3D节目制作.docx

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3D节目制作

3D节目制作

1、节目的质量

2、传输

3、压缩标准

4、HDMI的标准

　　我国自主知识产权的3D压缩标准现在正在研究中，工信部与广电总局都在致力于做标准，相关的数字电视传输的PSI、SI等服务规范也在制定中。

3D电视的EPE和字幕和相关的规范也和2D电视不同，广科院、规划院在着手做这方面的工作。

也就是不要为了突出3D效果导致观看者带着眼镜看，全世界都倾向于保守的制作。

　　目前在用左右拼接的方式做末端的传输，在接收方面就是如果采用偏振的方式来做，左右眼的分辨率还会下降。

如果在接收环节采用偏振和快门的接收质量还是不一样的。

最近东芝出了一款裸眼的3D电视，目前没有在业内销售，它的清晰度是最高的，能够达到高清的质量，因为它的显示是基于柱状的多角度的显示，完全能显示到高清的1920×1080的图像质量。

它采取LED背光。

因为这种显示方式对观看角度偏一点就会感觉立体感下降。

它采用了红外跟踪，家庭人口更多的时候，观看者坐在那儿有自动的红外的检测，柱状的显示会自动地调向观看者所坐的位置。

目前的清晰度水平是不一样的。

　　机顶盒的接口还买不到带有这种接口的产品。

所以刚才讲的机顶盒目前的研究，不光是外观还有内在的东西，现在都需要有大量提升的空间了。

　　。

这方面的工作规划院、研究院还有电

第一章揭开3D纹理的面纱

3月23日，nVidia公司宣布微软将在新一代DirectX中采用nVidia开发的VolumeTextureCompressionFormat（体积纹理压缩格式），简称VTC。

这标志着3D纹理的压缩格式第一次正式进入了主流3D软件和硬件领域，它的出现将缓解因特网上传输高质量纹理的高带宽需求，也将使高质量的PC游戏更为真实、细腻。

　现有的纹理贴图，就是将各种不同的2D平面图形贴在3D物体的表面上，同种物体使用同样的2D纹理，以此来简化表现不同种类物体的不同表面效果，既节省了系统存储和物体表面信息的资源，又比较真实地反映出了客观（或想象）的世界。

2D纹理就是一张张的平面图形（往往是正方形的），因此只包括一个平面上的像素点（称图素，Texel），每个点在纹理内部只有二维的相对坐标（贴在物体上后就有三维的实际坐标了）。

2D纹理由于过于简化，因此在各个方向上看起来并没有质地上的不同，如果物体是平滑的就很难表现出局部的高低，光线从不同角度照射也基本没有区别。

　　为了达到更真实多变的纹理贴图效果，3D纹理是最为彻底的革新途径。

3D纹理可以看作是各种不同的立方体材料，内部包括整个体积的像素点（称体素，Voxel），每个点在纹理内部空间中有三维的相对坐标，3D纹理贴图其实称作3D立方体的雕刻和变形更为合适，因为不再需要将图案贴在表面，而是将3D纹理部分地取舍和扭曲，把它变成最终物体的形状。

这样我们就有了非常接近于实际物体的材料来构成虚幻的3D世界

　　3D纹理的优点不言而喻，它为新一代更加细腻、拟真的3D图形系统提供了发展基础。

3D纹理的缺点也同优点一样明显：

首先是非常大的数据量会占用难以想象的系统资源，3D处理的过程中进行纹理数据的过滤和半透明混合等工作也都比较困难——3D纹理的双线性过滤涉及8个点的平均数据（2D纹理是只要4个点），接近于2D纹理三线性过滤的运算量（9个点）；3D纹理的半透明混合则涉及很多层体素点数据的色彩混合，运算量也相当大；另外，3D纹理仅仅是现在这样直接被“雕刻”成物体倒还简单，今后不可避免地将对3D纹理进行几何变形，以往T＆L引擎（以及CPU）只负责物体顶点的几何变换，这样一来就得计算3D纹理中每一个点的空间坐标，难以想象的浮点几何变换的运算量恐怕不是短时间内能实现的。

