DE19635018C2 - Übertragung von dreidimensionaler Bildinformation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung von dreidimensionaler Bildinformation, bei dem eine erste und ei­ ne zweite Bildfolge mit unter unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Bildern verwendet wird. Die Erfindung betrifft außerdem ein Verfahren zum Empfang einer derart übertragenen dreidimensionalen Bildinformation sowie jeweilige Schaltungs­ anordnungen zur Durchführung der Übertragung bzw. des Emp­ fangs.

Ein bekanntes Verfahren zur Erzeugung und Darstellung dreidi­ mensionaler Bilder ist in der DE 32 14 021 A1 einleitend be­ schrieben. Nach einem Polarisationsverfahren wird für zwei Bildkanäle je ein Fernsehgerät verwendet, denen je ein Pola­ risator vorgesetzt ist. Jedes Fernsehgerät strahlt je eine aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommene Bildfolge aus. Mittels einer Polarisationsbrille, die jedem Auge eines Betrachters nur das polarisierte Licht eines der Bildfolgen zuleitet, erhält der Betrachter einen dreidimensionalen Bildeindruck. Zur Übertragung der beiden Bildfolgen vom Sen­ der zu den Fernsehgeräten müssen beide Bildfolgen in getrenn­ ten Fernsehübertragungskanälen übertragen werden. In entspre­ chender Weise muß die Aufnahme der Bilder sowie deren Verar­ beitung bis zu senderseitigen Übertragung und der Empfang in den Fernsehgeräten getrennt voneinander erfolgen, so daß zwei vollständige Sende- bzw. Empfangskanäle erforderlich sind.

In der DE 39 01 103 C1 ist ein Verfahren zum Übertragen ste­ reoskopischer Fernsehbilder beschrieben, bei dem von jedem Stereobildpaar nur ein Stereoteilbild sowie die Differenz beider Teilbilder übertragen wird und empfangsseitig das Bildpaar aus dem übertragenen Teilbild und der Differenz re­ konstruiert wird. Die Differenz wird dabei in die Verti­ kalaustastlücke des übertragenen Stereoteilbilds eingetastet.

Die Differenz und das Teilbild können zusätzlich einer Daten­ reduktion unterzogen werden.

In der EP-0 204 006 A1 ist zur Übertragung stereoskopischer Fernsehbilder vorgesehen, ein Differenzbild zeitlich zu kom­ primieren und in die Vertikalaustastlücke einzutasten. An­ schließend erfolgt eine Farbcodierung.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eingangs genannte Verfahren und Schaltungsanordnungen anzugeben, um die dreidi­ mensionale Übertragung von Bildern mit weniger Aufwand und einfacheren Mitteln auszuführen.

