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Aufmacher

Texas Instruments DLP® Products

3-D DLP®Fernseher: Funktionsweise und Erzeugen von 3-D Foto- und Videosignalen

von David C. Hutchison


Dieses White Paper beschreibt das von Texas Instruments entwickelte DLP 3-D HDTV Videoformat. Hierbei wird erläutert, wie mit Hilfe dieses Videoformats stereographische Bilder erzeugt werden können. Nachdem sich inzwischen HDTV am Markt etabliert hat, fragen sich sowohl Hersteller als auch Verbraucher, was die nächste große technologische Innovation im Bereich TV sein wird. Eine neue Technologie ist das 3-D-Fernsehen. 2006 kamen Filme wie Superman Returns, Monster House und Nightmare on Christmas in die Kinos. Anfang 2007 brachte Disney Studios Meet The Robinsons heraus. Alle genannten Filme waren in der 3-D-Version erfolgreicher als in der 2-D-Version. Filmstudios wie DreamWorks haben angekündigt, zukünftig sämtliche animierten Filme in einer 3-D-Fassung herauszubringen. Es ist also anzunehmen, dass es bereits bald 3-D-Filme für das Heimkino geben wird. Anfang 2007 stattete Texas Instruments seine DLP TV Produktlinie mit 3-D-Fähigkeiten aus. Fernsehgerätehersteller wie Samsung und Mitsubishi produzieren seitdem die ersten DLP 3-D Ready Fernseher.

Abbildung 1: DLP® 3-D-Ausstattung

Abbildung 1: DLP® 3-D-Ausstattung

DLP® 3-D Technolgie
Texas Instruments stellte seinen OEM-Herstellern kürzlich die ersten 3-D-fähigen Fernseherlösungen für die 2007er Fernseher-Generation vor. Die angebotenen Lösungen nutzen den Geschwindigkeitsvorteil des DLP-Chips (Digital Micromirror Device), um die für räumliches Sehen notwendigen Stereo-Teilbilder für das linke und rechte Auge zu erzeugen. In Verbindung mit der neuesten Shutterbrillen-Technik ermöglicht dies gestochen scharfe 3-D-Bilder auf einem DLP-Fernseher.
Die Grundlage für DLP 3-D HDTV liegt im SmoothPicture™ Algorithmus (1). Bei der DLP 3-D-Technik werden die SmoothPicture™ Subframes zur Erzeugung unabhängiger Teilbilder für das linke und rechte Auge genutzt. Für jeden Subframe wird ein Steuersignal erzeugt und optisch zur LCD Verschlussbrille übertragen, die vom Betrachter getragen wird. Die LCD-Brille verarbeitet das Signal und steuert den Verschlussmechanismus so, dass die jeweiligen Teilbilder auf das korrekte Auge treffen.

Diese Technik der Erzeugung von Stereobildern hat zahlreiche Vorteile:
1. Eine technische Hürde besteht darin, dass für die kosteneffektive Erzeugung von Stereobildern im Vergleich zu 2-D-Fernsehern die doppelte Bildbandbreite benötigt wird. Das bedeutet, dass für einen 1080p-Fernseher zwei 1080p-Input-Streams benötigt werden. Derzeit löst man dieses Problem, indem entweder die horizontale oder die vertikale Auflösung auf die Hälfte reduziert wird. Dies ermöglicht die Übertragung von zwei Bildern auf der derzeit vorhandenen Bandbreite, dafür reduziert sich jedoch die horizontale oder vertikale Auflösung. Bei der von Texas Instruments entwickelten Lösung bleiben sowohl die horizontale als auch die vertikale Auflösung erhalten. Diese Bildschirmtechnik ermöglicht stereoskopisches Sehen in bester Qualität und höchster Auflösung.
2. Die meisten Fernseher arbeiten mit einem On Screen Display (OSD). Über das OSD-Menü kann der Nutzer verschiedene Einstellungen wie die Regulierung von Helligkeit und Lautstärke vornehmen. Dieses Menü sollte natürlich auch im 3-D-Modus funktionieren. Im einfachsten Fall wird hierfür das Menü auf Tiefe 0 eingestellt (damit es in 2D erscheint). In einigen Fällen erfordert dies zwei separate Video-Streams, was die Komplexität der Fernsehelektronik erhöht. Mit der von Texas Instruments verwendeten Offset-Sampling-Technik funktionieren OSD-Menüs auch im Stereo-Modus mit der herkömmlichen 2D-Methode. Somit können erhebliche Neuentwicklungskosten vermieden werden.
3. Mit Hilfe der SmoothPicture™-Architektur kann Texas Instruments mit nur geringen Zusatzkosten ein 3-D-fähiges Display liefern. Die Zusatzkosten dieser Lösung bestehen hauptsächlich aus der Shutterbrille. Verbraucher können somit ein 3-D-Ready-Fernsehgerät zum Preis eines herkömmlichen 2D-Geräts erwerben. Sie haben dann die Wahl, die Shutterbrille entweder zusammen mit dem Fernseher oder zu einem späteren Zeitpunkt zu kaufen.

