CN203747927U - 用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统 - Google Patents

Abstract

用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，属立体图像/视频显示技术领域。系统包括：手持图像传输电路部件（a）；置于手持图像传输电路部件（a）下方的第一显示器驱动电路部件（b）、及第二显示器驱动电路部件（c）；一端与第一HDMI接口（3）连接、另一端与PC机上的HDMI接口连接的第一连接线（1），一端与第二HDMI接口（4）连接、另一端与PC机的HDMI接口连接的第二连接线（2）；置于图像传输电路板左右两侧的用于将手持图像传输电路部件（a）与第一显示器驱动电路部件（b）连接的板对板连接器（7）、与第二显示器驱动电路部件（c）连接的板对板连接器（8）。具有结构紧凑、功耗低、电磁性能好的优点，能广泛应用于近眼双目立体显示系统。

Description

用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统

技术领域：

本实用新型属立体图像/视频显示技术领域，具体涉及用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统。

背景技术：

立体视频显示技术及产品已经得到了广泛的应用，包括军事上的模拟训练、显微技术、医疗视频显示、CAD/CMD显示及个人媒体播放器等[1]。其工作原理是：人眼视网膜所成的图像从严格意义上来说是二维图像，但人的大脑却具有从中提取深度信息的能力。由于人的两眼水平平均距离为65mm左右，每只眼睛对于外部世界就具有不同的视点，对于同一个场景，将得到稍微不同的画面[2-3]。只要这种差异（视网膜视差）不超过一定的范围，大脑就可以将两幅不同的图像融合为一幅，从而产生深度知觉。立体显示技术就是将两幅具有视差信息的图像分别送入左右眼，让观看者可以获得自然的深度感觉。立体显示技术包括成熟的3D眼镜、头盔式显示器、不需要任何辅助设备的自由立体显示、以及研究中的全息显示和体三维显示[4]。自由的、不需要佩戴任何辅助装置的显示技术是立体显示技术的前沿发展方向，但就目前和未来一段时间立体显示领域的发展水平和市场需求来看，主流应用技术仍将是基于二维视差图像的立体显示技术。

高清多媒体接口（High Definition Multimedia Interface,HDMI）是一种数字化视频/音频接口技术，是适合高清视频传输的专用型数字化接口，其可同时传送音频和视频信号，最高数据传输速度为5Gbps[5-6]。HDMI能够提供最佳的视频质量，同时无需在信号传送前进行数/模、模/数转换，消除了分量视频中发现的柔和度和拖尾现象，诸如文本这类微小、高对比度的细节将这种差别发挥到极致[7-8]。它不仅可以满足1080P的分辨率，还能支持DVD Audio等数字音频格式，支持八声道96kHz或立体声192kHz数码音频传送，可以传送无压缩的音频信号及视频信号[9]。HDMI接口已广泛应用于机顶盒、DVD播放机、个人电脑、电视游乐器、综合扩大机、数字音响和高清电视[10]。主流的立体显示技术都是采用“分像”的方式提供给左右眼两幅具有位差的图像来实现“双目视差”（即二维视差图像），从而使观察者感觉到物体的深度，所以完美的分离出高分辨率、高对比度的图像是现行的立体显示设计主要的挑战。随着“个人多媒体娱乐终端时代”的来临，人们在立体视频观看过程中对自身视觉清晰度及舒适度的要求也越来越高，因此HDMI高清数字立体显示技术就成为一项具有深远意义的研究。

国外的高清3D显示研究状况在技术水平上，发展较为迅速，2011年初美国CES展上全球企业展示的各种三维显示设备，无一不向我们证实了立体显示技术，已经开始了走向商业化的全面启动[11]。随着立体技术的发展，立体显示器的核心部件从小型CRT发展到小型LCD，到目前主动式矩阵液晶显示器（AMLCD）、硅基液晶显示（LCoS）、OLED、硅基OLED（OLEDos）[12]。其中OLED显示器的省电、超薄、刷新率高、宽视角、高对比度、高亮度等性能，可设计出更清晰、轻便、舒适的近眼3D显示系统。

我国对立体视频技术的研究也有20年的历史，2004年四川大学研制出裸眼三维自由立体显示器，也有关于体三维显示的研究，国内的彩电巨头长虹就已经在3D电视领域率先完成系统布局[13]；2006年由北京大学高文院士带领的团队在国家工信部的支持下建立起了拥有自主产权的AVS立体视频编码和传输标准，这意味着中国在3D研究领域已经步入了世界先进的行列。还有四川大学的王琼华教授的3D光栅成像研究；苏显渝教授的动态三位面型测量技术；北京理工大学王涌天、刘越教授团队的3D虚拟现实技术研究等，都已经达到了较为成熟的阶段[14]。但我国关于高清数字的3D显示相关研究较少，大部分为低分辨率实现，而且都是通过单视频源作为信号的输入，没有涉及到双路视频信号的分眼采集，以及相应的左右眼区分式的3D显示。相关理论技术问题上仅有一些简单的讨论，没有实验研究数据，特别是针对HDMI高清显示的3D显示技术的研究涉及较少对于我国这样一个生产和消费显示设备大国极不相称，对于我国的3D显示产业，也是极为不利的。

