Нормативные ссылки
В настоящем отчете о НИР использованы ссылки на следующие стандарты.
Generic Coding of Moving Pictures and Associated Audio Information— Part 2: Video, ITU-T Rec. H.262 and ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video), ITU-T and ISO/IEC JTC 1, Nov. 1994.
Coding of audio-visual objects—Part 2: Visual, ISO/IEC 14492-2 (MPEG-4 Visual), ISO/IEC JTC 1, Version 1: Apr. 1999, Version 2: Feb. 2000, Version 3: May 2004.
Advanced Video Coding for Generic Audiovisual Services, ITU-T Rec. H.264 and ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4 AVC), ITU-T and ISO/IEC JTC 1, Version 1: May 2003, Version 2: May 2004, Version 3: Mar. 2005, Version 4: Sept. 2005, Version 5 and Version 6: June 2006, Version 7: Apr. 2007, Version 8 (including SVC extension): Consented in July 2007.
Определения, обозначения и сокращения
ATTEST (Advanced Three-Dimensional Television System Technologies) – современные технологии трехмерных телевизионных систем.
CGH (Computer-Generated Holography) – компьютерно-генерируемая голография.
DMD (Digital Micromirror Device) - матрица из микроскопических зеркал на полупроводниковом чипе.
DSP (Digital signal processing) - Цифровая обработка сигналов.
HDTV (High-Definition Television) - Телевидение высокой четкости.
IPTV (Internet Protocol Television) - цифровое интерактивное телевидение в сетях передачи данных по протоколу IP.
LCD ( Liquid crystal display) - жидкокристаллический дисплей.
LD - инфракрасный лазер.
MPEG (Motion Picture Experts Group ) - Экспертная группа по вопросам движущихся изображений.
SCSI (Small Computer System Interface) - интерфейс, разработанный для объединения на одной шине различных по своему назначению устройств, таких как жёсткие диски, накопители на магнитооптических дисках, приводы CD, DVD, стримеры, сканеры, принтеры и т. д.
SLM (spatial light modulator) – пространственный модулятор света.
VW (viewing windows) – смотровое окно.
WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) - основанная на стандарте технология, предоставляющая высокоскоростной беспроводной доступ к сети, альтернативный выделенным линиям и DSL.
Введение
Одним из основных направлений развития в области производства, обработки, распространения и отображения информации является цифровое телерадиовещание.
Наивысшая точка развития телевизионных технологий сегодня - самая передовая и высокотехнологичная область цифрового телевидения HDTV. HDTV во много раз превосходит существующие технологии аналогового телевидения. Высокое разрешение обеспечивает больше видимых деталей и четкость изображения. Цифровое телевидение достигает разрешения в 2 миллионов пикселей в HDTV, лучшего из цифровых телевизионных форматов. Таким образом, дальнейшее совершенствование двумерных устройств телевидения, вряд ли приведет к заметному повышению качества.
Следующий этап развития компьютерных и телевизионных технологий неразрывно связан с созданием объемного телевидения. По сравнению с обычным телевидением, объемное будет обладать интерактивностью, позволяющей телезрителю, подобно компьютерным играм взаимодействовать с изображением, и объемностью, позволяющей глазам человека работать в естественном режиме.
На переход к объемному телевидению сказывается и позиция производителей контента, ряд которых, например, Disney Animation и Pixar, уже объявил о выпуске кинопремьер в 2D и 3D формате.
Достижения в этой области окажут огромное влияние на развитие различных приложений, таких как инновационные образовательные технологии, телемедицина, медицина, электронный магазин, моделирование систем, военные приложения, реклама, пропаганда, архитектурный дизайн городов, виртуальный музей и экскурсии, развлечения, научные исследования и т.д.
Проекты создания объемного телевидения разрабатываются рядом стран. Так правительство Японии объявило о программе, целью которой является создание к 2020 году телевидения, предоставляющего зрителю по ходу программы не только уникальные аудиовизуальные эффекты, но и также возможность ощущать запахи и даже трогать иллюзорные объекты. Родоначальником этого направления в нашей стране является кафедра телевидения СПбГУТ.
Еще в в1954 г. зав. кафедрой телевидения проф. П.В. Шмаковым была издана монография по проблемам цветного и объемного телевидения, не утратившая актуальности и по сей день [1].
Для создания системы вещания объемного телевидения необходимо решить ряд задач (рисунок 1).
Исследовать условия создания и воспроизведения объемных изображений.
Создать 3D камеру для съемки материалов.
Создать блок синтеза из сигналов 3D камер цифровой модели сцены съемки.
Организовать канал связи для передачи объемного изображения.
Создать 3D дисплей для воспроизведения объемного изображения.
Создать необходимый контент.
Организовать подготовку технических и творческих специалистов, а также создание обучающих систем, тренажеров на базе новых технологий.
Рисунок 1 - Задачи создания системы вещания объемного ТВ
Очевидно, что в процессе разработки системы вещания объемного телевидения человеческое восприятие глубины играет главную роль [2].
Следовательно, для того, чтобы выработать требования и рекомендации для создания 3D системы и каждого блока отдельно необходимо учитывать как зрительное восприятие, так и доступность технологического уровня. Кроме того, для оптимизации воспринимаемого качества изображения с минимальными артефактами кодирования и незначительными побочными эффектами, необходимо проведение экспериментов по изучению субъективных факторов восприятия глубины, искажений, чрезмерного напряжения зрения, качества, естественности присутствия и приемлемости трехмерных алгоритмов кодирования и новых трехмерных отображений.
Для достижения этой цели, а именно, разработки системы вещания объемного телевидения высокого качества, необходимо, в первую очередь, создать экспериментальную систему, позволяющую проводить эксперименты как с отдельными элементами системы (кодеками, дисплеями, 3D камерами и т.д.), так и системой в целом.
Сформулируем основные требования к экспериментальной системе цифрового объемного телевидения.
Канал передачи:
Система должна быть гибкой, позволяющей легко перестраивать свои параметры.
Система должна предусматривать возможность использования различных методов записи, передачи и воспроизведения изображения.
3. Система должна базироваться на международных стандартах цифрового телевидения ISO/IEC 13818-2 (MPEG-2 Video), ISO/IEC 14492-2 (MPEG-4 Visual), ISO/IEC 14496-10 (MPEG-4 AVC) и других.
Качество передачи объемного телевидения:
Устройство воспроизведения должно создавать реалистичное ощущение объемности изображения.
Просмотр должен осуществляется естественно, без напряжения, для просмотра могут использоваться специальные очки.
Он должен быть доступен как для одного наблюдателя, так и для нескольких зрителей одновременно.
Устройство визуализации должно иметь прямую совместимость, т.е. отображать как стереоскопические, так и обычные изображения.
Устройство визуализации должно удовлетворять условиям проведения экспериментов в условиях лаборатории и общедоступных местах.
Средства и технические устройства объемного телевидения [3].
Объем данных, необходимых для показа стереоскопического изображения, не должен существенно превосходить объем данных, передаваемых для обычного изображения.
Способ передачи данных должен быть совместим с существующими технологиями.
Достигнутый прогресс в развитии современных методов цифровой обработки сигналов, создании устройств записи и визуализации объемных изображений, микроэлектроники позволяют рассчитывать на реализацию поставленной цели.