CHƯƠNG 2. NGHIÊN C Ứ U CÔNG NGH Ệ TRUY Ề N HÌNH 3 CHI Ề U (3DTV)
2.4.9. Các t ổ chức chuẩn hóa khác
Phần này đưa ra một khảo sát ngắn về các ủng hộ công nghiệp và các hoạt động hỗ trợ 3DTV.
2.4.9.1. Hiệp hội 3D@Home.
Gần đây (năm 2008) Hiệp hội 3D@Home đã được hình thành với nhiệm vụ tăng tốc việc thương mại hóa 3D tới từng nhà trên toàn thế giới và cung cấp trải nghiệm tốt nhất cho người xem bằng cách phát triển các chuẩn, lộ trình, và đào tạo cho toàn bộ nền công nghiệp 3D – từ nội dung, phần cứng và các nhà cung cấp phần mềm tới người tiêu dùng.
2.4.9.2. Hiệp hội 3D (3DC).
Hiệp hội 3D (3DC) có mục đích là phát triển các thiết bị hiển thị 3D lập thể và tăng mức độ chấp nhận của thị trường, xúc tiến mở rộng việc sản xuất các nội dung 3D, cải thiện việc phân phối, và đóng góp vào việc mở rộng và phát triển thị trường 3D. Hiệp hội này được thiết lập ở Nhật Bản trong năm 2003 bởi năm công ty sáng lập và 65 công ty khác bao gồm các nhà sản xuất phần cứng, các nhà phân phối phần mềm, nội dung, các nhà cung cấp nội dung, các nhà tích hợp hệ thống, các nhà sản xuất ảnh, các đại lý phát sóng quảng bá, và các tổ chức nghiên cứu.
2.4.9.3. Hiệp hội công nghệ thông tin châu Âu (IST) dự án “Các công nghệ hệ thống truyền hình ba chiều tiên tiến” (ATTEST).
Đây là một dựán trong đó các ngành công nghiệp, các trung tâm nghiên cứu, và các trường đại học kết hợp lại để thiết kế một hệ thống quảng bá 3DTV tương thích ngược, mềm dẻo, và cấu trúc khối. Mục đích tham vọng của dự án ATTTEST
133
của Hiệp hội công nghệ thông tin châu Âu (IST) là để thiết kế một hệ thống quảng bá 3DTV mới, tương thích ngược,và mềm dẻo. Đối lập với các đề xuất trước đây thường dựa trên khái niệm video lập thểcơ bản, là thu hình, truyền dẫn, và hiển thị hai dòng video phân tách (một cho mắt trái và một cho mắt phải), hoạt động này tập trung vào tiếp cận việc dữ liệu kết nối với siêu dữ liệu. Trái tim của khái niệm mới là tạo ra và phân phối một định dạng biểu thị dữ liệu mới bao gồm video mầu không lập thểvà thông tin độ sâu liên kết với mỗi điểm ảnh. Từ các dữ liệu này, một hoặc một vài các cảnh ảo của một cảnh thế giới thực có thểđược tổng hợp theo thời gian thực ở phía máy thu (một STB 3DTV) bằng các kỹ thuật DIBR. Cấu trúc khối của hệ thống đề xuất cung cấp các cấu trúc quan trọng, như là tương thích ngược với các hệ thống DTV 2D hiện tại, phân cấp theo độ phức tạp ở phía thu, và thích nghi với nhiều thiết bị hiển thị 2D và 3D khác nhau.
a. Tạo nội dung 3D.
Trong tương lai, nội dung 3D được tạo ra bằng cách thu video và thông tin độ sâu liên kết với mỗi điểm ảnh đồng thời với nhiều camera tích cực như là hệ thống ZCamTMđược phát triển bởi 3DV Systems. Các thiết bị này thường được tích hợp một đèn xung hồng ngoại tốc độ cao vào một camera quảng bá TV truyền thống và chúng sẽ tính toán thời gian từ khi ánh sáng phát xạ và phản xạ trở lại để tính toán trực tiếp độ sâu của cảnh. Tuy nhiên, rõ ràng là với yêu cầu chất lượng cao, nội dung ba chiều chỉ có thể đáp ứng được sự hài lòng phần nào với kỹ thuật ghi mới.
