CN103051911A - 一种立体显示系统及用其实现单屏两立体内容输出的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种利用立体显示系统，实现单屏幕两路立体内容交替输出，供不同观测者在同一显示器上同时观看立体画面且互不干扰的方法，以及可实施的方案。本发明的两路视频交替输出方法，可以实现两路视频内容在一个窗口中，以帧交替的方式输出。本发明使用的倍频插值器，可以将交替输出的两路左、右眼的立体视频内容分别插值成为整帧的左、右眼内容，并且将刷新率翻倍输出。接收者通过配戴与倍频插值器配套的接收装置互不干扰观看立体内容。本发明使用两路交替输出播放器，通过倍频插值器对输出视频进行后处理，在240赫兹显示设备的不同刷新帧上输出不同内容，此时观测者佩戴不同的快门式眼镜即可在同一时间互不干扰的观看不同的立体内容。

Description

一种立体显示系统及用其实现单屏两立体内容输出的方法

技术领域

本发明涉及三维（立体）成像技术，以及利用该成像技术提出的一种新的立体内容播放与观看方式。

背景技术

目前，在使用个人电脑配套立体显示器或者是家用3D（立体）电视来观看立体视频时，都是独占式的。我们在全屏观看立体视频时，如果只有一台立体显示设备，则所有的观看者都只能看到相同的立体内容。立体内容与立体观测方式的限制，导致无法完全的利用中央处单元（以下简称CPU）或图形处理单元（以下简称GPU）的高性能，去同时处理多个立体的多媒体播放请求。而在家用3D电视上，虽然早已有了240赫兹的高刷新率，但是却没有能够被有效的利用起来，240赫兹刷新率与120赫兹刷新率对于用户来讲,并没有带来实质性的好处。

近年来，3D电视和3D显示设备的兴起为用户带来了全新的视觉感受。3维图像的显示方式通常采用的是视差屏障式，最常见的包括了采用偏光显示器和眼镜、或快门显示器和眼镜的眼镜式3D方式。然而不管是哪一种细节技术，都是利用了人的左右眼观测到不同的内容，然后再通过大脑合成为具有空间视差的立体内容。当在3D显示设备上播放二维画面时，使用者脱离了眼镜之后依然可以看到正常图像，并不会造成影响。传统的快门式的立体技术通常要使用120赫兹的屏幕刷新率，而目前越来越多的3D显示都采用了更高的240赫兹刷新率。这就使得同时观看多个立体视频成为了可能。

发明内容

鉴于上述的问题与立体技术的发展，本发明提出一种利用立体显示技术实现两路立体视频内容交替播放的方法，使得不同观测者可以同时在同一个240赫兹显示器上观看不同的立体视频。并提供一种可以付诸于实施的两路立体视频交替播放技术，将该技术用于立体视频播放装置中，即可在一个立体显示设备上交替播放两路立体视频内容，让观看者互不干扰的在同一个立体显示设备上观看不同的立体视频内容。

本发明使用一种快门式的3D立体显示设备，该设备的刷新率为240赫兹。符合该条件的实现方式有：目前商场中的3D电视，以及某些厂家生产的快门式显示器。

本发明使用两副特制的快门式眼镜，两副眼镜的左右镜片均能够响应红外、射频或有线的开关信号。当某一个眼镜的某一个镜片被开启时，该眼镜的另一个镜片以及另一副眼镜的两个镜片均会被关闭。这两副眼镜的镜片的开关顺序为，某一幅眼镜的左、右镜片先后被开启，接着另一副眼镜的左、右镜片先后被开启。比如：眼镜１的左（或右）镜片被开启，接着眼镜1的右（或左）镜片被开启，接着眼镜2的左（或右）镜片被开启，最后眼镜２的右（或左）镜片被开启。

