CN1200572C - 一种在现行制式上实现立体电视的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种在现行制式上实现立体电视的宽度压缩及还原方法。将左右图象进行宽度压缩合成后，成为一幅具有左右两个挤压图象的电视图象，按照电视制式要求处理成为视频信号。立体电视机采用电视帧存储器，将一个电视场信号展宽成为两个电视场信号，并将行扫描和场扫描频率都提高一倍，依次扫描出左右电视场，并发出无线控制信号。液晶光闸眼镜接收无线控制信号使眼镜的左右镜片的透明与黑暗和左右电视场图象的显示与不显示同步。
Description
本发明涉及一种在现行制式上实现立体电视的宽度压缩及还原方法，该方法包含立体电视的摄像记录方法和电视立体还原方法。
本发明所说的宽度压缩是将正常宽度的电视图象在宽度上进行线性压缩，使之成为原来宽度一半的挤压图象。立体电视的宽度压缩方法的特征是：将分别代表左右眼的摄像镜头摄下的图象进行宽度压缩后，作为正常的电视图象的左半边和右半边进行合成，成为一幅具有两个挤压图象的电视图象，并且按照现行的电视制式要求处理成为视频信号，该视频信号可以用现行的广播电视设备进行编辑、记录和播发，在常规电视接收机的屏幕上将显示出横向两幅挤压图象。
本发明所说的宽度还原是将用以上宽度压缩方法进行压缩处理的挤压图象在宽度上进行线性放大，还原成为正常宽度的电视图象。立体电视的宽度还原方法的特征是：在电视信号的接收端采用电视帧存储器，将一个电视场信号横向线性扩充成为两个电视场信号，将电视接收机的行扫描频率和场扫描频率都提高一倍，依次扫描出两个电视场，并且依次发出与两个电视场分别对应的无线控制信号，在立体电视接收机的屏幕上将显示出有重影的正常宽度的电视图象。
立体电视的立体还原方法的特征是：电视观看者戴上液晶光闸眼镜；液晶光闸眼镜接收无线控制信号使眼镜的左右镜片的透明与黑暗和对应的代表左右眼看到的电视场图象的显示与不显示同步，这样在电视观看者的脑海里将产生出立体电视图象。
下面描述的是实现以上立体电视的宽度压缩及还原方法的一个实例：
一、立体电视摄像机
说明书附图1是立体电视摄像机的基本构成框图。为了防止通过传输线引入杂波，从而降低图象信号的信噪比，采用将固体摄像CCD器件设计在预放电路板上，并且连同预放电路板一起安装在分光棱镜的尾部，因此，说明书附图1的基本构成框图可以改进成说明书附图2的形式。
说明书附图1的各构成模块的功能以及工作方式是：
代表观看者左右眼的两个变焦距镜头具有相同的光学参数设计。联动控制模块控制两个变焦距镜头的光学参数在摄像过程中从相同的初始值开始对聚焦场景采取一致的变化。
代表观看者左右眼的两个变焦距镜头在联动控制模块控制下对同一个场景聚焦，在常规摄像快门的控制下，将聚焦的场景成像在分光棱镜尾部的固体摄像CCD器件上，形成完整的代表观看者左眼看到的图象的红、绿、蓝三幅分色图象和完整的代表观看者右眼看到的图象的红、绿、蓝三幅分色图象，共六幅完整图象。
驱动电路在同步信号控制下，依次将固体摄像CCD器件采集的图象的像素信号向取样保持电路进行移动传输。
二选一电路在同步选择信号控制下，对左右镜头的固体摄像CCD器件的图象信号的取样进行选择。
取样保持电路在同步信号控制下清除由固体摄像CCD器件输出的信号中包含的如预充电平等不需要的信号成分，消除取样杂波和干扰，只把需要的图象信号放大传输到下一级处理。
白平衡电路进行黑色信号的电平设定和白色信号的电平设定，保持红、绿、蓝信号对黑色和白色的信号平衡。信号调整原则是：以绿路信号为基准，而使红路信号和蓝路信号改变，与绿路信号取得一致。