Do vậy, cần thiết phải (đặc biệt là trong giai đoạn giới thiệu công nghệ quảng bá mới) chuyển đổi các chất liệu video 2D đang tồn tại thành 3D sử dụng các thuật toán “cấu trúc từ chuyển động”. Theo nguyên tắc, các phương pháp này (trực tiếp hoặc gián tiếp) xử lý một hoặc nhiều chuỗi video mầu không lập thểđể (i) thiết lập một tập dày đặc các điểm ảnh tương ứng từ các thông tin vềcamera ghi hình, cũng như cấu trúc 3D của cảnh có thể nhận được hoặc (ii) thông tin độ sâu xấp xỉ dự đoán từ các chuyển động tương đối của các phân đoạn ảnh được theo dõi tự động.
Dù phương pháp tạo nội dung 3D nào được sử dụng, tín hiệu đầu ra trong tất cả các trường hợp bao gồm video mầu 2D thông thường theo định dạng DTV châu Âu (720x576 các điểm ảnh chói, 25Hz, xen rẽ) và một chuỗi các giá trị độ sâu ảnh kèm theo với cùng độ phân giải không thời gian. Mỗi giá trị độ sâu ảnh này chứa thông tin độ sâu là các giá trị xám 8 bit với mức xám 0 xác định giá trị xa nhất và mức xám 255 xác định giá trị gần nhất.
b. Mã hóa 3DV.
134
Để cung cấp cho người xem 3DTV tương lai nội dung ba chiều, video mầu không lập thểvà thông tin độ sâu liên kết với mỗi điểm ảnh phải được nén và truyền dẫn qua hạ tầng quảng bá 2D DTV cổ điển. Để đảm bảo sự tương thích ngược với các STB 2DTV đang tồn tại, video mầu 2D cơ bản phải được mã hóa sử dụng các chuẩn MPEG-2 và MPEG-4 (phần hình ảnh) hoặc các công cụ AVC hiện tại của dự án DVB châu Âu.
c. Truyền dẫn.
Dự án DVB, hiệp hội các nhà công nghiệp và giới học thuật xác định hạ tầng quảng bá 2D DTV hiện nay ở châu Âu, yêu cầu sử dụng các khuyến nghị lớp hệ thống MPEG-2 cho việc phân phối dữ liệu âm thanh hình ảnh qua cáp (DVB-C), vệ tinh (DVB-S), hoặc các máy phát mặt đất (DVB-T).
d. Tạo cảnh ảo và hiển thị 3D.
Ở phía máy thu của hệ thống ATTEST đề xuất, dữ liệu thu được được giải mã trong một STB 3DTV để nhận được video mầu giải nén và các chuỗi giá trị độ sâu ảnh (cũng như siêu dữ liệu phụ). Từ định dạng biểu thị dữ liệu này, một thuật toán DIBR tạo ra các cảnh ảo cho mắt trái và mắt phải để tái tạo cảnh ba chiều của thế giới thực trên một hiển thị 3DTV lập thể hoặc tự lập thể đơn hoặc đa người dùng. Thiết kế tương thích ngược của hệ thống đảm bảo rằng những người xem không muốn đầu tư thiết bị 3DTV đầy đủ vẫn có thể xem được video hai chiều mà không có bất cứ sự giảm chất lượng nào khi sử dụng các STB 2DTV sốđang có và hiển thị lên màn hình.
2.4.9.4. 3D4YOU.
3D4YOU được hình thành trong Chương trình làm việc ICT 2007-2008, với chủ đề ưu tiên cho việc nghiên cứu và phát triển dưới chương trình xác định “Hợp tác” của Khung chương trình làm việc thứ 7 (2007-2013). Mục đích của dự án này là:
1. Để phát triển một hệ thống đầu cuối tới đầu cuối cho truyền hình 3D chất lượng cao;
2. Để phát triển các kỹ thuật ghi độ sâu và nhiều cảnh thực tế;
3. Để chuyển đổi nội dung 3D thu được thành định dạng 3D phát sóng quảng bá;
4. Để thể hiện khảnăng của định dạng trong chuỗi sản xuất và phát sóng quảng bá;
135
5. Để biểu thị việc thu nhận nội dung 3D trên các hệ thống hiển thị 3D qua chuỗi vận chuyển;
6. Đểđánh giá các kết quả của dự án theo các yếu tốcon người thông qua các thử nghiệm cảm nhận;
7. Để tạo ra các hướng dẫn cho việc thu hình 3D hỗ trợ cho việc tạo ra các nguyên tắc sản xuất nội dung 3D;
8. Đểđề xuất các kế hoạch triển khai cho các ứng dụng 3D khác nhau.
