二維和三維視頻處理及立體顯示技術(shù)

前言

　　視頻技術(shù)正在完成從模擬視頻到數(shù)字視頻的過(guò)渡，高清晰度電視已逐漸進(jìn)入家庭，這標(biāo)志著二維視頻技術(shù)的研究和發(fā)展即將告一段落，勢(shì)必向三維視頻技術(shù)發(fā)展。三維視頻是指在原有二維視頻的基礎(chǔ)上增加了作為第三維的“深度”，且從平面圖像的顯示發(fā)展至立體圖像的顯示。2010年初，美國(guó)立體電影《阿凡達(dá)》火爆到一票難求的程度，在美國(guó)拉斯維加斯“國(guó)際消費(fèi)電子展”上三維立體電視類(lèi)的展品成為主角，這些均表明人們對(duì)三維影像的祈盼。　　雖然三維視頻的研究可上溯到約一百年之前，但由于科學(xué)和技術(shù)的限制，在20世紀(jì)末才開(kāi)始形成國(guó)際上的研究熱點(diǎn)。尤其是在2001年。ISO／IEGJTC1／SC29／WGll（活動(dòng)圖像專(zhuān)家組，Moving Pictures ExpeI·TS Group，MPEC；）成立了3DAV Ad hoc：工作組，并于2003年發(fā)布了“3DAV的應(yīng)用和要求”和“3DAv探索報(bào)告”兩個(gè)文件后，歐洲、美國(guó)、日本、韓國(guó)和我國(guó)的高校、研究所、企業(yè)逐步掀起了研究熱潮，并開(kāi)始進(jìn)入各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用。目前三維視頻正處于方興未艾，從實(shí)驗(yàn)室研究跨向產(chǎn)品化、市場(chǎng)化的關(guān)鍵時(shí)期?！　”緯?shū)是在國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“自由視點(diǎn)多視視頻以及3D立體顯示基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)（60832003）”及另外三項(xiàng)國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“多視點(diǎn)自動(dòng)立體顯示關(guān)鍵技術(shù)的研究（60772124）”、“3DAV中的多視點(diǎn)視頻編碼及解碼端視點(diǎn)繪制研究（60672052）”和“多視點(diǎn)／立體視覺(jué)的分析與合成研究（60202015）”的資助下所累積的研究成果的基礎(chǔ)上完成的，并參考和融入了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有的基本理論和研究成果?！　∪S視頻的類(lèi)型甚多，常隨應(yīng)用目標(biāo)的不同而異，本書(shū)內(nèi)容主要集中在以應(yīng)用于3DTV為目標(biāo)的系統(tǒng)組成、各組成部分的基本理論、結(jié)構(gòu)和有代表性的實(shí)現(xiàn)方法以及與之相關(guān)的二維視頻基礎(chǔ)知識(shí)。全書(shū)共6章，其中第1章敘述了3DTv的發(fā)展概況及其組成的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和關(guān)鍵技術(shù)，指出了不同組成系統(tǒng)3DTV的特點(diǎn)、主要應(yīng)用場(chǎng)合及其走人家庭的前景。第3、4、6章是本書(shū)的核心部分：第3章介紹了3DTV場(chǎng)景獲取系統(tǒng)，包括雙目攝像機(jī)和多視點(diǎn)攝像陣列組成方式及其標(biāo)定方法與所獲取視頻信號(hào)的預(yù)處理，其中包含了有關(guān)3DTV的概念與相關(guān)理論；第4章針對(duì)獲取系統(tǒng)輸出的雙視或多視視頻信號(hào)闡述了對(duì)其進(jìn)行高效編碼以壓縮存儲(chǔ)容量和傳輸帶寬的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)、工具、典型算法及優(yōu)化方法，以及解碼端將解碼的多視信號(hào)繪制合成為立體對(duì)圖像信號(hào)供立體顯示器顯示的基本原理和代表性方法。

