3D技术浅析

D英文Dimension（度、维）的字头，3D便是指三维空间。相比普通的2D画面，3D更加立体逼真，让观众有身临其境的感觉。3D影像是因为眼睛产生的“视觉移位”。人的两眼左右相隔在6厘米左右，这意味着假如你看着一个物体，两只眼睛是从左右两个视点分别观看的。左眼将看到物体的左侧，而右眼则会看到物体的右侧。当两眼看到的物体在视网膜上成像时，左右两面的印象合起来，就会产生立体感觉，在大脑中形成具有立体纵深感的画面。

1 3D显示技术主要有以下几种

1.1色差式3D立体成像

色差式3D历史最为悠久，成像原理简单，实现成本低廉，但是3D画面效果也是最差的，需要配合色差式3D眼镜才能看到3D效果。色差式3D先由旋转的滤光轮分出光谱信息，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，人的每只眼睛都看见不同的图像。目前我们较为最常见的滤光片颜色通常是红蓝，红绿，或者红青，目前采用这种技术的影院已经越来越少了。

　　优点：技术难度低，成本低廉。

　　缺点：3D画质效果不是最好，图像和画面边缘容易偏色。

1.2快门式3D技术

快门式3D技术，使用一付主动式LCD快门眼镜，交替开关左眼和右眼，让左右眼看到的两幅图像在我们的大脑中融合成一体来实现，从而产生单幅图像的3D深度感。目前三星、LG所推出的3D电视主要使用的就是这种3D显示技术。在PC领域的NVIDIA的3Dstereo、在投影领域的德州仪器的DLP-Link，Xpand 3D系统也都是属于快门式3D技术。

快门式3D技术的原理是根据人眼对影像频率的刷新时间来实现的，通过提高画面的快速刷新率（至少要达到120Hz）左眼和右眼个60Hz的快速刷新图象才会让人对图象不会产生抖动感，并且保持与2D视像相同的帧数，观众的两只眼睛看到快速切换的不同画面，并且在大脑中产生错觉，便观看到立体影像。主动快门式眼镜都采用的是液晶控制开合，通过液晶分子的运动控制左眼或右眼感知画面，刷新频率为60Hz，这样就是为什么3D电视要求面板刷新率最低为120Hz的原因。

在电视机端采用RF或IR发射同步信号，眼镜里的MCU接收到信号后进行处理，分离出R/L的开关信号，经升压电路做升压处理（约10V）后作为眼镜镜片的开关电压。此外，眼镜里面还有一个3.7-4.2V输入降至的用来给单片机供电，一个+5V输入（USB处取电）给锂电池充电的充电电路。而由TI制作的电视与投影机打出的DLP-Link白光快门讯号会直接由Xpand公司制作的眼镜接收，免除过去需额外组装发射器的昂贵IR系统。

优点：资源相对较多，厂商宣传推广力度大，3D效果出色。

缺点：快门眼镜价格昂贵。

1.3偏光式3D技术

偏光式3D技术（即偏振式3D技术），属于被动式3D技术，眼镜价格也较为便宜，目前3D电影院、3D液晶电视等很多采用偏光式3D技术。偏光式3D也细分出了很多种类，例如应用于投影机行业的偏光式3D技术，则需要两台以上性能参数完全相同的投影机才能实现3D效果，而应用于电视行业的偏光式3D技术则需要画面具有240Hz或者480Hz以上的刷新率，同时在屏上贴一种偏光膜，使画面能从不同的方向传送，而偏光眼镜让左右眼画面分离成垂直和水平画面，在大脑中交错重叠后实现3D效果。

在偏光式3D系统中，目前市场中较为主流的有RealD 3D系统、Master Image 3D、杜比3D系统三种。特别是RealD 3D技术，其市场占有率最高，而且不受面板类型的影响，可以帮助任何支持3D功能的电视和显示器产生出高清3D影像，拥有这项技术的RealD公司主要是通过技术授权进行推广。

