Nghiên cứu truyền dẫn của truyền hình 3d trên mạng internet và cung cấp các giải pháp có thể cải thiện được hệ thống truyền dẫn

  • 57 trang
  • file .docx
LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp em đã may mắn
nhận được ý kiến đánh giá góp ý của giáo viên hướng dẫn, cố gắng tìm hiểu tài
liệu, dịch thuật hoàn thành đồ án. Tuy nhiên, do đặc điểm kỹ thuật công nghệ,
thời gian, vốn kiến thức còn hạn chế nên đề tài mới dừng ở mức nghiên cứu lý
thuyết và không tránh khỏi sai sót. Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành
từ thầy cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn.
Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện
cho em hoàn thành đồ án. Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sự quan tâm, hướng
dẫn tận tình của thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Thạch. Và không thể thiếu lời
cảm ơn sâu sắc tới gia đình em và các bạn đã luôn bên em giúp em hoàn thành
đồ án này.
Hải Phòng, ngày 12 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Ngà
1
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi và được sự hướng
dẫn của thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Thạch. Nội dung và kết quả nghiên cứu
là trung thực. Số liệu thống kê phục vụ cho phân tích, đánh giá nhận xét được
thu thập từ các nguồn thông tin đã được ghi rõ trong mục tài liệu tham khảo.
Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của
mình.
Hải Phòng, ngày 12 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Nguyễn Thị Ngà
2
3
MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN........................................................................................................i
LỜI CAM ĐOAN.................................................................................................ii
MỞ ĐẦU...............................................................................................................1
GIỚI THIỆU..........................................................................................................2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D.........................................6
1.1 Giới thiệu.........................................................................................................6
1.2 Nguyên tắc cơ bản của công nghệ 3D.............................................................7
1.2.1 Cảm thụ 3D thông qua kính.........................................................................7
1.2.2 Cảm nhận về 3D không kính......................................................................10
1.3.1 Độ phân giải lớn.........................................................................................12
1.3.2 Mô hình hóa các khung tương thích...........................................................15
1.4 Các định dạng nén trong truyền hình 3D......................................................15
1.4.1 Simulcast (Gửi hai tín hiệu ảnh trái – phải)...............................................16
1.4.2 Mã hóa khung tương thích với gói tin SEI.................................................16
1.4.3 Chuẩn mã hóa H.264/MVC........................................................................17
1.5 Truyền tải truyền hình 3D qua mạng internet...............................................18
1.6 Kết luận.........................................................................................................18
CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ TÁI TẠO HÌNH ẢNH 3D..........................20
2.1 Màn hình 3D..................................................................................................20
2.1.1 Màn hình lập thể.........................................................................................20
2.1.2 Thiết bị xem 3D cá nhân bộ hiển thị gắn đầu (head mounted 3D displays)
.............................................................................................................................21
2.2 Công nghệ 3D Holographic (Điều chế ánh sáng không gian khi dùng giản đồ
giao thoa sóng ánh sáng).....................................................................................22
2.3 Công nghệ 3D Holoscopic............................................................................24
2.4 Màn hình 3D không dùng kính và công nghệ đa hiển thị (Auto-Sterescopic
and Multi-view 3D displays)...............................................................................25
2.5 Kết luận.........................................................................................................27
v
CHƯƠNG III: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH 3D QUA MẠNG
INTERNET.........................................................................................................29
3.2Truyền tải truyền hình 3D qua việc truyền dữ liệu theo dòng (Streaming). . .30
3.3Truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D qua giao thức mạng RTP......................32
3.3.1 Giới thiệu....................................................................................................32
3.3.2 Hoạt động của giao thức RTP....................................................................32
3.3.3 Đặc điểm của cơ chế...................................................................................33
3.3.4 RTP Payload for MVC...............................................................................34
3.3.5 Truyền dẫn video........................................................................................35
3.3.6 Khả năng điều khiển tắc nghẽn trong giao thức RTP.................................37
3.4Truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D qua giao thức mạng HTTP....................37
3.4.1 Tổng quan về HTTP...................................................................................37
3.4.2 Hệ thống in-the-loop..................................................................................39
3.4.3 Kích thước đơn vị truyền tối đa (MTU).....................................................41
3.3.4 Đánh giá thử nghiệm của sự thay đổi kích thước gói.................................42
3.3.5 So sánh giao thức HTTP và HTTPS..........................................................43
3.3.6 Khả năng chống tắc nghẽn của giao thức TCP..........................................44
3.5 Kết luận.........................................................................................................45
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................46
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................................48
vi
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU
2D Two-dimensional (video/image) – 2 chiều
2DTV Two-dimensional Television – Truyền hình 2 chiều
3D Three-dimensional (video/image) – 3 chiều
3DTV Three-dimensional Television – Truyền hình 3 chiều
4kHD 4K Resolution High Definition (video) - Độ phân giải sắc
nét 3840x2160
AS3D Autostereoscopic three-dimensional (video) – Truyền hình
3D không kính.
