認識「3D TV」廬山真面目

west

橫看成嶺側成峰，遠近高低各不同。不識廬山真面目，只緣身在此山中。 -
宋　蘇軾《題西林壁》

自從2009年Sony喊出「2010年將要把3D TV帶進家庭」的口號後，3D TV的話題就一直在發燒，隨後的「阿凡達」3D電影與CES 2010則將3D TV炒得更熱。那麼這個可能就要在今年進入到我們家庭的「3D TV」，您對它的了解有多少？

其實，從過去傳統電視機(CRT TV)以來就已經有「3D TV」，它是使用LCS(液晶快門)立體眼鏡來觀賞3D影片(有關LCS眼鏡的工作原理，可以參考本部落格的另一篇文章「如何觀賞3D立體影像 -- 液晶快門立體眼鏡篇」)，只是它的Refresh Rate(畫面更新率)是60Hz(NTSC系統的電視)，藉由其「交錯顯示」(Interlacing Display Mode)的方式，可以將左、右「交錯影像格式」(Row Interlaced Format)的影像分離出來；亦即每秒只能送給左、右眼各30個畫面(Frame)，如此使用LCS眼鏡來觀賞3D影片，會有嚴重的「閃爍」(Flicker)現象，容易造成眼鏡觀賞不舒服，所以長久以來一直為人所詬病，這也是傳統3D電視機(CRT TV)無法流行起來的主因之一。


時至2007年，市場上再度看到「3D TV」的身影 -- Samsung與Mitsubishi所極力推廣的「3D Ready TV」(使用TI「DLP 3D HDTV」的技術應用於DLP的背投影系統)；其工作原理是：將「棋盤式格式」(CheckerBoard Format)的左、右影像分離出來，再以120Hz的Refresh Rate將此左、右影像交換顯示(Page-Flipping或Frame Sequential Display)方式投影到螢光幕上，再透過VESA DIN-3送出「Stereo-Sync」的訊號給LCS眼鏡工作，如此就可以觀賞到3D立體影像。雖然我們左、右眼所看到的只有一半畫面的解析度，但是其3D品質已經可以被接受了。不過，這種「3D Ready TV」只有在北美地區上市，總數量約有400萬台，但是真正有進行3D應用者約僅佔1%(約4萬台)而已。其主要原因還是缺乏主流消費型的應用 – 3D立體節目與電影。


這次Sony與各國際家電大廠所主推的「3D TV」，依使用3D立體眼鏡的技術來分，大致可以分為二大陣營：「主動式」與「被動式」。有關「主動式」3D TV所搭配的LCS眼鏡工作原理，我在「如何觀賞3D立體影像 -- 液晶快門立體眼鏡篇」裡已有詳細的說明，在此就不再贅述；而「被動式」3D TV的工作原理則是：如下圖，在液晶螢幕上黏貼一層「微偏光膜」(Micro Retarder或Micro Polarizer)，此「微偏光膜」係由上而下依顯示畫面的奇(Odd)、偶(Even)水平線(亦即R、L水平線)，各偏45度(右)與135度(左)，再將3D影像以「水平交錯格式」(Row Interlaced Format)顯示，如此透過偏光眼鏡就可以將左、右眼影像隔離出來(偏光角度呈90度者會被遮沒)，而觀賞到3D立體效果。目前Acer的3D筆電就是使用這種技術來觀賞3D立體影像；而韓國於今年開播的3D電視，我個人的猜測很可能也是使用「被動式」的3D TV，因為主要是頻寬的考量，如此它可以在既有HD(或1080i)的頻道上，直接載播「水平交錯格式」的3D影像。

那麼「主動式」與「被動式」各有何優缺點與不同呢？請參考以下比較表：

比較項目	主動式	被動式
3D顯示方式	Page-Flipping (Frame Sequence)	Micro Retarder偏光膜
3D立體眼鏡	LCS眼鏡	偏光眼鏡
3D解析度	全畫面	半畫面 (垂直畫面降一半)
「3D Ready」 解決方案	1080p/24Hz@1080p/120Hz 輸出Stereo-Sync.給LCS眼鏡	Micro Retarder偏光膜 1080p/24Hz@ Row Interlaced Image
視角	沒有任何限制	有限制
3D立體眼鏡價格	高	低

從上表可以很清楚地得知：「被動式」3D TV的「3D Ready」解決方案的成本會比較高，因為除了Chip Solution外，它還必須在液晶螢幕上再貼一層Micro Retarder偏光膜。雖然「主動式」所使用的LCS眼鏡價格是比「被動式」所使用的偏光眼鏡價格高；但是從3D解析度上來比較，它可以獲得全畫面的高品質3D效果。目前看來，「主動式」陣營是比較佔優勢，支持的家電廠商較多。

既然「主動式」的3D TV將會成為市場的主流，接著我們就來探討「主動式」3D TV該俱備那些功能？由於到目前為止，SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers)尚未訂出3D TV的標準規格。不過，就我目前所蒐集到的資訊，大致可以描繪出「主動式」3D TV的一個 輪廓：

1.可以將3D立體影像的左、右眼影像分離出來(例如可以將「棋盤式格式」的左、右影像分離出來)；或可以接受Blu-Ray 3D Player輸出1080p/24Hz Page-Flipping (Frame Sequential Display)的畫面。

