Panoramica 3D

[Mike5]

Questa panoramica nasce dal desiderio di aggiornare il mio impianto Home Theater al 3D, dalla conseguente ricerca di informazioni possibilmente certe e dallo sconcerto derivante dalla babele di tecnologie e formati esistenti e dalla disinformazione che ancora persiste.

Ho cominciato così a organizzare e catalogare le informazioni reperite da varie fonti, fino a ritrovarmi con una notevole mole di documentazione che ho pensato fosse utile condividere sul forum.

Prego tutti di segnalarmi errori, inesattezze, approfondimenti e aggiornamenti in modo da mantenere la panoramica aggiornata e, possibilmente, corretta.

Indice
1 - Tecnologie di presentazione 3D

1.1 - Tecnologie di separazione basate su Colore/Spettro
1.2 - Tecnologie di separazione basate sulla Polarizzazione

1.2.1 - Cinema
1.2.2 - Home Theater

1.3 - Tecnologie di separazione basate sul tempo
1.4 - Tecnologie di separazione basate sullo spazio (Glassless)

2 - Tipi di display 3D

3 - Occhiali 3D

4 - Formati 3D di trasporto e storage

4.1 - Formati Frame-level interleaved
4.2 - Formati Pixel-level interleaved

5 - Formati di codifica/compressione e Blu-Ray 3D

6 - HDMI

6.1 - Standard
6.2 - Implementazioni (chip)
6.3 - Banda e cavi

7 - Sorgenti – PS3

8 - AVR/AVP

9 - Materiale 3D

10 - HTPC

11 - Fisiologia 3D

Appendice A - Glossario

Appendice B - FAQ

[Mike5]

I sistemi 3D sono basati sulla stereopsi, cioè la separazione delle immagini destinate all’occhio destro e sinistro. Per ottenere questa separazione, utilizzano una singola superficie piana (display o schermo), sulla quale vengono riprodotte due immagini, una per l’occhio sinistro ed una per il destro, che vengono separate, in modo che ogni occhio riceva solo la sua, mediante diversi metodi, che possono essere raggruppati in 4 tecnologie di separazione:
• Separazione basata su Colore/Spettro
• Separazione basata su Polarizzazione
• Separazione basata su Tempo
• Separazione basata su Spazio

Nel seguito per ogni tecnologia vengono riportati:
• la descrizione del metodo
• i tipi di display che la utilizzano
• il tipo di occhiali che utilizza
• il formato 3D nativo: quello che sicuramente viene accettato dai display che la utilizzano
• la risoluzione: Full = mantiene quella 2D; Half = dimezza quella 2D
• l’efficienza luminosa (vedi Glossario)
• gli usi più comuni: cinema, Home Theater, film, giochi, professionale, etc…
• i principali vantaggi
• i principali svantaggi
• eventuali note
• eventuali link di approfondimento

Alcune note di chiarimento
La tecnologia di presentazione 3D è cosa diversa dal display 3D. Uno stesso display può utilizzare tecnologie 3D diverse: ad esempio, al cinema, allo stesso proiettore digitale (o anche 35mm) possono essere applicate diverse tecnologie 3D, basate su principi diversi: ad esempio, Dolby 3D, Real D, XpanD. Viceversa, la stessa tecnologia 3D può essere applicata a display di tecnologia diversa: ad esempio, il Frame Sequential può essere applicato a CRT, LCD e DLP.

La tipologia degli occhiali è legata esclusivamente alla tecnologia 3D, non al display, tantomeno alla sorgente (es.: tipo di film). Un DVD 3D Anaglifo o Sensio può essere visto con nVidia 3D Vision (tecnologia Frame Sequential, occhiali LCS) su LCD o DLP, mentre un Blu-Ray 3D AVC-MVC può essere visto in Anaglifo su un Sony CRT degli anni 1990 o su un plasma Pioneer Kuro. Basta che mettiate in mezzo un HTPC con Stereoscopic Player, ad esempio.

Le tecnologie e i formati 3D possono garantire la stessa risoluzione del corrispondente 2D (cioè ciascuna delle due immagini, destra e sinistra, ha la stessa risoluzione della corrispondente immagine 2D), e in tal caso vengono denominati Full, oppure una risoluzione dimezzata (orizzontalmente, verticalmente, diagonalmente o in altri modi) rispetto a quella della corrispondente immagine 2D, e in tal caso vengono denominati Half.

Esiste una moltitudine di formati 3D, ma almeno uno è nativo per ciascuna tecnologia 3D. Ciò significa che un display che supporta quella tecnologia accetterà sicuramente il formato nativo, mentre potrebbe accettarne anche alcuni/molti altri.

Approfondimenti: Stereobrochure Barco (in inglese, ma con molte figure, consigliato a tutti); Tecnologie 3D da JVC (in inglese)

[Mike5]

Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate su differenti canali colore o su differenti frequenze spettrali. Approfondimento (in italiano).

Anaglifo
Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate su due canali costituiti da colori complementari, i più comuni essendo Rosso/Ciano. Altre possibilità sono Verde/Magenta, Blu/Giallo o colori non complementari. Le immagini sono osservate con occhiali con lenti colorate. Il cervello aggiunge i colori mancanti effettuando una sintesi additiva, ricreando una colorimetria accettabile. E’ la tecnica più antica, ma è ancora oggi utilizzata. Fu inventata nel 1853 da Rollman, la prima stampa fu effettuata da Ducas du Hauron nel 1891 e negli anni 1950 è stato ampiamente utilizzato per i fumetti 3D. Un esempio recente è il film Spy Kids 3D del 2003.

Esistono diversi metodi anaglifi, ciascuno con più possibili coppie di filtri colorati; il processo di codifica del luma (calcolato secondo la ITU-R BT.601 e corrispondente alla Y di YCbCr) in un canale colore è chiamato grayscaling del canale colore:
• Vero (True): il canale rosso contiene il luma dell’immagine sinistra e il canale blu il luma dell’immagine destra; il canale verde è vuoto; i colori sono assenti, l’immagine è scura, ma il ghosting è basso;
• Grigio (Gray): il canale rosso contiene il luma dell’immagine sinistra e i canali verde e blu il luma dell’immagine destra; i colori sono assenti, l’immagine è più chiara che in vero, ma il ghosting è maggiore;
• Colore (Color): il canale rosso contiene il rosso dell’immagine sinistra e i canali verde e blu i corrispondenti verde e blu dell’immagine destra (Rosso/Ciano); parziale riproduzione dei colori, ma presenza di rivalità retinica (vedi Glossario);
• Colore Dimezzato (Half Color): il canale rosso contiene il contiene il luma dell’immagine sinistra e i canali verde e blu i corrispondenti verde e blu dell’immagine destra; parziale riproduzione dei colori (meno di Colore), ma minore rivalità retinica di Colore, specie sui rossi;
• Ottimizzato (Optimized): il canale rosso contiene la combinazione dei canali verde (70%) e blu (30%) dell’immagine sinistra e i canali verde e blu i corrispondenti verde e blu dell’immagine destra; riproduzione dei colori meno fedele di Colore, ma riduce il ghosting e la rivalità retinica; sviluppato da Peter Wimmer di 3dtv.at.
Confronto tra metodi anaglifi.

Display: qualunque display a colori (tecnologia indipendente dal display); qualunque schermo.
Occhiali: passivi con filtri colorati.
Formato nativo: Anaglifo; progressivo or interlacciato.
Risoluzione: full luma ma chroma ridotto.
Efficienza: ?
Usi: casa, cinema, stampe, etc…
Vantaggi: semplicità, basso costo, funziona su tutti i display, niente flicker (la frequenza di refresh per occhio è la stessa del 2D), occhiali economici e riusabili.
Svantaggi: non è possibile riprodurre un’immagine stereoscopica rispettando la cromaticità; produce aberrazioni cromatiche: l’immagine sinistra appare sfocata rispetto alla destra; ghosting elevato; rivalità retinica; possibili mal di testa, nausea, stanchezza. In generale produce un’esperienza 3D di bassa qualità.
Note: nVidia 3D Vision Discovery è basato su Anaglifo.