AVC Advanced Video Coding – Mã hóa video cao cấp
H3D Holoscopic 3D – Công nghệ điều chế ánh sáng không gian
HD High Definition – Độ phân giải cao
HTTP Hypertext Transport Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn
bản
IP Internet Protocol – Giao thức mạng
IPTV Internet Protocol Television – Truyền hình giao thức mạng
Mbps Megabits Per Second – Đơn vị đo tốc độ truyền dẫn dữ liệu
MVC Multi-View Video Coding – Mã hóa/giải mã video
MST Multi-Sesion Transmission –Truyền dẫn đa phiên
MTU Maximum Transmission Unit – Đơn vị truyền tải tối đa
NAL Network Abstraction Layer
NALU NAL Unit
PC Personal Computer – máy tính cá nhân
SEI Supplemental Enhancement Information – Thông tin nâng
cao
RTP Real-time Transport Protocol – Giao thức truyền tải thời gian
thực
TCP Transport Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền
dẫn
vii
UDP User Datagram Protocol – Giao thức dữ liệu người dùng
Ultra-HD Ultra High Definition (television) – Truyền hình chất lượng
siêu cao
VCL Video Coding Layer – Lớp mã hóa video
viii
DANH MỤC CÁC HÌNH
Số hình Tên hình Trang
Hình 1 Đường truyền dữ liệu truyền hình 3D 3
Hình 1.1 Cảm thụ 3D (a), bộ lọc anaglyph (b), kỹ thuật bộ lọc 10
phân cực
Hình 1.2 Kỹ thuật phân chia thời gian để hiển thị truyền hình 3D 10
Hình 1.3 Ánh sáng truyền tới mắt trong kỹ thuật không kính: tấm 11
lenticular (a), rào cản thị sai (b)
Hình 1.4 Kích thước màn hình/khoảng cách 13
Hình 1.5 Đại diện cảnh trái-phải (a), cảnh đầu-cuối (b), Kết quả 15
hỗ hợp (c), Định dạng bàn cờ (d), Horizontal
Interlacing (e), Vertical Interlacing (f), Sự phân chia
thời gian (g)
Hình 1.6 Ví dụ mã hóa đồng thời sử dụng chuẩn H.264/MVC 16
Hình 1.7 Ví dụ về mã hóa khung tương thích với định dạng tin 17
nhắn SEI sử dụng định dạng bàn cờ và chuẩn mã
H.264/AVC
Hình 2.1 Kết hợp cảnh trái – phải trong hiển thị anaglyph 21
Hình 2.2 Một loạt các kính anaglyph khác nhau 21
Hình 2.3 Sử dụng bộ hiển thị gắn đầu 22
Hình 2.4 Bức tranh mô tả hiển thị qua công nghệ 3D 23
holographic
Hình 2.5 Minh họa thiết kế camera 3D với thấu kính tiếp âm và 24
vật kính
Hình 2.6 Tấm lenticular để hiển thị nhiều cảnh trong công nghệ 26
3D
ix
Hình 2.7 Vấn đề với tấm lenticular là khoảng cách từ người xem 26
tới màn hình hiển thị. Nếu người xem không ngồi ở vị
trí tối ưu sẽ thu được hình ảnh méo mó gây khó chịu.
