2D视频图像信号转换为3D视频图像信号的技术方案及应用 技术领域：
本发明属于应用技术中的视频图像信号的转换处理领域。是将平面二维(2D)的视频图像信号高效、实时、低成本的转换为具有三维立体效果的3D视频图像信号的转换技术及应用。
背景技术：
3D(三维)立体电影《阿凡达》引燃了人们对3D图像视频的极大兴趣，开辟出3D视频图像的巨大市场空间。但是，3D视频图像拍摄成本高昂，且目前已拍摄完成的3D视频图像信号源非常匮乏。同时，现有的将2D视频图像信号转换为3D视频图像信号的技术相当复杂、昂贵，无法高效、实时、低成本的将其转换为3D视频图像。由此，无法满足市场和广大用户对3D视频图像的使用需求。
发明内容：
本发明的目的是根据上述不足之处，提出一种将2D视频图像信号转换为具有很强3D立体效果视频图像信号的技术方案，不仅实现了2D视频图像到3D效果视频图像的简洁、高效、低成本、实时的转换；而且又有效的利用了现有丰富的2D视频图像片源。
通过本发明所提出的技术方案，可将2D视频图像信号转换为具有3D效果的视频图像信号并可在相应的显示终端上显示出来，观看者通过相应的专用立体眼镜观看时，显示终端上的图像将产生强烈的立体感。
本发明的最大优点就是通过技术创新，能够将目前丰富的2D图像视频片源简洁、高效、低成本、实时的转换成具有强烈3D立体效果的视频图像信号流，并可在显示终端上显示出来，诸如：电视机、电脑显示器、LED大屏、投影仪、MP4等；观看者通过相应的专用立体眼镜进行三维立体视频图像的观看。
本发明的有益效果：
①视频资源利用度高
可以充分将现有丰富的平面二维(2D)的视频资源二次利用，将其高效、实时、低成本的转换成具有强烈三维立体效果的视频图像信号，使用户能够低成本的享受丰富多彩的三维立体(3D)视频服务，而无需额外花费巨资和时间拍摄专门的3D视频；
②可用于各种显示终端
通过本发明所提供的技术方案将2D视频图像信号转换为具有强烈3D效果的视频图像信号，可在电视机、电脑显示器、LED大屏、背投、投影仪、MP4等显示终端上显示。
③适用于多种信号格式
本发明可对模拟、数字格式的2D视频图像电信号进行具有3D效果的视频图像电信号的转换；可对不同图像分辨率(清晰度)的2D信号进行3D信号转换，诸如：VGA、QVGA等分辨率的视频信号，标清、高清电视等分辨率的视频信号的2D到3D转换。
④技术使用成本低
相对于业界现有的2D视频图像到3D视频图像转换的复杂技术和设备，可以低成本的实现2D视频到具有很强3D效果的视频图像的转换，便于实现针对广大个体使用者的推广；
⑤使用领域广
本发明可在电脑视频显示、电视、监控等视频显示领域得到普遍应用，将普通平面二维的视频图像信号转换为具有很强三维立体效果的视频图像信号。
本发明可分别用在公共视频信号源的处理和个体终端显示这两个环节：
公共视频信号源处理环节
可将2D视频图像信号源转换为3D视频图像信号，然后以数字或模拟的格式传送给大众用户，使其能够通过相应的显示终端同时接收并显示3D视频图像信号。
个体终端显示环节
个体用户可将接收到地诸如：DVD、VCD、模拟电视信号、数字电视信号等2D视频信号通过本发明转换为3D视频信号，然后通过显示终端进行播放显示。
本发明的技术原理：
本发明基于人眼观察图像时立体感的呈现原理，即：当人眼观看一副景物时，左右单眼所看到的图像是略有不同的，即存在一定的视差，通过人脑的视觉经验产生出图像的立体感觉。
本发明实现的一个基础条件是：
我们在显示终端上所看到的连续视频图像实际上是一帧(场)一帧(场)的间断显示的，只不过因为帧频(场频)很高，由于人眼的视觉暂留效应，使我们感觉到视频图像是连续呈现出来的。也就是说，传送视频图像的连续信号流也可等效为是在一帧(场)一帧(场)间断的传送视频图像信息，因为帧频(场频)很高，所以在显示终端上显示时，因人眼的视觉暂留效应，使观看者感觉看到的是连续的图像视频。
对于连续的视频图像来说，由于图像的运动、场景的变化等因素的影响，时间相距较近的不同帧(场)显示的视频图像内容是略有不同的，时间上相距越远的帧(场)，其显示的图像内容差别越大。
本发明依据此基本原理和基本条件，通过技术创新对2D视频图像信号流进行相应的处理，将由视频流中按帧(场)的方式传送的同一个图像内容分解为两幅略有不同的图像内容，即将同一幅图像分解为存在一定视差的两幅图像，并在显示终端上显示出来。观看者通过相应的专用立体眼镜，使这两幅略有不同存在视差的图像分别进入人的左右单眼，使视频图像的观看者产生出强烈的3D立体效果。
