Nghiên cứu về một số chuẩn nén sử dụng trong hệ thốngtruyền hình 3D

LỜI CẢM ƠN
Trên con đường thành công không bao giờ vắng bóng của những người thầy
đầy nhiệt huyết, sự giúp đỡ của bạn bè và đặc biệt đó là niềm tin của gia đình.
Trong suốt những năm ngồi trên giảng đường đại học vừa qua, em đã nhận được
rất nhiều những kiến thức bổ ích như là hành trang để em bước vào đời.
Để hoàn thành đồ án này, em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo ThS.
Nguyễn Đình Thạch, đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình viết đồ án
tốt nghiệp.
Em chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô trong trong tổ môn “Điện tử viễn thông”
khoa Điện-Điện Tử Tàu Biển- Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, đã tận tình
truyền đạt kiến thức trong những năm em học tập. Với vốn kiến thức còn hạn
chế không tránh khỏi những thiếu sót là điều chắc chắn, em rất mong
nhận được những ý kiến đóng góp quý báu của quý Thầy Cô và các bạn để kiến
thức của em trong lĩnh vực này được hoàn thiện hơn.
Hải Phòng, ngày 21 tháng 12 năm 2015
Sinh viên thực hiện
Phạm Thị Quyên

i


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi và được sự
hướng dẫn khoa học của thầy giáo ThS. Nguyễn Đình Thạch. Các nội dung
nghiên cứu, kết quả trong đề tài này là trung thực và chưa công bố dưới bất kỳ
hình thức nào trước đây. Ngoài ra, trong đồ án có những thông tin trích dẫn
đều được ghi rõ nguồn gốc .Nếu phát hiện có bất kỳ sự gian lận nào tôi xin
hoàn toàn chịu trách nhiệm về nội dung đồ án của mình.

Sinh viên thực hiện

Phạm Thị Quyên

ii


Mục Lục
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.............................................................................................................v
DANH MỤC CÁC HÌNH.......................................................................................................................viii
LỜI MỞ ĐẦU.........................................................................................................................................1
.............................................................................................................................................................1
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D....................................................................................2

1.1Giới thiệu về truyền hình 3D.........................................................................2
1.1.1Khái niệm và bản chất.............................................................................................................2
1.1.2Tiêu chuẩn sản xuất và hiển thị...............................................................................................4
1.1.3Các thế hệ của công nghệ truyền hình 3D..............................................................................4
1.1.4 Phân loại màn hình 3D..........................................................................................................5

1.2Khái quát kỹ thuật lập thể..............................................................................6
1.3Nguyên tắc tạo hình ảnh trong truyền hình 3D.............................................7
1.3.1 Thiết bị hộ trợ hiển thị 3D......................................................................................................8
1.3.2Hiển thị 3D không sử dụng các thiết bị hỗ trợ........................................................................9

1.4Cơ chế truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D.................................................17
1.5Tái tạo tín hiệu truyền hình 3D...................................................................19
1.6 Biểu diễn hình ảnh 3DTV..........................................................................19
1.6.1 Nén không gian....................................................................................................................19
1.6.2 Ghép kênh theo thời gian....................................................................................................20
1.6.3 2D kết hợp với siêu dữ liệu (2D + M)...................................................................................20
1.6.4 Gửi tín hiệu mã hóa màu.....................................................................................................20

CHƯƠNG II: KỸ THUẬT NÉN HÌNH ẢNH 3D SỬ DỤNG BỘ GHÉP DPCM/DCT......................................21

2.1 Mô hình hệ thống nén chung......................................................................21
2.2 Phân loại kỹ thuật nén................................................................................22
2.2.1 Dự đoán tuyến tính (DPCM- Differential Pulse Code Modulation).......................................22
2.2.2 Biến đổi cosin rời rạc ( DCT).................................................................................................23
2.2.3 Mã hoá chạy dài RLC (Run Length Coding)...........................................................................23
2.2.4 Mã hoá độ dài thay đổi VLC (Variable Length Coding).........................................................23

2.3 Nén dữ liệu sử dụng phương pháp điều chế xung mã vi sai DPCM..........24
iii


2.3.1 Xử lý giải tương quan trong công nghệ DPCM.....................................................................24
2.3.2 Kỹ thuật tạo dự đoán...........................................................................................................25

2.4 Nén dữ liệu sử dụng biến đổi cosin rời rạc DCT.......................................27
2.5 Kỹ thuật nén hình ảnh 3D sử dụng bộ ghép DPCM/DCT.........................30
2.5.1 Lập sơ đồ mã hóa ghép DPCM/DCT.....................................................................................31
2.5.2 Tạo lập bản đồ cho kỹ thuật nén hình ảnh ba chiều.............................................................32
2.5.3 Giải tương quan Inter-band.................................................................................................32
2.5.4 Giải tương quan intra-band.................................................................................................34

2.6 Lập sơ đồ lượng tử hóa của dữ liệu hình ảnh.............................................35
2.6.1 Lựa chọn bảng lượng tử.......................................................................................................36
2.6.2 Thay đổi giải tương quan dữ liệu hình ảnh..........................................................................37

