CN102918853A - 用于立体三维系统中的自适应稳定图像时序的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本实施例涉及立体三维系统中的自适应稳定图像时序，其可包括将可寻址视频时间的比率最大化成两个水平同步脉冲之间的总时间并将“可寻址”视频时间的比率最小化成两个垂直同步脉冲之间的总时间。随着显示器的分辨率大小降低，被最小化的比率变得甚至更小，从而导致较长稳定图像进而产生较高的三维观看质量。

Description

用于立体三维系统中的自适应稳定图像时序的方法和装置

相关申请的交叉引用

本申请要求2010年6月1日提交的美国临时专利申请S/N 61/350,297的优先权，该临时专利申请的全部内容通过引用结合于此。

发明领域

本发明的实施例涉及立体系统，尤其涉及对于三维（3D）观看有用的眼镜系统。

背景信息

由于我们的双眼相隔数英寸的事实，人们拥有所谓的双眼视力。每个眼睛从稍微不同的视角观看相同场景，每一个向大脑提供稍微不同的信息。这两个视图被大脑组合使得我们感知深度并且看到三维（3D）世界。

诸如画面或视频之类的电子存储或传送的可视图像通常被显示在诸如电视屏幕或其它类型监视器之类的二维媒介上或者被投影到屏幕上。两眼观看相同信息。因此让大脑使用来自二维（2D）图像的其它可视线索，诸如物体的相对大小、阴影、透视线、或水平线（仅举几个例子），来感测深度。然而，画面看起来仍然是扁平的，而不像我们所看到的真实世界。

立体视法是指用于从二维图像给出对深度的错觉的各种过程和设备中的任何一种。我们说错觉是因为真正的三维可能更像全息图，你可以在图像周围走动并改变你的视角。然而，当正确地完成后，立体视法可欺骗大脑认为物体朝向你从屏幕中跳出。

在其最简单的形式中，间隔数英寸的两个相机或带有两个镜头的一个相机被用于捕获两个二维图像。当然，每个二维图像来自稍微不同的视角，使得当左眼观看一个图像而右眼观看另一图像时，大脑将这些视图组合且我们将所组合的图像视为三维（3D）。

大屏幕立体电影或“3D电影”（更常用的术语）正再次变得相当普遍。另外，三维技术现在可用于具有所谓的3D电视的家庭录像、视频游戏、以及用于计算机监视器观看的流送与所记录的视频内容。

有若干种可用的立体视法或“3D”技术。大多数要求观看者戴上特定眼镜或护目镜。一些要求眼镜内含主动元件，其它的无此要求。一些要求特定的监视器或驱动器。每种均有其利弊，并且视情况对于特定任务可能或可能不具有意义。

无论使用何种技术，最终目的主要是分离左眼和右眼所看到的事物。早期技术涉及物理分离，其中观看者向类似双目镜的设备中看，每个眼睛一个透镜以物理分离左视图和右视图。这种可能最古老的技术相当有效，且这种技术的近似变型仍在现代虚拟现实护目镜或头戴式显示器中使用。然而，这仅适于一个人或个体观看，并且对于数位以上的观看者而言可能是昂贵的或者是不实用的。

适于大众的第一左/右（L/R）分离技术之一是光谱分离。该技术术语是“色彩补色立体图（color anaglyph）”，并且涉及每个观看者佩戴一副眼镜，这副眼镜具有用于一只眼睛的红色滤波器以及用于另一眼睛的蓝色滤波器。左视图和右视图同样地被蓝色或红色编码并且同时显示。这种技术在二十世纪五十年代被普遍用于制作3D电影，甚至在某种程度上与标准彩色电视或监视器一起使用。尽管它在自己的时代中提供了新颖性，但是在审美上仍然还有很多待改进之处。最终结果趋向于单色，并且具有很多重像（即，L/R分离不清晰）。其优点是制造成本低并且眼镜是无源的且非常便宜。

类似于光谱分离，下一最常用的技术是空间分离并且涉及观看者佩戴偏振化眼镜，其中每个眼睛镜片相对另一个偏振例如45度或者在相反方向上圆偏振。这是今天在电影院中最常使用的技术。利用L/R分离完全完成，它会相当地有效，但是通常在电影院设置中需要两个放映机或特定的放映机或者在监视器中需要几个附加层，这增加了成本。同样，每只眼睛仅仅看到一半分辨率，这可能劣化观看体验。其优点是，偏振化眼镜也是无源的并且因此相对便宜。

