CN102292995B - 3d图像数据的传输 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于传输三维（3D）图像数据的系统。3D源设备（10）通过像HDMI那样的高速数字接口提供用于显示器（13）的3D显示信号（56）。3D显示信号具有依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型。每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且代表部分3D数据结构。3D源设备在3D显示信号中包含帧类型同步指示符。显示器检测帧类型同步指示符和帧类型，并且基于根据帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号。

Description

3D图像数据的传输
技术领域
本发明涉及一种传输三维（3D）图像数据的方法，该方法包括：在3D源设备处，处理源图像数据以产生3D显示信号，该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型，并且输出该3D显示信号；并且该方法包括：在3D显示设备处，将3D图像数据显示在3D显示器上，接收3D显示信号，并且检测接收的3D显示信号中的不同帧类型，并且基于这些不同帧类型产生用于在3D显示器上再现3D图像数据的显示控制信号。
本发明还涉及上面提到的3D源设备、3D显示信号和3D显示设备。
本发明涉及经由高速数字接口（例如HDMI）传输三维图像数据（例如3D视频）以便在3D显示设备上显示的领域。
背景技术
用于提供（source）2D视频数据的设备是已知的，例如像DVD播放器那样的视频播放器或者提供数字视频信号的机顶盒。源设备要耦合到像电视机或监视器那样的显示设备。图像数据经由适当的接口，优选地经由像HDMI那样的高速数字接口从源设备传输。目前，正提出用于提供三维（3D）图像数据的3D增强设备。类似地，正提出用于显示3D图像数据的设备。为了将3D视频信号从源设备传输到显示设备，正在开发新的高数据率数字接口标准，其例如基于现有的HDMI标准且与该标准兼容。将2D数字图像信号传输到显示设备通常涉及逐帧发送视频像素数据，所述帧要顺序地显示。这样的帧可以代表逐行扫描视频信号的视频帧（全帧）或者可以代表隔行扫描视频信号的视频帧（基于公知的线隔行扫描，提供奇数行的帧与提高偶数行的下一帧被顺序地显示）。
文献US4979033描述了具有隔行扫描格式的传统视频信号的一个实例。传统的信号包括用于在传统的电视上显示奇数和偶数帧的行和帧的水平和垂直同步信号。立体视频系统和方法被提出，其允许立体视频与使用快门眼镜的显示器的同步。奇数和偶数帧用来传输立体视频信号的对应的左右图像。所提出的3D显示设备包括检测传统的奇数/偶数帧的传统包络检测器，但是改为产生用于左右LCD显示单元的显示信号。特别地，对垂直消隐间隔期间出现的对于传统隔行扫描模拟视频信号中的奇数帧和偶数帧而言不同的均衡脉冲计数以标识对应的左边或右边场。该系统使用该信息以使一副快门眼镜同步，从而快门眼镜与立体视频同步地交替打开和关闭。
发明内容
文献US4979033提供了其中基于传统模拟视频信号中的现有水平线同步脉冲检测两种3D帧类型（左/右）的显示设备的一个实例。然而，尤其是对于隔行扫描视频信号而言，不存在操作水平线同步脉冲的选项。如上面提到的当前系统出现的一个问题在于，不存在左右视频帧与快门眼镜的绝对同步。同步是相对的。这在实践中意味着，左右图像经常交换，使得左眼看见预期用于右眼的图像，反之亦然。通常情况下，这不成问题，因为3D CAD设计者、专业用户将很快注意到这点并且在通常为PC的源设备中左右交换。
我们已经发现，如现有技术中描述的立体3D系统的没有经验的用户不会正确认识到左右图像何时被交换。这可能非常成问题，因为这可能导致严重的眼睛疲劳，甚至是恶心。如果现在广泛采用了这种系统，那么它将在消费者之间造成疑惑并且严重地阻碍该技术的采纳。因此，已知的3D显示信号不能用于传输各种不同的数字3D图像信号以供消费者使用。
EP1705929描述了一种具有用于左眼的帧L和用于右眼的帧R的3D视频数据。控制信号S被提供用于区分L帧和R帧。信号S存储在这些帧的控制信号子区中。
本发明的目的是提供一种更灵活且可靠的用于将3D视频信号传输到显示设备的系统。
