Full HD 3D телевизор - как это работает

Конец прошлый года и начало нынешнего 2010-го ознаменовался заметными премьерами трехмерных Full HD телевизионных панелей и средств воспроизведения 3D медиаконтента. Геннадий Селин

🕛 06.02.2010, 11:15

Судя по количеству посетителей на «трехмерных» стендах выставок и активности интернет-сообщества в этом вопросе, внимание к этим устройствам велико. Кроме того, нашумевшая 3D версия фильма «Аватар» значительно подогрела интерес к домашнему трехмерному видео.

В последнее время многие мировые производители электроники или уже начали или вот-вот начнут серийный выпуск Full HD 3D телевизоров. Попробуем разобраться - как же это все работает и чем отличается от объемного изображения, которое уже давно реализовано в некоторых моделях проекторов и телевизоров.

3D очки

Но вернемся к кино. Старшее поколение помнит о существовании три десятка лет назад залов стереокино, в частности в кинотеатре «Октябрь» в Москве. При входе выдавались очки, у которых одно стекло было красным, а другое синим. Именно благодаря таким простейшим фильтрам создавался эффект разделения картинки для правого и левого глаза и можно было любоваться объемным кинофильмом. Такой метод носит название - анаглиф, он довольно прост в реализации, но вот качество, увы, оставляет желать лучшего.

Настоящим прорывом в объемном кино стало использование технологии IMAX 3D, которая выросла из «обычной» технологии IMAX, разработанной канадской компанией еще в конце 60-х годов прошлого столетия. В IMAX 3D используются два мощных пленочных (шириной 70 мм) проектора, которые проецируют на большой экран изображение для правого и левого глаза. Для реализации разделения картинки между глазами один проектор создает горизонтальную поляризацию света, а другой вертикальную. Надев специальные очки, у которых левое и правое «стекло» пропускают только свой строго поляризованный свет, мы воспринимаем глазами один и тот же объект, но под разными углами, как в жизни, и видим объемное изображение.

Достоинством технологии IMAX 3D является возможность организации яркого изображения на очень большом экране. Недостатком является применение линейной поляризации - если мы наклоним голову в сторону или будем смотреть лежа (что для дома актуально) изображение начнет двоиться, терять яркость и объемный эффект может исчезнуть.

Технология RealD

Совершенно иной трехмерной кинотехнологией является появившаяся совсем недавно технология RealD. Здесь применяется один цифровой проектор, который попеременно, с высокой частотой, проецирует кадры для левого и правого глаза. Причем поляризация кадров применяется уже не линейная, а круговая - по часовой стрелке и против. Соответственно разработаны и другие очки, у которых левое и правое «стекло» понимают разную круговую поляризацию. При таком способе наклон головы, даже довольно сильный, не влияет на качество изображения и не разрушает 3D эффект. Технология RealD более натурально и достоверно передает трехмерное изображение, так как структура светового потока лучше приближена к естественному свету. Однако в силу использования одного цифрового проектора и более сложного поляризатора, яркость изображения уступает IMAX, а поэтому RealD может применяться только в небольших залах.

Но это в кино, а как же дома? Если говорить о домашних проекторах, то подобные кинотехнологии теоретически можно реализовать. Однако, как и в случае кинотеатров, оба метода предполагают использование очень дорогих посеребренных экранных тканей. Оправдано ли это? Да и применение сдвоенных проекторов или сложных поляризующих устройств также не слишком рационально.

Если говорить о телевизионных панелях, то тут вообще представляется невозможным использовать поляризующий фильтр на всей площади экрана!

Так где же выход? Очевидно, что применение поляризации для домашнего 3D кино является либо очень затратным, либо невозможным. Возникает естественный ответ - нужно поочередно проецировать кадры для левого и правого глаза и соответственно в нужные моменты времени нужный глаз видит нужный кадр, а другой глаз в это время не видит ничего. Затем наоборот.

Легко сказать - сложно сделать. Ранее уже были и проекторы, и телевизоры (даже кинескопные), которые могли показывать трехмерное видео. Но их принцип основывался на принципе деления разрешения изображения пополам. Использовался в основном чересстрочный метод вывода кадров стереопары. Один кадр использовал четные строки, а другой - нечетные. Совершенно понятно, что разрешение изображения по вертикали снижалось в два раза. Поэтому даже на Full HD аппаратуре число воспроизводимых точек по вертикали составляло всего 540. В случае же кинескопного телевизора менее 300.

Перед разработчиками стояла же задача обеспечить полноценное HD 3D изображение с разрешением в 1080 точек по вертикали. Решение лежит в принципе на поверхности. Как уже отмечалось, нужно показывать поочередно кадры для левого и правого глаза и организовать восприятие так, чтобы в нужный момент нужный глаз видел нужный кадр, а другой глаз в это время не видел ничего. А затем наоборот. Если взять обычный Full HD телевизор и организовать такой режим на нем, то несложно понять, что полный стереокадр мы будем видеть 25 раз в секунду. Так в чем дело, скажет кто-то? В кинотеатре фильм показывается с частотой 24 кадра в секунду и все довольны. Но одно дело отраженный свет и большое расстояние до экрана, другое дело излучающий свет (телевизор). Возникает весьма заметное мерцание и стробоскопический эффект. В таком режиме на телевизоре смотреть изображение очень некомфортно, а вдобавок и вредно для здоровья. А как же режим 24р для кино, реализованный в хороших телевизорах? Дело в том, что это только эмуляция «киношной» частоты, на самом деле изображение выводится с частотой кратной этой цифре, т.е. не меньше 48 Гц, а чаще всего 72 или 96 Гц.