附图简述

根据结合附图阅读的以下对安排和示例实施例及权利要求的详细描述，对上述内容及对本发明的较好理解可变得显而易见，所有这些形成本发明的公开的一部分。尽管上述及以下撰写和例示的公开内容集中在公开本发明的安排和示例实施例，但是应当清楚地理解这些内容仅仅作为例示和示例，并且本发明并不限于此。

图1是一个平台，诸如用于观看三维视频的膝上型计算机或其它设备；

图2是示出沿其各自轴绘制的垂直和水平时序参数的时序图，这些轴沿着对活动视频显示区的图解；

图3是示出类似于图2沿相同时间轴绘制的视频时序参数的时序图；

图4是示出本发明一个实施例的流程图，该实施例用于自适应稳定图像时序以改进有效稳定图像的时序以及用于自适应标尺以减轻较小屏幕尺寸对三维观看的负面影响；

图5是示出根据一个实施例的用于各种时序参数的自适应稳定图像时序的表；

图6是根据一个实施例陈述自适应稳定图像时序的时序图；

图7是示出通过将那些功能结合到硅中而消除用于控制快门式眼镜的外围无线发射器的框图；

图8是示出用于快门打开和关闭的发光二极管（LED）电流的时序图；以及

图9是将典型快门工作循环模式与根据一个实施例的双重用途模式相比较的时序图。

具体实施方式

贯穿本说明书，对“一个实施例”或“一实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书通篇中的多个位置中，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”的出现不一定全部指的是同一实施例。而且，特定特征、结构、或特性可按照任何合适的方式在一个或多个实施例中组合。

如上所讨论的，光谱分离技术和空间分离技术两者使用具有各种滤波器技术的被动眼镜来分离左眼图像和右眼图像。时间分离涉及主动眼镜技术。主动眼镜可以是当显示器交替显示左图像和右图像时交替遮蔽左眼和右眼的眼镜。

例如，主动眼镜可被称为快门式眼镜或快门式护目镜并且可在每个眼中具有液晶显示器（LCD），所述液晶显示器被致使每隔一帧就变黑，以遮蔽比如左眼使其不能看到右图像并且对于下一帧反之亦然。这些是有效的，但是你在一只眼睛中获得半数的帧而在另一眼睛中获得半数的帧。这可导致头痛，因为你的眼睛设法补偿开/关光，对于游戏者的低帧速率以及显示器与眼镜之间的同步问题。

图1示出用于使用主动眼镜进行三维观看的一个系统。如所示，计算机100或其它监视器具有显示屏101，该显示屏101使用时间分离显示三维视频内容。视频内容源可被记录在诸如CD上或被存储在存储器中，通过诸如互联网之类的网络、通过无线电或电缆广播或任何其它合适的视频输送方法流送。

主动眼镜102通常使用发射器104，发射器104与显示器101的帧速率同步。该发射器104可使用多种无线106技术与眼镜102通信，诸如红外线（IR）、射频（RF）、蓝牙等。发射器104可通过诸如通用串行总线（USB）或USB2电缆之类的电缆108拴系到计算机100。

在立体系统中，需要将眼镜快门按合（shuttering）与图像在显示器101上稳定的时间紧密地耦合。如果图像在每个帧都变化，那么视频电子技术标准协会（VESA）标准时序可能不允许足够的稳定图像时间。

先前的方案通过允许延长的垂直消隐（extended vertical blank，Ext.VB）时序而有所帮助。这可将图像稳定性提高到约32%的最大周期。另外，由于小的工作循环，通过主动快门式眼镜观看的显示器上的平均感知亮度相当低。对于诸如笔记本或上网本之类的较小屏幕尺寸装置，三维观看质量的问题变得更严重。

图2和图3两者示出视频时序参数。为了便于示出，图2示出包括边界或页边202和可寻址视频区（地址时间）204的活动视频200，其中使垂直时序参数沿活动视频200的垂直轴且使水平时序参数沿活动视频200的水平轴。图3类似于图2，但是图3示出垂直和水平视频时序参数基本上沿着与它们可能实时发生的相同的轴。