Das erfindungsgemäße Verfahren wendet in vorteilhafter Weise zur Übertragung dreidimensionaler Bildinformation die her­ kömmliche Fernsehtechnik an in Kombination mit heutzutage verfügbaren digitalen Bildverarbeitungsmaßnahmen. Ein zwi­ schen den Kanälen vorliegender Bildunterschied, aus dem emp­ fangsseitig wieder ein zweiter Bildkanal zur Erzeugung des dreidimensionalen Effekts abgeleitet wird, wird in den für den Hauptkanal ohnehin nicht genutzten Leerzeilen der Verti­ kalaustastlücke übertragen. Das 3D-Verfahren ist somit ab­ wärtskompatibel im Hinblick auf Empfangsgeräte, die keine 3D- Empfangsmöglichkeit aufweisen. Darüber hinaus sind die anzu­ wendenden Signalverarbeitungsverfahren an sich prinzipiell bekannt.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Gezeigt sind ein Sendeeinrichtung 100 sowie eine Empfangseinrichtung 101. Dem Sender werden zwei Videosignale Q1, Q2 zugeführt, die mit zwei Kameras aufgenommen sind, die die zu übertra­ gende Szene aus unterschiedlichen Blickwinkeln in einer ge­ meinsamen Bildebene aufnehmen. In einer Subtraktionseinrich­ tung 1 wird eine Bilddifferenz gebildet, die den Bildunter­ schied der beiden Kanäle ausgibt. Der Bildunterschied enthält im wesentlichen Bildkanteninformation. Zur weiteren Verarbei­ tung wird dieser Bildunterschied in einem Wandler 2 analog­ digital gewandelt. In einer Einrichtung 3 wird die Bilddiffe­ renz einer Quellenkodierung unterzogen. Hierzu eignen sich bekannte, standardisierte Verfahren zur Kodierung bewegter oder stehender Bilder oder Bildfolgen, beispielsweise solche Verfahren nach den Normierungskremien JPEG oder MPEG. Die Ko­ dierungseinrichtung 3 dient dazu, den Datenstrom bezüglich der vorhandenen Redundanz zu komprimieren. Ein in seiner Wir­ kungsweise noch näher zu beschreibender Datenpuffer 4 dient zur zeitlichen Pufferung der Daten. Anschließend werden die redundanzkomprimierten, kodierten Daten in einem Wandler 5 digital analog gewandelt. Parallel dazu wird der Hauptkanal in einer Zeitverzögerungseinrichtung 10 zeitlich verzögert, um die Verarbeitungszeit der Einrichtung 2 . . . 5 zu kompensie­ ren. Das Hauptbild der Quelle Q1 wird wie bekannt, einer Farbkodierung 7, z. B. nach den Farbstandards PAL, NTSC oder SECAM unterzogen. Diesen Standards ist gemeinsam, daß das dort herkömmlicherweise übertragene Bild nicht alle vorgese­ henen Zeilen belegt. Am Anfang und am Ende des Bildes, wäh­ rend der sogenannten Vertikalaustastlücke, werden Zeilen übertragen, die keine diesem Bild zuordenbare Bildinformation enthalten. Gegebenenfalls sind dort einige Zeilen mit digita­ ler Videotextinformation belegt. In die freien Zeilen der Vertikalaustastlücke wird nun die komprimierte Bildinformati­ on, die am Ausgang des D/A-Wandlers 5 vorliegt, mittels der Einrichtung 8 eingetastet. Die am Wandler 5 ausgangsseitig anliegenden Daten haben das Format eines herkömmlichen Video­ signals. Sie werden deshalb in einer Einrichtung 6 in her­ kömmlicher Weise farbkodiert. Eine Zeitsteuereinrichtung 9 dient dazu, den Datenpuffer 4 in Abhängigkeit von der Ein­ tastung in die Vertikalaustastlücke durch die Einrichtung 8 derart zu steuern, daß die Daten eines vollständig kodierten Differenzbildes während der Vertikalaustastlücke zur Ein­ tastung bereitstehen.

Es ist weiterhin möglich, das erzeugte Signal mit herkömmli­ chen Fernsehgeräten zu empfangen, da die den 3D-Effekt bewir­ kende zusätzliche Information in den ohnehin für das 2D-Bild nicht sichtbaren Zeilen der Vertikalaustastlücke vorliegt. Ein erfindungsgemäßes System arbeitet somit abwärtskompati­ bel. Die vom Fernsehsignal belegte Bandbreite wird nicht er­ höht. Der Reduktionsfaktor zur Reduzierung des Videosignals Q2, der durch die Differenzbildung und die Datenkompression erreicht wird, ist am Verhältnis der vom 2D-Bild belegten sichtbaren Zeilen eines Halbbilds zur Anzahl der durch die Differenzinformation belegten Zusatzzeilen in der Verti­ kalaustastlücke zu orientieren. Für den PAL-Farbfernseh­ standard ergibt sich ein Verhältnis von 287/4 = 71. Mit heutzutage verfügbaren Quellenkodierungsalgorithmen, die von der Einrichtung 3 zu verarbeiten sind, kann ein solcher Reduktionsfaktor ohne weiteres erreicht werden. Die Datenrate am Ausgang des A/D-Wandlers 2 beträgt bekanntlich ungefähr 150 Mbit/s, nach dem Quellenkoder 3 liegen dann ca. 3 Mbit/s vor, der Pufferspeicher 4 setzt diese wieder auf 150 Mbit/s zur Einblendung in die Zeilen der Vertikalaustastlücke um.

