立體電視發(fā)展線路及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作進(jìn)展

    立體電視完全替代2D高清晰度電視不會(huì)在近年發(fā)生。對于立體電視業(yè)務(wù)的開展，ITU-R預(yù)測有線付費(fèi)電視運(yùn)營商與無線廣播電視運(yùn)營商會(huì)有不同的商業(yè)模式，因此所傾向的系統(tǒng)方案會(huì)有不同。目前，有線付費(fèi)電視運(yùn)營商預(yù)計(jì)將傾向于第1代Level 2級別系統(tǒng)，而無線廣播電視運(yùn)營商將會(huì)傾向于第1代Level 4級別系統(tǒng)。

    有線付費(fèi)電視運(yùn)營商采用第1代Level 2級別系統(tǒng)，只需要利用新的傳輸帶寬增設(shè)新的頻道，可以不改變網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)以及更換現(xiàn)有機(jī)頂盒。立體電視業(yè)務(wù)的開展不影響原有2D電視業(yè)務(wù)，并可以在未來升級到第1代Level 3級別系統(tǒng)，提高立體電視的圖像質(zhì)量。

    無線廣播電視運(yùn)營商只有有限的空中頻率資源，通常2D電視業(yè)務(wù)已經(jīng)占用已有頻率，因此尋找新的頻率采用第1代Level 2級別系統(tǒng)開展立體電視業(yè)務(wù)有困難。無線廣播電視運(yùn)營商可以采用第1代Level 4級別系統(tǒng)，開展兼容2D電視業(yè)務(wù)的立體電視業(yè)務(wù)。傳統(tǒng)2D電視用戶可以在第1代Level 4級別系統(tǒng)中收看一路2D畫面，立體電視用戶需要購買新的終端及顯示設(shè)備。

    以下對第1代立體電視系統(tǒng)的主要環(huán)節(jié)進(jìn)行介紹，包括立體視頻采集與生成、節(jié)目制作、編碼與傳輸、立體顯示等。

    3.1 立體視頻采集與生成

    立體視頻通常采用兩臺(tái)單鏡頭攝像機(jī)或一臺(tái)雙鏡頭攝像機(jī)進(jìn)行采集。人雙眼瞳距大約6.5厘米，因此為獲得符合人眼觀看習(xí)慣的立體視頻，兩臺(tái)攝像機(jī)鏡頭軸線的最佳距離也應(yīng)為6.5厘米。但專業(yè)攝像機(jī)的鏡頭通常較大，此時(shí)可采用交叉支架將兩臺(tái)攝像機(jī)垂直放置，并在鏡頭前端放置半反射鏡把光線分別反射、透射給兩臺(tái)攝像機(jī)。目前，國內(nèi)外都有多種3D支架可供選擇。3D支架分為機(jī)械型、電動(dòng)伺服型以及自動(dòng)跟蹤型，可滿足不同的拍攝需要。Sony公司推出了一款專為立體視頻拍攝而設(shè)計(jì)的攝像機(jī)HDC-P1。HDC-P1擁有小型機(jī)身，便于在各類支架上安裝設(shè)置。調(diào)整攝像機(jī)間距可獲得不同的立體效果。例如，拍攝遠(yuǎn)距離景物時(shí)為加強(qiáng)立體效果可加大間距，需要減弱立體感時(shí)則縮小間距。某些時(shí)候，還可附加深度探測器輔助拍攝。深度探測器采用激光或紅外光線進(jìn)行探測，試圖給出拍攝場景的深度信息。但由于精度、反射、物體透明性等方面的因素，獲取的深度信息通常存在誤差。此外，還可采用攝像機(jī)陣列采集多個(gè)角度的立體視頻。

    立體視頻生成的方式主要有兩類：一類是采用計(jì)算機(jī)生成，根據(jù)計(jì)算機(jī)圖形學(xué)原理，通過對物體、場景進(jìn)行三維建模，計(jì)算機(jī)可根據(jù)需要渲染出一個(gè)或多個(gè)角度的立體視頻；另一類生成方式是2D視頻到立體視頻的轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換的大致過程是將圖像中的物體進(jìn)行分割，為每個(gè)物體設(shè)置深度信息，并對轉(zhuǎn)換后的空白區(qū)域進(jìn)行填充，其中深度信息可以利用2D視頻進(jìn)行估計(jì)。目前，高精度自動(dòng)2D視頻到立體視頻轉(zhuǎn)換還有技術(shù)難點(diǎn)，還需進(jìn)一步研究。

    3.2 節(jié)目制作

    節(jié)目制作涉及到立體視頻的剪輯、校正、特效添加等環(huán)節(jié)。由于最終要呈現(xiàn)出立體的效果，各環(huán)節(jié)的操作相對傳統(tǒng)2D視頻都有不同。在剪輯環(huán)節(jié)，某些情況下立體視頻剪輯后需要進(jìn)行左右畫面位置的對齊。畫面對齊可以借助拍攝時(shí)的同步信號以及伴音等信息來實(shí)現(xiàn)。在校正環(huán)節(jié)，立體視頻拍攝時(shí)由于攝像機(jī)配置等原因通常會(huì)有拍攝誤差，誤差大于一定程度將會(huì)帶來立體效果丟失或視覺疲勞，因此在視頻處理階段需要對這些誤差進(jìn)行校正。這些校正包括色彩校正、梯形校正、旋轉(zhuǎn)校正等。在字幕等字符和圖形的加入環(huán)節(jié)，需要采用負(fù)視差加入字符和圖形，即將字幕浮動(dòng)到屏幕的最前方。立體畫面的切換要考慮到視覺感受。傳統(tǒng)2D視頻可以通過鏡頭快速切換達(dá)到視覺沖擊的效果，但在立體視頻中這會(huì)帶來人眼的頻繁調(diào)焦，從而產(chǎn)生視覺疲勞。因此在節(jié)目制作中，立體畫面的轉(zhuǎn)換和過渡要柔和�？傊�，立體電視節(jié)目的制作要保證高視頻質(zhì)量，從而將視覺疲勞程度降到最低。

