CN102484730A - 集成头戴显示器的3-d视频处理器 - Google Patents

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Abstract

一种包括耳机外壳的3-D立体视频装置，耳机外壳中并入了3-D视频处理器芯片、视频显示驱动器电路、微显示器和光学系统，使得唯一需要的外部元件为一个操纵杆或者其它用户输入装置。通过在视频处理器芯片和视频驱动器芯片之间利用直接数字视频接口，不再需要视频信号编码器/解码器、数字到模拟转换器、视频上变频器和用于处理远程产生的模拟视频信号的其它类似的复杂电路。较之以前的设计，该设计不仅节省了成本，而且可以产生高分辨率、高帧率视频呈现。

Description

集成头戴显示器的3-D视频处理器
技术领域
本申请要求2009年6月4日提交的第61/184,088号美国临时申请以及2009年8月28日提交的第61/237,879号美国临时申请的权益。以上申请的全文通过参考结合于此。
背景技术
人们对头戴显示器的了解已经有相当长一段时间了。这类显示器的某些形式像一副眼镜一样佩戴。它们能够具有用于左右眼的显示元件，可提供计算机生成的立体视频图像。这类显示器能够设计成从外部世界看去，呈现出烟熏塑料“太阳镜”的外观。目前，市场上的产品可在一个小巧的、便携的、紧凑的外形中提供相当引人入胜的观看体验。
每只眼睛的光成像路径典型地包括一个模制塑料封装的微显示液晶显示器(LCD)元件、一个偏光膜、和一个用于背光照明的发光二级管(LED)。在光路元件中，微显示元件典型地占中心地位。可从诸如马萨诸塞州Westboro的Kopin公司的资源得到适当的小型彩色LCD面板。Kopin的诸如CyberDisplay
Figure BPA00001491261000011
型号的显示器可根据生成视频的预期质量提供QVGA、VGA、SVGA，以及甚至更高的分辨率。
头戴显示器有时会用在诸如电子游戏的产品中。例如，来自名为Radica Games公司的称为i-CombatTM的游戏以及诸如起源于20世纪90年代中期的来自Nintendo的Virtual BoyTM产品。这些游戏采用以各种类型实施的低质量显示器，例如，利用发光二级管(LED)技术和振荡镜系统来呈现图像。这类装置同样具有连接控制器和游戏卡接口的各种形式。
发明内容
需要的是一个高质量、高帧率、高分辨率、小巧的、便携的平台，从而用低成本提供一个3-D立体全视频体验。
在一种优选的实施方式中，3-D立体视频装置包括一个耳机外壳，其中并入了一个3-D视频处理器芯片和显示驱动器电路、微显示器和光学系统。通过在视频处理器芯片和视频驱动器芯片之间利用直接数字视频接口，不再需要视频信号编码器/解码器、数字到模拟转换器、视频上变频器和用于处理远程产生的模拟视频信号的其它类似的复杂电路。
3-D视频处理器芯片能够包括一个视频游戏处理器，该处理器包括3-D处理硬件和/或固件，以执行3-D图像生成游戏程序软件。游戏处理器能够与用户操纵杆或其它游戏控制器互动，理想情况下通过一个无线接口，以完成游戏游玩动作。通过数字视频接口，游戏处理器更好地以一个稳定的视频速率输出有立体感的图像对(左和右)。
该设计不仅节省了成本，而且可以产生高分辨率、高帧率图像呈现、以及较低能耗。
附图说明
在附图中对本发明进行了说明，图中不同视图中类似的参考符号表示同样的元件。通过下面的对本发明示例实施方式的更具体的描述，前述内容将会很清楚。这些图并不一定按比例、强调，而是用于说明实施方式。
图1是3-D头戴视频显示器单元的外部立体图。
图2是单元电子元件的框图。
图3是显示控制器的更详细的框图。
图4是能够包括一个游戏处理器的优选3-D视频处理器芯片的管脚图。
具体实施方式
示例实施方式的描述如下。
图1是利用能够包括本发明优选实施方式的头戴显示器(HMD)100实施的3-D视频装置的立体图。如图1说明的那样，在一个壳体150中实施类似于一副眼镜的HMD 100。壳体150包括带两个微显示器(一个显示器用于左侧120-L，一个显示器用于右侧120-R)的一个目镜。壳体150还包括一个视频芯片，例如但不限于，一个视频处理器、一个显示控制器、和其它实施一个类似视频游戏的高分辨率3-D视频应用需要的电路，下文对其进行了更详细的描述。装置100也能够包括一个或多个耳塞130-L、130-R，用于提供音频。壳体150能够用模制塑料或其它合适的材料制成。
图2是视频装置100的电子元件的高级框图。它包括至少一个视频处理器芯片200、显示驱动器220、左230-L和右230-R微显示器、以及一个诸如电池210的电源。移动存储器240和操纵杆(或其它用户输入装置或控制器)接口250为可选的，但是最好有。在一种优选的实施方式中，装置100的壳体150内包括了图2中所有元件。