为此目的，依照本发明的第一方面，在如开篇段落中所描述的方法中，每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且每种帧类型代表部分3D数据结构，该方法包括在3D源设备处，在3D显示信号中包含至少一个帧类型同步指示符，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符；并且所述检测包括从3D显示信号中获取帧类型同步指示符，所述产生显示控制信号基于根据帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步。
为此目的，依照本发明的第二方面，如开篇段落中所描述的用于将3D图像数据传输到3D显示设备的3D源设备包括：用于处理源图像数据以产生3D显示信号的生成装置，该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型；以及用于输出3D显示信号的输出接口装置，其中每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且每种帧类型代表部分3D数据结构，所述设备包括传送同步装置，该传送同步装置用于在3D显示信号中包含至少一个帧类型同步指示符以便在显示设备处基于根据该帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符。
为此目的，依照本发明的另一方面，如开篇段落中所描述的3D显示设备数据包括：用于显示3D图像数据的3D显示器；用于接收3D显示信号的输入接口装置，该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型；以及用于检测接收的3D显示信号中的不同帧类型的检测装置；以及用于基于所述不同帧类型产生用于在3D显示器上再现3D图像数据的显示控制信号的处理装置，其中每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，每种帧类型代表部分3D数据结构，并且检测装置被设置用于从3D显示信号中获取帧类型同步指示符，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符，处理装置被设置用于基于根据该帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号。
为此目的，依照本发明的另一方面，如开篇段落中所描述的用于将3D图像数据传输到3D显示设备的3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型，其中每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，每种帧类型代表部分3D数据结构，并且该3D显示信号包括至少一个帧类型同步指示符，其用于基于根据该帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符。
这些措施具有以下效果：3D显示信号被结构化为帧序列，而各帧具有如帧类型同步指示符所指示的不同类型。有利的是，该显示信号维持2D显示信号的基本结构，同时允许传输一系列不同的帧类型，每种帧类型体现部分3D数据结构，这些部分3D数据结构在接收3D显示设备中基于帧类型同步指示符所指示的帧功能和时序被组合以产生显示控制信号。帧类型同步指示符不执行相对同步，而是改为实现绝对同步。这避免了用户必须确定左右图像是否被交换。
本发明也基于以下认识。所有的传统模拟和数字显示接口信号内在地被设计用于直接产生显示控制信号，比如上面描述的水平线同步脉冲和帧序列。因此，信号本身指示显示控制信号的时序和生成，而每个后续帧的功能由其在信号中的位置暗示。传统的显示单元并不处理图像数据，而是严格地遵循显示接口信号。本发明人发现，对于3D显示信号而言，存在在显示设备自身中构成最终的3D显示控制信号的需要，因为如果3D图像数据的分量由源设备在接口信号中以预定义的固定方式组合，那么不能最佳地实现各种不同的显示类型信号以及观看者条件和设置。因此，在新的3D显示信号中，在不同帧类型的帧中分开地传输各种不同的分量。后来，本发明人发现，当按照不同帧类型传输部分3D数据结构时，显示设备中发生的检测这些不同帧类型的过程以及组合这些部分数据结构的过程仍然要由传送器源设备控制。此外，本发明人提供了现在包含在3D显示信号中的帧类型同步指示符。
在所述系统的一个实施例中，3D视频传输格式的不同帧类型包括以下类型中的至少一个：左帧类型；右帧类型；二维[2D]帧类型；深度帧类型；透明度帧类型；遮挡帧类型；指示所述帧类型子帧的组合的组合帧类型；并且所述帧类型同步指示符包括与所述帧类型相应的帧类型指示符以便使来自用于产生3D显示控制信号的3D视频传输格式的对应帧类型的每个3D部分数据结构在时间上同步。应当指出的是，上面提到的2D帧类型可以是中心帧类型，并且左右帧类型也是可以与例如深度帧或遮挡帧类型组合使用的2D帧类型，并且可以有效地采用上述帧类型的许多其他组合以便传输3D图像数据。效果在于，从用于立体图像的左右帧类型的基本组合到具有左帧、右帧、深度帧、遮挡帧和透明度帧的组合的复杂3D格式的各种不同的3D视频格式通过对应的帧类型同步指示符而同步。
