию осуществила компания Viasat-Швеция.  Мировой рекорд зафиксирован в Книге рекордов Гиннесса.

 

2. 3D телевизоры

 

Принцип работы 3D телевизора. Все представленные на выставках модели 3D телевизоров имеют разрешение Full HD, так же как и средства предоставления объемного контента. Эти выставки вызвали большой интерес у посетителей. И если возможности объемного изображения уже реализованы в проекторах и телевизорах, то объемное телевидение высокой четкости - это другая технология.

3D в кинотеатрах. Объемное изображение в кинофильмах уже давно можно смотреть в кинотеатрах. При первых просмотрах использовались очки с разноцветными линзами. Здесь использовался принцип разделения изображения для левого и правого глаза. Очки еще были с красной и зеленой линзой.

Большим успехом в объемном кино стало использование поляризационных  очков. Эта технология называлась IMAX 3D. Тогда использовалось два проектора и на экране получалось два изображения одно с горизонтальной поляризацией, а другое с вертикальной поляризацией. У специальных очков левое и правое стекло пропускало только изображение со своей поляризацией и получалось объемное изображение. При таком методе можно было получить качественное и яркое изображение. Недостаток был в том, что при наклоне головы менялась яркость картинки и качество.

Более новой технологией  объемного кино стало RealD. По этой технологии применялся один цифровой проектор, который проецировал кадры для левого и правого глаза поочередно на высокой частоте. Что бы качество картинки не зависело от наклона головы, использовалась круговая поляризация. Для одного кадра применялась поляризация по часовой стрелке, а для другого против часовой стрелки. При таком методе трехмерное изображение получалось более качественное и естественное. Только в силу технологических особенностей такая технология может применяться только в небольших залах с сохранением качества.

При всех этих методах в  кинотеатрах применяют специальные  посеребренные ткани для экранов  и сложное оборудование для проекторов. Такие технологии не рационально  использовать в домашних условиях, а тем более в телевизионной  технике. Применение в телевизорах  поляризации невозможно на всей площади  экрана.

3D в телевизорах Full HD. В ранее применяемых моделях объемного видео (кинескопные телевизоры, проекторы) применялся принцип деления разрешения изображения на два. И один кадр стереоизображения выводился на четных строках, а другой кадр на нечетных строках. При таком методе деления изображения разрешение кинескопного телевизора по вертикали снижалось до 300 строк. А в случае применения Full HD снижение будет до 540 строк при родном разрешении в 1080 точек по вертикали. Выводилось изображение для каждого глаза отдельно, и в один момент времени один глаз видел свой полукадр, а другой именно в этот момент времени ничего не видел. В следующий полукадр было наоборот, и уже другой глаз видел изображение, а первый нет.

Для обеспечения разрешения HD в 3D телевизорах, то есть 1080 точек  по вертикали, можно применять тот  же принцип, что и раньше: выводить поочередно отдельно кадры для каждого  глаза. При этом сделать так, что  бы каждый кадр видел только один глаз, а другой глаз видел уже свой, то есть следующий кадр изображения.

В обычном телевизоре по такой технологии кадры будут  идти с частотой 25 Гц, ведь кадровая частота там 50 Гц и если разделить  для каждого глаза изображение  то и получится 50:2=25 кадров в секунду. И если в кинотеатрах кинофильмы идут с частотой 24 кадра в секунду, то там мы видим отраженный свет с большого расстояния. В телевизорах  при частоте 25 Гц будет заметно  мерцание и будут болеть глаза. Если же взять режим 24р, реализуемый в  современных телевизорах для  просмотра как раз кинофильмов  с частотой 24 кадра в секунду, то там на самом деле частота кадров берется кратной 24 и составляет 72 или 96 Гц.

Получается, что Full HD 3D не сможет нормально воспроизводиться на обычных HD жк телевизорах. Для комфортного  просмотра нужна частота в 60 Гц для каждого полукадра (такое  значение вывели в результате исследований), то есть общаякадровая частота должна быть 120 Гц, а значит даже 100 герцовые телевизоры не подойдут для показа 3D. При этом каждый кадр должен выводиться с разрешением 1920х1080 точек, что соответствует Full HD.

Время отклика в 3D телевизорах. Для обеспечения четкого изображения нужно, что бы каждый пиксель на экране менял свое положение 120 раз в секунду, при этом каждый раз он будет выводить изображение другого полукадра. И если в 2D для получения хорошей четкости это не так критично, то в 3D нельзя допустить, что бы кадры перекрывались, значит нужно очень маленькое время отклика пикселя. По этому параметру лучшими для объемного телевидения являются плазменные панели, ведь в них время отклика пикселей меньше чем в жк матрицах. Но в плазменных панелях другой недостаток – это спад свечения пикселя и производители применяют дополнительные методы для уменьшения этого свечения.