2.7 Mã hóa Entropy của các hệ số lượng tử hóa hình ảnh phụ........................38
2.8 Nâng cao để giảm sự tương quan theo chiều dọc Intra-band.....................40
CHƯƠNG III: KỸ THUẬT NÉN HÌNH ẢNH 3D THEO TIÊU CHUẨN H246/AVC........................................43

3.3.1Sự phân hình ảnh trong macroblocks và slices.....................................................................44
3.3.3.1Lớp mã hóa Video (VCL-Video coding layer)......................................................................48
3.3.3.2Lớp mạng trừu tượng mạng (Networl Abstraction Layer – NAL).......................................49
3.4.2 Bù chuyển động trong slice P...............................................................................................51
3.4.3Bù chuyển động trong slices B..............................................................................................52

3.5.1Mã hóa entropy.........................................................................................54
3.5.2Bộ lọc tách khối trong vòng (IN-LOOP DEBLOCKING FILTER)........54
3. 6 Ứng dụng...................................................................................................55
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ....................................................................................................................56
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................................................58

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
3D

Three-Dimensional

ITU

International Telecommunication
Union

HDTV

High definition television

DFT

Discrete Fourier transform

DCT

Discrete Cosine Transform

FDCT

Forward Discrete Cosine
Transformation

IDCT

Inverse discrete cosine transform

VLC

Variable Length Coding

RLC

Run Length Coding

PCM

Pulse code modula

DPCM

Differential pulse code modula

DC

Direct Current

AC

Alternating current

EOB

End of subimage block

JPEG

Joint Photographic Experts Group

AVC

Advanced Video Coding

ITU-T

International Telecommunication
Union – Telecommunication

SD

Standard Definition

HD

High definition

VCEG

Video Coding Experts Group

MPEG

Moving Picture Experts Group

MVC

Multiview video coding

NAL

Network Abstraction Layer
v


VCL

Video coding layer

IDR

Instantaneous decoding refresh

CAVLC

Context-based adaptive variable-length
coding

CABAC

Context-based adaptive binary
arithmetic coding

MB

Macroblock

P

Predictive

B

Bi-predictive

SP

Switching Predictive

SI

Switching Intra

I

Intra

ME

Motion estimation

MC

Motion compensated

vi


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1

Mô tả sự tạo thành hình ảnh 3D

3

Hình 1.2

Hiển thị truyền hình 3D sử dụng kính

7

Hình 1.3

Biểu diễn các loại kính hiển thị

8

Hình 1.4

Hình ảnh mô tả hiển thị ghép màu

8

Hình 1.5

Kính phân cực giống loại kính râm thông

9

thường
Hình 1.6

Phương pháp hoạt động rào cản thị sai –công nghệ 11
hiển thị autostereoscopic 3D

Hình 1.7

Phương pháp hoạt động của ống kính dạng thấu

12

kính- công nghệ hiển thị autostereoscopic 3D
Hình 1.8

Biểu diễn các nguyên tắc hiển thị lập thể đa điểm

13

Hình 1.9

Cho thấy một màn hình hiển thị hai điểm tạo ra

14

nhiều vùng xem
Hình 1.10

Biểu diễn thay đổi các vùng nhìn khi như người

15

xem di chuyển đầu của họ
Hình 1.11

Biểu diễn 4 điểm hiển thị autostereo với 3 thùy

16

Hình 1.12

Biểu diễn 16 điểm hiển thị autostereo với một

16

thùy duy nhất, với nhiều người sử dụng
Hình 1.13

Chu trình phát sóng truyền hình 3D

18

Hình 2.1

Mô hình chung của một hệ thống nén video

21

Hình 2.2

Cấu trúc mã hóa và giải mã DPCM

24

Hình 2.3

Sơ đồ cấu trúc mã hóa và giải mã DPCM có bộ dự 26
đoán

Hình 2.4

Minh họa quá trình mã hóa DCT một chiều

28

Hình 2.5

Quá trình mã hóa DCT hai chiều

29

Hình 2.6

Khối DCT ba chiều

30

Hình 2.7

Sơ đồ mã hóa video dựa trên cơ sở ghép

31

DPCM/DCT
Hình 2.8

Dự đoán tuyến tính cho giải tương quan giữa các
viii

34

hình ảnh trong miền không gian
Hình 2.9

Độ lệch chuẩn trung bình của giải tương quan hệ

37

số hình ảnh phụ trong phương pháp ghép DPCM /
DCT
Hình 2.10

Sơ đồ quét quét zig zag

39

Hình 2.11

Quá trình quét các hệ số DCT sử dụng mã RLC để 40
mã hóa tín hiệu

Hình 2.12

Kế hoạch nén hình ảnh 3D tích hợp dựa trên cơ sở 41
ghép DPCM/DCT

Hình 2.13

Thay đổi mã hóa ghép DPCM / DCT để cải thiện

42

giảm sự tương quan intra-band theo chiều dọc
Hình 2.14

Quá trình quét zig zag với 63 hệ số AC

42

Hình 3.1

Cấu trúc dòng video H264/AVC

45

Hình 3.2

Mã hóa H264/MPEG-4 AVC

46

Hình 3.3

Mô tả một khối NAL với phần payload nội dung

49

video
Hình 3.4

Nguyên lý bù chuyển động

50

Hình 3.5

Phân vùng của một macroblock (trên) và sub-

51

macroblock (dưới) để dự đoán bù chuyển động
Hình 3. 6

Bù chuyển động đa khung, ngoài các vector

52

chuyển động thông số tham khảo hình ảnh (D)
cũng được truyền đi
Hình 3.7

Bù chuyển động trong slice B

53

Hình 3.8

Sử dụng bộ lọc tách khối với hình nén hình ảnh.

