一种眼镜式3D电视系统的设计
摘要:文章提出一种眼镜式3D电视系统的设计,详细阐述了系统的原理、软硬件以及关键技术实现。系统基于高集成度TVSoC芯片和嵌入式Linux操作系统,可快速应用于偏光式3D和快门式3D电视产品,具有广泛的应用价值。
引言
由于人双眼观察物体的角度略有差异,每只眼睛看到的图像会有细微不同,大脑会将左右眼看到的图像进行处理呈现出立体视觉[1]。利用人眼立体视觉原理的3D显示技术于20世纪初已经开始得到研究[2],近几年更是得到飞跃式的发展,基于 3D 显示的 3D 电视终端得到了大规模市场化应用[3]。
一般来说3D电视可分为眼镜式和裸眼式,眼镜式分为快门式、偏光式和色差式等[4],裸眼式分为视差屏障式、柱状透镜式和全息式等[5],现有市场上主流的3D电视以快门式和偏光式为主。快门式3D电视的原理是将左、右眼图像帧交替显示在屏上,同时发射同步信号控制快门眼镜左右镜片的开或关,使得左右眼图像分别送入人的左右眼睛,从而呈现立体视觉。偏光式3D电视则是将左右眼图像采用行交错方式输出到屏上,偏光眼镜使得左右眼图像分别送入人的左右眼,从而呈现立体视觉。快门式3D电视可保持画面原有分辨率,但刷新率要求在100/120Hz以上才能保证观看时没有明显闪烁感,且存在眼镜成本高等不足;偏光式3D电视对刷新率没有特殊要求、不存在闪烁问题,但画面分辨率和亮度将损失一半。
目前大多3D电视方案是针对快门式3D电视或偏光式3D电视进行单独设计。本文设计出一种眼镜式3D电视系统,在同一硬件平台和软件系统上可兼容实现快门式3D电视或偏光式3D电视,能够进行快速推广和应用。
1 系统原理
眼镜式3D电视系统原理如图1所示。系统基于单颗高集成度的TVSoC芯片来搭建3D电视硬件平台、包括接口电路和外围电路,以硬件平台为基础开发出3D软件系统。
TVSoC通过接口电路接收到电视信号后,自动识别是3D信号还是2D信号。3D显示时:对3D信号进行解码、3D格式识别和格式转换、图像增强等处理,通过LVDS输出3D RGB图像信号驱动3D屏,用户佩戴3D眼镜来分离左右眼图像,实现3D显示;对2D信号进行解码,将2D信号转换成3D信号后进行相应的处理,实现3D显示。2D显示时:对2D信号进行解码、图像增强等处理后,通过LVDS输出2D RGB图像信号驱动3D屏,实现2D显示;对3D信号则先解码,将3D信号转换成2D信号后进行相应的2D处理,实现2D显示。
该3D电视系统在同一硬件平台和软件系统上,采用差异设置可快速应用于偏光式3D电视或快门式3D电视。
2 硬件平台实现
眼镜式3D电视系统的硬件框图如图2所示。硬件平台基于高集成度的TV SoC单芯片,接口电路包括模拟音视频接口、HDMI接口、USB接口、网络接口、Tuner接口,外围电路包括DDR、EMMC、电源管理模块、同步信号Sync输出、IR和LED等。
TV SoC的CPU内核为ARM Cortex-A9,最高1GHz时钟频率,支持Linux和Android操作系统;GPU为ARM Mali-400 3D GPU,支持OPENGL ES 2.0和OPENVG 1.1,具有三维图像加速性能。帧存储及数据缓存采用1Gbytes DDR3-1333,程序存储及数据存储采用4Gbytes EMMC。具有AV和YPbPr等模拟音视频接口、三路HDMI输入和三路USB输入接口、有线和无线网络接口、模数一体电视Tuner接口;喇叭功放采用TPA5707;电源管理模块将12V输入电压转换成1.2V、1.5V等电压输出,为系统提供各种电压。
硬件平台中,有线网络的网络MAC和PHY由TV SoC系统集成,无线网络通过WIFI模块实现,简化了网络设计和保证了网络的稳定性;采用数模一体Tuner实现了模拟电视、DVB-C和DTMB数字电视,模拟电视信号经过Tuner调谐处理后直接以IF中频信号给到TV SoC,DVB-C和DTMB则在调谐处理并经过Demod、CA处理后输出TS流信号给到TV SoC。同时,TV SoC具有两组1080P的LVDS输出接口,可以驱动1080P@120Hz 3D屏。
硬件平台提供了丰富的接口,系统可通过多种途径获取3D内容,例如蓝光DVD、移动存储设备、互联网3D视频、3D数字广播,提高和扩大了系统的适用性和应用范围。
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