【導讀】《基于智能終端的裸眼3D. 終端技術及3D視頻業(yè)務發(fā)。展研究》研究報告

　　

【正文】 趕不上兩臺攝像機拍攝的真正的 3D 效果。 而之前上映的《諸神之戰(zhàn)》就是一部通過 2D 轉 3D技術在后期生成的 “3D”影片。其在 3D 效果上的表現讓很多滿懷期望的影迷倍感失望。很多觀看完該片的影迷表示，《諸神之戰(zhàn)》失去了 3D 大片 應有的震撼人心的效果，就像在看呆板的立體貼畫。 內容是 3D 電視 發(fā)展普及的核心，但這絕非意味著任何與 “3D”沾邊的內容我們都感興趣。不過這也得兩面看，去到 影院 的話，感官沖擊占第一位，純 3D 是必須的。但如果在家中的話，務實就占據了第一位。目前的大部分 3D電視都能夠提供 2D/3D 的功能，既可以看 2D 片源，又可以體驗 3D 效果。如果手頭上沒有合 適的 3D 片源，消費者如果想要先體驗 3D 效果的話， 2D 轉 3D也是目前比較務實的解決方法。 3D 視頻制作技術小結 類型 技術特點 立體效果 成本 局限 應用價值 應用前景 立體動畫制作 新增虛擬攝像機進行渲染 好 低 體裁有限 新增成本小立體效果好 立體影視制作的一種手段 立體拍攝 兩路攝像機直接拍攝 好 高 目前拍攝設備昂貴，操作不便 信息完備，主流制作手段 立體內容制作只要手段 半自動2D 轉3D 人工交互方式深度賦值 中 高 成本高，且縮減空間少 傳統(tǒng)的平面視頻轉化 立體內容制作輔助手段 全自動2D 轉3D 全自動，實時生成深度圖 低 低 立體感較弱 目前解決 3D片源匱乏的主要手段 終端上實時2D 轉 3D 第三章 3D 顯示技術方案 分色技術 原理：分色技術簡單的說就是使用 “紅藍（或者紅 綠、紅 青）眼鏡 ”將左右眼睛看到的畫面分離出來，這種電影在電影后期制作的時候將左眼的影像和右眼的影像分別進行偏紅和偏藍的著色，也就是說一只眼睛看到的影像色彩偏紅另一只眼睛看到的影像偏藍，在播放電影時將這兩種不同偏色的影像重疊播放，觀看電影時戴上特制的 “紅藍眼鏡 ”，一只眼鏡紅色鏡片另一只眼鏡藍色鏡片，通過不同的顏 色過濾，比如透過紅色鏡片看到的影像會將電影中偏紅的影像過濾掉，反之另一只眼睛通過藍色鏡片將藍色的影像過濾掉，這樣每只眼睛就可以看到不同的影像，達到觀看立體電影的目的了。 分色技術 成像原理圖 優(yōu)點：技術歷史最為悠久，成像原理簡單，實現成本相當低廉，眼鏡成本僅為幾塊錢。 缺點：改變了圖像的色彩，看到的畫面的顏色有很大的失真，其次由于迫使兩只眼睛通過不同顏色的鏡片，觀看電影時對眼睛的刺激比較大，容易造成眼睛疲勞，影像疊影會比較嚴重，因為紅藍鏡片無法完全過濾掉所有的色彩，效果不甚理想。 光分技術 原理 ：偏振立體眼鏡與偏振的片源配合，片源通過奇偶幀分別播放左眼和右眼的信號，通過立體分配分開，進入兩個投影機，通過偏振光透射而出，偏振眼鏡兩個眼睛分別允許不同偏振光進入，于是就接收了各自眼睛的信號，最終產生了立體感。 光分技術 成像原理圖 優(yōu)點：偏光式眼鏡價格低廉， 3D 效果出色，市場份額大 。 缺點：安裝調試繁瑣，成本不便宜 。 時分技術 原理：時分技術主要是通過提高畫面的刷新率來實現 3D 效果的，通過把圖像按幀一分為二，形成對應左眼和右眼的兩組畫面，連續(xù)交錯顯示出來，同時紅外信號發(fā)射器將同步控制快門 式 3D 眼鏡的左右鏡片開關，使左、右雙眼能夠在正確的時刻看到相應畫面。 時分技術成像原理圖 優(yōu)點：保持畫面的原始分辨率，很輕松地讓用戶享受到真正的全高清 3D 效果，而且不會造成畫面亮度降低。 缺點：畫面閃爍，不穩(wěn)定，對顯示器的要求很高。 指向光源 原理：指向光源（ Directional Backlight） 3D技術搭配兩組 LCD，配合快速反應 的 LCD 面板和驅動方法，讓 3D 內容以排序（ sequential）方式進入觀看者的左右眼互換影像產生視差，進而讓人眼感受到 3D 三維效果。 指向光源 技術示意圖 優(yōu)點：分辨率、透光率方面能保證，不會影響既有的設計架構， 3D 顯示效果出色 。 缺點：技術尚在開發(fā)，產品不成熟 。 狹縫光柵 原理：狹縫光柵 式 3D 技術 的 原理和偏振式 3D 較為類似，是由夏普歐洲實驗室的工程師十余年 研究成功 的 。