在国际专利方面，美国专利US20090502434和CN20102531398U分别介绍了HDMI传输3D信号的制式转换和3D眼镜与HDMI信号如何源同步，并未有实际电路设计。

在国内专利方面，中国专利201110087504.8和201110087533.4分别介绍了采用一种有源3D眼镜的设计和一种便携式3D播放终端，但并未涉及高清立体显示；

经文献检索，未见与本发明相同的公开报道。

参考文献：

[1]郑华东,于瀛洁,程维明.三维立体显示技术研究新进展[J].光学技术,2008,34(003):426-430.

[2]Falahee M,Latham K,Geelhoed E.Safety and comfort of eyeglass displays,F,2000[C].Springer.

[3]孙超.几种立体显示技术的研究[J].计算机仿真,2008,25(4):213-217.

[4]李克彬,李世其.3D显示技术的最新研究进展[J].计算机工程,2003,29(12):3-4.

[5]刘然.基于计算机立体视觉的双目立体成像研究[D].重庆大学学报,2007.

[6]穆良柱,张海君.立体影像显示原理及其技术发展[J].物理实验,2008,28(1):9-13.

[7]房慧聪,沈模卫,李鹏.立体显示系统设计中人的因素[J].人类工效学,2004,10(002):47-49.

[8]Tai Y,Yun L,Shi J,et al.Design of OLED gamma correction system based on theLUT[C].2011.

[9]Holliman N.3D display systems[J].to appear,2005.

[10]Dodgson NA.Autostereoscopic3D displays[J].Computer,2005,38(8):31-36.

[11]胡小强.虚拟现实技术基础与应用[M].北京,北京邮电大学出版社,2009.

[12]Rushton S,Mon-Williams M,Wann JP.Binocular vision in a bi-ocular world:new-generation head-mounted displays avoid causing visual deficit[J].Displays,1994,15(4):255-260.

[13]王琼华.3D显示技术与器件[M].北京,科学出版社出版,2011.

[14]王琼华,王爱红,三维立体显示综述[J].计算机应用,2010,30(3):579-581.

发明内容：

本实用新型的目的在于提供一种用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统。

本实用新型的高清数字传输的近眼双目立体显示系统包括：手持图像传输电路部件（a）；置于手持图像传输电路部件（a）下方的第一显示器驱动电路部件（b）、及第二显示器驱动电路部件（c）；一端与第一HDMI接口（3）连接、另一端与PC机上的HDMI接口连接的第一连接线（1），一端与第二HDMI接口（4）连接、另一端与PC机的HDMI接口连接的第二连接线（2）；置于图像传输电路板左右两侧的用于将手持图像传输电路部件（a）与第一显示器驱动电路部件（b）连接的为1.27mm的20针的板对板连接器（7）、与第二显示器驱动电路部件（c）连接的为1.27mm的20针的板对板连接器（8）。其中：

所述的手持图像传输电路部件（a）包括：尺寸为50×50mm、其右侧设有DC电源输入接口，左侧设有外部烧写接口和IIC调试接口的图像传输电路板，分别与图像传输电路板顶部的两个平行的HDMI母口连接的第一HDMI接口（3）和第二HDMI接口（4），置于图像传输电路板上的系统DC-DC转换芯片（5）、及电路系统控制主芯片（6）；图像传输电路板底部置有三个按键模块和DC-DC电源转换模块，按键模块控制显示器的亮度、对比度调整，轮流显示内部测试图案切换，DC-DC模块将输入的5V电压转换为1.8V、3.3V为各个模块提供电源支持。

所述的尺寸为30×30mm的第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）分别为左右眼输入立体视频源，第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）分别包括：置于驱动板正面的一片0.5英寸高清第一显示器（9）或第二显示器（10），显示器尺寸为22mm×17mm，装配时显示器接口与驱动板卡槽连接；驱动板背面连接有一块ADV7611解码芯片（11）或ADV7611解码芯片（12），ADV7611解码芯片（11）或ADV7611解码芯片（12）分别与20针板对板连接器（7）或连接器（8）连接，连接器将从图像传输电路板上输入的HDMI差分信号、行、场同步信号、IIC信号及电源传输至ADV7611中。

