CN102611903A - 用于平板电视的3d处理盒 - Google Patents

Abstract

本发明提供了用于平板电视的3D处理盒。本发明涉及一种3D图像处理设备，包括：输入单元，用于接收视频信号；输出单元，用于为2D显示设备(优选地是电视机)提供视频信号；以及3D快门眼镜驱动器单元，用于生成控制3D快门眼镜的驱动信号。延迟补偿单元被耦接到驱动器单元并且适于补偿存在于显示设备中的处理延迟，该显示设备优选地是电视机。

Description

用于平板电视的3D处理盒

技术领域

本发明涉及3D图像(优选地是运动图像)，以及包括用于接收视频信号的输入单元、用于为2D显示设备(优选地是电视机)提供视频信号的输出单元以及用于生成控制3D快门眼镜的驱动信号的3D快门眼镜驱动器单元的处理设备。本发明还涉及用于处理要被发送到2D显示设备(优选地是电视机)的图像信号(优选地是运动图像信号)的方法，以及包括3D图像处理设备的视频游戏控制台(console)。

背景技术

三维(3D)运动图像越来越流行，因此数量快速增长的3D内容被提供给用户。然而，为了观看3D运动图像，适当的装备是必需的。通常，这样的装备包括3D电视机和从电视机接收其控制信号的所谓的快门眼镜。

同时，还有这样的装备，其使得能够通过标准2D电视机来观看3D运动图像。例如，razor 3D公司的产品“虚拟FX 3D转换器(Virtual FX 3DConverter)”就是这样的装备。它与3D快门眼镜一同发售，其中控制快门眼镜所必需的驱动信号由虚拟FX 3D转换器生成并发送。

虽然此3D转换器盒是通过标准2D电视机呈现3D内容的可行方式，但是所显示的3D内容的质量不是最佳的并且强烈依赖于所使用的2D电视机。尤其是，用户感觉到图像模糊。

发明内容

因此，本发明的目的之一是提供克服上述问题尤其是模糊问题的3D图像处理设备。

此一目的是通过额外包括耦接到驱动器单元并且适于补偿存在于显示设备中的处理延迟的延迟补偿单元的上述3D图像处理设备实现的。

3D图像处理设备基于发送到显示设备的图像信号生成3D快门眼镜的驱动信号。由于这些图像信号(优选地是运动图像信号)还要被显示设备处理的事实，在将图像信号发送给显示设备和它们在显示设备屏幕上的显示之间存在时间偏移。因此，3D快门眼镜没有与显示设备所显示的左和右图像正确同步。

因此，本发明提议将3D快门眼镜的驱动信号延迟一反映出显示设备的处理时间的延迟值。结果，在驱动信号与左右各个影像在显示设备屏幕上的显示之间的同步实质上得到改善。

发明性的延迟补偿单元用于将预定量的时间延迟或时间偏移施加到要由3D快门眼镜接收的驱动信号。

因此，本发明的主要方面之一是补偿显示设备内处理并显示运动图像所需的处理时间。

优选地，所述2D显示设备是2D电视机。

在优选实施例中，所述延迟补偿单元包括用于存储延迟值的存储器。更优选地，所述延迟补偿单元包括适于从所述2D显示设备(优选地是2D电视机)请求处理延迟值的请求元件。

也就是，换句话说，要施加给驱动信号的时间偏移量或时间延迟量是预先定义并存储的或者可替代地是从电视机请求的。在此替代例中，电视机的制造商在可访问存储器中将时间延迟值存储为固定值。此实施例的优点在于：延迟补偿单元可更好地处理具有不同处理时间的不同电视机。

在又一优选实施例中，所述延迟补偿单元包括适于在查找表中搜索处理延迟值的请求元件，该查找表存储有多个不同电视机的处理延迟值。

换言之，处理设备包括存储了具有不同电视机的多个延迟值的查找表的存储器。这样的查找表可由3D图像处理设备的制造商在例如只读存储器中提供。可替代地，该查找表也可被存储在万维网上的任意位置处，并且可经由因特网访问。在此情况下，延迟补偿单元可基于所耦接的电视机的标识特征经由因特网来获取处理延迟值。

