梅剑平：3D电视技术体系与发展规划

单声道人生

对于3D电视，我们目前刚刚拉开发展的序幕，现在还在发展的初期，对3D电视需要长期的发展，对它的发展和我们将在发展中面临的问题，需要做哪些工作，在频道筹备过程中以及最近这两年我们对3D技术的跟踪调研过程中得出这样一些体会，也很高兴今天有这样的机会和大家进行讨论和分享。    　根据广电总局的“十二五”规划，“十二五”期间我们国家将开播10个3D频道，其中发展目标包括制定我们国家的3D标准，以及整体提高3D电视的制播能力，使3D电视的存储能力和播发能力具有较高的水平。达到这样的水平，我们需要一系列的技术攻关和技术经验，需要广电同仁一起去努力。
    　大家都熟悉3D电视发展到今天，很大程度上得益于电影《阿凡达》，它点燃了全球3D影视的激情，包括我们国家在内，到目前为止，据有关部门的统计，能播放3D电影的大屏已经在4000—5000块，而且每个月都在有所增加。而我们即将开播的3D试验频道过程中，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，我们需要集合国内六家主要电视台共同完成我们的制作，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，其实国际上也就是在近一两年，最主要的是在近一年之内开播的3D频道。我们国家在2012年元旦开播，应该说站在国际领先的潮流上。目前国际上一共有25个3D电视频道，分别有15个国家开播，主要是欧洲、美国，亚洲有日本和韩国对3D频道走了一些前期的路。对这些频道的内容进行统计，我们可以看到，欧洲的Sky、Canal和欧洲运营商对3D探索的佼佼者，这是3D电视国际上总体的总体分布情况。对这些频道进行分析和统计，我们可以发现，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。从重我们也可以看到，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，应该说这也是目前对于技术和经验我们最匮乏，最急需的环节，也是影响我们现在3D节目质量的一个首要环节。具体来说，拍出有一定视差的3D节目很容易，但拍好很难，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Side  by Side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Side  by Side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电视将成为可能，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。
    　（图）左边这一栏是第一代3D电视，右边第二栏是第二代3D电视，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。对于开路公共服务商来讲，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MVC  Profile，它是在H.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，H.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H.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H.264标准系列里增加了3D  MPEG，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Side  by Side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180×960的显示方式，可以看到左右分辨率都是180×960，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，540×1920，用一半换取左右两眼同时显示。当电视台以Side  by Side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。Side  by Side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Side  by Side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。

    　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%，目前各地高清机顶盒还没有一个支持1.4的解码，也就是说在电视机和机顶盒的互联上，我们目前还没有符合国际专门为3D制作接口标准的接口和通路。
    　对于我们刚才所谈到的，对观众自由选择切换意味着什么？说明前端PSI/SI系统需发出3D业务识别符，这在广电3D技术派皮书中扩展了一个描述符，补充道我们现在发生的SI系统里，并且能伴随3D业务播出，所有有线电视前端要做这个事儿。同时机顶盒软件要升级，要能识别这个用户和业务类型，原来没有这个3D业务，机顶盒里不知道有这么一个3D业务，机顶盒需要识别这个业务，这需要软件升级。识别完之后还需要通过HDMI1.4接口和视频解码一起通知3D电视机，3D电视机才能根据机顶盒传送过来的指令知道这是一个2D业务还是3D业务，然后切换显示模式。所以这么一个简简单单的业务，涉及到我们从网络公司到电视台、机顶盒、电视机等上下游一系列的产业环节，目前总局已经把规范做出来，大家需要对SI系统升级，电视机升级，同时还要考虑我们的接口升级，升级到1.4，所以我们用户不得不用遥控器选择电视2D或3D，当3D频道会到2D频道的时候要进行同样的操作，机顶盒操作一遍，电视机再切换一遍模式。这是3D电视的发展，我们开播了，已经开始，这是从电视台到电视机上下游大家还有诸多的工作需要去做。
    　关于3D电视的主观评价与客观测试方法，这是我们衡量节目制作、传输乃至于显示的重要标准，如果没有这样的标准，电视台一直到电视机依据什么样的标准测试你的产品或节目？可不可以？达不达到播出的质量？目前这个标准我们正在研究，在国际上也没有完成，这对于规范3D电视健康，3D电视健康现在是非常重要的研究领域，保证3D电视观看建设重要的依据，目前国际电联有一个标准，但还不完善。之所以是比较复杂的，那是因为3D图像或2D图像相比，它的评价方法还是有很大区别的，因为对3D的观看，比如2D的马赛克我们可以分辨地评价出图像，而3D即使没有马赛克和噪音，观众依然觉得观看不舒适，这从人员和素材上都出现了2D电视时代完全不同的新的问题和新的要求。这是2D电视评估没有碰到的问题，主要包括深度分辨率、深度运动，2D时代没有，3D世代友深度分辨率和深度运动，木偶效应等，目前我们研究院也在研究。
　　总之，3D电视是一个新的广播电视的发展时代，但是目前应该说我们还是处在非常非常初期的发展阶段，这个频道不开播，我们想的问题很简单，甚至让观众自由选择切换，我们没有想到这个问题这么复杂，开播了我们会发现有很多的问题需要我们攻克，但这是一个好事儿，让我们认清现状，大大加快3D电视的发展水平和发展步伐，在技术、标准、经验各个方面，我们将会加快我们的积累和完善的过程。当然，这一切都需要整个国内我们广电行业共同努力。