轮廓补偿电路利用绿路信号形成轮廓补偿信号，再把形成的轮廓补偿信号分别与红、绿、蓝信号混合，增强图象信号的轮廓，提高图象的清晰度。
自动控制电路对摄像机的白平衡和黑平衡等进行自动控制和调整。在自动控制和调整中，以绿路信号为基准，将红路信号和蓝路信号分别与绿路信号进行比较，自动检测出信号电平差别，再分别对红路信号和蓝路信号进行调整和控制，最终使红路信号和蓝路信号达到与绿路信号相等。
信号处理电路对相应的红、绿、蓝信号进行处理和放大，包括进行预拐点、γ校正、台基电平控制、黑/白平衡控制、白切割等处理。
编码器将信号处理电路传送来的红、绿、蓝信号，按照电视制式的要求进行编码，成为一个全电视信号，供给录象机记录，或者由视频输出口输出。
同步信号发生器的功能是提供固体摄像CCD器件的垂直传输脉冲、水平传输脉冲等驱动信号，二选一同步信号，取样保持脉冲信号，编码信号等定时同步信号。
立体电视摄像机区别于现行电视摄像机的独立特征在于两处：
1.同步信号
(1)取样保持同步控制信号
立体电视摄象机的固体摄像CCD器件的图象信号的行取样保持脉冲信号的频率是同样规格固体摄像CCD器件的单镜头电视摄象机的行取样保持脉冲信号频率的两倍，而行同步消隐信号和场同步消隐信号的频率与现行电视制式要求保持一致。场同步消隐信号中加入立体电视信号识别码。
(2)固体摄像CCD器件驱动信号
与采用同样规格的固体摄像CCD器件的单镜头电视摄象机的同样参数相比，立体电视摄象机的固体摄像CCD器件的垂直传输脉冲信号没有改变，而水平传输脉冲频率提高了一倍，但每行的水平传输脉冲数目保持不变，这样，与单镜头电视摄象机固体摄像CCD器件在一行的取样时间内的水平传输控制信号波形相比，立体电视摄象机的同样颜色信号的两个固体摄像CCD器件的水平传输脉冲各占据行取样时间的一半，在立体电视摄象机的单个固体摄像CCD器件的水平传输控制信号波形中，脉冲信号只占据整个行控制信号时间中的行取样时间的一半，在行取样时间的另一半波形中没有脉冲。在水平传输控制信号波形有脉冲的一半波形中，水平传输脉冲波形在时间上被压缩了一倍。
(3)二选一同步信号
这个同步信号是立体电视摄象机特有的，用于控制立体电视摄象机的同样颜色信号的两个固体摄像CCD器件相应行像素信号的水平传输取样。该同步信号在一个固体摄像CCD器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形结束时，变化电平，结束对该固体摄像CCD器件的行像素信号的水平传输取样，开始对另一个固体摄像CCD器件的行像素信号的水平传输取样。二选一同步信号变化电平的时间位置对应着立体电视摄象机的同样颜色信号的两个固体摄像CCD器件中的一个固体摄像CCD器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形的结束时刻，同时也是另一个固体摄像CCD器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形的开始时刻。
2.立体图象的压缩取样
在单镜头电视摄象机固体摄像CCD器件一行的取样时间内，立体电视摄象机的驱动和取样电路用两倍的速度依次对两个镜头的相应颜色的固体摄像CCD器件上对应的行信号进行像素读取，而且保证不损失固体摄像CCD器件上像素信号的提取数目。这样，相对单镜头电视摄象机固体摄像CCD器件一行的取样而言，立体电视摄象机的每个镜头的相应的固体摄像CCD器件的行信号各占据整个立体电视图象行信号的一半，立体电视摄象机的整个行信号的取样像素数目提高了一倍，像素形状在宽度上进行了一倍的压缩。
二、立体电视接收机
