專利名稱：立體電視信號處理方法、傳輸系統(tǒng)與觀眾增強的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及用于將雙視頻流組合為標準單視頻流的方法。更具體而言，本發(fā)明涉及組合標準雙視頻流來占據(jù)標準單視頻流的方法，提供了以幾種方式增強觀眾體驗的裝置。
背景技術(shù)：
基于例如DMD(數(shù)字微鏡設(shè)備)的單芯片空間光調(diào)制器的電視或放映機典型地使用色輪以非?？旖惶娴捻樞?qū)⒓t、綠和藍基色分別呈現(xiàn)到屏幕上。色輪是包含安裝到電機的有色弧段的光學機械組件，其以指定的速度、典型地是視頻幀速率的倍數(shù)來旋轉(zhuǎn)。白光瞄準色輪，色輪使得紅、綠或藍光被濾過。然后，這些顏色被投射到DMD芯片上，DMD芯片基于每種顏色的亮度來調(diào)制待顯示在屏幕上的每個像素的強度。典型的色輪對每個視頻幀(或場)旋轉(zhuǎn)4到6次，因此觀眾不會察覺到顏色先后順序；大腦將這些子幀整合為單個全色圖像。利用單個空間光調(diào)制器和單個白光源與色輪相結(jié)合降低了電視或放映機的總成本。
典型的色輪還具有多個RGB(紅、綠、藍)段，或RGB組，來簡化所呈現(xiàn)的不同子幀速率。
存在包含了各種在電視上顯示立體圖像的裝置的各種現(xiàn)有技術(shù)，包括場順序光閘(shuttering)方法、雙投射方法、雙凸透鏡及其它光學方法、以及利用電子控制液晶偏振濾光器的交叉偏振方法。
盡管這些方法中的許多表現(xiàn)出某種局限，例如成本或“光閘”效果，但本發(fā)明利用特定電視和放映機的現(xiàn)有能力來產(chǎn)生優(yōu)質(zhì)的立體顯示。
目前，基于例如DMD的空間光調(diào)制器的電視與放映機具有比其它電視技術(shù)更長的工作壽命，而且本申請的發(fā)明人希望DMD將成為新電視的事實標準，這將通過本發(fā)明而使它們具有立體“3D能力”。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明通過將偏振材料層添加到基于例如DMD的空間光調(diào)制器的電視的色輪，并利用子幀呈現(xiàn)來以高于視頻幀速率的速率執(zhí)行快速的“左眼”與“右眼”交替，來產(chǎn)生由單個屏幕構(gòu)成的立體3D顯示?？臻g光調(diào)制器與色輪相結(jié)合不僅為每幀的基色子幀、而且為了使待顯示在屏幕上的“左眼”與“右眼”子幀交替而產(chǎn)生“光閘”。因此，色輪現(xiàn)在可以看作是顏色/偏振輪。
色輪的色段的同步用于使立體顯示的“左眼”與“右眼”視圖序列同步。無源偏振材料(線偏振和/或圓偏振)作為一層添加到色輪，將偏振的基色子幀呈現(xiàn)在屏幕上。
這個屏幕的觀眾佩戴無源偏振眼鏡，該無源偏振眼鏡利用偏振濾光器分隔偏振光，使得左眼和右眼分別看到“左眼”與“右眼”視圖。
典型的色輪每個視頻幀旋轉(zhuǎn)多次，并具有多個RGB(紅、綠、藍)段或RGB組，由此實現(xiàn)了無閃爍的立體顯示。
本發(fā)明利用現(xiàn)有技術(shù)并通過增強這些現(xiàn)有元件來產(chǎn)生立體3D顯示。
以上需求很大程度上通過本發(fā)明得以滿足的，其中在一方面，提供了在一些實施方式中的裝置。
因此，相當寬泛地概述了本發(fā)明的特定實施方式，以便可以更好地理解這里的其詳細描述，并且以便可以更好地理解目前對本領(lǐng)域的貢獻。當然，還存在以下將描述并構(gòu)成所附權(quán)利要求主題的本發(fā)明的其他實施方式。
在這方面，在詳細解釋本發(fā)明的至少一種實施方式之前，應當理解本發(fā)明在其應用方面不限于以下描述中闡述或附圖中說明的結(jié)構(gòu)細節(jié)與部件布置。除了所描述的那些，本發(fā)明還有其它實施方式，并能以多種方式實踐與執(zhí)行。而且，應當理解在此所采用的措辭與術(shù)語以及摘要是為了描述，而不應當看作是限制。
