kỹ thuật truyền hình 3d

kỹ thuật truyền hình 3d kỹ thuật truyền hình 3dkỹ thuật truyền hình 3d kỹ thuật truyền hình 3dkỹ thuật truyền hình 3d kỹ thuật truyền hình 3dkỹ thuật truyền hình 3dkỹ thuật truyền hình 3dkỹ thuật truyền hình 3d

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian nghiên cứu thực hiện đồ án tốt nghiệp em đã may mắn nhận được ý kiến đánh giá góp ý của giáo viên hướng dẫn, cố gắng tìm hiểu tài liệu, dịch thuật hoàn thành đồ án Tuy nhiên, do đặc điểm kỹ thuật công nghệ, thời gian, vốn kiến thức còn hạn chế nên đề tài mới dừng ở mức nghiên cứu lý thuyết và không tránh khỏi sai sót Em rất mong nhận được sự góp ý chân thành từ thầy cô giáo và các bạn để đồ án của em được hoàn thiện hơn

Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã tạo điều kiện cho

em hoàn thành đồ án Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sự quan tâm, hướng dẫn tận

tình của thầy giáo ThS Nguyễn Đình Thạch Và không thể thiếu lời cảm ơn sâu sắc

tới gia đình em và các bạn đã luôn bên em giúp em hoàn thành đồ án này

Hải Phòng, ngày 12 tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngà

1

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là đồ án tốt nghiệp của riêng tôi và được sự hướng dẫn

của thầy giáo ThS Nguyễn Đình Thạch Nội dung và kết quả nghiên cứu là trung

thực Số liệu thống kê phục vụ cho phân tích, đánh giá nhận xét được thu thập từ các nguồn thông tin đã được ghi rõ trong mục tài liệu tham khảo Nếu phát hiện bất kỳ sự gian lận nào tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm về đồ án của mình

Hải Phòng, ngày 12 tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Thị Ngà

2

MỤC LỤC

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU 2D Two-dimensional (video/image) – 2 chiều

2DTV Two-dimensional Television – Truyền hình 2 chiều

3D Three-dimensional (video/image) – 3 chiều

3DTV Three-dimensional Television – Truyền hình 3 chiều

4kHD 4K Resolution High Definition (video) - Độ phân giải sắc

nét 3840x2160

AS3D Autostereoscopic three-dimensional (video) – Truyền hình

3D không kính

AVC Advanced Video Coding – Mã hóa video cao cấp

H3D Holoscopic 3D – Công nghệ điều chế ánh sáng không gian

HD High Definition – Độ phân giải cao

HTTP Hypertext Transport Protocol – Giao thức truyền tải siêu văn

bản

IP Internet Protocol – Giao thức mạng

IPTV Internet Protocol Television – Truyền hình giao thức mạng

Mbps Megabits Per Second – Đơn vị đo tốc độ truyền dẫn dữ liệu

MVC Multi-View Video Coding – Mã hóa/giải mã video

MST Multi-Sesion Transmission –Truyền dẫn đa phiên

MTU Maximum Transmission Unit – Đơn vị truyền tải tối đa

NAL Network Abstraction Layer

PC Personal Computer – máy tính cá nhân

SEI Supplemental Enhancement Information – Thông tin nâng cao

RTP Real-time Transport Protocol – Giao thức truyền tải thời gian

thực

TCP Transport Control Protocol – Giao thức điều khiển truyền dẫn

UDP User Datagram Protocol – Giao thức dữ liệu người dùng

Ultra-HD Ultra High Definition (television) – Truyền hình chất lượng

siêu cao

VCL Video Coding Layer – Lớp mã hóa video

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Cảm thụ 3D (a), bộ lọc anaglyph (b), kỹ thuật bộ lọc

Hình 2.7 Vấn đề với tấm lenticular là khoảng cách từ người xem

tới màn hình hiển thị Nếu người xem không ngồi ở vị trí tối ưu sẽ thu được hình ảnh méo mó gây khó chịu.

26

Hình 2.8 Nguyên tắc của phương pháp dựa trên rào cản thị sai

Hình 3.5 Đường truyền mạng LAN kết nối với dữ liệu 40

MỞ ĐẦU

Công nghệ 3D đã cải cách nhiều lĩnh vực bao gồm giải trí, y tế và thông tin liên lạc Thêm vào đó, những bộ phim 3D, trò chơi và các kênh thể thao Đến năm 2015, theo các nhà sản xuất thiết bị điện tử tiêu dùng dự đoán có 30% của tất cả các tấm hình HD tại nhà sẽ được kích hoạt 3D Cameras lập thể, một công nghệ tương đối hoàn thiện so với hệ thống 3D khác, đã đang được sử dụng để sản xuất nội dung 3D và có thể chia sẻ chúng như video 2D bằng một cú click chuột thông qua các trang web như Youtube Nhưng kỹ thuật vẫn tồn tại những thách thức, bao gồm cả việc cảm thụ với màn hình không cần kính Nội dung 3D yêu cầu phức tạp bao gồm cách mô tả và sự giải mã các định dạng nén tốt nhất, khi truyền hoặc lưu trữ, vì lượng dữ liệu tăng Lượng băng thông có sẵn và khả năng lưu trữ quyết định đến chất lượng và sự mong đợi của người dùng Vấn đề cấp bách về hệ thống 3D là khả năng chuyển giao nội dung 3D tới người tiêu dùng trên các mạng Giải pháp tối ưu hóa truyền thông 3D phải xem xét đường dẫn, tối ưu hóa truyền tải Việc tối ưu hóa cung cấp giao diện truyền hình và màn hình hiển thị có thể tăng nhu cầu về 3D trong thị trường tiêu dùng Đồ án này tập trung vào việc tối ưu hóa chất lượng trong truyền tải truyền hình 3D qua mạng internet thông qua các giao thức mạng, cung cấp các giải pháp để tối ưu hóa sự truyền tải tránh tắc nghẽn