　　优点：偏光式眼镜价格低廉，3D效果出色，市场份额大。

　　缺点：安装调试繁琐，成本不便宜，画面分辨率减半，难实现全高清。

1.4裸眼式3D技术（即看3D电视不用带眼镜）

裸眼式3D技术可分为光屏障式（Barrier）、柱状透镜（Lenticular）技术和指向光源（DirectionalBacklight）三种。由于人的双眼观察物体的角度略有差异，因此能够辨别物体远近，产生立体的视觉。三维立体影像电视正是利用这个原理，把左右眼所看到的影像分离。3D液晶电视的立体显示效果，是通过在液晶面板上加上特殊的精密柱面透镜屏，将经过编码处理的3D视频影像独立送入人的左右眼，从而令用户无需借助立体眼镜即可裸眼体验立体感觉，同时能兼容2D画面。

优点：裸眼式3D技术最大的优势便是摆脱了眼镜的束缚。

缺点：分辨率、可视角度和可视距离等方面还存在很多不足，目前仅用在大型的公共场所。

2  3D电视机的主要信源

2.1 蓝光3D（Blue-Ray3D）

蓝光3D芯片技术发展趋势，在多视点视讯编码（Multiview Video Coding，MVC）方面，数据译码规格需要升级，全高清显示有赖图像处理能力的持续提升，在传输接口方面，支持3D显示的HDMI1.4规格，则成为影音传输不可或缺的标准接口，强力处理器与海量存储器都为蓝光3D系统增加了市场比重。专业芯片设计以博通（Broadcom）研发进度最快，靠自身产品线研发蓝光3D芯片业者以联发科（Mediatek）、Panasonic与Sony的进度最为领先。蓝光3D标准采用快门式3D技术。

2.2 DTV

在美、日、韩等国家已经试播了3D电视，韩国在今年开通了3D电视广播。我们国家工信部AVS标准（数字音视频编解码技术标准）已经完成国产3D音视频解码数字标准的制定，这套拥有完整自主知识产权的标准将填补中国在3D电视标准上的空白。

2.3 PC上的3D视频、3D游戏和3D显示器

nVIDIA（nVIDIACorporation）创立于1993年1月，总部位于加州圣克拉拉。当时nVIDIA只是一个小小的以制作开发显示卡核心芯片公司。但谁会想到它生产的东西在几年后将风靡全球，也没有人预料到它的出现将会给显卡业带来如此强大的冲击。更没有人能预料到今天的电脑上有80%都使用采用它生产的核心芯片的显示卡。3D游戏芯片型号NVIDIA GeForce 7900GTX配备相应的显卡等，就可以玩3D电脑游戏。

Matrox具有20多年制造图形芯片及图形卡的经验，曾几何时它的产品以极好的画质和先进的技术而深受用户的广泛欢迎。G200集成3D引擎与其前代相比有了较大的改进，支持Direct3D、OpenGLAPI及大多数3D功能。在3D显示卡这个混乱的市场之中，Matrox却只将其显示芯片使用在其自有品牌的显示卡上，至今不开放显卡芯片生产授权给显卡生产厂商。

ATI（ArrayIndustry）创立于1985年。是全球着名的3D图形及多媒体技术供应商，专门设计、制造和销售适用于个人计算机的的多媒体解决方案和图形元件。

3DFX公司在1995年11月发布了其第一代、具有划时代意义的显卡—VOODOO，也走进3D时代。Voodoo支持所有主要的3D的接口程序，包括Glide、D3D和OpenGL。在3dfx、S3相继退出3D游戏显示舞台之后，目前ATI是唯一一家能和NVIDIA相抗衡的公司了。

Trident（泰鼎）成立于1987年，至今也算是美国硅谷一家有着多年历史的绘图芯片制造商。对于资历较深的玩家来说，相信对Trident这个品牌应该不陌生，在2D图形芯片时代的其也是一位风云人物—在90年代初期，几乎在每台的IBM兼容机上都可以看到Trident8900和9000系列显示卡的身影。