Colorcode 3D
Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate con minute variazioni di colore (ColorCode CX Pro). Le immagini vengono osservate con un dispositivo passivo (ColorCodeViewer) che le filtra in base a queste minute variazioni. L’occhio sinistro ha un filtro ambra che lascia passare l’informazione sul colore, mentre l’occhio destro ha un filtro blu che lascia passare l’informazione sulla parallasse (e quindi sulla profondità) dell’immagine. Ad occhio nudo, senza viewer, l’immagine appare quasi come una normale immagine a colori, con un contrasto leggermente aumentato e con gli oggetti lontani o acuminati circondati da un lieve alone con gradazioni blu e dorate.
Display: qualunque display a colori con un punto del bianco di D65 / sRGB (6500K).
Occhiali: ColorCodeViewer passivo con filtri ambra e blu; vi sono due modelli: CCV Paper (cartoncino) e CCV Pro (plastica).
Formato nativo: ColorCode.
Efficienza: ?
Usi: Presentazioni, mostre, didattica, film, video.
Vantaggi: semplice, costi ridotti, funziona su quasi qualunque display, per le foto e le stampe; l’immagine 3D ad occhio nudo appare quasi come una normale immagine a colori; niente flicker (la frequenza di refresh per occhio è la stessa del 2D), il viewer è economico.
Svantaggi: il display deve essere accuratamente calibrato; la stanza deve essere oscurata o illuminata esattamente a 6500K; tecnologia proprietaria.
Approfondimenti (in inglese)

Infitec (Dolby 3-D)
Le immagini destra e sinistra sono basate su due differenti gruppi di colori primari RGB (Chromaticities), molto vicini gli uni agli altri (20-30nm), ma diversi. I primari R1, G1, e B1 sono usati per l’immagine sinistra e i primari R2, G2, and B2 per la destra. Ciò è reso possibile dal fatto che le tre curve di sensibilità retinica dell’occhio umano per i tre colori primari sono piuttosto larghe (60-80nm), per cui è possibile prendere valori leggermente diversi per rappresentare i colori primari, purché siano prossimi ai picchi delle curve. L’occhio umano è praticamente insensibile a queste fini differenze spettrali, per cui questa tecnica riesce a generare immagini 3D a colori con minime differenze di colore tra i due occhi. Gli occhiali passivi filtrano le due immagini sulla base dei rispettivi gruppi di colori primari.
L’uso di colori primari leggermente diversi dai picchi delle curve, però, riduce la sensibilità dell’occhio umano ed è percepito come una riduzione della luminosità.
Display: solo per proiettori; il sistema più comune è un singolo proiettore digitale con un filtro dicroico rotante incorporato, posto di fronte alla lente del proiettore; il filtro viene sincronizzato con il proiettore (Dolby Filter Controller DFC100) per alternare le immagini destra e sinistra con leggere variazioni della posizione spettrale dei colori primari. Per eliminare il flicker, i fotogrammi del film vengono riprodotti a 72Hz per occhio (triple flash). Può essere utilizzato qualunque tipo di schermo.
In alternativa, è possibile usare due proiettori con filtri dicroici fissi, ciascuno per gruppo di colori primari. Il sistema a due proiettori fornisce più luce per schermi più grandi (> 17mt) e un’immagine migliore, perché è possibile eliminare il triple flash (le immagini sono proiettate contemporaneamente a 48Hz per occhio - dual flash) ed è possibile usare una colorimetria 4:4:4/12bit (invece che 4:2:2/10bit del proiettore singolo). Ma nel sistema a due proiettori è più difficile raggiungere e mantenere l’allineamento preciso necessario per ottenere immagini 3D accurate.
Occhiali: passivi con filtri dicroici appropriatamente colorati; piuttosto cari.
Formato nativo: Dual Stream (DCP 3D-NONGhostBusted) con color processing proprietario.
Risoluzione: Full
Efficienza: 9% con proiettore singolo; molto maggiore con due proiettori.
Usi: cinema; esiste un sistema SIM2 basato su Infitec.
Vantaggi: ghosting molto basso; niente flicker (72Hz per occhio); può essere utilizzato qualunque tipo di schermo.
Svantaggi: vi sono differenze cromatiche tra i due occhi; la luminosità è bassa; gli occhiali sono cari e delicati.
Note: Infitec = Interferenz Filter Technik, di proprietà di DaimlerChrysler Research and Technology in Ulm, licenziata a Barco.
Approfondimenti: schema ; descrizione (in francese); Infitec (in inglese) ; Dolby 3D (in inglese).

Panavision 3D
E’ simile al Dolby 3D, ma gli occhiali sono meno cari.
Approfondimenti (in inglese)

[Mike5]

Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate con polarizzazioni diverse (lineari or circolari). E’ la tecnica che contraddistinse il primo boom del cinema 3D negli anni 1952-1954 (Natural Vision 3D, ormai obsoleta). Approfondimenti sulla polarizzazione.

70 MM IMAX 3D
Le immagini destra e sinistra vengono polarizzate linearmente secondo direzioni ortogonali e proiettate contemporaneamente. Le immagini vengono proiettare su uno schermo argentato (silver screen) per mantenere la polarizzazione. Gli occhiali passivi polarizzati filtrano le due immagini secondo direzioni di polarizzazione ortogonali, separandole.
Display: un proiettore 35mm speciale con doppia bobina (dual-reel, Rolling Loop), doppio canale e doppio obiettivo, a 48fps per occhio (dual flash); ciascuna bobina, canale e obiettivo proiettano l’immagine destra o sinistra. Viene usato uno schermo argentato speciale.
Occhiali: passivi, polarizzati linearmente secondo direzioni ortogonali per i due occhi; economici.
Formato nativo: N.A. (Film 35mm).
Risoluzione: N.A. (Film 35mm), ma per analogia potremmo considerarla Full.
Efficienza: ?
Usi: esclusivamente per cinema IMAX.
Vantaggi: basso ghosting; nessuna alterazione cromatica; niente flicker; occhiali economici.
Svantaggi: è necessario un cinema speciale IMAX; costi elevati; non è digitale.
Approfondimenti (in inglese).

Digital IMAX 3D - chiamato spregiativamente LieMAX (Lie = bugia)
Le immagini destra e sinistra vengono polarizzate linearmente secondo direzioni ortogonali e proiettate contemporaneamente. Le immagini vengono proiettare su uno schermo argentato (silver screen) per mantenere la polarizzazione. Gli occhiali passivi polarizzati filtrano le due immagini secondo direzioni di polarizzazione ortogonali, separandole.
Display: due proiettori digitali 2K o 4K?. Le immagini sono proiettate a 24fps (niente double o triple flash). Deve essere usato un silver screen.
Occhiali: passivi polarizzati IMAX 3D; sono più grandi degli altri occhiali polarizzati.
Formato nativo: Proprietario IMAX DCP.
Risoluzione: Full
Efficienza: ?
Usi: esclusivamente per cinema con una speciale geometria “IMAX compliant”.
Vantaggi: basso ghosting; nessuna alterazione cromatica.
Svantaggi: flicker elevato per via dei 24fps; il cinema deve essere trasformato in “IMAX compliant” con una geometria speciale; costi elevati.
Note: la tecnologia è spregiativamente chiamata LieMAX (Lie = bugia) perché secondo i detrattori non è lontanamente confrontabile con l’IMAX 3D 70MM, almeno nella versione a 2K. In rete si trovano mappe basate su Google Maps che indicano la posizione dei cinema LieMAX (almeno in USA), per consentire agli spettatori di evitarli.
Approfondimenti (in francese).