3D纹理的压缩

　　让我们来直观地了解一下3D纹理的数据量。

2D纹理一般是正方形的，如256×256（图素）、512×512等，最大的可以达到4096×4096；3D纹理则一般是立方体的，如32×32×32（体素）、64×64×64等，最大暂时也只能有256×256×256。

因为256×256×256就是16M个体素点，再乘上每个点16位（2Byte）或32位（4Byte）的色彩精度就是32MB或64MB的数据量，也就是说现在主流的显示卡内存只能装下一个低档次的3D纹理（Voodoo时代，2D大纹理的标准就是256×256/16位）。

因此3D纹理一定要经过压缩才具有实用价值。

　　说到图像压缩，大家肯定会想到JPG、GIF等静态图像压缩格式和MPEG动态图像压缩格式，但实用的纹理压缩算法必须符合几个条件：

一要能高速、实时解压缩，不影响纹理贴图过程的速度，所以JPEG（静态图像专家组）、Wavelets（子波压缩）等高压缩率、低速度的的方法就不合适了（试过S3TC纹理压缩程序的朋友就能发现，S3TC格式的图形文件，比高压缩系数的JPG等格式的文件大得多，一般是BMP格式的1/2～1/4）；二要能够部分解压缩，就是不用把整个纹理全部解压缩（有大量数据互相相关的算法就是这样，如MPEG必须有上一帧图像为基础才能计算下一帧）后再进行纹理贴图，因为没有“地方”放解压缩后的数据（如要全部存放就失去压缩的意义了），实际上只能在贴图过程中用少量高速CACHE随时缓冲当前使用的部分纹理的数据。

　　2D纹理共有三种主要压缩方法：

Videologic最早的VQ（VectorQuantization，矢量压缩）、S3的S3TC（微软在DirectX6中使用时称为DXTC，OpenGL里仍称S3TC）、3dfx的FXT1（DXTC改进版），最大压缩率都在1/6～1/8。

这些压缩方法都是建立图形单位（多个图素单元组成）的索引表，再用索引表中的地址（索引号）来代替原数据，将数据量较大幅度减少。

不同的是S3TC和FXT1在纹理的多个部分建立不同的索引表，因此对小纹理的压缩效果同大纹理一样好；而VQ只为整个纹理建立一个索引表，纹理越大压缩率越高。

　　2D纹理压缩方法很容易扩展到3D纹理领域，目前3D纹理压缩需要极大的压缩率，才能使天文数字的3D纹理数据量变得尽量的小；如果VTC能达到1/100左右的压缩率，主流的1024×1024×1024/32位的纹理就能被控制在可以忍受的32MB～40MB大小。

3D纹理的实现

　　由于3D纹理的贴图和压缩都需要强大的硬件支持，估计软件模拟是难以实用化的。

nVidia宣布将在今年年中开始使用VTC标准，届时正是GeForce2（代号为NV15）和NV11全面推出之时，因此我们可以顺理成章地推断至少GeForce2一定会具有VTC标准3D纹理贴图及压缩的硬件加速功能。

ATI代号为Rage6C的新产品的上市日期很可能同GeForce2相近，ATI的硬件3D纹理功能也将在Rage6C中亮相。

不同的是，nVidia强调3D纹理数据的线性存取，而ATI注重已有的OpenGL兼容性。

　　新的3D特性没有软件的使用也是不行的，而API的兼容和支持尤为重要。

OpenGL1.2已经能够支持S3TC、T＆L和3D纹理，但对纹理压缩采取开放性的“放任”态度；DirectX中的Direct3D是从5.0版开始完善起来，而且普及程度超过了OpenGL和3dfx“私有”的Glide，从6.0版开始包括来自S3的S3TC（DXTC），从7.0版开始使用也是来自nVidia的T＆L，现在新版的DirectX将支持VTC3D纹理压缩标准，看样子就是预定今年夏天发行、打算在各方面超越OpenGL的8.0版。