如此，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本公開內(nèi)容所基于的概念可以容易地用作設(shè)計用于執(zhí)行本發(fā)明幾種目的的其它結(jié)構(gòu)、方法與系統(tǒng)的基礎(chǔ)。因此，重要的是，權(quán)利要求應視為包括了不背離本發(fā)明精神與范圍的等價結(jié)構(gòu)。


為了更好地理解本發(fā)明，聯(lián)系附圖參考以下描述，在附圖中，例如圖1示出了由兩個紅色段、兩個綠色段和兩個藍色段(即，兩個RGB組)構(gòu)成的六段色輪。
圖2示出了當白光通過色輪的紅色段時在屏幕上產(chǎn)生的紅色圖像。
圖3示出了當白光通過色輪的綠色段時在屏幕上產(chǎn)生的綠色圖像。
圖4示出了當白光通過色輪的藍色段時在屏幕上產(chǎn)生的藍色圖像。
圖5示出了觀眾在屏幕上看到了什么，其中紅色、綠色和藍色圖像在屏幕上快速排序，快到使觀眾把這些圖像整合為一個全色圖像。
圖6示出了由六段組成的偏振層，這六段在形狀與大小上匹配色輪的色段。有三個偏振材料段用于左眼視圖，有三個偏振材料段用于交叉的偏振取向的右眼視圖。
所述段圍繞旋轉(zhuǎn)軸對稱地對準，使得當輪旋轉(zhuǎn)且光通過每個段時，對于分別用于左眼視圖與右眼視圖的三個偏振段中的每一個，存在相同的偏振取向。每個段的分解圖指示偏振取向。如果在色輪中有“白色”段，則色輪的每個交替的“白色”段被交替偏振取向的偏振材料覆蓋。
圖7示出了色輪層與偏振層的組合，使得每一層的段被疊加，來產(chǎn)生兩層的“復合式”顏色/偏振輪。一個RGB組與用于左眼視圖的偏振取向?qū)?，而第二個RGB組與用于右眼視圖的偏振取向?qū)省?br> 具體實施例方式
基于單芯片空間光調(diào)制器(例如Texas Instruments的DLP技術(shù)的DMD數(shù)字微鏡設(shè)備)的電視或放映機利用色輪以非常快的子幀交替將紅、綠和藍基色分別呈現(xiàn)到屏幕上作為子幀[圖2、3、4]。
盡管例如GLV(光柵光閥)的其它技術(shù)可以代替空間光調(diào)制器，但DMD將用作本發(fā)明的例子。
DMD是一種子幀的每個像素由具有“開”和“關(guān)”兩種狀態(tài)的對應的鏡來呈現(xiàn)的設(shè)備?！伴_”和“關(guān)”的時間是由DMD支持電路所產(chǎn)生的脈寬調(diào)制控制的，由此，像素的強度或亮度與每個視頻幀中所有與該強度或亮度對應的基色的子幀內(nèi)的平均“開”時間成比例。
色輪[圖1]是包含安裝到電機的多件基色弧段的光學機械組件，其以幀速率的倍數(shù)旋轉(zhuǎn)。白光瞄準色輪，色輪使得紅光、綠光或藍光被濾過。然后，這些顏色被投射到DMD芯片上，DMD芯片基于每種顏色的亮度來調(diào)制每個像素的強度并且要求每個視頻幀有三個子幀[圖2、3、4]，以在屏幕上產(chǎn)生組合的全色幀[圖5]。
為了防止觀眾察覺到子幀的顏色先后順序，色輪以幀速率的倍數(shù)旋轉(zhuǎn)、典型地是四到六倍。色輪還具有若干RGB組、典型地是兩個或偶數(shù)個，以在維持恒定的旋轉(zhuǎn)速度的同時適應變化的幀速率、典型地是每秒三十或六十幀，以及降低旋轉(zhuǎn)速度。
因此，顯示30fps視頻的基于DMD的電視通常產(chǎn)生(30fps)×(3RGB弧)×(每個色輪2個RGB組)×(4轉(zhuǎn))＝每秒720個子幀對于立體應用，在“左眼”和“右眼”分配之間平均劃分RGB組，因此根據(jù)以上計算，每秒360個子幀將呈現(xiàn)給每只眼睛。換句話說，120個全色RGB幀將呈現(xiàn)給每只眼睛。
