热门视频处理技术探索之4K2K升频与2D转3D处理

06y3ti5e7h · 发表于 2006-7-8 18:28:00

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一直以来，显示设备科技的发展都是促进影音市场发展的主要动力。这与人们不断追求更加清晰、更大视野以及更逼真的影像不无关系。回顾今年全球的各大消费电子与影音科技展会，众多的显示技术纷纷取得了突破，包括裸眼3D技术突破了尺寸与视点上的限制，带来了众多极具实用性的产品；激光光源也开始进入显示设备应用之中，搭配LED的混合激光光源拥有广阔的应用前景；主动式与偏振3D眼镜技术已经全面覆盖主流平板电视与家庭影院投影机；4K2K的平板电视与家庭影院投影机也逐步走向家用市场等等。
　　不过，如果仅是显示设备获得技术突破，信号源方面没能及时跟上的话，恐怕只是空话，特别是目前4K2K与3D的节目源还远远不能满足市场的需求。于是，两者相应的视频处理技术就应运而生——4K2K升频与2D转3D处理。4K2K升频技术能够将目前主流的1920×1080物理分辨率的信号源升频至4K2K的超高清精度，而2D转3D技术则可以将任何2D平面影像转换为3D立体影像。实际上，这两种技术在商业领域已经得到广泛应用，技术上已经相当成熟。因此，在最新推出的不少瞩目新机上，都分别内置了这两种处理功能，解决了在信号源方面的兼容问题。以下将由笔者为大家不完全地解读这两项全新的技术与产品，让大家抢先一步走进即将到来的最新显示技术领域。
　　由最新面世的4K2K平板电视与家庭影院投影机代表，认识4K2K升频处理技术
　　相信影音爱好者们都会知道1920×1080是目前主流全高清显示设备的物理分辨率，而最近在各大展会上展示的4K2K平板电视的物理分辨率则是它的两倍，达到3840×2160。不过这里有个例外，Sony(索尼)带来的VPL-VW1000ES家庭影院投影机则为4096×2160。其实两者都属于4K2K的范畴，不同之处在于前者为家用标准，后者为DCI数字电影院标准。当播放目前主流的2.35:1规格的电影大片时，两者并无明显差别。值得注意的是，这里所提及的4K2K升频处理技术，实际上是指将1920×1080级别的全高清信号源通过先进的预插值技术转换为3840×2160级别的影像。不少经历过480p升频至1080p的用户可能会怀疑这种非原生的4K2K画面能否达到可用的范畴，毕竟由标清倍线至全高清的画面与原生的全高清画面相差甚远。其实，4K2K升频技术的诞生，并非让全高清信号源输出的画面在4K2K显示设备上能够达到原生4K2K信号源般清晰与细腻，而是提升全高清信号源在4K2K设备上的显示效果，全面超越在1080p设备上的效果。
　　搭载先进的LSI图像处理芯片，Sony VPL-VW1000ES成为首款民用级别的4K2K投影机
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Sony VPL-VW1000ES在CEATEC 2011展会上亮相，期待早日能进入中国市场
　　最近有不少全新的家庭影院投影机在市场上推出，其中以Sony(索尼)带来的全球首款民用级别4K2K投影机VPL-VW1000ES最为突出。其实索尼早在2004年就研发出1.55英寸4K2K级别的SXRD芯片，随后应用在商业级别的投影机之中。今年，通过技术上的设计改造，索尼研发出全新0.74英寸4K2K级别的SXRD芯片，像素之间的精度达到惊人的4μm，使得投影机的整体尺寸得以缩减至普通家庭影院投影机的级别，从而促进了VPL-VW1000ES投影机的诞生。
　　VPL-VW1000ES拥有2000流明的输出量度以及最高1000000:1的动态对比度，同时也带来主动式3D技术，可以实现3D超高清投影的功能。最为重要的是，与夏普一样，索尼也将先进的4K2K升频功能带给VPL-VW1000ES。VPL-VW1000ES内部有专门针对超高清影像进行各种处理的LSI视频处理芯片，能够将1080p全高清影像升频至4K2K的影像精度，让VPL-VW1000ES的能力得以最大的提升。
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所采用的0.74英寸4K2K级别的SXRD芯片，像素之间的间隔为4μm，彻底解决了投影画面出现的晶格问题
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在超解像处理的步骤中，采用高性能的LSI视频处理芯片，能够根据不同的输入信号源进行判断与升频，保证影像的高品质

