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《3D 电视技术指导意见 》 解读 及跟进研究 董文辉 广播电视规划院

《3D 电视技术指导意见 》 解读 及跟进研究 董文辉 广播电视规划院. 2012 年 3 月 19 日. 目录. 3D 电视的分级及模式 《3D 电视技术指导意见 》 解读 3D 电视的主观评价和客观测试 其他相关工作跟进. 一、 3D 电视的分级及模式. 在过去几十年里，已经出现了若干种技术各异的 3D 电视 在定义 3D 电视的分级结构时，跳出 3D 技术本身，而从其应用环境来考察. 3D 电视技术分级结构. ITU-R BT.2160-1

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《3D 电视技术指导意见 》 解读 及跟进研究 董文辉 广播电视规划院

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  1. 《3D电视技术指导意见》解读及跟进研究董文辉广播电视规划院《3D电视技术指导意见》解读及跟进研究董文辉广播电视规划院 2012年3月19日

  2. 目录 • 3D电视的分级及模式 • 《3D电视技术指导意见》解读 • 3D电视的主观评价和客观测试 • 其他相关工作跟进

  3. 一、3D电视的分级及模式 • 在过去几十年里，已经出现了若干种技术各异的3D电视 • 在定义3D电视的分级结构时，跳出3D技术本身，而从其应用环境来考察

  4. 3D电视技术分级结构 • ITU-R BT.2160-1 • 由于目前的技术发展阶段限制，表中关于分级的特征和标准只是基于第一代3D电视的，对第2代、第3代如何划分级别，当前标准还未提及

  5. 兼容级 • 第2级：常规高清帧兼容（Conventional HD Frame Compatible，简称CFC） • 左右路高清视频帧拼接为一帧高清视频帧 • 用2D高清机顶盒解码 左眼 或 右眼 Side-by-Side Top-and-Bottom

  6. 兼容级 • 第3级：“帧兼容”兼容（Frame-Compatible Compatible，简称FCC） • 增强信号用于提供帧兼容损失的视频信息，把左右两路视频的分辨率升至高清质量 • 机顶盒能够解码增强信号 左眼 增强信号 + Side-by-Side 右眼

  7. 兼容级 • 第4级：常规高清业务兼容（Conventional HD Service Compatible，简称CSC） • 高清视频 + 视间预测信号 • 机顶盒能够从视差信号中解码生成第二路视频 左眼 视间预测信号 + 右眼 左眼

  8. 3D电视模式 • 第一代/第1级：兼容普通电视机和机顶盒 • 第一代/第2级：需要支持3D的电视机，但兼容普通的高清机顶盒 • 第一代/第3级：两路均可为完整高清 • 第一代/第4级：兼容高清电视业务 • 第二代/第4级：多视点自由立体显示

  9. 二、《3D电视技术指导意见》解读 • 规定了3D电视节目在拍摄、制作和播出等方面需要关注的技术内容，用以指导各单位制作和播出3D电视图像和声音，并为3D电视节目的制、播、存、管等提供技术性指导 • 主要内容：1、术语、定义；2、3D电视制播链路；3、拍摄制作视觉安全准则和质量控制；4、节目拍摄；5、后期制作；6、节目存储；7、节目播出；8、3D拍摄方法和视频预处理过程等

  10. 1、我国3D电视试播采用的技术 • 3D电视在前期拍摄会涉及到立体摄像机、立体拍摄支架、同步记录等；节目制作涉及到双路3D信号的同步切换、双码流同步记录和双路编辑等；播出涉及到立体监看、切换等；3D信号的监测需要立体监视器、3D视觉安全性检查等

  11. 2、拍摄制作视觉安全准则和质量控制 • 必须对3D电视的拍摄、制作进行图像质量管理，从而制作出相对安全、舒适的3D电视节目 • 图像质量管理包括视差管理、误差控制和视野冲突控制。基本原则包括： • 准确计算视差，进行有效的视差管理 • 尽可能减少双路拍摄的图像匹配误差 • 避免左右眼的视野冲突

  12. 3、3D电视图像质量 • 3D电视图像质量的衡量需要充分考虑不同代和级特征 • 针对第一代左右拼接方式的3D电视系统，从采集、制作、传输到终端显示，传递的内容与普通高清电视无本质区别，但3D电视的图像质量，不仅包括左右两个单眼图像的质量，还包括左右眼图像的匹配程度、视差范围以及画面过渡等