示出了由六個弧段組成的偏振層，其還在分解圖中示出以指示每個弧段的偏振取向。這些偏振弧段在形狀與大小上與色輪的色段匹配。三個相鄰的偏振材料弧段用于左眼視圖，而另三個相鄰的偏振材料弧段用于交叉的偏振取向的右眼視圖。
所有的偏振弧段組合在一起，產(chǎn)生單個偏振材料層?；《螄@旋轉(zhuǎn)軸對稱地對準，使得當輪旋轉(zhuǎn)且光通過每個相鄰的弧段時，對于分別用于左眼視圖和右眼視圖的三個偏振弧段中的每一個，存在相同的偏振取向，如[圖6]中陰影線的方向所示。
用于每只眼睛的偏振取向需要交叉偏振。對于其中偏振材料為線偏振的本發(fā)明的一種實施方式，第二取向?qū)⑴c第一取向垂直。對于其中偏振材料為圓偏振的本發(fā)明的另一種實施方式，第二取向?qū)⑹桥c第一取向相反的方向。
偏振層[圖6]與色輪層[圖1]組合，使得每一層的弧段被疊加，由此產(chǎn)生兩層的“復合式”顏色/偏振輪。如[圖7]所示，相鄰RGB弧段的一個RGB組與用于左眼視圖的偏振取向?qū)剩诙€RGB組與用于右眼視圖的偏振取向?qū)省?br> 本發(fā)明中所描述的顏色/偏振輪與DMD相結(jié)合，成為用于在屏幕上呈現(xiàn)基色圖像的光閘以及用于在屏幕上呈現(xiàn)這些顏色的偏振光的光閘。
因此，偏振的基色子幀以幀速率的倍數(shù)呈現(xiàn)在屏幕上。
下面的表格表示當顏色/偏振輪在單個視頻幀期間旋轉(zhuǎn)四次時，被濾過顏色/偏振輪的光序列的典型例子，并假定色輪有六段，從而產(chǎn)生24個子幀。這個例子是基于DMD的電視或放映機的典型速度1)第一旋轉(zhuǎn)紅段R1 圖1和2 左眼偏振2)第一旋轉(zhuǎn)綠段G1 圖1和3 左眼偏振3)第一旋轉(zhuǎn)藍段B1 圖1和4 左眼偏振4)第一旋轉(zhuǎn)紅段B2 圖1和2 右眼偏振5)第一旋轉(zhuǎn)綠段G2 圖1和3 右眼偏振6)第一旋轉(zhuǎn)藍段B2 圖1和4 右眼偏振7)第二旋轉(zhuǎn)紅段R1 圖1和2 左眼偏振8)第二旋轉(zhuǎn)綠段G1 圖1和3 左眼偏振9)第二旋轉(zhuǎn)藍段B1 圖1和4 左眼偏振10)第二旋轉(zhuǎn)紅段R2 圖1和2 右眼偏振11)第二旋轉(zhuǎn)綠段G2 圖1和3 右眼偏振12)第二旋轉(zhuǎn)藍段B2 圖1和4 右眼偏振13)第三旋轉(zhuǎn)紅段R1 圖1和2 左眼偏振14)第三旋轉(zhuǎn)綠段G1 圖1和3 左眼偏振15)第三旋轉(zhuǎn)藍段B1 圖1和4 左眼偏振16)第三旋轉(zhuǎn)紅段R2 圖1和2 右眼偏振17)第三旋轉(zhuǎn)綠段G2 圖1和3 右眼偏振18)第三旋轉(zhuǎn)藍段B2 圖1和4 右眼偏振19)第四旋轉(zhuǎn)紅段R1 圖1和2 左眼偏振20)第四旋轉(zhuǎn)綠段G1 圖1和3 左眼偏振21)第四旋轉(zhuǎn)藍段B1 圖1和4 左眼偏振22)第四旋轉(zhuǎn)紅段R2 圖1和2 右眼偏振23)第四旋轉(zhuǎn)綠段G2 圖1和3 右眼偏振
24)第四旋轉(zhuǎn)藍段B2 圖1和4 右眼偏振因為這個表格例子中的色輪每個視頻幀旋轉(zhuǎn)四次，且色輪由兩個RGB組構(gòu)成，所以，假定視頻輸入幀速率為每秒30幀，則得出每只眼睛的呈現(xiàn)幀速率是每秒120幀。
此多子幀呈現(xiàn)已經(jīng)由用于常規(guī)“2D”視頻的DMD及支持芯片完成。本發(fā)明現(xiàn)在使用這種現(xiàn)有的子幀交替原理來呈現(xiàn)立體“3D”，而不需要光閘眼鏡。僅需要的是無源偏振眼鏡。
RGB顏色序列的呈現(xiàn)利用DMD支持電路與DMD同步。這使得當相關(guān)色段經(jīng)過待被過濾的白光束時，對于每個基色而言，色輪的旋轉(zhuǎn)與提供到DMD中的子幀同步，并最終與進入的視頻信號同步。