在所述系统的一个实施例中，3D视频传输格式包括主视频以及通过对应帧类型而传输的至少一个附加视频层，并且帧类型同步指示符包括主帧类型指示符和附加层帧类型指示符中的至少一个。效果在于，可以在显示设备中以任何方便的方式组合各层，同时组合的图像由于帧类型同步指示符的原因而仍然维持各层间正确的时序关系。有利的是，附加层可以包括源设备中产生的字幕或图形信息，比如菜单或屏幕显示（OSD），其可以依照显示设备的性能与主视频信息组合。
在所述系统的一个实施例中，帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符。有利的是，这样的通用3D格式指示符允许显示设备立即跟随源设备中的像跳变或模式变化那样的视频流突变。
在所述系统的一个实施例中，帧类型同步指示符包括指示至少一种帧类型的频率和/或不同帧类型的顺序的帧序列指示符。效果在于，不同的帧类型可以在不同的帧频率下和/或以预定义的顺序复用，同时对应的顺序或序列可以在显示设备中检测到。因此，显示设备将知道要被传输的帧序列并且可以相应地调节处理资源。
所附权利要求书中给出了依照本发明的方法、3D设备和信号的另外的优选实施例，其公开内容通过引用合并于此。
附图说明
本发明的这些和其他方面根据以下说明中通过实例且参照附图描述的实施例将是清楚明白的，并且将进一步结合这些实施例进行阐述，在附图中
图1示出了用于传输三维（3D）图像数据的系统，
图2示出了3D图像数据的实例，
图3示出了回放设备和显示设备组合，
图4示出了利用帧类型同步指示符扩展的AVI信息帧的表格，
图5示出了3D视频格式的表格，
图6示出了帧同步信号，以及
图7示出了用于附加视频层的值。
在附图中，与已经描述的元件相应的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
图1示出了用于传输三维（3D）图像数据的系统，所述三维图像数据例如视频、图形或其他可视信息。3D源设备10耦合到3D显示设备13以便传输3D显示信号56。3D源设备具有用于接收图像信息的输入单元51。例如，该输入单元设备可以包括用于从像DVD或蓝光光盘那样的光学记录载体54获取各种不同类型的图像信息的光盘单元58。可替换地，输入单元可以包括用于耦合到网络55（例如互联网或广播网）的网络接口单元59，这样的设备通常称为机顶盒。图像数据可以从远程媒体服务器57获取。源设备也可以是卫星接收器或者直接提供显示信号的媒体服务器，即输出直接耦合到显示单元的3D显示信号的任何适当的设备。
3D源设备具有耦合到输入单元51的处理单元52，其用于处理图像信息以便产生经由输出接口单元12传输到显示设备的3D显示信号56。处理单元52被设置用于产生包含在3D显示信号56中的图像数据以便在显示设备13上显示。源设备设有用户控制元件15，用于控制图像数据的显示参数，例如对比度或颜色参数。像这样的用户控制元件是众所周知的，并且可以包括远程控制单元，该远程控制单元具有控制3D源设备的各种功能（例如回放和记录功能）以及用于例如通过图形用户界面和/或菜单设置所述显示参数的各种不同的按钮和/或光标控制功能。
源设备具有用于在3D显示信号中提供至少一个帧类型同步指示符的传送同步单元11，所述指示符在输出接口单元12中包含在3D显示信号中，该输出接口单元进一步被设置用于将具有图像数据和帧类型同步指示符的3D显示信号作为3D显示信号56从源设备传输到显示设备。3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧序列，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型。每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，该序列通常依照预定分辨率设置为若干像素的水平行序列。每种帧类型代表部分3D数据结构。例如，3D视频传输格式的帧类型中的3D部分数据结构可以是左右图像或者2D图像和附加的深度和/或另外的3D数据（例如下面讨论的遮挡或透明度信息）。应当指出的是，帧类型也可以是指示上述帧类型的子帧的组合的组合帧类型，这些子帧例如位于单个全分辨率帧中的具有较低分辨率的4个子帧。此外，可以将若干多视图图像编码到要同时显示的帧视频流中。