本发明的关键技术特征是：
先将2D视频图像信号流(模拟格式或数字格式)分解组合为两路视频图像信号流(模拟格式或数字格式)，然后对其中的一路视频图像信号流进行延时操作，延时的时间可根据视频信号不同的帧频(场频)进行相应的调整，延时调整的范围为几～几十帧(场)，以呈现出最佳的3D立体效果。
然后将未延时的视频信号流和已经过延时的视频信号流在显示终端上显示出来。用户通过专用的立体眼镜，分别将显示终端上由未延时视频信号流和延时后的视频信号流以帧(场)的方式显示出来的图像内容分别送入人的左右单眼，因视频信号流中时间相距较近的不同帧(场)所展示的图像内容是略有不同的，由此观看者的左右单眼看到的图像存在一定的视差，由此产生强烈的3D立体效果。
本发明由3个主要的功能电路模块共同实现。本发明的整体系统结构组合示意图见附图1。三个模块保持电气连接，各模块的功能如下：
1、①视频图像信号流分解组合模块
其特征是，将输入的不同接口格式的2D视频图像信号流分解组合成两路视频图像信号流，然后将其中的一路(视频图像信号流2)送给②信号延时模块进行延时处理，另一路(视频图像信号流1)直接送给③视频图像信号流接口转换模块。
输入①视频图像信号流分解组合模块的2D视频图像信号流的格式可以是多种多样的，诸如：HD-SDI、HDMI、DVI、SDI、VGA、Y/Pr/Pb、Y/Cr/Cb、S端子、CVBS(Av)等视频信号流接口格式。
2、②视频图像信号流延时模块
其特征是，将①视频图像信号流分解组合模块送来的一路视频图像信号流(视频图像信号流2)进行延时处理，然后输出给③视频图像信号流接口转换模块。
视频图像信号流延时模块的延时时间可以依据视频图像信号流不同的帧频(场频)进行相应的调整，延时调整的范围为几～几十帧(场)，以实现最佳的3D立体效果。
3、③视频图像信号流接口转换模块
其特征是，将由①视频图像信号流分解组合模块和②视频图像信号流延时模块送来的两路视频图像信号流(视频图像信号流2、视频图像信号流1)进行接口转换，转换成各种不同显示终端所能够接收的相应视频信号流的接口格式，诸如：HD-SDI、HDMI、DVI、SDI、VGA、Y/Pr/Pb、Y/Cr/Cb、S端子、CVBS(Av)等视频信号流接口格式，并使其能够以常见的3D立体呈现方式在视频显示终端上显示出来，并通过相应的专业立体眼镜进行3D立体视频图像的观看。诸如：分色制3D立体视频图像呈现方式、分时制3D立体视频图像呈现方式、分光制3D立体视频图像呈现方式、分屏制3D立体视频图像呈现方式、甚至是自由立体制3D立体视频图像呈现方式。
针对目前3D立体视频的不同呈现方式，本发明系统结构(见附图1)中各组成模块的技术特征进一步说明如下：
1、分色制3D立体视频的呈现方式
分色制3D立体视频呈现方式采用将两幅略有不同的图像以两种不同的颜色同时在终端上进行显示，观看者通过专用立体分色眼镜使左右单眼分别看到相应颜色的存在视差的图像，以此产生出强烈的3D立体效果。
针对分色制3D立体视频的呈现方式，附图1所示的系统结构中①视频图像信号流分解组合模块的技术特征是将输入的不同接口格式的2D视频图像信号流分解为R(红)/G(绿)/B(蓝)三基色的三路图像视频信号流，然后将这三路三种不同颜色的视频信号流组合成两路视频图像信号流，这两路视频图像信号流可以是以下三种情况中的一种：
B(蓝)+G(绿)组合颜色视频图像信号流和R颜色视频图像信号流；
B(蓝)+R(红)组合颜色视频图像信号流和G(绿)颜色视频图像信号流；
R(红)+G(绿)组合颜色视频图像信号流和B(蓝)颜色视频图像信号流。
然后对这两路视频信号流其中的一路通过②视频图像信号流延时模块进行延时处理，另一路直接传送给③视频图像信号流接口转换模块。
③视频图像信号流接口转换模块将经过延时处理和未经过延时处理的视频图像信号流合并为一路视频图像信号流，经过接口转换送给通用视频显示终端进行显示。用户通过专用分色立体眼镜即可观看到强烈3D立体效果的视频图像。
这种3D立体图像的呈现方式通过普通的视频显示终端即可实现3D立体图像的显示，不需要专用的立体视频显示终端。
2、分时制3D立体视频的呈现方式
分时制3D立体视频呈现方式指两幅略有不同的图像在视频显示终端上是分时间显示的。例如，图像1在奇数帧(场)显示，图像2在偶数帧(场)显示，通过专用的装有分时同步开关立体眼镜，即可让左右单眼只能观看到相应的帧(场)的图像，形成视差，产生强烈的立体感。