图2或图3的视频时序参数可被如下定义：

水平可寻址视频是左边界的末端和右边界的起点之间的时间。

水平消隐是右边界的末端和左边界的起点之间的时间。

边界包括水平前沿时间、水平同步脉冲宽度时间和水平后沿时间。

水平前沿是右边界的末端和水平同步脉冲的起点之间的时间。

水平左边界是水平消隐周期的末端和水平可寻址视频区域的起点之间的时间。

水平右边界是水平可寻址视频区域的末端和水平消隐周期的起点之间的时间。

水平同步脉冲宽度是水平前沿的末端和水平后沿的起点之间的时间。

水平后沿是水平同步脉冲的末端和左边界的起点之间的时间。

水平活动视频是水平左边界时间、水平可寻址视频时间和水平右边界时间的总和。

垂直可寻址视频是上边界的末端和下边界的起点之间的时间。

垂直消隐是下边界的末端与上边界的起点之间的时间，并且可包括垂直前沿时间、垂直同步脉冲宽度时间和垂直后沿时间。

垂直前沿是下边界的末端和垂直同步脉冲的起点之间的时间。

垂直上边界是垂直消隐周期的末端和垂直可寻址视频区域的起点之间的时间。

垂直下边界是垂直可寻址视频区域的末端和垂直消隐周期的起点之间的时间。

垂直同步脉冲宽度是垂直前沿的末端和垂直后沿的起点之间的时间。

垂直后沿是垂直同步脉冲的末端和上边界的起点之间的时间。

垂直活动视频是垂直上边界时间、垂直可寻址视频时间和垂直下边界时间的总和。

本发明的实施例涉及自适应稳定图像时序（A-SIT）并提供优秀且创新的方法，以不仅改进有效稳定图像的时序（进而显著增强三维观看的质量）而且一种逆转较小屏幕尺寸对三维观看的负面影响的自适应可缩放方式。

对于诸如客户端PC之类的个人3D装置，其中客户端PC与典型3D电视相比具有相对较小的屏幕尺寸以及相对较低的分辨率，本发明可以非常有优势。改进的稳定时序也增加了省电的可能性。

A-SIT包括完成在典型立体三维（S3D）观看系统诸组成部分中创建的特定时序组合的方法，这些组成部分可包括显示驱动器芯片（例如，图形处理单元（GPU））、面板/显示器、发射极控制逻辑（在主板上或在面板内或在外围设备中）、以及眼镜/主动快门式眼镜。

现在参照图4，示出本发明一个实施例的流程图。在框400中，本发明的方法将“可寻址”视频时间（如图3所图示的）的比率最大化成两个水平同步脉冲之间的总时间。在框402中，该方法随后将“可寻址”视频时间的比率最小化成两个垂直同步脉冲之间的总时间。

对于典型垂直同步频率（比如120Hz），随着显示器分辨率（尺寸）降低，由步骤402最小化的比率变得甚至更小，从而导致较长稳定图像进而产生较高的三维观看质量。

图5示出查找表，并且图6示出时序图，详细描述了每个时序参数的自适应稳定图像时序（A-SIT）。水平时序参数以字符（像素）给出，并且垂直时序参数以线给出。例如，查找表可被保持在将A-SIT页边分配给面板或监视器的图像驱动器中。眼镜在由显示驱动器GPU和发射极控制逻辑（Emitter Control Logic）所生成的发射极控制（ECS）信令的帮助下保持同步，发射极控制逻辑驻留在系统主板上、或在面板内、或在外围设备中。也可构想将ECL集成到显示驱动器GPU自身中，这以软件的形式或以硬件的形式或两者来实现。

A-SIT使用已寻址和未寻址的水平和垂直时序的比率，从而移除对工作循环的上限或下限的障碍。因此有效稳定图像时序随着较快像素时钟并且还随着屏幕尺寸分辨率降低而增加。A-SIT方法产生了每单位可视质量的附加省电可能。