立体电视接收机采用倍频转换技术，其倍频转换工作原理如说明书附图3所示，它与普通倍频电视机的不同在于：定时控制倍频转换系统首先对送入的电视信号进行鉴别，读出场同步消隐信号中是否加入立体电视信号识别码，从而判断接收的电视信号是否是立体电视信号，并进行如下分别处理：
1.普通电视信号
(a)定时控制倍频转换系统控制驱动频率选择选择1/2分频器。
(b)从视频处理电路输出的亮度信号Y、色差信号(R-Y)和(B-Y)，先由低通滤波器进行必要的滤波，然后分别输入三路模/数转换器，在由1/2分频器提供的锁相环振荡器频率的1/2分频取样脉冲作用下，转换成数据流，分别存入相应的信号存储器。
锁相环振荡器所产生的振荡频率必须满足高于电视信号带宽的四倍，并且不低于电视信号的水平解析度除以扫描一行水平像素时间的两倍。每个信号存储器的水平储存数据量必须满足电视信号的水平解析度，垂直储存数据量必须满足电视信号的垂直解析度。输出的亮度信号数据流直接存入亮度信号存储器1，形成对应一个场的亮度信号的储存。输出的两个色差信号数据流以时分复用的方式存入色差信号存储器1，形成对应亮度场的一个场的色差信号的储存。锁相环振荡器经1/2分频器后输出的1/2分频时钟脉冲信号，除了提供给三路模/数转换器控制取样速度外，还同时提供给亮度信号存储器和色差信号存储器控制储存速度。
(c)在亮度信号存储器1和色差信号存储器1读出数据时，其时钟控制由定时控制倍频转换系统提供的锁相环振荡器所产生的振荡频率控制。
由于读出存储器数据时的时钟脉冲控制信号频率是写入存储器数据时的时钟脉冲控制信号频率的两倍，因此亮度信号和色差信号在慢写快读的作用下分别完成数字格式的场倍频转换。
(d)由亮度信号存储器1输出的倍场亮度信号数据流再由三路数/模转换器转换成模拟的亮度信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级解码电路。由色差信号存储器1输出的倍场色差信号数据流在定时控制倍频转换系统的时分复用的解调作用下，将R-Y信号数据流和B-Y信号数据流送入三路数/模转换器，转换成与模拟的亮度信号对应的模拟的色差信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级信号处理解码电路。
定时控制倍频转换系统在锁相环振荡器所产生的振荡频率及原始行、场同步信号的控制下，产生倍场后的场同步信号和行同步信号，控制倍场后的电视机的行扫描同步和场扫描同步，以保证电视图象画面的稳定。
(e)在原始电视信号一场的扫描时间内，立体电视机重复步骤(d)两次。
2.立体电视信号
(a)定时控制倍频转换系统控制驱动频率选择选择锁相环振荡器。
(b)从视频处理电路输出的亮度信号Y、色差信号(R-Y)和(B-Y)，先由低通滤波器进行必要的滤波，然后分别输入三路模/数转换器，在由锁相环振荡器提供的取样脉冲作用下，转换成数据流，分别存入相应的信号存储器。
锁相环振荡器所产生的振荡频率必须满足高于电视信号带宽的四倍，并且不低于电视信号的水平解析度除以扫描一行水平像素时间的两倍。每个信号存储器的水平储存数据量必须满足电视信号的水平解析度，垂直储存数据量必须满足电视信号的垂直解析度。输出的亮度信号数据流直接存入两个亮度信号存储器1和2，每个亮度信号存储器分别储存相应的左右半行形成半幅亮度信号数据，形成对应左右眼图象信号的两个场亮度信号的储存。输出的两个色差信号数据流以时分复用的方式存入两个色差信号存储器1和2，每个色差信号存储器分别储存相应的左右半行形成半幅色差信号数据，形成对应左右眼图象信号的两个场色差信号的储存。对应左右眼图象信号的两个场存储器的储存开始顺序及储存位置由场同步消隐信号中加入的立体电视信号奇偶场识别码决定。