內(nèi)容概要

由于三維視頻技術(shù)是二維視頻技術(shù)的延拓，本書(shū)扼要介紹了以H.264/AVC和TFT-LCD顯示器為主的二維視頻技術(shù)；主要闡述了三維視頻與立體圖像顯示技術(shù)，主要內(nèi)容包括：三維視頻與立體圖像顯示系統(tǒng)的組成及其發(fā)展概況，構(gòu)成3DTV的基于雙目/多視攝像陣列的三維場(chǎng)景獲取、雙視/多視視頻編碼、解碼端的合成視繪制和基于液晶的立體顯示等四個(gè)主要組成部分的基本概念與實(shí)現(xiàn)方法。對(duì)其中的關(guān)鍵技術(shù)包括多視攝像機(jī)的標(biāo)定方法與預(yù)處理、基于H.264/AVC時(shí)域分層B結(jié)構(gòu)的多視視頻預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)/編碼方法及發(fā)展的新方法、基于視內(nèi)插和深度的視合成繪制方法以及自動(dòng)立體液晶顯示器技術(shù)及其優(yōu)化方法進(jìn)行了較深入的分析和闡述。    本書(shū)可作為通信、計(jì)算機(jī)、光電子、傳媒類(lèi)等研究機(jī)構(gòu)和企事業(yè)單位的科研、設(shè)計(jì)人員從事研究和新技術(shù)開(kāi)發(fā)的參考書(shū)，也可作為上述相關(guān)專(zhuān)業(yè)的本科生、碩士生、博士生的學(xué)習(xí)用書(shū)，或高校教師的教學(xué)、科研參考書(shū)。