3D显示设备13用于显示3D图像数据。该设备具有输入接口单元14，该输入接口单元用于接收从源设备10传输的在帧中包含3D图像数据且包含帧类型同步指示符的3D显示信号56。每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且每种帧类型代表部分3D数据结构。显示设备设有另外的用户控制元件16，用于设置显示器的显示参数，例如对比度、颜色或深度参数。传输的图像数据在处理单元18中依照来自用户控制元件的设置命令进行处理并且基于不同帧类型产生用于在3D显示器上再现3D图像数据的显示控制信号。该设备具有接收显示控制信号以便显示处理的图像数据的3D显示器17，例如双LCD。显示设备13是立体显示器，也称为3D显示器，具有由箭头44指示的显示深度范围。3D图像数据的显示根据不同的帧而执行，每帧提供对应的部分3D图像数据结构。
显示设备进一步包括耦合到处理单元18的检测单元19，该检测单元用于从3D显示信号中获取帧类型同步指示符并且用于检测接收的3D显示信号中的不同帧类型。处理单元18被设置用于基于如各3D视频格式（例如2D图像和深度帧）的部分3D数据结构限定的各种不同类型的图像数据产生显示控制信号。各帧被识别且在时间上同步，如对应帧类型同步指示符所指示的。
帧类型同步指示符允许检测必须组合哪些帧以便同时显示，并且也指示帧类型，从而可以获取和处理对应的部分3D数据。3D显示信号可以通过诸如公知的HDMI接口（例如参见“High Definition Multimedia Interface Specification Version 1.3a of Nov 10 2006）之类的适当高速数字视频接口传输。
图1进一步示出了作为3D图像数据的载体的记录载体54。该记录载体为盘状并且具有轨道和中心孔。由一系列物理上可检测的标记构成的轨道依照螺旋或同心模式的匝设置，这些匝在信息层上构成基本上平行的轨道。记录载体可以是光学上可读的，称为光盘，例如CD、DVD或BD（蓝光光盘）。信息在信息层上通过沿着轨道的光学可检测标记（例如凹坑和凸台）表示。轨道结构也包含位置信息，例如头部和地址，用于指示通常称为信息块的信息单元的位置。记录载体54携带代表像视频那样的数字编码图像数据的信息，该数字编码图像数据例如依照MPEG2或MPEG4编码系统以像DVD或BD格式那样的预定义记录格式编码。
应当指出的是，播放器可以支持播放各种不同的格式，但是不能将视频格式转码，并且显示设备可能能够播放有限的视频格式集合。这意味着对于什么可以播放存在公共的划分器。应当指出的是，根据所述盘或内容，格式可以在系统的回放/操作期间改变。格式的实时同步有必要发生，并且格式的实时切换由帧类型同步指示符提供。
下面的部分提供了对于三维显示和人的深度感知的综述。3D显示在以下意义上不同于2D显示：它们可以提供更生动的深度感知。实现这一点，是因为它们提供比2D显示更多的深度线索，所述2D显示只能示出单眼深度线索以及基于运动的线索。
单眼（或静态）深度线索可以通过使用单只眼睛从静态图像中获得。画家经常使用单眼线索以便在他们的绘画中创建深度的感觉。这些线索包括相对大小、相对于水平的高度、遮挡、透视、纹理梯度和照明/阴影。眼球运动线索是从观看者眼睛的肌肉的张力导出的深度线索。眼睛具有用于旋转眼睛以及用于拉伸眼睛晶状体的肌肉。眼睛晶状体的拉伸和松弛称为适应并且在聚焦到图像上时完成。晶状体肌肉的拉伸或松弛的量提供了目标多远或多近的线索。眼睛旋转，使得双眼聚焦到相同的目标上，这称为会聚。最后，运动视差是靠近观看者的目标看起来比远离的目标移动得更快的效应。
双眼视差是从我们的双眼看见稍微不同的图像这一事实导出的深度线索。双眼深度线索可以是且用于任何2D视觉显示类型。为了在显示器中重新创建双眼视差，要求显示器可以为左右眼分割视图，使得每只眼睛在显示器上看见稍微不同的图像。可以重新创建双眼视差的显示器是我们将称为3D或立体显示器的特殊显示器。3D显示器能够沿着人眼实际感知的深度维显示图像，在本文中称为具有显示深度范围的3D显示器。因此，3D显示器向左右眼提供不同的视图。
可以提供两个不同视图的3D显示器已经存在了很长的时间。大多数这些3D显示器基于使用眼镜分离左右眼视图。现在，随着显示技术的进步，新的显示器已经进入市场，其可以在不使用眼镜的情况下提供立体视图。这些显示器称为自动立体显示器。
第一种方法基于允许用户在没有眼镜的情况下看见立体视频的LCD显示器。这些显示器基于两种技术，即柱透镜屏幕和屏障显示器中任一种。对于柱透镜显示器而言，LCD由柱透镜片覆盖。这些透镜衍射来自显示器的光，使得左右眼接收到来自不同像素的光。这允许显示两幅不同的图像，一幅图像用于左眼视图，一幅图像用于右眼视图。
