信号格式转换是节目制作中不可避免的环节,无论是设计或构建电视节目总控或播出系统,还是演播室和电视转播车;或是移动飞行箱载电视制作系统;以及后期制作等视音频系统,总会涉及到各种信号之间的转换和处理问题。尤其是随着高清系统应用的日益普及,高标清相结合的时代就需要大量的高清与标清电视信号之间的转换。信号格式转换细分起来可以归纳为:模拟到数字、数字到模拟、复合到分量、标清到标清、标清到高清,甚至高清到超高清。可以这么说,任何一次信号的技术进步,都伴随着格式的转换,都需要将现有格式和原有的素材融合。由于篇幅所限,在这里,我们重点探讨高、标清之间的信号格式转换问题。
标清vs标清:标清16∶9的需求
近期从BOB的IBC获悉,08奥运会期间,IBC除了为所有转播商提供公共信号套餐1920×1080/50i高清16∶9信号和720×576/50i标清4∶3信号之外,还为Australia、EBU等转播团队额外提供标清16∶9 公共信号,以满足当地的观众收看需求。另悉,在2007年,天津电视台在转播女足世界杯时,也为欧洲一些国家提供了标清16∶9公共信号;此外,在浙江世界杯女足赛、上海“大师杯”网球赛、澳门亚洲室内运动会等国际赛事期间,国内制作团队也都向国外电视转播机构提供标清16∶9公共信号。通过这几个国际大赛说明标清16∶9在国际上,尤其是欧洲较为盛行。在香港,无线和亚视都有播出16∶9画面比例的节目,由于宽频的视觉效果得到受众青睐。
国内电视台用户早在几年前就曾对模拟数字分量16∶9格式的信号在模数混合环境下存在作了可行性研究试验,事实上许多电视台已经购买了具有可制作标清16∶9的设备,一些数字摄像机、录像机、切换台等均可以在16∶9和4∶3宽高比之间转换,现在有线电视和卫星电视系统中不加任何改造就可以传送16∶9的模拟和标清信号。也就是说,在记录、制作和传输方面不需要增加额外的投资设备就可以向观众提供16∶9的电视节目。电视台用户认为,16∶9比4∶3更接近人眼的视觉特性,使观众得到更真实优美的视觉享受;推广标清16∶9也有利于推进高清电视的普及,标清16∶9的视角与高清是相同的,摄像和制作人员更容易适应和技术交叉,容易实现向高清过渡接轨。
我们再来看看终端显示方面,平板电视的发展在这几年可以用“迅猛”之势来形容,据相关统计数据显示,从2004年平板产业刚刚兴起到去年为止,中国内地平板电视的销量已经从22万台猛增至900万台,增长高达40倍之多。在北京各大家电卖场,几乎看不到4∶3的电视机。电视机厂家认为,如果有标清16∶9节目播出,会带动16∶9显示器的发展,这些16∶9显示器的用户就很容易发展成高清电视的消费群体。
标清vs高清:上/下/交叉变换器
2008年1月1日,中央电视台免费开播地面开路高清频道“CCTV-高清”。作为一个综合频道,“CCTV-高清”内容涵盖专题、体育、综艺和电视剧,央视第一步规划将内里收视率名列前茅的,包括:《请您欣赏》、《动画城》、《正大综艺》、《鉴宝》、《新视听》、《星光大道》、《神州大舞台》、《艺术人生》、《舞蹈世界》、《快乐驿站》、《体育赛事》、《走进科学》、《探索·发现》、《百家讲坛》、《民歌·世界》、《CCTV音乐厅》等精品栏目实现高、标清同播,采用高清录制,先满足高清频道播出,再下变化到标清频道播出。
如何在高、标清节目之间转换时保证信号质量,如何解决宽高比、图像压缩不变形、以及降低噪声、消除锯齿等都是大家共同面对的问题。众所周知,变换器就是将不同格式的信号互相转换。我们将标清到高清信号的变换模块称为上变换器(Up Converter);反之,高清到标清信号的变换模块则被称为下变换器(Down Converter)。交叉变换器称为(Cross Converter)。有些下变换器还内含有数字到模拟(D/A)转换,便于对输出信号进行监视。有些则专门设计为监视用下变换,因此也称监视级下变换器。当进行变换时,图像高频分量丢失(下变换),或被内插再取样(上变换)。