GIỚI THIỆU

Truyền hình 3D đã thu hút được sự chú ý của công chúng trong suốt thời gian qua Trong vài năm qua, màn hình 3D đã được đưa đến nhiều gia đình Máy ảnh 3D đang phổ biến rộng rãi cho các nhà làm phim nghiệp dư và những người yêu thích tạo ra các video 3D của riêng họ Video lưu trữ các trang web như Youtube hiện nay cho phép công chúng upload và chia sẻ video 3D của họ

Tuy nhiên, vẫn còn một chặng đường dài Trước hết, các đoạn video được tạo ra yêu cầu người dùng phải đeo một chiếc mũ để cảm thụ gây cảm giác mất thoải mái khi xem quá lâu Sự truyền dẫn của video 3D đòi hỏi độ rộng băng tần cao hơn hệ 2D vì tầm nhìn tăng thêm Nhưng đến nay nhiều màn hình hấp dẫn đang xuất hiện trên thị trường, bao gồm cả 4kHD và Ultra-HD Những màn hình này cung cấp ít nhất gấp 4 lần độ nét chất lượng cao hiện nay Đáng chú ý là mẫu thử nghiệm xuất hiện trong ngày khai màn CES 2015 được Samsung coi là sản phẩm 8K màn hình 3D lớn nhất Thế Giới gây sốt thu hút nhiều khách tham quan

Internet, với sự gia tăng độ rộng băng tần và tốc độ, đã thay đổi thói quen xem của người dân Họ muốn xem những gì họ muốn thay vì phải chờ đợi để biết lịch phát sóng Nội dung này thường được gọi là truyền hình theo yêu cầu Hầu hết các đài truyền hình bây giờ có yêu cầu riêng, tùy chọn yêu cầu trực tuyến có sẵn, chẳng hạn như iPlayer, BBC, HBO, ESPN Sự thay đổi này đã được phản ánh trong TVs thông minh mới có đi kèm với kết nối internet

Đối với các video 3D để có thể cạnh tranh phải có khả năng cung cấp nhiều lợi thế Truyền hình 3D phải cung cấp kính miễn phí và cảm thụ một cách thoải mái Truyền hình đa hiển thị với màn hình lập thể có thể là một giải pháp tiềm năng, nếu theo đà này thì thật dễ dàng và đơn giản, các nội dung không quá phức tạp và tốn kém Nghiên cứu này tập trung vào việc tối ưu hóa chất lượng trong các video 3D trên mạng internet Nghiên cứu phân tích các hệ thống video 3D khác nhau hiện đang có sẵn và được nghiên cứu Nó khám phá ra hầu hết kỹ

thuật hứa hẹn nhất về video 3D đa hiển thị từ góc độ nén, truyền tải và hiển thị Các đường dẫn hoàn chỉnh, được thể hiện trong hình 1.1, được coi là giải pháp cho những video 3D tối ưu hóa Từ việc lựa chọn các mã lệnh và phương pháp truyền dẫn đúng để giảm số lượng camera cần thiết cho việc bắt hình ảnh truyền hình 3D

Hình 1: Đường truyền dữ liệu truyền hình 3D

Trong giai đoạn quay video, thách thức phức tạp nhất là việc thiết lập của máy ảnh tỷ lệ thuận trực tiếp với số lượng camera cần thiết và các thách thức ở giai đoạn nén khi có một lượng lớn dữ liệu cần mã hóa Các giải pháp trình bày trong đồ án cho hai giai đoạn này là việc sử dụng các kỹ thuật dựng hình ảo để giảm số lượng các camera Điều này ảnh hưởng trực tiếp đến giai đoạn nén, giúp tăng hiệu quả của việc mã hóa truyền hình đa hiển thị

Lỗi truyền dẫn trong một cảnh của video đa hiển thị lan truyền cho một cảnh khác gây ảnh hưởng tới chất lượng video Một trong những giải pháp được trình bày trong đồ án là sử dụng truyền dẫn đa phiên để có sai sót chỉ trong một phạm vi có thể dễ dàng phục hồi hoặc làm ảnh hưởng không đáng kể đến chất lượng video Giải pháp này đã được bổ sung bởi các nghiên cứu về kích thước gói tin trong tắc nghẽn mạng không dây

Mục đích và mục tiêu của nghiên cứu:

• Giới thiệu chung về hệ thống 3D

• Khảo sát tình trạng của hệ thống và cung cấp cho người dùng trải nghiệm chất lượng

• Hiểu được những thách thức trong truyền hình 3D và có giải pháp giải quyết chúng

• Nghiên cứu truyền dẫn của truyền hình 3D trên mạng internet và cung cấp các giải pháp có thể cải thiện được hệ thống truyền dẫn

Nội dung chính của đồ án:

Chương I: Tổng quan về truyền hình 3D Chương này bắt đầu với việc cung cấp

về cách 3D được thụ cảm và các kỹ thuật khác nhau được sử dụng để mô tả cho truyền hình 3D Sau đó giải thích chế độ kỹ thuật tiên tiến trong màn hình 3D, bao gồm cả những màn hình hiện đang được nghiên cứu Sau đó thảo luận về việc truyền tải truyền hình 3D và những thách thức mà hệ thống truyền hình 3D đang đối mặt đã được thảo luận

Chương II: Các công nghệ tái tạo hình ảnh 3D tạo hiệu ứng đẹp, hiển thị trước

mắt người xem giống như những hình ảnh thật 100% được ứng dụng rộng rãi trên Thế Giới trong các chương trình nghệ thuật, thuyết trình, quảng cáo,… cho người xem thêm nhiều trải nghiệm thú vị

Chương III: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D qua mạng internet Thảo luận

về truyền hình 3D qua internet thông qua giao thức mạng HTTP sử dụng các mạng mô phỏng Truyền hình 3D đã được giới thiệu và những lợi thế của việc

sử dụng giao thức mạng HTTP đã được thảo luận Sự thay đổi các gói ứng dụng

để truyền tải video đa hiển thị trên HTTP sử dụng gói biến đổi kích thước Các kích thước gói tin khác nhau đang được thử nghiệm và phát hiện ra 64KB là kích thước phân đoạn tối ưu Tiếp tục điều tra việc truyền tải của các video đa

hiển thị giao thức truyền dẫn trên thời gian thực (Over Real-Time Transmission Protocol) (RTP) Đóng góp quan trọng của chương này là nghiên cứu về ảnh

hưởng của lỗi truyền dẫn trên truyền hình mã hóa đa điểm là giải pháp sử dụng truyền dẫn đa phiên (MST) được đề xuất để giảm ảnh hưởng của các lỗi trên chuỗi bit được mã hóa, ảnh hưởng của tắc nghẽn mạng và cách khắc phục

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 3D

1.1 Giới thiệu

Công nghệ 3D đã cải cách nhiều lĩnh vực bao gồm giải trí, y tế và thông tin liên lạc Ngoài những bộ phim 3D, trò chơi và các kênh thể thao Nhưng những thách thức kỹ thuật vẫn tồn tại như với công nghệ đa hiển thị không dùng kính

(Multi-view Autostereoscopic) và màn hình truyền hình holographic Vấn đề cấp

bách nhất nhận được từ người tiêu dùng hệ thống 3D là khả năng cung cấp nội dung 3D để hiển thị trên internet Chương này đưa ra các cảnh 3D bằng cách giới thiệu cho thấy làm thế nào nó được biểu diễn, lưu trữ, truyền tải và các loại khác nhau của màn hình có thể được sử dụng cũng như cách thức cần được giải quyết

Khái niệm 3D không phải là mới Ngay từ năm 300 trước công nguyên, Euclid đã phát hiện ra rằng con người xem hình ảnh có chút khác nhau cùng một đối tượng với mỗi mắt Thế kỷ XI toán học AI-Hazen cũng giải thích các khái niệm về 3D trong cuốn sách của ông về quang học Từ đó đã có sự phát triển dần dần với nghiên cứu 3D trong những năm qua cho đến ngày hôm nay Hiện nay, các bộ phim 3D trong rạp chiếu phim lớn hơn bao giờ hết, các kênh thể thao 3D trên truyền hình vệ tinh và video trực tuyến có sẵn Sự phát triển của công nghệ xử lý video được thúc đẩy bởi những tiến bộ trong công nghệ và khả năng phát nội dung đáp ứng nhu cầu người sử dụng Các quá trình phát triển bắt đầu với truyền hình analog và hiện đang ở giai đoạn TV thông minh kết hợp giao thức mạng HDTV, IPTV và trong một số màn hình 3DTV 4K HDTV và đặc biệt

là 8K màn hình 3D lớn nhất là giai đoạn tiếp nối tiến triển TV màn hình phẳng Trong 3DTV các công nghệ nổi bật nhất trong sử dụng là màn hình 3D lập thể

TV thông minh không chỉ hỗ trợ cải thiện hiệu suất về màn hình hiển thị,

mà còn hiệu quả hơn trong tiêu thụ điện năng, đi kèm với một số lượng lớn bộ nhớ Mong đợi từ truyền hình 3D với 3 điểm theo yêu cầu: góc nhìn tương tác thay đổi, chất lượng độ nét cao, di động và liền mạch 2D để chuyển đổi 3D Vì

vậy, bắt buộc bất kỳ hệ thống truyền thông 3D phải đáp ứng được những kỳ vọng

Chương này thảo luận về những đánh giá trực quan tạo ra 3D hiển thị hiện đang có sẵn và đang được nghiên cứu Cuối cùng là những thách thức trong các đường truyền dẫn tín hiệu truyền hình 3D

