專利名稱：一種3d數(shù)字視頻信號(hào)處理方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及3D顯示技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理方法及其裝置。
背景技術(shù)：
立體顯示技術(shù)是目前顯示領(lǐng)域的前沿研究課題，是虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)的主要支撐環(huán) 節(jié)，是信息領(lǐng)域的重點(diǎn)研究方向，其核心是運(yùn)用計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理及光學(xué)技術(shù)，將原 始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為圖形或圖像參數(shù)在屏幕上三維地顯示出來、并能進(jìn)行交互式處理的理論、方 法和技術(shù)。它涉及到計(jì)算機(jī)圖形學(xué)、圖像處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺及人機(jī)交互、傳 感器、自動(dòng)化伺服系統(tǒng)等諸多技術(shù)領(lǐng)域。3D虛擬顯示是通過立體視覺的臨場(chǎng)感來實(shí)現(xiàn)的， 自20世紀(jì)80年代以來成為各國研究的熱點(diǎn)之一。日本、韓國、歐美等國家和地區(qū)率先開始 了 3D顯示的基礎(chǔ)研究，并在90年代陸續(xù)獲得成果。2010年CES會(huì)展上，越來越多的3D顯 示應(yīng)用產(chǎn)品不斷在CES2010展會(huì)上涌出。目前，市場(chǎng)上已經(jīng)有了 4種比較成熟的3D顯示技 術(shù)，包括彩色立體三維，偏振二維，立體三維，以及DLP-Link技術(shù)。彩色立體三維在市場(chǎng)上推出時(shí)間最長，原理也最為簡單，且成本最低。這種技術(shù)的 原理比較簡單，通過物理學(xué)原理，使用不同顏色的濾光片進(jìn)行畫面濾光，使得一個(gè)圖片能產(chǎn) 生出兩幅圖像，最常見的濾光片顏色通常是紅/藍(lán)，紅/綠，或者紅/青。偏振三維與彩色立體三維技術(shù)相比，偏振三維技術(shù)在立體影像的畫質(zhì)方面提升非 常明顯。通過兩臺(tái)投影機(jī)以及兩塊偏光鏡片加上立體眼鏡的組合來實(shí)現(xiàn)3D效果。同時(shí)偏 光眼鏡的成本也相對(duì)低廉，最低幾十元就能購買到。但是這類技術(shù)的弊端需要兩臺(tái)投影機(jī)， 成本較高。立體三維是目前我們最常見的一種3D投影技術(shù)。當(dāng)前幾乎所有的3D影院都是采 用的這種設(shè)備。立體三維技術(shù)主要是采用了幀序列的形式來產(chǎn)生立體圖像。立體三維技術(shù) 的實(shí)現(xiàn)需要三個(gè)要素，首先投影畫面的刷新率需要達(dá)到每秒120幀，其次需要一個(gè)紅外信 號(hào)發(fā)射器和一個(gè)可以接收紅外信號(hào)的3D立體眼鏡。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是針對(duì)市場(chǎng)上近年銷售的大量電視機(jī)(PDP、LCD投影機(jī)等)，其具備 DVI,HDMI或者RGB信號(hào)接口，但不是3D電視，通過一種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理方法及裝置， 使消費(fèi)者家中現(xiàn)有的此類電視機(jī)不用改裝也能顯示3D影像，從而節(jié)省消費(fèi)者成本和社會(huì) 資源。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)連接外部3D數(shù)字視頻信號(hào)源并接收3D數(shù)字視頻信號(hào)；b)對(duì)接收到的3D數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行格式檢測(cè)，同時(shí)對(duì)顯示裝置即電視機(jī)或顯示 器進(jìn)行最佳分辯率檢測(cè)； C)接收存儲(chǔ)3D數(shù)字視頻信號(hào)；
