3D電視市場起飛　HDMI趁勢坐大

三維(3D)電視最早始於2003年夏普(Sharp)推出兩個視點的裸視3D電視，但這款3D電視因效果不佳而停止銷售。隨後飛利浦(Philips)也於2007年推出可提供二維(2D)轉3D效果的裸視3D電視，不過因售價達1萬歐元而使消費者望之卻步，未能有效刺激消費者對3D電視的購買意願。

除了電影外，電視機廠商結合廣播技術業者共同投入3D電視產業更在2009年開始醞釀，自2010年起，已陸續有有線電視業者與衛星廣播業者推出3D頻道，搭配電視品牌廠商如索尼(Sony)、Panasonic、三星(Samsung)與樂金(LG)的3D電視，使3D功能逐漸成為高階電視的主要訴求。

不過由於3D產業發展速度加快，各式標準與技術並不統一，因此後續幾年3D產業的發展關鍵將在標準的整合，如3D效果量測標準與使用規範標準，包含2012年國際電信聯盟(ITU)將提出3D廣播標準，以及面板技術的突破，如大尺寸偏光式3D電視技術與超高解析度(4k×2k)技術，包含2011年樂金將量產47吋的薄膜偏振技術(FPR)3D面板等(表1)。

3D終端應用萌芽
電視機扮演重要角色

日本產業領導品牌，如電視的索尼、手機的夏普與攝影機的Panasonic等廠商全力發展3D關鍵技術有成下，目前已是3D產品接受度最高的國家。2010年主要3D產品銷售以電視為主，另可播放3D影片的藍光光碟機、可自行拍攝內容的3D攝影機與可支援3D畫面的遊戲機也成為廠商重點開發產品。

資料來源：資策會MIC(12/2010) 圖1　2010年FPD展會期間日本賣場3D電視機種

各式消費性產品通路也把3D產品視為產品行銷重點，因此目前包含電視機、藍光光碟機、攝影機與遊戲機已經形成一個家用3D產業生態鏈，未來消費者將在各式消費性終端產品中看見無所不在的3D功能，其中3D電視具備辨識3D內容來源、3D畫面接收與3D影像顯示功能，因此扮演3D產業最重要的角色之一(圖1)，2010年上市的3D機種多為主動式快門眼鏡3D電視。

品牌大廠推廣3D電視不遺餘力

品牌廠商對3D電視的市場發展更是信心滿滿，紛紛推出各式3D新機種，從2010年IFA展可看出許多品牌廠商在2011年的3D電視產品規畫(表2)。日本廠商以主動式快門眼鏡的3D技術為主，包含索尼、夏普、東芝(Toshiba)的液晶電視與Panasonic的電漿電視。索尼與Panasonic透過投入頭端攝影設備開發，希望可掌握內容上下游發展，紛紛推出各式商用與消費性攝影設備，其中索尼已推出可近拍1公分3D畫面的攝影機。

夏普則利用液晶面板生產技術，推出四原色紅藍綠色+黃色 (RGB+Y)的新面板產品(UV2A)，可以控制液晶分子配向的狹縫和突起的摩擦物，能提高開口率、對比度和反應速度，因此可使面板反應速度加快，使用於3D畫面觀賞時可減少畫面的疊影出現機會。

東芝則利用CEVA晶片(CELL的新一代)，不僅加速2D轉3D的畫面處理效率，也提升可進行畫面明暗控制的Intelligent 3D技術，有效改善3D畫面的對比效果，使3D觀賞更具效果。

三星以240Hz面板搭配主動式快門眼鏡3D技術的液晶電視為主，並推出各式3D周邊，如藍光光碟機與無線喇叭，希望提供以3D電視為中心的整體影音方案，造就高階產品形象，快速占有市場領先地位。樂金則持續推出高反應速率的偏光式3D面板，希望改善畫面殘影問題，同時也在2010年12月展出新的FPR偏光技術，強調在減少成本或減少閃爍方面有比快門式3D技術較佳表現。

另外，樂金也積極將有機發光二極體(OLED)電視商品化，因OLED面板除具備省電與超薄的特性外，對比度高與顏色鮮艷更是目前所有顯示技術中的翹楚，不過目前OLED面板在大尺寸的製程上仍有因蒸鍍(Evaporation)製程造成中心彎曲現象的缺點，短期內要在電視應用尺寸達到量產仍有困難。

