一种眼镜式3D电视系统的设计

摘要：文章提出一种眼镜式3D电视系统的设计，详细阐述了系统的原理、软硬件以及关键技术实现。系统基于高集成度TV SoC芯片和嵌入式Linux操作系统，可快速应用于偏光式3D和快门式3D电视产品，具有广泛的应用价值。

引言

　　由于人双眼观察物体的角度略有差异，每只眼睛看到的图像会有细微不同，大脑会将左右眼看到的图像进行处理呈现出立体视觉^[1]。利用人眼立体视觉原理的3D显示技术于20世纪初已经开始得到研究^[2]，近几年更是得到飞跃式的发展，基于 3D 显示的 3D 电视终端得到了大规模市场化应用^[3]。

　　一般来说3D电视可分为眼镜式和裸眼式，眼镜式分为快门式、偏光式和色差式等^[4]，裸眼式分为视差屏障式、柱状透镜式和全息式等^[5]，现有市场上主流的3D电视以快门式和偏光式为主。快门式3D电视的原理是将左、右眼图像帧交替显示在屏上，同时发射同步信号控制快门眼镜左右镜片的开或关，使得左右眼图像分别送入人的左右眼睛，从而呈现立体视觉。偏光式3D电视则是将左右眼图像采用行交错方式输出到屏上，偏光眼镜使得左右眼图像分别送入人的左右眼，从而呈现立体视觉。快门式3D电视可保持画面原有分辨率，但刷新率要求在100/120Hz以上才能保证观看时没有明显闪烁感，且存在眼镜成本高等不足;偏光式3D电视对刷新率没有特殊要求、不存在闪烁问题，但画面分辨率和亮度将损失一半。

　　目前大多3D电视方案是针对快门式3D电视或偏光式3D电视进行单独设计。本文设计出一种眼镜式3D电视系统，在同一硬件平台和软件系统上可兼容实现快门式3D电视或偏光式3D电视，能够进行快速推广和应用。

1 系统原理

　　眼镜式3D电视系统原理如图1所示。系统基于单颗高集成度的TV SoC芯片来搭建3D电视硬件平台、包括接口电路和外围电路，以硬件平台为基础开发出3D软件系统。

　　TV SoC通过接口电路接收到电视信号后，自动识别是3D信号还是2D信号。3D显示时：对3D信号进行解码、3D格式识别和格式转换、图像增强等处理，通过LVDS输出3D RGB图像信号驱动3D屏，用户佩戴3D眼镜来分离左右眼图像，实现3D显示;对2D信号进行解码，将2D信号转换成3D信号后进行相应的处理，实现3D显示。2D显示时：对2D信号进行解码、图像增强等处理后，通过LVDS输出2D RGB图像信号驱动3D屏，实现2D显示;对3D信号则先解码，将3D信号转换成2D信号后进行相应的2D处理，实现2D显示。

　　该3D电视系统在同一硬件平台和软件系统上，采用差异设置可快速应用于偏光式3D电视或快门式3D电视。

2 硬件平台实现

　　眼镜式3D电视系统的硬件框图如图2所示。硬件平台基于高集成度的TV SoC单芯片，接口电路包括模拟音视频接口、HDMI接口、USB接口、网络接口、Tuner接口，外围电路包括DDR、EMMC、电源管理模块、同步信号Sync输出、IR和LED等。

　　TV SoC的CPU内核为ARM Cortex-A9，最高1GHz时钟频率，支持Linux和Android操作系统;GPU为ARM Mali-400 3D GPU，支持OPENGL ES 2.0和OPENVG 1.1，具有三维图像加速性能。帧存储及数据缓存采用1Gbytes DDR3-1333，程序存储及数据存储采用4Gbytes EMMC。具有AV和YPbPr等模拟音视频接口、三路HDMI输入和三路USB输入接口、有线和无线网络接口、模数一体电视Tuner接口;喇叭功放采用TPA5707;电源管理模块将12V输入电压转换成1.2V、1.5V等电压输出，为系统提供各种电压。

　　硬件平台中，有线网络的网络MAC和PHY由TV SoC系统集成，无线网络通过WIFI模块实现，简化了网络设计和保证了网络的稳定性;采用数模一体Tuner实现了模拟电视、DVB-C和DTMB数字电视，模拟电视信号经过Tuner调谐处理后直接以IF中频信号给到TV SoC，DVB-C和DTMB则在调谐处理并经过Demod、CA处理后输出TS流信号给到TV SoC。同时，TV SoC具有两组1080P的LVDS输出接口，可以驱动1080P@120Hz 3D屏。

　　硬件平台提供了丰富的接口，系统可通过多种途径获取3D内容，例如蓝光DVD、移动存储设备、互联网3D视频、3D数字广播，提高和扩大了系统的适用性和应用范围。

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