1.2 Nguyên tắc cơ bản của công nghệ 3D

Công nghệ 3D yêu cầu sự cảm thụ đồng thời đôi mắt và não, gọi chung là hệ thống thị giác của con người (HVS) Chúng làm việc với nhau để nhận được các tia sáng và hiểu được hình ảnh Con người cảm nhận 3D trong 2 cách khác nhau: thông qua thị sai hai mắt nơi chúng ta có góc nhìn khác nhau của cùng một đối tượng thông qua đôi mắt Cách khác là chuyển động sai, nhìn thấy một góc khác nhau của cùng một đối tượng bằng cách di chuyển đầu hoặc các chuyển động của các đối tượng Kỹ thuật được phát hiện sớm nhất từ thế kỷ 19 bởi Wheatstone năm 1838 và Helmholtz năm 1866 Wheatstone đã làm rõ đc kính nổi, ý thức sâu sắc độc đáo được sản xuất bởi sự chênh lệch võng mạc qua việc xây dựng một kính nhìn nổi đơn giản từ gương

Wheatstone đã nghiên cứu bằng cách sử dụng kính nhìn nổi, là màn hình 3D đầu tiên trên Thế Giới Hình ảnh thu được từ mỗi mắt là khác nhau được bắt bằng máy ảnh giống hệt nhau với khoảng cách trung bình giữa 2 mắt là 65mm Hai hình ảnh hợp nhất trong vỏ não và thị giác cho tầm nhìn 3 chiều Các kỹ thuật được sử dụng để đưa ra các hình ảnh khác nhau với phạm vi mắt từ việc đeo kính để tránh các rào cản từ màn hình

1.2.1 Cảm thụ 3D thông qua kính.

Các kỹ thuật 3D thường được sử dụng nhất là kính anaglyph, phân cực và phân chia thời gian Kính anaglyph sử dụng mã hóa màu chiếu hình ảnh Phương pháp thứ hai thường được sử dụng nhất hiện nay là kính phân cực

a Công nghệ các kính cửa chập (Shutter glasses).

Công nghệ 3D mà một số hãng như Panasonic, Sony thường hay sử dụng nhất hiện nay và trong tương lai gần là công nghệ các kính cửa chập Về cơ bản

đó là cặp kính thực hiện ngăn cách luân phiên mắt trái và mắt phải trong khi TV phát các ảnh riêng rẽ cho mỗi mắt, từ đó tạo nên ảnh 3D trong tâm trí của người xem.

Nguyên tắc làm việc của công nghệ các kính cửa chập là: Tín hiệu video của TV lưu ảnh cho mắt trái trên các field chẵn, và các ảnh cho mắt phải trên các field lẻ của nó Bản thân TV được đồng bộ với các kính cửa chập thông qua công nghệ tia hồng ngoại (infra-red) hoặc công nghệ sóng cao tần (RF) Các kính cửa chập có chứa tính thể lỏng và bộ lọc phân cực Khi nhận được tín hiệu đồng bộ thích hợp từ TV từng mắt kính sẽ bị đóng (bị làm mờ tối) hoặc mở (được trở thành trong suốt) làm cho mắt trái sẽ chỉ nhìn thấy ảnh trên field chẵn, mắt phải sẽ chỉ nhìn thấy ảnh trên field lẻ của tín hiệu video Điều này có nghĩa rằng ở mỗi thời điểm chỉ có một mắt nhìn thấy một ảnh Bằng việc xem 2 ảnh từ các hướng ứng với 2 mắt khác nhau, ảnh 3D sẽ được cấu tạo lại bởi não bộ

Ưu điểm của phương pháp này là phụ thuộc vào tần số khung được sử dụng, có thể sử dụng màn hình HD để xem nội dung 3D HD mà không cần cải biên gì

Nhược điểm của công nghệ này là do sự đóng mở (chớp) nhanh của các cửa chập ánh sáng lọt vào mắt sẽ yếu hơn làm cho ảnh dường như tối hơn Đồng thời giá thành của cặp kính cao và phải nạp điện

b Công nghệ các kính phân cực thụ động.

Về cơ bản các kính phân cực là các kính râm bình thường, được sử dụng cho xem 3D lập thể từ trước tới nay Chúng cũng là loại kính 3D thông dụng nhất hiện đang được sử dụng trong các rạp chiếu bóng Cũng giống như các kính cửa chập, các kính phân cực dùng các thấu kính để chỉ ra các ảnh khác nhau cho mỗi mắt, làm cho não cấu trúc thành ảnh 3D cho người xem

Kính 3D phân cực làm việc như sau: Để cho kính phân cực làm việc phim cần xem phải được quay khi dùng 2 camera, hoặc dùng 1 camera đơn với 2 ống kính Khi chiếu thì phải dùng 3 máy chiếu trái và phải, gắn với các bộ lọc phân cực trên các ống kính và sau đó chiếu đồng thời phim trên cùng một màn ảnh

Bộ lọc phân cực định hướng các ảnh từ máy chiếu bên trái theo 1 mặt phẳng (ví

dụ mặt phẳng đứng), còn bộ lọc trên máy chiếu bên phải thì định hướng các ảnh của nó theo mặt phẳng vuông góc với mặt phẳng trên (tức là mặt phẳng ngang).Các cặp mắt kính mà người xem đeo khi ngồi xem là các kính chuyên dụng, được trang bị thấu kính phân cực khác nhau Các thấu kính trái của cặp kính được sắp trong cùng một mặt phẳng đứng, có nghĩa là cùng với mặt phẳng của các hình ảnh mà máy chiếu trái phát ra, tức ứng với các dòng chẵn Tình hình tương tự như vậy đối với các thấu kính phải của cặp kính Như vậy mắt trái của người xem chỉ nhìn thấy các hình ảnh trên màn được chiếu ra từ máy chiếu bên trái, còn mắt phải của người xem chỉ nhìn thấy các hình ảnh trên màn được chiếu ra từ máy chiếu phải Vì cả hai hình ảnh được thu nhận từ hai góc khác nhau trên não bộ của người xem sẽ tổng hợp thành một ảnh 3D đơn