55

Hình ảnh bên trái không sử dụng bộ lọc tách khối,
hình ảnh bên phải sử dụng bộ lọc tách khối

ix


LỜI MỞ ĐẦU
Ngày nay sự phát triển của khoa học kỹ thuật kéo theo nhu cầu của con người
ngày càng cao. Và một trong số những nhu cầu thiết yếu đó là giải trí truyền
hình. Trong thời gian gần đây, truyền hình 3D nổi lên như một xu hướng mới
của thời đại, người ta cho rằng truyền hình 3D giúp con người trải nghiệm
những góc nhìn khác nhau, những cảm xúc mới mà hai góc nhìn bình thường
không thể đáp ứng được. Kể từ sau khi bộ phim 3D Avatar ra mắt tại rạp
Vincom Hà Nội, 3D đã trở thành hướng đi quan trọng nhất của công nghệ điện
ảnh. Và chúng ta có thể tự hỏi: Khi nào thì khán giả truyền hình có thể xem các
chương trình 3D qua màn ảnh truyền hình? .Để giải đáp câu hỏi này em xin
chọn đề tài: “Nghiên cứu về một số chuẩn nén sử dụng trong hệ thống
truyền hình 3D “. Nhằm đánh giá khả năng phát triển cùng với các kỹ thuật
truyền hình ảnh của công nghệ 3D hiện nay. Phần nội dung đồ án được phân bố
thành 3 chương như sau:
-

CHƯƠNG I: Tổng quan về truyền hình 3D
CHƯƠNG II: Kỹ thuật nén hình ảnh 3D sử dụng bộ ghép DPCM/DCT
CHƯƠNG III: Kỹ thuật nén hình ảnh 3D theo tiêu chuẩn H246/AVC

Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong nhận được sự góp ý, chỉ bảo của thầy, cô để em rút kinh nghiệm và bổ
sung kiến thức cho sau này. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo
Nguyễn Đình Thạch đã tạo mọi điều kiện và hướng dẫn tận tình em trong suốt

thời gian em làm đồ án. Qua đây em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy, cô
giáo trong tổ môn “Điện tử viễn thông” khoa điện-điện tử tàu biển trường đại
học Hàng Hải đã tạo mọi điều kiện để em có thể làm được đồ án này.
Em xin chân thành cám ơn.!
Hải Phòng. Ngày 21 tháng 11 năm 2015.

1


CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D
1.1 Giới thiệu về truyền hình 3D
1.1.1

Khái niệm và bản chất
a. Khái niệm

Công nghệ truyền hình 3D có đến hơn 100 năm lịch sử, với những ý tưởng
đầu tiên về ứng dụng hình ảnh lập thể của một nhiếp ảnh gia người Anh từ
những năm 1890. Nhưng đến khi bộ phim bom tấn 3D Avatar được trình chiếu
năm 2009 thì truyền hình 3D mới trở thành nàn sóng mới của công nghệ truyền
hình trên thế giới. Có thể thấy chất lượng của truyền hình 3D ở một tầm cao mới
so với truyền hình 2D truyền thống. Truyền hình công nghệ 3D hiện nay tập
trung vào bốn lĩnh vực trọng điểm: âm nhạc, thể thao, nghệ thuật và điện ảnh.
Hiện nay có rất nhiều các chương trình truyền hình như: phim truyện, phim hoạt
hình, du lịch,...đều thử nghiệm trên phiên bản 3D. Sự kiện đánh dấu cho sự bùng
nổ của truyền hình 3D chắc chắn phải nhắc đến sự kiện World Cup 2010, ở thời
điểm đó rất nhiều khán giả ở các quốc gia trên thế giới đã được chiêm nghưỡng
với những trận cầu đỉnh cao được tường thuật trực tiếp với công nghệ mới này.
So với công nghệ 2D chỉ cho hình ảnh hai chiều là chiều rộng và chiều cao,
còn công nghệ 3D sẽ dựa vào đặc điểm cảm nhận của của mắt và não người để

tạo ra hiệu ứng cho chiều sâu của ảnh. Công nghệ 3D tạo cho người xem có cảm
giác về một thế giới thực trong các chương trình trên truyền hình như các kênh
giải trí, phim truyện,…. Cùng một nội dung nhưng truyền hình 3D sẽ phát một
cách đồng thời và phát làm hai hình ảnh của một cảnh, khi đó mắt phải sẽ nhận
một hình ảnh, còn mắt trái sẽ nhận hình ảnh còn lại . Khi xem truyền hình 3D
yêu cầu sử dụng kính đặc dụng, khi đó hình ảnh từ hai mắt nhận được sẽ sắp xếp
khít vào nhau tạo cho người xem cảm nhận về hiệu ứng 3D. Hiệu ứng này còn
được gọi là ảo giác lập thể.
Theo Liên minh viễn thống Quốc tế (ITU), truyền hình 3D là hệ thống tạo
độ sâu của ảnh giống như cảnh thực tế mà chúng ta cảm nhận trong thế gới thực.
2


