多通道主动立体边缘融合投影揭秘
多通道主动立体边缘融合投影揭秘1简介
近年来，随着主动立体技术的成熟，基于主动立体的投影边缘融合正被广大客户所接受。相对于传统的被动立体投影，主动立体对投影机及融合通道的需求节省了一半，也不需要昂贵的金属幕布，因此其成本的节约显而易见。
但是主动立体的视频与图像的刷新频率是被动立体的两倍，如此高的像素速率对边缘融合设备提出了非常严苛的要求。为保证在全通路上120Hz刷新频率下融合机能够同时完成融合带生成、边缘羽化及几何校正，特别是还要保证各输出通道之间的同步（例如支持Nvidia 3D vision时，眼镜切换和红外发射器必须同步，因此融合机的输入和输出Vsync信号也必须做到同步），主动立体融合机的处理带宽将是普通融合机的两倍以上，对系统架构及核心处理硬件的设计要求都是一个挑战。
2现有方案的分析
目前市场上存在着一些低端的多通道主动立体边缘融合解决方案，其实现方式是通过对输入信号进行拉伸放大处理，达到所谓的多通道输出。例如输入信号是1024x768-120Hz，经过该方案的内部横向拉伸处理，放大为1792x768-120Hz(融合带宽度256像素)或者2560x768-120Hz(融合带宽度2x256像素)，驱动两台或三台1024x768-120Hz的投影机。这种方案的致命缺点是显示的画面被拉伸压扁，失真严重，清晰度很低，看立体场景时效果差，客户接受度低。
上述低端方案的问题主要是由于输入接口及内部处理带宽的不足造成的。一般这种方案的输入带宽最多是单链DVI或HDMI，即165MHz像素速率，其支持的最高分辨率也就只有1024x768-120Hz。若要真正支持多通道且点对点的融合投影，输入分辨率应该是1792x768-120Hz或者2560x768-120Hz，稍高的可以是2304x800 -120Hz（两个1208x800-120Hz, 256融合带宽度）或者3328x800 -120Hz（三个1208x800-120Hz, 2x256融合带宽度），更高的可以是三个1920x1200-120Hz或者三个1920x1200-120Hz。这些分辨率对输入口的带宽要求都远远超过了165MHz，至于内部信号处理速度上更是提高了不止一倍以上。因此更先进的架构及具备更强处理能力的融合设备是解决高清多通道主动立体融合的研究方向。
由以上分析可见，融合设备的品质，最主要体现在其输入分辨率的支持上，那些低端方案在输入分辨率支持上的欠缺是其先天劣势，根本无法满足实际需求。
3大视电子的主动立体融合方案
大视电子的硬件融合设备在系统架构设计上一开始就考率了超高带宽输入及内部高速信号处理，以下特点是其能很好地支持主动立体融合的关键所在：
·支持双链DVI或Displayport接口，融合设备能接入高达330MHz像素速率的图像数据。
·内部的高速处理逻辑能进行高达24Gbps的数据运算，对应于RGB色域的处理能力为1Gpixel/s，整个通路上无需色域转换，最大程度地保证了图像的原始色彩。
·硬件全同步数字架构设计，输出通道之间的画面同步是这种架构与生俱来的能力，这对主动立体信号的显示是至关重要的。
·内置硬件几何校正功能，能处理梯形、桶形、枕形或异性失真，十分方便于画面对齐或者弧面投影的校正。
下面将详细介绍采用大视电子的主动立体融合设备的各种解决方案。
3.1单服务器多通道高分辨率主动立体方案
支持这些分辨率下120Hz主动立体的投影机目前有奥图玛，丽讯，DP和夏普等厂商。配合大视电子的MPGA20X可以完美实现2~4通道的高清主动立体融合投影，PC的输出画面分辨率可以是3328x800 120Hz（三通道1280X800）或者1792x1408 120Hz (四通道1024x768排列成2x2网格)。非常适合中高端需求的应用场合。下图为一个典型应用案例。
图 1 典型主动立体边缘融合解决方案
（3x1024x768 或 3x 1280x720 或3x1280x800 120Hz）
图中，PC显卡输出的分辨率为3328x800 120Hz (三个1280x800-120Hz，融合带叠加部分为2 x256像素)，其有效像素速率可以按如下公式计算：
F = Hact *Ｖact * Vr
其中 Hact是水平有效像素，Vact是垂直有效行数，Vr是刷新频率
代入上述公式，3328x800 120Hz的有效像素速率是
F = 3328x800x120=318.72MHz