Hình 2.8 Nguyên tắc của phương pháp dựa trên rào cản thị sai 27
và công nghệ lenticular.
Hình 3.1 MVC truyền dẫn nhiều phiên với 2 flows 35
Hình 3.2 Truyền dẫn đồng thời 3 cảnh 36
Hình 3.3 Truyền dẫn tổng hợp 2 cảnh 36
Hình 3.4 Hệ thống in the loop kết nối model 40
Hình 3.5 Đường truyền mạng LAN kết nối với dữ liệu 40
Hình 3.6 Đường truyền mạng LAN 41
Hình 3.7 Đề xuất hệ thống thử nghiệm 43
Hình 3.8 Hệ thống đề xuất 43
x
xi
MỞ ĐẦU
Công nghệ 3D đã cải cách nhiều lĩnh vực bao gồm giải trí, y tế và thông
tin liên lạc. Thêm vào đó, những bộ phim 3D, trò chơi và các kênh thể thao. Đến
năm 2015, theo các nhà sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng dự đoán có 30% của
tất cả các tấm hình HD tại nhà sẽ được kích hoạt 3D. Cameras lập thể, một công
nghệ tương đối hoàn thiện so với hệ thống 3D khác, đã đang được sử dụng để
sản xuất nội dung 3D và có thể chia sẻ chúng như video 2D bằng một cú click
chuột thông qua các trang web như Youtube. Nhưng kỹ thuật vẫn tồn tại những
thách thức, bao gồm cả việc cảm thụ với màn hình không cần kính. Nội dung 3D
yêu cầu phức tạp bao gồm cách mô tả và sự giải mã các định dạng nén tốt nhất,
khi truyền hoặc lưu trữ, vì lượng dữ liệu tăng. Lượng băng thông có sẵn và khả
năng lưu trữ quyết định đến chất lượng và sự mong đợi của người dùng. Vấn đề
cấp bách về hệ thống 3D là khả năng chuyển giao nội dung 3D tới người tiêu
dùng trên các mạng. Giải pháp tối ưu hóa truyền thông 3D phải xem xét đường
dẫn, tối ưu hóa truyền tải. Việc tối ưu hóa cung cấp giao diện truyền hình và
màn hình hiển thị có thể tăng nhu cầu về 3D trong thị trường tiêu dùng. Đồ án
này tập trung vào việc tối ưu hóa chất lượng trong truyền tải truyền hình 3D qua
mạng internet thông qua các giao thức mạng, cung cấp các giải pháp để tối ưu
hóa sự truyền tải tránh tắc nghẽn.
1
GIỚI THIỆU
Truyền hình 3D đã thu hút được sự chú ý của công chúng trong suốt thời
gian qua. Trong vài năm qua, màn hình 3D đã được đưa đến nhiều gia đình.
Máy ảnh 3D đang phổ biến rộng rãi cho các nhà làm phim nghiệp dư và những
người yêu thích tạo ra các video 3D của riêng họ. Video lưu trữ các trang web
như Youtube hiện nay cho phép công chúng upload và chia sẻ video 3D của họ.
Tuy nhiên, vẫn còn một chặng đường dài. Trước hết, các đoạn video được
tạo ra yêu cầu người dùng phải đeo một chiếc mũ để cảm thụ gây cảm giác mất
thoải mái khi xem quá lâu. Sự truyền dẫn của video 3D đòi hỏi độ rộng băng tần
cao hơn hệ 2D vì tầm nhìn tăng thêm. Nhưng đến nay nhiều màn hình hấp dẫn
đang xuất hiện trên thị trường, bao gồm cả 4kHD và Ultra-HD. Những màn hình
này cung cấp ít nhất gấp 4 lần độ nét chất lượng cao hiện nay. Đáng chú ý là
mẫu thử nghiệm xuất hiện trong ngày khai màn CES 2015 được Samsung coi là
sản phẩm 8K màn hình 3D lớn nhất Thế Giới gây sốt thu hút nhiều khách tham
quan.