b. Bản chất của công nghệ 3D

Hình 1.1: Mô tả sự tạo thành hình ảnh 3D
Trong một khoảng không gian nhất định khoảng cách trung bình của hai mắt
người là 6,25 cm. Và do hai góc nhìn của hai mắt là khác nhau nên khi hai mắt
người cùng nhìn vào một vật thể thì hình ảnh mà hai mắt cảm nhận được sẽ khác
nhau. Và bộ não con người giống như bộ xử lý ảnh đặc biệt, nó sẽ kết hợp cả
hai hình ảnh nhận từ hai mắt để tạo hiệu ứng 3D sống động.
Khi nhắc đến truyền hình 3D người ta nghĩ ngay đến truyền hình độ nét cao,
đa màu sắc và có ba chiều không gian. Công nghệ truyền hình 3D hiện nay khác
với công nghệ truyền hình đời cũ (anaglyph). Công nghệ cũ sử dụng cặp kính
lọc màu với màu đỏ và màu xanh cho mỗi bên mắt, như vậy chất lượng ảnh sẽ
kém hơn. Nhưng với công nghệ đời mới hiện nay sử dụng kỹ thuật hiển thị mới
đó là sử dụng mắt kính co cấu tạo bằng tinh thể lỏng sẽ cho chất lượng ảnh cao
hơn.

3

1.1.2

Tiêu chuẩn sản xuất và hiển thị

Hiện nay rất nhiều viện nghiên cứu và nhiều tập đoàn trên toàn thế giới đang
đặt trọng tâm trong cải tiến truyền hình 3D và đưa tới các gia đình, thông qua
các nền tảng khác nhau. Sự phát triển công nghệ 3D tập trung vào một trong ba
lĩnh vực: sản xuất nội dung, truyền dẫn và hiển thị. Sản xuất truyền hình 3D dựa
trên nền tảng khác nhau như điện ảnh, truyền hình, điện thoại di động vv....3D
đề cập đến các đối tượng được biểu diễn trực quan trên giấy, phim hoặc trên
màn hình trong ba mặt phẳng (X, Y và Z) , và truyền hình 3D là một điểm đến
của hệ thống phát sóng thông tin 3D sử dụng để hiển thị, có khả năng cung cấp
hiệu ứng 3D chất lượng cao cho người xem. Các công nghệ cơ bản của truyền
hình 3D là một phần mở rộng của khoa học thị giác, khái niệm như tầm nhìn
nổi, thị sai phân cực,....Tuy nhiên nghiên cứu liên tục đã cho ra đời một loạt các
sản phẩm tương ứng với các nền tảng khác nhau dưới sự kích hoạt 3D. Công
nghệ 3D là hoàn toàn dựa trên việc sản xuất, thu nhận và cảm nhận hình ảnh dựa
trên khả năng nhạy cảm ánh sáng của mắt người. Sự phát triển công nghệ 3D
dựa trên các phương pháp mã hóa, nén, truyền tải và hiển thị, bao gồm các
nguyên tắc và khái niệm thuật toán đã tạo ra một xu hướng mới cho sự phát
triển hơn nữa của công nghệ truyền hình 3D, với mong muốn giải trí và nhu cầu
cải thiện thông tin liên lạc ngày càng tăng cao.
Ngày nay, thời đại của công nghệ truyền thông và phát thanh truyền hình nó
đòi hỏi có một công nghệ mới để thúc đẩy sự phát triển của công nghệ truyền
hình đạt tới đỉnh cao, phạm vi tồn tại lớn trong ngành công nghệ giải trí và sự ra
đời của công nghệ truyền hình 3D đã chứng minh điều đó.
1.1.3

Các thế hệ của công nghệ truyền hình 3D

Hệ thống thu nhận hình ảnh cho mắt trái và mắt phải hiện nay của truyền
hình 3D là thế hệ truyền hình 3D thứ nhất. Hệ thống truyền hình 3D thế hệ thứ
hai và thứ ba trong vài năm trở lại đây đang được nghiên cứu và phát triển,
nhưng để phát triển hai thế hệ này thì nó sẽ là cả một quá trình lâu dài trong
4