  13. （1）采集环节的质量 • 在3D电视采集环节，影响图像质量的因素主要包括：视差（包括：正视差、负视差）、误差（包括：几何误差、电气误差和光学误差）以及视野冲突（包括：边框效应、画面切换的空间跳跃、遮挡关系矛盾以及焦点平面与会聚平面矛盾）等

  14. （1）采集环节的质量 • 几何误差

  15. （1）采集环节的质量 • 边框效应

  16. （1）采集环节的质量 • 视差要控制。尽量别超过舒适体验，更不可超过安全指标 • 误差要限制。两摄像单元电气特性一致、参数调整一致、支架调整、镜头匹配、焦点平面一致、聚焦匹配等 • 视野冲突要避免。

  17. （1）采集环节的质量 • 边框效应的处理

  18. （1）采集环节的质量 • 焦点平面与会聚平面矛盾

  19. （2）制作环节的质量 • 3D电视节目的制作环节中对图像质量的影响因素主要有：视野冲突（画面切换的空间跳跃、图文叠加的遮挡关系矛盾、焦点平面与会聚平面矛盾 ）、视频压缩编码、左右眼图像的拼接以及3D图像的视觉安全性调整 • 在左右眼图像的拼接中，视频帧下采样会损失图像的一部分频谱信息，因此会降低图像质量。另外，下采样时，左右眼图像的采样方式是否相同（奇数列或偶数列），对3D电视的立体效果也会有一定的影响

  20. （2）制作环节的质量 • 画面切换的空间跳跃

  21. （2）制作环节的质量 • 图文叠加的遮挡关系矛盾处理

  22. （3）传输环节的质量 • 3D电视的传输环节中，对图像质量影响最大的因素是压缩编码，不同的编码算法和编码参数设置，图像的损伤大小有所不同。其次，信道误码也会影响观看质量

  23. （4）终端显示环节的质量 • 终端显示是唯一一个与用户直接相关的环节。在该环节中，影响3D电视图像质量的主要因素有：3D显示器类型、屏幕尺寸、显示性能和3D眼镜性能 • 当今市面上的主流3D显示器通常采用时分快门或偏振式技术。由于技术原理的差异，这两种技术在图像清晰度、色彩、可视角以及观看舒适度等方面存在各自的优缺点，3D电视图像质量也有一定的差异 • 一般来说，大屏幕能够增强观看的临场感和真实感，且可减弱边框效应

  24. （4）终端显示环节的质量 • 3D显示器的显示性能指显示器本身的亮度、对比度、色温、白平衡、Gamma、均匀性、运动拖尾等指标，这些指标不仅会影响左眼和右眼图像的单路图像显示质量，同时也可能影响立体效果 • 理想情况下，时分快门式3D眼镜和偏振式3D眼镜都需要将屏幕上的左右眼画面准确送到观看者的左右眼。但如果3D眼镜的分光效果不理想，会导致左右眼图像串扰。另外，3D眼镜的左右两镜片光学性能若存在差异，可能导致左右眼图像匹配不协调。对于时分快门式3D眼镜，眼镜与显示器屏幕之间如果同步有误差，也会导致3D图像质量下降

  25. 系统各环节的影响因素 • 3D电视系统各环节应根据广电总局科技司发布的《3D电视技术指导意见 第一部分：节目制作播出》进行质量控制，以保证图像的视觉安全性

  26. 三、3D电视的主观评价和客观测试 • 主观评价 • 客观测试 • 3D电视质量评测探索

  27. 1、3D电视的主观评价 • 3D电视的主观评价要素可分为一般要素和特殊要素两部分 • 一般要素指与普通2D电视评价相同的要素，包括：清晰度、色彩重现、运动表现、总体质量、锐度等 • 特殊要素指3D电视特有的要素，包括：深度清晰度、深度运动、木偶效应、卡片效应等

  28. 3D电视各环节主观评价要素 • 对于不同的考察对象，可以选择不同的评价要素

  29. 评价方法 • ITU-R BT.1438 和BT.500中的主观评价方法可用来评估3D电视系统的图像质量、清晰度和深度等。在有参考图像可用的情况下，例如显示系统的比较、压缩系统的质量评估等，可以采用双刺激连续质量标度方法或者双刺激损伤标度法。如果没有参考图像，则可采用单刺激法

