CN101938667A - 一种3d数字视频信号处理方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种3D数字视频信号处理方法及其装置，其方法包括：连接外部3D数字视频信号源并接收；对信号的格式检测；对信号的接收及存储；对信号空间域处理：对信号时间域处理及对信号的输出等步骤；装置由现场可编程门阵列(FPGA)芯片、HDMI1.4A接收电路、微处理器(MCU)、红外3D信号同步发送电路、图像存储器、3D视频图像模拟发送器及3D视频数字发送器组成。本发明为3D数字视频的显示提供了一种有效途径，使消费者家中现有的电视机不用改装也能显示3D影像。

Description

一种3D数字视频信号处理方法及其装置

技术领域

本发明涉及3D显示技术领域，特别是一种3D数字视频信号处理方法及其装置。

背景技术

立体显示技术是目前显示领域的前沿研究课题，是虚拟现实技术的主要支撑环节，是信息领域的重点研究方向，其核心是运用计算机图形学、图像处理及光学技术，将原始数据转换为图形或图像参数在屏幕上三维地显示出来、并能进行交互式处理的理论、方法和技术。它涉及到计算机图形学、图像处理、计算机辅助设计、计算机视觉及人机交互、传感器、自动化伺服***等诸多技术领域。3D虚拟显示是通过立体视觉的临场感来实现的，自20世纪80年代以来成为各国研究的热点之一。日本、韩国、欧美等国家和地区率先开始了3D显示的基础研究，并在90年代陆续获得成果。2010年CES会展上，越来越多的3D显示应用产品不断在CES2010展会上涌出。目前，市场上已经有了4种比较成熟的3D显示技术，包括彩色立体三维，偏振二维，立体三维，以及DLP-Link技术。

彩色立体三维在市场上推出时间最长，原理也最为简单，且成本最低。这种技术的原理比较简单，通过物理学原理，使用不同颜色的滤光片进行画面滤光，使得一个图片能产生出两幅图像，最常见的滤光片颜色通常是红/蓝，红/绿，或者红/青。

偏振三维与彩色立体三维技术相比，偏振三维技术在立体影像的画质方面提升非常明显。通过两台投影机以及两块偏光镜片加上立体眼镜的组合来实现3D效果。同时偏光眼镜的成本也相对低廉，最低几十元就能购买到。但是这类技术的弊端需要两台投影机，成本较高。

立体三维是目前我们最常见的一种3D投影技术。当前几乎所有的3D影院都是采用的这种设备。立体三维技术主要是采用了帧序列的形式来产生立体图像。立体三维技术的实现需要三个要素，首先投影画面的刷新率需要达到每秒120帧，其次需要一个红外信号发射器和一个可以接收红外信号的3D立体眼镜。

发明内容

本发明的目的是针对市场上近年销售的大量电视机(PDP、LCD投影机等)，其具备DVI、HDMI或者RGB信号接口，但不是3D电视，通过一种3D数字视频信号处理方法及装置，使消费者家中现有的此类电视机不用改装也能显示3D影像，从而节省消费者成本和社会资源。

本发明的目的是这样实现的：

一种3D数字视频信号处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a)连接外部3D数字视频信号源并接收3D数字视频信号；

b)对接收到的3D数字视频信号进行格式检测，同时对显示装置即电视机或显示器进行最佳分辩率检测；

c)接收存储3D数字视频信号；

d)对接收存储的3D数字视频信号空间域处理，使其成为显示装置最佳分辩率、最佳亮度、最佳色度格式；

e)对接收存储的3D数字视频信号时间域处理，使其成为显示装置最佳帧频格式；

f)对经处理的3D数字视频信号输出，即3D数字视频信号被处理成显示装置可显示的2D图像序列并输出，同时左右眼同步控制信号输出。

一种3D视频信号处理装置，该装置包括：

一现场可编程门阵列(FPGA)芯片；

一HDMI1.4A接收电路，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片并为其输入视频信号；

一微处理器(MCU)，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片并根据外部输入触发信号产生信息交换信号；

一红外3D信号同步发送电路，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片并通过红外线连接红外控制3D图像观察眼镜，为其提供红外左右眼同步信号；

一图像存储器，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片，作为3D视频存储器；

一3D视频图像模拟发送器，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片，把输出的3D数字视频信号变换成模拟RGB信号，供给电视机或显示器显示；