tương lai. Hệ thống truyền hình 3D thế hệ thứ hai là hệ thống lập thể tự động,
thế hệ thứ ba là hệ thống lập thể. Còn theo tiêu chuẩn truyền hình hiện nay tập
trung vào công nghệ truyền hình 3D thế hệ thứ nhất.
Thế hệ truyền hình 3D thứ nhất: Bản chất của giai đoạn này là sự kết hợp
của hai hình ảnh mắt trái và mắt phải, và dựa trên các góc độ quan sát khác nhau
mà mỗi mắt cảm nhận được, sau đó hai hình ảnh này được bộ não xử lý và phân
tích tạo nên chiều sâu của cảnh và để cảm thụ được hình ảnh mà truyền hình
muốn gửi tới người xem thì người xem phải dùng kính 3D chuyên dụng.
Thế hệ truyền hình 3D thứ hai: Truyền hình 3D hỗ trợ màn hình phẳngstereoscopic là lập thể tự động ( nó không yêu cầu sử dụng kính). Hệ thống này
có những hạn chế về vị trí xem và độ phân giải, nhưng thế hệ truyền hình này đã
trở nên rất phổ biến trong thị trường tiêu dùng.
Thế hệ truyền hình 3D thứ ba :Trong giai đoạn này ghi toàn bộ sóng đối
tượng hoặc trường ánh sáng, sẽ cho hình ảnh sống động, chân thực. Nhưng theo
các nhà nghiên cứu cũng phải mất rất nhiều thời gian nữa thì hệ thống này mới
có thể phát triển.
1.1.4 Phân loại màn hình 3D
Để truyền dẫn tín hiệu, các nội dung 3D được giải mã và truyền dẫn thông
qua truyền hình, điện thoại di động hoặc máy tính. Có hai cách hiển thị ảnh cơ
bản được sử dụng phổ biến hiện nay để hiển thị ảnh trên truyền hình 3D đó là
hiển thị 3D với sự hỗ trợ của kính chuyên dụng và không có sự hỗ trợ của kính
chuyên dụng .

• Hệ thống công nghệ lập thể : Hệ thống này sử dụng cặp kính chuyên dụng
để hỗ trợ, các hình ảnh thu nhận từ camera sẽ chiếu lên màn hình, lúc đó mắt trái
và mắt phải sẽ cảm nhận hình ảnh do sử dụng cặp kính. Các cặp kính này làm
việc đồng bộ với màn hình để thu nhận hình ảnh đưa tới hai mắt. Hệ thống lập
thể chia làm hai loại: Kính thụ động (kính phân cực) và kính tích cực (kính cửa
chập).
5


• Hệ thống auto-stereoscopic : gồm các loại như màn hình dạng thấu kính,
rào cản thị sai,...
• Các hệ thống khác: Dùng giản đồ giao thoa sóng ánh sáng để điều chế ánh
sáng không gian.
1.2

Khái quát kỹ thuật lập thể
Kể từ khi truyền hình HD trở thành cơn bão lớn trong thị trường truyền

hình, có thể coi như là một phần của truyền hình kỹ thuật số với độ phân giải
cao, hình ảnh và chất lượng âm thanh tốt, thì theo sau đó là một giai đoạn mới
của truyền hình độ nét cao ra đời đó là truyền hình 3D. Như vậy thông tin được
đưa đến hai mắt phụ thuộc vào thông tin khác nhau của hai góc nhìn, và sự khác
biệt này sẽ càng lớn khi vật thể càng ở gần hai mắt. Một hiệu ứng lập thể được
tạo ra bằng cách dùng một số màn lọc để đảm bảo các thông tin ở các góc nhìn
khác nhau được hiển thị đúng cho mỗi mắt. Các màn lọc này có thể là các kính
đeo mắt (như kính lọc màu, kính phân cực, hoặc kính cửa chập) hoặc phương
pháp lập thể tự động làm việc trên màn hình hiển thị..
Một trong những yếu tố quan trọng để hiển thị lập thể của một cảnh đó là vị
trí của người xem, nếu thay đổi vị trí khi xem thì chất lượng hình ảnh sẽ bị giảm
đi rất nhiều. Thị sai là khoảng cách từ mắt nhìn đến vật thể và là điểm hội tụ của

ảnh trên hoàng điểm của mắt . Để tạo ra độ sâu hình ảnh khi sử dụng thị sai thì
cần chú ý đến khả năng gây mỏi mắt cho người xem, và không phải ai cũng có
thể xem được nội dung 3D, khi xem truyền hình 3D họ có thể bị mất phương
hướng, buồn nôn, chóng mặt,...
Nhưng yêu cầu bắt buộc với truyền hình 3D hiện nay là xem truyền hình 3D
phải có kính. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, một số công ty đang thử
nghiệm sản xuất để tạo ra những dòng truyền hình 3D không cần sử dụng kính
chuyên dụng hay còn gọi là công nghệ truyền hình với khả năng hiển thị lập thể
tự động, và để hiển thị hình ảnh khác nhau cần sử dụng ống kính có dạng thấu
kính.
6


Hình 1.2 : Hiển thị truyền hình 3D sử dụng kính
Truyền hình 3D có thể xem như là truyền hình thông thường vì ngoài tính
năng phát nội dung 3D tivi còn có thể phát nội dung 2D, DVD, game,… như
vậy người xem có thể giải trí với các kênh truyền hình khác nhau từ hai chế độ
khác nhau. Do trong thời gian đầu thử nghiệm, nên khả năng chuyển đổi này vẫn
còn nhiều hạn chế về chất lượng và độ phân giải của ảnh sẽ kém hơn nhiều so
với truyền hình 3D thực thụ. Để sản xuất truyền hình 3D thì một phần tất yếu
không thể thiếu đó là kính 3D đi kèm sản phẩm tivi của hãng.
Và truyền hình 3D tại nhà không sử dụng được kính 3D phân cực, loại kính
này chỉ sử dụng để xem phim 3D tại rạp chiếu phim vì thiết bị chuyên dụng cho
mỗi sản phẩm truyền hình 3D là không tương thích với nhau. Nếu tối ưu cho
kính phân cực thì giá thành của tivi 3D sẽ cao và độ phân giải của ảnh sẽ rất
kém.
1.3

