[发明专利]立体视频序列编码系统和方法

说明书

本申请是申请日为2003年4月9日、中国申请号为03808028.1、发明名称为“立体视频序列编码系统和方法”的中国专利申请的分案申请。

技术领域

本发明一般地涉及一种用于编码和解码对偶节目（dual program）图像序列的过程和系统，更具体地说，本发明涉及一种用于对一个视频信号上的图像序列信号进行压缩并解码所述一个视频信号，以便以多种取景格式（viewing format），再现两个图像序列节目或三维立体节目的过程和系统。尽管将参考诸如电影的三维立体节目的处理过程对本发明进行说明，但是应该认为在本发明的范围内，可以应用于对任何视频序列对进行处理，而不考虑每个序列的相应视频内容的任何差别。应该明白，在本说明中，正如可互换使用术语“编码”和“压缩”一样，可互换使用术语“解码”和“解压缩”。

背景技术

自从1947年发明了立体照相机，已经开发了几种系统，以通过再现观众的左眼要观看的第一节目序列并再现仅由观众的右眼观看的、同时相对于第一图像序列存在视差的、同一个场景图像的第二序列，从而复制自然三维视觉的原理，使观众观看三维（3D）节目。从1950年开始，制作了许多电影，通过利用对偶摄像头系统摄取时间同步而具有视差的立体像，以在再现时使观众感觉到深度效果，从而提供更完整、刺激的视觉体验。

当前，家庭影院系统迅速渗透到家用市场，而且非常复杂，根据家庭对高质量电影体验的需求，普遍使用高质量系统。然而，现有的立体再现系统仍不如观众所望，而且仍不能集成到市售的最高级家庭影院系统中。原因主要在于，图像质量较差（衰落颜色和/或阶梯对角）以及因为通常闪烁和缺少空间真实感产生的疲劳和不舒服。的确，由于利用用于一个视频节目放映的设备，例如电视机，放映两个不同节目，所以两个视频信号之间共享技术资源导致丧失图像空间分辨率和闪烁，因为对于每个眼睛的帧显示速率以及像域与黑色背景之间的对比度降低了一半。

现有的典型立体再现技术包括对交错视频信号的偶数行扫描场上的第一图像序列信息以及该信号的奇数行扫描场上的第二图像序列信息进行编码。在回放时，在显示偶数行期间，利用遮光眼镜（shutterspectacle）遮挡观众的眼睛之一，而在显示奇数行期间，遮挡观众的另一只眼睛。由于通常在两个连续的1/60s的扫描周期内，显示包括偶数行和奇数行的正常图像，所以每只眼睛分别观看立体节目，因为1/60s图像序列之后是1/60s的截止周期，以使每只眼睛每秒观看30帧（fps）。此外，通过使图像行与黑色行（black line）交替，形成每个再现图像。显然，这样再现的、丧失了其一半拓扑信息而且占空因数为50％（在空间和时间方面）的立体图像导致亮度降低而且闪烁，正如经验已经确定的那样。

这些局限性、缺陷以及缺点的解决方案是以至少60fps（每只眼睛每秒观看30全帧）的速率显示整个立体图像，这样所需的带宽通常至少是非立体（平面）节目所需信号带宽的两倍。在在显示的图像与环境照明之间显示较高对比度的室内，消除闪烁进一步要求最高120Hz的垂直扫描（以及遮光眼镜）频率，以便对每只眼睛每秒显示至多60全清晰度图像。在不广泛使用这种频率时，利用当前制造的、每个分别以30fps的连续速率接收立体节目的第一图像序列和第二图像序列的两个数字视频投影仪，可以无闪烁显示立体节目。利用光学方法，对每个投影仪的输出进行滤光，以在喷涂银的特殊屏幕上，以良好时间同步，配准产生垂直和水平偏光输出投影图像。观众可以佩戴包括不同偏光玻璃的护目镜，以表现三维效果。显然，该解决方案非常昂贵，而且不能满足家庭影院系统的市场预期。

然而，现在在市售采用DLP（数字光处理）技术的非常快速而且较有力投影仪，该投影仪可以提供至多120fps的显示速率，因此一个投影仪可以以足够高的速率交替显示立体序列，从而即使在高对比度环境下，仍可以基本消除闪烁。此外，高端CRT投影仪和计算机监视器可以提供这种兼容清晰度和更新率。