(c)在定时控制倍频转换系统控制下，由亮度信号存储器依次输出左右场亮度信号数据流，再由三路数/模转换器依次转换成模拟的左右两场亮度信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级解码电路。由色差信号存储器依次输出左右场色差信号数据流在定时控制倍频转换系统的时分复用的解调作用下，将R-Y信号数据流和B-Y信号数据流送入三路数/模转换器，依次转换成模拟的左右两场色差信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级信号处理解码电路。
(d)定时控制倍频转换系统在亮度信号存储器(1、2)和色差信号存储器(1、2)依次输出左右场信号的同时，将左右场同步信号依次输入立体还原同步控制电路，立体还原同步控制电路产生立体还原同步信号，经无线同步控制信号发射器对外发射。电视观看者戴上液晶光闸眼镜。液晶光闸眼镜接收无线控制信号使眼镜的左右镜片的透明与黑暗和对应的代表左右眼看到的电视场图象的显示与不显示同步，这样在电视观看者的脑海里将产生出立体电视图象。
定时控制倍频转换系统在锁相环振荡器所产生的振荡频率及原始行、场同步信号的控制下，产生倍场后的场同步信号和行同步信号，控制倍场后的电视机的行扫描同步和场扫描同步，以保证电视图象画面的稳定。
3.在立体电视信号时选择观看平面电视
在立体电视机输入的是立体电视信号，而电视观看者却选择观看平面电视时，立体电视机在定时控制倍频转换系统控制下，执行完立体电视信号时的(a)、(b)步骤后，接着执行普通电视信号时的(c)、(d)、(e)步骤。
Claims (4)
1.一种在现行制式上实现立体电视的方法，其中包括图象宽度压缩、图象合成、图象还原方法，其特征是：将分别代表左右眼的摄像镜头摄下的图象进行宽度压缩，使之分别成为原来宽度一半的挤压图象，并作为正常宽度的电视图象的左半边和右半边进行合成，成为一幅含有两个挤压图象的电视图象，并且按照现行的电视制式要求处理成为视频信号，该视频信号可以用现行的广播电视设备进行编辑、记录和播发，在常规电视接收机的屏幕上将显示出横向两幅挤压的图象；在还原立体电视图象时，将一个电视场信号横向线性扩充两倍成为两个电视场信号，分别存储在左右两个电视帧存储器中，实现图象还原；将电视接收机的行扫描频率和场扫描频率都提高一倍，依次扫描出两个电视场，并且依次发出与两个电视场分别对应的无线控制信号，在立体电视接收机的屏幕上将显示出有重影的正常宽度的电视图象；电视观看者戴上液晶光闸眼镜，液晶光闸眼镜接收无线控制信号使眼镜的左右镜片的透明与黑暗和对应的代表左右眼看到的电视场图象的显示与不显示同步，这样在电视观看者的脑海里将产生出立体电视图象。
2.根据权利要求1的实现立体电视的方法，其中图象宽度压缩方法的特征是：立体电视摄象机的摄像器件的图象信号的行取样保持脉冲信号的频率是同样规格摄像器件的单镜头电视摄象机的行取样保持脉冲信号频率的两倍，而行同步消隐信号和场同步消隐信号的频率与现行电视制式要求保持一致；场同步消隐信号中加入立体电视信号识别码；与采用同样规格的摄像器件的单镜头电视摄象机的同样参数相比，立体电视摄象机的摄像器件的垂直传输脉冲信号没有改变，而水平传输脉冲频率提高了一倍，但每行的水平传输脉冲数目保持不变，这样，与单镜头电视摄象机摄像器件在一行的取样时间内的水平传输控制信号波形相比，在立体电视摄象机的单个摄像器件的水平传输控制信号波形中，脉冲信号只占据整个行控制信号时间中的行取样时间的一半，在行取样时间的另一半波形中没有脉冲，在水平传输控制信号波形有脉冲的一半波形中，水平传输脉冲波形在时间上被压缩了一倍，这样，电视图象形状在宽度上也将被压缩一倍。