Internet, với sự gia tăng độ rộng băng tần và tốc độ, đã thay đổi thói quen
xem của người dân. Họ muốn xem những gì họ muốn thay vì phải chờ đợi để
biết lịch phát sóng. Nội dung này thường được gọi là truyền hình theo yêu cầu.
Hầu hết các đài truyền hình bây giờ có yêu cầu riêng, tùy chọn yêu cầu trực
tuyến có sẵn, chẳng hạn như iPlayer, BBC, HBO, ESPN... Sự thay đổi này đã
được phản ánh trong TVs thông minh mới có đi kèm với kết nối internet.
Đối với các video 3D để có thể cạnh tranh phải có khả năng cung cấp nhiều
lợi thế. Truyền hình 3D phải cung cấp kính miễn phí và cảm thụ một cách thoải
mái. Truyền hình đa hiển thị với màn hình lập thể có thể là một giải pháp tiềm
năng, nếu theo đà này thì thật dễ dàng và đơn giản, các nội dung không quá
phức tạp và tốn kém. Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa chất lượng
trong các video 3D trên mạng internet. Nghiên cứu phân tích các hệ thống video
3D khác nhau hiện đang có sẵn và được nghiên cứu. Nó khám phá ra hầu hết kỹ
2
thuật hứa hẹn nhất về video 3D đa hiển thị từ góc độ nén, truyền tải và hiển thị.
Các đường dẫn hoàn chỉnh, được thể hiện trong hình 1.1, được coi là giải pháp
cho những video 3D tối ưu hóa. Từ việc lựa chọn các mã lệnh và phương pháp
truyền dẫn đúng để giảm số lượng camera cần thiết cho việc bắt hình ảnh truyền
hình 3D.
Hình 1: Đường truyền dữ liệu truyền hình 3D
Trong giai đoạn quay video, thách thức phức tạp nhất là việc thiết lập của
máy ảnh tỷ lệ thuận trực tiếp với số lượng camera cần thiết và các thách thức ở
giai đoạn nén khi có một lượng lớn dữ liệu cần mã hóa. Các giải pháp trình bày
trong đồ án cho hai giai đoạn này là việc sử dụng các kỹ thuật dựng hình ảo để
giảm số lượng các camera. Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến giai đoạn nén, giúp
tăng hiệu quả của việc mã hóa truyền hình đa hiển thị.
Lỗi truyền dẫn trong một cảnh của video đa hiển thị lan truyền cho một
cảnh khác gây ảnh hưởng tới chất lượng video. Một trong những giải pháp được
trình bày trong đồ án là sử dụng truyền dẫn đa phiên để có sai sót chỉ trong một
phạm vi có thể dễ dàng phục hồi hoặc làm ảnh hưởng không đáng kể đến chất
lượng video. Giải pháp này đã được bổ sung bởi các nghiên cứu về kích thước
gói tin trong tắc nghẽn mạng không dây.
Mục đích và mục tiêu của nghiên cứu:
 Giới thiệu chung về hệ thống 3D.
 Khảo sát tình trạng của hệ thống và cung cấp cho người dùng trải nghiệm
chất lượng.
 Hiểu được những thách thức trong truyền hình 3D và có giải pháp giải
quyết chúng.
 Nghiên cứu truyền dẫn của truyền hình 3D trên mạng internet và cung cấp
các giải pháp có thể cải thiện được hệ thống truyền dẫn.
3
Nội dung chính của đồ án:
Chương I: Tổng quan về truyền hình 3D. Chương này bắt đầu với việc cung cấp
về cách 3D được thụ cảm và các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để mô tả cho
truyền hình 3D. Sau đó giải thích chế độ kỹ thuật tiên tiến trong màn hình 3D,
bao gồm cả những màn hình hiện đang được nghiên cứu. Sau đó thảo luận về
việc truyền tải truyền hình 3D và những thách thức mà hệ thống truyền hình 3D
đang đối mặt đã được thảo luận.