而怎样避免格式转换时图像的损失与失真,在不同厂家的产品之间就有所体现。此外,在上下变换器测试中,通常要考虑图像信号处理的算法和延迟量,在一定的硬件环境下高级的图像运算方法通常也会带来更长的时延。这些算法通常包括去隔行技术、运动补偿技术、宽高比转换技术等。对于图像质量的检测,除了使用一定的测试卡进行客观指标的测量外,对于含有大量运动元素的图像信号很重要的是对其进行主观测试比较。
近来,一些电视台在为新大楼系统选择上下变换器时,通常将几家主流的设备集中测试进行主观评价。测试方法采用:标清测试母带进入上变换器后,经过同一个切换台再经过同一公司的下变换器用标清录像机录制用来对比的标清带,同时也在高清切换台输出的地方录制高清上变换信号对比几种上变换器的高清信号。画面选择片花、广告、静态歌曲、动态歌曲等类型。电视台用户强调,主观评测的目的,是希望以一个普通观众的角度,观看图像细节、颜色、边缘等效果。有厂家也提出同样的观点,不能一味强调转换后的技术指标,还要考虑电视观众的观看习惯,因为终端用户并不注重技术指标,而是注重变换的效果,即人眼看上去要感觉舒服,尽量减少电视消费者的疑虑和不满。
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高清vs高清:1080i—1080P
中央电视台新台址由CCTV主楼、TVCC电视文化中心、服务楼、媒体外景地四部分组成,其中,TVCC剧场在招标中现按1920×1080/50i系统建造,央视计划该系统具有升级为1920×1080/50P高清演播室的功能。建成后,将成为全球第一个1080/50P高清演播室系统,这不仅对CCTV来说具有里程碑意义,对全中国也是一个标杆项目。
为什么大家都在密切关注1080P技术?这要从现有的高清信号扫描格式说起,现在最常用的是1080i和720P两种格式,1080i是隔行扫描,尽管720P是逐行扫描,但720的有效像素是1080的2/3,也就是说,1080i和720P都有一定的缺憾,这就意味着高清技术还要再往上发展。人们自然想到了1080P,也就是指物理分辨率高达1920×1080逐行扫描,这是高清的顶级规格,因此也被称作“全高清—Full HD”。由于1080P比1080i增加了1倍的数据量,那么从拍摄、记录、制作到传输各个环节容量都要高一倍,对技术发展的确是一个挑战。
目前全球广播机构1080P案例鲜见,欧盟也在积极考虑采纳1080/50P为其标准制作格式。1080P应用最明显的例子是游戏机,最新的PS3游戏机输出就是1080P信号,由于PC硬件技术超乎想象发展,高分辨率下的3D游戏变得更加逼真。1080P在家庭影院风行一时,蓝光高清DVD影碟选用的是1080/24P格式。现在显示器普遍满足逐行扫描和高帧频的方式,投影机厂家也陆续推出1080P的高清投影设备,这符合投影显示设备的技术特点,也是高清的一个发展方向。
从索尼中国了解到,索尼正在加快1080/50P产品研发步伐,主要分三个阶段进行:第一是在现有1080/50i的基础上过渡到双链路(Dual Link)1080P方案, 由于数据量增加一倍,用现有的1.5G数据接口,采用2根电缆传送一路1080P高清信号;再从Dual HD-SDI过渡到3G HD SDI,3Gb/s免除了双倍布线要求。不久的将来,索尼的摄像机、切换台、录像机、监视器都将支持1080P。
2006年年底美国电影电视工程师协会已经发布3G高清标准SMPTE 424M接口,应对1080P的3Gb/s数据要求正在开始影响采集、后期制作和分配系统及其基础设施的设计。芯片开发商已在提供一种完全符合3Gb/s SDI的芯片组包括均衡器、时钟恢复器、电缆驱动器。一些模块板卡厂家已经在通用HD-SDI、SD-SDI和模拟信号处理的基础上推出了基于3Gb/s技术的光转换器、视分转换器、同步器、矩阵和信号处理板卡等产品,并能在1.5Gb/s和3Gb/s信号之间双向转换。因此,是否具备产品升级和延续性也是考察周边模块产品的一个不可忽略的因素。
对于高清电视信号来说在世界各地还存在50Hz和60Hz场频的区别,因此不同国家和地区之间的信号格式也需要进行转换后才能进入本地制作或播出系统。
(本文得到艾崧亚洲傅黎明、