Технологии 3D телевидения

Все эти технологии для  больших экранов и помещений, а что может нам предложить индустрия для домашнего использования? В принципе и дома можно реализовать  на безе проекторов такие решения, но это будет слишком дорого и  нерационально! Что же делать, если использование поляризации света  при проецировании 3D изображения  на домашнем кинотеатре занятие очень  затратное, либо вообще невозможное? А  что если поочередно проецировать кадры  для каждого глаза и попробовать  синхронизировать кадры таким образом, что бы в нужные моменты времени  каждый глаз видел предназначенный  для него кадр, а другой в это  время ничего бы не видел и так  по циклу.

Придумать можно что угодно, но вот технически реализовать бывает сложно. Раньше принимались попытки  воспроизведения на телевизорах  трехмерного видео. Делалось это  путем деления разрешения изображения  пополам и чересстрочного вывода кадров стереопары на экран. В результате один кадр использовал четные строки, другой – нечетные. Но из-за этого  разрешение изображения по вертикали  снижалось в два раза. Поэтому  даже аппаратуре класса Full HD (1080p) удавалось  воспроизвести по вертикали всего 540 пикселей. Встала задача обеспечения вывода полноценного 3D HD изображения с разрешением в 1080 точек по вертикали.

Как уже отмечалось выше, достаточно организовать поочередный  вывод кадров для левого и правого  глаза и синхронизировать их. Если на обычном Full HD телевизоре воспроизвести  такой режим, то полный стереоскопический  кадр будет выводиться с частотой 25 раз в секунду. Этого должно быть достаточно, ведь в том же кинотеатре фильм идет с частотой 24 кадра  в секунду и все остаются довольными. Но в случае с телевизором мы имеем  дело с излучаемым светом, а не с  отраженным с большого расстояния от экрана. Из-за волновых свойств света  возникает ощущение мерцания и стробоскопический  эффект, вредный для глаз. Смотреть изображение становится для глаза  напряженным занятием и не безопасным для здоровья. В хороших телевизорах  режим 24 кадра для кино поддерживается путем эмуляция «киношной» частоты  за счет удвоения, утроения (и т.д.) этой частоты, и вывод картинки идет с  частотой не меньше 48 Гц, чаще всего 72 Гц или 96 Гц.

Но проведенные замеры и эксперименты выявили, что Full HD 3D видео невозможно смотреть на обычном Full HD телевизоре. Даже при 100 герцовом режиме будет всего лишь удвоение одного и того же кадра. Минимальная частота воспроизведения стереопары должна быть 60 раз в секунду для каждого кадра, или всего 120 кадров в секунду, тогда не будет возникать неприятный мерцающий эффект. Для этого проектор или телевизор должен обеспечивать воспроизведение 120 кадров в секунду, и каждый из них должен иметь разрешение 1920х1080 точек. Получается, что экран телевизора должен обладать очень впечатляющими параметрами отклика одного пикселя, что бы телевизор мог обеспечить частоту изображения 120 Гц, и это притом, что все кадры разные и в переходах между ними должны быть четкие границы, иначе объекты начнут размываться.

Для воспроизведения 3D Full HD изображения лучше всего приспособлены  плазменные панели, здесь время отклика  ячейки минимально, но зато довольно затянут спад свечения ячейки. Но доведя время гашения плазменной ячейки до минимальных значений можно получить изумительный результат, что и сделала компания Panasonic, реализовав это в своих плазменных панелях механизмом NeoPDP.

Если обратить внимание на ЖК-панели, то время отклика пикселя  должно быть не более 3 мс, а таким  параметрам пока могут похвастать лишь единицы ЖК-панелей. По впечатлениям с недавно прошедшей выставки, хотелось бы отметить, что Full HD 3D видео  отображается на плазменных панелях  намного лучше, чем на ЖК-телевизорах, на которых в моменты динамичных сцен наблюдается срыв изображения  и мерцание. В случае с 3D DLP проектором можно было заметить эффект радуги, обусловленный вращением колеса цветовых светофильтров. Так что, есть еще над чем поработать производителям матриц и проекторов.

Возникает еще одна проблема - обычный интерфейс HDMI версии 1.3 неспособен справиться с большой скоростью  передачи информации. Ведь приходится передавать несжатое видео с большой  скоростью - 120 HD кадров в секунду  от источника воспроизведения к  телевизору. Поэтому производители Full HD 3D телевизоров перешли на использование  следующей ревизии: HDMI 1.4. Поэтому понадобятся еще и новые кабели, поддерживающие ревизию 1.4.

Для просмотра на экране телевизора 3D изображения используются специальные очки. Только они уже  оборудованы микрочипом, который  обеспечивает поочередное затемнение фильтров, встроенных в стекла, в  соответствии с программой синхронизации. Технологически принцип затемнения светофильтров в очках схож с  принципом затемнения пикселя в  ЖК-панели. В телевизор встроен  блок беспроводной системы синхронизации, который задает последовательность в какой момент времени нужно  затемнять правое и левое стекло очков. Система работает на инфракрасных датчиках. Сами очки внешне очень похожи на те, которые мы видим в кинотеатрах.

Так что началась новая  эра развития Full HD 3D телевидения, которое  должно быть подкреплено организацией 3D телевизионных трансляции и выпуском большого ассортимента 3D видеофильмов. В частности со спутника HotBird в тестовом режиме уже сейчас доступно вещание первого Европейского демонстрационного 3D канала.

 

4. Спутниковое 3D телевидиние. Технологии и перспективы.