　　在软硬件同时到位的情况下，希望3D纹理能得到游戏业界的广泛接受，再不要像S3TC那样叫好不叫座，至少也得接近T＆L的普及水平才能算成功。

纹理技术的前景　

　3D纹理是继T＆L之后，主流3D体系结构的又一次重大变革和提高，以游戏为目标的主流3D的发展第一次领先于以制图为中心的专业3D。

但同时3D纹理也是消耗掉3D芯片每半年翻一番的处理能力的一个“好出路”，不然还有多少人打算买新的3D显示卡呢？

　　由于3D纹理有着鲜明的优势和弱点，3D纹理和2D纹理将在很长的时间内共存，直到系统资源极大丰富或者新的算法能够生成复杂而且低数据量的纹理时才会有所改变。

将来用更多层次的（甚至是深度不同的）2D纹理表现出更丰富的图形效果，用3D纹理来表达重要的、复杂的物体，两者相互取长补短才能达到图形质量、速度之间的最佳平衡。

另外，3D纹理的使用对开发人员提出了截然不同的挑战：

谁会为了大理石内部看不到的花纹浪费大量时间呢？

因此3D纹理的接受和使用一定是一个长期的过程。

第二章中央电视台技术管理办公室博士梅建平

　　　　这个决定应该说标志着中国3D电视的大幕正式拉开了，3D电视从技术上讲，它应该是继黑白电视、彩色电视和高清电视之后，广播电视的又一场革命，是我们广播电视行业自身发展的又一场革命，是视频技术领域一次具有划时代意义的飞跃。

　　3D电视的出现是提升广播电视服务，巩固电视市场增强竞争力的一个重要手段，也就是说电视本身能够提升自己的竞争力，增加我们的服务目前内容和品质，增强广播电视竞争力的一个重要手段。

　　　　在国际上将3D电视认为是后高清电视发展的方向，也是别样的高清，高清之后广播电视将向何处发展，目前国际上一个主流的观点，它是3D电视，当然还有超高清等其它的技术，还有背屏，目前比较主流的看法，标清、高清之后广播电视下一代发展方向就是3D电视电视。

在这个观点的基础之上，对于未来3D电视质量方面应该不低于高清电视的质量。

　　　　广电总局根据高清电视演播室的要求，规定此次的3D试验频道节目、采集、制作用现有的高清的格式，，1920×108050i，演播室采用4：

2：

2的采样方式，频道采用16：

9的全高清，演播室的信号记录、传输用的是双路HDSDI格式，或者在演播室内形成左右拼的单路HDSDI，在演播室里进行存储和传送。

　　　　五个地方台和央视分别制作了3D节目，地方台制作的3D节目要通过骨干网传送到中央电视台，由央视统一进行频道编排。

在节目上传的时候，地方台先按SideBySide国际上左右双拼的方式，还有左右盘拼接的方式，但SidebySide国际上流行的拼接方式，上传的时候会把两个左右路拼接成一个视频，通过H.264方式进行压缩进入骨干网，传送到中央电视台，中央电视台按照编播的计划放到频道播出，最后的播出在央视。

3D电视在央视播出之后，它的传输，从目前国际上的发展阶段来看，中国的3D电视和国际上应该说处于同等的发展水平，因为国际上3D电视目前的发展状况基本上也是在遵循着利用已有的数字电视传输活动和用户数字电视接受终端（机顶盒）来发展现在的3D电视业务。

这是国际上美国和欧洲大部分3D电视播出当中都采用的方式，这种方式的好处无疑是利用现有的数字传输系统和接收终端快速发展3D电视业务。

　　　　根据国际电联ITU的定义，左右双拼的方式，把左右两路拼接成一路高清视频的3D电视传输方式被称为帧兼容的3D方式，国际上帧兼容的方式是SbS（SidebySide），或者OaU（OverandUnder）和Tab（TopandBottom）和IS（InterleavedSide），我们采用SidebySide，3D试验频道通过卫星覆盖全国，面向全国有线数字前端传输，传输过程中采用加密传输方式，到有线网之后要解开，目前根据广电总局的定义，3D电视推广初期入户的时候是一个公共免费频道。

3D电视试验频道的视频压缩编码是H.264，总码率为16Mbps，这个码率比较高，因为在初期为了保证视频的质量，使观众能够得到一个较好的质量欣赏，采用相对比较高的码率。

音频编码还是用的现在的电视信号编码方式。

3D电视压缩编码今后还将在主管部门的统一安排下去开发和试验我们国家自主知识产权的编码标准。

　　　　试验频道的3D频道通过各个有线网数字电视系统传送到观众家庭，在前端实际上是作为一个标准的业务业务Service加入到现在的数字电视系统中，和现在地方整转的100多个标清和高清的频道附庸在一起，作为整个业务加入到整个数字平台上。

