В рубрику "Оборудование и технологии" | К списку рубрик | К списку авторов | К списку публикаций

Прогресс в изучениях стереоскопического и объемного телевизионного вещания в МСЭ-Р и инициативы России

Часть 2

Продолжаем публикацию статьи об изучении стереоскопического и объемного телевизионного вещания, в которой будут рассмотрены такие вопросы, как будущие поколения систем 3DTV, требования к полосе пропускания для системы 3DTV первого поколения, тракт системы 3DTV -вещания и оценка качества изображений

Марк Кривошеев
Главный научный сотрудник НИИР

Владимир Федунин
Ведущий научный сотрудник НИИР

Будущие поколения систем 3DTV

В настоящее время изучаются системы SDTV-вещания с автостереоскопическими дисплеями и множеством передающих ТВ-камер, позволяющие зрителям выбирать точку наблюдения изображения и изменять его в пределах, определяемых числом камер и их расположением относительно объектов телепередачи (многоракурсное телевидение) [16]. В таких системах может быть предусмотрена обратная совместимость с дисплеями первого поколения 3DTV. Пример системы многоракурсного ТВ-вещания показан на рис. 2.

Изучаются также новые разновидности “записи волнового изображения объекта", обеспечивающей представление оптических изображений объектов в виртуальном пространстве, используя модифицированный “интегральный" метод или голографическую систему. Наблюдаемое ЗD-изображение практически неотличимо от того, что мы видим в реальной жизни.

Требования к полосе пропускания для системы 3DTV первого поколения

В системах с размещением стереопары изображений в одном кадре ТВЧ, если “левое” и “правое" изображения имеют меньшую пространственную разрешающую способность по сравнению с 2В-системами, может не потребоваться дополнительное повышение скорости передачи видеоданных. Целесообразно провести исследование этих вопросов в целях оценки приемлемости обмена скорости передачи данных на качество стереоизображений на экране дисплея.

Для уменьшения скорости передачи можно использовать искусственное размывание одного из пары стереоизображений путем фильтрации соответствующего сигнала или асимметричное кодирование сигналов L и R.

Существенное снижение скорости передачи видеоданных может быть достигнуто в системах с дополнительной информацией о глубине изображения. В настоящее время проводится изыскание наиболее эффективных способов доставки этой информации.

В системах многоракурсного ТВ-вещания (рис. 2) уменьшение объема передаваемых данных достигается за счет использования корреляции сигналов изображений, соответствующих смежным видеокамерам.

Тракт системы 3DTV-вещания

Структурная схема тракта системы ЗОТУ-вещания приведена на рис. 3. Для формирования сигналов 3D-изображений применяются стереоскопические видеокамеры, аппаратура компьютерной видеографики и преобразователи 2D-BH-деоданных в ЗО-данные. Стереокамеры могут быть оборудованы лазерными или инфракрасными дальномерами, используемыми при создании карты глубины изображения. Эта карта используется также в аппаратуре видеографики, выполняя функции дополнительной информации, с помощью которой 2D-cnr-нал преобразуется в ЗО-видеоданные.

Цифровое сжатие сигналов L и R должно осуществляться из расчета возможности передачи программ 3DTV по стандартным каналам наземного вещания с полосой 6, 7 и 8 МГц, каналам КТВ и по существующим спутниковым каналам.

Известны следующие основные виды ЗВ-устройств отображения:

- “очковые" дисплеи;
- “безочковые” (автостереоскопические) дисплеи;
- шлемофонные дисплеи.

Последние пригодны лишь для индивидуального пользования, например в компьютерных играх, и нецелесообразны при коллективном просмотре программ ЗОТУ-вещания, в частности в домашних условиях.

В “очковых" системах могут применяться дисплеи на основе метода цветных анаглифов, при котором стереоскопическое изображение получают с помощью двух исходных черно-белых изображений одного и того же объекта, окрашиваемых в различные цвета или проецируемых на экран через соответствующие светофильтры. Объемное (рельефное) восприятие обусловливается тем, что составляющие стереопару изображения, записанные с некоторым расстоянием между оптическими осями объективов (базис съемки) и затем наложенные друг на друга с некоторым смещением, видны наблюдателю (через разноцветные очки) в различной перспективе. Если, например, изображение, предназначенное для рассмотрения правым глазом, окрашено в красный цвет, а левым - в сине-зеленый, то наблюдатель должен пользоваться очками с разноцветными стеклами: правое стекло сине-зеленого цвета, левое -красного. В результате каждый глаз будет видеть только “свое" изображение, кажущееся серым. Эти два раздельных серых изображения воспринимаются человеком как одно объемное черно-белое изображение. Для улучшения условий наблюдения разноокра-шенных изображений и достижения одинакового восприятия глазами серой окраски каждого изображения используют дополнительные цвета.

Разделение изображений стереопары может быть осуществлено также поляризационным способом. Изображения проецируются на экран через поляризационные фильтры со взаимно перпендикулярными плоскостями поляризации света и рассматриваются с помощью поляроидных очков с аналогичными фильтрами. При этом правый глаз видит только правое изображение и не видит левое, а левый глаз - наоборот.

Возможны системы с поочередной проекцией составляющих стереопары на экран. Для наблюдения изображений используются очки со стеклами, изменяющими прозрачность в зависимости от приложенного к ним напряжения. Они выполняют функции оптических затворов, переключаемых синхронно с проекцией стереопары.

