3D试验频道已于2012年1月1日开始试播，现阶段已经正式播出，每天播出13.5小时的3D节目。中央电视台负责该频道播出系统的搭建和运行。
3D播出系统采用的是单链路方案进行设计的，其方式为“左右拼”编码方式，原理是采用空间压缩的方法，将左右眼的两个图像压缩在一路HD-SDI信号进入切换台（Side-By-Side），3D播出系统中3D录像机、服务器、字幕机等信号源设备，经过3D编码卡将双链路(左右眼)信号进行合并后，送播出切换台及净切换开关和技监矩阵设备，总控来的信号也采用单链路方式送至播出。3D播出系统中的关键设备切换台、净切换开关和技监开关均采用单链路方式，3D播出系统的末级主备路播出信号也以单链路方式，经过切换台及净切换开关分别至总控，由于是系统采用单链路方式，主要设备均与一般高清播出系统相同，只有3D视频处理卡成为3D播出系统的关键设备，所以本文着重探讨一下播出系统中3D视频处理卡的原理、选型和应用。
一. 3D系统信号格式介绍
3D电视现在用的标准是两路摄像单元模拟人的双眼拍摄两路图像，或计算机生成两路图像，经过制作、播出、传输，最后显示在时分或偏振等方式显示的电视屏幕上，观看者通过与电视机配套的眼镜，让左右眼分别观看到左右摄像单元拍摄的图像，从而在大脑中形成立体效果。综上所述，3D信号是由左右眼信号组成。
现在高清视频标准有3G带宽和1.5G带宽两种，3D信号可在这两种标准中运行。鉴于成本因素和兼容因素，本次3D播出系统采用1.5G的标准高清晰度电视标准，降低成本的同时，也能兼容播出高清的2D信号。
目前的3D技术制作模式，3D信号是由左、右眼信号组成，信号格式分为两种：Dual link模式和Single Link模式。
Dual Link模式是由两条高清链路组成，每路信号带宽1.5G，分别传送左眼和右眼的信号。
Single Link模式是由一条链路传送左、右眼的合成信号，可以是3G带宽或1.5G带宽。因本次3D播出系统使用1.5G的标准高清晰度电视标准,因此需要将左右眼高清信号各压缩一半后，拼接在一条1.5G带宽的链路中传送。（如下图：3D系统信号格式图1）
图1 3D系统信号格式
二．3D系统中编解码卡压缩方式
3D试验频道播出时，信号源使用的方式为“左右拼”编码方式，将左、右两路立体高清图像水平方向各自抽取1/2象素，再按Side-by-Side 方式拼接成一路高清电视图像，目前国际上3D节目播出时大多采用Side-by-Side的双拼方式，水平方向的图像像素减少一半，实际为960x1080。因此，3D编码卡是3D播出系统的关键设备，而3D系统信号格式又起到根本作用。
我们知道高清视频的图像像素是1920x1080的，到了3D时代，如果要按Side-by-Side方式排布画面的话，其合成后的视频文件水平分辨率将达到3840x1080，因此full Side-by-Side的3D文件一帧的画面将是普通高清的2倍，无形中会大幅增加文件的存储量，将导致播出及传输的带宽也随之增长，系统的压力也随之增大。为了减轻这一压力，3D编码卡使用half Side-by-Side方式在画面合成时，将每一只眼的画面水平分辨率压缩到了原来的一半，即960x1080，这样合成的3D文件一帧是1920x1080大小，在播出时会将每只眼的960x1080的画面通过拉伸复原成1920x1080的画面。因此，这样的画面质量虽然是有损失的，但对于一般人来说，half Side-by-Side就能满足日常需求，也符合播出标准的质量。
3D信号是由左、右眼两路高清（1.5G）信号组成，为了节省成本、简化系统结构，系统选用Single-Link一路标准高清信号（1.5G）的传输形式，这就需要将两路左右眼信号合成一路（1.5G）,并对信号进行压缩编码：现在主流的Single-Link编码方式有如下几种：（如下图：Single-Link编码方式图2）
图2 Single-Link编码方式
从上图中可看到3D信号合成拼接方式主要分为左右拼接和垂直拼接两种：
Side-By-Side格式与Sensio 3D格式都是将左右眼的两路信号水平压缩一半左右拼接后在单链路中传输。