SiS（矽统）科技成立于1987年，总部在台湾省新竹科技园区，是全球前三大系统芯片制造商，在1997年之前其一直以开发主板芯片组为主。后来参与到图形芯片的开发，现在的XabreII将分为两款绘图芯片SiS340以及SiS341，两款产品均支持AGP8X以及DirectX9.0，并且它们都采用联电0.13微米工艺生产，核心频率同为375MHz，但这两款产品比nVIDIA和ATI的芯片落后了两代。

2.4 USB下的图片和媒体

3D数码像机拍摄的照片、H.264等格式的3D视频。

2.5 3D数码像框和3D数码标识牌、手机

3  3D视频的传输设备

3.1 HDMI1.4a的主要内容

1）3D视频处理成的格式在VIC（Video Identification Code）的AVI帧信息中提取。

2）帧数据包通过HDMI的3D场结构信息指明3D视频处理格式。以下是四种常用的帧处理构成形式。

A、3Dstructure（Frame packing for progressive format）

B、3Dstructure（Frame packing for interlaced format）

C、3Dstructure（Side-by-Side（Half））

D、3Dstructure（Top-and-Bottom）3）HDMI的输入端支持传输的格式列表。

4）以下为主要的3D视频格式，扩展的3D视频格式参考HDMI1.4a。

1920x1080i@59.94/60Hz（Frame Packing,Side-by-Side（Half））

1920x1080i@50Hz（Frame Packing,Side-by-Side（Half））

1920x1080p@59.94/60Hz（Top-and-Bottom）

1920x1080p@50Hz（Top-and-Bottom）

5）HDMI1.4标准具备如下特性：同样整合以太网通道和音频返回通道，支持3D最高两条1080p分辨率的视频流，HDMI1.4可以支持4K×2K超高清信号传输，即画面分辨率达到4096×2160、刷新率为30Hz，四倍于目前的1080p，新增色彩空间，支持HDMI微型接口，比现在的19针普通接口小50%左右，不过最高分辨率限制在1080p；支持车载连接系统。

3.2 VESA的DisplayPort1.2标准

1）支持高速双向数据传输，可在标准DP数据线内传输USB2.0或者以太网数据。AUX通道的最大数据传输率从1Mbps直接提升到720Mpbs，可满足USB2.0带宽需要，支持从设备向显示器传输USB数据（DisplayUSB），以及标准以太网数据。

2）支持Mini-DisplayPort迷你微型接口，适合I/O空间狭窄的超轻薄便携设备。Mini-DP接口标准公布于2009年11月份，现在属于DP1.2规范的一部分。据称，苹果最新的MacBook产品就配备了miniDisplayPort1.2接口。

3）每个信道的数据传输率翻番到5.4Gbps，总带宽最高可达21.6Gbps，能大大提升显示分辨率、色深、刷新率、多显能力，支持全高清120Hz3D立体显示、3840×2160×30bpp分辨率、4K×2K四倍全高清分辨率、高色彩范围等等。

4）支持多流（multi-streaming），只需一根数据线即可传输多个独立的未压缩视频和音频流，满足受保护内容播放和3D游戏等高性能应用，可配置为单链式或者中央式。举例来说，DP1.1a只能支持一台显示器设置为2560×1600@60Hz，DP1.2能支持两台这种显示器，或者四台1920×1200，而且都是一根线缆。

5）音频技术增强：支持音频拷贝保护和类别代码，支持DolbyMAT、DSTHD等所有蓝光音频格式，以及中国的DRA标准，使用全球时间码（GTC），支持音频与视频、多个音频通道、多个音频接收设备之间的同步协助。