在分时制3D立体视频呈现方式中，本发明系统中①视频图像信号流分解组合模块的功能是将输入的不同接口格式的2D视频图像信号流分解为两路一样的视频图像信号流，一路直接传送给③视频图像信号流接口转换模块，另一路送给②视频图像信号流延时模块进行延时处理。
③视频图像信号流接口转换模块将经过延时处理和未经过延时处理的视频图像信号流按照两路信号流中图像帧(场)依次间插的方式，将两路视频图像信号流合并为一路视频图像信号流。即在合并后的视频图像信号流中，合并前视频图像信号流1的图像帧(场)放于合并后视频图像信号流的奇数帧(场)位置，合并前视频图像信号流2的图像帧(场)放于合并后的视频图像信号流的偶数帧(场)位置。
合并后的视频图像信号流经过接口转换送到视频显示终端上显示，用户通过装有同步开关的分时制立体眼镜进行3D立体视频图像的观看。
3、分光制3D立体视频的呈现方式
分光制3D立体视频呈现方式是指两幅略有不同存在视差的图像以两路正交偏振光的形式同时呈现在显示终端上，诸如：投影幕布、电影幕布等，用户通过偏振光立体眼镜进行观看的3D视频呈现方式。
在这种方式中，本发明系统中①视频图像信号流分解组合模块的功能是将输入的不同接口格式的2D视频图像信号流分解为两路一样的视频图像信号流，一路直接传送给③视频图像信号流接口转换模块，另一路送给②视频图像信号流延时模块进行延时处理。
③视频图像信号流接口转换模块将经过延时处理和未经过延时处理的视频图像信号流分别进行信号接口格式转换，然后分别送给两个投影终端，投影终端以相互正交偏振光的形式将两路视频图像信号流的图像投影在幕布上，用户通过偏振光立体眼镜进行3D视频的观看。
4、分屏制3D立体视频的呈现方式
分屏制3D立体视频的呈现方式是指两幅略有不同存在视差的图像分别在两个终端上显示，观看者的左右眼分别只观看其中的一个显示终端上的图像信息，产生强烈的3D立体感。
在这种方式中，本发明系统中①视频图像信号流分解组合模块的功能是将输入的不同接口格式的2D视频图像信号流分解为两路一样的视频图像信号流，一路直接传送给③视频图像信号流接口转换模块，另一路送给②视频图像信号流延时模块进行延时处理。
③视频图像信号流接口转换模块将经过延时处理和未经过延时处理的视频图像信号流分别进行信号接口格式转换，然后分别送给两个显示终端，用户通过左右眼分别只观看相应显示终端的图像信息实现3D视频的观看。
本发明为实现2D视频图像信号流到具有强烈3D立体视频效果视频图像信号流的转换功能，依据不同的使用情况，可由附图1中的①视频图像信号流分解组合模块、②视频图像信号流延时模块、③视频图像信号流接口转换模块这三个模块进行灵活的组合组成本发明四种组合方式。
A、由①+②+③三个模块组成本发明；
B、由①+②两个模块组成本发明；
C、由②+③两个模块组成本发明；
D、由②一个模块组成本发明。
附图说明：
附图1：为本发明整体系统结构组合示意图。
附图2：为本发明公共领域应用示意图。
附图3：为本发明个体领域应用示意图。
本发明系统实现了将2D视频图像信号流简洁、高效、低成本、实时的转换成具有3D立体效果的视频图像信号流，并可在视频显示终端上以分色、分时、分光、分屏的方式显示，通过相应的专用立体眼镜，使观看者产生强烈的立体3D效果。
具体实施方式：
本发明系对不同的使用环境可通过附图1中①、②、③三个模块的四种组合方式予以实现。
采用本发明技术方案形成的产品形态为两种：
A、独立形态：独立存在的3D视频信号转换器产品形态；
B、内置形态：本发明系统集成进应用视频电子设备。诸如，电视机、电脑、MP4、VCD、DVD、数字电视机顶盒等的产品形态。
本发明系统的应用领域为个人视频应用和公共视频应用两个领域：
公共视频应用领域
该领域指广播电视领域、视频监控领域、互联网视频领域、IPTV领域。
本发明系统将公共的2D视频信号源进行高效、实时、低成本的3D立体视频信号转换处理，然后通过互联网、广播电视网传送到大众用户的视频显示终端处并显现出来，使用者通过相应的专用立体眼镜进行3D图像的观看。如附图2所示。
个体视频应用领域
指个体使用者可通过本发明产品将通过互联网、广播电视网获取的，或本地产生的(诸如：DVD、VCD、电脑视频文件等视频源)2D图像视频信号高效、低成本、实时的进行3D视频图像信号的转换处理，然后在个体用户的视频显示终端上显示出来，个体使用者通过相应的专用立体眼镜进行3D图像的观看。如附图3所示。