Abbildung 2: Das DLP 3-D HDTV Video Format

Abbildung 2: Das DLP 3-D HDTV Video Format

Das DLP 3-D-Bildformat
Das DLP 3-D-Bildformat nutzt die Art und Weise, wie der DLP SmoothPicture™ Algorithmus das Bild auf dem Bildschirm darstellt. Linkes und rechtes Teilbild werden unter Verwendung des nativen Offset-diagonal-Sampling-Formats des DLP-Chips gesampelt. Die beiden Teilbilder werden dann übereinandergelegt und erscheinen als linkes und rechtes Schachbrett-Muster in einem herkömmlichen orthogonal gesampelten Bild.
Durch dieses Format bleiben die horizontale und vertikale Auflösung des linken und rechten Teilbilds erhalten, so dass der Betrachter das bestmögliche Bild bei der gegebenen Bandbreite erhält.

3-D-Inhalt
Ein Vorteil der DLP Technologie besteht darin, dass für das Datensignal dieselbe Bandbreite wie beim herkömmlichen HD Videosignal verwendet wird. Damit kann dieses Format über die heutigen DVI- und HDMI-Schnittstellen übertragen werden. So können Spieleentwickler, Fotografen und die Videoindustrie beeindruckenden 3-D-Content mit einer Technik erstellen, die bereits heute erhältlich ist. Darüber hinaus kann das Format mit gängigen Programmen wie Adobe Photoshop und AVISYNTH erzeugt werden. (AVISYNTH ist ein umfangreiches Tool für die Videonachbearbeitung. Es ist als Freeware erhältlich bei: http://avisynth.org).

Abbildung 3: Erzeugen des für das stereoskopische Sehen notwendigen linken und rechten Teilbildes mit Hilfe einer Diaplatte.

Abbildung 3: Erzeugen des für das stereoskopische Sehen notwendigen linken und rechten Teilbildes mit Hilfe einer Diaplatte.

Erzeugen des linken und rechten Teilbildes
Man kann das linke und rechte Teilbild recht einfach mit einer normalen Digitalkamera erzeugen. Der durchschnittliche Augenabstand liegt beim Menschen bei 64 mm. Wenn man also ein einfaches Motiv erstellen will, müssen zwei Bilder erstellt werden. Das zweite Bild muss dann rund 64 mm horizontal zum ersten Bild verschoben werden. Dies kann man mit Hilfe einer Diaplatte erreichen oder einfach, indem man sein Gewicht von einem Bein auf das andere verlagert.
Wenn das linke und rechte Teilbild aufgenommen sind, müssen sie in ein DLP TV-taugliches Format gebracht werden. Für diesen Schritt braucht man ein Bildbearbeitungsprogramm wie Adobe Photoshop, das Maskierungs-Optionen anbietet. Bevor die Teile zu einem einzigen stereografischen Bild zusammengefügt werden, müssen die Teilbilder zugeschnitten und skaliert werden, so dass sie exakt ins Fernsehbild passen. Sämtliche DLP Fernsehsysteme arbeiten entweder mit einer nativen 720p- oder einer nativen 1080p-Auflösung. Somit müssen das linke und rechte Teilbild in ein 16:9 Verhältnis gebracht und entweder auf 1280x720 Pixel oder 1920x1080 Pixel skaliert werden.

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