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3D电视的原理及电路解析

分类:电工职称论文 时间:2020-03-25

  摘要:2009年12月,随着阿凡达的大热,消费者对3D的狂热在国际上掀起一轮3D热潮。在3D电影的促动下.3D市场已于2010年开始起飞。而且随着全球消费电子厂商陆续推出一批包括电视机、监视器、笔记本电脑、蓝光盘播放器、数码相机、摄像机、电子相框等3D相关产品进军家庭市场。据DisplaySearch的市场调研数据显示.2010年3D电视全球出货量达到420万台。2011年全球3D电视货量达2340万台。2014年预计将出货达9000万台。中国的3D电视产业发展备受业内外人士关注,我国不仅是全球最大的平板电视市场.更是全球最大的彩电制造基地。从平板电视到互联网电视再到3D电视,每一次技术升级,国内彩电企业总是紧跟而上。2010年3月,TCL、创维等企业开始推出3D电视;随后在9月份,海信推出了融合网络多媒体技术、3D显示技术的LED背光电视:康佳一举推出4大系列、20多款智能3D电视。文中主要阐述3D电视的原理及技术分类。并以康佳988系列3D电视为例.解析3D部分电路

3D电视的原理及电路解析

  关键词:3D电视;主动快门式3D;偏光式3D:3D传输格式

  随着科技的不断发展,人们的要求也越来越高了,什么都想追求“完美”。因为我们的品位高了,所以我们才想得到更高的满足。我们的生活中充实着快乐,充实着乐趣。从黑白电视到现在智能、3D电视,我们的社会是不断变化的,科技也是不断变化的,给我们的生活增添了更多的乐趣,丰富了生活的每一天。

  随着一部阿凡达电影的爆发,3D开始真正走进我们的生活。近两年3D电视也遍地开花铺天盖地的袭来,走进了我们的生活。立体效果的影像将带给我们亦真亦假的画面效果,增添我们生活的愉悦性。

  13D定义

  3D是three—dimensional的缩写,就是三维立体图形,3D电视顾名思义就是可以显示3D图像的电视接收机。人类对于3D影像的探索已有百年历史,最早可以追溯到1903年,科学家发现了“视差创造立体”的原理。这可视作3D电视的起源。

  随后科学家利用不同技术试图将3D影像引入到电视机中。先后经历了黑白双信道偏光分像、互补色立体分像、彩色集体三维(红绿)等技术,逐步发展为今天的主动快门式3D和偏光式3D(不闪式)。

  23D的技术简介及分类

  目前的3D技术可以分为裸眼式和眼镜式两大类别,裸眼式3D技术目前主要应用在商用显示方面(以后还将应用于手机等显示设备中);眼镜式3D技术则集中于消费级市场,此次风靡全球的影片《阿凡达》采用的全部是眼镜式3D技术,下面主要介绍主动快门式与偏光式3D。

  2.1主动快门式3D电视

  主动快门式3D电视的成像原理如图1所示:快门式液品眼镜分别高速开闭,通过提高画面的快速刷新率(至少达到120Hz)控制观看者感知左右眼各60Hz的快速副新图像才会对图像不会产生抖动感,并保持与2D视像相同的帧数,观众的两只眼睛看到快速站换的不同画面,在大脑中产生错觉,最终造成“视觉位移”,在观看者大脑中合成3D影像。

  2010年市场中销售的3D电视全部采用快门式,快门式3D可以为家庭用户提高品质的3D显示效果,这种技术的实现需要一副主动式快门眼镜,交替左眼和右眼看到的图像以至于你的大脑将两幅图像融合成一体来实现,从而产生了单幅图像的3D深度感,其优势是3D质量高、稳定,且可以完全不损失分辨率,能够实现1080pFULHD输出。缺点是技术本身相对复杂,眼镜需要电源驱动,造价成本较高。成像方面容易形成额闪和串扰,垂直可视角度较窄,戴眼镜观看时亮度降低明显。

  2.2偏光式(不闪式)3D电视所谓“不闪式“3D电视的产品,属于被动式3D技术其本质是偏光式3D成像,与快门式3D利用眼镜与电视本身共同协作产生3D影像不同,偏光式3D电视主要依靠液品面板前端的偏振膜,将电视显示的画面分成有角度的偏振光,观看者通过佩戴偏振眼镜分别感知不同的视差画面,最终也是由大脑合成3D影像。

