随着高清晰度电视技术不断趋于成熟,高清晰度电视是数字技术在电视领域里的必然发展趋势,其主要优点在于能实现无失真传输,并能充分利用有限的频谱资源。从技术层面上看,构建高清系统的技术已经成熟。越来越多的电视台开始建立高清晰度转播系统,在从标清向高清的过渡过程中,很长一段时间,标清电视和高清电视将混合制作、并行发展。因此在现阶段建设高清演播室和高清电视转播车系统,既要满足高清晰度节目制作、储备高清晰度电视节目、适应未来的发展,又要能满足目前频道播出标清节目的要求,标清电视向高清电视过渡还会持续相当长的一段时间,在这种转型过渡阶段,高、标清兼容设备成为许多制、播系统的基本要求,可以说,高、标清兼容设备是标清电视向高清电视转变的铺路石。因此,我们应该建立高标清兼容系统。
一. 高清电视信号技术的特点与标准
我们都知道数字电视的图像清晰度可以用每一扫描行的有效像素数及每帧图像的有效扫描行数来表示。这两个数越大,表示清晰度越高。CCIR-601所规定的图像清晰度即是标准清晰度(标清)电视(SDTV)的参数,每一扫描行有720个有效像素,而每一帧的有效扫描行数对于525/60及625/50两种制式分别为480行及576行。广电总局于2000年8月发布了GY/T 155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数标准,将1080/50i确定为中国的高清晰度电视信号源标准。HDTV有清晰度等级不同的图像三种显示格式,分别是:720P(1280×720P),1080/60i/50i(1920×1080i),1080/24p/25p/30p(1920×1080p)(p:逐行扫描;i:隔行扫描)。1920×1080/i是清晰度指标指每一扫描行有1920个有效像素,而每一帧的有效扫描行数为1080行。采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是1080/50i与我国现行的标清信号源576/50i(PAL)可以非常容易地实现上/下变换,为顺利从标清向高清过渡提供了良好的条件。
在音频方面,目前模拟制电视只有一路伴音,而高清晰度电视则采用杜比公司的AC-3解码技术,可接收和输出5.1声道信号,并具有极好的音质和真正的环绕音效,接驳上家庭影院音响后,可实现左、中、右、左后、右后和超重低音6声道环绕音效。
比起SDTV,HDTV的码率显著提高,我们可以计算一下,根据SMPTE 274M数字电视标准中,采用10比特量化时,HD数字电视信号的基带码率是1485Mb/s(亮度信号的取样频率×量化比特数+2个色差信号的取样频率×量化比特数=74.25(MHz)×10(Bit)+2×37.125(MHz)×10(Bit)),其中有效码率为829.44Mb/s。而根据ITU-R601数字电视标准,采用10比特量化时,SD数字电视信号的基带码率是270Mb/s,其有效码率为165.888Mb/s。因此,HDTV的绝对码率是旧的PAL制SDTV的5.5倍,有效码率是SDTV的5倍。所以HDTV的信息量是SDTV的5倍。
二. 高清电视信号技术的接口和传输
高码率成为高清节目的最大特点,是制作与传输环节所要解决的首要问题。目前几乎所有高清设备的信号接口均采用高清度串行数字分量接口HD-SDI。HD-SDI的码率高达1.5Gb/s,是SDI(串行数字分量)码率(270Mb/s)的5.5倍,使用75欧姆同轴电缆和BNC接头,传输模拟信号的75欧姆同轴电缆可用于短距离传输HD-SDI。它对串行信号所造成的损耗可以被下一级输入设备的均衡电路恢复,其最长传输距离为100米,相同的电缆传输SDI信号的最长距离为300米。建议在高清数字系统中使用专门为传输HD信号设计的同轴电缆,这种电缆使用了特殊的介质,对高码率串行数字信号的衰减比较小。因此传输距离比标准的模拟电缆长,完全可以满足高清系统的需要。超过同轴电缆传输距离时应该使用光纤。另一种使用在信号传输通路中的无源设备是接线板,适合于模拟环境中的普通接线板不适宜于转接高清串行数字信号,应该使用专门为高清串行数字信号设计的,传输码率高于1.5Gb/s的接线板。