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d)對(duì)接收存儲(chǔ)的3D數(shù)字視頻信號(hào)空間域處理，使其成為顯示裝置最佳分辯率、最 佳亮度、最佳色度格式；e)對(duì)接收存儲(chǔ)的3D數(shù)字視頻信號(hào)時(shí)間域處理，使其成為顯示裝置最佳幀頻格式；f)對(duì)經(jīng)處理的3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出，即3D數(shù)字視頻信號(hào)被處理成顯示裝置可顯 示的2D圖像序列并輸出，同時(shí)左右眼同步控制信號(hào)輸出。一種3D視頻信號(hào)處理裝置，該裝置包括一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片；一 HDMI1.4A接收電路，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片并為其輸入視頻信 號(hào)；一微處理器(MCU)，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片并根據(jù)外部輸入觸發(fā)信號(hào)
產(chǎn)生信息交換信號(hào)；一紅外3D信號(hào)同步發(fā)送電路，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片并通過紅外線 連接紅外控制3D圖像觀察眼鏡，為其提供紅外左右眼同步信號(hào)；一圖像存儲(chǔ)器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片，作為3D視頻存儲(chǔ)器；一 3D視頻圖像模擬發(fā)送器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片，把輸出的3D數(shù) 字視頻信號(hào)變換成模擬RGB信號(hào)，供給電視機(jī)或顯示器顯示；一 3D視頻數(shù)字發(fā)送器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片，輸出3D數(shù)字視頻信 號(hào)，供給電視機(jī)或顯示器顯示；其中所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片包括一數(shù)字視頻圖像處理器電路，作為控制及3D數(shù)字視頻信號(hào)計(jì)算與處理核心；一高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，存儲(chǔ)輸入數(shù)字視頻 數(shù)據(jù)幀、疊加圖像數(shù)據(jù)幀和輸出3D數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀；一左右眼圖像同步信號(hào)檢測(cè)及控制電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，檢測(cè)3D 視頻播放器的左右圖像序列；—左右眼圖像重置器電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，并依據(jù)接收到的最優(yōu) 幀頻對(duì)3D數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行插幀處理，進(jìn)行幀序列重置；一 3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出電路，對(duì)視頻信號(hào)的輸出。本發(fā)明為3D數(shù)字視頻的顯示提供了一種有效途徑，使消費(fèi)者家中現(xiàn)有的電視機(jī) 不用改裝也能顯示3D影像。
圖1為本發(fā)明裝置結(jié)構(gòu)示意2為本發(fā)明裝置中現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)結(jié)構(gòu)框3為本發(fā)明方法流程4為本發(fā)明裝置工作流程圖
具體實(shí)施例方式參閱圖3，本發(fā)明方法的具體步驟是a)連接外部3D數(shù)字視 信號(hào)源并接收3D數(shù)字視頻信號(hào)； 4
b) 3D數(shù)字視頻信號(hào)格式檢測(cè)對(duì)來自3D信號(hào)源的信號(hào)進(jìn)行格式檢測(cè)，對(duì)顯示裝置 (電視機(jī)或顯示器)進(jìn)行最佳分辯率檢測(cè)；c) 3D數(shù)字視頻信號(hào)接收存儲(chǔ)3D數(shù)字視頻信號(hào)被接收并存儲(chǔ)；d) 3D數(shù)字視頻信號(hào)空間域處理將3D數(shù)字視頻信號(hào)處理成顯示裝置最佳分辯率、 最佳亮度、最佳色度格式；e) 3D數(shù)字視頻信號(hào)時(shí)間域處理將3D數(shù)字視頻信號(hào)處理成顯示裝置最佳幀頻格 式；f) 3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出及左右眼同步控制信號(hào)輸出將3D數(shù)字視頻信號(hào)處理成 顯示裝置(電視機(jī)或顯示器)可以顯示的2D圖像序列并輸出；同時(shí)左右眼同步控制信號(hào)輸