Real D 3D
Le immagini destra e sinistra vengono polarizzate circolarmente secondo direzioni opposte (oraria e antioraria) e proiettate alternativamente o contemporaneamente. Le immagini vengono proiettate su uno schermo argentato (silver screen) per mantenere la polarizzazione. Gli occhiali passivi polarizzati filtrano le due immagini con filtri polarizzatori circolari opposti, separandole.
Display: solo per proiettori; il sistema più comune è un singolo proiettore digitale capace di triple flash con un filtro polarizzatore circolare attivo (un pannello LCD chiamato Z-Screen) posto di fronte alle lenti del proiettore; il filtro viene sincronizzato con il proiettore per alternare le immagini destra e sinistra con polarizzazioni circolari opposte; questo sistema è chiamato Real D Z-Screen. Per eliminare il flicker, i fotogrammi vengono riprodotti a 72Hz per occhio (triple flash).
In alternativa, è possibile usare due proiettori con filtri polarizzatori circolari fissi; il sistema a due proiettori fornisce più luce per schermi più grandi (> 17mt) e un’immagine migliore, perché è possibile eliminare il triple flash (le immagini sono proiettate contemporaneamente a 48Hz per occhio - dual flash) ed è possibile usare una colorimetria 4:4:4/12bit (invece che 4:2:2/10bit del proiettore singolo). Ma nel sistema a due proiettori è più difficile raggiungere e mantenere l’allineamento preciso necessario per ottenere immagini 3D accurate.
Una terza opzione (Real D XLS) prevede l’uso di un proiettore SXRD 4K, con la parte centrale superiore del chip che proietta l’immagine sinistra e la parte centrale inferiore quella destra, con polarizzazioni circolari opposte (entrambe a 2K). Davanti al proiettore viene montato un kit con due obiettivi e filtri polarizzatori circolari statici. Questo sistema fornisce un’immagine migliore, perché è possibile eliminare il triple flash (le immagini vengono proiettate contemporaneamente a 48Hz per occhio - double flash) e ottenere una colorimetria 4:4:4/?bit (a differenza del 4:2:2/10bit dei proiettori non SXRD).
Occhiali: passivi, polarizzati circolarmente secondo direzioni opposte per i due occhi; usa e getta; efficienza: attorno al 15%.
Formato nativo: Dual Stream (DCP 3D-GhostBusted)
Risoluzione: Full
Efficienza: attorno al 15% con un proiettore; può arrivare al 40-50% con due proiettori.
Usi: esclusivamente per cinema.
Vantaggi: nessuna alterazione cromatica; niente flicker (72Hz per occhio); luminosità elevata (specialmente nella versione XL, che riutilizza la luce riflessa dal primo Z-Screen); occhiali economici.
Svantaggi: ghosting (la polarizzazione circolare non è capace di separare nettamente le due immagini); hotspotting (differenza di luminosità tra il centro e i lati dello schermo, dovuto al silver screen); alti costi per il silver screen.
Note: la polarizzazione lineare è più efficace contro il ghosting, ma non viene utilizzata perché incompatibile con lo Z-Screen e perché se lo spettatore inclina la testa distrugge l’effetto 3D. Per ridurre il ghosting dovuto alla polarizzazione circolare, Real D tratta il film con un processo chiamato Ghost-Busting. Nei vecchi sistemi, questo processo veniva effettuato in fase di DCP mastering, mentre oggi viene fatto dal server del cinema (Real D 3D EQ).
Approfondimenti: RealD Z-Screen: schema; descrizione (in francese); Sony 3D - SXRD 4K: schema; descrizione in francese.

MasterImage
E’ simile al Real D, ma usa un filtro polarizzatore circolare meccanico rotante (4.320rpm) posto davanti alle lenti del proiettore, invece del filtro LCD. IL filtro è una ruota divisa in due semicerchi con polarizzazioni circolari opposte. Gli occhiali passivi polarizzati circolarmente non sono compatibili con quelli Real D, perché il formato è NONGhostBusted.
Formato nativo: Dual Stream (DCP 3D-NONGhostBusted)
Approfondimenti: schema; descrizione (in francese); Masterimage (in inglese).

[Mike5]

Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate con polarizzazioni diverse (lineari o circolari).

µPol/Xpol 3D HDTV
Le immagini destra e sinistra vengono polarizzate circolarmente secondo direzioni opposte (oraria e antioraria) e mostrate contemporaneamente in formato row-interleaved (a righe interlacciate). La polarizzazione viene ottenuta mediante uno filtro ottico posto sul display LCD: il filtro contiene uno strato micro-polarizzato che alterna righe di pixel con polarizzazione circolare opposta. Gli occhiali passivi polarizzati circolarmente filtrano le immagini mediante polarizzazioni opposte per i due occhi, separandole. Fu inventato nei primi anni 1990 da Sadeg Faris.
Xpol è una variante che include una maschera nera tra le righe di pixel per aumentare l’angolo di visione verticale e ridurre il ghosting.
Display: LCD 3D HDTV di Zalman, Hyundai, Miracube, JVC; nel mercato dal 2007.
Occhiali: passivi polarizzati circolarmente con direzioni opposte per i due occhi; economici.
Formato nativo: Line-by-Line (o row-interleaved);
Risoluzione: Half (verticale)
Efficienza: ?
Usi: esclusivamente per TV LCD; RealD LCD?
Vantaggi: nessuna alterazione cromatica; niente flicker (la frequenza di refresh è la stessa del 2D); occhiali economici.
Svantaggi: risoluzione half; ghosting (per via della polarizzazione circolare); costi alti.
Approfondimenti (in inglese): schema Xpol; Xpol Hyundai; descrizione µPol.

Modulo-Angulo 3D HDTV
Le immagini destra e sinistra vengono polarizzate linearmente secondo direzioni ortogonali e mostrate contemporaneamente. L’angolo di polarizzazione discrimina tra le due immagini. La polarizzazione viene ottenuta usando LCD dual-panel, con un metodo noto come display ad angolo di polarizzazione variabile (variable-polarization-angle display). Gli occhiali passivi polarizzati filtrano le due immagini con filtri polarizzatori lineari ortogonali (45° per l’occhio sinistro e 135° per l’occhio destro) separandole. Fu inventato nei tardi anni 1990 da J. E. Gaudreau.

Questa tecnologia (probabilmente la più sofisticata ed elegante di tutte) merita una spiegazione più dettagliata, che richiede una conoscenza matematica da Liceo Scientifico.
A ciascun sub-pixel (R, G o B) del display LCD viene associato il valore di luminosità dell’immagine destra e sinistra:
R = Luminosità sub-pixel immagine destra
L = Luminosità sub-pixel immagine sinistra
Vengono quindi calcolate le due quantità che danno il nome alla tecnologia:
(1) M = Modulo = SQRT(L2 + R2)
(2) A = Angulo = arctg(L/R)
Con un po’ di algebra si ha che:
(3) M = R * SQRT(1 + (L/R)2) = R * SQRT(1 + tg2(A))
Limitandoci per semplicità al primo quadrante (formule di relazione tra funzioni trigonometriche):
(4) M = R / cos(A) cioè:
(5) R = M * cos(A)
Analogamente si ha (al posto della tg si ha la cotg):
(6) L = M * sin(A)

Il display ha due pannelli LCD. Al primo pannello LCD viene mandato il segnale M. All’uscita del primo pannello LCD si ha quindi M polarizzato linearmente. Al secondo pannello LCD viene mandato il segnale A. All’uscita del secondo pannello LCD si ha dunque M polarizzato secondo un piano ruotato di A.
Lo spettatore indossa occhiali polarizzati linearmente e ortogonali tra gli occhi. All’occhio destro arriva M * cos(A), che per la (5) è R. All’occhio sinistro arriva M * sin(A), che per la (6) è L. Il gioco è fatto.
Nella realtà le polarizzazioni degli occhiali non sono a 0° e 90°, ma sono 45° a sinistra e 135° a destra, per cui le formule sono leggermente più complicate, ma il concetto è lo stesso.
Ad esempio:
- Se A = 45° l’occhio sinistro vede il 100% della luce e l’occhio destro lo 0%.
- Se A = 90° entrambi gli occhi vedono la stessa immagine con la stessa intensità
- Se A = 112° l’occhio sinistro vede il 25% della luce e l’occhio destro il 75%
Display: LCD 3D HDTV di iZ3D, Zalman.
Occhiali: passivi polarizzati linearmente con direzioni ortogonali per i due occhi (45° occhio sinistro e 135° occhio destro); economici; efficienza: attorno al 15%.
Formato nativo: Proprietario: è una forma di 2D+metadata;
Risoluzione: Full
Efficienza: ?
Usi: esclusivamente TV e monitor LCD; diffuso per i giochi.
Vantaggi: risoluzione full; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (la frequenza di refresh è la stessa del 2D); occhiali economici.
Svantaggi: se si inclina la testa l’effetto 3D scompare (a causa della polarizzazione lineare); display cari; formato proprietario.
Approfondimenti: descrizione (in inglese); iZ3D (in inglese)

[Mike5]

Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate alternativamente nel tempo.