Nếu phân cực tròn trái và tròn phải được sử dụng thì ảnh vẫn giữ được hiệu ứng 3D của nó khi người xem nghiêng đầu Về thực chất thì mỗi mắt của người xem chỉ nhìn thấy một nửa của ảnh toàn phần Ưu điểm của phương pháp này là chỉ cần một kênh truyền hình đơn là có thể tải tín hiệu 3D và cặp kính xem thì không đắt Nhược điểm là màn hình phải được gắn các bộ lọc phân cực trên đó, làm tăng đáng kể giá thành Việc xem video 2D bình thường, không dùng cặp kính, trên các màn hình này thì không bị ảnh hưởng bởi các bộ lọc phân cực Một nhược điểm khác của công nghệ này là, cũng như các cặp kính cửa chập, cường độ ánh sáng tới được mắt người sẽ bị giảm

Như vậy chúng ta thấy nhược điểm lớn nhất của công nghệ 3DTV lập thể là yêu cầu người sử dụng phải mang kính hoặc thiết bị chuyên dụng để xem Điều này là không thuận tiện và khó chịu, gây mỏi mắt Ngoài ra, khi không có kính thì không thể sử dụng nội dung 3D bất kỳ Màn hình phải được hiệu chuẩn để làm việc với 3D, và khi không có kính thì cũng có nghĩa là các ảnh xem được sẽ

bị méo Điều này dẫn đến việc chuyển sang lựa chọn giải pháp 3DTV không cần dùng kính

(a) (b)

Hình 1.1: Cảm thụ 3D (a), bộ lọc anaglyph (b), kỹ thuật bộ lọc phân cực

Hình 1.2: Kỹ thuật phân chia thời gian để hiển thị truyền hình 3D

thống này lần đầu tiên được giới thệu bởi Stephen Benton trong 1970s người có tầm nhìn tinh tế của màn hình 3D bởi Gabriel Lippmann năm 1908

Công nghệ dùng các thấu kính dạng hình trụ nhỏ xíu gọi là các lenticular Các lenticule này được dán thành mạng trên một phiến trong suốt Sau đó các phiến này được dán lên bề mặt màn hình TV Do vậy khi người xem xem các ảnh thì các ảnh đó được phóng to bởi thấu kính hình trụ Nhược điểm của công

nghệ này là phụ thuộc rất nhiều vào vị trí bạn ngồi so với màn hình đòi hỏi vị trí xem tốt Lệch đi dù chỉ một ít sẽ làm ảnh TV được thụ cảm như méo đi Phụ thuộc vào số lenticule và tần số quét của màn có thể sẽ có nhiều vị trí xem tốt.

Công nghệ rào chắn thị sai (parallax barrier) là một phương pháp chính xác cho phép xuất ảnh auto-sterescopic Công nghệ này đang được nhiều công

ty như Sharp, LG,…thực hiện vì nó là một trong những công nghệ thân thiện nhất với khách hàng và cũng là công nghệ duy nhất cho phép xem 2D thông

thường Parallax barrier là một lưới tinh thể lỏng đặt ở phía trước màn hình với

những kẽ hở tương ứng với những cột pixel nhất định của màn TFT Các vị trí này được cắt để cho phép truyền các ảnh luân phiên tới mỗi mắt người xem khi ngồi ở vị trí tối ưu Khi một điện áp thấp được đặt vào parallax barrier các khe

hở sẽ hướng ánh sáng từ mỗi ảnh tới mắt trái và phải khác nhau một ít, do vậy tạo hình dung độ sâu và ảnh 3D trong não Ưu điểm của công nghệ này là có thể đóng mở rào chắn thị sai dễ dàng, theo các hãng sản xuất máy thu hình 3D loại này là chỉ cần dùng một phím nhấn (button) trên điều khiển là xong Do đó cho phép máy thu hình có thể được sử dụng cho cả xem 2D và 3D Nhược điểm là

để thụ cảm 3D tối ưu thì cần chọn vị trí xem tốt

Hình 1.3: Ánh sáng truyền tới mắt trong kỹ thuật không kính: tấm lenticular (a), rào cản thị sai (b)

1.3 Mô hình hóa video 3D

Có 3 sự mô tả định dạng cụ thể là độ phân giải đầy đủ, khung có độ phân

giải tương thích và thể hiện trên cơ sở chiều sâu.