本发明使用倍频插值器用于对输入的视频信号进行倍频与插值，同时能够向外发射四种不同的开关信号。[0007]所述的倍频插值器其倍频功能具体表现形式为，能够将输入视频信号的刷新率翻倍，然后将频率翻倍的信号发射出去；[0007]所述的倍频插值器其插值功能表现形式为，能够将输入的视频信号在水平方向上拆分成宽度相等的左、右视频内容，然后分别对左、右视频内容在水平方向上进行线性插值，将其插值成为原始视频信号的宽度。倍频插值器的倍频插值功能组合起来，能够将原始的一帧视频信号拆分成两帧大小相同的信号，并且以两倍于原始视频信号的频率输出，同时完成了倍频与插值的功能。[0007]所述的倍频插值其能够向外发射出四种不同的开关信号，这四种信号能够分别控制[0006]所述的两副眼镜的四个镜片的开关。这四种信号依次循环的向外发射开关信号，发射频率为倍频器的输出频率。

本发明所使用的快门式3D立体显示器以及快门式3D眼镜组成了一套快门式立体显示系统，其立体成像原理，在此做一个简单介绍。快门式立体显示器交替的向外输出左、右眼的图像，同时以相同的频率向外发射开关信号。该信号能够控制用户所佩戴的快门式眼镜左右镜片的开关。当显示器输出左眼信号时，用户所佩戴的快门式眼镜的左边镜片被打开，右边镜片被关闭；当显示器输出右眼信号时，用户所佩戴的快门式眼镜的右边镜片被打开，左边镜片被关闭；该机制保证了，用户的左眼只能够看到左眼信号，而右眼只能够看到右眼信号，左右眼看到的不同图像被大脑合成之后形成了视觉上的立体效果。由于人眼对于超过60赫兹的图像刷新率能够感觉到较好的连贯性，不会有闪烁感，因此快门式立体显示器的频率一般都不能小于120赫兹。而本发明中所用的快门式两路立体视频成像系统稍有不同，为了支持两路立体内容同时显示，本发明使用的立体显示器工作时的刷新率不得低于240赫兹，且显示器并不对快门式眼镜进行控制，取而代之的是本发明将使用[0007]所述的倍频插值器向外发射开关信号，来控制快门式眼镜的开关。并且该倍频插值器能够发射四种开关信号，而不是传统的两种开关信号，为的是能够分别控制[0006]所述的两副快门式眼镜四个镜片的开关。[0006]所述的两副眼镜的左右镜片依次被打开关闭，保证两个佩戴者各自的左右眼看到不同的刷新帧，同时两个佩戴者相互之间也看到不同的立体视频内容。

本发明所使用的两路交替输出视频播放装置使用了两路立体视频交替输出播放技术，其特征在于该装置能够确保两路视频内容在同一个窗口中交替的播放，两路视频将分别占据播放器输出的奇数帧和偶数帧，交替的显示在显示器屏幕之上。该装置的两种具体实现方案为：方案1，通过两路立体视频交替播放器，在通用的计算机平台上将两路不同的立体视频内容交替的播放出来。即播放一帧第一路立体视频后紧接着播放一帧第二路立体视频的内容，如此循环下去，直到某路视频内容结束。方案2，利用特殊的硬件视频播放器，将两张光盘中的内容交替的播放出来，直到某一张光盘的内容播放完毕为止。

本发明所使用的两路交替输出立体视频播放装置，其特征在于能够支持120赫兹的输出刷新率。由于本发明所述的[0005]立体显示器工作刷新率为240赫兹，而在该视频播放装置与立体显示器之间要使用[0007]所述的倍频插值器，因此该视频播放装置应该能够支持120赫兹的刷新率进行视频输出，以保证倍频之后的刷新率为240赫兹。

使用立体显示系统实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的方法，其特征还在于，两路视频均为立体视频。立体视频指的是一帧视频之中将包括左、右两眼的内容，左、右两眼的内容将并列的显示在一帧之中，分别占据该帧视频一半的宽度，高度不变。