3-D视频处理器芯片200能够是来自General Plus的称为GPL32300A的视频游戏集成电路。显示驱动器220能够是诸如KopinA220/A221Display Driver KCD-A220-BA或者KCD-A221-BA的驱动器。左右微显示器230能够是诸如Kopin CyberDisplay的微显示器。
操纵杆接口250能够是任何合适的接口，该接口通过有线或无线(即蓝牙或红外)接口连接至外部用户输入装置。
3-D视频处理器芯片200经由一个平行输出总线接口输出左右全帧数字视频信号。输出最好与用于数字分量视频信号的国际电信联盟(ITU)接口(如特别地，推荐BT.656)兼容。因此，例如，GPL 32300A游戏处理器芯片200输出全帧率数字视频作为一对8比特宽、BT.656兼容、左右视频信道信号。
BT.656是一项数字视频协议，用于流传输未压缩PAL或者NTSE标清电视信号(525或625线的)。众所周知，BT.656协议利用这样的数字视频编码参数，其在ITU-R BT.601中定义，提供交错的视频数据、单独流传输每个字段、并且以13.5兆赫(MHz)的象素取样率使用YCbCr彩色空间。在一种优选的实施方式中，采用了一个平行8比特BT.656接口，尽管也有可能提供更高的分辨率，即10比特接口。在一种优选的实施方式中，视频处理器芯片200提供至少640×240的分辨率，也就是说，对每个左右信道信号为320×240。
视频处理器芯片200上的软件也可以优选地产生左右图像，以在生成视频信号中实施3-D有立体感的图像效果。更特殊的是，对视频处理器200进行编程，以交替地输出左右图像帧，从而通过显示驱动器220以和显示器230的响应时间相匹配的帧率驱动左右显示器230，以消除闪烁的影响。
如果视频芯片是一个GPL 32300A游戏处理器芯片200，它也包括其它的功能，如游戏软件处理器，用于执行存储在内部或外部存储器240中的游戏程序。存储器240能够以外部专用游戏卡、紧凑式闪存卡、安全数字卡、xD、存储棒、或者其它可兼容的存储装置的形式通过只读或闪速存储器来给出。
紧相邻的显示驱动器电路220接受来自游戏处理器芯片200的两个BT.656视频信号，并且产生用于左右微显示器230的左右信道视频输出。
如果显示驱动器220是Kopin A220或者A221显示驱动器，则Kopin CyberDisplay微显示器230能够是CyberDisplay型号113LV、152LV、230LV、WQVGA LV、或者其它兼容显示器。这类显示驱动器220直接接受8比特平行BT.656数字视频信号，并且产生用于左右信道的相应的模拟RGB信号。
图3中更详细地表示了Kopin A220显示驱动器220。它包括一个8比特数字到模拟(D到A)转换器，用来产生所需RGB输出、视频放大器和电荷泵。它还包括彩色空间转换电路，以将YCbCr输入彩色空间转换成RGB输出。它同样处理水平和垂直缩放比例，以适应显示器230的不同分辨率。
为了节省成本和功率，视频处理器200和显示驱动器220之间为直接连接。因此，在视频处理器200和显示驱动器220之间不需要视频缓冲、或者甚至不需要信号转换。
图4中更详细地表示了优选的General Plus GPL 32300A视频游戏处理器200。它向显示驱动器220提供了两个左右信道视频信号输出、以及水平同步、垂直同步和其它信号。
一个适当的游戏处理器芯片典型地包括3-D处理硬件和固件，其可以按照存储在存储器240中的游戏程序，执行3-D图片生成软件。游戏处理器芯片200也按照经由操纵杆250或其它用户控制器接口250提供的用户输入，进行互动，以完成游戏游玩动作。此类游戏处理器芯片能够包括来自Sonix(台湾)、Elan Microelectronics(台湾)、Nuvoton(前Windbond)(台湾)或者Xavix游戏控制台(日本)用到的SSD处理器的那些芯片。
由于从视频处理器200到显示驱动器220的BT.656格式数字视频信号的直接呈现，消除了很多复杂性。尤其是，不再需要输出和转换数字信号到模拟视频信号、编码或解码数字信号、提供向上转换、缓冲、或其它复杂的信号处理。
实践中发现，General Plus GPL 32300A 200和Kopin显示驱动器220之间的直接平行数字连接允许帧率增加至每秒43帧或者更高的范围。这一帧率已被发现是足够高的，从而避免了在2×320×240分辨率的3-D游戏视频中可察觉的闪烁。
视频芯片200中处理的软件代码也可以以稍许不同的同步提供左右信道信号，以提供3-D视差效果。
尤其是，在执行软件代码的时候，视频芯片200中的3-D处理硬件和固件可产生一个3-D模型数据库，该数据库具有不同对象在不同位置的3-D场景的3-D呈现。接着，软件的视图生成部分通过捕捉两个视图和渲染图像产生左右视频信道信号。在两个稍许不同的角度捕捉两个不同的视图，产生两个相互之间有视差的图像，对观看者可产生一个立体感的效果。
尽管参考其示例实施方式对本发明进行了特殊表示和描述，但是本专业的技术人员应该了解，在不脱离附属权利要求包含的本发明的范围的前提下，能够对其中的形式和细节进行各种变化。