1.3.1 Độ phân giải lớn

Các đoạn video độ phân giải HD lớn, thường là 1920x1080 tương ứng với

2 triệu điểm ảnh (2 megapixel) hoặc 1280x720, để bắt đầu hiển thị tất cả với 2 hiển thị lập thể cho cái nhìn đa chiều Các định dạng độ phân giải đầy đủ cho ra kết quả chất lượng tốt nhất giúp tiết kiệm được độ rộng băng tần và lưu trữ

Tuy nhiên với độ phân giải lớn hơn nữa, độ phân giải mở ra kỉ nguyên mới kế tiếp nội dung và hình ảnh có độ nét cao là 4K hay còn được gọi là Ultra-HD Số điểm ảnh đã lên đến 8 triệu tức gấp 4 lần Full-HD, hứa hẹn đem lại những trải nghiệm cao cấp, sắc nét hơn hẳn Ultra-HD đã được ủy ban truyền thông quốc tế (ITU) và hiệp hội điện tử tiêu dùng Hoa Kỳ (CEA) chấp thuận làm tên thương mại cho 4K Đây sẽ là độ phân giải tiêu chuẩn dùng cho sản phẩm tiêu dùng Để được dán nhãn Ultra-HD các sản phẩm phải có ít nhất một đầu vào tín hiệu hỗ trợ truyền video gốc ở độ phân giải 3840x2160 (8,3 megapixel) Với màn hình hoặc máy chiếu thiết bị phải có từ 8 triệu pixel hiệu dụng trở lên với chiều ngang tối thiểu là 3840 pixel, chiều dọc ít nhất là 2160 pixel Lợi ích thu được từ 4K là thu được những hình ảnh sắc nét và rõ ràng, các pixel trên màn hình nhỏ lại, chữ và các chi tiết ảnh được hiển thị tốt hơn, cho nhiều trải nghiệm thú vị hơn Tuy nhiên khả năng thu nhận điểm ảnh của mắt người phụ thuộc vào khoảng cách từ vị trí người xem đến màn hình Dựa vào hình 2.4 thấy rằng 4K chỉ có lợi khi ở vùng màu xanh lá cây và khoảng cách xem từ 1,5 - 5m, màu xanh càng lớn thì lợi ích thu được càng nhiều Chỉ khi nào đạt được yêu cầu này mới cho người dùng trải nghiệm 4K thực sự tốt, còn nếu không sẽ tương ứng thưởng thức chất lượng màn hình 720p hay 1080p

Hình 1.4: Kích thước màn hình/khoảng cách

Thêm vào đó, truyền hình 3D cũng thu được rất nhiều lợi ích khi sử dụng

độ phân giải 4K Khi TV 3D áp dụng 4K, hình ảnh 3D sử dụng qua kính phân cực thụ động sẽ cắt thành hai hình ảnh Full-HP tương ứng hai mắt để tạo hiệu ứng nổi, nhận được độ phân giải 1080p cho mỗi mắt

Theo thống kê của bộ thông tin và truyền thông (itcnews): “ Ở thời điểm hiện tại giá bán của các TV 4K giảm đi rất nhiều so với thời điểm mới ra nắt Tại thị trường Việt Nam, nhiều mẫu TV 4K có giá bán còn dưới 15 triệu cho kích cỡ màn hình trên 40 inch Trong vòng 2 năm (từ 2014 – 2015) các TV 4K

đã đạt được sự phát triển vượt bậc Theo số liệu nghiên cứu từ HIS, năm 2014 doanh thu của TV màn hình 4K trên toàn cầu đạt 9.2 tỷ USD Trong đó, doanh thu của TV 4K đạt 8.8 tỷ USD Dự kiến năm 2015 doanh thu tăng tới 94% so với năm trước và đạt 18 tỷ USD trong năm tài chính Hãng Sharp dự đoán thị trường màn hình độ phân giải cao 4K có thể sẽ đạt con số 52 tỷ USD doanh thu

vào năm 2020.”

Định dạng Độ phân giải Tỉ lệ Số điểm ảnh

4K Ultra high definition 3840 x 2160 1.78:1 8,294,400 Digital Cinema Initiatives 4K 4096 x 2160 1.90:1 8,847,360

là con số khủng khiếp Với 8K FullDome thì độ phân giải sẽ lên tới 67 Megapixel

Theo thông tin của bộ thông tin và truyền thông (itcnews):“Độ phân giải 8K đã từng được nhắc đến vào năm 2013 khi Astro Design công bố chiếc máy quay AH-4800 có khả năng quay phim độ phân giải 8K vào ngày 6/4/2013 Đến CES 2015 diễn ra đầu năm nay, các nhà sản xuất TV như LG, Samsung, Panasonic, Sharp đã bắt đầu nhắc đến độ phân giải siêu nét này và bước đầu mang đến triển lãm này các bản thử đầu tiên Về phía Samsung tại CES 2015 ra mắt các TV 8K (lúc này vẫn mang tên SUHD TV) Ở các đoạn trình chiếu demo, mẫu TV có kích cỡ màn hình 110 inch có khả năng trình chiếu hình ảnh có độ phân giải 8K ở chế độ hình ảnh 2D Nhưng khi trình chiếu 3D hình ảnh chỉ đạt

độ phân giải 4K như thông thường Và dù trên thực tế TV 4K mới chỉ đang là một trong những lựa chọn của nhiều người tiêu dùng Nhất là ở các nước có nền kinh tế đang phát triển như Việt Nam Nhưng nhiều nhà nghiên cứu đưa ra dự đoán, rất có thể độ phân giải 8K sẽ phổ biến vào cuối thập kỷ này Tức là chỉ

khoảng 3,4 năm nữa, các TV và camera có độ phân giải 8K sẽ được giới thiệu đến người dùng và trở nên phổ biến hơn.”