Nguyên tắc tạo hình ảnh trong truyền hình 3D
Các nội dung 3D được giải mã và cung cấp cho người xem thông qua

truyền hình, điện thoại di động hoặc máy tính. Có nhiều cách để tạo hình ảnh 3D

7


và nó phụ thuộc vào sự có mặt hoặc không có mặt của các thiết bị hỗ trợ hiển thị
ảnh.
1.3.1 Thiết bị hộ trợ hiển thị 3D

Hình 1.3 :Biểu diễn các loại kính hiển thị
1.3.1.1

Hiển thị ghép màu (Anaglyph)

Phương pháp hiển thị anaglyph sử dụng một cặp kính, một mắt kính màu đỏ
và một mắt kính màu xanh được chế tạo đặc biệt để xem các nội dung 3D. Bộ
lọc của hình ảnh trái và hình ảnh phải được thực hiện với tần số khác nhau,
thông qua các thành phần màu như màu đỏ, màu xanh lơ hoặc màu xanh lá cây
tạo ra một hỗn hợp màu hình thành nên một ảnh đơn và tạo ra một hình ảnh 3D
đầy đủ.

Hình 1.4: Hình ảnh mô tả hiển thị ghép màu
1.3.1.2

Hiển thị ghép phân cực (Polarized Multiplexed Displays)

Để hiển thị hình ảnh 3D cần có sự trợ giúp của kính phân cực để xem các
hình ảnh, loại kính này thường sử dụng để xem các hình ảnh lập thể, nó giống
8

loại kính râm thông thường. Kính loại này cho phép duy nhất một hình ảnh phân
cực tương ứng được nhìn từ mỗi mắt.

Hình 1.5: Kính phân cực giống loại kính râm thông thường
1.3.1.3

Hiển thị ghép theo thời gian (Time Multiplexed Displays )

Trong công nghệ này, những hình ảnh bên mắt trái và mắt phải được đồng
bộ với kính màn chập đang hoạt động. Các ống kính trong mỗi mắt sẽ mở và
đóng rất nhanh, đồng bộ với các hình ảnh hiển thị trên truyền hình 3D dựa trên
nguồn bức xạ hồng ngoại hoặc sóng cao tần (RF). Khi mắt phải nhận được hình
ảnh thì mắt trái sẽ bị đóng lại, hoặc ngược lại khi mắt trái nhận được hình ảnh
thì mắt phải sẽ bị đóng lại và cứ như vậy sẽ tạo nên hiệu ứng 3D. Hiển thị hình
ảnh 3D là hiển thị mỗi mắt một hình ảnh khác nhau. Khi một bộ phim 3D được
chiếu trên truyền hình, kính màn chập sẽ tự chia một hình ảnh cho mắt trái và
một hình ảnh cho hiển thị bên mắt phải , tia hồng ngoại chiếu đến sẽ giúp mắt
người tạo ra ảo giác 3D. Công nghệ 3D tích cực sử dụng kính màn trập tinh thể
lỏng chạy bằng pin. Bởi vậy truyền hình phải cung cấp ít nhất 60 khung
hình/giây cho mỗi bên mắt.
1.3.2 Hiển thị 3D không sử dụng các thiết bị hỗ trợ
1.3.2.1

Electro-hologram

Phương pháp này vẫn còn trong giai đoạn phát triển, electro-hologram là
một kỹ thuật sử dụng các tính chất của sóng ánh sáng cụ thể là biên độ, bước
sóng nhằm tái tạo lại tín hiệu ban đầu. Vì vậy, để đảm bảo cho việc hiển thị các

9


hình ảnh ban đầu đạt hiệu quả trong định dạng 3D, kỹ thuật này sẽ cung cấp cho
người xem một chương trình 3D hoàn toàn không cần phải sử dụng kính.
1.3.2.2

Hiển thị tích hợp (Volumetric Displays)

Trong màn hình tích hợp, hình ảnh 3D được chiếu trong một khối vật chất
của không gian để xác định vị trí tạo ra vùng ảnh với độ sâu nhất định. Một
phương tiện phản xạ tự phát ánh sáng hoặc ánh sáng được sử dụng để có thể
chiếm khối lượng cố định hay quét nó theo định kỳ.
1.3.2.3

Hiển thị lập thể tự động 3D (Autostereoscopic 3D Display)