一3D视频数字发送器，连接现场可编程门阵列(FPGA)芯片，输出3D数字视频信号，供给电视机或显示器显示；

其中：所述现场可编程门阵列(FPGA)芯片包括：

一数字视频图像处理器电路，作为控制及3D数字视频信号计算与处理核心；

一高速数据存储器接口电路，连接数字视频图像处理器电路，存储输入数字视频数据幀、叠加图像数据幀和输出3D数字视频数据幀；

一左右眼图像同步信号检测及控制电路，连接数字视频图像处理器电路，检测3D视频播放器的左右图像序列；

一左右眼图像重置器电路，连接数字视频图像处理器电路，并依据接收到的最优帧频对3D数字视频数据进行插幀处理，进行幀序列重置；

一3D数字视频信号输出电路，对视频信号的输出。

本发明为3D数字视频的显示提供了一种有效途径，使消费者家中现有的电视机不用改装也能显示3D影像。

附图说明

图1为本发明装置结构示意图

图2为本发明装置中现场可编程门阵列(FPGA)结构框图

图3为本发明方法流程图

图4为本发明装置工作流程图

具体实施方式

参阅图3，本发明方法的具体步骤是：

a)连接外部3D数字视频信号源并接收3D数字视频信号；

b)3D数字视频信号格式检测：对来自3D信号源的信号进行格式检测，对显示装置(电视机或显示器)进行最佳分辩率检测；

c)3D数字视频信号接收存储：3D数字视频信号被接收并存储；

d)3D数字视频信号空间域处理：将3D数字视频信号处理成显示装置最佳分辩率、最佳亮度、最佳色度格式；

e)3D数字视频信号时间域处理：将3D数字视频信号处理成显示装置最佳帧频格式；

f)3D数字视频信号输出及左右眼同步控制信号输出：将3D数字视频信号处理成显示装置(电视机或显示器)可以显示的2D图像序列并输出；同时左右眼同步控制信号输出。

参阅图1，本发明装置HDMI1.4A信号接收器与现场可编程门阵列(FPGA)芯片通过视频总线相连，其包括24bit或30bit宽度的视频数据，时钟信号、行同步信号、幀同步信号及数据有效指示信号，SCL和SDA等信号；微处理器MCU通过SCL和SDA等信号与FPGA相连；

图像存储器通过32bit宽度数据总线和22bit宽度地址总线及时钟控制等信号与FPGA相连；红外3D信号同步发送器通过1bit数据线与FPGA相连；红外3D信号同步发送器通过红外线与红外控制3D图像观察眼镜相连；3D视频图像数字发送器(DVI)和3D视频图像模拟发送器(DAC)通过同一视频总线与FPGA相连，其包括24bit或30bit宽度的视频数据，时钟信号、行同步信号、幀同步信号及数据有效指示信号，SCL和SDA等信号；3D视频图像数字发送器(DVI)通过DVI线缆与电视机或显示器相连；3D视频图像模拟发送器(DAC)通过模拟75欧姆RGB线缆与电视机或显示器相连。

本发明装置的信号输入端口通过HDMI信号线连接外部3D视频信号源(BD-player、DVD-player或者PC机)的HDMI(DVI)接口、输出端(DVI或者RGB)连接于一电视机或显示器，观众佩戴3D眼镜，构成一3D显示***。

硬件配置代码(软件)烧录于FPGA配置芯片中，上电后自动加载到可编程芯片(FPGA)中。

HDMI1.4A信号接收器通过I2c总线与MCU相连，在MCU控制下实施把外部3D视频信号源(BD-player、DVD-player或者PC机等)输入的TMDS差分信号接收并解码成数字24位或30位宽度的RGB数字视频信号或者YCbcr数字视频信号；其可能是24Hz的frame-packing、side-by-side、也可能是top-and-bottom；其可以支持速度高达148.5MHz的逐行高清晰度数字视频信号(1080p 60hz)的解码。

FPGA芯片接收HDMI信号接收解码电路输出的RGB数字视频信号或者YCbcr数字视频信号，并把数字视频信号送入到图像存储器电路，FPGA芯片完成视频图像动态及静态的各种处理，并以数字RGB或者Ycbcr格式输出到，3D视频图像数字发送器(DVI)或3D视频图像模拟发送器(DAC)，最终显示输出通过DVI连线连接于外部电视机或显示器；同时，FPGA芯片检测3D幀序列信号并产生3D同步控制信号；3D同步控制信号连接到红外3D信号同步发送器，红外3D信号同步发送器发送此同步信号到红外控制3D图像观察眼镜，3D图像观察眼镜与3D图像序列同步，可以观察到清晰的3D图像。

参阅图2，本发明装置中FPGA芯片包括3D数字视频图像处理器电路、左右眼图像同步信号检测及控制电路、高速数据存储器接口电路、左右眼图像重置器电路、I2c接口电路以及3D数字视频信号输出电路。