Chương II: Các công nghệ tái tạo hình ảnh 3D tạo hiệu ứng đẹp, hiển thị trước
mắt người xem giống như những hình ảnh thật 100% được ứng dụng rộng rãi
trên Thế Giới trong các chương trình nghệ thuật, thuyết trình, quảng cáo,… cho
người xem thêm nhiều trải nghiệm thú vị.
Chương III: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D qua mạng internet. Thảo luận
về truyền hình 3D qua internet thông qua giao thức mạng HTTP sử dụng các
mạng mô phỏng. Truyền hình 3D đã được giới thiệu và những lợi thế của việc
sử dụng giao thức mạng HTTP đã được thảo luận. Sự thay đổi các gói ứng dụng
để truyền tải video đa hiển thị trên HTTP sử dụng gói biến đổi kích thước. Các
kích thước gói tin khác nhau đang được thử nghiệm và phát hiện ra 64KB là
kích thước phân đoạn tối ưu. Tiếp tục điều tra việc truyền tải của các video đa
hiển thị giao thức truyền dẫn trên thời gian thực (Over Real-Time Transmission
Protocol) (RTP). Đóng góp quan trọng của chương này là nghiên cứu về ảnh
hưởng của lỗi truyền dẫn trên truyền hình mã hóa đa điểm là giải pháp sử dụng
truyền dẫn đa phiên (MST) được đề xuất để giảm ảnh hưởng của các lỗi trên
chuỗi bit được mã hóa, ảnh hưởng của tắc nghẽn mạng và cách khắc phục.
4
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D
1.1 Giới thiệu
Công nghệ 3D đã cải cách nhiều lĩnh vực bao gồm giải trí, y tế và thông tin
liên lạc. Ngoài những bộ phim 3D, trò chơi và các kênh thể thao. Nhưng những
thách thức kỹ thuật vẫn tồn tại như với công nghệ đa hiển thị không dùng kính
(Multi-view Autostereoscopic) và màn hình truyền hình holographic. Vấn đề cấp
bách nhất nhận được từ người tiêu dùng hệ thống 3D là khả năng cung cấp nội
dung 3D để hiển thị trên internet. Chương này đưa ra các cảnh 3D bằng cách
giới thiệu cho thấy làm thế nào nó được biểu diễn, lưu trữ, truyền tải và các loại
khác nhau của màn hình có thể được sử dụng cũng như cách thức cần được giải
quyết.
Khái niệm 3D không phải là mới. Ngay từ năm 300 trước công nguyên,
Euclid đã phát hiện ra rằng con người xem hình ảnh có chút khác nhau cùng một
đối tượng với mỗi mắt. Thế kỷ XI toán học AI-Hazen cũng giải thích các khái
niệm về 3D trong cuốn sách của ông về quang học. Từ đó đã có sự phát triển
dần dần với nghiên cứu 3D trong những năm qua cho đến ngày hôm nay. Hiện
nay, các bộ phim 3D trong rạp chiếu phim lớn hơn bao giờ hết, các kênh thể
thao 3D trên truyền hình vệ tinh và video trực tuyến có sẵn. Sự phát triển của
công nghệ xử lý video được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong công nghệ và khả
năng phát nội dung đáp ứng nhu cầu người sử dụng. Các quá trình phát triển bắt
đầu với truyền hình analog và hiện đang ở giai đoạn TV thông minh kết hợp
giao thức mạng HDTV, IPTV và trong một số màn hình 3DTV. 4K HDTV và
đặc biệt là 8K màn hình 3D lớn nhất là giai đoạn tiếp nối tiến triển TV màn hình
phẳng. Trong 3DTV các công nghệ nổi bật nhất trong sử dụng là màn hình 3D
lập thể.