观众在家里面采用现在已有的高清电视节目就可以解码现在的3D电视，但如果没有，就可以买一个或者网络公司配发一个高清的解码器。

因为标清解不了个3D频道，因为3D视频的质量是高清的。

解码之后机顶盒将向电视机输出一个SidebySide格式的，左右双拼的电视节目信号，观众需要更换一台3D电视机，现在的2D电视机看不了，新的3D电视机可以把SidebySide视频信号重新分解为左右两路3D视频，通过快门式或者偏振式的3D显示技术让观众观看到3D图象。

以上是3D频道技术的主要规范。

　我们发现电视和电影还是有很多不同的。

　　　　首先在节目制作方面，电视无法像电影那样可以花费大量的时间精心制作，少量的精品电视每天都在播出，即使在试验阶段，每天也要用4—5个小时，需要大量的制作时间，同时我们电视必须通过特定的传输活动传送到千家万户，进入到家庭，而电影是观众到电影院专门的环境中观看，这个问题和技术需要解决。

目前我们对3D的认知需要很多方面去探索，包括几个方面：

　　　　国际上目前3D电视的发展过程，目前国际上一共有25个3D电视频道，分别有15个国家开播，与体育有关的或专门面向体育的3D频道有12个，电视电影类的是4个，文化类包括风光、艺术这种专题是4个，其它是综合类的，有11个。

研究什么样的节目形态适合于3D电视，这是3D电视发展的非常关键的一点，就是3D这种技术展现手段，它并不是适用于所有的节目形态，在某一些方面，它表现得冲击感是比较强的，目前国际上的经验表明，体育这一类是目前3D电视频道开播最多的体育频道对3D电视展播的最多，其次是风光片、纪录片也是3D电视适合展现的内容，这是我们国家发展3D电视当中需要密切关注和探索的。

目前3D节目拍摄，难题当然有很多，第一个难题是3D节目的拍摄这需要精细的视察和试点，这里面包括技术、设备同时也包括大量的经验国际上也对此理论进行分析研究，国际电联定义为调节与聚焦之间的矛盾，也是3D特有的调节和聚焦矛盾，所以国际上存在3D效果和3D舒适性间的矛盾，这个矛盾具体展现在什么方面呢?

对节目制作人员来讲当然希望3D效果强烈，效果强，冲击感强，但个效果强烈了，舒适度就差，国际上说半小时以上就会造成强烈的疲劳感，主要是视差过大，但舒适度提高，3D的冲击感就会下降，怎么样设计好视差，这是3D电视非常重要的方面，拍很容易，拍好了很难，而且这个过程中要避免视点的突变，一会儿在前，一会儿在后，避免视点的突变，使它我柔和的变化，这也是提高3D舒适度的重要因素，这是近两年时间，经过大量3D拍摄，全球行业正在总结和摸索出来的规律，我们在前面的试验过程中也开始深刻感受这个问题。

　　　　视频的模式，虽然SidebySide双拼方式虽然可以利用已有的电视传输系统和设备，但它是以牺牲一半图象分辨率为代价的，国际上有一种过渡性的解决方案，3D电视是后时代的电视节目发展方向，应该在图象质量分辨率上不低于高清，而我们现在用SidebySide方式换取了低成本快速发展的便利，但牺牲了一定的方面。

现在国际上把3D电视发展分为三代，这是经过众多国家研究，大家形成比较一致的看法，一是两视点3D电视，也就是我们目前看的3D电视，它在现实上被称为平面的立体显示，言下之意是通过把两相屏幕通过视频或偏振形式使观众形成一定的观看效果，来实现3D电视的播报，这种技术，就是我们目前所处的技术发展阶段，它是3D电视第一代。

　　　　第二代将是多视点的3D电视，这一代基本上就不再用裸眼3D，是多视点自动立体成像技术，两年以后，多视点3D电视讲成为可能，这种3D电视会是完全不同的体验。

和现在戴眼镜的3D电视不可同日而语，这种3D电视发展是第二代。

　　　　第三代是基于“对象波”的3D电视，就是全息显示技术，这个还需要很长的路要走，所以我们说的立体电视，这个立体是代表广播电视行业，广播电视技术相当长时间持续不断发展的作品，这是新一代技术的发展阶段。