Для lcd панелей время отклика  должно быть меньше 3 мили секунд, а этого значения достигают не все матрицы. Поэтому при просмотре 3D на жк телевизорах может возникать эффект строба и срывы особенно на быстрых сценах. При просмотре сигнала объемного телевидения на проекционных телевизорах может возникать эффект радуги. Поэтому, по отзывам посетителей выставок, наилучший результат при показе контента объемного телевидения получается у плазменных панелей.

Но учитывая развитие рынка  жк телевизоров и интерес фирм производителей можно ожидать, что  в скором времени они преодолеют недостатки во времени отклика матриц.

Передача  контента к 3D телевизорам. Еще одна сложность возникает с доставкой Full HD 3D контента от источника к телевизору. Во первых должно происходить считывание с диска по двух канальной системе, а затем еще и передать такой сигнал. А для передачи уже потребуется HDMI 1.4, ведь распространенный сегодня интерфейс HDMI 1.3 может и не справиться с передачей 120 кадров в секунду в качестве Full HD.

Очки  для 3D телевизоров. А для приема 3D изображения применяются все те же очки. Правда они теперь активные, то есть они с помощью встроенного чипа управляют затенением нужной линзы. Раньше применялись пассивные очки с поляризационными фильтрами. Для управления активными очками применяется беспроводная схема синхронизации с изображением на экране телевизора, реализованная с помощью инфракрасного излучения.

В системах технологии объемного телевидения без очков лежит принцип разделения изображения для каждого глаза с помочью микролинз на экране. Здесь один кадр разделяется на изображение для каждого глаза отдельно и значит никак не получается высокое разрешение Full HD.

На сегодня получение Full HD объемных телевизионных систем связано только с использованием очков.

Конечно, с развитием телепередач  в системах объемного телевидения  и выпуском все новых фильмов развитие 3D телевизоров только будет набирать скорость

 

3. Как работает 3D Full HD телевидение

Начало нынешнего 2010-го года отличилось революционными событиями  в области технологии производства трехмерных Full HD телевизоров и средств воспроизведения 3D медиаконтента. В блогах постоянно идет обсуждение 3D технологии, а количество посетителей "трехмерных" стендов на прошедших недавно выставках зашкаливало. Плюс ко всему, вышедший на экраны самый дорогой в истории кинематографа 3D фильм "Аватар" способствовал подъему интереса на рынке домашних кинотеатров и 3D телевидения. По всему миру прокатилась первая волна трехмерного телевидения, активно началось освоение и производство Full HD 3D телевизоров в серийных масштабах. Давайте попробуем понять основные принципы работы 3D телевидения.

Первые попытки реализовать  что-то подобное были предприняты мировым  сообществом еще несколько десятилетий  назад. Так, например, в Москве, на Арбате в кинотеатре "Октябрь" существовал  зал стереокино и при входе  посетителям выдавались очки, у которых  левая линза была красной, а правая голубой. Эти линзы создавали  простейший светофильтр, который позволял разделить картинки для левого и  правого глаза, благодаря чему можно  было любоваться объемным кинофильмом. Такой метод получения стереопары изображения носит название – анаглиф. Реализовать разделение изображений оказалось просто, но, увы, качество цветопередачи оставляло желать лучшего.

Революционным событием в  области объемного кино стало  применение технологии IMAX 3D, разработанной канадской компанией IMAX Corporation. Эта технология использует два мощных пленочных проектора, которые проецируют на большой экран изображение для правого и левого глаза.

В IMAX используется 2 проектора, каждый из которых создает изображение  для левого и правого глаза, поляризованное в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Надев стереоскопические  очки, у которых на стеклах стоят  светофильтры, пропускающие только свой строго поляризованный свет, человек  воспринимает один и тот же объект под разными углами и видит  объемное изображение. Технология IMAX 3D дает нам возможность просмотра 3D изображений на очень большом  экране, но применение линейной поляризации  приводит к тому, что если наклонить  голову немного в сторону изображение  начнет двоиться, терять яркость и  стереоскопический эффект может  исчезнуть.

RealD - еще одна 3D кинотехнология, которая использует цифровое стереоскопическое проецирование, появилась в конце 2007 года. В отличии от IMAX 3D здесь используется один цифровой проектор, который с высокой частотой попеременно проецирует кадры для каждого глаза. В технологии RealD применяют круговую поляризацию кадров правой и левой поляризации. Здесь применяются очки с противоположной круговой поляризацией на правом и левом стекле, благодаря этому каждый глаз видит свою собственную картинку вне зависимости наклона головы зрителя. Проектор обеспечивает высокую скорость передачи кадра — 72 кадра в секунду для каждого глаза, это позволяет уменьшить мерцание по сравнению с обычным видео, где изображение передается со скоростью 25 кадров в секунду. Таким образом, достигается стабильное и устойчивое 3D изображение. Технология RealD более естественно передает цвета трехмерного изображения. Единственным недостатком RealD является потеря яркости в силу использования одного цифрового проектора и более сложного поляризатора, поэтому RealD можно использовать только в небольших кинозалах.