TV thông minh không chỉ hỗ trợ cải thiện hiệu suất về màn hình hiển thị,
mà còn hiệu quả hơn trong tiêu thụ điện năng, đi kèm với một số lượng lớn bộ
nhớ. Mong đợi từ truyền hình 3D với 3 điểm theo yêu cầu: góc nhìn tương tác
6
thay đổi, chất lượng độ nét cao, di động và liền mạch 2D để chuyển đổi 3D. Vì
vậy, bắt buộc bất kỳ hệ thống truyền thông 3D phải đáp ứng được những kỳ
vọng.
Chương này thảo luận về những đánh giá trực quan tạo ra 3D hiển thị hiện
đang có sẵn và đang được nghiên cứu. Cuối cùng là những thách thức trong các
đường truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D.
1.2 Nguyên tắc cơ bản của công nghệ 3D
Công nghệ 3D yêu cầu sự cảm thụ đồng thời đôi mắt và não, gọi chung là hệ
thống thị giác của con người (HVS). Chúng làm việc với nhau để nhận được các
tia sáng và hiểu được hình ảnh. Con người cảm nhận 3D trong 2 cách khác nhau:
thông qua thị sai hai mắt nơi chúng ta có góc nhìn khác nhau của cùng một đối
tượng thông qua đôi mắt. Cách khác là chuyển động sai, nhìn thấy một góc khác
nhau của cùng một đối tượng bằng cách di chuyển đầu hoặc các chuyển động
của các đối tượng. Kỹ thuật được phát hiện sớm nhất từ thế kỷ 19 bởi
Wheatstone năm 1838 và Helmholtz năm 1866. Wheatstone đã làm rõ đc kính
nổi, ý thức sâu sắc độc đáo được sản xuất bởi sự chênh lệch võng mạc qua việc
xây dựng một kính nhìn nổi đơn giản từ gương.
Wheatstone đã nghiên cứu bằng cách sử dụng kính nhìn nổi, là màn hình 3D đầu
tiên trên Thế Giới. Hình ảnh thu được từ mỗi mắt là khác nhau được bắt bằng
máy ảnh giống hệt nhau với khoảng cách trung bình giữa 2 mắt là 65mm. Hai
hình ảnh hợp nhất trong vỏ não và thị giác cho tầm nhìn 3 chiều. Các kỹ thuật
được sử dụng để đưa ra các hình ảnh khác nhau với phạm vi mắt từ việc đeo
kính để tránh các rào cản từ màn hình.
1.2.1 Cảm thụ 3D thông qua kính.
Các kỹ thuật 3D thường được sử dụng nhất là kính anaglyph, phân cực và
phân chia thời gian. Kính anaglyph sử dụng mã hóa màu chiếu hình ảnh.
Phương pháp thứ hai thường được sử dụng nhất hiện nay là kính phân cực.
a. Công nghệ các kính cửa chập (Shutter glasses).
Công nghệ 3D mà một số hãng như Panasonic, Sony thường hay sử dụng
7
nhất hiện nay và trong tương lai gần là công nghệ các kính cửa chập. Về cơ bản
đó là cặp kính thực hiện ngăn cách luân phiên mắt trái và mắt phải trong khi TV
phát các ảnh riêng rẽ cho mỗi mắt, từ đó tạo nên ảnh 3D trong tâm trí của người
xem.
Nguyên tắc làm việc của công nghệ các kính cửa chập là: Tín hiệu video
của TV lưu ảnh cho mắt trái trên các field chẵn, và các ảnh cho mắt phải trên các
field lẻ của nó. Bản thân TV được đồng bộ với các kính cửa chập thông qua
công nghệ tia hồng ngoại (infra-red) hoặc công nghệ sóng cao tần (RF). Các
kính cửa chập có chứa tính thể lỏng và bộ lọc phân cực. Khi nhận được tín hiệu
đồng bộ thích hợp từ TV từng mắt kính sẽ bị đóng (bị làm mờ tối) hoặc mở
(được trở thành trong suốt) làm cho mắt trái sẽ chỉ nhìn thấy ảnh trên field chẵn,
mắt phải sẽ chỉ nhìn thấy ảnh trên field lẻ của tín hiệu video. Điều này có nghĩa
rằng ở mỗi thời điểm chỉ có một mắt nhìn thấy một ảnh. Bằng việc xem 2 ảnh từ
các hướng ứng với 2 mắt khác nhau, ảnh 3D sẽ được cấu tạo lại bởi não bộ.