光屏障式 3D 產品與 既有的 LCD 液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優(yōu)勢，但采用此種技術的產品影像分辨率和亮度會下降。其實現方法是使用一個開關液晶屏、偏振膜和高分子液晶層，利用液 晶層和偏振膜制造出一系列方向為 90176。的垂直條紋。這些條紋寬幾十微米，通過它們的光就形成了垂直的細條柵模式，稱之為 “視差障壁 ”。而該技術正是利用了安置在背光模塊及 LCD 面板間的視差障壁，在立體顯示模式下，應該由左眼看到的圖像顯示在液晶屏上時，不透明的條紋會遮擋右眼；同理，應該由右眼看到的圖像顯示在液晶屏上 時，不透明的條紋會遮擋左眼，通過將左眼和右眼的可視畫面分開，使觀者看到 3D 影像。 Rig h tL e f tRig h tL e f t像素視差屏障像素視差屏障 狹縫光柵技術示意圖 優(yōu)點：與既有的 LCD 液晶工藝兼容，因此在量產性和成本上較具優(yōu)勢 。 缺點：畫面亮度低，分辨率會隨著顯示器在同一時間播出影像的增加呈反比降低 。 柱狀棱角 原理：柱狀棱角技術是在 液晶顯示屏 的前面加上一層柱狀透鏡，使液晶屏的像平面位于透鏡的焦 平面上，這樣在每個柱透鏡下面的圖像的像素被分成幾個子像素，這樣透鏡就能以不同的方向投影每個子像素。于是雙眼從不同的角度觀看顯示屏，就看到不同的子像素。不過像素間的間隙也會被放大，因此不能簡單地疊加子像素。讓柱透鏡與像素列不是平行的，而是成一定的角度。這樣就可以使每一組子像素重復投射視區(qū)，而不是只投射一組視差圖像。之所以它的亮度不會受到影響，是因為柱狀透鏡不會阻擋背光，因此畫面亮度能夠得到很好地保障。不過由于它的 3D 顯示基本原理仍與視差障壁技術有異曲同工之處，所以分辨率仍是一個比較難解決的問題。 柱狀棱角 技術示意圖 優(yōu)點： 3D 技術顯示效果更好，亮度不受到影響 缺點：相關制造與現有 LCD 液晶工藝不兼容，需要投資新的設備和生產線。 第四章 3D 視頻編碼技術 雙路獨立編碼方案 原理：雙路獨立編碼方案分別對左路和右路視頻進行獨立編碼，經過壓縮傳輸后，在解碼端分別解碼出左視點和右視點兩路視頻供立體顯示采用 。 左 視 圖右 視 圖二 維 視 頻 編 碼二 維 視 頻 編 碼左 視 重 構 圖右 視 重 構 圖同 步 同 步輸 出輸 出解 碼解 碼 雙路獨立編碼原理框圖 特點：該方案可重復使用之前的軟件方案和硬件系統(tǒng)，開發(fā)成本低，但是壓縮碼率為兩路碼流的疊加，視頻冗余信息多，占用帶寬大。 雙拼編碼方案 原理：將左右兩個視點視頻分別 1/2 下采樣后拼接成為一路視頻，然后送入視頻編解碼器進行處理。 左 視 圖右 視 圖 右 視 重 構 圖左 視 重 構 圖左 視下采 樣右 視下采 樣標 準編 碼雙 拼編 碼左 視下采 樣重 構右 視下采 樣重 構上 采 樣下 采 樣奇 數 列下 采 樣奇 數 列下 采 樣拆 分輸 出拼 接 輸 入雙拼編碼原理框圖 特點：相比兩路視頻分別傳輸，立體視頻拼接的編碼方案僅需傳輸一半或者更少的數據，因此能夠減小傳輸帶寬和降低解碼器復雜度。此外，拼接后的圖像能利用傳統(tǒng)的單路編碼器直接壓縮，與目前市場上流通的單路視頻解碼器具有很強的兼容性。 聯合預測編碼方案 原理：編碼時，對雙目立體視頻中左視點視頻利用單路視頻編碼方法進行編碼，得到第一路碼 流；對于右視點視頻，在原有單獨編碼的基礎之上，增加視間預測技術 。 I L _ 0 B L _ 1 B L _ 2 P L _ 3 B L _ 4 B L _ 5 P L _ 6 B L _ 7 B L _ 8 P L _ 9I R _ 0 B R _ 1 B R _ 2 P R _ 3 B R _ 4 B R _ 5 P R _ 6 B R _ 7 B R _ 8 P R _ 9左視點右視點 聯合預測編碼原理圖 特點：相比兩路視頻分別傳輸，聯合預測方案能夠節(jié)省 30%左右的碼率，并保證全分辨率的精度，具有明顯的技術先進性。最新完成的國際立體視頻編碼標準 MVC 也采用的是這種聯合預測結構，代表著 3D立體視頻未來主流編解碼方案。 顏色＋深度編碼方案 原理：發(fā)送端只需要編碼單路彩色視頻和每個像素的深度信息，而在終端通過 DIBR（ DepthImage Based Rendering）重建出多路視點 。 