Zur Ermitt­ lung des Bildunterschieds zwischen den Videosignalen Q1, Q2 ist es alternativ möglich, anstelle der in der Zeichnung dargestellten Differenzbildung 1 eine Prädiktion durchzuführen, bei der ein Bild des Signals Q1 als Referenzbild verwendet wird und die Bilder des 2D-Kanals durch eine Prädiktion gebildet werden.

Das von der Eintasteinrichtung 8 abgegebene kombinierte Si­ gnal wird über eine Antenne 11 abgestrahlt und vom Empfänger 101 mit einer Antenne 20 empfangen. Empfängerseitig erfolgt zuerst eine PAL-Dekodierung 21 für alle Zeilen, also den sichtbaren Bereich und die Vertikalaustastlücke. Anschließend wird in einer Einrichtung 22 das herkömmliche 2D-Bild von den in der Vertikalaustastlücke kodiert vorhandenen Daten ge­ trennt. Das herkömmliche 2D-Bild wird einem Bildschirm 24 zu­ geführt und gegebenenfalls durch ein Zeitglied 23 verzögert, um die Laufzeit durch den anderen Kanal auszugleichen. In letzterem Verarbeitungskanal werden die in der Sendeeinrich­ tung 100 durchgeführten Verarbeitungsschritte wieder rückgän­ gig gemacht. Es erfolgt eine Analog-Digital-Wandlung in einem A/D-Wandler 25, eine Quellendekodierung in einem Dekoder 26 sowie eine Datenpufferung in einem Datenpufferspeicher 27, der die in der Vertikalaustastlücke empfangenen zeitkompri­ mierten Daten wieder zeitgerecht aufbereitet, so daß sie zur Bildung des 3D-Effekts gleichzeitig mit dem Bild des anderen Kanals angezeigt werden. Anschließend werden die Daten digi­ tal analog gewandelt in einem D/A-Wandler 28. An diesem liegt ausgangsseitig ein dem im Sender mit der Einrichtung 1 gebil­ deten Differenzsignal entsprechendes Signal an. Durch eine Summationseinrichtung 29 wird dieses Differenzsignal mit dem Hauptbild überlagert und einer Anzeigeeinrichtung 30 zuge­ führt. Das von den Bildschirmen 24, 30 abgegebene Licht wird horizontal mit einem Polarisator 31 bzw. vertikal mit einem entsprechenden Polarisator 32 polarisiert. Um den 3D-Effekt zu erkennen, muß ein Betrachter eine Brille benutzen, die für rechtes und linkes Auge unterschiedliche Polarisationsfilter aufweist, so daß das linke und das rechte Auge des Betrach­ ters die beiden Bilder wieder getrennt aufnehmen können.

Claims (5)

1. Verfahren zur Übertragung von dreidimensionaler Bildinfor­ mation, bei dem eine erste und eine zweite Bildfolge (Q1, Q2) mit unter unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Bil­ dern zugeführt werden, zwischen Bildern der ersten und zwei­ ten Bildfolgen (Q1, Q2) eine Bilddifferenz ermittelt wird, die Bilddifferenz mittels einer digitalen redundanzvermin­ dernden Kodierung (3) kodiert wird, die Bilder einer der ers­ ten und zweiten Bildfolgen (Q1) in sichtbaren Zeilen eines Fernsehbildes gemäß einem Farbfernsehstandard, der für diese Bildfolge nicht mit Bildinformation belegte Zeilen einer Ver­ tikalaustastlücke umfaßt, übertragen werden, und die kodier­ ten Daten in Zeilen der Vertikalaustastlücke übertragen wer­ den, wobei die kodierten Daten digital analog gewandelt wer­ den und einer Farbkodierung gemäß dem Fernsehfarbstandard un­ terzogen werden und danach mit dem Videosignal während der Zeilen der Vertikalaustastlücke verknüpft werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bildung der Bilddifferenz eine Prädiktion durchgeführt wird, die zwischen zeitlich entsprechenden Bildern der ersten und zweiten Bildfolge gebildet wird.