Một màn hình hiển thị autosteroscopic cho phép người xem truyền hình với
một hình ảnh ba chiều mà không cần sử dụng kính đặc biệt . Trước khi giới
thiệu các khái niệm của màn hình autostereoscopic, bây giờ chúng ta sẽ thảo
luận về hệ thống kính 3D .
Để hiển thị hình ảnh 3D người xem cần phải có kính 3D để cảm nhận toàn
bộ chiều sâu của ảnh. Tuy nhiên để xem phim hay chơi game 3D thì họ sẽ không
thể làm bất cứ điều gì cùng một lúc khi họ xem. Đây là một nhược điểm lớn của
công nghệ này. Như vậy để phát triển một hệ thống mới với tính năng tương tự
như công nghệ 3D không cần sử dụng kính thì công nghệ autostereoscopic đã
được ra đời. Anil Fernando, Stewart T. Worrall và ErhanEkmekcioolu đã chỉ ra
rằng : màn hình autostereoscopic 3D tạo ra hiệu ứng 3D cho người xem mà
không cần phải sử dụng kính chuyên dụng như trong trường hợp thụ động /

hiển thị lập thể 3D tích cực. Công nghệ này không bắt buộc người xem phải đeo
những cặp kính và vì thế công nghệ hiển thị 3D autostereoscopic thu hút sự chú
ý của các nhà phát triển thiết bị điện tử như điện thoại di động, máy quay phim
kỹ thuật số…Một trong những công nghệ autosteroscopic phổ biến nhất là rào
cản thị sai và công nghệ sử dụng tấm thấu kính. Tuy nhiên, các nguyên tắc
chung của hệ thống này có thể được giải thích bằng cách sử dụng hình dạng rào
cản thị sai. Thông thường màn hình autostereoscopic 3D bao gồm rất nhiều các
góc độ xem khác nhau, nó phù hợp cho nhiều người xem cùng một lúc. Tuy
10


nhiên người xem vẫn phải điều chỉnh vị trí của mình để phù hợp với giản đồ tia
sáng chính xác hơn. Khi đó người dùng sẽ được trải nghiệm một hiệu ứng stereo
video thực tế. Có thể giải thích rằng các màn hình autostereoscopic 3D sử dụng
các thành phần quang học như các rào cản thị sai hoặc tấm thấu kính ở phía
trước của màn hình hiển thị hình ảnh để người xem không cần phải đeo kính 3D
công kềnh như trước nữa.
Trong trường hợp rào cản thị sai dựa trên hiển thị autostereoscopic 3D, một
lớp tinh thể lỏng che phủ ở bên trên màn hình LCD, nó sẽ điều khiển các tia
sáng phát ra luân phiên nhau đến mỗi mắt. Với hai chế độ ON và OFF người sử
dụng có thể thay đổi nhanh giữa chế độ xem 2D và 3D.

Hình 1.6 :Phương pháp hoạt động rào cản thị sai –công nghệ hiển thị
autostereoscopic 3D
Trong trường hợp sử dụng bộ ống kính có dạng thấu kính dựa trên sự hiển
thị autostereoscopic 3D ( lập thể tự động 3D) , một mảng của ống kính hình trụ
được đặt trên màn hình LCD để điều khiển các tia sáng từ các cột điểm ảnh thay
thế cho một vùng hiển thị xác định. Mô tả như trong trường hợp của rào cản thị
sai, trong ống kính có dạng thấu kính ánh sáng phát ra từ một mô hình điểm ảnh
phụ (sub-pixel) cụ thể. Thấu kính này sẽ điều khiển hướng lệch của ánh sáng để

cung cấp hình ảnh phụ riêng biệt cho hai mắt.
11


Hình 1.7: Phương pháp hoạt động của ống kính dạng thấu kính- công
nghệ hiển thị autostereoscopic 3D
 Nguyên tắc hiển thị Autostereoscopic
Làm thế nào để hiển thị lập thể mà không cần kính và nó cung cấp một hình
ảnh khác nhau cho mỗi mắt, nếu người sử dụng không đeo kính và không di
chuyển đầu?. Kết hợp cả hai hiển thị lập thể head-tracked và multiview nó sử
dụng cả chuyển động thị sai và lập thể thị sai để tạo ảnh 3D mà không cần kính.
Các nguyên tắc hiển thị lập thể tự động đa điểm có thể được hiểu rõ thông qua
hình sau:

12


Hình 1.8: Biểu diễn các nguyên tắc hiển thị lập thể đa điểm
Trong hình 1.8 (a): Khi người xem nhìn vào một cảnh trong thế giới thực thì
người họ sẽ thấy một hình ảnh khác nhau với mỗi mắt và hình ảnh cũng sẽ khác
nhau khi người xem di chuyển đầu của họ.
Trong hình 1.8 (b): Trong cùng một không gian xem nhưng nó đã được
phân loại thành một số hữu hạn các khe ngang. Trong mỗi khe của nó sẽ cung
cấp hai hình ảnh khác nhau đưa đến hai mắt, cho dù người xem có thay đổi vị trí
hay nghiêng đầu. Do đó nó cung cấp các hiển thị lập thể và chuyển động thị sai
theo dấu hiệu ngang. Một số hữu hạn các điểm cần thiết trong hình 1.8 (b) cho
phép thay thế các cảnh với một màn hình hiển thị 3D. Kết quả là một hình ảnh
khác nhau cho mỗi khe như thể hiện trong hình 1.8 (c).
 Các loại hiển thị lập thể tự động
Về cơ bản có 3 loại màn hình autostereo được minh họa dưới đây:

• Two- view displays
13


• Head-tracked displays (normally two-view)
• Multi- view displays
Two- view displays
Để hiển thị lập thể hai điểm bằng cách sử dụng một trong hai cách là rào cản
thị sai hay công nghệ tấm thấu kính . Trong hai hình ảnh có thể nhìn thấy, một
hình ảnh sẽ bao gồm tất cả các cột chẵn của điểm ảnh và hình ảnh còn lại sẽ bao
gồm các cột lẻ. Như vậy trong hai hình ảnh được tạo ra thì một hình ảnh thích
hợp cho mắt trái và một hình ảnh thích hợp cho mắt phải. Như thể hiện trong
hình 1.9.