1.3.2 Mô hình hóa các khung tương thích

Trong truyền hình đa chiều 3D, các góc nhìn trái và phải đã được lấy mẫu

và chèn vào trong khung đơn hoặc các khung nối tiếp Việc ghép kênh làm giảm

số lượng dữ liệu tận dụng được lợi thế của cơ sở hạ tầng hiện có để phát sóng Mẫu sẵn có có thể được thực hiện theo chiều ngang hoặc định dạng bàn cờ hoặc

bộ ghép kênh theo thời gian (Hình 2.5)

Hình 1.5: Đại diện cảnh trái-phải (a), Cảnh đầu-cuối (b), Kết quả hỗn hợp (c), Định dạng bàn cờ (d), Horizontal Interlacing (e), Vertical Interlacing (f),

Sự phân chia thời gian (g).

Sự thể hiện của các khung tương thích sử dụng các bộ mã hóa/giải mã và các kênh truyền giúp nó trở thành một giải pháp lý tưởng cho việc triển khai cơ

sở hạ tầng nhanh hơn giúp giảm chi phí chất lượng độ phân giải trong không gian và thời gian

1.4 Các định dạng nén trong truyền hình 3D

Các định dạng 3D đã được trình bày ở trên có thể được nén bằng các phương pháp khác nhau Đôi khi các định dạng làm giảm sự lựa chọn nén nhưng trong một vài trường hợp, các kỹ thuật nén sau đây áp dụng cho tất cả các ứng

1.4.1 Simulcast (Gửi hai tín hiệu ảnh trái – phải)

Trong Simulcast, mỗi điểm được mã hóa độc lập Nó giúp giữ cho các yêu cầu tính toán giảm trong khi mã hóa/giải mã Tuy nhiên, số lượng dữ liệu được lưu trữ và truyền đi sẽ tăng lên tương ứng tùy thuộc vào số lượt xem Cách duy nhất để giảm các dữ liệu là mã hóa một trong những cảnh với chất lượng thấp hoặc độ phân giải nhỏ hơn như đã mô tả Sự khác biệt quan trọng trong định dạng nén Simulcast là mỗi cảnh được mã hóa một cách độc lập, do đó có thể được truyền mà không ảnh hưởng tới cảnh khác

Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng cao nhưng nhược điểm quan trọng là cần tốc độ bít lớn Để khắc phục có thể mã hóa các dòng truyền theo

chuẩn AVC MVC (Multi-view Codec-Multi Video coding), khi tận dụng sự khác

nhau không nhiều của các hình ảnh mắt trái và phải Khi đó độ lợi về băng thông

so với phương pháp Simulcast thông thường có thể đạt 20%

Hình 1.6: Ví dụ mã hóa đồng thời sử dụng chuẩn H.264/MVC

1.4.2 Mã hóa khung tương thích với gói tin SEI

SEI (Supplemental Enhancement Information), trong chuẩn H.264/AVC

truyền dẫn với truyền hình khung tương thích để sắp xếp các gói tin Nó giúp các bộ giải mã xác định được thứ tự của các hình ảnh, nhân rộng yêu cầu, chuyển đổi định dạng màu khi cần thiết Các thiết bị có thể được báo hiệu qua thông điệp SEI của các định dạng khung tương thích thông qua hỗ trợ giao diện

đa phương tiện phân giải cao (High Definition Multimedia Interface – HDMI là

một chuẩn kết nối kỹ thuật số có khả năng truyền tải video HD cũng như âm thanh chất lượng cao trên cùng một sợi cáp) Kỹ thuật nén này có các lợi ích từ việc giảm số lượng dữ liệu

Hình 1.7: Ví dụ về mã hóa khung tương thích với định dạng tin nhắn SEI sử

dụng định dạng bàn cờ và chuẩn mã H.264/AVC

1.4.3 Chuẩn mã hóa H.264/MVC

Mục đích của nén video là giảm số bit khi lưu trữ và truyền bằng cách loại

bỏ lượng thông tin các cảnh dư thừa về không gian và thời gian trong từng frame

và sử dụng kỹ thuật mã hóa nhằm tối thiểu hóa thông tin quan trọng cần lưu trữ hoặc truyền tải duy trì chất lượng dịch vụ Sau khi được số hóa sẽ được nén lại

Việc mở rộng MVC từ chuẩn mã hóa/giải mã (H.246/AVC-Advanced Video Coding) là một định dạng video đang được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay để

ghi, nén và chia sẻ video có độ phân giải cao H.264/MVC có khả năng cung cấp chất lượng video cao ở tốc độ bit thấp, có thể làm việc tốt trên nhiều kiểu mạng, mạng gói RTP/IP, thời gian truyền thấp hơn nên chi phí truyền dẫn thấp Bên cạnh đó H.264/MVC còn có nhiều lợi ích:

• Hiệu quả nén gấp đôi, hình ảnh chất lượng cao và đặc biệt là giảm được dung lượng lưu trữ cần thiết

• Cho phép truyền nhiều nội dung hơn trên hệ thống có sẵn với tốc độ bit thấp

• Chi phí truyến dẫn thấp hơn do thời gian truyền giảm 1 nửa

• Chi phí triển khai thấp hơn.