出ο參閱圖1，本發(fā)明裝置HDMI1. 4A信號(hào)接收器與現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片通過 視頻總線相連，其包括24bit或30bit寬度的視頻數(shù)據(jù)，時(shí)鐘信號(hào)、行同步信號(hào)、幀同步信號(hào) 及數(shù)據(jù)有效指示信號(hào)，SCL和SDA等信號(hào)；微處理器MCU通過SCL和SDA等信號(hào)與FPGA相 連；圖像存儲(chǔ)器通過32bit寬度數(shù)據(jù)總線和22bit寬度地址總線及時(shí)鐘控制等信號(hào)與 FPGA相連；紅外3D信號(hào)同步發(fā)送器通過Ibit數(shù)據(jù)線與FPGA相連；紅外3D信號(hào)同步發(fā)送器 通過紅外線與紅外控制3D圖像觀察眼鏡相連；3D視頻圖像數(shù)字發(fā)送器(DVI)和3D視頻圖 像模擬發(fā)送器(DAC)通過同一視頻總線與FPGA相連，其包括24bit或30bit寬度的視頻數(shù) 據(jù)，時(shí)鐘信號(hào)、行同步信號(hào)、幀同步信號(hào)及數(shù)據(jù)有效指示信號(hào)，SCL和SDA等信號(hào)；3D視頻圖 像數(shù)字發(fā)送器(DVI)通過DVI線纜與電視機(jī)或顯示器相連；3D視頻圖像模擬發(fā)送器(DAC) 通過模擬75歐姆RGB線纜與電視機(jī)或顯示器相連。本發(fā)明裝置的信號(hào)輸入端口通過HDMI信號(hào)線連接外部3D視頻信號(hào)源 (BD-player、DVD-player 或者 PC 機(jī))的 HDMI (DVI)接 口、輸出端(DVI 或者 RGB)連接于一 電視機(jī)或顯示器，觀眾佩戴3D眼鏡，構(gòu)成一 3D顯示系統(tǒng)。硬件配置代碼(軟件)燒錄于FPGA配置芯片中，上電后自動(dòng)加載到可編程芯片 (FPGA)中。HDMI1. 4A信號(hào)接收器通過I2c總線與MCU相連，在MCU控制下實(shí)施把外部3D視 頻信號(hào)源(BD-player、DVD-player或者PC機(jī)等)輸入的TMDS差分信號(hào)接收并解碼成數(shù) 字24位或30位寬度的RGB數(shù)字視頻信號(hào)或者YCbcr數(shù)字視頻信號(hào)；其可能是24Hz的 frame—packing、side_by_side、也可能是 top-and-bottom ；其可以支持速度高達(dá) 148. 5MHz 的逐行高清晰度數(shù)字視頻信號(hào)(1080p 60hz)的解碼。FPGA芯片接收HDMI信號(hào)接收解碼電路輸出的RGB數(shù)字視頻信號(hào)或者YCbcr數(shù)字 視頻信號(hào)，并把數(shù)字視頻信號(hào)送入到圖像存儲(chǔ)器電路，F(xiàn)PGA芯片完成視頻圖像動(dòng)態(tài)及靜態(tài) 的各種處理，并以數(shù)字RGB或者Ycbcr格式輸出到，3D視頻圖像數(shù)字發(fā)送器(DVI)或3D視 頻圖像模擬發(fā)送器(DAC)，最終顯示輸出通過DVI連線連接于外部電視機(jī)或顯示器；同時(shí)， FPGA芯片檢測(cè)3D幀序列信號(hào)并產(chǎn)生3D同步控制信號(hào)；3D同步控制信號(hào)連接到紅外3D信 號(hào)同步發(fā)送器，紅外3D信號(hào)同步發(fā)送器發(fā)送此同步信號(hào)到紅外控制3D圖像觀察眼鏡，3D圖 像觀察眼鏡與3D圖像序列同步，可以觀察到清晰的3D圖像。參閱圖2，本發(fā)明裝置中FPGA芯片包括3D數(shù)字視頻圖像處理器電路、左右眼圖像同步信號(hào)檢測(cè)及控制電路、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口電路、左右眼圖像重置器電路、I2c接口電 路以及3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出電路。3D數(shù)字視頻圖像處理器電路接收HDMI信號(hào)接收解碼電路輸出的3D數(shù)字視頻信號(hào) (YCbCr)，首先把數(shù)字視頻信號(hào)送入到高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(DDR2)中；接著3D數(shù)字視頻圖 像處理器電路對(duì)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(DDR2)中存儲(chǔ)的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)按照顯示的需要進(jìn)行 放大、縮小、增強(qiáng)、去噪等處理；3D數(shù)字視頻圖像處理器電路還對(duì)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路中存 儲(chǔ)的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行亮度(亮度和對(duì)比度調(diào)整)和色度處理(色彩增強(qiáng)、色溫變換、帶寬 拓展等)；左右眼圖像重置器電路依據(jù)接收電視機(jī)或顯示器可接收的最優(yōu)幀頻對(duì)3D數(shù)字視 頻數(shù)據(jù)進(jìn)行插幀處理，并進(jìn)行幀序列重置；最后3D數(shù)字視頻圖像處理器電路把高速數(shù)據(jù)存 儲(chǔ)器電路(DDR2)輸出緩沖區(qū)中存儲(chǔ)的3D數(shù)字視視頻數(shù)據(jù)送到3D數(shù)字視頻輸出電路；其為 數(shù)字RGB或者Ycbcr格式。