用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，通过HDMI接口连接到PC机，由外部DC提供5V直流电源，主芯片（6）采用PIC16F1825控制芯片，通过IIC串行总线实现对OLED显示器、ADV7611中寄存器参数的设置，使OLED显示器在视频格式、刷新率、分辨率、及时钟方面与PC机相匹配。

手持图像传输电路部件（a）的图像传输电路板中选用的两个DC-DC模块工作时将5V电压转换成3.3V和1.8V，分别作为MCU、ADV7611和24LC02的电源，系统选用具有使能控制端的DC-DC模块，长时间不操作MCU能方便的切断OLED的电源。

第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）面板设有MODE、UP、DOWN三个功能按键，其中MODE为循环切换亮度、对比度、显示图案的模式选择键；UP和DOWN为不同模式时对具体参数进行调整的上、下调整键。

本实用新型采用市购的材料和产品按常规方法制备。

本实用新型的有益效果在于：

1、提供了用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统整套硬件实施方案，器件、接口通用，便于移植；

2、通过计算机仿真实验和人因工程学理论，采用了最佳的双路视频采集方案，满足了人眼视觉舒适度和逼真3D显示的效果；

3、采用的新型全高清(1280×1024)、主动式0.5英寸OLED显示芯片作为显示器，实现了全高清立体显示的和传输；

4、选取的解码芯片ADV7611支持3D模式及热插拔功能，提高了电路系统对灾难的及时恢复能力、扩展性和灵活性；

5、系统总体由一块手持版（50×50mm）和两块显示驱动板（30×30mm）组成，重量轻、体积小，大大提高了系统的便携性和移动性；

6、电路设计中的串行存储器24LC02，用于存储OLED的EDID信息，当系统连接外部PC机HDMI接口时，PC机会根据这些信息进行最优化配置，自动将PC机视频信息与OLED显示模块匹配，提高了系统的集成度；

7、系统中设计的MODE、UP、DOWN三个功能按键，能够针对显示器的亮度、对比度调整，轮流显示内部测试图案切换，提高了系统的成熟性和集成度。

附图说明：

图1.为本实用新型结构示意图。

图2.为本实用新型图像传输电路板结构示意图。

图3.为本实用新型显示驱动部分电路板结构示意图。

图4为本实用新型主要芯片的电路原理图。其中：

图4-a为HDMI解码芯片ADV7611原理图及外围电路；

图4-b为主控芯片MCU原理图设计及外围电路；

图4-c为OLED显示器原理图。

具体实施方式：

下面结合附图对本实用新型作详细说明。

本实用新型的高清数字传输的近眼双目立体显示系统包括：手持图像传输电路部件a；置于手持图像传输电路部件a下方的第一显示器驱动电路部件b、及第二显示器驱动电路部件c；一端与第一HDMI接口3连接、另一端与PC机上的HDMI接口连接的第一连接线1，一端与第二HDMI接口4连接、另一端与PC机的HDMI接口连接的第二连接线2；置于图像传输电路板左右两侧的用于将手持图像传输电路部件a与第一显示器驱动电路部件b连接的为1.27mm的20针的板对板连接器7、与第二显示器驱动电路部件c连接的为1.27mm的20针的板对板连接器8。其中：

所述的手持图像传输电路部件a包括：尺寸为50×50mm、其右侧设有DC电源输入接口，左侧设有外部烧写接口和IIC调试接口的图像传输电路板，分别与图像传输电路板顶部的两个平行的HDMI母口连接的第一HDMI接口3和第二HDMI接口4，置于图像传输电路板上的系统DC-DC转换芯片5、及电路系统控制主芯片6；图像传输电路板底部置有三个按键模块和DC-DC电源转换模块，按键模块控制显示器的亮度、对比度调整，轮流显示内部测试图案切换，DC-DC模块将输入的5V电压转换为1.8V、3.3V为各个模块提供电源支持。

所述的尺寸为30×30mm的第一显示器驱动电路部件b和第二显示器驱动电路部件c分别为左右眼输入立体视频源，第一显示器驱动电路部件b或第二显示器驱动电路部件c分别包括：置于驱动板正面的一片0.5英寸高清第一显示器9或第二显示器10，显示器尺寸为22mm×17mm，装配时显示器接口与驱动板卡槽连接；驱动板背面连接有一块ADV7611解码芯片（11）或ADV7611解码芯片12，ADV7611解码芯片11或ADV7611解码芯片12分别与20针板对板连接器7或连接器8连接，连接器将从图像传输电路板上输入的HDMI差分信号、行、场同步信号、IIC信号及电源传输至ADV7611中。

用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，通过HDMI接口连接到PC机，由外部DC提供5V直流电源，主芯片6采用PIC16F1825控制芯片，通过IIC串行总线实现对OLED显示器、ADV7611中寄存器参数的设置，使OLED显示器在视频格式、刷新率、分辨率、及时钟方面与PC机相匹配。