3D数字视频图像处理器电路接收HDMI信号接收解码电路输出的3D数字视频信号(YCbCr)，首先把数字视频信号送入到高速数据存储器电路(DDR2)中；接着3D数字视频图像处理器电路对高速数据存储器电路(DDR2)中存储的数字视频数据按照显示的需要进行放大、缩小、增强、去噪等处理；3D数字视频图像处理器电路还对高速数据存储器电路中存储的数字视频数据进行亮度(亮度和对比度调整)和色度处理(色彩增强、色温变换、带宽拓展等)；左右眼图像重置器电路依据接收电视机或显示器可接收的最优帧频对3D数字视频数据进行插幀处理，并进行幀序列重置；最后3D数字视频图像处理器电路把高速数据存储器电路(DDR2)输出缓冲区中存储的3D数字视视频数据送到3D数字视频输出电路；其为数字RGB或者Ycbcr格式。

参阅图4，本发明装置工作流程：***上电后，微处理器MCU自动装载初始化程序，并进入待机状态S0；并监测HDMI信号接收器是否有有效的3D视频信号输入；无有效信号，停留在S0状态；有有效的3D视频信号，则进入状态s1；

S1状态，微处理器MCU通过I2C总线读取连接的电视机或者显示器的DDC，确定3D显示设备的类别，并通过计算，未处理器MCU输出FPGA芯片配置控制信号，进入状态s2；

S2状态，FPGA芯片根据配置控制信号从flash中装载配置程序，相应的3D数字视频图像处理器电路、左右眼图像同步信号检测及控制电路、高速数据存储器接口电路、左右眼图像重置器电路、3D数字视频信号输出电路生成，进入状态s3；

S3状态，3D数字视频图像处理器电路接收HDMI信号接收解码电路输出的3D数字视频信号(YCbCr)，首先把数字视频信号送入到高速数据存储器电路(DDR2)中；接着3D数字视频图像处理器电路对高速数据存储器电路(DDR2)中存储的数字视频数据按照显示的需要进行放大、缩小、增强、去噪等处理；3D数字视频图像处理器电路还对高速数据存储器电路中存储的数字视频数据进行亮度(亮度和对比度调整)和色度处理(色彩增强、色温变换、带宽拓展等)；左右眼图像重置器电路依据接收电视机或显示器可接收的最优帧频对3D数字视频数据进行插幀处理，并进行幀序列重置；最后3D数字视频图像处理器电路把高速数据存储器电路(DDR2)输出缓冲区中存储的3D数字视视频数据送到3D数字视频输出电路；其为数字RGB或者Ycbcr格式，3D视频图像数字发送器(DVI)或3D视频图像模拟发送器(DAC)，最终显示输出于外接电视机或显示器；同时，可编程芯片(FPGA)检测3D幀序列信号并产生3D同步控制信号；3D同步控制信号在红外3D信号同步发送器发送到红外控制3D图像观察眼镜，3D图像观察眼镜与3D图像序列同步，可以观察到清晰的3D图像。

Claims (2)

1.一种3D数字视频信号处理方法，其特征在于该方法包括以下步骤：

a)连接外部3D数字视频信号源并接收3D数字视频信号；

b)对接收到的3D数字视频信号进行格式检测，同时对显示装置即电视机或显示器进行最佳分辩率检测；

c)接收存储3D数字视频信号；

d)对接收存储的3D数字视频信号空间域处理，使其成为显示装置最佳分辩率、最佳亮度、最佳色度格式；

e)对接收存储的3D数字视频信号时间域处理，使其成为显示装置最佳帧频格式；

f)对经处理的3D数字视频信号输出，即3D数字视频信号被处理成显示装置可显示的2D图像序列并输出，同时左右眼同步控制信号输出。

2.一种3D数字视频信号处理装置，其特征在于该装置包括：

一现场可编程门阵列芯片；

一HDMI 1.4A接收电路，连接现场可编程门阵列芯片并为其输入视频信号；

一微处理器，连接现场可编程门阵列芯片并根据外部输入触发信号产生信息交换信号；

一红外3D信号同步发送电路，连接现场可编程门阵列芯片并通过红外线连接红外控制3D图像观察眼镜，为其提供红外左右眼同步信号；

一图像存储器，连接现场可编程门阵列芯片，作为3D视频存储器；

一3D视频图像模拟发送器，连接现场可编程门阵列芯片，把输出的3D数字视频信号变换成模拟RGB信号，供给电视机或显示器显示；

一3D视频数字发送器，连接现场可编程门阵列芯片，输出3D数字视频信号，供给电视机或显示器显示；

其中：所述现场可编程门阵列芯片包括：

一数字视频图像处理器电路，作为控制及3D数字视频信号计算与处理核心；

一高速数据存储器接口电路，连接数字视频图像处理器电路，存储输入数字视频数据幀、叠加图像数据幀和输出3D数字视频数据幀；

一左右眼图像同步信号检测及控制电路，连接数字视频图像处理器电路，检测3D视频播放器的左右图像序列；

一左右眼图像重置器电路，连接数字视频图像处理器电路，并依据接收到的最优帧频对3D数字视频数据进行插幀处理，进行幀序列重置；

一3D数字视频信号输出电路，对视频信号的输出。

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