Over-Under模式是将左右眼的信号垂直压缩一半拼接后在单链路中传输。此方式现在用的很少，大多数厂家支持Side-By-Side模式与Sensio模式。
目前，仍未能完全解决不同3D电视和电视机之间的不相容问题，因为问题在于现有许多不同Side-By-Side格式来执行，如最常见的 RealD 和Sensio 3D规格。
Side-By-Side格式与Sensio 3D格式压缩方法的不同：（如下图：压缩方式图3）
图3 压缩方式
具体而言这些方式在影像压缩和解压缩技术方面有着差异，使用任何纠错技术，在许多情况下，这些差异都会在影像解析度和数据处理速度方面展现出不同之处。Sensio 3D格式压缩和其他格式影像压缩方法不同，Sensio 3D分别对左右眼原始影像进行取样，并以棋盘格式对其压缩，在解压缩阶段则采用无衰变像素消除了像素插值，该技术利用了人眼事实上对于对角线方向的解析度下降并不敏感的优势，同时预留的无损像素也能成为高频分量，从而实现更详细的插值。
本次3D播出频道系统内部选择采用Side-By-Side方式，因此要保证进入系统的信号源都要经过编解码卡转化成Single-Link（1.5G）的Side-By-Side信号。同时，还要兼顾不同Side-By-Side格式来执行，因此 RealD 格式的Side-By-Side编解码和Sensio 3D格式的Side-By-Side编解码都需要进行考虑。
三．3D编解码卡的选型
目前电视机厂家大多数只支持RealD格式的Side-By-Side编解码，在设计3D播出系统时着重对3D视频处理卡进行了论证，结合厂家提供的设备，在选型阶段做了充分的比较，分别是3DX-3901视频处理卡和SEL-2XD1视频处理卡，以下是两种设备按照需求所作的对比表格：
通过比较后，虽然3D播出系统的输出采用RealD格式的Side-By-Side编解码方式，但是考虑到以后节目的兼容性，还有鉴于现在一些主流的运动赛事节目（如世界杯、NBA、奥运会等）播送中均使用Sensio 3D格式压缩方法。因此，在设备选型时没有采用不支持Sensio 3D编解码方式的SEL-2XD1视频处理卡，而最终我们使用了3DX-3901视频处理卡，做为3D播出系统信号源的编解码卡。
下图是3DX-3901视频处理卡与机箱：（图4）
图4 3D视频处理卡与机箱
四．3DX-3901视频处理卡的功能
3DX-3901视频处理卡是基于硬件的3D编解码方式，编解码卡集成了处理所有3D信号的基本功能。它能满足3D信号制作和播出的需求，如应对采用双机装置摄像机拍摄的信号，同时也可以在3Gbps/HD的环境中传送3D信号。
3DX-3901视频处理卡上的处理芯片能提供高质量多种3D格式的转换，包括双路Dual 1.5Gbps (SMPTE-292M)，双路3Gbps (SMPTE-424M)；单路Single 3Gbps (SMPTE-425M-B)以及单路Single 1.5Gbps (SMPTE-292M) ,同时它可以完成Side-By-Side编解码方式和Sensio 3D编解码方式。在显示方面还提供了浮雕式、差异化以及左右眼的功能。
3DX-3901视频处理卡具有支持水平、垂直的翻转以及轴向的调整，用以纠正由于使用双击装置摄像机带来的误定位。它还可以用于调整由于采用镜像眼所带来的用左右眼看上去的颜色丢失和改变，同时可对YUV/RGB进行颜色校正。
3DX-3901视频处理卡还具有的水平图像转换（HIT）功能使得用户可以自行调整深度位置，甚至可以支持将2D图像模拟为3D的场景，它的辅助输出提供了监看及3D处理效果的全面预监，3DX-3901视频处理卡可进行左右眼画面交换，还带有光纤接口极大地方便了光纤的安装和配置。（如下图：3DX-3901视频处理卡图5）
图5 3DX-3901视频处理卡
3DX-3901视频处理卡是高性能的3D信号处理器，具有稳定的处理延时。支持高速的3Gbps/HD的输入、输出，支持主流3D格式的处理，是理想的3D编解码产品。3DX-3901视频处理卡还提供辅助输出，支持多格式转换，有多种输入和输出模式，包括左眼信号、右眼信号、3D合成信号，支持 RealD side-by-side, SENSIO Hi-Fi 3D和over/under编码格式。（如下图：3DX-3901视频处理卡输入和输出格式图6）