Lượng băng thông yêu cầu với chuẩn nén H.264/MVC: độ nét tiêu chuẩn 4Mbps) và độ nét cao (8-10 Mbps)

(2-1.5 Truyền tải truyền hình 3D qua mạng internet

Truyền tải video không phải là một khái niệm mới Sự thành công của các trang web như youtube chứng minh nhu cầu tiêu thụ video Nhu cầu về video 3D ngày càng tăng, mỗi hệ thống phân phối phải tìm các giải pháp phù hợp để

xử lý sự gia tăng trong việc truyền dữ liệu Phần này tìm hiểu sự khác nhau kênh truyền dẫn Truyền tải các video 3D trên internet phải đối mặt với những thách thức khác nhau Băng thông là một trong những mối quan tâm lớn nhất cho đến nay, từ có dây (Ethernet) đến không dây (4G), mỗi loại có một sự khác biệt Hình ảnh nén được cung cấp bởi H.246 có nguồn gốc từ phần mềm giải nén, âm thanh nén thông qua một phần mềm giải nén cơ bản và sau đó đóng gói trong một luồng truyền tải MPEG hoặc các gói thông tin RTP hoặc gói Flash Video cho truyền hình trực tiếp hay đường truyền video theo yêu cầu H.246/MPEG4 AVC thường được sử dụng cho đường truyền internet dựa trên tiêu chuẩn tốc độ cao, những đường truyền internet tốc độ cao Có một loạt các giao thức có thể được sử dụng để truyền video 3D trên internet như RTP, HTTP, UDP

Các giao thức của internet cung cấp các lợi thế đáng kể bao gồm tính năng tích hợp với các dịch vụ phân bố truyền hình với các dịch vụ khác dựa trên địa chỉ IP như truy cập internet tốc độ cao và thiết bị dùng để truyền giọng nói trên giao thức IP

Bên cạnh đó IPTV vẫn còn những mặt hạn chế như rất dễ bị hư hỏng khi mất thông tin hoặc bị trì hoãn nếu dữ liệu truyền tải không đáng tin cậy Đường truyền IPTV thông qua kết nối không dây tại mỗi nhà đã cho thấy sự rắc rối Không phải do giới hạn lưu lượng tải mà do vấn đề truyền tải trên nhiều kênh và phản xạ của tín hiệu RF mang theo các gói dữ liệu IP

1.6 Kết luận

Tổng quan về những tiến bộ kỹ thuật trong truyền hình 3D được trình bày

trong chương này Thách thức lớn nhất là để tối ưu hóa truyền tải và hiển thị qua internet Các định dạng nén video 3D đã được giới thiệu, kỹ thuật nén tốt nhất, cung cấp giải pháp tối ưu nhất.

Truyền tải các video 3D đã được thảo luận Kỹ thuật truyền dẫn được sử dụng trong 3DTV phát sóng Truyền dẫn video 3D qua internet được giới thiệu

và các phương thức truyền dẫn ngắn gọn Các chương tiếp theo trình bày về các công nghệ tái tạo hình ảnh 3D cho người xem nhiều trải nghiệm vô cùng thú vị

CHƯƠNG II: CÁC CÔNG NGHỆ TÁI TẠO HÌNH ẢNH 3D2.1 Màn hình 3D

Các nhà sản xuất màn hình 3D không ngừng cố gắng để sản xuất màn hình 3D thực tế Hầu hết các màn hình hiện nay trong sản xuất là truyền hình nổi với kính cửa chập Qua tìm hiểu thu được về thị trường màn hình 3D cho thấy sản phẩm phổ biến nhất trên thị trường Anh là màn hình TV LED thông minh của Sony Bravia, Samsung, LG và Panasonic Tất cả đều kèm theo một số lượng kính miễn phí khác nhau Sony và LG cung cấp kính cửa chập (shutter glasses-kính phân cực tích cực), Samsung và Panasonic cung cấp kính phân cực thụ động Với màn hình Auto-Sterescopic vẫn còn hiếm và là một sản phẩm mới lạ nhưng vẫn được cung cấp nếu người tiêu dùng có nhu cầu Toshiba, Sony, Aliscopy và Philips có sẵn TV Auto-Sterescopic để bán mặc dù có chi phí rất cao Một số nhà sản xuất như Qosimo F755 của Toshiba cũng sử dụng Auto-Sterescopic ở các màn hình máy tính xách tay

2.1.1 Màn hình lập thể

Màn hình lập thể sử dụng một trong những kỹ thuật tiêu biểu để mô tả 3D Đòi hỏi người xem phải đeo kính chuyên dụng để ảnh thu được bên mắt trái và mắt phải cảm nhận được chiều sâu Các loại kính như kính cửa chập (kính phân cực tích cực) và kính phân cực thụ động đảm bảo người xem chỉ thu được hình ảnh bên mắt trái với mắt trái và hình ảnh bên mắt phải với mắt phải

Phương pháp hiển thị Anaglyph sử dụng phương pháp ghép kênh màu để kết hợp Các cặp màu được sử dụng phổ biến nhất là màu đỏ và màu xanh, màu

đỏ và màu xanh lá cây, màu đỏ và màu lục lam, xanh hổ phách và màu xanh đậm Do việc sử dụng các màu để phân biệt ảnh hưởng đến màu sắc tự nhiên của hình ảnh Kết quả là có thể làm cho mắt mệt mỏi

Hình 2.1: Kết hợp cảnh trái – phải trong hiển thị anaglyph

Hình 2.2: Một loạt các kính anaglyph khác nhau

2.1.2 Thiết bị xem 3D cá nhân bộ hiển thị gắn đầu (head mounted 3D

âm đối thoại, âm nhạc và hiệu ứng một cách chính xác Công nghệ 60GHz mới cho phép truyền tải không dây cực nhanh tất cả các tín hiệu video và âm thanh