Claims (17)

1.一种装置，包括：
一个头戴显示器(HMD)壳体；
一个置于所述HMD壳体中的左微显示器，所述左微显示器具有一个左视频输入端口和一个左显示元件用以提供一个左可视输出；
一个置于所述HMD壳体中的右微显示器，所述右微显示器具有一个右视频输入端口和一个右显示元件用以提供一个右可视输出；
一个置于所述HMD壳体中的视频处理器，提供一个左信道数字视频信号和一个右信道数字视频信号；以及
一个同样置于所述HMD壳体中的显示驱动器，直接电耦合至所述视频处理器，以接收所述左右信道数字视频信号，并且输出相应的模拟左右信道视频信号至相应左右微显示器的左右视频输入端口。
2.如权利要求1中所述的装置，其中，从所述视频处理器通过一个直接数字总线接口向所述显示驱动器提供所述左信道数字视频信号和所述右信道数字视频信号，从而使得在所述显示驱动器之外，没有执行所述左或右数字视频信号到模拟信号的转换。
3.如权利要求1中所述的装置，其中，所述视频处理器和显示驱动器是不同的集成电路。
4.如权利要求1中所述的装置，其中，所述视频处理器是一个游戏处理器。
5.如权利要求1中所述的装置，其中，所述视频处理器进一步包含一个用户输入装置接口。
6.如权利要求5中所述的装置，其中，所述用户输入装置接口是一个游戏控制器接口。
7.如权利要求1中所述的装置，其中，从一个三维场景模型渲染所述左信道数字视频信号和右信道数字视频信号。
8.如权利要求7中所述的装置，其中，在两个不同的相应视点处从所述三维场景模型渲染所述左信道数字视频信号和右信道数字视频信号，以提供视差。
9.如权利要求1中所述的装置，其中，所述视频处理器交替地输出所述左右数字视频信号的帧，以通过所述显示驱动器以与所述左右显示器的响应时间相匹配的帧率驱动所述左右显示器。
10.一种用于操作置于头戴显示器(HMD)壳体内部的视频处理器集成电路的方法，所述方法包含：
利用一个置于所述头戴显示器(HMD)壳体内部的视频处理器，生成一个三维场景模型；
从所述三维场景模型渲染一个左信道数字视频信号；
从所述三维场景模型渲染一个右信道数字视频信号；
将所述左右信道数字视频信号直接耦合至一个同样置于所述HMD壳体中的显示驱动器。
11.如权利要求10中所述的方法，其中，通过一个直接数字总线接口，将所述左信道数字视频信号和所述右信道数字视频信号提供给所述显示驱动器，从而使得在所述显示驱动器之外，没有执行所述左或右数字视频信号到模拟信号的转换。
12.如权利要求10中所述的方法，其中，所述视频处理器和显示驱动器两者是不同的集成电路。
13.如权利要求10中所述的方法，其中，所述视频处理器是一个游戏处理器。
14.如权利要求10中所述的方法，附加地包含：
经由一个用户输入装置接口接受用户输入指令。
15.如权利要求14中所述的方法，其中，所述用户输入装置接口是一个游戏控制器接口。
16.如权利要求10中所述的方法，其中，在两个不同的相应视点处从所述三维场景模型渲染所述左信道数字视频信号和右信道数字视频信号，以提供视差。
17.如权利要求10中所述的方法，其中，所述左右数字视频信号是以一个与连接至所述显示驱动器的左右微显示器的响应时间相匹配的帧率生成的。
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