6）全高清3D立体显示技术增强；支持最高帧率240FPS，每只眼120FPS。3D立体传输格式支持：场顺序（fieldsequential）、并排（sidebyside）、像素隔行扫描（pixelinterleaved）、双界面（dualinterface）、堆叠（stacked）。3D立体显示兼容性：Mono、Stereo、3DGlasses。

4  3D电视机的液晶Panel涉及的技术

4.1 V-by-One

1）V-by-One是专门面向图像传输开发出的数字接口标准。信号的输入输出水平采用LVDS（低电压差动信号）。板卡的信号频率约为1GHz。与此前的CMOS/TTL方式相比，可将传输线的数量减少至此前的大约1/10。这样一来，即可减少传输线和的硬件成本。

2）V-by-OneHSStandardversion1.3。2010年8月5日，日本THine发布了专门用于在显示器内部进行影像信号传输的接口技术“V-by-OneHS”的新指标“V-by-OneHSStandardversion1.3”。特点是支持各种3D指标，例如“影院分辨率”（纵横比为21：9，像素数为2560×1080p）、3D电视和网络电视的影像信号传输。目前使用了驱动芯片THC213和THC214。

3）V-by-OneHSLinkDiagram

4）V-by-One的应用领域

V-by-One可用来在液晶面板的定时控制器与进行图像处理等的电视用SOC之间进行数据传输。最大数据传输速度方面，每对信号线（每个通道）为3.75Gbit/秒。当帧频为60帧/秒时使用两个通道，帧频为120帧/秒（“倍速”）时使用四个通道，帧频为240帧/秒（“四倍速”）时使用八个通道。例如3D电视使用240Hz帧频的屏，需要48对LVDS线。采用V-by-One的技术则只需要8对LVDS线。

V-by-One也可用在车载摄像头与仪表盘之间的通信、多功能打印机等设备的底板间通信、数字摄像机中图像处理器与显示面板之间的通信等。

V-by-One同样也可以用在连接投影仪（支持1080i及1080p高清电视）主板与显示装置的数字接口方面。

5）V-by-One正在考虑可能免收授权费。V-by-One采用多路传输时钟和数据的方式，从这一点来说，该标准与“PCIExpress”（主要面向个人电脑等）、“SerialATA”（主要面向硬盘）等现有串行接口是一样的。不过，与PCIExpress和SerialATA相比，V-by-One可以构筑更为廉价的图像传输接口，而且也更为易用。

4.2 EPI

嵌入式面板接口EPI（EmbeddedPanelInterface）是一个开放的标准，可以对所有最大可交换性的平板显示器进行简单且直接的控制。模块计算机COM's（OnModules）一个较大的优势是不同供应商模块之间的可交换性，唯一的弱点是平板显示器的直接控制。为了让嵌入式计算机模块能直接控制平板显示器，需要一些其它的信息。因此，EPI将缺失的参数添加到完整的EDID1.3数据系列中。EPI协议是基于VESA标准的EDID（ExtendedDisplayIdentificationData）Revision1.3并且定义了软件格式和可升级的硬件接口。EPI数据组描述独立于视频控制器，且由COM的视频BIOS解释说明，以此来设置正确的视频属性。结果是使显示器及COM获得自由可交换性的制造商独立的“插入即可显示”解决方案。

4.3 mini-LVDS

常用的LVDS接口芯片是THineElectonic的THC83LVDM83A和以及：DS90CF384A和DS90CF364A）。而mini-LVDS采用双边带的数据传输，数据传输量是普通LVDS的一倍。选择的时钟频率为122MHz，并且采用了钟信号上升沿和下降沿传输信号的双边传输模式。数据传输速度为244Mb/s。