柱透镜屏幕的可替换方案是屏障显示器，其使用LCD之后且在背光之前的视差屏障以分离来自LCD中的像素的光。屏障使得从屏幕之前的设定位置来看，左眼看见不同于右眼的像素。屏障也可以位于LCD与人类观看者之间，使得显示器的行中的像素交替地对于左右眼可见。屏障显示器的一个问题是亮度和分辨率的损失，而且具有非常窄的观看角。这使得它与柱透镜屏幕相比作为起居室电视不那么吸引人，所述柱透镜屏幕例如具有9个视图以及多个观看区。
另一方法仍然基于与可以以高刷新率（例如120Hz）显示帧的高分辨率射束器结合使用快门眼镜。高刷新率是需要的，因为对于快门眼镜方法，左右眼视图交替地显示。对于戴着眼镜的观看者感知60Hz的立体视频。快门眼镜方法允许实现高质量的视频以及强烈的深度水平。
自动立体显示器和快门眼镜方法的确都存在适应-会聚失配的不足。这的确限制可以使用这些设备舒适地观看的深度量和时间。存在诸如全息和体积显示器之类的其他显示技术，这些显示技术不存在这个问题。应当指出的是，本发明可以用于具有深度范围的任何类型的3D显示器。
假定用于3D显示器的图像数据作为电子数据（通常为数字数据）是可用的。本发明涉及这样的图像数据并且在数字域操作该图像数据。图像数据在传输自某个源时可能已经例如通过使用双照相机而包含3D信息，或者专用预处理系统可以被包含以便从2D图像（重新）创建3D信息。图像数据可以是静态的，比如幻灯片，或者可以包括运动视频，比如电影。通常称为图形数据的其他图像数据可以作为存储的目标而可用，或者如应用所需要的即时产生。例如，可以向其他图像数据添加像菜单、导航项目或文字和帮助注释那样的用户控制信息。
存在其中可以对立体图像格式化（称为3D图像格式）的许多不同方式。一些格式基于使用2D通道以便也携带立体信息。例如，左右视图可以交织或者可以并排地和上下地放置。这些方法牺牲分辨率以携带立体信息。另一个选项是牺牲颜色，该方法称为补色立体。补色立体使用光谱复用，其基于以互补色显示两幅分开的覆盖的图像。通过使用具有滤色片的眼镜，每只眼睛仅仅看见具有与该眼睛前面的滤色片相同颜色的图像。因此，例如右眼仅仅看见红色图像并且左眼仅仅看见绿色图像。
一种不同的3D格式基于两个视图，使用2D图像和附加的深度图像（所谓的深度图），该深度图像传递关于2D图像中的目标的深度的信息。称为图像+深度的该格式的不同之处在于，它是2D图像与所谓的“深度”或视差图的组合。这是灰度图像，其中像素的灰度值指示关联2D图像中相应像素的视差量（或者在深度图的情况下为深度）。显示设备将2D图像作为输入，使用视差、深度或者视差图以计算附加的视图。这可以以各种不同的方式完成，在最简单的形式下，其近似于根据与像素关联的视差值将这些像素移向左边或右边。Christoph Fen的题为“Depth image based rendering, compression and transmission for a new approach on 3D TV”的论文给出了该技术的很好的综述（参见http://iphome.hhi.de/fehn/Publications/fehn_EI2004.pdf）。
图2示出了3D图像数据的实例。该图像数据的左边部分是通常为彩色的2D图像21，并且该图像数据的右边部分为深度图22。2D图像信息可以以任何适当的图像格式表示。深度图信息可以是具有每个像素的深度值的附加数据流，其与2D图像相比分辨率可能降低。在深度图中，灰度值指示2D图像中的关联像素的深度。白色指示靠近观看者，并且黑色指示远离观看者的大的深度。3D显示器可以通过使用来自深度图的深度值并且通过计算所需的像素变换而计算立体所需的附加视图。遮挡可以通过使用估计技术或者孔填充技术来解决。附加的帧可以包含于数据流中，例如进一步添加到图像和深度图格式，比如遮挡图、视差图和/或在背景前面运动的透明目标的透明度图。
当视频从诸如蓝光光盘播放器之类的播放设备发送到立体显示器时，将立体添加到视频中也影响视频的格式。在2D情况下，只发送2D视频流（解码的画面数据）。利用立体视频，这被增大，因为现在必须发送包含第二视图（用于立体）或深度图的第二流。这可能加倍电气接口上所需的比特率。一种不同的方法是牺牲分辨率并且将该流格式化，使得第二视图或深度图与2D视频交织或者与2D视频并排放置。
图2示出了2D数据和深度图的一个实例。深度显示参数被发送到显示器以便允许显示器正确地解释深度信息。ISO标准23002-3 “Representation of auxiliary video and supplemental information”（例如参见2007年7月的ISO/IEC JTC1/SC29/WG11 N8259）中描述了在视频中包含附加信息的实例。取决于辅助流的类型，附加的图像数据包含4个参数或2个参数。帧类型同步指示符可以包括指示3D显示信号后续部分中的对应3D视频传输格式的3D视频格式指示符。这允许指示或改变3D视频传输格式，或者重置传输序列或者设置或重置另外的同步参数。