    3.3 編碼與傳輸

    視頻編碼的作用在于去除視頻數(shù)據(jù)的各類冗余以便于傳輸和存儲(chǔ)。采用不同信號格式的立體電視系統(tǒng)需采用不同的信源編碼方案。對于第2節(jié)所述的第1代Level 1和Level 2級別立體電視系統(tǒng)，其視頻信號可看作一路傳統(tǒng)2D電視信號，因此可采用MPEG-2或H.264/AVC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼。第1代Level 3級別立體電視信號是在第1代Level 2信號的基礎(chǔ)上迭加增強(qiáng)信號而形成。如果把增強(qiáng)信號看作分辨率增強(qiáng)層，則與可伸縮視頻編碼的概念吻合，所以可采用H.264 SVC標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行編碼。編碼第1代Level 4級別立體電視信號可采用MPEG-2 Multiview Profile或H.264 MVC標(biāo)準(zhǔn)。編碼的基本思路是，對左視（或右視）畫面進(jìn)行傳統(tǒng)編碼，而右視（或左視）畫面可以進(jìn)行視間預(yù)測提高編碼效率。編碼立體電視信號的指導(dǎo)原則是編碼后的數(shù)據(jù)適合各類信道傳輸，這包括滿足碼率、容錯(cuò)性能、時(shí)延等方面的要求。

    立體電視節(jié)目可以在DVB等網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下以廣播的形式傳輸，也可以在IP網(wǎng)絡(luò)下以流媒體的形式傳輸。為人所熟知的數(shù)字電視廣播系統(tǒng)包括，DVB-C/S/T，ATSC，ISDB-C/S/T，地面國標(biāo)等。立體電視節(jié)目經(jīng)編碼復(fù)用后可以在以上系統(tǒng)中廣播播出，在實(shí)際應(yīng)用中需要注意特定傳輸信道對碼率的要求�；ヂ�(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展推動(dòng)了VoIP、IPTV等應(yīng)用的產(chǎn)生。立體電視節(jié)目也可以在IP網(wǎng)絡(luò)中以單播、組播、P2P等形式傳輸。目前在IP網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下所采用的傳輸協(xié)議主要是RTP/UDP/IP，將來會(huì)過渡到RTP/DCCP/IP，后者會(huì)提供更好的網(wǎng)絡(luò)擁塞控制機(jī)制。關(guān)于立體電視傳輸技術(shù)的進(jìn)一步信息可參考文獻(xiàn)。

    3.4 立體顯示

    目前，進(jìn)入可用階段的立體顯示技術(shù)主要分為兩類，分別為stereoscopic顯示技術(shù)以及autostereoscopic顯示技術(shù)。Stereoscopic顯示技術(shù)需要觀看者佩戴眼鏡，主要包括偏振光和主動(dòng)快門式顯示方式。Autostereoscopic顯示技術(shù)不需要觀看者佩戴眼鏡，其基本原理是通過視差屏障（parallex barrier）、透鏡（lenticular lens）等機(jī)制將左右眼的畫面分別傳送到觀看者的左右眼。Autostereoscopic顯示技術(shù)的最大優(yōu)勢是讓觀看者擺脫了眼鏡的束縛，但是在分辨率、可視角度和可視距離等方面還存在不足，而且目前價(jià)格昂貴，很難進(jìn)入家庭。偏振方式stereoscopic顯示技術(shù)利用了光線有振動(dòng)方向的原理。例如：顯示時(shí)左右畫面分別經(jīng)過橫向偏振和縱向偏振，以水平偏振光和垂直偏振光的方式顯示出來，觀看者配戴相應(yīng)的偏振眼鏡，左右鏡片的偏振方向與左右畫面的偏振方向相同，這樣不合偏振方向的畫面會(huì)被鏡片過濾掉，左右眼分別看到相應(yīng)的左右畫面。由于在任一時(shí)刻要同時(shí)顯示兩路畫面，通常兩路畫面在垂直方向的分辨率都要減半，這導(dǎo)致每路畫面亮度降低。Sony公司推出的24和42英寸3D監(jiān)視器采用了偏振技術(shù)。目前，影院所采用的投影式偏振3D系統(tǒng)即基于以上原理。

    主動(dòng)快門式stereoscopic顯示技術(shù)是通過提高畫面刷新率來實(shí)現(xiàn)。顯示時(shí)左右畫面交替進(jìn)行顯示，同時(shí)信號發(fā)射器同步控制快門式3D眼鏡的左右鏡片開關(guān)，使左右雙眼能夠在正確的時(shí)刻看到相應(yīng)的畫面。主動(dòng)快門式stereoscopic顯示技術(shù)能夠保持畫面的原始分辨率，讓觀看者享受到全高清立體效果。該種顯示方式視覺效果出色，因此被很多廠商采用。目前，各公司推出的家用立體電視主要采用了主動(dòng)快門式顯示技術(shù)。