　　强劲的ICC图像处理芯片，Sharp最新4K2K新作成为焦点
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在CEATEC 2011展会上，Sharp以全高清的信号源分别搭配ICC图像处理芯片的4K2K电视与1080p电视进行对比，据日本相关媒体报道，前者在画质上要明显出色许多
　　在众多的4K2K平板电视新品之中，Sharp(夏普)所带来的60英寸4K2K液晶电视拥有出色的倍线升频能力，让人非常感兴趣。在CEATEC Japan 2011展会上，夏普还特意将其与全高清的机型进行现场画质对比，而画质确实有了明显的提升。究其原因，主要是机身内置的ICC(Integrated Cognitive Creation)图像处理器具有优秀的图像再生能力，就如同魔术师般为1080p的影像添加神奇的一笔，升频至4K2K的高素质输出。ICC图像处理器是夏普与日本I-cubed研究所共同研发而成。ICC图像处理的原理是通过人类本身认识的情景空间还原影像中失去的像素，拥有非常高的智能再生能力，这点是以往1080p倍线处理芯片所不具备的，被夏普称之为“光创造技术”。具体来说，ICC处理器会分析画面中不同像素的色彩与亮度变化，判断出缺少像素的色彩与亮度，根据精准的算法，创造出全新的像素，从而构成全新的4K2K精度的影像。中国家庭影院网欢迎您！www.hdav.com.cn
　　作为液晶面板的龙头企业，夏普率先将4K2K的超高清电视从商业领域带入消费电子市场，同时也充分考虑到目前大部分信号源仍停留在全高清阶段，需要搭配先进的4K2K升频处理器才能突出4K2K电视在画面精度方面的优势。
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由Sharp与I-cubed共同研发的ICC图像处理器，被指拥有“光创造技术”
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在日本高清地面波电视已是非常普及，上图为以往商业类4K2K电视，因没有配置4K2K的升频处理器而显得画面粗糙。现在夏普利用ICC视频处理器，对1080的高清信号进行倍线升频处理，大幅度提升了画面的质量
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I-cubed研究所除了研发出优秀的ICC图像处理器之外，其内部的相关技术人员以往也在索尼开发过经典的DRC数字影像再生技术

　　东芝带来已初具实用意义的55英寸裸眼3D电视，同时拥有4K2K升频与2D/3D切换功能
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Toshiba(东芝)在今年的各大展会上又带来一款实用性更强的55英寸裸眼3D电视，虽然技术上依然为9点视角，却能实现2D/3D影像的实时切换以及配备了4K2K倍线升频的能力
　　东芝在3D裸眼电视上的发展已经获取相当不俗的进展，最新带来的一款55英寸裸眼3D电视55X3，最为突出的部分就是同时具备2D/3D影像切换，在2D影像的时候能够实现3840×2160的影像分辨率，在3D模式下也能带来1280×720的高清影像。原理上是通过在液晶面板与柱状透镜之间加入一层偏振光层，通过改变输出光的偏振方式来实现。
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2D/3D影像的切换方式是通过改变输出光的偏振方式来实现
　　在2D影像处理方面，55X3采用独有的超解像技术，支持两个阶段的升频处理。其中的第一阶段，对于DVD信号(720×480)以及高清地面波信号(1440×1080)，利用各种再生技术对图像进行处理转化为1920×1080全高清信号。第二阶段，利用更高级别的影像再生插值技术将其倍线升频至3840×2160的超高清输出影像。
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通过两个阶段的影像再生处理，能够将480p的信号转换为4K2K的输出影像
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在CEATEC 2011上东芝展示了打开超解像处理与关闭超解像处理的画面对比