3.根据权利要求1的实现立体电视的方法，其中图象合成方法的特征是：采用二选一同步信号控制立体电视摄象机的同样颜色信号的左右两个摄像器件相应行像素信号的水平传输取样；该同步信号在一个摄像器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形结束时，变化电平，结束对该摄像器件的行像素信号的水平传输取样，开始对另一个摄像器件的行像素信号的水平传输取样；二选一同步信号变化电平的时间位置对应着立体电视摄象机的同样颜色信号的左右两个摄像器件中的一个摄像器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形的结束时刻，同时也是另一个摄像器件的水平传输控制信号波形中有脉冲的一半波形的开始时刻；在单镜头电视摄象机摄像器件一行的取样时间内，立体电视摄象机的驱动和取样电路用两倍的速度依次对两个镜头的相应颜色的摄像器件上对应的行信号进行像素读取，而且保证不损失摄像器件上像素信号的提取数目；这样，相对单镜头电视摄象机摄像器件一行的取样而言，立体电视摄象机的每个镜头的相应的摄像器件的行信号各占据整个立体电视图象行信号的一半，立体电视摄象机的整个行信号的取样像素数目提高了一倍，像素形状在宽度上进行了一倍的压缩；这样，相对单镜头电视摄象机摄像器件一场的取样而言，立体电视摄象机进行了两场的取样；在场取样结束时，立体电视摄象机就能得到一幅含有两个挤压图象的合成电视图象的场信号。
4.根据权利要求1的实现立体电视的方法，其中图象还原方法的特征是：视频处理电路输出的亮度信号Y、色差信号R-Y和B-Y，先由低通滤波器进行滤波，然后分别输入三路模/数转换器，在由锁相环振荡器提供的取样脉冲作用下，转换成数据流，分别存入相应的信号存储器；每个信号存储器的水平储存数据量满足电视信号的水平解析度，垂直储存数据量满足电视信号的垂直解析度；亮度信号数据流存入两个亮度信号存储器，每个亮度信号存储器分别储存相应的左右半行形成半幅亮度信号数据，形成对应左右眼图象信号的两个场亮度信号的储存；两个色差信号数据流以时分复用的方式存入两个色差信号存储器，每个色差信号存储器分别储存相应的左右半行形成半幅色差信号数据，形成对应左右眼图象信号的两个场色差信号的储存；对应左右眼图象信号的两个场存储器的储存开始顺序及储存位置由场同步消隐信号中加入的立体电视信号奇偶场识别码决定；在定时控制倍频转换系统控制下，由亮度信号存储器依次输出的左右场亮度信号数据流，再由三路数/模转换器依次转换成模拟的左右两场亮度信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级解码电路；由色差信号存储器依次输出的左右场色差信号数据流在定时控制倍频转换系统的时分复用的解调作用下，将R-Y信号数据流和B-Y信号数据流送入三路数/模转换器，依次转换成模拟的左右两场色差信号，经过相应的倍频后的低通滤波器低通滤波后送入后级信号处理解码电路；定时控制倍频转换系统在亮度信号存储器和色差信号存储器依次同步输出左右场信号的同时，将左右场同步信号依次输入立体还原同步控制电路，立体还原同步控制电路产生立体还原同步信号，经无线同步控制信号发射器对外发射；电视观看者戴上液晶光闸眼镜；液晶光闸眼镜接收无线控制信号使眼镜的左右镜片的透明与黑暗和对应的代表左右眼看到的电视场图象的显示与不显示同步，以这样的方式在电视观看者的脑海里产生出立体电视图象。
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