Итак, эксперименты показали, что малой кровью не обойтись, Full HD 3D видео нельзя смотреть на обычном Full HD телевизоре. Даже если он поддерживает режим 100 Гц - это только удвоение одного и того же кадра для более плавной картинки. Дальнейшие исследования выявили, что минимально комфортной частота воспроизведения стереопар должна быть 60 раз в секунду для каждого кадра. Только при такой частоте не возникает раздражающий стробоскопический эффект. Таким образом, телевизор (или проектор) должен обеспечивать воспроизведение 120 разных (!) кадров в секунду, причем каждый из них должен иметь полновесное разрешение 1920х1080 точек. А если говорить далее, то компания SONY выпустила 3D HD видеокамеру, снимающую со скоростью 240 кадров в секунду, т.е. на удвоенной частоте.

Вот отсюда вытекает первая серьезная проблема - для обеспечения частоты изображения в 120 Гц (напомню - разных кадров), нужны весьма впечатляющие характеристики отклика одного пиксела матрицы. Причем между временами работы одного пиксела должен быть четкий промежуток, так как в следующий момент времени этот пиксел будет воспроизводить часть изображения совсем другого кадра из стереопары. И если для обычного 2D изображения это не очень критично, то в объемном режиме это очень важно, т.к в противном случае кадры будут перекрываться и четкие границы объектов начнут размываться. Особенно на дальних планах.

Full HD 3D

Исходя из этого, лучше всего приспособлены для Full HD 3D видео плазменные панели, там время отклика ячейки очень невелико. Однако спад свечения ячейки довольно затянут, поэтому пришлось над этим работать и двести время гашения плазменной ячейки до минимальных значений. Эта технология реализована, например, в плазменных панелях NeoPDP компании Panasonic.

В случае ЖК-панелей, время отклика пиксела не должно превышать 3 мс, а такой параметр имеют далеко не все ЖК-панели. Поэтому, судя по субъективным ощущениям на выставках, люди отмечали, что Full HD 3D видео лучше отображается именно на плазменных панелях. На жидкокристаллических телевизорах иногда в динамичных сценах наблюдались срывы и стробоэффект. Очевидно, что над параметрами отклика матриц производители будут усиленно работать. На 3D DLP проекторах посетители отмечали эффект радуги, который обусловлен вращающимся колесом цветовых фильтров. Технология также еще не совершенна.

Следующей проблемой является возможность передачи цифрового потока о 120 HD кадрах в секунду от устройства воспроизведения к телевизору. Уже привычный интерфейс HDMI версии 1.3 не может с этим справляться. Поэтому в Full HD 3D телевизорах необходимо использование HDMI 1.4 или сдвоенного DVI. Кроме того Blu-ray плеер также должен иметь двухканальную систему считывания информации с диска и быть снабженным соответствующими интерфейсами. Конечно нужны и новые кабели, поддерживающие спецификацию HDMI 1.4.

3D Blu-ray Panasonic

Ну и собственно устройство, позволяющее видеть кадры 3D изображения поочередно. Это специальные очки. Но они уже не пассивные с поляризационными светофильтрами, а активные. Собственно они также используют эффект поляризации, но для другого. Суть в том, что встроенный микрочип обеспечивает затемнение «стекол»-фильтров поочередно, в соответствии с нужным кадром на экране. Принцип затемнения схож с принципом затемнения пиксела в жидкокристаллической панели. Напрашивается вопрос - а как они понимают когда, в какой момент времени нужно затемнять правое или левое «стекло» очков. Для этого реализована беспроводная система синхронизации с телевизором. Так на стенде 3D кинотеатра Panasonic во время выставки CEATEC рядом c аудиоблоком под 3D Blu-ray плеером можно было заметить инфракрасные излучатели устройства синхронизации с активными очками. Очки внешне практически не отличаются от тех, которые выдаются в кинотеатре.

Вот собственно и все. Можно еще сказать, что существует направление «безочковой» технологии 3D телевизоров. Они построены по принципу знакомых всем объемных открыток, то есть экран телевизора покрыт микролинзами, которые преломляют свет от нужных участков изображения в направлении к нужному глазу. Однако ни о каком Full HD изображении не может идти речи, так как опять используется принцип разделения одного кадра на два полукадра стереопары. Достоинством является отсутствие очков, недостатком - низкое разрешение и узкий сектор объемного эффекта.

Развитие Full HD 3D видео на данном этапе идет при необходимости использования специальных очков. Несомненно, что одним из стимулов его развития и покупательского интереса является выпуск большого ассортимента 3D фильмов, а также организации телевизионных трансляций в 3D формате.