大视电子的MPGA20X主动立体融合设备输入像素信号最高频率可为330MHz，加上行场消隐的开销，3328x800-120Hz的信号可以轻松支持。
由于330MHz是显卡的一个双链DVI或Displayport支持的最高像素速率，因此根据上述公式可以得到大视电子融合设备支持的单口输入多通道输出之主动立体融合分辨率，如下表所示。
3.2单服务器多通道超高分辨率主动立体融合方案
这种方案必须选用支持1400x1050 120Hz或者1920X1080 120Hz的投影机，目前市面上生产该类投影机有DP、巴可、科视及PD等厂商。
单通道1400x1050 120Hz的有效像素速率为176.4MHz，而1920x1080 120Hz的有效像素速率为248.832MHz，两台以上的融合拼接对输入分辨率的有效像素要求都超过了330MHz，那么如此高的分辨率如何实现主动立体边缘融合和几何校正呢？目前现有的一些高端主动立体投影机内部都集成了PA功能（被动转主动），支持双60Hz通道的输入（分别为左右眼通道），可以将双路被动立体信号转换为120Hz主动立体信号。因此，一个很自然的解决方案是如下图所示的输入多路被动立体信号给这类投影机实现主动融合。
图 2 利用投影机的PA功能实现主动立体融合
上述方案对融合机同样提出了严格的要求，首先融合机内部的处理速度必须足够高，达到全带宽无损处理。有些融合设备由于内部硬件速度的限制，在信号处理时往往采用先降帧再倍帧的方式，输入输出虽然同是60Hz，但是内部实际上是在较低的刷新率，例如30Hz上处理的，这样处理的结果会导致最终PA转换后的主动立体的信号帧序错乱，根本无法与主动立体眼镜同步。其次是每个输出通道之间必须并行处理，保持同步输出，否则融合后的整体画面会出现闪烁、图像撕裂等情况。
大视电子的融合设备得益于其先进的硬件架构设计，在内部处理速度及输出同步指标上都能满足这类应用的需求。下图是一个采用大视电子设备进行四通道主动立体融合的方案。
图 3 单服务器４路 1920x1080 120Hz超高清主动立体融合
该方案中用户需要同时支持Nvidia 3D Vision及点对点的高清主动立体融合。方案选择了Nvidia 的专业显卡 Quadro 5000/6000或FX5800，该显卡支持Mosaic拼接且可在输出之间产生叠加带。采用两块Quadro显卡最多可以支持4路1920x1080/1920x1200 120Hz 的输出，通过大视电子的MA2P202 主被动转换模块转为两路60Hz被动立体信号，再到两个MG210 作边缘融合及几何校正，最终输入到投影机的双输入接口完成多通道主动立体信号的复原。
该方案的优点是利用了一台服务器完成内容的播放，无需复杂而繁琐的同步，而且融合与几何校正都由硬件设备同步完成，服务器可专注于内容的设计与播放，大大降低了系统的复杂度。
对于希望用单服务器支持更多通道的应用，也可以选择Nvidia 专业的图形工作站PLEX D2 系列，最多可支持单服务器8通道1920x1200 120Hz的边缘融合。该方案可满足大部分的高端及超高端应用需求。
3.3分布式多服务器多通道主动立体融合方案
对于复杂的内容播放，往往需要多台服务器来完成，这时候需要采用分布式多通道主动立体边缘融合解决方案，对于普通的1024x768/1280x720/1280x800 120Hz的投影机，可以直接使用多台服务器一对一输出到多个MG210边缘融合及几何校正模块，配合同步卡，可完成多通道的主动立体的边缘融合。如果是多通道1400x1050/1920x1080/1920x1200 120Hz分辨率，则可以使用下图的形式进行配置。
4结论
通过上面的分析及方案介绍，我们可以清楚地了解到构建多通道主动立体边缘融合系统的关键技术及优选方案。目前计算机显卡的性能和带宽已经远远超过了普通高清1920x1080P的带宽要求，在计算机领域内，比1920x1080P更高的超高清分辨率已经可做到4Kx2K或更高，融合机输入的分辨率必须要能接受这类超高清信号才能保证多通道融合的效果，这样的投影融合才有实际意义。按照视频标准电子协会VESA的相关规范定义，只有能够支持330MHz像素速率输入的融合机，才能够充分利用显卡的输出性能，完美地支持多通道立体投影融合。
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