  30. 观看条件 • 3D电视主观评价的观看条件应考虑3D显示器所特有的两个主要因素：显示器边框效应、聚焦与会聚的矛盾 • 在屏幕尺寸方面应考虑摄像机参数（摄像机间距、会聚角、镜头焦距）、系统分辨率和显示器边框效应 • 观看3D电视时，人眼的焦点固定在电视屏幕上。根据ITU –R BT.1438提供的数据表明，观看最佳位置对应的屈光度为0.3D，对应的观看距离为3.3米

  31. 评价员 • 3D电视评价员除了应该有正常的视力外，还应该有正常的立体感。为了检查评价员的立体视觉，应采用一些特定的素材进行测试 • 双眼融像：是否存在左右眼抑制、复视等 • 粗略的立体视：是否具备粗略的立体视能力 • 精密的立体视：是否具备精密的立体视能力 • 动态立体视：是否具有动态立体视能力 • 双眼视力：双眼视力水平 • 水平斜视：是否有水平斜视 • 垂直斜视：是否有垂直斜视 • 不等像视：是否有不等像视 • 旋转隐斜：是否有旋转隐斜

  32. 评价素材 • 3D电视评素材主要包括立体视觉测试素材和自然图像素材 • 立体视觉测试素材是根据人类视觉系统特性制作的特殊素材，用于测试观看者的立体感，包括：双眼融像、粗略的立体视、精密的立体视、动态立体视、双眼视力、水平斜视、垂直斜视、不等像视和旋转隐斜等 • 自然图像素材包括静止图片素材和活动图像序列两种，主要用于3D电视设备和系统的研发、评估测试和维护等

  33. 2、3D电视客观测试 • 国内外对3D电视的客观测试还没有统一的标准，根据我们的研究和测试经验，3D电视的客观测试，应在普通高清电视客观测试的基础上，增加一些3D电视特有的测试项目 • 3D电视图像视差测量 • 3D视频通道特性测试 • 3D图像质量客观测试 • 3D显示设备性能测试

  34. 3D电视图像视差测量 • 根据广电总局科技司发布的《3D电视技术指导意见 第一部分：节目制作播出》的意见，为保证3D电视节目的观看视觉安全性，大部分时间内的画面主体内容视差角应小于1度，相当于在屏幕上的左右眼成像间距小于高清电视画面水平方向的3%，所以应该对3D电视图像的视差范围进行测量，包括3D电视各环节对视差的调整情况以及最终节目成片中的视差变化范围

  35. 3D视频通道特性测试 • 3D电视的视频通道包括双路HD-SDI和左右拼接两种形式，测量时信号以双路HD-SDI形式送入，经被测通道后，再以双路HD-SDI形式输出到视频分析仪进行测量，主要指标包括：输出幅度偏差、幅频特性、非线性失真、亮色时延差、矢量、闪电等

  36. 3D图像质量客观测试 • 3D图像质量客观测试是采用普通高清电视的图像质量分析仪，分别对3D电视系统中编解码后的左眼和右眼单路图像质量进行测试，以衡量两路图像的压缩损伤，主要测试指标包括：PQR、DMOS和PSNR

  37. 3D显示设备性能测试 • 3D显示设备性能测试用于考察显示设备的图像显示特性，主要测试指标包括：3D亮度、3D对比度、色域、左右眼亮度差

  38. 3、3D电视质量评测探索 • 南非世界杯高清立体电视转播系统解码设备测试 • 广州亚运会3D电视试验系统研究测试 • 裸眼立体电视研究测试 • 3D电视舒适度研究测试 • 中央电视台3D电视后期制作系统测试 • 3D电视系统编解码研究测试

  39. 四、其他相关跟进工作 • 规划院已开展工作 • 科研项目 • 标准项目 • 评测项目

  40. 四、其他相关跟进工作 • 下一步重点 • 3D电视系列标准的制定 • 3D电视视频编码算法研究 • 3D电视设备和系统的评估 • 3D电视对人体健康的影响 • 未来3D电视技术的研究

  41. 董文辉 • 国家广电总局广播电视规划院中心所 • dongwenhui@abp.gov.cn • 13910963983 谢谢！

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