Dự án 3D4YOU mục đích là để phát triển các thành phần chính của một hệ thống truyền hình 3D thực tế, đặc biệt là, định nghĩa một định dạng vận chuyển 3D và các hướng dẫn cho quá trình tạo nội dung 3D.
Dự án 3D4YOU sẽ phát triển các kỹ thuật thu hình 3D, chuyển đổi nội dung được ghi cho phát sóng quảng bá, và phát triển mã hóa 3D cho vận chuyển qua phát sóng quảng bá phù hợp để truyền dẫn và quảng bá. Phát sóng quảng bá 3D được xem như là bước tiến quan trọng tiếp theo trong giải trí tại nhà. Công nghiệp trò chơi máy tính và điện ảnh đã chỉ ra rằng công chúng có nhu cầu lớn về nội dung 3D nhưng việc phải đeo các kính đặc biệt đã hạn chế sự hấp dẫn của chúng. 3D4YOU sẽ xem xét thị trường tiêu dùng tồn tại đồng thời với thị trường trò chơi máy tính và điện ảnh. Dự án 3D4YOU mở đường cho việc giới thiệu ra thị trường hệ thống 3DTV. Dự án sẽ được xây dựng dựa trên các nghiên cứu trước đây ở châu Âu về 3D, như là dự án ATTEST của FP5 đã đưa các tổ chức châu Âu trở thành người dẫn đầu trong lĩnh vực này.
3D4YOU nỗ lực để thiết lập hệ thống 3DTV thực tế. Yếu tố thành công chính là nội dung 3D. Dự án tìm kiếm một định dạng vận chuyển 3D và một quy trình tạo nội dung. Thiết lập thực tế 3DTV sẽ được thực hiện bằng cách nhúng quy trình tạo nội dung này vào một chuỗi sản xuất và vận chuyển 3DTV, bao gồm thu hình, xử lý ảnh, vận chuyển, và sau đó hiển thị tại nhà. Dự án sẽ thích nghi và cải thiện các thành phần này của chuỗi do đó tất cả các phần được tích hợp vào một hệ thống vận chuyển tương tác đồng nhất. Mục đích chính của dự án là để cung cấp một định dạng nội dung 3D độc lập với công nghệ hiển thị, và tương thích ngược với quảng bá 2D. Các ảnh 3D sẽ trở thành phổ biến trong truyền thông đại chúng trong tương lai gần. Do vậy, một vài công ty điện tử tiêu dùng lớn đã trình diễn các màn hình hiển thị 3DTV có thể có mặt trên thị trường trong vòng hai năm tới. Sự quan tâm của công chúng tới 3DTV có thể thấy được qua sự thành công của các phim 3D trong thời gian gần đây. Ảnh 3D cũng đã xuất hiện trong nhiều ứng dụng
136
đồ họa (kiến trúc, thiết kế cơ khí, các trò chơi, hoạt hình, và các hiệu ứng đặc biệt trong sản xuất phim truyền hình và điện ảnh).
Trong những năm gần đây, các công nghệ hiển thị nhiều cảnh đã xuất hiện cải thiện trải nghiệm xem 3D dẫn tới quan điểm chung là 3DTV và các dịch vụ tương tự có thể trở thành hiện thực trong tương lai gần. Ở Mỹ, số các rạp chiếu phim 3D sốtăng lên nhanh chóng. Trong năm 2010, khoảng 4300 rạp chiếu phim sẽ được trang bị các máy chiếu 3D số với số lượng các rạp chiếu phim tăng lên hàng tháng. Cũng vậy, ở châu Âu số các rạp chiếu phim 3D cũng tăng rất nhanh. Một vài bộ phim 3D số sẽ xuất hiện trong thời gian tới và một vài nhà làm phim đã cam kết sẽ sản xuất các phim mới của họ theo dạng 3D lập thể. Ngành công nghiệp làm phim tạo ra một nền tảng công nghệcho các phim 3D, nhưng không có giải pháp để mang các phim này tới thị trường dành cho gia đình. Do đó, thách thức tiếp theo là phải mang các sản phẩm 3D này tới được từng phòng khách trong nhà. Chuyển đổi nội dung 2D thành 3D và một định dạng 3D mềm dẻo là yêu cầu quan trọng để đạt được mục đích trên. Người ta nhận ra rằng video đa cảnh là một công nghệ quan trọng cho nhiều ứng dụng, bao gồm các ứng dụng 3DV và điểm nhìn tự do dành cho giải trí tại nhà và các lĩnh vực giám sát. Các hệ thống mã hóa và truyền dẫn video đa cảnh có xu hướng sẽ trở thành công nghệcơ bản cho các ứng dụng quảng bá thế hệ tiếp theo. Video đa cảnh sẽ cải thiện đáng kể hiệu suất của các giải pháp mã hóa video hiện tại trong việc phát sóng đa điểm các cảnh độc lập. Dự án này được xây dựng trên cở sở các kinh nghiệm phong phú của các công ty lớn ở châu Âu trong lĩnh vực 3DTV và dự định sớm triển khai quảng bá 3D với sự kết hợp các kinh nghiệm của các công ty này để định nghĩa một định dạng vận chuyển 3D và một quy trình tạo nội dung mới.