3. Verfahren zum Empfangen von nach einem Verfahren der An­ sprüche 1 bis 2 übertragenen dreidimensionalen Bildinformati­ on, bei dem die Zeilen des Bildes einschließlich der Verti­ kalaustastlücke farbdekodiert werden, die in den Zeilen der Vertikalaustastlücke enthaltenen kodierten Daten abgetrennt werden (22), die in den sichtbaren Zeilen des Fernsehbildes enthaltenen Bilder auf einem ersten Anzeigemittel (24) zur Anzeige gebracht werden, die kodierten Daten redundanzdeko­ diert werden, aus den dekodierten Daten und den in den sicht­ baren Zeilen enthaltenen Bildern der einen der ersten und zweiten Bildfolgen die Bilder der anderen der ersten und zweiten Bildfolgen wiederhergestellt werden (29) und auf ei­ nem zweiten Anzeigemittel (30) zur Anzeige gebracht werden.

4. Vorrichtung zur Durchführung der Übertragung nach einem der Ansprüche 1 bis 2, gekennzeichnet durch Mittel zur Bereitstellung jeweils der ersten und zweiten Bildfolge (Q1, Q2) mit aus unterschiedlichen Blickwinkeln aufgenommenen Bildern, Mittel (1) zur Ermittlung einer Bild­ differenz zwischen den Bildern der ersten und zweiten Bild­ folge (Q1, Q2), denen Bilder der ersten und zweiten Bildfol­ gen zuführbar sind, Mittel (3) zur digitalen redundanzvermin­ dernden Kodierung der Bilddifferenz, Mittel (7) zur Erzeugung eines Fernsehsignals mit Bildern in sichtbaren Zeilen und ei­ ner Vertikalaustastlücke mit nicht in diesen Bildern sichtba­ ren Zeilen, denen die Bilder einer der ersten und zweiten Bildfolge zuführbar sind, Mittel zur Digital-Analog-Wandlung (5) der kodierten Daten und diesen nachgeschalteten Mitteln (6) zur Farbkodierung und Mitteln (8) zur Eintastung des von den Mitteln zur Farbkodierung ausgegebenen Signals in die Zeilen der Vertikalaustastlücke.

5. Vorrichtung zur Durchführung des Empfangs eines nach einem der Ansprüche 1 bis 2 übertragenen Fernsehsignals nach An­ spruch 3, gekennzeichnet durch Mittel (21) zur Farbdekodierung des empfangenen Fernsehsig­ nals einschließlich der in der Vertikalaustastlücke enthalte­ nen Bildzeilen, Mittel (22) zur Abtrennung von in den Zeilen der Vertikalaustastlücke enthaltener Information, denen das von den Mitteln (21) zur Farbdekodierung abgegebene Signal zuführbar ist, Mitteln (26) zur Redundanzdekodierung der ab­ getrennten Information, denen die Information zuführbar ist, Mitteln (29) zur Wiederherstellung der Bilder der anderen der ersten und zweiten Bildfolgen aus der dekodierten Information und den in den sichtbaren Zeilen des Fernsehsignals enthalte­ nen Bildern, und Anzeigemittel (30) für die wiederhergestellten Bilder und Anzeigemittel (24) für die Bilder in den sichtbaren Zeilen des Fernsehbildes.