手持图像传输电路部件a的图像传输电路板中选用的两个DC-DC模块工作时将5V电压转换成3.3V和1.8V，分别作为MCU、ADV7611和24LC02的电源，系统选用具有使能控制端的DC-DC模块，长时间不操作MCU能方便的切断OLED的电源。

第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）面板均设有MODE、UP、DOWN三个功能按键，其中MODE为循环切换亮度、对比度、显示图案的模式选择键；UP和DOWN为不同模式时对具体参数进行调整的上、下调整键。

本实用新型采用市购的材料和产品按常规方法制备。

系统工作过程为：外部DC提供5V直流电源，DC-DC模块正常工作将5V电压转换成3.3V和1.8V，分别作为MCU、ADV7611和24LC02的电源；PC机播放的左右格式视频源通过HDMI接入系统，主芯片MCU通过IIC串行总线实现对OLED显示器、ADV7611中寄存器参数的设置，使OLED显示器在视频格式、刷新率、分辨率、时钟等方面与PC机相匹配，调节显示器及人眼的适当位置，即可实现左、右眼双路HDMI视频信号在OLED的立体显示，正常显示后通过面板设有的功能按键，根据个人需要对亮度、对比度、显示图案等参数进行调整。

实际应用表明：本用于高清数字的近眼立体显示系统结构紧凑、功耗低、电磁性能好，且提供了高清显示的设计方案，在增强立体视觉清晰度及舒适度的同时，有效的降低了设备的成本和重量，为设计出更清晰、轻便、舒适的近眼立体显示系统提供了较好的方案。

Claims (6)

1.一种用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于该立体显示系统包括：手持图像传输电路部件（a）；置于手持图像传输电路部件（a）下方的第一显示器驱动电路部件（b）、及第二显示器驱动电路部件（c）；一端与第一HDMI接口（3）连接、另一端与PC机上的HDMI接口连接的第一连接线（1），一端与第二HDMI接口（4）连接、另一端与PC机的HDMI接口连接的第二连接线（2）；置于图像传输电路板左右两侧的用于将手持图像传输电路部件（a）与第一显示器驱动电路部件（b）连接的为1.27mm的20针的板对板连接器（7）、与第二显示器驱动电路部件（c）连接的为1.27mm的20针的板对板连接器（8）。 

2.根据权利要求1所述的用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于所述的手持图像传输电路部件（a）包括：尺寸为50×50mm、其右侧设有DC电源输入接口，左侧设有外部烧写接口和IIC调试接口的图像传输电路板，分别与图像传输电路板顶部的两个平行的HDMI母口连接的第一HDMI接口（3）和第二HDMI接口（4），置于图像传输电路板上的系统DC-DC转换芯片（5）、及电路系统控制主芯片（6）；图像传输电路板底部置有三个按键模块和DC-DC电源转换模块，按键模块控制显示器的亮度、对比度调整，轮流显示内部测试图案切换，DC-DC模块将输入的5V电压转换为1.8V、3.3V为各个模块提供电源支持。 

3.根据权利要求1所述的用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于所述的尺寸为30×30mm的第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）分别为左右眼输入立体视频源，第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）分别包括：置于驱动板正面的一片0.5英寸高清第一显示器（9）或第二显示器（10），显示器尺寸为22mm×17mm，装配时显示器接口与驱动板卡槽连接；驱动板背面连接有一块ADV7611解码芯片（11）或ADV7611解码芯片（12），ADV7611解码芯片（11）或ADV7611解码芯片（12）分别与20针板对板连接器（7）或连接器（8）连接，连接器将从图像传输电路板上输入的HDMI差分信号、行、场同步信号、IIC信号及电源传输至ADV7611中。 

4.根据权利要求1或2所述的用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于：通过HDMI接口连接到PC机，由外部DC提供5V直流电源，主 芯片（6）采用PIC16F1825控制芯片，通过IIC串行总线实现对OLED显示器、ADV7611中寄存器参数的设置，使OLED显示器在视频格式、刷新率、分辨率、及时钟方面与PC机相匹配。 

5.根据权利要求1或2所述的用于高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于：手持图像传输电路部件（a）的图像传输电路板中选用的两个DC-DC模块工作时将5V电压转换成3.3V和1.8V，分别作为MCU、ADV7611和24LC02的电源，系统选用具有使能控制端的DC-DC模块，长时间不操作MCU能方便的切断OLED的电源。 

6.根据权利要求1或3所述的高清数字传输的近眼双目立体显示系统，其特征在于：第一显示器驱动电路部件（b）和第二显示器驱动电路部件（c）面板设有MODE、UP、DOWN三个功能按键，其中MODE为循环切换亮度、对比度、显示图案的模式选择键；UP和DOWN为不同模式时对具体参数进行调整的上、下调整键。