　　　　国际电联对3D电视发展的大概规划。

　　　　现在国际上仅限于对第一代3D电视的研究。

第一代的第二极是双拼的所有帧兼容，第一代是业务兼容，2D的电视机可以看2D的，3D电视机可以解读3D信息，解码3D的图象，它是更高的发展阶段。

帧兼容和业务兼容是两大发展方向，这不是单纯的技术研究，实际上是针对不同的电视运营商，电视台那样的制定的。

对有线电视运营商机顶盒是发放的，是送的，当然希望利用已经提供的有线电视机顶盒在不干扰现有业务的情况下提供3D业务，所以帧兼容的3D技术比较适合这种需求，国外也比较喜欢这种方式。

开路公共服务商，机顶盒和服务器都是自己买的，频道内容表现是这样的，统一频道里提供2D和3D版两种服务，这样的情况下，业务兼容的3D技术比较适用这样的需求。

目前广播电视服务商基本上是这两大类，技术服务商和开路服务商，实际上是这两技术，技术研究瞄准了这两种运营服务。

　　　　这里涉及到我们的压缩编码技术，压缩编码是数字电视当中最关键的环节之一，它不仅关系到前端平台，也直接关系到庞大的用户接收终端的产业和业务发展方向，目前国际上MPEG组织刚刚制订了面对3D电视编码的MVCProfile，它是在264标准里扩展的一个子集，它可以在左右两路视频当中进行预测，进一步提供左右空间预测信息，分别能实现比两路视频分辨率更高的压缩码率。

　　　　MVC现在只是MPEG目前3D电视编码的规范，更高级的3D+2D加分量，这个分量是由深度信息构成的，这是国际压缩编码下一步的发展方向，也正在进行研究，这个值得我们国家去跟踪。

　　　　目前根据广电总局的计划，我们国家的自主知识产权的3D压缩编码标准也在积极的制定当中，因为这么多年做数字电视和高清电视，深刻感受到视频压缩编码它不是一个孤立的技术，是一个系统性的技术，是持续性的技术发展问题。

当我们回想一下做整体转换刚开始的时候，只有标清业务的时候，我们用的技术安排，2005年以后，我们开始做高清的时候有两种选择MPEG和H.264，264开始出现，并逐渐成熟，目前我们的设备中基本看不到MPEG技术了，基本上国际上都采用264的技术，因为它的效率更高。

我们做高清的时候3D出来了，MPEG组织是在264标准系列里增加了3DMPEG，而没有在MPEG-2里，说一我们技术用MPEG-2，做不了3D。

不管MPEG和264都不适合某一代电视的标准，一旦我们采用了某一个标准，就需要考虑走上这一路以后，后续所有的业务都必须在这个标准之上有持续发展的能力。

这是基本考虑及时解决的问题。

　　　　在复用层我们需要补充若干规范，需要支持2D/3D混合业务和事件的协议，需要支持3D电视的EPG，EPG是基本的服务，3D的EPG是我们必须要考虑的问题，以及3D电视的字幕，所以我们不仅仅制作了一个有时差的图象，作为一个业务提供给客户，我们需要对于每一个新的技术和业务产生的一系列问题需要尽快地解决。

针对这个问题，DVB组织再2010年7月颁发了DVB的技术需求，技术规范主要针对这个需求针对帧兼容模式制订了一套PSI/SI的协议，我们国家协议已经出来了，SI扩充了对3D业务的模式，但目前我们所做的，包括国际上所做的只有面对帧兼容这种业务3D电视的描述，因为更高的3D电视更复杂的业务，目前还没有开发出来，所以技术规范相对没有做相应的适配。

　　　　3D电视的显示。

大家都知道，现在商场里3D电视机已经越来越多，根据3D电视产业联盟统计，目前大概市场上2011年三分之一的平板电视是3D，支持3D显示的等离子或液晶演示，这个比例还会逐渐地提高，因为现在新开发的型号大多数都是支持3D显示的平板电视了。