2.必須提供至少120Hz Refresh Rate的「畫面更新率轉換」(Frame Rate Conversion)；可以將低頻的畫面轉變為高頻顯示的畫面，如可以將Blu-Ray 3D Player輸出1080p/24Hz轉變為1080p/120Hz (或以上)。這是為了避免LCS眼鏡會有「閃爍」(Flicker)現象。

3.必須輸出「Stereo-Sync.」的訊號給LCS眼鏡。

這種具有上述3D基本能力的TV，我們稱之為「3D Ready」(或「3D Capable」)TV。對於有心要製造生產3D TV的廠商，首先必須取得的是「3D Ready」的技術，目前據我所知，NXP(Philips投資的半導體公司)已有提供「畫面更新率轉換」(Frame Rate Conversion)的Single Chip Solution；國內也有IC設計公司已開始著手開發有關「3D Ready」的技術。有了這樣的「3D Ready」TV，LCS眼鏡才可以與之搭配工作。但是，LCS眼鏡除了要有「Stereo-Sync.」的工作訊號之外，其液晶快門鏡片的偏光角度還必須與其搭配之液晶電視螢幕的偏光角度要一致(電漿電視與DLP背投電視則無此限制)，否則會看不到影像。所以，一般「主動式」的3D TV必須要提供與其搭配的LCS眼鏡一起銷售，消費者根本無需擔心要買什麼樣的LCS眼鏡來搭配使用。

另一方面，對於目前家用的液晶電視有沒有機會自己DIY成「3D TV」？答案是否定的。如果您從我前面對「3D TV」的描述：可以將Blu-Ray 3D Player輸出1080p/24Hz Page-Flipping (Frame Sequential Display)的畫面轉變為1080p/120Hz (或以上)高頻顯示的畫面，並且輸出「Stereo-Sync.」的訊號給LCS眼鏡；同時，LCS眼鏡鏡片的偏光角度還必須與其搭配之液晶電視螢幕的偏光角度要一致。要滿足這些「3D Ready」條件，將很難由外接任何「機上盒」(Set-Top Box)就可以解決的。也就是說，「3D TV」必須由液晶電視機廠商先行取得「畫面更新率轉換」(Frame Rate Conversion)與輸出「Stereo-Sync.」的解決方案與120Hz (或以上)高頻顯示的液晶面板後，再尋求有經驗的LCS眼鏡廠商根據其「3D TV」的功能、規格與液晶螢幕的偏光角度，來客制化設計開發其專用的LCS眼鏡。

最後，對於要製造生產「3D TV」的廠商而言，如何訂出自己所需要的LCS眼鏡規格，並選擇一款正確的LCS眼鏡來搭配就非常重要，基本上使用於家庭「3D TV」的LCS眼鏡應該要具有以下幾個電子特性(姑且不包含外型設計、美觀、舒適與否)：

1.必須是紅外線無線控制(目前家用紅外線比Bluetooth、ZigBee RF無線控制較具優勢)。

2.必須是無死角的紅外線工作範圍(必須涵蓋的角度要大、完全無視角限制)。

3.必須是高靈敏度(High Sensitivity)的紅外線感應器(Sensor)以避免「掉框」(Drop Frames)或無法工作。

4.必須可以避免電視紅外線遙控器的干擾。

5.液晶快門鏡片的明暗對比(Contrast Ratio)愈大愈好。

6.液晶快門鏡片的透光率(Transparancy)愈高愈好。

7.液晶快門鏡片的反應速度(Response Rate)愈快愈好。

8.使用過程中，必須完全沒有「鬼影」(Ghosting)。

9.電池壽命要長(連續使用至少100小時以上)。

10.非工作時候，LCS眼鏡必須要能自動斷電。

11.可以切換左、右眼方向以避免凹凸相反的「Pseudo Stereo」現象。

12.其他。


後記：
有鑒於最近「3D TV」的議題持續地發燒，我時常會接獲尋求LCS眼鏡合作的詢問電話，可是往往對方搞不清楚什麼是「3D Ready」的TV，也不曉得LCS眼鏡的工作原理與條件。所以為文介紹「3D TV」，希望對於想往這個方向發展的廠商，有個基本的參考資料。當然，如果您有其它在本文未盡說明的問題，也歡迎您提出來討論！


原文為艾爾得資訊J.G王總:
http://tw.myblog.yahoo.com/3d-blog/article?mid=411&prev=420&next=404

yuho_sr

真是不錯的介紹!

a-arong

介紹很好,那目前主流呢!

cyccyc

詳盡介紹支持

west

這篇是兩年前轉自艾爾得資訊 王總的文章

很明顯的，經過這兩年的市場考驗，目前3D眼鏡的液晶快門鏡片的透光率(Transparancy)與反應速度已經提昇不少，近一年來推出的快門式3DTV都可以滿足嚴苛的要求了。

偏光式眼鏡，在台灣的反應平平，不過在大陸稱為不閃式3D，隨著低價的優勢市占率也有明顯的進步。加上今年大陸央視3D台的開播，整個3DTV的成長率應該會更提昇不少。