Field Sequential (o Field Alternative)
Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate alternativamente nel tempo come campi (field) su un display interlacciato. Ciascuna immagine ha perciò la metà delle linee del frame. Gli occhiali attivi LCS vengono sincronizzati con le immagini destra e sinistra da un segnale IR, in modo che ciascun occhio veda solo l’immagine pertinente. Per evitare il flicker dovuto alla bassa frequenza di refresh (25/30Hz per occhio sui sistemi PAL/NTSC), un circuito presente nel display duplica ciascun campo, fornendo una frequenza di 50/60Hz per occhio. Vi sono due possibili polarità, incompatibili tra loro: L1R1L2R2 or R1L1R2L2. Veniva usato negli anni 1990.
Display: TV interlacciate, come i CRT.
Occhiali: attivi LCS; cari.
Formato nativo: Field Sequential
Risoluzione: Half (interlacciato)
Efficienza: attorno al 20%.
Usi: esclusivamente vecchi TV PAL/NTSC; usi professionali (medicina, subacquea); 3D VHD.
Vantaggi: ghosting molto basso; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (50-60Hz per occhio); usa la banda del PAL/NTSC.
Svantaggi: interlacciato; occhiali pesanti, costosi e non aderenti ad alcun standard.
Note: Obsoleto; era il sistema dei 3D VHD di Victor (1985).

Frame Sequential (o Page Flip)
Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate alternativamente nel tempo come frame su un display progressivo. Ciascuna immagine ha perciò la totalità delle linee del frame. Gli occhiali attivi LCS vengono sincronizzati con le immagini destra e sinistra con sistemi diversi, in modo che ciascun occhio veda solo l’immagine pertinente. Per evitare il flicker, è necessaria una frequenza di refresh minima di 100Hz (50Hz per occhio).
Display: progressivi di qualunque natura: CRT, LCD, Plasma, DLP, SXRD, D-ILA, purché in grado di raggiungere una frequenza di refresh di almeno 100Hz (50Hz per occhio);
Occhiali: attivi LCS; cari.
Formato nativo: Frame Sequential
Risoluzione: Full
Efficienza: attorno al 20%.
Usi: Cinema, Home Theater, foto, video e giochi.
Vantaggi: Risoluzione full; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (50Hz per occhio minimo).
Svantaggi: gli occhiali sono pesanti e costosi e richiedono la sostituzione delle batterie o la ricarica. Vi sono problemi legati alle singole tecnologie di display (vedi Display).
Note: Esistono molte varianti del Frame Sequential che richiedono una descrizione separata.

XpanD 3D
Un tipo particolare di Frame Sequential usato nei cinema.
Display: Un unico proiettore digitale alterna le immagini destra e sinistra e segnala ad una “sync box” collegato quale immagine (destra o sinistra) sta proiettando in quel momento. La “sync box“ alimenta a sua volta un trasmettitore IR che invia il segnale agli occhiali attivi LCS. Per evitare il flicker, i fotogrammi del film sono proiettati a 72Hz per occhio (triple flash). E’ possibile utilizzare qualunque tipo di schermo.
Occhiali: attivi LCS (XpanD X101 per il triple flash); cari.
Formato nativo: Dual Stream (DCP 3D-NONGhostBusted)
Risoluzione: Full
Efficienza: attorno al 20%.
Usi: esclusivamente per cinema.
Vantaggi: ghosting molto basso; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (72Hz per occhio); il film non viene elaborato prima della proiezione.
Svantaggi: gli occhiali sono pesanti e costosi.
Approfondimenti: schema; descrizione (in francese).

DLP con “wobulation”
Questo è un tipo molto particolare di Frame Sequential, legato ad una particolare tecnologia DLP chiamata “wobulation” (o Smooth Picture). A differenza delle altre tecnologie Frame Sequential ha una risoluzione solo half, in un formato particolare chiamato Checkerboard, che è anche il formato nativo.
La wobulation (in italiano si potrebbe tradurre con “intermittenza”) è basata sui DMD “diamond pattern” (quelli i cui pixels sono ruotati di 45°); questi DMD hanno risoluzione nativa half (diagonalmente) e utilizzano un processo di inclinazione del chip attraverso un attuatore ottico, chiamato “wobulation”, per ottenere la risoluzione full in 2D. L’attuatore sposta l’immagine di ½ pixel 120 volte al secondo per creare una vera risoluzione full a 60Hz. Lo stesso processo viene ingegnosamente utilizzato per mostrare alternativamente le immagini destra e sinistra e ottenere quindi il 3D, ma con risoluzione half.
Display: solo DLP con DMD “diamond pattern” e wobulation; retro proiettori.
Occhiali: attivi LCS; compatibili VESA; due tecnologie di sincronizzazione: emettitore IR e DLP-Link; cari.
Formato nativo: Checkerboard
Risoluzione: Half (diagonale); è in qualche modo meglio delle altre risoluzioni half, perché l’occhio umano è meno sensibile alla risoluzione diagonale rispetto a quelle orizzontale e verticale.
Efficienza: ?
Usi: Home Theater, presentazioni, didattica.
Vantaggi: ghosting molto basso; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (60Hz per occhio).
Svantaggi: risoluzione half; gli occhiali sono pesanti e costosi e richiedono la sostituzione delle batterie o la ricarica.
Approfondimenti: tecnologia (in inglese); whitepaper (in inglese) ; wobulation (in inglese).

nVidia Vision 3D (o VESA VGA page flip)
E’ un particolare tipo di Frame Sequential che richiede un PC (Windows Vista/7) come sorgente. Gli occhiali sono pilotati dalla scheda video del PC tramite un emettitore collegato via USB al PC (in alternativa esistono dongle da collegare alla VGA). La frequenza di refresh può arrivare fino a 120Hz (60Hz per occhio).
Display: qualunque display che accetti una frequenza di input di 120Hz (lista display compatibili) + nVidia Video Card (stesso link) + nVidia 3D Vision kit: LCS, emettitore IR, cavo DVI-to-HDMI, accessori.
Occhiali: attivi LCS nVidia; cari.
Formato nativo: Frame Sequential
Risoluzione: Full
Efficienza: dipende dal display.
Usi: principalmente giochi e foto; è possibile riprodurre video e film con software compatibile.
Vantaggi: nessuna alterazione cromatica; niente flicker (60Hz per occhio).
Svantaggi: gli occhiali sono pesanti e costosi.
Note: nVidia 3D Vision Surround è una tecnologia che abbina il 3D al video surround, generando un’immagine 3D su tre display; con tre proiettori è possibile ottenere un’immagine proiettata 3D da 5760x1080p@120Hz; richiede 2 schede GeForce GTX200/400 in SLI.
Approfondimenti (in inglese).

[Mike5]

Le immagini destra e sinistra vengono rappresentate da gruppi spazialmente separati di pixel sul display. Il display crea due viste, una per ogni occhio. Se gli occhi si trovano nel posto giusto, l’osservatore percepisce un’immagine 3D. Non sono richiesti occhiali.

I display hanno un elemento ottico accuratamente allineato con i pixel; l’elemento ottico crea punti di vista dai quali è possibile vedere solo certi gruppi di pixel (corrispondenti all’immagine destra o sinistra); se gli occhi dell’osservatore sono nei posti giusti (due punti di vista diversi), egli osserva un’immagine stereoscopica senza far uso di occhiali. Solo alcune posizioni forniscono l’immagine 3D.

Vi sono tre versioni della tecnologia, a seconda della natura dell’elemento ottico:
• Lenticolare (Lenticular): l’elemento ottico consiste di una serie di lenticole verticali (lenslets, lenticules) apposte sulla superficie del display; la luce proveniente da colonne di pixel alternate raggiunge solo una zona di vista, consentendo a ciascun occhio di ricevere un’immagine differente in certe posizioni ottimali.
• Barriera parallattica (Parallax Barrier): l’elemento ottico consiste in una serie di strisce verticali opache che sono apposte sulla superficie del display; le strisce permettono a ciascun occhio di vedere solo colonne alternate di pixel che appartengono alla stessa immagine destra o sinistra).
• Illuminazione parallattica (Parallax Illumination): nel retro del display viene apposta una retroilluminazione costituita da strisce di luce verticali. Il funzionamento è analogo alla barriera parallattica.
Display: Autostereoscopici; generalmente LCD. Il Nintendo 3DS (annunciato) ha un display Sharp con barriera parallattica.
Occhiali: non richiesti.
Formato nativo: Column-interleaved
Risoluzione: Half (orizzontale)
Efficienza: dipende dal numero di viste.
Usi: industria, medicina, sicurezza (aeroporti), display fotocamere e consolle portatili.
Vantaggi: non servono occhiali; nessuna alterazione cromatica; niente flicker (stessa frequenza di refresh del 2D);
Svantaggi: la risoluzione è half o peggio al crescere delle views; la luminosità è dimezzata o peggio; possibile effetto Moirè tra i pixel e le barriere; il 3D è visibile solo in alcune posizioni da pochissimi (a volte solo uno) osservatori; spostarsi può generare pseudoscopia; inclinare o spostare la testa distrugge l’effetto 3D; a volte non è compatibile con il 2D (non è possibile vedere immagini 2D); molto caro.
Note: manca una descrizione sulle viste (views 8, 9, 32, 64).
Approfondimenti (in inglese).