在也可与前述实施例结合的又一优选实施例中，所述延迟补偿单元包括用于手动地设定延迟的设定元件。

换言之，这意味着用户能够手动地改变处理延迟值，这是一个不太复杂的技术方案。

在又一优选实施例中，适于检测由显示设备显示的图像元素的光学传感器和耦接到所述光学传感器和输出单元的处理延迟确定元件被提供。该处理延迟确定元件适于确定在由所述输出单元对包括所述图像元素的视频信号进行的输出与由所述显示设备对所述视频信号进行的显示之间的处理延迟。

换言之，这意味着延迟补偿单元所使用的处理延迟值是通过独立的校准处理或者在操作期间来确定的。要由显示设备(例如电视机)显示的图像元素可以是可由光学传感器检测到的任意图形符号或图案。

此方法的优点在于：由延迟补偿单元使用的处理延迟值是十分准确的并且还补偿电视机或对处理时间有影响的任何其他组件的任意容差(tolerance)。

在又一优选实施例中，处理设备包括适于检测由所述显示设备再现的声音元素的声传感器，以及处理延迟确定元件，该处理延迟确定元件耦接到所述声传感器和所述输出单元并且适于确定在由所述输出单元对包括所述声音元素的视频信号进行的输出与由所述显示设备对所述声音元素进行的再现之间的处理延迟。至少在此实施例中，显示设备包括用于输出声音的装置，比如扬声器。

在又一优选实施例中，适于接收2D视频信号并且输出3D视频信号的2D到3D转换器单元被提供。

此措施的优点在于：二维图像(优选地是运动图像)也可被提供用户感觉到的深度效果。

在又一优选实施例中，视频信号转换器单元被提供并适于接收模拟或数字输入视频信号并且输出数字视频信号。所述输入视频信号优选地是HDMI信号、S-视频(S-video)信号、RGB信号或HFR(高帧频)接口信号中的一个，并且所述输出视频信号是HDMI信号或HFR接口信号。

换言之，这意味着发明性3D图像处理设备能够处理多种图像源，优选地是运动图像源，即模拟或数字源，因此其可用性增强。此外，输出视频信号是HDMI信号，其是数字信号并且使得能够发送3D运动图像。

在又一优选实施例中，图像格式转换器单元被提供并且适于将视频信号的3D源格式转换为3D帧顺序格式。

在本领域中，一对不同的3D图像(帧)格式是已知的并被使用。例如，存在所谓的并排(side-by-side，SBS)格式、上下(above/below)(也称作高低(upper-by-lower))格式、帧顺序(FS)格式或棋盘(checkerboard)格式。因为这些格式是本领域技术人员已知的，所以在下文中不对它们进行详细描述。格式转换器现在适于在输出处提供特定的预先定义格式，优选地是3D帧顺序格式。帧顺序格式可被2D显示设备(例如电视机)处理。