本发明提出的单显示器上实现两路立体视频内容交替输出的方法，其特征在于将两路交替输出立体视频播放器技术运用于特殊的立体播放系统之中，两位观测者通过配戴不同的特制3D快门式眼镜，将观看到不同的立体视频内容。两路交替输出视频播放装置负责将[0011]所述的两路立体视频内容交替的播放出来，同时将此播放装置的输出刷新率调整为120赫兹。两路立体视频以120赫兹的刷新率交替的输出到倍频插值器中，倍频插值器将两路左、右眼立体视频插值成为整帧视频的宽度，并且将刷新率翻倍到240赫兹输出到立体显示器上，立体显示器工作在240赫兹的刷新率。倍频插值器同时以240赫兹的频率发射开关信号，控制观测者们所佩戴的两副眼镜，以保证：1、两个观测者将分别看到不同的立体视频内容；2、观测者自己的左、右眼将分别看到立体视频的左眼图像和右眼图像。这样两个观测者就可以同时欣赏不同的立体视频内容。

附图说明

图1是本发明视频播放系统的快门式实施方式的构成图

图2是本发明实现方式的数据流程图

图3是本发明使用的两路交替输出视频播放装置的功能示意图

图4是本发明使用的倍频插值器的示意图

图5是本发明使用倍频插值器的功能示意图

图6是快门式眼镜使用的原理图

具体实施方案1，立体视频内容为左右格式。

图1是本发明视频播放系统的快门式实施方式的构成图。该系统包括了：240赫兹刷新率的显示设备，显示设备每秒钟能够输出240帧图像；倍频插值器，该插值器能够将输入的视频流进行倍频与插值，倍频功能是指能够将一帧图像拆分成两帧图像向外输出，拆分后的图像在水平方向上的宽度是原来图像的一半；插值功能是指将拆分后的图像在水平方向上进行线形插值，使其在水平方向上的宽度翻倍，然后输出；倍频插值器的另一个功能是在输出帧的同时，以相同的频率向快门式眼镜发射４种开关信号，控制快门式眼镜镜片的开启和关闭，４种快门信号依次发射，并循环反复；两副眼镜左右镜片可以分别开启和关闭，当其中一个镜片开启时，另外的３个镜片将全部关闭，镜片依次开启并按照该次序循环，该机制保证了观测者透过某一个镜片只能够看到倍频插值器输出的特定帧，该特定帧是与控制该镜片的开关信号同步输出的视频帧；两路立体视频交替输出装置工作在120赫兹的刷新率上，其使用了两路立体视频交替输出技术，实现两路立体视频以帧交替的方式全屏输出到一个窗口上，立体视频是左右格式的，即左眼图像和右眼图像在水平方向上平均的分布在窗口中；图1中的两路立体视频交替输出装置与倍频插值器相连，将两路立体视频交替输出到倍频插值器的输入端上，倍频插值器对输入的信号进行处理，分别将两路立体视频的左右图像拆分成两帧独立的图像完成倍频工作。由于视频播放装置工作在120赫兹的频率，因此倍频之后的刷新率为240赫兹。接着将拆分的图像在水平方向上插值成为与原始图像等宽度的帧，并向外输出；在输出图像的同时，倍频插值器还将同步的发射开关信号，控制快门眼镜镜片的开启和关闭，以保证观测者通过特定的镜片能够看到特定的图像，而过滤掉不应该看到的其它图像。

图2是本发明的数据流程图。首先两路不同的立体视频内容存储在存储介质上，一般来讲该存储介质包括硬盘、光盘等。两路立体视频交替输出视频播放装置从存储介质上分别读入两路立体视频，并将两路视频合成到一个播放窗口中进行交替播放，以120赫兹的刷新率向外输出，交替播放的两路立体视频被输出到倍频插值器上。经过倍频与插值的图像被交替的显示在240赫兹显示器上。同时，倍频插值器也以240赫兹频率向快门眼镜发射开关控制信号。