Nota: le tecnologie autostereoscopiche non vanno confuse con l’Head Tracking, una tecnologia che consente al display di mostrare punti di vista differenti della scena in base alla posizione della testa dell’osservatore; l’Head Tracking è adatto a situazioni dove la scena viene costruita in tempo reale, come nei videogiochi, molto meno a riproduzioni di media o a trasmissioni live; dimostrazione Head Tracking.

[Mike5]

Retroproiettori DLP
I primi display 3D consumer ad apparire sul mercato (nel 2007, solo in Nord America) sono stati i retroproiettori DLP prodotti da Samsung e Mitsubishi. Questi TV sono basati su chip DMD “diamond pattern” e wobulation e garantiscono quindi una risoluzione Half (diagonale), a 120Hz (60Hz per occhio). Accettano in input il formato Checkerboard e sono compatibili con sistemi come nVidia 3D Vision (giochi e altro), ma non con il formato Frame Packing dei Blu-Ray 3D, perché hanno ingressi HDMI 1.3 o DVI.
Nel 2010 sono stati resi disponibili dei convertitori (es.: Mitsubishi 3DC-1000 3D) che accettano in input il formato Frame Packing (e altri) e forniscono in output il Checkerboard nativo dei DLP, consentendo così di vedere i Blu-Ray 3D.

3D HDTV Plasma
I primi display PDP 3D sono apparsi sul mercato nel 2008 (Samsung). Nel 2010 sono apparsi i Panasonic. Questi display sono basati sulla tecnologia Frame Sequential a 120Hz (60Hz per occhio) con occhiali LCS e risoluzione Full. Quelli recenti sono dotati di HDMI 1.4 e sono quindi compatibili con i Blu-Ray 3D.
I PDP hanno tempi di risposta (response time) molto ridotti, dell’ordine di un microsecondo, che sono più che sufficienti per evitare il ghosting nel 3D. Tuttavia devono affrontare altre problematiche:
• la latenza dei fosfori nei PDP tradizionali è sufficientemente elevata da creare ghosting; nei PDP 3D è stata convenientemente ridotta;
• devono essere evitate le riflessioni interne modificando l’emissione della luce.
NeoPDP Panasonic.

Inoltre esiste il problema del judder. La frequenza di reflesh massima dei plasma è 120Hz = 60Hz per occhio. I Blu-Ray 3D sono a 24fps per occhio. Ciò significa che la circuiteria del Plasma deve fare un 3:2 Pulldown, con conseguente judder (microscatti). I Panasonic permettono di abbassare la frequenza di refresh a 96Hz (48Hz per occhio). In questo modo il 3:2 Pulldown è evitato, ma la frequenza ridotta genera flicker.

Nota: qualora qualcuno pensasse che esistano plasma con frequenze di refresh di 600Hz o altri valori di fantasia, ricordo che tali valori sono privi di senso, in quanto derivano dalla moltiplicazione della vera frequenza di refresh per il numero dei subfield, che sono il sistema di gestione della profondità di colore nei plasma. Il meccanismo dei subfield è spiegato molto bene nel Paragrafo 2.2 di questa tesi di Laurea (in inglese).

3D HDTV LCD
Le prime TV 3D LCD sono apparse sul mercato nel 2009 (Samsung). In seguito si sono aggiunti Sony, Philips, LG, Viewsonic, etc…
Gli LCD hanno ormai tempi di risposta compatibili con il 3D (MPRT < 8ms, corrispondenti ai 120Hz), anche se i pannelli VA sembrano avere qualche problema in più. Il problema più grosso degli LCD per il 3D è però quello del metodo di aggiornamento dell’immagine.
Gli LCD sono display hold-type, cioè mantengono l’emissione della luce per tutta la durata del frame. Inoltre aggiornano l’immagine linea per linea dall’alto in basso. Come conseguenza di queste due cose, non vi è mai un momento in cui viene mostrato soltanto un singolo frame. Nel Frame Sequential questo significa che, all’apertura dell’otturatore, ciascun occhio vede, oltre all’immagine a lui destinata, anche parti di quelle destinate all’altro occhio, particolarmente nella parte inferiore (frame precedente) e superiore (frame successivo) dell’immagine. Si ha cioè ghosting. Il fenomeno è spiegato in questo articolo (in inglese).

Per abbattere il ghosting dovuto a questa caratteristica nativa, agli LCD non bastano i 100-120Hz (50-60Hz per occhio), valore minimo per evitare il flicker nel 3D, ma devono funzionare almeno a 200-240Hz (100-120Hz per occhio).

Negli LCD Sony, la frequenza viene portata a 200Hz e la percentuale di tempo in cui ciascun otturatore (shutter) degli occhiali rimane aperto (detta LCS duty cycle) viene ridotta dal 50% (display a 100Hz) al 25% (display a 200Hz). In questo modo, ciascun occhio vede la sua immagine solo quando è completa, evitando il ghosting. Il metodo è spiegato in questo articolo (vedi Figura 3 e 4 in particolare). Per compensare la perdita di luminosità, questa viene incrementata nei periodi di apertura dello shutter. Il cervello fa il resto “dimenticando” i periodi in cui l’occhio è cieco. La tecnologia è spiegata qui (in inglese) per i Sony 200Hz (Video 2, da 4:10 a 8:05).

Negli LCD Samsung, la frequenza di refresh viene portata a 240Hz con l’inserimento di un blank frame tra un frame destro e uno sinistro (deduzione degli esperti Consumer Reports e HDGuru, da confermare). Quindi, anche se la frequenza è di refresh è 240Hz, come nei Samsung, i fotogrammi rimangono sempre a 60Hz per occhio. Il problema del 3:2 pulldown = judder descritto per i plasma si ripropone per gli LCD. Inoltre sembra che negli LCD non sia disponibile l’opzione dei 48Hz per occhio, che sostituisce il judder con il flicker. Per risolvere il motion bug, all’orizzonte ci sono tecnologie di frame interpolation, come il Motion Flow.

Un altro problema degli LCD con il 3D è che producono luce polarizzata linearmente. Di conseguenza, gli occhiali LCS possono essere usati solo in posizione orizzontale. Se vengono inclinati, l’immagine diventa sempre più scura fino a diventare completamente nera a 90°.

Liste 3D HDTV: 3dmovielist ; AVSForum.

Proiettori DLP
Esistono pochissimi modelli di proiettori DLP 1280x720, di cui il più interessante è l’Infocus DepthQ-WXGA HD. Sembra che questi DLP non utilizzino chip con wobulation. Alcuni accettano in input il formato Frame Sequential, ma nessuno il Frame Packing dei Blu-Ray 3D, perché sono privi di HDMI 1.4. Utilizzano occhiali attivi con tecnologia DLP-Link o IR.

Il SIM2 Grand Cinema C3X LUMIS 3D è un kit costituito da una coppia di proiettori a 3 chip 1920x1080 con filtri Infitec (come il Dolby 3D) incorporati, processore video, staffa e quattro occhiali Infitec. Utilizza schermi normali.

Proiettori LCD, LCoS
A gennaio 2010 LG ha annunciato il CF3D, il primo proiettore 3D single lens Full HD (1920x1080), dual engine, SXRD, HDMI 1.3, prezzo hi-end. Grazie al Dual Engine, proietta immagini sovrapposte e separate da occhiali polarizzati circolarmente e richiede un silver screen. Accetta il Frame Sequential a 60Hz per occhio.
Per il resto è il buio e si aspetta l’INFOCOMM (5-11 giugno) e il CEDIA (23-25 settembre).

Lista proiettori 3D: 3dmovielist.