在一优选实施例中，3D图像处理设备作为独立于显示设备(例如电视机)进行操作的独立盒被提供。

换言之，发明性设备是单独的装置，其可作为2D显示设备的附加物被用户购买。

在又一优选实施例中，所述发明性处理设备是视频游戏控制台的一部分。更优选地，所述光电传感器是耦接到所述视频游戏控制台的相机。

此措施的优点在于：通常已经是视频游戏控制台的一部分的相机还可用于检测图像元素。因此，不需要额外的光学传感器。

本发明的目的还通过如下的方法实现，该方法用于处理要被发送给2D显示设备(优选地是电视机)的图像信号(优选地是运动图像信号)，包括以下步骤：

-从源接收2D或3D运动图像信号，

-生成控制3D快门眼镜的驱动信号，

-提供要被发送给所述2D显示设备的3D运动图像信号，以及

-向所述驱动信号施加处理延迟以补偿所述显示设备的处理时间。

此发明性方法的优点与结合发明性处理设备所描述的优点相同，因此请参见以上的描述。在一优选实施例中，所述处理延迟是通过存储在存储器中的延迟值来确定的。

在一优选实施例中，该方法包括以下步骤：

-检测由所述显示设备显示的图像元素，以及

-确定在提供包括所述图像元素的运动图像信号和检测到所述图像元素之间的处理延迟。

优选地，该方法包括生成图像元素并且将所述元素显示在所述显示设备的显示器上的预先定义的位置处的步骤。

在又一优选实施例中，所述视频信号的源格式被转换为帧顺序格式。

应注意，所主张的方法与所主张的3D图像处理设备具有相似的和/或相同的在从属权利要求中限定的优选实施例。

从以下描述和附图中可了解更多特征和优点。应理解，以上提及的特征以及还要在下文中说明的那些特征不仅可在所指示出的各个组合中使用，而且可以在其他组合中使用或者独立使用，而不会背离本发明的范围。

附图说明

根据下文描述的实施例，本发明的这些以及其他方面将是清楚的，并且下面将参考下文描述的实施例来更详细地解释本发明的这些以及其他方面。在附图中：

图1示出3D运动图像处理设备的第一实施例的示意性框图；和

图2示出第二实施例的示意性框图。

具体实施方式

在以下描述中，提出了大量具体细节来提供对本发明的全面的描述。然而，本领域技术人员应理解，本发明可在不需要这些具体细节的情况下被实践。在其他实例中，为人熟知的特征未被详细描述以免混淆本发明。

在图1中，示意性示出并且用标号10指示出3D图像处理设备。应注意，3D图像处理设备10(也称作“处理设备”)包括比下面示出并描述的那些组件更多的组件。

处理设备10包括适于接收并处理至少一个运动图像信号(也称作视频信号)的输入单元12。优选地，输入单元12适于接收并处理符合HDMI 1.3/1.4标准的视频信号。更加优选地，输入单元12还适于接收像S-视频信号或RGB信号之类的模拟视频信号。输入单元12还可适于接收并处理(与分别是25帧/秒和29.97帧/秒的PAL、SECAM或NTST帧频的标准帧频相比)具有更高帧频(例如100、120、200、240帧/秒或更高)的视频信号。

处理设备10还包括信号和延迟生成器14，其提供将在下文中详细描述的若干个功能，并且可选地还包括具有运动补偿的帧频转换单元15。

信号和延迟生成器14从输入单元12接收信号并且将视频信号提供给所述帧频转换单元15。如果需要，帧频转换单元15可通过例如增大帧频和/或应用运动补偿来处理所接收的信号，并且提供要发送给显示设备30(例如电视机30)的输出信号。帧频转换和运动补偿是许多现有电视机中使用的已知方法，因此不再详细描述这些方法。

优选地，输出信号是符合HDMI 1.3/1.4标准的信号。信号可以是具有更高帧频的视频信号，其需要显示器侧的高帧频接口(HFR接口)。

应注意，尽管其他显示设备(像投影仪等)也是可应用的，但是结合电视机来描述本实施例。此外，显示设备可包括像投影仪那样的仅用于显示运动图像的单元、放大器单元和再现相关联的声音的扬声器单元。

处理设备10还包括3D快门眼镜驱动器单元16(也称作眼镜生成器)。眼镜生成器16从信号和延迟生成器14接收信号，即同步信号，并且基于这些同步信号来生成要发送给3D快门眼镜32的驱动信号。要发送给快门眼镜32的驱动信号用于交替地打开和关闭左和右眼镜。因为将运动图像的左和右影像分别呈现给观看者的左和右眼的此一技术通常是为人熟知的，所以不再对此一技术进行说明。

在图1中，图形化地指示出眼镜生成器16可适于例如通过使用红外或射频发送技术无线地将驱动信号发送给3D快门眼镜32，或者可替代地通过有线进行发送。

处理设备10还包括第一模数转换器18(也称作声音A/D)和第二模数转换器20(也称作图像A/D)。两个A/D转换器都与信号和延迟生成器耦接，这意味着他们将转换后的数字信号供应给信号和延迟生成器14。声音A/D的输入与声音传感器22(优选地是麦克风)耦接，并且图像A/D转换器20的输入与光电传感器24耦接。两个传感器22和24都生成模拟信号，模拟信号然后被所述A/D转换器18、20转换为数字信号。