在从标清向高清的过渡过程中,很长一段时间,SD和HD混合制作、并行发展。无论是SD素材还是HD素材,通过丰富的转换接口,经过上下变换,使得一套工作流程同时输出SD和HD节目。例如,高清摄像机、高清摄像机的内部一般都配置了下变换器,在输出高清信号的同时也可以输出高质量的标清电视信号。
三. 高标清兼容系统设计思想
1.信号源系统
主要信号源系统主要包括高清摄像机和高清录像机等,在从标清向高清的过渡过程中,很长一段时间,SD和HD混合制作、并行发展。通过丰富的转换接口,经过上下变换,使得高清设备输出SD和HD信号。高清摄像机、高清录像机的内部一般都配置了下变换器,在输出高清信号的同时也可以输出高质量的标清电视信号。由于高清摄像机的CCD总像素达到几百万,当其工作在1920×1080i时的像素远大于标清摄像机,所以从高清摄像机输出的标清信号质量也高于标清摄像机的质量。高清摄像机的镜头和标清摄像机的镜头使用一样接口(B4),但是高清摄像机镜头的调制度,色差,像差等指标要求比标清摄像机摄像机的要高,所以高清摄像机应该配置高清专用镜头。目前已经有多格式兼容的高清录像机,记录码流为235Mb/s的D5HD,记录码流为140Mb/s的HDCAM,还有100Mb/s的DVCPROHD,和高清摄像机一样,高清录像机也配置了下变换器,在重放磁带时也可以输出高质量的标清信号。
2.切换台系统
由于目前电视领域仍是以SDTV节目为主,高清演播系统的建立应该具备完善的标清系统的功能,如果仅以满足HD节目制作、储备HD节目为目的,这样的制作系统一定会限制演播室的使用,在目前环境不太实用。考虑到这些因素,设计一个HD、SD节目制作相兼容的系统,这样既能适应未来的发展,储备一些HDTV节目;又能满足目前频道播出节目制作的需求,最大程度提高演播室的利用率。能高标清全兼容,即能同时播出高、标清两套节目,能同时录制高、标清节目,互不干扰。使得在目前的标清环境中该设备能够充分发挥效率。
目前,高、标清兼容实际上有着不同的含义,存在不同的需求模式。第一种是“纯高清系统”模式,系统能够兼容标清与高清,但在同一时刻,系统只能工作于一种状态;第二种是“高标同播”模式,采用双系统加统一控制,但在摄像构图、特技划像、字幕处理等方面需要特别的方法;第三种是“高标清混合同步切换”模式,信号的输入及输出是高/标清混合的。以上三种方式各有优缺点,高清和标清的行频、幅型比、带宽、定时等完全不一样。因此很难在一个独立切换系统中,不通过某种变换而同时得到高、标清信号。
3.纯高清系统
如图1,该系统类似标清演播室系统。从信号源输出,经切换台处理,只有一个高清信号通道,在通道最终输出端进行下变换,经下变换后的信号既可用于直播,也可用于节目录制。因此,该系统既可录制高清信号也可录制标清信号。该系统的优点是系统相对简单,由于在输出端加入了下变换器,因此在系统中就必须考虑问题就是,从高清16:9到标清4:3的变换模式问题,及下变换所引起的信号延迟。还有如果有标清信号源输入就需要增加上变换器。这些在单一的、非兼容系统中不会遇到的问题,在这个系统中都会产生。
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如图2,所有高清、标清信号源无需上下变换即可直接进入切换台,各信号源在每级M/E上可分别定义其宽高比、位置及大小,确保信号最佳的
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