3D電視致力解決視覺疲勞問題

在2D電視時代，電視處理晶片僅須針對各式輸入來源，如數位廣播或通用序列匯流排(USB)、高畫質多媒體介面(HDMI)及網路寬頻內容進行影像解碼，再透過各式條件存取(CA)或中介軟體(Middleware)管理使用者的收視權限後，將影像畫面進一步做顯示處理，包含影像的調校與優化，再透過適當的畫面速率轉換(FRC)技術或搭配運動估算及運動補償(MEMC)功能，以提供最佳的顯示效果。

而在3D電視時代，由於3D畫面輸入來源包含許多「元數據」(Metadata)，作為描述3D效果的數據，包含左右眼編輯畫面、圖層效果與提供3D眼鏡訊號的資料。因此3D畫面處理上必須同時處理各種來源「元資料」並搭配3D格式的轉換，如換成主動視眼鏡使用的時間多工格式(Temporal 3D)或被動式偏光眼鏡使用的空間多工格式(Spatial 3D)等規格才能進一步進行畫面顯示處理，因此整個電視晶片系統須要增加一個3D處理器，以處理大幅增加的3D「元資料」與對應的顯示格式。

過去3D電視無法發展，主要在於3D技術容易產生視覺疲勞的問題，同時3D內容的不足與終端價格過高等，都是3D電視無法吸引消費者青睞的原因。2010年這些問題在好萊塢(Hollywood)業者與電視品牌業者積極投入發展軟硬體後，逐漸改善，同時隨產業鏈架構的逐漸成形，後續包含改善疲勞、2D轉3D演算法的演進、240Hz搭配FRC、降低終端價格與元件整合都是3D技術發展的關鍵。

3D技術須兼顧成本/效果

預期未來幾年的3D電視仍以須搭配眼鏡產品為發展核心，目前主動式快門眼鏡(Shutter Glasses)是主流技術，不過在3D電視希望全尺寸採用的情況下，另一種在小尺寸具備成本優勢的被動式偏光眼鏡(Polarization Glasses)技術也成為面板廠商致力發展的焦點。

快門式眼鏡立體技術原理是將顯示器播放速度增加為兩倍頻率，利用120Hz速度播送的畫面以全幀序列的交換顯示格式(Page-Flipping Format)輪流播放左、右眼畫面，並透過紅外線發射器傳輸畫面訊號，負責接收的3D眼鏡在同步更新左右眼所對應的圖像，從而保持與2D影像相同的畫面幀數，使觀眾在大腦中產生錯覺，使其觀賞到與原來2D畫面解析度相同的3D立體影像。

目前快門式眼鏡是在鏡片前貼附一層液晶(LC)以控制透光度，鏡片液晶層未通電時是透明的，通電則轉為黑色，以作為面遮罩，這種時間交錯顯示畫面的3D技術，必須配合LCD液晶轉向時間，因此眼睛所能感受3D顯示亮度僅為2D顯示的亮度一半以下。另外，還存在畫面閃爍的問題，目前3D眼鏡左右眼畫面更新頻率為50/60Hz，當使用者長時間觀看，則持續頻率開闔的液晶層將使眼球產生疲勞感。

主動式快門眼鏡技術的優點是畫面解析度高與整個3D系統增加成本固定，整機價格增幅較易控制，硬體製作也相對簡單，因此2010年市面上主要的3D顯示系統，包括索尼、Panasonic、三星等電視品牌業者，以及輝達(NVIDIA)的3D螢幕與筆記型電腦等產品，都使用主動式快門眼鏡技術，同時目前在大尺寸的成本與售價比例已為品牌廠商所接受。

另一種眼鏡式的3D技術為偏光式眼鏡立體技術，其原理是利用顯示器表面貼附「微相位差膜」(Micro-Retarder)將畫面以「水平交錯格式」(Row Interlaced Format)，由上而下將奇數列水平線與偶數列水平線的顯示畫面，分別以右偏45度投射至右眼，及以左偏135度投射至左眼，再透過左右分別採用不同偏振方向的偏光眼鏡，使左、右眼的影像隔離出來，從而使使用者在大腦中形成3D立體效果。

偏光式3D技術主要問題，在於畫面分幀處理將使水平方面解析度降低50%，因此會對顯示圖像的解析精度有所影響，此外還有視角較窄問題，當使用者在超過左右30度的範圍外觀看3D畫面時，即使採用圓偏振技術，3D效果仍會有所減損。