图3是本发明使用的两路交替输出立体视频播放装置的功能示意图。该装置所要实现的功能为，同时读取两路立体视频信号，将两路立体视频画面交替的显示到同一个窗口上，两路立体视频信号以帧交替的方式输出。其中每一路的立体视频都是由左右眼图像构成的。图中，第1路立体视频信号被显示在奇数帧上，第2路立体视频信号被显示在偶数帧上。

图4是本发明使用的倍频插值器的示意图，它由四部分构成：信号输入端，用来接收输入的视频信号，常用的视频输入端标准为VGA、DVI、DP或HDMI等；信号输出端，用来向外输出已经倍频插值过的视频信号，输出标准通常也可兼容VGA、DVI、DP或HDMI等信号；倍频插值模块，用来对输入的视频进行倍频和插值操作；快门眼镜开关信号发射器，用于向快门眼镜发射4种不同的开关信号，发射频率与倍频后的刷新率相同。

图5是本发明所使用的倍频插值器的功能示意图。首先一路立体视频从信号输入端输入，该立体视频为左右格式，即左眼和右眼图像平均占据了视频内容的左右两边。此处我们假设整帧视频的宽度为W，则左右眼视频的宽度分别为W/2。经过倍频与插值之后，左右眼的图像被拆分成两帧图像，并且以先后次序被输出，一个刷新帧的图像被拆分成两帧输出，因此刷新率翻倍了。拆分后的图像由于经过了插值处理，其在水平方向上的宽度与原始图像相同为W。

图6是倍频插值器输出的连续4帧图像与用户佩戴的快门眼镜之间的同步机制。两路交替输出的左右格式立体视频经过倍频插值之后的图像输出顺序为：立体视频1左眼图像->立体视频1右眼图像->立体视频2左眼图像->立体视频2右眼图像。与输出刷新率同步发射的快门眼镜控制信号对眼镜的控制顺序为：开启快门眼镜1的左眼镜片->开启快门眼镜1的右眼镜片->开启快门眼镜2的左眼镜片->开启快门眼镜2的右眼镜片，某一个镜片开启时，其余镜片均关闭。由此可以保证，快门眼镜1的左眼镜片，只能够看到立体视频1的左眼图像，快门眼镜1的右眼镜片，只能够看到立体视频1的右眼图像。因此佩戴快门眼镜1的用户左右眼看到立体视频1的不同图像，并经过大脑合成产生立体图像的效果。另一方面，快门眼镜2的左眼镜片，只能够看到立体视频2的左眼图像，快门眼镜2的右眼镜片，只能够看到立体视频2的右眼图像。因此佩戴快门眼镜2的用户左右眼看到立体视频2的不同图像，并经过大脑合成产生立体图像的效果。倍频插值器的输出工作频率为240赫兹，因此每一个眼镜看到的图像的刷新率为60赫兹，保证了用户观看视频图像的连贯性

具体实施方案2，立体视频内容为上下格式。

方案2与方案1相比其不同点在于，方案2中观看的两路立体视频分别为上下格式，即左、右眼的图像分别占据当前帧的上半部分和下半部分。左、右眼图像的高度分别为整帧高度的一半，而水平方向上宽度等于整帧宽度。

方案2与方案1相比其不同点在于，方案2中使用的倍频插值器能够将[0020]所述上下格式的立体视频拆分成两帧左、右眼图像，并且对拆分后的左、右眼图像分别在垂直方向进行线性插值，使得左、右眼图像的高度变为与原始帧的高度相同。

除了[0020]、[0021]之外，方案2的其余部分均与方案1相同，只是使用了上、下格式的立体视频作为播放内容，同时使用对应的倍频插值器进行数据处理。同理，也能够实现不同用户在240赫兹显示设备上同时观看两路不同的立体视频。

Claims (9)