图6 3DX-3901视频处理卡输入和输出格式
五．3DX-3901视频处理卡的设置[page]
3D播出系统使用了Densité 3DX-3901视频处理卡，编解码卡通过机箱网口进行设置,机箱安装了10块3DX-3901视频处理卡，分别对应系统相关的设备如3D录像机、服务器、字幕机、2D转3D。通过对每块3DX-3901视频处理卡设置后，可以对3D播出系统各个视频信号源进行处理，满足分别送到播出切换台、净切换开关和技监矩阵等设备的显示方式。
现阶段在3D播出系统中，3D的格式由3D视频处理卡完成，因此需要根据不同的设备设备相应的编解码。接下来，我们就了解一下3D视频处理卡在实际系统中的设置。
首先，我们可以通过Miranda iControl_Solo软件界面进行播出附属数据中的3DX-3901视频处理卡设置。进入软件界面后如图7所示，通过界面可以看到Densité 3DX-3901视频处理卡选择项表示在采集窗口中显示采集信息。以及每块3DX-3901视频处理卡的工作状态以及相应的属性，每块3DX-3901视频处理卡前面显示的小长方形的颜色指示表明其目前的工作状态，红色表明不在工作状态，绿色表示工作正常。（如下图：3D视频处理卡软件设置图7）
图7 3D编解码卡软件设置
接下来，我们对每块3D视频处理卡进行详细定义，点击每一块板卡可以看到具体的板卡设置信息，左边是操作选项，包括：Video Input/Output选择该项：Video Input/Output:主要用来设置板卡的输入和输出，其支持格式：Single Link HD、 Dual Link HD、3Gbps lvl B-DS；3-D Processing选择该项：用于设置3D画面的调整，可以调节左右眼信号垂直和水平方向的相位，通过HIT选项可以调节3D赤信号的景深，以达到更好的3D立体效果以及基本YCbCr/RGB增益；Reference选择该项：用于同步设置；可以设置板卡同步信号设定，如外同步、内同步、自同步。
Factory/Preset选择该项：用于出厂设置/预设； Operating Mode选择该项：用于开启XVP模式（选件）； Alarm Config选择该项：用于设定板卡的报警信息；选择左边操作选项后，在会右边显示出相应的设置表单，可以详细的进行相应的参数设置。（如下图：3D视频处理卡参数设置图8）
图8 3D视频处理卡参数设置
1.选择显示Video Input/Output输入、输出设置（如上图）该项后，在会右边显示出相应的参数设置，上边的六个小圆圈表示目前的板卡的输入信号的状态，下部对应参数设置可选项如下：
Input Select选择该项：用于设置输入信号的格式选择；Input Format选择该项：可以调整输入信号的格式，有三种模式可以选择，分别是 Single Link HD（1.5G带宽的单链路模式）、Dual Link HD（1.5G带宽的双链路模式）、3Gb/s lvl B-DS（3G带宽的单链路模式）；Display Format选择该项： 可以调整输入编码格式，有三种模式可以选择，分别是 Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side编码格式)、Sensio 3D（Sensio编码格式）；Output Select选择该项：用于设置输出信号的格式选择；Output Format选择该项：可以调整输出信号的格式，有三种模式可以选择，分别是Single Link HD（1.5G带宽的单链路模式）、Dual Link HD（1.5G带宽的双链路模式）、3Gbps lvl B-DS（3G带宽的单链路模式）；Display Format选择该项：可以调整输出编码格式，Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side编码格式)、Sensio 3D（Sensio编码格式）；Aux Output Select（AUX输出信号的格式选择）：Output Format选择该项：可以调整辅助输出信号的格式1080i；Display Format选择该项：显示各种格式如Left（左眼信号）、Right（右眼信号）、Analog（模拟信号）、Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side编码格式)、Sensio 3D（Sensio编码格式）；Swap eyes选择该项：在物理接线不变的情况下，可通过此选项调换左右眼信号信息；Timing选择该项：可以调节垂直和水平相位，以保证输出信号同步一致性。
