一種眼鏡式3D電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

摘要：文章提出一種眼鏡式3D電視系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，詳細(xì)闡述了系統(tǒng)的原理、軟硬件以及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)基于高集成度TV SoC芯片和嵌入式Linux操作系統(tǒng)，可快速應(yīng)用于偏光式3D和快門式3D電視產(chǎn)品，具有廣泛的應(yīng)用價(jià)值。

引言

　　由于人雙眼觀察物體的角度略有差異，每只眼睛看到的圖像會(huì)有細(xì)微不同，大腦會(huì)將左右眼看到的圖像進(jìn)行處理呈現(xiàn)出立體視覺^[1]。利用人眼立體視覺原理的3D顯示技術(shù)于20世紀(jì)初已經(jīng)開始得到研究^[2]，近幾年更是得到飛躍式的發(fā)展，基于 3D 顯示的 3D 電視終端得到了大規(guī)模市場化應(yīng)用^[3]。

　　一般來說3D電視可分為眼鏡式和裸眼式，眼鏡式分為快門式、偏光式和色差式等^[4]，裸眼式分為視差屏障式、柱狀透鏡式和全息式等^[5]，現(xiàn)有市場上主流的3D電視以快門式和偏光式為主。快門式3D電視的原理是將左、右眼圖像幀交替顯示在屏上，同時(shí)發(fā)射同步信號(hào)控制快門眼鏡左右鏡片的開或關(guān)，使得左右眼圖像分別送入人的左右眼睛，從而呈現(xiàn)立體視覺。偏光式3D電視則是將左右眼圖像采用行交錯(cuò)方式輸出到屏上，偏光眼鏡使得左右眼圖像分別送入人的左右眼，從而呈現(xiàn)立體視覺。快門式3D電視可保持畫面原有分辨率，但刷新率要求在100/120Hz以上才能保證觀看時(shí)沒有明顯閃爍感，且存在眼鏡成本高等不足;偏光式3D電視對刷新率沒有特殊要求、不存在閃爍問題，但畫面分辨率和亮度將損失一半。

　　目前大多3D電視方案是針對快門式3D電視或偏光式3D電視進(jìn)行單獨(dú)設(shè)計(jì)。本文設(shè)計(jì)出一種眼鏡式3D電視系統(tǒng)，在同一硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)上可兼容實(shí)現(xiàn)快門式3D電視或偏光式3D電視，能夠進(jìn)行快速推廣和應(yīng)用。

1 系統(tǒng)原理

　　眼鏡式3D電視系統(tǒng)原理如圖1所示。系統(tǒng)基于單顆高集成度的TV SoC芯片來搭建3D電視硬件平臺(tái)、包括接口電路和外圍電路，以硬件平臺(tái)為基礎(chǔ)開發(fā)出3D軟件系統(tǒng)。

　　TV SoC通過接口電路接收到電視信號(hào)后，自動(dòng)識(shí)別是3D信號(hào)還是2D信號(hào)。3D顯示時(shí)：對3D信號(hào)進(jìn)行解碼、3D格式識(shí)別和格式轉(zhuǎn)換、圖像增強(qiáng)等處理，通過LVDS輸出3D RGB圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)3D屏，用戶佩戴3D眼鏡來分離左右眼圖像，實(shí)現(xiàn)3D顯示;對2D信號(hào)進(jìn)行解碼，將2D信號(hào)轉(zhuǎn)換成3D信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的處理，實(shí)現(xiàn)3D顯示。2D顯示時(shí)：對2D信號(hào)進(jìn)行解碼、圖像增強(qiáng)等處理后，通過LVDS輸出2D RGB圖像信號(hào)驅(qū)動(dòng)3D屏，實(shí)現(xiàn)2D顯示;對3D信號(hào)則先解碼，將3D信號(hào)轉(zhuǎn)換成2D信號(hào)后進(jìn)行相應(yīng)的2D處理，實(shí)現(xiàn)2D顯示。

　　該3D電視系統(tǒng)在同一硬件平臺(tái)和軟件系統(tǒng)上，采用差異設(shè)置可快速應(yīng)用于偏光式3D電視或快門式3D電視。

2 硬件平臺(tái)實(shí)現(xiàn)

　　眼鏡式3D電視系統(tǒng)的硬件框圖如圖2所示。硬件平臺(tái)基于高集成度的TV SoC單芯片，接口電路包括模擬音視頻接口、HDMI接口、USB接口、網(wǎng)絡(luò)接口、Tuner接口，外圍電路包括DDR、EMMC、電源管理模塊、同步信號(hào)Sync輸出、IR和LED等。

　　TV SoC的CPU內(nèi)核為ARM Cortex-A9，最高1GHz時(shí)鐘頻率，支持Linux和Android操作系統(tǒng);GPU為ARM Mali-400 3D GPU，支持OPENGL ES 2.0和OPENVG 1.1，具有三維圖像加速性能。幀存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)緩存采用1Gbytes DDR3-1333，程序存儲(chǔ)及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用4Gbytes EMMC。具有AV和YPbPr等模擬音視頻接口、三路HDMI輸入和三路USB輸入接口、有線和無線網(wǎng)絡(luò)接口、模數(shù)一體電視Tuner接口;喇叭功放采用TPA5707;電源管理模塊將12V輸入電壓轉(zhuǎn)換成1.2V、1.5V等電壓輸出，為系統(tǒng)提供各種電壓。

　　硬件平臺(tái)中，有線網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)MAC和PHY由TV SoC系統(tǒng)集成，無線網(wǎng)絡(luò)通過WIFI模塊實(shí)現(xiàn)，簡化了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)和保證了網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性;采用數(shù)模一體Tuner實(shí)現(xiàn)了模擬電視、DVB-C和DTMB數(shù)字電視，模擬電視信號(hào)經(jīng)過Tuner調(diào)諧處理后直接以IF中頻信號(hào)給到TV SoC，DVB-C和DTMB則在調(diào)諧處理并經(jīng)過Demod、CA處理后輸出TS流信號(hào)給到TV SoC。同時(shí)，TV SoC具有兩組1080P的LVDS輸出接口，可以驅(qū)動(dòng)1080P@120Hz 3D屏。

　　硬件平臺(tái)提供了豐富的接口，系統(tǒng)可通過多種途徑獲取3D內(nèi)容，例如藍(lán)光DVD、移動(dòng)存儲(chǔ)設(shè)備、互聯(lián)網(wǎng)3D視頻、3D數(shù)字廣播，提高和擴(kuò)大了系統(tǒng)的適用性和應(yīng)用范圍。

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