4.4 VESA的iDP标准

VESA发布了全新的应用于平板电视内部连接的InternalDisplayPort（iDP）接口标准。

制定这一标准的目的是替代现行的低压差分信号（Low Voltage Differential Signaling, LVDS）标准，新标准基于已被广泛采用的VESA Display Port标准，是一种更为简单而高性能的连接技术。VESA的iDP标准用于在平板电视机箱内部连接电视控制器片上系统（System-on-a-Chip, SOC）和液晶面板时序控制器（TV panel Timing , TCON）。通过iDP连接，只需17路信号即8对差分信号和一路热插拔检测（Hot Plug Detect, HPD）信号就可传输10位色深、240Hz的全高清信号；相对现行的LVDS需要96路信号，iDP极大的降低了生产成本，简化了生产工艺。这个开放而免费的标准将为元件制造商创造一个健康的竞争环境，进一步提升成本效益并推动消费电子行业的创新。

5 图像处理技术

5.1  MEMC技术

MEMC:（MotionEstimateandMotionCompensation）即运动预测和运动补偿，液晶电视中用到的运动画质补偿技术，针对下一个帧运动图像进行估算，然后做预处理。其原理是采用动态映像系统，在传统的两帧图像之间加插一帧运动补偿帧，将普通平板电视的50/60Hz刷新率提升至100/120Hz。可以改善液晶电视的动态解析度（减少残影），这样运动画面更加清晰流畅，优于常态响应效果，从而达到清除上一帧图像的残影、提高动态清晰度的效果，将影像拖尾降至人眼难以感知的程度。这样原来的场频就不足以显现现在所有的帧，所以就需要将场频提高一倍，即从50/60Hz提高到100/120Hz，可见MEMC技术和100/120Hz技术是分不开的。

MEMC技术的优势：

1）消除运动抖动；

2）消除运动拖尾；

3）对角线补偿：重显斜线图像信息时，消除了阶梯状的轮廓；

4）清晰度增强：恢复原汁原味的边际轮廓定义。

MEMC技术的缺陷：

1）MEMC是通过特定的插帧算法来实现的，这种技术本身会带来运动中图象的边缘不清晰

2）不能对各种场景下的图象都能起到相应的补偿作用，当屏幕中的物体运动的路线无法预测时，则MEMC算法有失效的可能；

3）对低场频的片源转成50/60Hz码流播出的图象效果不好。

5.2 FRC技术

FRC是对几何物体进行估计，通过先进的算法，计算图像如何改变，对于复杂动态效果的处理更好。所以说经过FRC技术处理的图像，应该比现行的MEMC技术具有更好的图像质量。

6  3D显示技术的未来

3D显示的优势：影像显示逼真，身临其境感；高清发展的趋势；防止拷贝。

3D显示的劣势：观看节目后感头晕和目眩。现在的3D技术仍然存在闪烁和给人头晕的感觉，除非象电影院一样，使用21：9的显示比例，尺寸超过100英寸（CES展上的最大尺寸是152英寸）周围不能存在任何参照物。

3D片源太少。

3D文件格式、压缩方式和存储有待标准化。

3D的终端显示设备要求较高。

3D仍然需要配戴眼镜。

7 结语

综上所述，3D电视节目虽然已经在韩国等国家试播，未来的趋势是裸眼3D，甩掉眼镜是众望所归。一部卡梅隆呕心沥血20年的巨作《阿凡达》让广大中国观众领略了3D效果所带来的震撼。而在震撼之余，对于3D技术的讨论也因此来到了我们中间。对地面高清数字广播接收、HDMI蓝光播放、USB流媒体等多通道3D内容的兼容解码显得特别重要。三星、索尼等新上市的3D液晶电视不仅自身具备强大的3D显示技术，同时还可以将原生态的2D画面通过模式切换，转变成3D显示画面，虽然这种2D转3D片源的画面显示效果与真正意义上的3D画面在显示方面有一定的差距，但是对于目前3D片源稀少的今天，不失为是一个有效的解决办法。而3D等离子电视，目前所推出的产品暂时还不具备2D转3D模式的应用，这也使3D产品的使用范围受到了很大的限制。因此在3D功能的方面，3D液晶电视凭借其种类多品种全的特点赢得了更多用户的关注。