參閱圖4，本發(fā)明裝置工作流程系統(tǒng)上電后，微處理器MCU自動(dòng)裝載初始化程序， 并進(jìn)入待機(jī)狀態(tài)SO ；并監(jiān)測(cè)HDMI信號(hào)接收器是否有有效的3D視頻信號(hào)輸入；無有效信號(hào)， 停留在SO狀態(tài)；有有效的3D視頻信號(hào)，則進(jìn)入狀態(tài)si ；Sl狀態(tài)，微處理器MCU通過I2C總線讀取連接的電視機(jī)或者顯示器的DDC，確定3D 顯示設(shè)備的類別，并通過計(jì)算，未處理器MCU輸出FPGA芯片配置控制信號(hào)，進(jìn)入狀態(tài)s2 ；S2狀態(tài)，F(xiàn)PGA芯片根據(jù)配置控制信號(hào)從flash中裝載配置程序，相應(yīng)的3D數(shù)字視 頻圖像處理器電路、左右眼圖像同步信號(hào)檢測(cè)及控制電路、高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口電路、左右 眼圖像重置器電路、3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出電路生成，進(jìn)入狀態(tài)s3 ；S3狀態(tài)，3D數(shù)字視頻圖像處理器電路接收HDMI信號(hào)接收解碼電路輸出的3D數(shù)字 視頻信號(hào)(YCbCr)，首先把數(shù)字視頻信號(hào)送入到高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(DDR2)中；接著3D數(shù) 字視頻圖像處理器電路對(duì)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(DDR2)中存儲(chǔ)的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)按照顯示的 需要進(jìn)行放大、縮小、增強(qiáng)、去噪等處理；3D數(shù)字視頻圖像處理器電路還對(duì)高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 電路中存儲(chǔ)的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行亮度(亮度和對(duì)比度調(diào)整)和色度處理(色彩增強(qiáng)、色溫 變換、帶寬拓展等)；左右眼圖像重置器電路依據(jù)接收電視機(jī)或顯示器可接收的最優(yōu)幀頻 對(duì)3D數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行插幀處理，并進(jìn)行幀序列重置；最后3D數(shù)字視頻圖像處理器電路把 高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器電路(DDR2)輸出緩沖區(qū)中存儲(chǔ)的3D數(shù)字視視頻數(shù)據(jù)送到3D數(shù)字視頻輸 出電路；其為數(shù)字RGB或者Ycbcr格式，3D視頻圖像數(shù)字發(fā)送器(DVI)或3D視頻圖像模擬 發(fā)送器(DAC)，最終顯示輸出于外接電視機(jī)或顯示器；同時(shí)，可編程芯片(FPGA)檢測(cè)3D幀 序列信號(hào)并產(chǎn)生3D同步控制信號(hào)；3D同步控制信號(hào)在紅外3D信號(hào)同步發(fā)送器發(fā)送到紅外 控制3D圖像觀察眼鏡，3D圖像觀察眼鏡與3D圖像序列同步，可以觀察到清晰的3D圖像。
權(quán)利要求
一種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理方法，其特征在于該方法包括以下步驟a)連接外部3D數(shù)字視頻信號(hào)源并接收3D數(shù)字視頻信號(hào)；b)對(duì)接收到的3D數(shù)字視頻信號(hào)進(jìn)行格式檢測(cè)，同時(shí)對(duì)顯示裝置即電視機(jī)或顯示器進(jìn)行最佳分辯率檢測(cè)；c)接收存儲(chǔ)3D數(shù)字視頻信號(hào)；d)對(duì)接收存儲(chǔ)的3D數(shù)字視頻信號(hào)空間域處理，使其成為顯示裝置最佳分辯率、最佳亮度、最佳色度格式；e)對(duì)接收存儲(chǔ)的3D數(shù)字視頻信號(hào)時(shí)間域處理，使其成為顯示裝置最佳幀頻格式；f)對(duì)經(jīng)處理的3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出，即3D數(shù)字視頻信號(hào)被處理成顯示裝置可顯示的2D圖像序列并輸出，同時(shí)左右眼同步控制信號(hào)輸出。