1.一种实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的立体显示系统：

该立体显示系统包括：

显示部，配置有能够进行3D立体显示的刷新率为240赫兹的显示设备；    

观测部，配置有与显示部相对应的，两幅能够响应不同开关信号的快门式3D眼镜；    

内容输出部，配置有两路立体内容交替输出视频播放装置，能够向显示部交替输出两路立体视频，输出方式为帧交错方式；

数据处理部，配置有能够将左右格式或者上下格式的立体视频进行倍频并插值的倍频插值器；

两路同时输出立体视频播放装置通过数据线连接在倍频插值器的信号输入端上，倍频插值器的信号输出端通过数据线连接到显示部上，观看者配戴不同的观测部观看显示部上显示的立体内容；显示内容由两路同时输出立体视频播放装置提供，该装置可以同时提供两路立体视频信号的输出，两路立体视频将会以帧交错的顺序进行显示，其中每一路立体视频的输出格式均为左右并立格式或者上下格式。

2.根据权利要求1的实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的立体显示系统，其特征在于，所述显示部是快门原理的立体显示设备，该显示设备的刷新率为240赫兹。

3.根据权利要求1的实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的立体显示系统，其特征还在于，观测部之一的一副眼镜的左右眼镜片能够响应数据处理部所发送的1、3号开关信号，通过该眼镜的某一个镜片能够看到数据处理部中所有与开关信号1同步发送的帧，但是将屏蔽其他时间发送的帧；通过该眼镜的另一个镜片能够看到数据处理部中所有与开关信号3同步发送的帧，但是将屏蔽其他时间发送的帧；观测部之一的另一副眼镜的左右眼镜片能够响应数据处理部所发送的2、4号开关信号，通过该眼镜的某一个镜片能够看到数据处理部中所有与开关信号2同步发送的内容，但是将屏蔽其他时间发送的帧；通过该眼镜的另一个镜片能够看到数据处理部中所有与开关信号4同步发送的内容，但是将屏蔽其他时间发送的帧。

4. 根据权利要求1的实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的立体显示系统，其特征还在于，所述的两路交替输出立体视频播放装置，能够将两路立体视频内容分时交错的输出到所述的显示部上；该两路交替输出立体视频播放装置可以为个人电脑、便携式消费电子装置或专用流媒体服务器。

5.根据权利要求1的实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的立体显示系统，其特征还在于，所述的倍频插值器能够对输入其中的视频信号进行插值与倍频的功能；插值功能是指该装置（特指倍频插值器）能够将左、右半边图像在水平方向上分别插值成为整帧图像或者将上、下半边图像在垂直方向上分别插值成为整帧图像；倍频功能是指该装置的输出帧率为输入帧率的2倍；同时该数据处理部在每一帧信号输出时能够同时发送红外(或射频)的开关信号，该设备能够发送4种不同的开关信号，且这4种信号依次向外发射，这4种不同的开关信号能够控制观测部的不同镜片进行开关。

6.一种使用立体显示系统实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的方法，

由两路交替输出立体视频播放装置提供显示内容；观看者配戴不同的观测部观看显示部上显示内容，显示部通过数据线连接到倍频插值器上，倍频插值器再与视频播放装置连接；其中，两路交替输出立体视频播放装置进行两路立体视频交替播放，在一个窗口中分时交错输出两路不同的立体视频，两路立体视频的输出格式分别左右并行方式或者上下方式。

7.根据权利要求6所述的使用立体显示系统实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的方法，所述立体显示设备为240赫兹的快门显示器，使用该立体显示设备完成两路立体视频的交替显示。

8.根据权利要求6的使用立体显示系统实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的方法，其特征还在于，两路立体视频的播放方式为：播放器在同一个窗口中播放两路不同的立体视频内容；输出方式为：两路视频内容以分时交错的方式输出，即第一路立体视频内容输出在奇数刷新帧上，第二路立体视频内容输出在偶数刷新帧上，反之亦可。

9.根据权利要求6的使用立体显示系统实现单屏幕两路立体视频内容交替输出的方法，其特征还在于，所述的两路交替输出立体视频播放装置可以完成将两路立体视频分时交错的输出到显示设备上。

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