输入单元12包括视频信号转换器单元25，该视频信号转换器单元25适于接收像HDMI信号那样的数字信号或像S-视频或RGB信号那样的模拟信号，并且适于在需要的情况下将这些信号转换为数字输出信号。

输入单元还包括2D到3D转换器单元26，该2D到3D转换器单元26适于接收2D视频信号并且输出3D视频信号。换言之，该转换器单元通过深度信息来丰富视频信号的内容。适当的算法是本领域已知的，因此不再对此进行详细说明。在此转换处理结束时，视频信号包括用于左眼和右眼的分离的图像或帧。

在输入视频信号是2D视频信号的情况中，使用2D到3D转换器单元。如果输入信号是3D视频信号，则转换器单元26可被绕过。

输入单元12还包括图像格式转换器单元27，该图像格式转换器单元27接收3D视频信号并且将格式转换为帧顺序格式。在本领域中，存在用于记录或发送用于左眼和右眼的图像信号的若干种可能手段。这些可能手段中的一些例如是“并排(SBS)”、上下(也称作高低)或棋盘。因为2D电视机不能解码具有这些格式的视频信号，所以图像格式转换器单元将这些格式转换为所谓的帧顺序(FS)格式。帧顺序格式指视频信号交替地包括用于左眼和右眼的帧(这需要电视机处于逐行模式中而非处于隔行模式中以供显示视频信号)。

在正常未经补偿的操作模式中，信号和延迟生成器14生成同步信号，该同步信号精确反映左影像帧到右影像帧的改变或者右影像帧到左影像帧的改变。此同步信号被发送到眼镜生成器16，该眼镜生成器16进而将驱动信号发送到快门眼镜32。因此，快门眼镜与信号和延迟生成器14中的帧改变同步。

在从信号和延迟生成器14接收视频信号的电视机30不对视频信号施加任何延迟的场合，快门眼镜32仍与由电视机显示的帧改变同步。

然而，许多新式电视机施加了延迟，该延迟由若干视频信号处理步骤引起。因此，在信号和延迟生成器14中检测到的帧改变与显示在电视机30的屏幕上的帧改变之间存在时间偏移。该时间偏移或时间延迟的结果是快门眼镜32不再与电视机的帧改变同步。在实践中这意味着：例如，用于左眼的快门眼镜32的左侧过早地打开，导致左眼首先看到右帧然后看到左帧。

这可能产生模糊效果，模糊效果应当避免。

为了克服此问题，信号和延迟生成器14对发送给眼镜生成器16的同步信号进行延迟或时间偏移。延迟或时间偏移的量取决于电视机30的处理时间。

为了确定要应用到同步信号的延迟的量，存在若5E72种可能方案，这些可能方案中的一些在下文中被描述。

用于确定延迟的一种可能方案是从处理设备10中的存储器中获取相应的延迟值。存储器可将仅一个延迟值或者更优选地多个不同的延迟值包括在查找表28中。查找表包含具有电视机标识符和延迟值的多个数据对。基于能够由处理设备10从电视机30请求的电视机标识符，适当的延迟值可凭借查找表28被确定。

本领域技术人员清楚，查找表28不一定被存储在处理设备10中。更确切地，也可以在经由因特网可访问的任意服务器上提供查找表28。该方案在图1中被用虚线指示出。

用于确定延迟的另一可能方案是通过运行校准。在此校准期间，处理时间被测量。这可通过使用光电传感器24来实现，该光电传感器24适于检测在电视机30的屏幕上显示的测试图像中的某一图像元素。通过比较信号和延迟生成器14将视频信号提供给电视机30的时间和图像元素被光电传感器24检测到的时间，电视机30的处理时间可被计算出。在校准处理结束时，所计算出的处理时间被存储为供信号和延迟生成器14使用的延迟值。