書(shū)籍目錄

前言第1章  三維視頻與立體顯示系統(tǒng)概述  1.1  三維立體視頻與顯示的基本概念    1.1.1  三維立體視頻與顯示系統(tǒng)的組成    1.1.2  不同類(lèi)型的三維系統(tǒng)  1.2  3DTV的關(guān)鍵技術(shù)及其發(fā)展和應(yīng)用概況    1.2.1  3DTV的關(guān)鍵技術(shù)    1.2.2  發(fā)展趨勢(shì)和應(yīng)用概況  1.3  本書(shū)的結(jié)構(gòu)  參考文獻(xiàn)第2章  二維視頻處理與編碼  2.1  二維視頻信號(hào)的數(shù)字化處理    2.2  二維視頻信號(hào)的壓縮編碼原理    2.2.1  基本原理    2.2.2  熵編碼    2.2.3  預(yù)測(cè)編碼    2.2.4  變換編碼    2.2.5  運(yùn)動(dòng)估計(jì)和補(bǔ)償  2.3  數(shù)字視頻壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)    2.3.1  MPEG-2    2.3.2  MPEG-4    2.3.3  H.264    2.3.4  AVS國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)  2.4  H.264視頻編碼的優(yōu)化和新的擴(kuò)展    2.4.1  幀內(nèi)預(yù)測(cè)模式的快速選擇    2.4.2  幀問(wèn)預(yù)測(cè)模式的快速選擇    2.4.3  自適應(yīng)亞像素運(yùn)動(dòng)矢量快速搜索算法    2.4.4  對(duì)多參考幀選擇的算法優(yōu)化    2.4.5  H.264視頻編碼擴(kuò)展至多視點(diǎn)視頻編碼  參考文獻(xiàn)第3章  三維立體視頻獲取和預(yù)處理  3.1  三維立體視頻的獲取    3.1.1  雙目立體視頻的獲取方法    3.1.2  多視點(diǎn)立體視頻的獲取方法    3.1.3  多視采集系統(tǒng)攝像機(jī)數(shù)量的優(yōu)選  3.2  視頻獲取系統(tǒng)的參數(shù)標(biāo)定    3.2.1  基于平面模板的單攝像機(jī)標(biāo)定    3.2.2  雙視立體標(biāo)定法及其在多視攝像機(jī)中的應(yīng)用    3.2.3  基于多視定位法的多視攝像機(jī)聯(lián)合標(biāo)定  3.3  多視攝像機(jī)信號(hào)的預(yù)處理    3.3.1  亮度與色度補(bǔ)償    3.3.2  空間幾何補(bǔ)償和銳度補(bǔ)償  參考文獻(xiàn)第4章  雙視和多視視頻編解碼與繪制  4.1  3DTV系統(tǒng)與相關(guān)概念    4.1.1  3DTV系統(tǒng)的基本組成    4.1.2  雙視立體和多視視頻編碼的要求  4.2  雙視與多視頻編碼的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)和工具或算法    4.2.1  雙視立體視頻編碼    4.2.2  多視編碼幾種基本的預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)    4.2.3  基于H.264的多視視頻預(yù)測(cè)結(jié)構(gòu)    4.2.4  MVC的若干預(yù)測(cè)工具/算法    4.2.5  MVC可分級(jí)編碼(SMVC)    4.2.6  “視頻+深度”的編碼方法    4.2.7  降低多視點(diǎn)編碼復(fù)雜度的優(yōu)化模型與方法  4.3  解碼端的視合成繪制    4.3.1  自由視點(diǎn)3DTV解碼框架及視繪制的概念    4.3.2  基于視內(nèi)插的多視圖像繪制方法    4.3.3  基于深度的圖像繪制方法    4.3.4  完全聚焦型繪制  參考文獻(xiàn)第5章  基于二維視頻的平面圖像顯示  5.1  二維視頻液晶顯示器的工作原理    5.1.1  液晶顯示器的基本特性    5.1.2  液晶顯示器的基本組成    5.1.3  TFT-LCD二維視頻顯示器的主要技術(shù)指標(biāo)  5.2  液晶顯示器的關(guān)鍵部件——背光源    5.2.1  背光源的一般結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)    5.2.2  CCFL背光源與LED背光源及其性能比較  5.3  提高LCD顯示性能的關(guān)鍵技術(shù)    5.3.1  擴(kuò)展視角的方法和技術(shù)    5.3.2  提高響應(yīng)速度的方法和技術(shù)  5.4  液晶顯示的新發(fā)展    5.4.1  反射式LCD    5.4.2  低溫多晶硅技術(shù)(LTPS)  參考文獻(xiàn)第6章  基于三維視頻的立體圖像顯示  6.1  立體視覺(jué)的感知機(jī)理和立體顯示    6.1.1  單眼感知與雙眼感知立體信息的機(jī)理    6.1.2  不同方式的三維立體顯示  6.2  三維視頻自動(dòng)立體液晶顯示的原理    6.2.1  狹縫式立體顯示    6.2.2  透鏡式立體顯示  6.3  立體視頻液晶顯示器特有的技術(shù)性能和問(wèn)題    6.3.1  立體視頻顯示特有的技術(shù)性能    6.3.2  觀(guān)看立體視頻的視覺(jué)疲勞與不舒適感  6.4  液晶立體圖像顯示的新發(fā)展    6.4.1  立體顯示系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型    6.4.2  基于模型的顯示質(zhì)量?jī)?yōu)化  6.5  結(jié)合頭部跟蹤的立體顯示技術(shù)    6.5.1  基于單用戶(hù)頭部跟蹤的立體顯示    6.5.2  基于多用戶(hù)頭部跟蹤的立體顯示    6.5.3  幾種頭部位置跟蹤方法  參考文獻(xiàn)