目前3D显示，因为这是我们3D电视在家庭环境下观看最后一个重要的环节。

主要是快门式和偏振式两种方式，这两种方式都需要佩戴专门的眼镜，应该说它还处于我们第一代3D电视的发展阶段。

　　　　当然，大家可能也见到一些裸眼特别是多视点裸眼的显示技术，它主要是成本比较高，向家庭普及比较困难，达到自由观看的多视点，在技术上还有一个成熟的过程。

对于我们现在所常见的快门式和偏振式业内有不少争议，甚至国际上电视机制造业分为两大阵营，各有各的说法，各有各的优缺点，当然争议也比较大，分歧也不小。

快门式的出现的比较早，快门式的3D电视阵营是以韩国三星为代表，偏振式是稍后出现的，也是以韩国另外一个电视巨头LG为旗帜的，所以韩国两大电视屏的技术领先制造商分别引领了快门式和偏振式目前国际上的两大阵营。

这个3D电视对我们3D电视呈现效果，显示3D电视显示质量和观众的需求有什么优缺点，可以说各有优缺点。

　　　　裸眼3D电视观看亮度比较高，缺点是比较重，而且需要电池，我们知道电池需要更换，电池总会用光的，而且成像原理不是左右显示的，是轮流显示的，所以当我们使用50i的方式容易产生闪烁感的，60i的好一点，但不管怎么样是轮流显示。

偏振是后来显示的3D显示技术，它眼镜很轻，无闪烁，戴下来观众眼睛不会那么难受，它的问题是损失一定的亮度，这是业内目前对3D显示技术流行的看法，有优缺点，但最大的差别不在这儿，我们在3D频道的准备和试验过程中，认为两者的差距在于另外一方面。

　　　　我们在电视台播出的时候，目前主要考虑到传输系统和显示情况采用SidebySide传输方式，主要是在水平方面，把左右两路视频率掉的方式，呈现1080×960的显示方式，可以看到左右分辨率都是1080×960，显示图象会损失一半。

而偏振式3D显示原理是将奇数行图象送给左眼，偶数行图象送给右眼，垂直方向的图象象素减少一半，是540×1920，用一半换取左右两眼同时显示。

当电视台以SidebySide方式播出3D电视节目的时候，到观众家里，如果他买了3D偏振式电视机，在偏振式电视机显示的时候，播出的时候减少了一半，解码垂直的时候又减少了一半，最后观众观看的是540×960，连标清都达不到，标清最高还可以达到576，所以高清观看的图象是540×960，比标清都低的图象。

　　　　当然快门式的还是1080×960，还是实际的。

垂直分辨率观众视频的损伤和对图象的观看敏感度更大一些。

SidebySide播出的3D电视对偏振式的电视机是非常不利的，当然，也有人说用上下的方式播出3D电视，对快门式和偏振式都一样，这样我们播出的实际垂直分辨率是540，和我们当时576的标清比。

因为最早使用SidebySide的方式是快门式的3D电视，不是偏振式的，这个问题不明显，现在偏振式的3D电视，因为眼镜轻便，用户越来越多，这个问题就越来越严重，这是我们下面要去探讨和考虑的问题。

　　　　我们的业务是通过现在的网络数字电视系统发布的，我们现在网络数字电视系统都有100、200个2D/3D业务，现在它只是众多标清、高清的业务，一个Service，需要观众在频道间自由地切换，比如从2D的频道切换到3D的频道，或者从3D的频道切换回来，这是机顶盒的遥控器可以自由地切换，不受影响。

这个看似简单，但做的过程中我们发现牵涉到好几个环节，相当复杂，就这么一点要求，都是我们3D电视发展过程中，从网络电视台、机顶盒、电视机三四个环节，这实际要求我们机顶盒和电视机在2D业务中直接识别3D业务。

去年完成了。

　　　　国际上HDMI组织，大家知道这是现在比较流行的高清机顶盒，包括蓝光播放机到高清电视机之间的接口，大部分3D电视机接口和蓝光电视机都采用这样的接口，这个国际组织为3D电视解码显示设备之间的互联制定了一个HDMI1.4规范，以前HDMI接口有1.0、1.1、1.3规范。

我们调查了一下，目前国内市场支持1.4接口的3D电视机在10%，目前各地高清机顶