被動式偏光眼鏡技術的優點是沒有閃爍問題，可長時間觀賞、眼睛不易疲勞及畫面穩定性較佳，並且3D眼鏡更為輕巧，在舒適性上較快門式3D方式為佳，此外，其對於FRC的要求也較主動式快門眼鏡低，60Hz的面板甚至不須搭配FRC功能，也可使用偏光眼鏡的3D技術。

但由於微相位差膜價格昂貴與面板貼合製程良率較低，使其在愈大尺寸的3D電視成本大增，並且視角問題會讓使用者觀賞時位置有所局限，因此考量觀賞視角與製作尺寸限制，目前偏光式眼鏡技術反而在視角要求不高與尺寸不大的小尺寸電視方面找到發展利基。因此搭配尺寸成本效果的綜合考量，後續兩種主流眼鏡式3D技術的開發將以尺寸為分野點(圖2)。

資料來源：資策會MIC(12/2010) 圖2　兩種主流眼鏡式3D技術市場定位示意圖

3D晶片著重景深/FRC演算法

由2D顯示演進到3D顯示的新一代電視設計，透過前述品牌大廠開發動向與目前3D電視須要改善的重點，2011年3D電視發展的關鍵除了面板技術外，便是影像處理晶片的進步。而3D電視所使用的影像處理晶片開發關鍵在於新的FRC演算法、2D轉3D效果與系統單晶片(SoC)三個關鍵。

FRC演算法運用最佳化幾何處理技術

傳統FRC法稱MEMC，是在傳統的兩幀圖像之間插入一幀運動補償幀，藉以將原本電視50/60Hz畫面更新速率提升至100/120Hz，達到清除上一幀圖像的殘影與提高動態清晰度的效果，使運動畫面播放更加清晰流暢。

不過MEMC技術本身並非對圖像結構本身做計算，而僅是計算每幀畫面中的一個獨立動作做出動作估計與畫面補償，造成在複雜動作畫面處理時，仍會出現模糊、光暈效應、重影(Ghosting)及陰影失真(Shadowing)問題。因此新的FRC演算法取代針對原來畫素的單一動態演算法，透過最佳化幾何處理技術，解決上述問題。

目前主動快門式眼鏡式3D電視系統為防止差分空間計算的錯誤所導致的位置和深度效果差異，須要利用FRC技術提供較過去畫面反應快四倍的反應時間，即支援 200/240Hz的畫面更新率，以解決重影問題。

另外，目前電影節目是以每秒二十四幀畫面錄製，因此在將低頻的畫面轉變為高頻顯示的畫面，如轉換至現有50/60Hz或100/120Hz及以上更新速率時，液晶顯示器輸出時常造成動態影像殘影的抖動現象，透過FRC技術也可同步解決在快門眼鏡上會有的閃爍(Flicker)現象。

2D轉3D效果難媲美3D攝影內容

3D內容影像的製作方式包含三種方式，以2眼式3D攝影機拍攝，或以電腦軟體將各張原始影像做多視點彩現(Multiple-View Rendering)或以搭配深度圖(Depth Map)製作出3D畫面的方式。

理想中的3D畫面是以3D攝影機拍攝，其包含完整3D場景資訊，不過3D攝影機拍攝存在光學失真及視差調整困難等限制，雖然現在可利用平台將影像以垂直攝影及水平攝影的鏡頭分開，以調整視角，不過目前整個拍攝系統體積較大且重量較重。

目前3D內容若要全面改以3D攝影機拍攝，仍較搭配多台不同角度的2D攝影機拍攝畫面再人工後製的成本高。因此為解決3D內容來源不足與便於進行視角調整，確保可提供製作清晰的3D影像，在拍攝後製所需的2D轉3D技術仍持續發展中。

過去2D轉3D技術主要是將畫面的圖層分離，遠景向後延伸、中景不變、前景向前拉近，此種方式容易造成景深不足，若長時間觀賞會造成眼睛的疲勞。另外，當畫面依電視尺寸放大處理時，也容易出現扭曲變形的問題，這也是2010年以前所使用在電視或電腦中2D轉3D的技術，3D效果不僅較差，也影響消費者對3D電視的接受度。

2010年以後發展的2D轉3D技術，是以分析及判別畫面中景物的相對深度關係，找出2D影像的正確的Depth Map，景物位置離拍攝者的距離越近，其對應的灰階值越大，色彩也越明亮，反之則越遠，灰階值範圍為0～255，再藉由深度影像合成技術(DIBR)，在電影工業中DIBR可稱為對位(Roto)技術，搭配不同的立體顯示器顯示格式，如圖元隔行掃描或線交錯、行交錯的交錯(Interlace)方式，產生不同視角的影像，在顯示器上產生立體效果。