[Mike5]

Ogni famiglia di tecnologie 3D (escluse quelle basate su separazione spaziale) ha il suo tipo di occhiali. Le tecnologie di separazione basate sul colore/spettro hanno occhiali passivi a filtri colorati o dicroici, in genere leggeri ed economici (escluso Infitec/Dolby 3D). Quelle basate su polarizzazione hanno occhiali passivi con filtri polarizzati linearmente o circolarmente, leggeri ed economici.

Le tecnologie di separazione basate sul tempo hanno gli occhiali più sofisticati, pesanti e costosi. Si chiamano LCS (Liquid Crystal Shutter glasses) o ASG (Active Shutter Glass) e montano un otturatore (shutter) per ciascun occhio, basato su tecnologia a cristalli liquidi. Gli otturatori, opportunamente sincronizzati con il display (o, a volte, con la sorgente) rendono cieco l’occhio destro quando è mostrata l’immagine sinistra e viceversa. Questi occhiali devono essere alimentati e quindi incorporano una batteria che può essere sostituibile o ricaricabile.

Gli occhiali LCS devono quindi essere sincronizzati con il display. Esistono diverse tecnologie di sincronizzazione:
• Cinema IR: un emettitore a raggi infrarossi pilota gli occhiali, dotati di sensore IR; usato al cinema (sistema XpanD);
• CE IR: come Cinema IR, ma con frequenze IR diverse per ogni marca/modello; usato nelle HDTV consumer;
• nVidia IR: altro IR con frequenze proprietarie nVidia; usato da nVidia 3D Vision;
• DLP-Link: il segnale viene proiettato sullo schermo tra un frame e l’altro e riflesso sugli occhiali che hanno un sensore di luce bianca; usato dai proiettori DLP;
• Bluetooth: il segnale è radio; usato dai display Vizio;
• Altri RF: altre tecnologie RF non Bluetooth (emergenti).

Esiste uno standard VESA per il connettore degli emettitori IR esterni al display.
Nota: manca il nuovo standard CEA IR (R4 WG16 3D Technologies).

Alcuni occhiali LCS disponibili in commercio:
• Bit Cauldron BC3000: DLP Link ;
• Bit Cauldron BC5000: RF (annunciato) ;
• Real D Crystal Eyes 5: DLP-Link;
• XpanD X101: IR Cinema (triple flash), XpanD gaming; batterie sostituibili;
• XpanD X102 Home: DLP-Link, batterie sostituibili;
• XpanD X103 Home: IR Cinema, Universal IR (CE + nVidia), VESA, USB, batterie sostituibili;
• XpanD X104: Universal IR, DLP-Link, Bluetooth, montatura in titanio, batterie sostituibili (annunciati).

Lista occhiali: AVSForum.

[Mike5]

I formati 3D possono essere classificati in due categorie.
Frame-level interleaved
I pixel dell’immagine destra sono circondati esclusivamente da pixel dell’immagine destra e lo stesso vale per la sinistra. Questi formati possono subire operazioni di compressione e scaling del Luma e del Chroma. Esempi: Side-by-Side, Top-Bottom, Frame Sequential, 2D+metadata.

Pixel-level interleaved
I pixel dell’immagine destra sono circondati anche da pixel dell’immagine sinistra e viceversa. Questi formati non possono subire operazioni di compressione o scaling né del Luma né del Chroma (es.: da 4:4:4 a 4:2:0); per eseguirle, occorre separare l’immagine 3D in due immagini 2D, effettuare le operazioni su queste in maniera indipendente e riassemblarle di nuovo nel formato 3D. Esempi: Line interleaved, Column interleaved, Checkerboard.

Rispetto alla compatibilità con il frame 2D, i formati 3D possono essere catalogati in quattro categorie.
Single-Frame (o Frame compatible)
Utilizzano la compressione spaziale (o il sub-sampling) per immagazzinare le immagini destra e sinistra in un singolo frame di dimensioni 2D; questi formati sono compatibili con la banda 2D e quindi con i broadcaster e i device esistenti (STB, AVR, …); sono anche compatibili con l’HDMI 1.3 ed anche con la DVI Single-Link. Forniscono una risoluzione Half. Esempi sono: Side-by-Side half, Top/Bottom half, Line/Column interleaved, Checkerboard, Anaglyph. DirectTV negli USA, BS11 in Giappone e Sky in Europa hanno scelto un format Single-Frame: Side-by-Side half.

Double-Frame
Utilizzano il multiplexing temporale per immagazzinare le immagini destra e sinistra in due frame consecutivi di dimensione 2D; questi formati non sono compatibili con la banda 2D e quindi con i broadcaster; in alcuni casi sono compatibili con i device esistenti; sono anche compatibili con lo standard HDMI 1.3 (ma raramente con le sue implementazioni) e con la DVI Dual-Link. Forniscono una risoluzione Full. nVidia 3D Vision ha scelto un formato Double-Frame: Frame Sequential.

Frame incompatible
Utilizzano un frame speciale che “impacchetta” due frame di dimensione 2D per immagazzinare le immagini destra e sinistra; questi formati non sono compatibili con nessun broadcaster o device “pre-3D”, inclusi lettori BD, AVR e AVP; richiedono il protocollo (signaling) HDMI 1.4 per essere compresi, anche se molti possono essere trasportati dalla HDMI 1.3. Forniscono una risoluzione Full. Il Blu-Ray 3D ha scelto un formato Frame incompatible come formato di trasporto: Frame Packing.

2D+metadata
Utilizzano due stream; il primo immagazzina l’immagine sinistra con un format compatibile 2D e il secondo immagazzina i metadata aggiuntivi (mappa della profondità, delta, …); questi formati sono compatibili con i broadcaster e i device esistenti solo per la parte 2D, ma richiedono nuovi device per la parte metadata. Forniscono una risoluzione Full. Sono utilizzati prevalentemente in applicazioni professionali. AVC-MVC, lo standard di compressione dei Blu-Ray 3D, può essere considerato una forma di 2D+metadata.
Questi formati possono essere anche single stream, con un formato Frame incompatible. In questa forma vengono riconosciuti dalla HDMI 1.4 come formati facoltativi.

Nota: alcuni formati, come Side-by-Side e Over-Under, esistono sia nella versione Single-Frame che Frame incompatible.

Descrizione (anche grafica) dei formati 3D mainstream (principali, quelli obbligatori nella HDMI 1.4, in inglese)
Approfondimenti (in inglese): Information Display; JVC.

Nel seguito per ogni formato vengono riportati:
• la descrizione del formato
• la compatibilità con il frame 2D (Frame)
• la risoluzione: Full = mantiene quella 2D; Half = dimezza quella 2D
• lo scanning: progressivo o interlacciato
• l’aderenza o meno alle specifiche HDMI 1.4/1.4a (obbligatorio, facoltativo, non previsto, …)
• gli usi più comuni: broadcast, Blu-ray, professionale, etc…
• eventuali note
• eventuali link di approfondimento

[Mike5]

Field Sequential – Single-Frame (o Field Alternative)
La sequenza di video interlacciato alterna un campo (field) dell’immagine destra con uno dell’immagine sinistra. Ciascuna immagine ha perciò metà delle linee del frame.
Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Interlacciata)
Scanning: Interlacciato
HDMI 1.4/1.4a: non incluso come formato 3D, ma incluso in CEA-861-D.
Usi: 3D-DVD Field Sequential; vecchi TV CRT PAL/NTSC; usi professionali.

Field Sequential – Frame incompatible
I campi (field) pari e dispari delle immagini destra e sinistra (4 campi in totale) vengono impacchettati in un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza doppia. Ciascun frame speciale contiene tutte le linee dell’immagine, ma separate in due campi.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full (dopo deinterlaccio)
Scanning: Interlacciato or progressivo (deinterlacciato)
HDMI 1.4/1.4a: facoltativo: 1920x1080i@60Hz, 1920x1080i@50Hz
Usi: ?

Frame Sequential (o Page Flip)
La sequenza video alterna un frame dell’immagine destra con uno dell’immagine sinistra. Ciascuna immagine ha perciò tutte le linee del frame.
Frame: Double-Frame
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo
HDMI 1.4/1.4a: non incluso come formato 3D, ma incluso in CEA-861-E; allo stato attuale, la banda del Frame Sequential 1920x1080p@120Hz non è supportata da nessun chip o cavo HDMI (sia esso 1.3, 1.4 o altro); richiede una connessione DVI Dual-Link o due VGA.
Usi: Presentazioni, didattica, foto, nVidia 3D Vision.
Note: Time Sequential = Field Sequential o Frame Sequential.