Ưu điểm của phương pháp này là phụ thuộc vào tần số khung được sử
dụng, có thể sử dụng màn hình HD để xem nội dung 3D HD mà không cần cải
biên gì.
Nhược điểm của công nghệ này là do sự đóng mở (chớp) nhanh của các
cửa chập ánh sáng lọt vào mắt sẽ yếu hơn làm cho ảnh dường như tối hơn. Đồng
thời giá thành của cặp kính cao và phải nạp điện.
b. Công nghệ các kính phân cực thụ động.
Về cơ bản các kính phân cực là các kính râm bình thường, được sử dụng
cho xem 3D lập thể từ trước tới nay. Chúng cũng là loại kính 3D thông dụng
nhất hiện đang được sử dụng trong các rạp chiếu bóng. Cũng giống như các kính
cửa chập, các kính phân cực dùng các thấu kính để chỉ ra các ảnh khác nhau cho
mỗi mắt, làm cho não cấu trúc thành ảnh 3D cho người xem.
Kính 3D phân cực làm việc như sau: Để cho kính phân cực làm việc phim
cần xem phải được quay khi dùng 2 camera, hoặc dùng 1 camera đơn với 2 ống
kính. Khi chiếu thì phải dùng 3 máy chiếu trái và phải, gắn với các bộ lọc phân
8
cực trên các ống kính và sau đó chiếu đồng thời phim trên cùng một màn ảnh.
Bộ lọc phân cực định hướng các ảnh từ máy chiếu bên trái theo 1 mặt phẳng (ví
dụ mặt phẳng đứng), còn bộ lọc trên máy chiếu bên phải thì định hướng các ảnh
của nó theo mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng trên (tức là mặt phẳng ngang).
Các cặp mắt kính mà người xem đeo khi ngồi xem là các kính chuyên
dụng, được trang bị thấu kính phân cực khác nhau. Các thấu kính trái của cặp
kính được sắp trong cùng một mặt phẳng đứng, có nghĩa là cùng với mặt phẳng
của các hình ảnh mà máy chiếu trái phát ra, tức ứng với các dòng chẵn. Tình
hình tương tự như vậy đối với các thấu kính phải của cặp kính. Như vậy mắt trái
của người xem chỉ nhìn thấy các hình ảnh trên màn được chiếu ra từ máy chiếu
bên trái, còn mắt phải của người xem chỉ nhìn thấy các hình ảnh trên màn được
chiếu ra từ máy chiếu phải. Vì cả hai hình ảnh được thu nhận từ hai góc khác
nhau trên não bộ của người xem sẽ tổng hợp thành một ảnh 3D đơn.
Nếu phân cực tròn trái và tròn phải được sử dụng thì ảnh vẫn giữ được hiệu
ứng 3D của nó khi người xem nghiêng đầu. Về thực chất thì mỗi mắt của người
xem chỉ nhìn thấy một nửa của ảnh toàn phần. Ưu điểm của phương pháp này là
chỉ cần một kênh truyền hình đơn là có thể tải tín hiệu 3D và cặp kính xem thì
không đắt. Nhược điểm là màn hình phải được gắn các bộ lọc phân cực trên đó,
làm tăng đáng kể giá thành. Việc xem video 2D bình thường, không dùng cặp
kính, trên các màn hình này thì không bị ảnh hưởng bởi các bộ lọc phân cực.
Một nhược điểm khác của công nghệ này là, cũng như các cặp kính cửa chập,
cường độ ánh sáng tới được mắt người sẽ bị giảm.
Như vậy chúng ta thấy nhược điểm lớn nhất của công nghệ 3DTV lập thể
là yêu cầu người sử dụng phải mang kính hoặc thiết bị chuyên dụng để xem.
