3 Система передачи объемного телевидения

3.1 Система attest

В ряде стран прилагаются усилия по созданию систем вещания объемного телевидения. Так в Европе разрабатывается проект объемного ТВ “Advanced Three-Dimensional Television System Technologies” (ATTEST) [18].

Впроекте подчеркивается, что обсуждение с ведущими компаниями в области электроники показывают, что 3D, как ожидают, будет следующей революцией в истории телевидения. Это видно и потому, что на выставках профессиональной и бытовой электроники, 3D видео и 3D дисплеи всегда привлекают большой интерес. Очевидно, если осуществимое и коммерчески приемлемое решение может быть найдено, введение трехмерного телевидения обеспечит огромный рынок для замены существующих 2D телевизионных комплексов. Ожидается, что в это десятилетие технологический прогресс даст возможность сделать полное трехмерное телевизионное приложение доступным массовому потребителю, включая генерацию контента, кодирование, передачу и отображение.

Поскольку этот проект был наиболее полно разработан, приведем его краткое описание (рисунок 29) [19].

Рисунок 29 –ATTEST 3D цепь видеообработки

В ATTEST целью проекта является вся система, показанная на рисунке 35 где отдельные ее элементы должны быть между собой оптимизированы.

Потребность в 3D -видео данных будет удовлетворена:

созданием 3D камеры, которая может использоваться, чтобы генерировать новый контент;

преобразованием существующего 2D материала в трехмерный.

Кодирование должно осуществляться в пределах существующих MPEG и DVB стандартов, которые позволяют передавать информации глубины на одном или более уровнях, гарантируя полную совместимость с существующими декодерами в 2D телевизионных приставках (set-top boxes).

По мере выбора потребителями коммерчески успешной 3D телевизионной системы, требования для оптимального трехмерного наблюдения предполагалось оценивать путем исследования человеческого восприятия, результаты которые должны были быть использованы при повторении цикла развития.

Генерация контента

Ясно, что успех любой будущей 3D телевизионной вещательной системы будет зависеть в значительной степени от своевременной готовности достаточно захватывающего и/или интересного 3D -видео материала. Поэтому, методы для быстрого и дешевого производства подходящего 3D -видео контента должны быть развиты. В ATTEST, потребность в 3D -видео данных предполагалось удовлетворить двумя различными способами: создание новой камеры и преобразование существующего контента.

Для генерации нового 3D видео контента, ATTEST предполагал использовать инфракрасный лазерный радар для создания карты глубины, как дополнение к традиционной видеокамере. Выход ATTEST 3D камеры в этом случае должен состоять из двух отдельных видео потоков: студийного качества RGB и связанной карты глубины с точностью разрешения пикселей. Пример видео - и изображения глубины показан на рисунке 30.

Рисунок 30 –Изображения, полученные камерой глубины; (a) нормальное изображение RGB; (b) сопровождающее изображение глубины (уровень серого обратно пропорционален глубине)

Потребность в 3D видео контенте может только частично быть удовлетворена записанным 3D материалом. Поэтому, ATTEST, также предполагал алгоритмы реконструкции глубины, которые могут использоваться, чтобы преобразовать существующий материал видео 2D в 3D. Конечно, очень важно, чтобы применялись такие инструменты, которые требуют только минимального участия человека:

Конвертеры 2D/3D, прежде всего, могут найти применение, для преобразования записанного материала, так как в этом случае нет никаких ограничений в реальном времени.

ATTEST предусматривал и развитие онлайн методов, которые позволят зрителю преобразовать 2D вещание в 3D. В этом случае, вычисления могут быть основаны только на видео последовательности.

Кодирование и передача

Важная проблема ATTEST проекта - развитие нового представления данных и кодирование видео для 3D телевизионного вещания. При этом ставилась задача развивать новый подход, основанный на гибкой, модульной и открытой архитектуре, которая обеспечивает важные особенности системы, типа обратной совместимости к сегодняшнему 2D цифровому телевидению, масштабируемость в отношении сложности приемника и адаптируемость к широкому диапазону различных 2D и 3D дисплеев.

С этой целью, представление данных и кодирование в ATTEST системе использовало многоуровневую структуру, показанную в рисунке 31. Эта структура в основном состоит из одного базового уровня и, по крайней мере, одного дополнительного уровня улучшения.

Рисунок 31 - Многоуровневый синтаксис кодирования

Чтобы достигать обратной совместимости к сегодняшнему обычному 2D цифровому телевидению, базовый уровень кодируется при использовании современных MPEG-2 и DVB стандартов. Таким образом, этот слой может быть декодирован стандартными приставками, разработанными для 2D цифрового телевизионного приема вещания.

Уровень улучшения доставляет дополнительную информацию на 3D телевизионный приемник. Минимальная информация, которая может передаваться в уровне улучшения - карта глубины, обеспечивающая информацию глубины для каждого пикселя базового уровня.

Однако, в случае специфического видео контента (например, крупномасштабные сцены с высоким количеством окклюзий) могло бы быть полезно, послать дополнительную информацию, например маски сегментации и структуру окклюзий. Структура уровней на рисунке 31 является расширяемой в этом смысле.

Для передачи уровней улучшения, планировалось положиться в максимально возможной степени на доступные MPEG-2/4/7 инструменты. Однако, в случае, если существующих инструментов недостаточно, чтобы удовлетворить проектные целиATTEST, предполагалось внести изменения в соответствующие стандарты.

В проекте отмечено, что стереоскопическое зрение - только одна из важных характеристик глубины и, что другие характеристики, типа параллакса движения, структуры, яркости и геометрии видео объектов имеют сопоставимое значение. Для объектов сцены, которые достаточно далеки от зрителя, они могут даже стать доминирующими (рисунок 32). Таким образом, существенная особенность предлагаемой структуры уровней, достаточность гибкой поддержки альтернативных форм представления глубины.

Рисунок 32 - Важность сигнала глубины в зависимости от расстояния наблюдения

ATTEST предполагал пошаговое введение 3DTV приемников различной сложности. Кроме того, предложенный синтаксис также должен был обеспечивать масштабируемость в понятиях глубины. Это особенно важно, поскольку исследования восприятия указали, что есть различия в оценке в разных возрастных группах.

Следовательно, телевизионный зритель должен управлять восприятием глубины. Он должен быть в состоянии установить уровень глубины согласно его личному предпочтению.

3D дисплеи

ATTEST предполагал разработку 3D видео гибкого к использованию различных 3D дисплеев: одно пользовательского 3D телевидения для PC и многопользовательского 3D телевидения для домашнего использования.

Однопользовательский автостереоскопический дисплей, основанный на линзово-растровый оптике экрана, должен использовать дешевый, бесконтактный инфракрасный треккер головы, чтобы гарантировать, что зритель может двигаться как из стороны в сторону, так и вперед назад. Дисплей не будет страдать от ограничения, обусловленного необходимостью размещения зрителя близко к оптимальному плану наблюдения.

Многопользовательский автостереоскопический дисплей должен обеспечивать 3D видео для четырех и более зрителей, которые могут размещаться в области наблюдения, от одного до трех метров от экрана и ± 30 ° от оси.

Выводы

Анализ этого проекта показывает, что хотя технологии создания элементов 3D системы значительно продвинули, и за это время были созданы ряд 3D устройств, автостереоскопические дисплеи, 3D камеры, конвертеры 2D/3D, однако они еще далеки от совершенства. Задачи создания 3D камер, передачи информации по каналам связи, создания 3D дисплеев и контента поставленные еще в 2002 г., остаются актуальными и по сей день.

Рассмотрим, на каком уровне находятся решения в настоящее время.