在一个实施例中，帧类型同步指示符包括指示至少一种帧类型的频率的帧序列指示符。应当指出的是，一些帧类型允许对感知的3D图像没有明显恶化的较低的传送频率，例如遮挡数据。此外，可以将不同帧类型的顺序指示为要重复的不同帧类型序列。
在一个实施例中，帧类型同步指示符包括帧序列号。也可以向各帧提供帧序列号。例如当发送了构成单幅3D图像的所有帧并且接下来的帧属于下一幅3D图像时，序列号规则地增加。因此，序列号对于每个同步循环是不同的，或者可能仅对于较大的部分改变。因此，当执行跳变时，必须在可以恢复图像显示之前传输具有相同对应序列号的帧集合。显示设备将检测偏离的帧序列号并且将仅组合完整的帧集合。这防止了在跳变到新位置之后使用错误的帧组合。
当在视频上添加图形时，可以在显示单元中使用另外的单独的数据流覆盖附加层。这样的层数据包含在不同的帧类型中，这些帧类型通过如下面所详细讨论的在3D显示信号中添加对应的帧类型同步指示符而单独地标记。现在，3D视频传输格式包括主视频以及通过对应帧类型而传输的至少一个附加视频层，并且帧类型同步指示符包括主帧类型指示符和附加层帧类型指示符中的至少一个。所述附加视频层可以例如是字幕或其他图形信息，比如菜单或任何其他屏上数据（OSD）。
帧类型同步指示符可以针对所述附加视频层包括层信令参数。所述参数可以指示以下至少一个：
- 附加层的类型和/或格式；
- 附加层显示相对于主视频显示的位置；
- 附加层显示的大小；
- 附加层显示的出现、消失时间和或持续时间；
- 附加3D显示设置或3D显示参数。
下文中讨论了另外的详细实例。
图3示出了回放设备和显示设备组合。播放器10读取显示器13的性能并且调节视频的格式和时序参数以便发送显示器可以处理的空间以及时间上的最高分辨率视频。在实践中，使用了称为EDID的标准。扩展显示标识数据（EDID）是一种由显示设备提供以向图像源（例如图形卡）描述其性能的数据结构。它使得现代个人计算机能够知道连接了什么种类的监视器。EDID由视频电子标准协会（VESA）公布的标准定义。进一步的详情请参阅可通过http://www.vesa.org/而获得的VESA DisplayPort Standard Version 1, Revision 1a, January 11, 2008。
EDID包括制造商名称、产品类型、磷光体或滤光器类型、显示器支持的时序、显示大小、亮度数据和（仅仅对于数字显示器而言）像素映射数据。用于将EDID从显示器传送到图形卡的通道通常是所谓的I2C总线。EDID和I2C的组合称为显示数据通道第2版或者DDC2。版本2有别于VESA的原始DDC，该原始DDC使用不同的串行格式。EDID经常存储在监视器中的存储设备中，该存储设备称为串行PROM（可编程只读存储器）或EEPROM（电可擦除PROM），其与I2C总线兼容。
回放设备通过DDC2通道向显示器发送E-EDID请求。显示器通过发送E-EDID信息而做出响应。播放器确定最佳的格式并且开始通过视频通道传送。在更旧的显示器类型中，显示器连续地在DDC通道上发送E-EDID信息。没有请求被发送。为了进一步限定接口上使用的视频格式，另一组织（消费电子协会；CEA）定义了E-EDID的若干附加限制和扩展以使其更适合与电视类型的显示器一起使用。除了特定E-EDID要求之外的HDMI标准（上文曾提及）支持用于许多不同视频格式的标识码和相关时序信息。例如，接口标准HDMI中采用了CEA 861-D标准。HDMI定义了物理链接并且它支持CEA 861-D和VESA E-EDID标准处理更高级别的信令。VESA E-EDID标准允许显示器指示它是否支持立体视频传送以及以什么格式传送。应当指出的是，这样的关于显示器的性能的信息向后传播到源设备。已知的VESA标准没有定义控制显示器中的3D处理的任何前向3D信息。
在一个实施例中，3D显示信号中的帧类型同步指示符在标识与其相关的对应帧的同时例如作为数据流中的单独的分组而异步地传输。该分组可以包括用于帧与视频精确地同步的另外的数据，并且可以在适当的时间插入到连续视频帧之间的消隐间隔中。在一个实际的实施例中，将帧类型同步指示符插入到HDMI数据岛内的分组中。
在音视频数据（AV）流中的如HDMI中所定义的辅助视频信息（AVI）中包含帧同步指示符的一个实例如下。AVI在AV流中作为信息帧从源设备携带到数字电视（DTV）监视器。如果源设备支持传送辅助视频信息（AVI）并且如果它确定DTV监视器能够接收该信息，那么它应当每VSYNC周期向DTV监视器发送AVI一次。该数据适用于下一个全帧视频数据。