Hình 1.9: Cho thấy một màn hình hiển thị hai điểm tạo ra
nhiều vùng xem
Người xem phía bên dưới xem ở đúng vị trí và có một khoảng cách lý tưởng,
phù hợp với vùng xem sẽ cho hình ảnh sắc nét, chân thực. Còn khi đứng sai vị
trí như người bên trên thì có khoảng 50% khả năng nhìn thấy ảnh không chính
xác. Bằng cách di chuyển về phía trước hoặc quay trở lại một khoảng cách lý
tưởng thì khả năng nhìn thấy hình ảnh sắc nét sẽ cao hơn. Dựa trên những mặt
hạn chế đó đã đưa ra một giải pháp autostereo( lập thể tự động) . Nó là một
trong những cách để nâng cao số điểm hay tạo lập một headtracking.
Head-tracked displays (thường là hai điểm)
14


Các nhà nghiên cứu sẽ xác định vị trí đầu của người xem để tránh hiện tượng
xem ngược ảnh và sau đó họ có thể biểu diễn hình ảnh trái và phải phù hợp với
các vùng thích (hình 1.10 a). Ngoài ra, một công nghệ hoàn toàn khác có thể

được sử dụng mà nó chỉ hiển thị hai vùng và cho phép di chuyển vị trí mà chất
lượng ảnh không thay đổi (hình 1.10b)

Hình 1.10: Biểu diễn thay đổi các vùng nhìn khi như người xem di
chuyển đầu của họ
Multi-view displays (với 3 hoặc nhiều hơn)
Như thể hiện trong hình 1.11 và hình 1.12, hiển thị nhiều hình ảnh khác
nhau cho nhiều vùng trong không gian. Ưu điểm của công nghệ này là có rất
nhiều người quan sát và họ có thể thay đổi vị trí và nghiêng đầu với các góc nhìn
khác nhau mà vẫn quan sát được hình ảnh 3D.

15


Hình 1.11: Biểu diễn 4 điểm hiển thị autostereo với 3 thùy

Hình 1.12: Biểu diễn 16 điểm hiển thị autostereo với một thùy duy nhất,
với nhiều người sử dụng
Với công nghệ hiển thị đa điểm người xem truyền hình có thể xem và cảm
nhận hình ảnh lập thể với mọi góc nhìn ở nhiều vị trí mà không làm ảnh hưởng
đến chất lượng ảnh, cho hình ảnh sống động và sắc nét như cảnh thực.

16


1.4

Cơ chế truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D

Truyền dẫn trong truyền hình 3D là bước quan trọng trong chu trình phát

sóng truyền hình 3D. Thiết bị giải mã như set- up- boxes, bộ giải mã, bộ vi xử lý
và phần mềm liên kết, kết nối và truyền tải các nội dung 3D. Các kênh truyền
hình cáp sử dụng thiết bị set – up –boxes để truyền tải và hiển thị nội dung 3D.
Theo đó, các nhà sản xuất trên toàn thế giới đang tích cực tham gia vào việc
cung cấp nội dung video 3D dựa trên các định dạng tương thích khung mà
không bị hạn chế bởi băng thông. Phát thanh truyền hình 3D trên mặt đất đòi hỏi
cơ sở hạ tầng đặc biệt trong các nền tảng hiển thị như truyền hình, điện thoại di
động hoặc máy tính để nhận được các nội dung 3D. Nội dung 3D hầu hết được
phát sóng bằng cách sử dụng định dạng kỹ thuật số MPEG-2.
Công nghệ truyền hình 3D có thể được hiểu đơn giản là hiển thị một hình
ảnh ba chiều với chiều dài, chiều rộng và chiều sâu cùng với góc độ. Truyền
hình 3D sử dụng một công nghệ biểu diễn và một màn hình hiển thị 3D , hoặc
thiết bị xem đặc biệt để đưa một chương trình truyền hình thực tế vào truyền
hình 3D.Vì vậy phát sóng các nội dung bằng cách sử dụng công nghệ 3D có thể
được gọi là phát thanh truyền hình 3D.
Cơ chế truyền hình 3D xoay quanh nguyên tắc của chiều sâu thị giác, nó
được hiểu là khả năng thu nhận và xử lý hình ảnh của bộ não con người. Cường
độ tín hiệu nhận được của các nguồn tin có thể phụ thuộc vào khả năng cảm
nhận của mắt người. Hai hình ảnh khi mắt thu nhận sẽ được cung cấp cho não để
phân tích và xử lý hình ảnh.

17