Các vấn đề kỹ thuật chính hiện tại cản trở việc đưa 3DTV ra thịtrường tiêu dùng bao gồm:
1. Việc thu hình 3DV bằng cách sử dụng trực tiếp công nghệ camera hiện tại rất khó khăn. Ít nhất cần phải có 2 camera hoạt động đồng thời với khả năng điều chỉnh hình học. Độ lệch của hai camera cần phải được điều chỉnh để thu nhận được độ sâu của các vật thểở gần và xa.
2. Video lập thể (yêu cầu hai camera) hiện tại không đủ đầu vào cho các hệ thống hiển thị tự lập thể nhiều cảnh, không dùng kính. Quá trình xửlý đểđáp ứng yêu cầu, như là dự đoán độ lệch, nhạy cảm nhiễu làm giảm chất lượng ảnh 3D.
137
3. Các phương pháp sản xuất hậu kỳ 3D và các chuẩn 3DV hiện vẫn đang được hoàn thiện.
Dự án 3D4YOU sẽ giải quyết 3 vấn đề này. Ví dụ như, kết hợp hai hoặc 3 camera video độ phân giải cao với một hoặc hai cảm biến độ sâu độ phân giải thấp để tạo ra hệ thống có khảnăng tạo ra 3DV có chất lượng tốt mà không cần phải đầu tư quá lớn mà không cần phải lắp đặt 100 camera để thu nhận hình ảnh do việc chi phí cao để triển khai hệ thống này trong thực tế.
Phát triển các công cụ để chuyển đổi các định dạng 3D sẽ kích thích các công ty sáng tạo nội dung tạo ra các nội dung 3D với giá cả chấp nhận được. Chi phí thực tế để tạo ra nội dung 3DV thương mại không được tiết lộ. Tuy nhiên, hiện tại, gần như không có sản phẩm video 3DV với tương tác người dùng trong mỗi khung. Do đó, có thể thấy ngay lập tức các vấn đề cần phải giải quyết: hiện tại, việc tạo ra 3DV chất lượng tốt hoàn toàn tựđộng rất khó khăn; trong tương lai, cần phải thực hiện tự động hoàn toàn, hoặc ít nhất là bán tự động với sự giám sát thủ công trong quá trình hoàn thiện hậu kỳ. 3D4YOU sẽ nghiên cứu cách chuyển đổi nội dung 3D thành định dạng 3D quảng bá và chứng minh khả năng thực hiện định dạng này trong việc sản xuất và trong chuỗi quảng bá.
Khi việc sản xuất 3DV trở nên hấp dẫn thương mại do các kỹ thuật thu hình và các chuẩn đã hoàn thiện, khi đó nó sẽ ảnh hưởng tới các hoạt động của các nhà sản xuất nội dung, các nhà phát sóng quảng bá, và các công ty viễn thông. Kết quả là, người ta có thể thấy các công ty này có thể chấp nhận các kỹ thuật mới cho việc sản xuất video hậu kỳ chỉ vì đầu ra cần phải có định dạng 3D. Cũng vậy, các công ty mới có thể nhận ra rằng cần phải tập trung vào việc thu nhận 3DV và chuẩn bị cho việc sản xuất hậu kỳ. Ởđây, cần có sự phân biệt giữa các sự kiện, ví dụ việc ghi hình các sự kiện thể thao sẽ yêu cầu các đường cơ sở giữa các camera rộng hơn và truyền dẫn thời gian thực, trái lại việc ghi hình các sự kiện khác sẽ yêu cầu cả đường cơ sở lớn và nhỏ và cho phép một vài thao tác sản xuất hậu kỳ bằng tay đảm bảo cho việc lưu trữ với chất lượng tối ưu. Các tác vụ này sẽ yêu cầu các thiết bị mới (hoặc một kết hợp mới của các thiết bịđang tồn tại) và các kỹnăng mới.
