3D电视技术与应用研究

3d电视的制播

1.3D电视的摄制

3D电视摄像是立体电视最重要的一环。根据立体成像原理，要保证接收端呈现立体效果，必须使用两台摄像机对同一目标同时进行拍摄。理论和实践表明，当两台摄像机的间距为6.5cm（此数值与正常成年人两眼的瞳距相当）时，两机所摄的画面处理后在终端有较佳的立体显示效果，这就使将两台摄像机做成一个整体用于立体摄像成为可能。因此目前立体摄像设备有两种：一种是一体机；一种是分体机。其中分体机又分为双机水平排列式和垂直分光式。

一体机具有如下特点：1）体积小，重量轻；2）双镜头联动控制；3）双芯片成像；4）基线固定。因此该类型的立体摄像机机动性强；变焦/跟焦/会聚等最常用操作简单、快捷，杜绝了倒像问题，且监看功能强。但也因成像芯片尺寸小（一般在1/4至1/2英寸之间，非广播级标准）、信号压缩比大等因素使图像质量不太高；同时由于基线原因，该类型的摄像机不能用于很近或很远目标的拍摄。

双机平行式分体机由于其摄像机的排列和取景方式与一体机相似，因此其具有一体机的所有优良特性；同时由于采用两机独立的镜头，因此机器可获得足够的光通量而保证摄像质量；另外其基线较大，对于远景的拍摄比较自如。

双机垂直分光式分体机具有如下特点：1）机身重，结构复杂；2）要采用镜头分光镜；3）存在倒像问题（包括左右倒像）；4）基线较小。因此该类摄像机对摄像支撑及附属装置要求较高；对照明要求高（同样条件需提高一档光圈）；对拍摄监视器要求更高（要求具有倒像功能）；另外，由于基线原因致使其拍摄目标范围大受限制。

综上所述，在立体摄像机的造型上，笔者以为：一般新闻采访建议采用一体机（有较多远镜头时可辅以双机平行式分体机）；风光片或对画质要求较高的场合应采用双机平行式分体机；在演播室（厅）等光照充足的室内进行特写则建议采用双机垂直分光式。

但在拍摄过程中要依靠特定装置来改变两个摄像镜头的夹角，以模拟人眼焦点的改变，使镜头推拉时的图像能跟上人眼焦点的转移，以免使终端观看者发生头晕现象。立体字幕一般通过特殊的切换台改变“字幕”在“三维”空间中的位置产生。摄像机、切换台的输出均为2路HD-SDI码流。记录采用双路（HD-SDI格式）输入式录像机。

2.3D电视信号的处理

如图1，将来自切换台的双路HD-SDI信号送入编码器进行压缩、编码，输出ASI信号。该信号经调制后进入传输信道（有线网、卫星网、地面无线网）。

播放3D电视节目需要的数据量比普通（高清）电视节目大，通常带宽为普通（二维）节目的两倍。对目前有线、卫星甚至无线服务而言，要传输立体节目就必须牺牲画面质量。比较可行的办法是将分辨率降低一半，使清晰度减半。另有一种办法是所谓1.3倍带宽法，即用1倍带宽传输视频信息，用0.3倍带宽传输摄像机预测的深度信息。

3.3D电视的多信道传输

3D电视是新事物，其在多信道（如有线电视）中传输是较为经济的业务推广手段。“十二五”期间，H.264编码技术十分成熟，且相应的解码芯片能够兼容MPEG-2。这使得3D电视在有线网中经济地传输成为可能。图2是我国3D电视在有线网中的传输示意图。

如图1，（一套）立体电视信号（分R、L两路）采用H.264编码调制上变频为规划的有线电视RF频道后与原MPEG-2编码调制混合信号进行再混合后在有线网中传输。终端要采用高清机顶盒收看。

4.3D电视的显示

通常3D电视图像正常显示的充要条件是：a）正常工作的支持3D电视成像的显示设备。b）一定的立体图像光学辅助装置。笔者将其二者之和定义为立体电视终端。本文主要研究辅助装置。主要有以下几种：

