松下可变帧频记录摄像机系统的功能和应用

2002-06-02 Katsuyuki Taguchi 松下电器有限公司依马狮网

一开发背景

电影已经有了100年的历史，广播电视也有了50年的历史。当今的广播电视正在进行数字化的革命，记录存储媒体的变化也在飞速的变化着，如：VHS、DVD、存储卡等等。同时一种基于因特网和宽带的流媒体技术也在飞速的发展。在这种背景下，节目内容发展的重要性和节目资源利用的多样性的需求在不断的增长。数字化技术被认为是解决这些需求的关键，从而引起人们更多的关注。

迄今为止，胶片还是主要应用于电影的拍摄、广播电视节目的制作和商业电视节目的制作等领域。胶片的优越之处在于：（1）胶片可以记录一整帧画面的内容；（2）使用胶片拍摄时可以调整拍摄画面的帧频；（3）胶片具有非常宽的拍摄动态范围。为了发展下一代的视频记录格式，松下着力于开发一种逐行扫描格式，它可以像胶片那样处理整帧画面的内容。

20世纪90年代中期，松下生产了480p EFP摄像机系统，它可以进行480P的节目制作。另一方面，松下还开发了HDTV电视设备作为高清晰度广播电视制作的基础，从而代替现有的标准清晰度电视(SDTV)。HDTV电视格式具有优越的图像质量，它已经被认为是一种与胶片质量相当的格式被应用到电影的制作中。

二 “VARICAM”的功能

高清晰度电视有1080i和720p两种。1080行的基本格式为60场（隔行扫描）。当像电影那样的逐行扫描图像基于1080行时，最高可以实现30帧的逐行帧频。另外，在720P的场合,人们能够通过720/60P得到帧频为60帧的完整画面。这方面正是720P的突出点, 这种像摄影机的数字摄像机非常适合数字时代的要求。我们开发这种摄录一体机是基于如下三方面的概念。

1．实现电影速度效果（升格和降格的效果）。

在摄录一体机的摄像机部分实现4～60 帧/秒的拍摄，(可单帧变化)。为进行可变帧频记录采用的方法是改变磁带的走带速度和磁鼓的运转速度。但这样做会改变每一帧的记录帧频。

我们采用的方法是应用存储技术，在记录不同帧频的时，总是使磁带记录处在60帧/秒的状态。图1解释了在40p、24p、15p时是如何工作的。

图1 可变帧的摄录一体机动作说明

摄像机部分工作在设定的帧频模式上。摄像机和录像机的接口连接部分采用了存储单元。例如，在15帧/秒情况下，存储单元重复摄像机的图像四次并存储下来。最后记录在录像机上的图像总是60 帧/秒。多余的帧准备在以后处理，为此在时间码的用户比特中为有效帧记录标记信号。

采用上述方法后有以下的优点：（1）对于已经拥有720P高清晰度设备的用户来说可以利用现有的设备而不需要额外的投资。（2）由于Varicam输出的HD SDI信号是720/60p非压缩的格式，它可以直接与HD D5录像机接，因此可以在HD-D5录像机上制作高质量的节目。（3）时间码中用户比特部分所记录的标记信号可以通过非编设备识别有效帧，使系统运行更简单。

帧频的转换是通过帧频转换器实现（FRC），下一步我们解释通过帧频转换器是如何将不同帧频的素材信号转变成我们所需要的标准格式例如：24P（电影）、25帧（PAL）、30帧（NTSC）的。

图2解释了如何将帧的素材信号处理成标准的帧频信号。40帧频的信号是以720/60p的方式记录在磁带上的，然后通过演播室录像机送到帧频转换器。通过识别标记信号将每一顺序的头一帧记录在硬盘上，形成有效帧。改变帧频转换器的设置就可以形成不同的信号变化，输出24P(电影)、25帧(PAL)、30帧(NTSC)等各种所希望的信号。