2.—種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理裝置，其特征在于該裝置包括 一現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片；一 HDMI 1.4A接收電路，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片并為其輸入視頻信號(hào)； 一微處理器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片并根據(jù)外部輸入觸發(fā)信號(hào)產(chǎn)生信息交換信號(hào)；一紅外3D信號(hào)同步發(fā)送電路，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片并通過紅外線連接紅外控 制3D圖像觀察眼鏡，為其提供紅外左右眼同步信號(hào)；一圖像存儲(chǔ)器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片，作為3D視頻存儲(chǔ)器； 一 3D視頻圖像模擬發(fā)送器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片，把輸出的3D數(shù)字視頻信號(hào)變 換成模擬RGB信號(hào)，供給電視機(jī)或顯示器顯示；一 3D視頻數(shù)字發(fā)送器，連接現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片，輸出3D數(shù)字視頻信號(hào)，供給電視 機(jī)或顯示器顯示；其中所述現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列芯片包括一數(shù)字視頻圖像處理器電路，作為控制及3D數(shù)字視頻信號(hào)計(jì)算與處理核心； 一高速數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器接口電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，存儲(chǔ)輸入數(shù)字視頻數(shù)據(jù) 幀、疊加圖像數(shù)據(jù)幀和輸出3D數(shù)字視頻數(shù)據(jù)幀；一左右眼圖像同步信號(hào)檢測(cè)及控制電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，檢測(cè)3D視頻 播放器的左右圖像序列；一左右眼圖像重置器電路，連接數(shù)字視頻圖像處理器電路，并依據(jù)接收到的最優(yōu)幀頻 對(duì)3D數(shù)字視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行插幀處理，進(jìn)行幀序列重置； 一 3D數(shù)字視頻信號(hào)輸出電路，對(duì)視頻信號(hào)的輸出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種3D數(shù)字視頻信號(hào)處理方法及其裝置，其方法包括連接外部3D數(shù)字視頻信號(hào)源并接收；對(duì)信號(hào)的格式檢測(cè)；對(duì)信號(hào)的接收及存儲(chǔ)；對(duì)信號(hào)空間域處理對(duì)信號(hào)時(shí)間域處理及對(duì)信號(hào)的輸出等步驟；裝置由現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列(FPGA)芯片、HDMI1.4A接收電路、微處理器(MCU)、紅外3D信號(hào)同步發(fā)送電路、圖像存儲(chǔ)器、3D視頻圖像模擬發(fā)送器及3D視頻數(shù)字發(fā)送器組成。本發(fā)明為3D數(shù)字視頻的顯示提供了一種有效途徑，使消費(fèi)者家中現(xiàn)有的電視機(jī)不用改裝也能顯示3D影像。
文檔編號(hào)G02B27/22GK101938667SQ20101025215
公開日2011年1月5日 申請(qǐng)日期2010年8月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月13日
發(fā)明者丁鑫蕾, 余奔, 劉一清, 張國慶, 張應(yīng)均, 王淑仙 申請(qǐng)人:華東師范大學(xué)