DMD支持電路典型地從駐留在相關(guān)存儲緩沖器中的每個完整的視頻幀中產(chǎn)生所需的多個子幀。
在本發(fā)明的一種實施方式中，這種存儲緩沖器的大小加倍，使得容量可以使兩個視頻幀適合于“左眼”和“右眼”立體幀對，并且當讀取每個交替的RGB組時是存儲單元切換的(bank switched)。存儲器將需要被加載到輸入數(shù)據(jù)總線將使數(shù)據(jù)速率加倍的FIFO裝置中。
在本發(fā)明的另一種實施方式中，其中有足夠的存儲器容量來容納兩個視頻幀，發(fā)送到DMD的脈寬調(diào)制信號按組分別分配給“左眼”和“右眼”子幀，而不是在每種相關(guān)顏色的每個子幀之間平均分布。這種技術(shù)將丟失每個顏色位深度的一個最低有效位。典型的DMD具有每個像素每種顏色呈現(xiàn)十位的容量，因此這將變成9位。這可以由DMD支持電路中的固件執(zhí)行。
在本發(fā)明的另一種實施方式中，DMD的支持電路可以在存儲器中存儲較高分辨率的圖像幀，該較高分辨率的圖像幀在由“左眼”和“右眼”幀立體對構(gòu)成的兩個較小(較低分辨率)幀之間被空間復用。然后，除了利用可容納較高分辨率的存儲器并且確保立體對作為一對被保持在一起并作為容納該立體對的單個分片的(tiled)幀而被有效地保持之外，按照本發(fā)明，至DMD的輸入將被呈現(xiàn)有由“左眼”和“右眼”圖像構(gòu)成的較低分辨率子幀。這種增強的實施方式還具有允許單個較高分辨率分片的幀被編碼為單個視頻流以便傳輸或存儲的優(yōu)點。
在本發(fā)明的另一種實施方式中，有兩組完全相同的DMD支持電路，每一組都有其自己對應的存儲緩沖器。一組專門用于“左眼”視圖，而另一組專門用于“右眼”視圖。然后，這兩組支持電路被復用于單個DMD設(shè)備并且與需要整合(gen-locked)在一起的進入的立體圖像流同步。
這種基于DMD的立體顯示的光路以白光束開始，典型地集中于“光管道”，“光管道”照射到自轉(zhuǎn)的顏色/偏振輪上，顏色/偏振輪當光通過時過濾光的基色和偏振取向?，F(xiàn)在，光撞擊到DMD的表面上，DMD的表面由脈寬調(diào)制器控制的振動鏡陣列所覆蓋。然后，從DMD上反射的光通過一系列透鏡，以將圖像放大到屏幕表面上所需的期望大小。
不管屏幕是“背投”還是“前投”，其都將需要由分別不改變照射通過其或照射到其上面的光的偏振特性的材料制成。
屏幕是作為常規(guī)電視觀看的，并且當啟用“立體3D”模式時，觀眾需要佩戴一副無源交叉偏振眼鏡，該眼鏡利用偏振濾光器分離偏振光，使得左眼和右眼分別看到“左眼”和“右眼”視圖，這匹配由色輪產(chǎn)生的偏振。
本發(fā)明利用特定電視與放映機的現(xiàn)有能力來以低成本實現(xiàn)優(yōu)質(zhì)的立體3D顯示。
本發(fā)明的許多特征與優(yōu)點是從詳細說明書中顯而易見的，因此，所附權(quán)利要求旨在覆蓋落入本發(fā)明真正主旨與范圍內(nèi)的本發(fā)明的所有這樣的特征與優(yōu)點。此外，由于本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易想到許多種修改與變化，所以不期望將本發(fā)明限定到所例證與描述的確切結(jié)構(gòu)與操作方式，因此，在本發(fā)明的范圍之內(nèi)，所有合適的修改與等同設(shè)置都可以采用。
權(quán)利要求
1.一種利用使用如DMD的單個空間光調(diào)制器的電視或放映機的自轉(zhuǎn)色輪來產(chǎn)生立體3D電視的方法。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，通過將偏振材料作為額外的層組合到所述色輪的色段。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述偏振材料被用作通過的光的線偏振或圓偏振濾光器。