Freeze选择该项：可以在信号中断或丢失时候保留原有信号的最后一帧图像。
2. 选择显示Factory/Preset选择该项：用于出厂设置/预设；Factory/Preset出厂设置及预制：可以设定恢复板卡的出厂设置以及预存几种板卡设置的模式，便于板卡灵活使用。
Load Factory：此项可用来加载出厂时的设置。
User：每个板卡可以预存5个User模式；可以在User Preset中选择User模式，然后通过load加载板卡设置。（如下图：3D视频处理卡模式设置图9）
图9 3D视频处理卡模式设置
3DX-3901视频处理卡的设置是在线设置，在网络连接状态下，软件中的设置改动会立即在板卡上生效，因此在设置软件打开时的操作要格外小心，设置好的参数一定要存档以备查及调用。
3.3D播出系统中3DX-3901视频处理卡的具体设置信息：
从下面的列表中可以看出3D播出系统中的各个3D视频处理卡的参数设置，同时每块卡使用的存储模式，其中同步数值的调整至关重要，是保证3D信号能否正常输入3D播出系统中，以及切换台在切换各信号源时是否平滑。
六．3DX-3901编解码卡的实际应用
了解了3D视频处理卡的结构和设置，接下来在实际的3D播出系统中，我们将这些板卡用于3D节目源的编解码，系统中十块3D视频处理卡分别用于两台SR-3D录像机、两台高清录像机、硬盘服务器、3D字幕机、2D转3D设备。
第1-2块3DX-3901视频处理卡用于外来信号的收录，输入信号是Dual Link格式或带Sensio 3D的Side-By-Side格式信号，视频处理卡转换后信号输出为Dual Link格式，接入两台SR-3D录像机的输入口进行节目的录制（如奥运会、世界杯等）。
第3-9块3DX-3901视频处理卡用于将硬盘服务器、3D字幕机、2D转3D等设备信号源的不同3D格式，转成统一的Side-By-Side格式进入播出切换台和应急切换矩阵，完成3D播出系统的播出任务。
第10块3DX-3901视频处理卡用于系统中的监看，将3D播出系统的矩阵输出Side-By-Side格式信号转成Dual Link格式信号，接入支持Dual Link格式信号输入的监视器进行监看，同时输入至多功能波形测试仪WFM8300进行3D信号的测试。
3DX-3901视频处理卡的输出可以是两个双链路的Dual Link输出，也可以设置为4个单链路的Single Link输出。这次的3D播出系统使用方式是4个单链路的Single LINK输出。一路进入主切换台，一路进入备切换矩阵，一路接入监看矩阵进行波形监看，一路接入多画面分割器进行视频源监看。综上所述，因4个单链路的Single Link输出口已够用，其后就没有再配高清视分板卡，从而简化了系统配置，节约了设备成本。
在3D播出系统在搭建和调试过程中，发现重新开机后3D编解码卡的输出画面时而有抖动现象发生，通过重新将板卡热插拔或重启后画面不再抖动，通过和厂家工程师的交流后，感觉是3D视频处理卡断电或同步不好时所引启的原因，为此我们将每块3DX-3901视频处理卡的Timing值都连接示波器进行微调，确保其输出的相位正确性，同时保证信号同步一致性，还通过软件将每块板卡的设置进行存储，方便在值班时发现3D视频处理卡问题后的及时处理和更换。通过一个多月的在线运行，设备体现了较好的稳定性，而且设置操作简单，支持热插拔，更换方便，同时还支持大多数3D编解码方式，现阶段可以说是理想的3D编解码设备，随着3D电视节目的正式播出，相信3D设备的相关产品会有质的飞跃，3D技术的发展也会更上一层楼。B&P