1）被动色差式。观众欲观看立体图像必须佩戴滤色立体眼镜。

2）被动偏光式。须佩戴偏光眼镜。

3）主动快门式。须佩戴相应的眼镜。

4）障栅式。在液晶显示器工艺制造上使用开关液晶层和偏振膜制造一系列方向为90度的垂直条纹。

5）柱状透镜式。在液晶显示屏的前面加一层柱状透镜。

6）指向光源式。给原液晶显示屏配两组LED。

以上几种辅助装置的比较如下：

被动色差式具有成本低的优点，其易使画面边缘产生偏色，显示效果是6种装置中最差的。

被动偏光式成本不太高，但对显示设备（器件）的要求较高，其显示效果虽比被动色差式好，但看起来不太真实，部分人群观看时易感到疲倦。

主动快门式能保持画面的原始分辨率，而且亮度不降低。但该装置（配套眼镜）价格很贵，目前市场价约为50元/副。

障栅式与LCD工艺兼容，具有量产和成本优势，但显示画面亮度低，分辨率随播出图像的增加反而降低。

柱状透镜式的优点是不影响亮度，但分辨率与障栅式相仿。

指向光源式具有分辨率高、透光性强、不影响原显示器件的设计架构等优势，但其仍处于开发阶段，未有成熟产品问世。

以上分析表明，主动快门（眼镜）式在“十.二五”中期将是主流产品。实质上，目前该装置已得到最广泛的应用，索尼、松下、三星、创维等品牌厂家推出的3D电视，都是以主动快门式眼镜配合观看。但笔者以为，从大力推广3D电视的长远规划来看，指向光源式因不需佩戴眼镜，又具有一定的基本技术参数和设计优势，应为研究和发展的方向。

3D电视的发展

根据经验，制作一部立体动画片的投资为在普通片上追加30%的费用；而制作一部真人实景的节目理论上需追加一倍的投资，而鉴于创造力、熟练度等隐形成本，实际投资将进一步增大。因此笔者预言：实现3D电视的普及可能是下一个五年计划的事。

但即使是这样，全国多家有线电视运营机构都在进行3D电视的播出。2007年，美国国家地理频道试播了立体电视节目；2009年TNT电视台对NBA进行周末立体电视直播；日本BS11频道通过BSD卫星开设“焕然一新”立体节目和立体广告；英国SKY电视台成功地试验了经由高清机顶盒向家庭电视机的立体节目分发。而且在2012年奥运会上还通过卫星直播奥运节目。

3D电视对电视机而言是一个新功能，但其发展涉及到（双通道）3D电视的制作、播出、传输和传播（运营）等各个环节，是一项革命。笔者以为，3D电视的发展应从以下几个方面考虑：

1）尽快组织制定立体电视标准。我国相关部门（组织）要尽快制定立体电视行业标准 或国标，包括摄、录、编、播、终端显示和监测，有效地抑制立体电视图像对用户造成的不良生理影响。

2）建立立体电视制作基地。鉴于目前立体电视节目制作成本高、人才匮乏、经验不足等情况，可考虑集中有实力的电视台、影视制作机构组建立体电视制作联盟，在此基础上建立制作基地，以优势资源制作高性价比立体电视节目。

3）实现内容生产与终端销售的战略合作。在三网融合形式下，可以借鉴互联网电视的发展模式，将立体电视终端与节目进行捆绑销售。

基于互动的3D电视考虑

理论上说，3D电视无论是制作与显示成本、传输带宽都是前所未有的，是一项定位于高端的服务。从现有的传输方式来看，有线网的传输应该是首选，而服务的对象是高端用户。笔者以为，“十.二五”末发展基于点播方式的3D电视是上上策。这是因为：第一，点播具有（一套）节目跳跃观看与分割观看（一次看其中一部分）的属性，可有效地避开现在及将来一段时期内的3D电视观看疲劳所带来的负面影响；第二，将3D电视节目集中于点播板块中可充分显示立体视频特有的震撼力、艺术魅力和特殊功能，如（足球）“精彩射门集锦”、“江山如画风景呈现”、“三维楼市盘点”等。笔者坚信：未来相当长一段时间，互动3D电视都将是有线电视运营商应对三网融合、提升竞争力的高端业务之一。