Side-by-Side full (o Sidefields full)
Le immagini destra e sinistra vengono impacchettate una accanto all’altra sulle metà destra e sinistra di un frame speciale con un’altezza eguale al corrispondente frame 2D ma una larghezza doppia. Ciascun frame speciale contiene tutte le linee dell’immagine. Nella versione interlacciata le linee sono separate in due campi.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo o interlacciato
HDMI 1.4/1.4a: facoltativo: 1920x1080p@60Hz, 1920x1080p@50Hz; allo stato attuale, la banda del Side-by-Side Full 1920x1080p@60Hz non è supportata da nessun chip o cavo HDMI (sia esso 1.3, 1.4 o altro).
Usi: ?

Side-by-Side half (o Sidefields half o Sidefields anamorfico)
Le immagini destra e sinistra vengono impacchettate una accanto all’altra sulle metà destra e sinistra di un frame di dimensioni 2D. Le immagini vengono compresse orizzontalmente di un fattore 2 (es.: 1920x1080 diventa 960x1080). Ciascun frame contiene metà delle colonne dell’immagine. Nella versione interlacciata le linee sono separate in due campi.

Rappresentazione grafica SbS half progressivo
Rappresentazione grafica SbS half interlacciato

Vi sono diverse tecniche di sub-sampling.
Sub-sampling orizzontale (Odd = vengono prese le colonne di pixel dispari):
• Odd/Left picture, Odd/Right picture;
• Odd/Left picture, Even/Right picture ;
• Even/Left picture, Odd/Right picture ;
• Even/Left picture, Even/Right picture.
Matrice Quincunx (Odd = vengono presi i pixel dispari dalle linee dispari e i pixel pari dalle linee pari):
• Odd/Left picture, Odd/Right picture;
• Odd/Left picture, Even/Right picture ;
• Even/Left picture, Odd/Right picture ;
• Even/Left picture, Even/Right picture.
Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Orizzontale)
Scanning: Progressivo o interlacciato
HDMI 1.4a: obbligatorio, solo interlacciato: 1920x1080i@60Hz, 1920x1080i@50Hz.
HDMI 1.4: facoltativo, solo progressivo: 1920x1080p@60Hz, 720x480p@60Hz.
Usi: Broadcasting (DirectTV, Sky), trailer, foto, …

Over-Under full (o Top-and-Bottom full o Above-Below full o Subfields full)
Le immagini destra e sinistra vengono impacchettate una sopra l’altra sulle metà superiore e inferiore di un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza doppia. Ciascun frame speciale contiene tutte le linee dell’immagine. Nella versione interlacciata le linee sono separate in due campi.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo or interlacciato
HDMI 1.4/1.4a: non previsto.
Usi: ?

Over-Under half (o Top-and-Bottom half o Above-Below half o Subfields half o Subfields anamorfico)
Le immagini destra e sinistra vengono impacchettate una sopra l’altra sulle metà superiore e inferiore di un frame di dimensioni 2D. Le immagini vengono compresse verticalmente di un fattore 2 (es.: 1920x1080 diventa 1920x540). Ciascun frame contiene metà delle righe dell’immagine.

Rappresentazione grafica Over-Under half

Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Verticale)
Scanning: Progressivo
HDMI 1.4a: obbligatorio: 1920x1080p@24Hz, 1280x720p@60Hz, 1280x720p@50Hz.
HDMI 1.4: non previsto.
Usi: Broadcasting (?), trailer, foto, …
Note: Secondo alcuni, Over-Under è Full e Top-Bottom è Half

Frame Packing
Le immagini destra e sinistra vengono impacchettate una sopra l’altra, separate da un Active Space, in un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza doppia. Ciascun frame speciale contiene tutte le linee dell’immagine. Nella versione interlacciata le linee sono separate in due campi.

Rappresentazione grafica Frame Packing

Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo or interlacciato
HDMI 1.4/1.4a: obbligatorio, solo progressivo: 1920x1080p@24Hz, 1280x720p@60Hz, 1280x720p@50Hz.
Usi: Trasporto dei Blu-Ray 3D (1080p); giochi (720p)

L + depth (o 2D + Z)
L’immagine sinistra e le informazioni sulla profondità vengono impacchettate una sopra l’altra, separate da un Active Space, in un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza doppia. Ciascun frame speciale può ricostruire tutte le linee dell’immagine.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo (dopo ricostruzione)
HDMI 1.4/1.4a: facoltativo: 1280x720p@50Hz.
Usi: Giochi, applicazioni professionali.

L + depth + GFX + GFX-depth
L’immagine sinistra, le informazioni sulla profondità, le informazioni GFX e le informazioni GFX-depth vengono impacchettate una sopra l’altra, separate da tre Active Space, in un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza quadrupla. Ciascun frame speciale può ricostruire tutte le linee dell’immagine.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo (dopo ricostruzione)
HDMI 1.4/1.4a: facoltativo: 1280x720p@50Hz; allo stato attuale, la banda di questo formato non è supportata da nessun chip o cavo HDMI (sia esso 1.3, 1.4 o altro).
Usi: Applicazioni grafiche.

[Mike5]

Line Alternative
Le linee delle immagini destra e sinistra sono interlacciate in un frame speciale con una larghezza eguale al corrispondente frame 2D ma un’altezza doppia. Ciascun frame speciale contiene tutte le linee dell’immagine.
Frame: Frame incompatible
Risoluzione: Full
Scanning: Progressivo (dopo deinterlaccio)
HDMI 1.4/1.4a: facoltativo: 1920x1080p@60Hz, 1920x1080p@50Hz; allo stato attuale, la banda del formato Line Alternative non è supportata da nessun chip o cavo HDMI (sia esso 1.3, 1.4 o altro).
Usi: ?

Line-by-Line (o Line Interleaved o row-interleaved o interlacciato)
Le linee dispari dell’immagine sinistra e quelle pari dell’immagine destra sono interlacciate in un frame di dimensioni 2D (o viceversa, vi sono due possibili polarità incompatibili). Ciascun frame contiene metà delle righe dell’immagine.
Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Verticale)
Scanning: Interlacciato
HDMI 1.4/1.4a: non previsto.
Usi: Broadcasting (?); nativo per Xpol.

Column Interleaved
Le colonne dispari dell’immagine sinistra e quelle pari dell’immagine destra sono interlacciate in un frame di dimensioni 2D (o viceversa, vi sono due possibili polarità incompatibili). Ciascun frame contiene metà delle colonne dell’immagine.
Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Orizzontale)
Scanning: Interlacciato (Orizzontalmente)
HDMI 1.4/1.4a: non previsto.
Usi: Nativo per i display Autostereocopici.

Checkerboard (o pixel interleaved)
Considerando il frame come una scacchiera, i pixel corrispondenti ai quadrati bianchi contengono l’immagine sinistra e quelli corrispondenti ai quadrati neri l’immagine destra (o viceversa, vi sono due possibili polarità incompatibili). Il frame ha dimensioni 2D. Ciascun frame contiene metà dei pixel dell’immagine.
Frame: Single-Frame
Risoluzione: Half (Diagonale); è in qualche modo migliore delle alter risoluzioni Half, perché l’occhio umano è meno sensibile alla risoluzione diagonale rispetto a quelle orizzontali e verticali.
Scanning: N.A.
HDMI 1.4/1.4a: non previsto.
Usi: Nativo per i display DLP con wobulation.

[Mike5]

MVC (Multi View Codec) (o H.264-MVC o AVC-MVC)
Il codec è un 2D+Delta. L’immagine sinistra viene compressa nel tradizionale formato 2D, in normali frame IPB. Il codec calcola quindi le differenze dell’immagine destra dalla sinistra (Delta) e le immagazzina come dati utente (metadata) o come uno flusso video secondario. A causa delle ridondanze presenti tra immagine destra e sinistra, il Delta può essere compresso con un rapporto elevato, usando i processi standard DCT e Quantizzazione, e immagazzinato come frame B o P. Lo spazio occupato dal video 3D è così molto inferiore al doppio di quello 2D, attestandosi su 1,5-1,6.

Un decoder 2D non modificato legge il flusso video 2D dell’immagine sinistra e scarta il Delta, fornendo un normale flusso 1080p in uscita. Un decoder aggiornato al 3D, invece, utilizza il Delta e ricostruisce anche l’immagine destra. Quindi impacchetta il flusso 3D nel formato richiesto in output, ad esempio Frame Packing per l’HDMI.