3D4YOU sẽ phát triển các kỹ thuật thu hình đa cảnh và độ sâu thực tế. Hiện tại, định dạng video lập thể là một chuẩn 3D chưa chính thức được các rạp chiếu phim sử dụng. Do lý do này việc thu hình lập thể có thể trở nên phổ biến rộng rãi.
Các rạp chiếu phim hoạt động với các hệ thống dùng kính sử dụng định dạng lập thể dùng cho điện ảnh. Đây không phải là hệ thống 3DTV không cần phải sử dụng kính
138
mà 3D4YOU mong muốn đểđưa tới cho người dùng tại nhà. Để cho phép khảnăng xem nội dung 3D không cần dùng kính cho nhiều người tại nhà, cần phải có một đường cơ sở rộng để bao trùm toàn bộ các góc nhìn. Định dạng video lập thể hiện tại dành cho điện ảnh sẽ cần phải có các quy trình sản xuất hậu kỳ thích hợp đểđảm bảo hiển thị được trên các màn hình tự lập thểđa cảnh. Do vậy, quá trình sản xuất nội dung trở nên phức tạp hơn và có thểđưa ra các cơ hội mới cho các công ty hiện tại hoạt động trong lĩnh vực sản xuất hậu kỳ 3D. Theo Networked và Chương trình nghiên cứu chiến lược thông tin điện tử(NEM), mã hóa video đa cảnh sẽ tạo ra nền tảng cho các ứng dụng quảng bá TV thế hệ mới. Video nhiều cảnh có ưu điểm là thích hợp với các mục đích khác nhau. Mặt khác, định dạng này có thể được hiển thị trên một TV thông thường trong đó người xem có thể lựa chọn điểm nhìn thích hợp. Tất nhiên, có thể có một kết hợp đểngười xem có thể lựa chọn điểm nhìn thích hợp trên một 3DTV. Tuy nhiên, thu hình nhiều cảnh với chẳng hạn 30 cảnh sẽ cần tới 30 camera hoạt động đồng thời. Hệ thống này cần phải đầu tư khá lớn. Do đó, 3D4YOU nhận thấy cần phải có sự chuyển dịch dần dần từ hệ thống thu hình lập thể tới các hệ thống thu hình đa cảnh. Để sản xuất, biên tập, và phân phối dễ dàng hơn 3D4YOU sẽ nghiên cứu khả năng kết hợp giữa các kỹ thuật thu hình 3DV để tạo ra một cảnh trung tâm mở rộng cộng thêm định dạng độ sâu (có thể với một hoặc hai cảnh phụ) đảm bảo sự thành công của định dạng 3DV mới. Có thể kết luận rằng quá trình giới thiệu 3DTV tới thị trường đại chúng bị cản trở bởi (i) thiếu các nội dung 3DV chất lượng cao; (ii) thiếu định dạng 3D phù hợp; và (iii) thiếu các kỹ thuật chuyển đổi định dạng phù hợp. Ngoài ra, nhiều phương tiên vận chuyển thông tin mới cũng làm phức tạp thêm vấn đề này.
Do vậy, dự án cần phải khắc phục các thách thức chính sau đây:
1. Thu nhận nội dung 3D: các kỹ thuật thu nhận độsâu và đa cảnh thực tế là rất quan trọng, thách thức chính là tìm sự thỏa hiệp giữa số các cảnh được ghi, và cách để tích hợp độ sâu tối ưu với nhiều cảnh. Một thách thức khác là xác định kiểu ghi hình nào là phù hợp nhất.
2. Chuyển đổi video đa cảnh ghi được thành một định dạng 3D quảng bá: cần phải có các công cụ sản xuất hậu kỳ mới để xửlý định dạng thu nhận (như là các bản đồ độ sâu thông thường và tiên tiến hoặc biên tập, trộn, tạo bóng, và kết hợp các biểu thị V+D từ các nguồn khác nhau) và bước chuyển đổi để tạo ra một định dạng truyền dẫn phù hợp tương thích với các định dạng sản xuất