提出了使用AVI信息帧中的黑条信息以适应帧类型同步指示符（例如对于左右信令）以及附加信息以便在显示器中正确地再现3D视频。AVI信息帧是至少每两场发送的数据块。由于这个原因，只有该信息帧才可以在帧的基础上传送信令，这在其要用于立体视频信号的同步的情况下是一个要求。与依赖于相对信令或者依赖于供应商特定信息帧的其他解决方案相比该解决方案的优点在于，它与用于HDMI的当前芯片组兼容并且它提供了帧精确同步和用于信令的足够的空间（8字节）。
在一个可替换的实施例中，提出了使用如HDMI中定义的前置位以发信号表示跟随的视频数据是左或右视频帧。HDMI 5.2.1.1章定义了前同步码紧靠每个视频数据周期或数据岛周期之前。这是指示即将到来的数据周期是视频数据周期还是数据岛的8个相同控制字符的序列。CTL0、CTL1、CTL2和CTL3的值指示跟随的数据周期类型。其余的控制信号HSYNC和VSYNC可以在该序列期间变化。前同步码目前是4位，即CTL0、CTL1、CTL3和CTL4。此时，仅仅使用1000和1010作为值。例如，现在可以定义值1100或1001以指示视频数据包含左或右视频帧，或者可替换地包含图像和/或深度信息的帧。此外，前置位可以仅仅指示序列的3D帧类型或者第一个3D帧，而另外的帧类型辨别可以依照另一数据帧限定的帧类型同步序列。此外，HSYNC和VSYNC信令可以适于传递至少部分的帧类型同步，例如帧是否为左视频帧还是右视频帧。HSYNC被设置成先于左帧的视频数据并且VSYNC被设置成先于右视频信息帧。相同的原理可以适用于其他的帧类型，比如2D图像和深度信息。
图4示出了利用帧类型同步指示符扩展的AVI信息帧的表格。AVI信息帧由CEA定义并且被HDMI和其他视频传送标准采用以提供对于颜色和色度采样、过扫描和欠扫描以及纵横比的帧信令。为体现帧类型同步指示符而添加了附加信息如下。
数据字节1的最后位、F17以及数据字节4的最后位、F47在标准AVI信息帧中被保留。在帧类型同步指示符的一个实施例中，这些位用来指示黑条信息中的立体信令的存在性。黑条信息通常包含在数据字节6-13中。字节14-27通常在HDMI中被保留并且因而利用当前的硬件可能不被正确地传送。因此，这些场用来提供不那么关键的OSD位置信息。表格的句法如下。如果F17被设置（=1），那么直到13的数据字节包含3D参数信息。缺省情况是在F17未被设置（=0）的时候，这意味着不存在3D参数信息。
数据字节12-19指示OSD/字幕覆盖的位置。附加层可以小于主视频层，并且基于字节12-19的位置数据而定位。这使得3D显示器能够在帧类型同步指示符指示的屏幕区域上执行特定的再现。帧类型同步指示符可以进一步包括用于指示例如在图4中称为再现参数的数据字节20-27中何时必须出现和/或消失字幕/OSD信息的同步时序信息。
图5示出了3D视频格式的表格。左栏中的值每个指示具有对应不同帧类型的特定视频格式。选择的值包含于帧同步指示符，例如图4的表格中的数据字节7。数据字节7描述了源（播放器）传送的立体视频格式。图5的表格列出了一些可能的值。值0指示关联的帧是2D的，这在3D标题期间传送2D视频段时是有用的。显示设备（3D电视）可以使其内部图像处理适于3D视频格式的这种变化，例如在帧序列格式的情况下关闭时间上转换。
图6示出了帧同步信号。该同步信号可以包含于帧同步指示符中，例如图4中的数据字节8。数据字节8携带立体同步信号，而图6示出了该同步信号的格式。该同步信号与视频格式一起指示视频帧的内容。
图4中的数据字节9和10的值取决于视频格式。例如，对于（自动）立体视频而言，它们指示视频内容的最大和最小视差。可替换地，它们可以指示“深度”信息的偏移和缩放因数。在更高位精度要求（即10位深度）的情况下，附加的寄存器可以用来存储较低的位。
图7示出了用于附加视频层的值。可以通过允许在3D视频信号中单独地包括用于像字幕或菜单（屏幕数据OSD）那样的附加层的帧来扩展视频格式。在图4中，数据字节11可以指示字幕或OSD覆盖的存在性。图7示出了若干用于指示附加层的视频格式参数值。图4中的其余字节20-27可以用来提供指示用于与3D显示器相关的缩放深度和遮挡信息的信息的特定参数。
应当指出的是，本发明可以通过使用可编程部件在硬件和/或软件中实现。用于实现本发明的方法具有与参照图1阐述的传输3D图像数据相应的处理步骤。尽管主要通过使用光学记录载体或互联网的实施例解释了本发明，但是本发明也适合于任何图像接口环境，比如3D个人计算机[PC]显示接口或者耦合到无线3D显示设备的3D媒体中心PC。
应当指出的是，在本文中，措词“包括/包含”并没有排除存在未列出的其他元件或步骤，并且元件之前的措词“一”或“一个”并没有排除存在多个这样的元件，任何附图标记并没有限制权利要求的范围，本发明可以借助于硬件和软件二者来实现，并且若干“装置”或“单元”可以由相同硬件或软件项表示，并且处理器可以实现一个或多个单元的功能，可能是与硬件元件协作。此外，本发明并不限于所述实施例，而是存在于每一个新颖的特征或者上面描述的特征的每一种组合之中。