顏色＋深度編碼原理圖 特點：視頻 +深度的編碼方案能夠以較低的傳輸碼流實現多視點視頻的渲染和重構，并且深度信息能夠支持更加靈活的用戶交互性，實現更多客戶端功能應用 。 編碼方案小結 編碼方案 壓縮碼率 算法復雜度 技術成熟度 技術先進性 獨立編碼 2*單路視頻流帶寬 2*單路視頻編碼復雜度 非常成熟 大部分廠家均可實現 雙拼編碼 1*單路視頻流帶寬 略大于單路視頻編碼復雜度（增加上下采樣模塊） 成熟 目前市場推廣實現中 聯合預測編碼 *單路視頻流帶寬 3*單路視 頻編碼復雜度 優(yōu)化后實現 國際領先 顏色 +深度編碼 *單路視頻流帶寬 2*單路視頻編碼復雜度（不包括深度獲取與虛擬視點繪制的復雜度） 預研中 國際前沿 第五章 3D 視頻終端預置技術方案 OMA DRM 方案 OMA DRM， OMA（ Open Mobile Architecture，開放式移動體系結構）組織于 2020 年 9 月發(fā)布了 OMA DRM ，于 2020 年 3 月發(fā)布了 OMA DRM 。OMA DRM 標準是完全開放的，目前大部分運營商都已經采用或計劃采用 OMA DRM 標準。 OMA 的 DRM 規(guī)范主要包括 DRM 系統(tǒng)、數字內容封裝和版權描述三大部分： 1) 系統(tǒng)部分（ DRM）：關注消息交互，密鑰交換以及設備管理等； 2) 數字內容封裝部分（ DCF）：定義數字內容的封裝格式和一些與使用相關的頭信息 ； 3) 版權描述語言部分（ REL）：定義對數字內容使用的限制、許可信息和對應的密鑰信息等。 OMA DRM OMA DRM 2020 年開始制定規(guī)范， 2020 年正式通過， OMA DRM 規(guī)定了系統(tǒng)的體系架構，為后續(xù)擴充做好了準備。 DRM 定義了三種應 用模型：禁止轉發(fā)、組合發(fā)送、分別發(fā)送 ： 1) 禁止轉發(fā) ： 一個媒體對象被封裝在一個 DRM消息中傳輸給設備，允許設備使用內容，但是內容不能轉發(fā)到其他設備，且設備不能修改此媒體對象。 2) 組合發(fā)送 ： 一個權限對象和一個媒體對象被封裝在一個 DRM消息中發(fā)送給設備，設備可以根據權限對象的規(guī)定向用戶提供內容，但不能修改、轉發(fā)權限對象和媒體對象。 3) 分別發(fā)送 ： 內容對象打包成一種特殊的 DRM內容格式（ DRM Content Format， DCF），采用對稱加密技術，必須使用內容密鑰（ Content Encryption Key， CEK）才能夠訪問媒體內容， CEK存儲在版權對象中。這樣，內容可以經過非安全的傳輸途徑傳送，而版權對象的傳送則需要更高安全性的傳輸通道。 4) 超級分發(fā) ： 超級發(fā)送是分別發(fā)送的一種特殊應用方式。在這種模式下，終端之間可以通過任何可能的途徑傳送媒體對象，而版權對象只能通過WAP Push從版權發(fā)布服務器獲得。這樣就在不危及任何版權維護的商業(yè)模式的條件下，極大地鼓勵了用戶之間更加方便地共享媒體對象。 OMA DRM OMA DRM 對 進行了大量補充，使版權保護變得更加 靈活而有效。它所要求的數字版權管理信任模式基于 PKI（ Public Key Infrastructure，公鑰基礎設施），能對終端和版權發(fā)布中心進行雙向認證，安全性大大提高；支持的應用場景比較豐富，包括預覽、下載 DRM、流媒體 DRM、多媒體消息 DRM、事務跟蹤、域管理和與用戶標識綁定等；提供了更加靈活、豐富和復雜的商業(yè)模式和用戶使用模式，如 Pull 模式、 Push 模式、流模式、超級分發(fā)模式、備份和恢復模式、非連接設備支持模式、版權對 象和內容對象的輸出模式以及域共享模式。OMA DRM 的體系架構如下： 整個 OMA DRM 體系有如下一些組成部分： 1) DRM Agent（ DA）：即 DRM 代理，是設備中負責執(zhí)行 DRM 客戶端功能的可信賴功能實體，負責強制執(zhí)行附帶在 DRM 內容上的訪問權限控制功能，實現對 DRM 內容的可控訪問。 2) Content Issuer（ CI）：即內容發(fā)布中心，是負責 DRM 內容分發(fā)的邏輯功能實體，按 OMA DCF 定義的 DRM 內容打包格式對