再次参照图1，立体观看可能需要眼镜102快门按合与屏幕101上的左/右帧转换同步。可做出卖方特定优化以实现良好观看质量。可向普通可用的立体系统（诸如PC、3D电视、放映机、游戏机等）提供被称为发射极104（也被称为起爆器、发射器）的特定外围设备，该外围设备通常经由USB2（图1中的示例）或VESA3引脚-DIN 108来拴系。红外线、蓝牙、Zigbee、WiFi或任何其它RF无线机制106也可被提议作为在外围发射器104和眼镜接收器102之间通信的装置。

问题在于，当该附加外围设备增加终端用户的系统成本并且堆积在地球上更多电子垃圾上时，它也增加了对供应商的设计、制造、验证、销售以及支持的挑战并且导致更加凌乱的观看空间。

在又一实施例中，本发明去除了图1的外围发射器104以及它的绳缆108。可编程脉冲发生器700和信令机制可集成在中央处理单元/图形处理单元（CPU/GPU）硅中。图形驱动器扩展可被编程以生成信令输出，该信令输出可在显示器接口（诸如HDMI、嵌入式显示端口（eDP）、DP）带内或带外，并且也可通过硅上专用引脚。一些离散组件和固件可在主板/显示器上使用，用于信令接收器侧的等级和媒体变换对应固件（即，快门式眼镜102）。

本发明更有效地利用典型PC中的硅和驱动器，并去除了为了支持常规方法而做出的多余努力。现在参照图7，中央处理单元（CPU）或图形处理单元（GPU）700可被制造在硅芯片上。除了在CPU/GPU中通常发现的典型组件，还可集成图形驱动器（Gfx）702。图形驱动器702可包括用于在立体视频呈现中检测左/右帧转换的L/R帧转换检测器704。可编程脉冲发生器706也可被包括在内，以生成L/R帧转换信号706。L/R帧转换信号707可在被发送到显示监视器的显示信号的带内或带外。

CPU/GPU 700可用于能够显示三维视频的各种计算装置中。在一个实施例中，CPU/GPU 700可诸如通过CPU/GPU 700上的专用引脚709连接到PC主板708。主板还可包括用于驱动显示器的PC显示驱动器。主板708上的电路或固件710可接收带内或带外信号，并且变换和封装712它们用于眼镜同步信号发生器714。眼镜同步信号发生器714可输出信号716，信号716可由一个或多个主动眼镜（来自图1的102）接收。大多数PC或计算装置具有IR、RF、蓝牙或其它无线能力，眼镜同步信号发生器714可利用这些能力向眼镜102发送。

在又一实施例中，立体观看涉及要与左/右帧转换同步的眼镜快门按合。当左帧图像在显示器（例如LCD）上稳定时左眼快门打开，并且当右帧图像在LCD上稳定时右眼快门打开。因为LCD显示器典型地是逐行扫描类型，所以稳定图像仅在垂直消隐期间发生。在一个方法中，立体三维系统卖方延长垂直消隐时序以延长稳定图像时序。可找到支持该方法出版物和商业产品。

因为快门式眼镜仅在作为例如图8所示整体刷新的相对较小部分的垂直消隐（或延长的垂直消隐）周期期间打开。

这可导致多种问题，包括由于小工作循环而导致的低感知亮度，由于需要将眼镜的快门按合与延长的垂直消隐时序精确同步而导致的在显示时序控制器和眼镜同步机制中增加的成本和复杂性，以及随着改变显示类型引起的可缩放性和眼镜重用的困难。

一种方法经由较多数量的LED或通过更强地驱动或利用更亮的LED或这些技术的组合，通过增大显示器背光的功率来提高感知亮度。当然，通过增加LED数量以及由更强驱动消耗的额外能量，这增加了成本。

提高感知亮度的另一已知方法涉及延长垂直消隐时序。即，使用诸如144Hz之类的更快速率来代替120Hz的速率，使得帧可更快地转换，并且所节省的时间被添加到标称垂直消隐中。定制眼镜快门被精确同步到在定制显示器上实现的这一新的延长的垂直消隐时序。

又一方法是较快刷新速率显示器，其有效增大快门打开的工作循环，从而提高感知亮度，尽管这以功率和较快响应时间晶体快门为代价。

在该空间中的又一些技术，诸如背光消隐、黑帧插入以及黑线插入等，对提高对比率和运动模糊缓和或者节省背光功率是有用的，但是对提高立体三维观看使用模型中的感知亮度是没有作用的。