Claims (10)

1.传输三维（3D）图像数据的方法，该方法包括：在3D源设备处，
- 处理源图像数据以产生3D显示信号，该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型，并且
- 输出该3D显示信号；以及，在3D显示设备处，
- 接收3D显示信号，并且
- 检测接收的3D显示信号中的不同帧类型，并且基于这些不同帧类型产生用于在3D显示器上再现3D图像数据的显示控制信号，
其中
- 每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且每种帧类型代表部分3D数据结构，该方法包括，在3D源设备处，
- 在3D显示信号中包含至少一个帧类型同步指示符，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符；并且
- 所述检测包括从3D显示信号中获取帧类型同步指示符，并且
- 所述产生显示控制信号基于根据帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步。
2.如权利要求1所述的方法，其中3D视频传输格式的不同帧类型包括以下至少一个：
- 左帧类型；
- 右帧类型；
- 二维（2D）帧类型；
- 深度帧类型；
- 透明度帧类型；
- 遮挡帧类型；
- 指示所述帧类型子帧的组合的组合帧类型；
并且所述帧类型同步指示符包括与所述帧类型相应的帧类型指示符以便使来自用于产生3D显示控制信号的3D视频传输格式的对应帧类型的每个3D部分数据结构在时间上同步。
3.如权利要求1所述的方法，其中3D视频传输格式包括主视频以及通过对应帧类型而传输的至少一个附加视频层，并且帧类型同步指示符包括主帧类型指示符和附加层帧类型指示符中的至少一个。
4.如权利要求3所述的方法，其中附加视频层包括图形信息或字幕。
5.如权利要求3所述的方法，其中帧类型同步指示符针对所述附加视频层包括层信令参数，所述参数指示以下至少一个：
- 附加层的类型和/或格式；
- 附加层显示相对于主视频显示的位置；
- 附加层显示的大小；
- 附加层显示的出现、消失时间和或持续时间；
- 附加3D显示设置或3D显示参数。
6.如权利要求1所述的方法，其中帧类型同步指示符包括指示至少一种帧类型的频率和/或不同帧类型的顺序的帧序列指示符。
7.如权利要求1所述的方法，其中帧类型同步指示符包括帧序列号。
8.用于将三维（3D）图像数据传输到3D显示设备的3D源设备，该设备包括：
- 用于处理源图像数据以产生3D显示信号（56）的生成装置（52），该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型，以及
- 用于输出3D显示信号的输出接口装置（12），
其中
- 每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，并且每种帧类型代表部分3D数据结构，所述设备包括
- 传送同步装置（11），该传送同步装置用于在3D显示信号中包含至少一个帧类型同步指示符以便在显示设备处基于根据该帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符。
9.3D显示设备，包括：
- 用于显示3D图像数据的3D显示器（17），
- 用于接收3D显示信号的输入接口装置（14），该3D显示信号包含依照3D视频传输格式构成3D图像数据的帧，在所述格式中，所述帧包括至少两种不同帧类型，以及用于检测接收的3D显示信号中的不同帧类型的检测装置（19），以及
- 用于基于所述不同帧类型产生用于在3D显示器上再现3D图像数据的显示控制信号的处理装置（18），
其中
- 每帧具有用于表示数字图像像素数据序列的数据结构，每种帧类型代表部分3D数据结构，并且
- 检测装置（19）被设置用于从3D显示信号中获取帧类型同步指示符，该帧类型同步指示符包括指示3D显示信号的后续部分中的3D视频传输格式的3D视频格式指示符，并且
- 处理装置（18）被设置用于基于根据该帧类型同步指示符使部分3D数据结构同步而产生显示控制信号。
10.如权利要求9所述的3D显示设备，其中3D视频传输格式包括主视频以及通过对应帧类型而传输的至少一个附加视频层，并且帧类型同步指示符包括主帧类型指示符和附加层帧类型指示符中的至少一个，并且处理装置（18）被设置用于根据该帧类型同步指示符组合3D部分数据结构所表示的不同层。
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