相同的校准处理也可经由声音传感器22针对声音来执行。该校准处理确保没有所谓的唇同步问题发生。

一般地，在假设电视机30的处理时间不随时间改变的情况下，每次处理设备10与新的电视机30耦接时，执行此校准处理。另一方面，也可以周期性地运行校准处理。还可想到要由光电传感器24检测的图像元素被覆盖在视频信号上，从而校准可在正常操作期间运行。

用于确定延迟值的又一可能方案是通过手动地设置该值。在此情况下，处理设备10配备有例如旋钮，该旋钮使得能够对由信号和延迟生成器生成的同步信号进行偏移。只要用户感觉到模糊效果，她/他就可以对同步信号进行偏移。

总而言之，处理设备10使得能够补偿处理时间并因此补偿电视机30的延迟，使得快门眼镜32与电视机30完美地同步。

所描述的处理设备10可被设计为独立设备或者可被结合到可与电视机30耦接的任何其他电子设备中。例如，处理设备10可被结合到蓝光播放器、DVD播放器或AV接收器中。

在图2中，示意性示出处理设备10的另一应用。这里，处理设备10被集成到视频游戏控制台36中。处理设备10包括USB连接38，该USB连接38使得能够将处理设备10与视频游戏控制台36连接。上述光电传感器24的功能可由相机34提供，该相机34通常是视频游戏控制台36的一部分。

从图2可见，输入单元12是视频游戏控制台36的一部分。具体地，视频游戏控制台36被补充了提供输入单元12的功能、因此也提供视频信号转换器单元25、2D到3D转换器单元26和图像格式转换器单元27的功能的软件模块。

此外，测量处理延迟的功能被从处理设备10移动到视频游戏控制台36，用标号14’指示出该测量处理延迟的功能。此功能也可以由运行在这样的视频游戏控制台36的大功率处理器上的软件模块来提供。

确定处理延迟和设定适当同步的处理类似于以上参考图1描述的处理。因此不再重复。

在附图和前述描述中详细示出并描述了本发明，然而这样的图示和描述被认为是说明性的或示例性的而非限制性的。本发明不限于所公开的实施例。本领域技术人员在实践所主张的发明时，从对附图、公开内容和所附权利要求的学习，能够理解并实现所公开实施例的其他变体。

在权利要求中，“包括”一词不排除其他元素或步骤，并且不定冠词“一”不排除多个。单个元件或其他单元可实现权利要求中所记载的若干项的功能。某些措施被记载在互不相同的从属权利要求中的简单事实并不表示这些措施的组合不能被有利地利用。

权利要求中的任何标号不应被解释为限制了范围。

Claims (36)

1.一种3D图像处理设备，包括：

输入单元，用于接收视频信号，

输出单元，用于为2D显示设备提供视频信号，以及

3D快门眼镜驱动器单元，用于生成控制3D快门眼镜的驱动信号，

该3D图像处理设备的特征在于：

延迟补偿单元，其耦接到所述驱动器单元并且适于补偿存在于所述显示设备中的处理延迟。

2.根据权利要求1所述的3D图像处理设备，其中，所述延迟补偿单元包括用于存储处理延迟值的存储器。

3.根据权利要求2所述的3D图像处理设备，其中，所述延迟补偿单元包括适于从所述2D显示设备请求处理延迟值的请求元件。

4.根据权利要求2或3所述的3D图像处理设备，其中，所述延迟补偿单元包括适于在查找表中搜索处理延迟值的请求元件，该查找表存储有多个不同显示设备的处理延迟值。

5.根据权利要求2所述的3D图像处理设备，其中，所述延迟补偿单元包括用于手动地设定所述延迟的设定元件。

6.根据权利要求2所述的3D图像处理设备，包括适于检测由所述显示设备显示的图像元素的光学传感器，以及处理延迟确定元件，该处理延迟确定元件耦接到所述光学传感器和所述输出单元并且适于确定在由所述输出单元对包括所述图像元素的视频信号进行的输出与由所述显示设备对所述视频信号进行的显示之间的处理延迟。