2D轉3D技術運用在觀賞節目中的即時轉換(Real-time Conversion)也是基於Depth Map的技術發展，透過深度計算與傳播、場景切換、關鍵幀檢測等關鍵技術，將平面影像轉換為立體影像，達成景物深度的連貫性與轉換畫面的無抖動，才不會造成使用者的觀看眩暈感受。

SoC解決方案有助降低成本

從2010下半年開始，所有國際電視品牌大廠均積極推出各式3D電視，不過目前在晶片設計上，多是以訊號處理晶片搭配一個現場可編程閘陣列(FPGA)的3D處理，作為3D Ready電視的設計方案。正因較少晶片廠商推出整合性的3D處理方案晶片，所以大多數電視廠商均自行設計FPGA功能，使得投入成本和產品性能難以兼顧，也導致3D電視成本難以下降。

藉由系統單晶片(Soc)設計可整合前端解調變(Demodulator)、畫面縮放(Scaling)、訊號處理、MEMC與2D轉3D等多種功能，在整機系統上可減少許多成本(圖3)。SoC適用於大批量消費性電子產品設計，在不需外部FPGA設備支援3D電視的情況下，電視製造廠商可以把3D電視推向具價格競爭力的主流消費市場。

資料來源：資策會MIC(12/2010) 圖3　3D電視晶片發展重點

不過採用SoC若遇到3D標準的變化時，可能會造成產品設計的不易變更，目前雖有HDMI 1.4a標準提供3D傳輸的標準，且多被電視SoC業者導入，後續包含3D效果量測標準與立體影像的規範標準仍須注意是否將成為強制性規範，新的標準不斷出現也將影響製造廠商採用SoC意願。

各式記憶體乘勢而起

因資料存取數據變大，要提升微處理晶片處理速率須要搭配更多記憶體，因此無論是利基型動態隨機存取記憶體(DRAM)或編碼型快閃(NOR Flash)記憶體、同步動態隨機存取記憶體(SDRAM)等，也都可以在3D電視身上看到更多使用量。

目前3D電視至少須要搭載二至四顆容量128Mb以上的DDR2 SDRAM，可提供高達四倍速的讀/寫資料速率；另外也會搭載兩顆以上的NOR Flash，一個位於電視訊號處理晶片，另一個位於3D處理晶片上(圖4)。

資料來源：資策會MIC(12/2010) 圖4　3D電視晶片架構與相關商機示意圖

另外是關於時序控制器(TCON)晶片，因為3D電視須配合240Hz的液晶面板，因此需要更為複雜與價格更高的TCON晶片，同時整合FRC功能，目前240Hz的TCON整合FRC雙倍頻或四倍頻晶片也可使3D電視成本方案更具競爭力。

3D電視引爆零組件商機

3D電視的發展，對於台灣廠商而言，值得投入商機包含液晶顯示面板與相關晶片及記憶體等。3D電視的播放效果則以面板與處理晶片影響最大，在主動式快門眼鏡技術中，由於面板反應時間必須加快，因此TCON晶片也須重新設計，同時重影現象的改善必須透過FRC晶片；而被動式偏光眼鏡雖毋須更動TCON，不過偏光面板所搭配相位差膜的偏極光片，主要是膜片目前為玻璃製程，成本較高及尺寸做大不易，後續若改為薄膜製程，則可望朝大尺寸發展。

主動式快門與被動式偏光技術的發展，在2010年仍以主動式為主流，但未來小尺寸的3D電視市場，因成本增加不多將使偏光技術擁有發展利基，另外在3D觀賞效果上，主動式較偏光式容易有暈眩感覺，因此後續發展將呈現各半瓜分市場局面，不過台灣廠商可依市場發展契機先以主動式快門為主力，後續發展偏光式技術搶進市場。

在處理晶片上，整合FRC功能與2D轉3D技術是未來3D電視處理晶片成本降價的關鍵，雖然目前面板TCON可以整合FRC功能，不過後續由晶片廠商發展3D電視用SoC時，將優先整合FRC與2D轉3D功能，因此電視處理晶片的發展值得廠商關注。同時FRC與2D轉3D功能的實現，將大大增加電視處理晶片的運算負荷，因此也將擴大各式記憶體的採用數量 達現在2D電視的二至四倍以上。此外，HDMI由於已成為電視主要的傳輸介面，並支援3D影像的播放，隨著3D電視的興起，HDMI的地位將更為顯著。

(本文作者為資策會MIC產業分析師)