  通过实际观测,偏光式3D技术的图像效果要比快门式3D技术略差,这种技术会使画面减半,很难实现真正的全高清3D影像,而且商面亮度也会被大大降低。相比之下,快门式3D技术图像效果出色,能够保持画面的原始分辨率,很轻松地让用户享受到真正的全高清3D效果。

  在技术方式上,偏光式3D技术是被动接收所以也被称为属于被动式3D技术,辅助设备方面的成本较低,但对输出设备的要求较高,所以非常适合商业影院等需要众多观众的场所使用。图2是一种偏光眼镜方案示意图。偏光方式是把左右眼的图像光线沿两个垂直方向进行极化处理,用偏光眼镜对应观看的方式。眼镜成本低,便于佩戴,无视角限制。

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  33D传输格式、显示要求

  3.13D格式的介绍

  在蓝光3D规范推出之前,市面上除了电影院中放映的3D影片之外,用于家庭播放的原生3D影片较少,因此不少3D电影都是通过软件转换、制作的,标准的不统一也造成了格式众多且混乱。因此不少格式已经很少见或者被淘汰。而现在,3D电影至少**源格式上有了统一标准,原生影片也越来越多,按照传输的格式来看,常见的影片格式包括:

  3.1.1姨连续(Framesequential)锁连续的实质就是连续发送画面(如图3所示),比如60Hz的影片,就以120Hz的速度发送每锁图像,每帧交替显示出来,依次针对左/右眼接收,因此,设备不需对信号进行处理,只要能够接受相应频率的信号并播放即可实现。从它的原理中也可以看出,帧连续的传输方式是针对快门式眼镜的,也就是时分3D技术。

  这项技术主要在DLP投影机以及PC上使用,而蓝光3D标准并没有将之纳入。这种格式的优势在于对播放设备、显示设备而言,都无需复杂的技术,一个能够输出,一个能够接受、播放即可。但是对相应的眼镜来说,成本就比较高了,也比较复杂,此外还需要发射器以同步显示设备和眼镜的快门开闭信号。

  3.1.2赖封装(Framepacking)就封装是3D蓝光的标准输出格式,也是HDMl1.4中要求必须具备支持的规格。它和赣连续有相似之处,但义有些区别。它的图像输出并没有加快顿率,依然是24Hz或60Hz,但是每帧图像中实际上包含了两幅画面,以按照上下顺序排列,例如原本1920xl080分辨率的盾面,按照顿封装的方式将两幅画面合并为一帧,忽略中间的分隔标记,实际一帧图像的分辨率为1920×2160。图像信号传送到显示设备后,由显示设备负责识别画面并进行处理并播放。

  3.1.3并排格式(Sidebyside)

  顾名思义,就是将两幅图像并排排列。也叫左右并列格式如图4所示,即是源于并排格式的实现原理。不过,并排格式也分为好几种。最初,为了在广播电视中传播3D信号,SidebySide诞生。它将两幅画面压进一帧画面中,为什么说是“压缩”呢?因为它将画面宽度缩减了一半,也就是说,原本1920×1080分辨率的图像变为960×l080。这样做的目的是为了节省传输带宽。因此播放终端在接受到信号后需要进行处理,将画面先拉伸一倍恢复正常比例,之后以交错的方式播放。

  后来随着传输带宽的增加,SidebySide的传输方式也不必限制将图像压缩,反之将每制图像变宽,将两根全高清图像合井为一帧图像,和教封装的方式非常类似。

  3.1.4上下格式(TopandBottom)

  类似左右格式,上下格式(如图5所示)将分辨率1920x1080的图像变成1920×540,将两幅画面压缩到一敏面面中。

  3.2显示要求

  左右眼的图像不能混淆,最大限度消除Crosstalk(相互干扰)带来的鬼影(多余的残像),因此有时需要根据后级显示及处理方式的不同对节目源进行消除Crostalk的预处理。

  佩戴快门式眼镜时有严格的同步要求以减小左右眼的Crosstalk。而针对不同的帧频和设备延时,同步需要自适应跟踪,并在同步丢失的异常情况下保持一段时间的同步切换功能。

  左右眼的信号可以互换,即信号的极性需要能切换,因为节目源的格式并不统一,不同节目源左右眼的信号可能相反。同步极性切换的目的是确保左右眼看到各自的图像形成3D,而不是相反的带来头晕的类似2D的效果。

  快门方式显示器的响应时间要足够快以减少Crowstalk,删新频率不低于100Hz以减少画面闪烁感,亮度足够高以弥补3D显示时的亮度降低。

  3D显示设备应具备2D/3D的切换功能和各种3D格式的选择功能,因为现阶段3D格式商未完全满足自动识别的需要。

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