　　越趋成熟的2D转3D原理探究
　　目前大部分最新推出的家庭影院投影机与平板电视都配备了3D显示的能力，然而设备本身3D处理能力的优劣与否并非衡量3D投影机性能的唯一标准。由于现阶段能够获取的3D信号源仅限于少数的蓝光3D碟片，而2D高清节目源仍然是主流，因此，不少3D显示设备都配备了2D转3D的功能，如Sony(索尼)的VW系列、Vivitek(丽讯)的D5系列、Panasonic(松下)在北美发行的AE7000等等。
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Vivitek(丽讯)是最早将2D转3D处理的功能加入投影机之中的厂家
　　面对越来越成熟的2D转3D处理能力，不少朋友都会感到茫然，究竟平面影像是怎样转化成立体影像的呢？要回答这个问题，就要先解释原生3D影像是怎样诞生的。原生3D影像主要有两种实现方式：1. 主动式视觉方式，2. 被动式视觉方式。
主动式视觉方式是一种直接的实现方法，通过先进的三维立体扫描仪去获取场景中每一个物理的像素点，包括三维场景中重要的深度消息。这种方法十分有效，不过仅是其中的一台三维扫描仪价格就高达上百万美元，再加上扫描的过程耗时过长，同时也要求物体是处于静止状态，因此实用性不高。
　　被动式视觉方式主要是指使用多台摄像设备对场景的信息进行收集，但不能像主动式视觉方式那样主动获取三维场景中的深度信息。目前大部分3D电影拍摄都是采用这种方式，通过两个摄像头模拟人眼，这就比较方便地得到场景与人眼观看比较匹配的立体信息出来。但是这种方式有不少缺点，例如两个镜头之间的距离不可以调整，摄像机所使用的镜头不具备深度功能，需要进行后期制作。为了解决这些问题，就有了多幕采集以及光场采集方式的出现。多幕采集由数量庞大的摄像机组成，光场采集则是在一个环形的采集系统中铺上一圈的摄像机，加上不同的光照，在采集过程中实现不同的光照，然后用多镜头多角度的方式采集。这两种方式均能比双镜头的被动式视觉方式获取更多的场景信息，能够为3D电影的后期制作提供更多的信息，以创造更加真实的3D影像。
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这是3D显示设备中2D图片与影像实现三维立体的基本处理方式，主要是通过影像分析或动态预测，在平面图像中加入各种三维信息，例如深度信息等，然后由不同的3D显示方式表达出来中国家庭影院网欢迎您！www.hdav.com.cn
　　而在显示设备之中的2D转3D的影像处理，实际上类似于3D电影中的后期制作，但并不相同。这种转换过程只是挖掘2D视频中所隐含的立体信息，但是其本身并不具备任何3D信息，只能从内容、图像构成方面去再造3D信息，然后与当时场景中的三维空间坐标以及相应的关系相结合。
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显示设备所配备的2D转3D影像处理的方式实际上是一种影像再生的过程，能够带来一定程度的三维立体效果，却无法实现最逼真的影像
　　简单的来说，就是通过高速处理器对平面影像进行细致的分析，判断当时的情景状况，利用光影、相对位置、人物比例等因素再造影像以达到三维影像的立体感。但是必须强调这是一种创造出来的立体影像，并非原生立体影像，必然存在各种各样的视觉问题。目前各大品牌都拥有自家的2D转3D处理技术，对于三维影像再生采用不同的方式，最终构成的画面也大相径庭。其实，对于2D转3D的效果优异程度，往往并非从效果逼真的角度出发，而是强调在特定场景带来最突出的立体影像，以凸显电影最煽情的一幕。这也是大多数3D电影制作所强调的重点。不知道大家在使用3D显示设备的时候，有没有尝试过机身中自带的三维立体景深调节功能？从原理上说，它并不能带来更真实的立体画面，却能够带来更加夸张的影像，从而进一步表达导演在影片中的意图。
　　总结：4K2K倍线升频以及2D转3D处理技术确实是目前显示设备发展的热点话题，不少的影音爱好者与读者对这两方面都十分感兴趣并提出了不少相关的问题，为此笔者特意邀请了THX Video培训讲师Gregg Loewen先生为大家解答，敬请留意本期的影音问答栏目。

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