本发明的实施例涉及一种通过一个系统设计方案来解决若干问题的新颖方法。多重工作循环刷新模式导致较长稳定的较亮图像周期，简化的时序体系结构减少眼镜的成本和复杂性，通过背光消隐节省系统功率的可能，以及体系结构是可伸缩的，通过使用这种方法使得眼镜从一代到下一代并跨所有的英特尔系统的重用成为可能。

本发明是多重工作循环刷新模式驱动器和显示器。本发明产生导致改进的三维观看质量的较长稳定的较亮图像。本发明的三个主要组件可包括图形驱动器（诸如图7中所示的702）实现，其具有用于顺应显示装置的相应时序规范；面板，其刷新时序满足本发明中用于驱动LCD显示器及其背光的特定要求；以及眼镜102，其包括可与本发明中提议的时序同步的液晶快门式眼镜。

现在参照图9，本发明采用新颖系统设计方法来实现延长的稳定图像周期，在该周期期间眼镜快门可保持打开。本发明在眼镜（诸如适于常规的每眼60Hz切换）中使用传统液晶代替需要与延长的垂直消隐精确同步的那些。本发明还使用传统图形驱动器，但是指定可被实现为软件扩展的特定多重刷新模式。在LCD显示器侧，本发明建立在传统较快刷新速率显示器上，并且要求改变显示时序控制电子元件以重写两个连续帧。所有这些改进产生如用户所观看的较长稳定的较亮三维图像。

所示出的本发明的实施例的以上描述（包括摘要中描述的内容）不旨在穷举本发明或将本发明限制为所公开的精确形式。虽然本文中为了说明目的描述了本发明的特定实施例和示例，但本领域普通技术人员将认识到，在本发明范围内的各种等价修改是可能的。

鉴于以上详细描述，可对本发明作出这些修改。所附权利要求书中使用的术语不应当理解为将本发明限制为说明书和权利要求书中公开的特定实施例。相反，本发明的范围应当完全根据所附权利要求书来确定，权利要求书应当根据权利要求解释的既定教义来理解。

Claims (20)

1.一种方法，包括：

将可寻址视频时间的比率最大化成两个水平同步脉冲之间的总时间；以及

将可寻址视频时间的比率最小化成两个垂直同步脉冲之间的总时间。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述水平同步脉冲包括多个相关联的时序参数，所述多个相关联的时序参数包括：

水平左页边、水平前沿、水平同步、水平后沿以及水平左页边。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述垂直同步脉冲包括多个相关联的时间参数，所述多个相关联的时间参数包括：

垂直上页边、垂直前沿、垂直同步、垂直后沿以及垂直下页边。

4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平左页边包括少于一个字符。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平前沿包括少于两个字符。

6.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平同步包括少于八个字符。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平后沿包括少于两个字符。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述水平右页边包括少于一个字符。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直上页边包括少于一条线。

10.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直前沿包括少于两条线。

11.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直同步包括少于八条线。

12.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直后沿包括少于两条线。

13.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述垂直下页边是可变的。

14.一种设备，包括：

处理单元，其制造在半导体芯片上；

图形驱动器，其制造在所述半导体芯片上；

所述图形驱动器中的左/右帧转换检测器，用于检测立体视频呈现中的左/右帧转换；以及

所述半导体芯片上的可编程脉冲发生器，用于生成左/右帧转换信号。

15.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述左/右帧转换信号是带内的。

16.如权利要求14所述的设备，其特征在于，所述左/右帧转换信号是带外的。

17.如权利要求14所述的设备，其特征在于，还包括：

主板；

所述主板中的专用引脚，用于接收所述左/右帧转换信号。

18.如权利要求17所述的设备，其特征在于，还包括眼镜同步信号发生器，用于生成输出信号到一个或多个主动眼镜以将所述主动眼镜同步到显示器上的立体视频呈现。

19.如权利要求18所述的设备，其特征在于，所述主板包含在计算装置中，所述计算装置包括用于将所述眼镜同步信号发送到所述一个或多个主动眼镜的无线能力。

20.如权利要求19所述的设备，其特征在于，所述无线能力包括红外线（IR）、射频（RF）以及蓝牙中的至少一种。

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