4.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述色輪的單個色段層與單個偏振材料層“復合”，產(chǎn)生雙層的顏色/偏振輪。
5.如權(quán)利要求2所述的方法，其中所述偏振材料是作為段產(chǎn)生的，所述段疊加并匹配所述色輪的每個色段的形狀。
6.如權(quán)利要求5所述的方法，其中所述色輪的通常是紅、綠和藍的三個相鄰段被視為RGB組，且所述色輪由偶數(shù)個RGB組構(gòu)成。疊加到第一個RGB組上的偏振層被分配給“左眼”視圖，而疊加到下一個RGB組上的偏振層被分配給“右眼”視圖。如果所述色輪由多于兩個RGB組構(gòu)成，則偏振層將在用于“左眼”和“右眼”視圖的分配之間轉(zhuǎn)換，直到所有的RGB組都被覆蓋。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，其中在每個RGB組期間保持偏振取向，使得當所述顏色/偏振輪旋轉(zhuǎn)時，通過RGB組內(nèi)每個段的光將具有相同的偏振取向。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中用于所述“左眼”視圖的偏振材料是在一個取向上線偏振的，而用于所述“右眼”視圖的偏振材料是在交叉偏振取向或垂直取向上線偏振的。光源是非偏振的。
9.如權(quán)利要求6所述的方法，其中用于所述“左眼”視圖的偏振材料是在一個取向上圓偏振的，而用于所述“右眼”視圖的偏振材料是在交叉偏振取向或相反取向上圓偏振的。光源最初是線偏振的。
10.本發(fā)明中的顏色/偏振輪成為用于在屏幕上呈現(xiàn)基色圖像的光閘及用于在屏幕上呈現(xiàn)這些顏色的偏振光的光閘。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，利用空間光調(diào)制器的支持電路來接受“左眼”和“右眼”數(shù)字化圖像作為子幀。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其中彩色圖像以子幀顏色交替且子幀偏振取向交替的方式呈現(xiàn)到屏幕上。
13.用于在單個顯示表面上將交叉偏振的兩個不同圖像顯示到單個屏幕上的方法，其中所述屏幕不改變投射到其上面的光的偏振特性。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，關(guān)于觀看立體呈現(xiàn)，其中佩戴無源交叉偏振眼鏡的觀眾觀看立體圖像。
15.本發(fā)明與包括在本發(fā)明的所有其它實施方式中的情形下都指RGB組或序列的“白色”段的色輪的兼容性可以分別用RGBW組或序列代替，其中所述色輪的每個交替的“白色”段被交替偏振取向的偏振材料所覆蓋。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種通過使用添加到色輪的偏振材料并使用所述色輪的色段的同步以使立體顯示的“左眼”和“右眼”視圖的序列同步，來將使用空間光調(diào)制器和色輪的電視或放映機增強為立體電視或放映機的低成本方法。通過在所述色輪上使用無源偏振材料(線偏振和/或圓偏振)，也可以使用無源偏振眼鏡。因為典型的色輪以視頻幀速率的倍數(shù)旋轉(zhuǎn)，因此實現(xiàn)了無閃爍的立體顯示。
文檔編號H04N5/64GK1998246SQ200580018648
公開日2007年7月11日 申請日期2005年5月6日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月7日
發(fā)明者貝爾尼·巴特勒－史密斯, 史蒂文·施克萊爾 申請人:科巴爾特娛樂有限公司