Проводятся исследования по оптимизации производства программ 3DTV-вещания, результаты которых позволят изучить влияние глазного базиса, быстрых изменений глубины расположения объектов и других факторов на дискомфорт просмотра стереоизображений, а также уменьшить утомляемость зрения при их длительном наблюдении.

Оценка качества изображений

При субъективной экспертизе ТВ-стереоизображений согласно [17] наряду с разрешающей способностью, цветовоспроизведением, резкостью, четкостью и прочими параметрами, проверяемыми обычно в моноскопических ТВ-системах, анализируются также другие характеристики, специфические для стереосистем. Это разрешающая способность по глубине изображения, передача движения в его глубине, искажения типа эффекта миниатюризации (неестественные размеры объектов) и эффекта “картона" (неестественная толщина объектов) и пр.

Оценка общего качества изображений, их четкости и глубины осуществляется в соответствии с рекомендацией ВТ.500 МСЭ-Р “Методология субъективной оценки качества телевизионных изображений". При наличии эталонного изображения применяют двухстимульные методы с непрерывной шкалой качества или ухудшений, например в случаях сравнения стереоди-сплеев, испытаний систем кодирования ТВ-сигналов и т.п. В отсутствие эталонного изображения можно использовать метод категорических мнений, в частности для анализа преимуществ той или иной стереосистемы по сравнению с другими системами.

Заключение

Прогресс в изучении систем вещания в МСЭ-Р создает предпосылки для разработки международных рекомендаций на эти системы, охватывающих все их аспекты от начала до конца. Можно предположить, что в недалеком будущем появятся рекомендации, посвященные формированию и воспроизведению трехмерных ТВ-изображений, кодированию и передаче видеосигналов для ряда поколений вещательных систем 3DTV, учитывающие достижения в различных сферах науки и техники. Уже сегодня имеются результаты в области нанотехнологий, которые могут быть применены при выполнении прикладных исследований и разработок, и можно надеяться на реализацию перспективных устройств, обеспечивающих существенное улучшение качественных характеристик разрабатываемых на их основе изделий. Задачей будущего является создание голо-графических систем. Развитие 3DTV-вещания может пойти по пути постепенного усложнения от стереоскопических систем с одной стереопарой, через многоракурсные системы к голографическим.

Список литературы

1. Шмаков П.В. Основы цветного и объемного телевидения. - М.: Советское радио, 1954.
2. Гоголь А.А. О совете по объемному телевидению им. профессора П.В. Шмакова // Материалы семинара по объемному телевидению, СПбГУТ, 29.02.2008.
3.   Варгин П.С. Объемное телевидение -взгляд из России // Broadcasting (Телевидение и радиовещание). - 2007. - № 6, 7.
4. Кривошеев М.И. Основные направления стратегии разработки систем цифрового объемного телевидения//Материалы семинара по объемному телевидению, СПбГУТ, 29.02.2008.
5. ITU-R. Russian Federation. Proposed draft new Question ITU-R [X]/6 - Three-dimensional television broadcasting // Doc. 6D/21, 6G/18, 6X/8, 7 April 2008.
6. ITU-R. Working Party 6G. Draft new Question ITU-R [6/XXX] - Digital three-dimensional (3D) TV broadcasting // Doc. 6/71, 26 May 2008.
7. ITU-R. Annex 13 to Working Party 6C Chairman’s Report. Appointment of a Rapporteur Group - Digital three-dimensional (3D) TV broadcasting // Annex 13 to Document 6C/69, 19 June 2008.
8. Федунин В. Приоритет России в мировой стандартизации объемного ТВ-вещания // “625”. - 2008, № 6.
9. ITU-R Newflash. ITU journed to worldwide ‘3D television’ system begins // http://www.itu.int/dms_pub/itu-r/oth/08/04/R08040000010001PDFE.pdf; http://www.ebu.ch/en/union/news/200 8/tcm_6-60469.php.
10.   ITU-R. Russian Federation. The present state of three-dimensional (3D) TV broadcasting in the Russian Federation // Doc. 6C/92, 8 October 2008.
11.   ITU-R. Chairman, Working Party 6C. Proposal for a preliminary draft new Recommendation - Quality requirements for 3D television systems for the short term // Doc. 6C/128, 15 October 2008.
12.   ITU-R. Annex 13 to Working Party 6C Chairman’s Report. Working document towards a preliminary draft new Report -Requirements for 3D TV broadcasting systems and steps to a Recommendation for a first-generation system // Annex 13 to Document 6C/133, 20 November 2008.
13.   http://www.itu.int/ITU-R/in-dex.asp?category=study-groups&rlink=workshop3dtv&lang=en; http://tech.ebu.ch/Jaha/si-te/tech/cache/bypass/events/3dtv09
14.   Кривошеев М.И. Международная стандартизация цифрового телевизионного вещания. - М.: Научно-исследовательский институт радио (НИИР), 2006.
15. ITU-R. Working Party 6C. Draft new Report - Features of three-dimensional television (3DTV) video systems for broadcasting // Doc. 6/177, 12 November 2009.
16. ITU-R. Annex 6 to Working Party 6C Chairman’s Report. Preliminary draft new Report - Digital three-dimensional (3D) TV broadcasting // Annex 6 to Document 6C/69, 10 June 2008.
17. Recommendation ITU-R ВТ.1438 -Subjective assessment of stereoscopic television pictures.
18. 3D TV moves into focus. Work underway at ITU sets out roadmap for highly advanced new broadcasting systems that mimic real-life visual experience // ITU Press Release, 14 January 2010. - ttp://www.itu.int/newsro-om/press_releases/2010/01.html.