章節(jié)摘錄

　　4.與二維視頻系統(tǒng)的兼容性　　目前所有的家庭幾乎都已有了播放二維視頻圖像的電視機(jī)，若開(kāi)播雙目或多視立體視頻后，應(yīng)使現(xiàn)有的遍及每個(gè)家庭的電視機(jī)也能接收到三維立體節(jié)目（盡管看到的仍是二維視頻圖像）。為實(shí)現(xiàn)此種后向兼容，在圖1.1 中，無(wú)論是在立體視頻還是多視視頻的編碼中，基本視（雙目視頻或多視視頻中作為參考視的1個(gè)視）應(yīng)沿用二維視頻的編碼標(biāo)準(zhǔn)，這樣就可以由圖1.1 中標(biāo)準(zhǔn)的二維視頻解碼器重建雙目或多視視頻中的基本視，提供給標(biāo)準(zhǔn)的二維視頻顯示器。　　5.立體圖像顯示方式和立體顯示器類(lèi)型　　1）立體圖像顯示方式.　　此種顯示可分為需佩戴“立體眼鏡”的立體顯示和用裸眼直接觀(guān)看的自動(dòng)立體顯示。　?。?）佩戴立體眼鏡的顯示方式?！　?010年1月風(fēng)行全球的立體影片《阿凡達(dá)》和在美國(guó)拉斯維加斯“國(guó)際消費(fèi)電子展”上展出的大多數(shù)立體電視的觀(guān)看都是采用佩戴立體眼鏡的方式。立體眼鏡可分為偏振式、快門(mén)式和分色式三種。偏振式立體眼鏡是左、右眼分別使用極化方向相互垂直的偏振鏡片，其中一只眼用垂直偏振，另一只眼用水平偏振，顯示器投射相應(yīng)的偏振光，從而使雙眼分別觀(guān)看左視和右視圖像，并由大腦融合成立體圖像。此種方式的缺點(diǎn)是人的頭部?jī)A斜時(shí)偏振鏡片難于濾掉與之正交的偏振光，使一個(gè)視的圖像漏到另一個(gè)視中，使人產(chǎn)生不舒適感。　　快門(mén)式立體眼鏡佩戴的是液晶制成的快門(mén)眼鏡，當(dāng)加上一定電壓時(shí)改變液晶分子的排列而控制開(kāi)關(guān)狀態(tài)，使得一個(gè)鏡片阻擋光線(xiàn)時(shí)另一鏡片光線(xiàn)可通過(guò)，從而使雙眼分別觀(guān)看左、右視圖像。此種方式的缺點(diǎn)是若顯示器刷新頻率不夠高，將會(huì)產(chǎn)生閃爍感?！　》稚搅Ⅲw眼鏡的左、右眼鏡片分別是紅光或藍(lán)光濾色片，它使得戴紅光濾色片的眼睛只能看到紅色圖像，戴藍(lán)色濾色片的眼睛只能看到藍(lán)色圖像，由此，使雙眼分別觀(guān)看左視和右視圖像。它的缺點(diǎn)是彩色信息損失大，色調(diào)單一?！　。?）自動(dòng)立體顯示方式。不戴立體眼鏡由人眼直接觀(guān)看的自動(dòng)立體顯示方式常用的有視差柵欄式和柱透鏡光柵式。前者的原理是利用視差擋板分光，在液晶顯示器的液晶層之前或之后安裝視差柵欄，將其分為擋光和透光兩部分，使得顯示屏上各像素交替左、右眼對(duì)應(yīng)的圖像，令一幅經(jīng)過(guò)匹配處理的視差圖像分別投射到左、右眼，產(chǎn)生立體視覺(jué)。

編輯推薦

　　本書(shū)是“新型顯示技術(shù)及應(yīng)用集成系列叢書(shū)”之一，全書(shū)共分6個(gè)章節(jié)，主要對(duì)二維和三維視頻處理及立體顯示技術(shù)作了介紹，具體內(nèi)容包括三維視頻與立體顯示系統(tǒng)概述、二維視頻處理與編碼、三維立體視頻獲取和預(yù)處理、雙視和多視視頻編解碼與繪制等。該書(shū)可供各大專(zhuān)院校作為教材使用，也可供從事相關(guān)工作的人員作為參考用書(shū)使用。

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