7.根据权利要求6所述的3D图像处理设备，其中，所述确定元件被连续操作并且适于将所确定的值存储在所述存储器中。

8.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，包括适于检测由所述显示设备再现的声音元素的声传感器，以及处理延迟确定元件，该处理延迟确定元件耦接到所述声传感器和所述输出单元并且适于确定在由所述输出单元对包括所述声音元素的视频信号进行的输出与由所述显示设备对所述声音元素进行的再现之间的处理延迟。

9.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，包括适于接收2D视频信号并且输出3D视频信号的2D到3D转换器单元。

10.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，包括适于接收模拟或数字输入视频信号并且输出数字视频信号的视频信号转换器单元。

11.根据权利要求10所述的3D图像处理设备，其中，所述输入视频信号是HDMI信号、S-视频信号、RGB信号或HFR接口信号中的一个，并且所述输出视频信号是HDMI信号或HFR接口信号。

12.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，包括适于将所述视频信号的3D源格式转换为3D帧顺序格式的图像格式转换器单元。

13.根据权利要求12所述的3D图像处理设备，其中，所述源格式是并排格式、高低格式和棋盘格式中的一个。

14.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，其中，所述设备作为独立于显示设备进行操作的独立盒被提供。

15.根据权利要求1到13中的任一项所述的3D图像处理设备，其中，所述设备是视频游戏控制台的一部分。

16.根据权利要求6和15所述的3D图像处理设备，其中，所述光电传感器是耦接到所述视频游戏控制台的相机。

17.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，包括3D快门眼镜，该3D快门眼镜优选地是LCD快门眼镜。

18.根据前述权利要求中任一项所述的3D图像处理设备，其中，所述显示设备是2D电视机。

19.一种用于处理要被发送给2D显示设备的图像信号的方法，包括以下步骤：

从源接收2D或3D图像信号，

生成控制3D快门眼镜的驱动信号，

提供要被发送给所述2D显示设备的3D图像信号，以及

向所述驱动信号施加处理延迟以补偿所述显示设备的处理时间。

20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述处理延迟是由存储在存储器中的延迟值来确定的。

21.根据权利要求19或20所述的方法，包括从所述显示设备请求延迟值的步骤。

22.根据权利要求19或20所述的方法，包括在查找表中搜索延迟值的步骤，该查找表存储有多个不同显示设备的处理延迟值。

23.根据权利要求22所述的方法，其中，所述查找表被本地地存储或者被存储在经由因特网可访问的万维网中。

24.根据权利要求19到23中任一项所述的方法，包括以下步骤：

检测由所述显示设备显示的图像元素，以及

确定在提供包括所述图像元素的运动图像信号和检测到所述图像元素之间的处理延迟。

25.根据权利要求24所述的方法，包括生成图像元素并且将这些图像元素显示在所述显示设备的显示器上的预先定义的位置处的步骤。

26.根据权利要求24所述的方法，其中，所述处理延迟被存储为存储器中的延迟值。

27.根据权利要求19到26中任一项所述的方法，包括以下步骤：

检测由所述显示设备再现的声音元素，以及

确定在提供包括所述声音元素的运动图像信号和检测到所述声音元素之间的处理延迟。

28.根据权利要求19到27中任一项所述的方法，包括以下步骤：

将所述2D运动图像信号转换为3D运动图像信号。

29.根据权利要求19到27中任一项所述的方法，包括以下步骤：

将来自所述源的所述图像信号换为数字信号。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，来自所述源的所述图像信号是HDMI信号、S-视频信号和RGB信号中的一个或HFR接口信号，并且所述数字信号是HDMI信号或HFR接口信号。

31.根据权利要求24所述的方法，包括提供用于检测所述图像元素的光学传感器的步骤，该光学传感器优选地是光电传感器或相机。

32.根据权利要求19到31中任一项所述的方法，其中，所述3D快门眼镜是LCD快门眼镜。

33.根据权利要求19到32中任一项所述的方法，包括以下步骤：

将所述视频信号的源格式转换为帧顺序格式。

34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述源格式是并排格式、高低格式和棋盘格式中的一个。

35.根据权利要求19到34中任一项所述的方法，其中，所述显示设备是电视机。

36.一种包括根据权利要求1到18中任一项所述的3D图像处理设备的视频游戏控制台。

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