 

Появление на экранах кинотеатров  фильмов в 3D-формате закономерно  вызвало интерес к технологии у широкого круга пользователей. В настоящее время миллионы фанатов 3D во всем мире задаются вопросом:  «когда же  можно будет насладиться эффектом погружения, предоставляемым объемной картинкой, не выходя из дома, на экране собственного телевизора?»

Необходимо отметить, что  производители оборудования и провайдеры телевизионных каналов готовы идти навстречу новой технологии. Подтверждением тому может служить и специализированная выставка CES 2010, и первые трансляции 3D-передач британской компанией SKY, произведенные в марте текущего года и заявления американских и  российских компаний о готовности начать телевизионное 3D-вещание. Вопрос только в том, насколько просто и дешево это стоит.

Технологии. В кинотеатрах 3D технология появилась еще в 70-х годах прошлого века. Основана она была на стереоскопическом эффекте, получаемом от применения для левого и правого глаза различных светофильтров (анаглиф-технология). Кстати, желающие получить подобную картинку могут собственноручно изготовить соответствующие очки (с красным и синим светофильтрами).

Современная 3D-технология несколько  отличается от анаглифа. Хотя принцип  формирования объемного изображения  остался неизменным – для правого  и левого глаза показывается различные картинки, смена которых происходит с частотой, которую человеческий глаз воспринимать не может (скорость смены – менее 20 мс). Формирование такой картинки может осуществляться двумя путями.

Пассивная или поляризационная стереография. При таком способе эффект достигается за счет передачи для левого и правого глаза картинки в различных направлениях поляризации. Очки избирательно проецируют изображение на каждый глаз зрителя. Такой способ применяется в кинотеатрах. Его недостаток в необходимости значительного увеличения яркости картинки (до 70% света поглощается поляризационными фильтрами)

Стереография  с активным затвором. Именно такой способ предлагают современные производители 3D телевизоров. Активные очки попеременно закрывают затвором левый и правый глаз зрителя, на экран в каждый момент времени выводится картинка для открытого глаза. Явно становится видна необходимость синхронизации индивидуального устройства(очков) с источником изображения. Соответственно и стоимость такого устройства будет достаточно высока. Так что, посмотреть 3D-передачу всей семьей – удовольствие не из дешевых.

Автостереография. Объемная картинка формируется непосредственно перед экраном телевизора за счет применения оптико-механических дифракционных и рефракционных решеток. Технология известная (вспомните значки с объемными изображениями), но для широкого круга пользователей пока не доступная. По оценкам экспертов, подобные устройства появятся в продаже для потребителей не ранее 2015 года.

Перспективы. Таким образом, для желающих посмотреть телевизионную передачу в 3D-формате доступен пока единственный путь. Это приобретение 3D HDTV-телевизора (например, компаний Phillips или Samsung (последняя компания, кстати, весьма активно предлагает соответствующее оборудование на российском рынке и даже производит его на территории России) и комплекта активных очков для всех членов семьи. По оценкам, стоимость такого набора лежит в пределах 3-4 тысяч совершенно условных единиц.

Что же касается телевизионных 3D-каналов, то никаких препятствий  для начала такого вещания уже  сейчас просто нет. Производительность оборудования для спутникового телевидения, позволяющего передавать видео-поток  в формате HD, вполне достаточна для  того, чтобы осуществлять передачу изображения для 3D-приемников.

Так что, первая волна 3D-бума может ожидать нас уже в  текущем году. Тем более, что производители  медиа-контента (фильмов, компьютерных игр и др.) четко сориентированы на расширение рынка этих продуктов.

 

5. Выводы.

Что же ждет нас в будущем 3D-телевидения, пусть и не очень далеком? Естественно, корнями своими будущее прорастает в настоящее. Так что возможно, первые ростки уже показались.

Пожалуй, ближе всех к  настоящему «честному» трехмерному телевидению на сегодняшний день приблизилась компания Holografika, разработавшая технологию Holovizio, которую можно охарактеризовать как упрощенную модель голографии.

Главная проблема голографии состоит в том, что голограмма чрезвычайно избыточна, содержит очень  много ненужной информации, а это  в свою очередь вызывает большие  сложности в ее применении.

Инженеры Holografika задались вопросом - что нам нужно от голограммы? И оказалось, что нужно ни много  ни мало, а воспроизведение полного  спектрального и пространственного  поля, исходящего от изображаемого  объекта. Когда работает обычный  плоский экран, светятся пикселы  на его поверхности, соответственно мы четко видим пространственную проекцию картины на плоский экран, то есть классическую 2D телевизионную  картинку. Если бы вместо плоского экрана мы взяли реальные объекты или  их голографические изображения  и расположили их позади простого стеклянного экрана, световое поле проходящее сквозь стекло имело бы иной вид - световые пучки разных цветов распространялись бы не как от точечных источников, они бы имели не только различную яркость, но и пространственную ориентацию.

Именно это распределение  интенсивности и направленности источников света по поверхности  экрана и попытались воспроизвести  разработчики Holografika. Результатом их работы стали дисплеи с экраном Holovizio, поверхность которых образуется не пикселами, а вокселами (минимальный  объемный элемент трехмерного компьютерного  изображения) - компактными управляемыми источниками света. Для каждого воксела можно задать цвет, интенсивность и направление свечения.

Неудивительно, что результат новой технологии - самое реалистичное и захватывающе 3D-изображение, которое только способна создать современная инженерная мысль. Столь же предсказуем и эффект новой продукции - цены дисплеев Holovizio «немного» дороги, например топовая модель HoloVizio 720RC стоит в России более 15 миллионов рублей!

Хотя, если вспомнить, первые компьютеры и мобильные телефоны тоже стоили недешево.