Điều này là không thuận tiện và khó chịu, gây mỏi mắt. Ngoài ra, khi không có
kính thì không thể sử dụng nội dung 3D bất kỳ. Màn hình phải được hiệu chuẩn
để làm việc với 3D, và khi không có kính thì cũng có nghĩa là các ảnh xem được
sẽ bị méo. Điều này dẫn đến việc chuyển sang lựa chọn giải pháp 3DTV không
cần dùng kính.
9
(a)
(b)
Hình 1.1: Cảm thụ 3D (a), bộ lọc anaglyph (b), kỹ thuật bộ lọc phân cực
Hình 1.2: Kỹ thuật phân chia thời gian để hiển thị truyền hình 3D
1.2.2 Cảm nhận về 3D không kính
Thụ cảm 3D với sự trợ giúp của kính có nhiều mặt hạn chế gây mệt mỏi,
bất tiện cho người xem. Với giải pháp các hệ thống máy thu hình không kính
(Auto-stereoscopic) hoạt động trên nguyên lý giống nhau, nhưng dựa trên các
công nghệ chính: các thấu kính hình hột đậu (lenticular lenses) và rào chắn thị
sai (parallax barrier) để chỉ đạo các tia sáng với mắt trái và phải (Hình 2.3). Hệ
thống này lần đầu tiên được giới thệu bởi Stephen Benton trong 1970s người có
tầm nhìn tinh tế của màn hình 3D bởi Gabriel Lippmann năm 1908.
Công nghệ dùng các thấu kính dạng hình trụ nhỏ xíu gọi là các lenticular.
Các lenticule này được dán thành mạng trên một phiến trong suốt. Sau đó các
phiến này được dán lên bề mặt màn hình TV. Do vậy khi người xem xem các
ảnh thì các ảnh đó được phóng to bởi thấu kính hình trụ. Nhược điểm của công
nghệ này là phụ thuộc rất nhiều vào vị trí bạn ngồi so với màn hình đòi hỏi vị trí
10
xem tốt. Lệch đi dù chỉ một ít sẽ làm ảnh TV được thụ cảm như méo đi. Phụ
thuộc vào số lenticule và tần số quét của màn có thể sẽ có nhiều vị trí xem tốt.
Công nghệ rào chắn thị sai (parallax barrier) là một phương pháp chính
xác cho phép xuất ảnh auto-sterescopic. Công nghệ này đang được nhiều công
ty như Sharp, LG,…thực hiện vì nó là một trong những công nghệ thân thiện
nhất với khách hàng và cũng là công nghệ duy nhất cho phép xem 2D thông
thường. Parallax barrier là một lưới tinh thể lỏng đặt ở phía trước màn hình với
những kẽ hở tương ứng với những cột pixel nhất định của màn TFT. Các vị trí
này được cắt để cho phép truyền các ảnh luân phiên tới mỗi mắt người xem khi
ngồi ở vị trí tối ưu. Khi một điện áp thấp được đặt vào parallax barrier các khe
hở sẽ hướng ánh sáng từ mỗi ảnh tới mắt trái và phải khác nhau một ít, do vậy
tạo hình dung độ sâu và ảnh 3D trong não. Ưu điểm của công nghệ này là có thể
đóng mở rào chắn thị sai dễ dàng, theo các hãng sản xuất máy thu hình 3D loại
này là chỉ cần dùng một phím nhấn (button) trên điều khiển là xong. Do đó cho
phép máy thu hình có thể được sử dụng cho cả xem 2D và 3D. Nhược điểm là
để thụ cảm 3D tối ưu thì cần chọn vị trí xem tốt.
Hình 1.3: Ánh sáng truyền tới mắt trong kỹ thuật không kính: tấm lenticular
(a), rào cản thị sai (b)
1.3 Mô hình hóa video 3D
Có 3 sự mô tả định dạng cụ thể là độ phân giải đầy đủ, khung có độ phân
giải tương thích và thể hiện trên cơ sở chiều sâu.
1.3.1 Độ phân giải lớn
11