Poiché il codec utilizza gli stessi elementi (frame IBP) e algoritmi di compressione del 2D, le implementazioni del decoder non richiedono nuovo hardware, ma possono essere implementate con un aggiornamento del firmware del chip (lettori Blu-Ray, STB, …) o del software/middleware dei PC.

Il metodo non supporta solo le immagini stereo (2 viste), ma anche quelle multi-view.
Efficienza: l’overhead sul 2D è del 40%-70%, con una media del 50%-60%; il valore minimo è per i film di animazione, il massimo per le scene con nebbia, fumo e simili.
Compatibilità 2D: Si: i file MVC possono essere riprodotti in 2D semplicemente riproducendo la sola immagine sinistra.
Usi: Blu-Ray 3D.
Approfondimenti: MVC e multi-view (in inglese); MVC draft; estensioni H.264 (in inglese); Intel TDVCodec.

Blu-Ray 3D
Il Blu-Ray 3D è uno standard. Le sue caratteristiche sono:
• Capacità massima del disco: 50GB (invariata rispetto al 2D)
• Datarate Massimo: 64Mbps (40Mbps per il 2D)
• Codec: H.264-MVC (H.264, VC-1, MPEG2 per il 2D)
• Compatibilità con i lettori 2D, che riproducono il film in 2D
Approfondimenti (in inglese): Video 3, da 2:50 a 3:47.

[Mike5]

Le principali caratteristiche introdotte dall’HDMI, per revisione.
1.0 (Dicembre 2002)
• Banda Single Link: 165 MHz - max 1920x1200@60 (WUXGA)
• Standard video: CEA-861-B (34 formati video)
• Spazio colore: sRGB e YCbCr 4:4:4/4:2:2 (ITU-R BT.601/ITU-R BT.709-5/IEC 61966-2-4)
• Audio: L-PCM stereo 32/44.1/48kHz 16/24bit + bitstream IEC61937 (DD/DTS)
• HDCP 1.1

1.1 (Maggio 2004)
• Audio: L-PCM 8 canali 96/192kHz 16/24bit + bitstream DVD Audio
• Metadati: pacchetti ACP e ISRC (audio)

1.2 (Agosto 2005)
• Audio: bitstream DSD (One Bit audio - SACD)

1.3 (Giugno 2006)
• Banda Single Link: 340 MHz - max 2560x1600@75 (WQXGA)
• Standard video: CEA-861-D (59 formati video)
• Spazio colore: Deep Color (10/12/16 bit) + Gamut esteso (xvYCC 4:4:4 8-16 bit)
• Audio: bitstream HBR (Dolby Digital Plus, Dolby TrueHD, DTS-HD)
• Correzione automatica del lip sync (applica all’audio lo stesso ritardo del video)

1.3a (Novembre 2006)
• HDCP 1.2
• Aggiornamento CEC (Consumer Electronics Control)

1.4 (Maggio 2009)
• Standard video: CEA-861-E (63 formati video)
• Video: 4Kx2K (3840×2160p@24Hz/25Hz/30Hz e 4096×2160p@24Hz)
• Formati video 3D (obbligatori): Frame Packing (1080p@24, 720p@60, 720p@50)
• Formati video 3D (facoltativi): Field alternative (1080i@60, 1080i@50), Line alternative (1080p@60, 1080p@50), Side-by-Side Full (1080p@60, 1080p@50), L+depth (720p@50), L+depth+Gfx+G-depth (720p@50), Side-by-Side Half (1080p@60, 480p@60)
• Spazio colore: formati DSC (Digital Still Camera): sYCC601, AdobeRGB, AdobeYCC601
• Audio: ARC - Audio Return Channel (audio di ritorno nel formato HDMI 1.0)
• Canale Ethernet (100Mbps)
• Sistema di connessione Automotive

1.4a (Marzo 2010)
• Formati video 3D (obbligatori): Side-by-Side Half (1080i@60, 1080i@50), Top-And-Bottom Half (1080p@24, 720p@60, 720p@50)

Note sui formati video 3D obbligatori:
• Quello che segue vale se il device supporta almeno un formato 3D (ma potrebbe non supportarne nessuno, anche se è HDMI 1.4; vedi HDMI: implementazioni)
• Display: se supportano un qualunque formato 3D, devono supportare tutti i formati obbligatori
• Sorgenti: se supportano un qualunque formato 3D, devono supportare almeno un formato obbligatorio
• Ripetitori: se supportano il passthrough di un qualunque formato 3D, devono supportare il passthrough di tutti i formati obbligatori

Link (in inglese): Specifiche HDMI 1.3a; Introduzione HDMI 1.4; Brochure HDMI 1.4; Specifiche 3D HDMI 1.4; Specifiche 3D HDMI 1.4a; FAQ HDMI; 3DHDTV & HDMI.

[Mike5]

Le uniche caratteristiche obbligatorie in tutte le implementazioni sono quelle dello standard HDMI 1.0. Tutte le altre sono facoltative, qualunque sia l’etichetta 1.x del chip (con delle regole piuttosto complicate, però, del tipo: se supporti questo allora devi supportare obbligatoriamente anche questi altri....).

Pertanto ci sono implementazioni che non supportano tutte le caratteristiche dello standard corrispondente e a volte neanche di standard precedenti. Esempi: molti chip 1.3/1.4 non supportano il DSD (SACD), introdotto nella 1.2, o il Deep Color, introdotto nella 1.3. I primi chip 1.3 montati in alcuni lettori HD-DVD Toshiba non supportavano il bitstream HBR.

D’altronde nulla vieta ad un’implementazione 1.x di supportare caratteristiche dello standard 1.y, con y > x. Il chip SiI9134 è un HDMI 1.3 che supporta il 3D over HDMI della 1.4. Il chip della PS3 Fat è 1.2 e quello della Slim 1.3, ma entrambi supporteranno il discovery e il signaling del 3D over HDMI definito nello standard 1.4, mediante un aggiornamento firmware che Sony rilascerà in estate (vedi Sorgenti - PS3). L’HDMI 1.2 della Fat si ritroverà a supportare una funzionalità di due livelli superiore.

Per queste ragioni, a partire dalla versione 1.4, l’HDMI Licensing LLC ha disposto che dall’etichettatura delle implementazioni HDMI scompaia qualunque riferimento alla versione dello standard, ma siano riportate solo le funzionalità effettivamente supportate.

Queste riflessioni sono particolarmente importanti per il 3D, in relazione a due caratteristiche dello standard correlate al 3D: la banda e il 3D over HDMI introdotto con la versione 1.4.

La banda supportata da un chip è un’altra caratteristica opzionale. Il valore minimo richiesto su una qualunque implementazione è 165MHz (HDMI 1.0), mentre dalla versione 1.3, lo standard recita 340MHz. Risulta che i chip 1.3/1.4 in commercio non supportano 340MHz, ma si fermano in genere attorno ai 220MHz. Per esempio, il chip SiI9334, etichettato 1.4, ha diverse caratteristiche dello standard 1.4: Canale Ethernet, Audio Return Channel, 3D over HDMI, CEC e Deep Color, ma la banda è solo 225MHz.
Questo chip non supporta il 1920x1280@120 (usato per esempio da nVidia 3D Vision), che richiede 297MHz. Coerentemente, questo chip supporta la CEA-861-D (previsto dallo standard HDMI 1.3) and non la CEA-861-E (standard 1.4) e 1920x1280@120 è appunto un formato CEA-861-E, il numero 63. Il chip supporta però perfettamente il Frame Packing dei Blu-Ray Full HD 3D, a cui bastano solo 148,5MHz, ma che richiede in compenso la gestione del protocollo 3D over HDMI.

Il 3D over HDMI è un insieme di protocolli per la trasmissione di formati 3D. I più importanti sono:
• discovery: integrazioni al VSDB (Vendor Specific Data Block) dell’EDID del display, per comunicare alla sorgente i formati 3D accettati in input;
• signaling: integrazioni all’InfoFrame che la sorgente manda al display per “spiegare” i formati 3D che trasmette.

Queste integrazioni non hanno nulla a che fare con l’implementazione hardware del chip e possono essere aggiunte ad un chip vecchio, purché questo gestisca i protocolli via firmware e che il firmware sia modificabile, come avviene ad esempio nei PC e nella PS3.