通过模拟三同轴电缆将HD数字摄像机信号反向连接到摄像机控制单元(CCU)可行吗?
此想法肯定不错。因为当前大部分演播室和体育场馆内敷设着的还是三同轴电缆,它预示着可以避免每次转播中的光纤运作成本。
但CBS Sports的经验显示,通过三同轴电缆传输HD信号在HD和NTSC家庭接收机上都产生了可见的失真。我们也进行了实验室测试,测试结果清楚地显示有与屏幕上这些缺点对应的失真。因此,CBS已经在所有HD转播中重新使用摄像机光缆。
CBS Sports在开始HD转播时,不惜时间和金钱通过SMPTE光缆把摄像机连接到转播车上。
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图1 通过三同轴电缆传输HD信号,把一原始数字摄像机 信号转换为模拟信号,同时产生了附带的模拟问题。 |
光纤质量
光纤显然是首选,它把摄像机信号保持在纯数字形式,信号传输距离可达数公里,而且光纤介质易于满足全HD质量所需的带宽。采用光纤,不仅我们的HD广播看上去极好,而且我们的下变换标清广播也得到了改善。但遗憾的是,大部分体育场馆都没有永久性敷设光缆。这产生了HD广播的后勤保障问题及附加的费用。考虑星期六下午典型的全国大学生体育协会美式足球赛转播的情况。我们必须在星期四敷设数英里的光纤,星期六转播,星期日拆除所有光纤,这绝对不是一个长期的解决方案。
对通过三同轴电缆传输HD的最初期望
当某著名厂商与我们接洽,期望在常规的三同轴电缆上传输HD摄像机信号时,我们欣然接受了此挑战。我们意识到如果能利用现有的三同轴电缆基础设施,则可以省钱省时。我们希望转播时只是出动转播车,把跨接电缆连接到原有的三同轴电缆出线盒。
三同轴HD解决方案涉及摄像机方面的电子设备,它包括一个D/A转换器和调制/复用电路。CCU侧的补充电子设备包括一个A/D转换器。此电子设备还包括一个自动补偿电路,它提供所选长度电缆的多级均衡。
我们失望了。尽管SD分量视频的性能在三同轴电缆上可以接受,但HD与电缆的带宽限制相抵触。群时延成为HD要求的100MHz带通上一个直接的问题,而彩色水平偏移会将体育场端的白色球门柱变成独立的红、绿和蓝色画面。开始时我们怀疑是镜头问题,因为图像失真看起来像色差。进一步考查我们发现是电缆均衡问题。劣化图像的其它因素是三同轴系统带通滤波器和均衡器的过冲和振铃。已安装的三同轴基础设施的物理条件也可能有影响。已安装电缆状况与使用年限、厂商、连接器腐蚀等关系极大,并受天气和机械损伤的影响。
三同轴电缆处理在任何转播中都在摄像机的输出信号中产生可见失真。此问题也出现在NTSC下变换广播中。我们听到不少观众抱怨说我们传统高质量图像被劣化了。更重要的是,HD广告商/投资银行家也不满意这些图像。
实验室测试
2002年11月底,该设备制造商提供其三同轴HD系统并在CBS工程实验室进行详细测试。
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图2马可尼分辨率图 | 图3 在由SMPTE光缆传输时 HD摄像机信号成像100TVL/PH |
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图4 由三同轴电缆传输时的100TVL/PH | 图5 由在CCU处增强的 光纤传输的100TVL/PH |
我们立刻注意到红色信号相对于亮度有25ns数量级的延迟,在20英寸监视器可以看见它。此延迟在整个画面是恒定的,并不随三同轴电缆长度增加而增加。此延迟还与实际播出期间我们已经碰到过的色位移一致。
对于最初的压缩标准,我们检查了一个由SMPTE光缆传输的HD摄像机输出。图2表示马可尼第一透明测试图;图3表示测试图的100TVL/PH块通过光纤传输的结果。
采用三同轴HD系统,在上升和下降沿产生了可见过冲—失真急剧转换。
如图5所示,在CCU添加增强对通过光缆传输的100TVL/PH信号峰值引入对称过冲。注意图中峰值是对称的。
图6是用三同轴HD系统传输相同的信号并在CCU增强。注意此失真和不对称过冲—上升沿上是过峰,而下降沿上是下峰。
图7表示SMPTE光缆和包括800和700TVL/PH的摄像机信号的性能。注意相对平滑的波形和测试信号间平稳的白条信号。
图8表示此相同信号通过约150英尺三同轴电缆的情况。注意白条内的过冲和振铃。这在图像监视器上清晰可见。
图9表示三同轴电缆长度增加到600英尺的情况。过冲和振铃变得较严重,而且显然存在较高频率信号的过均衡。
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图6 由在CCU增强的三同轴 电缆传输的100TVL/PH | 图7 由光纤传输时的800TVL/PH (左)和700TVL/PH块(右) |
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图8 由150英尺光纤 传输时与图7相同信号 | 图9 由600英尺三同轴电缆 传输时与图7相同的信号 |
由于模拟Y、Pb、Pr信号在电缆上是以不同的频率传输的,因而其发生的均衡和增益对每个频道来说是不同的,从而导致不同组的过冲和下冲。这些差别表示它们本身是结果图像的会聚误差。
当我们尝试进行不同摄像机和CCU之间的互换测试时,我们觉得摄像机处的发射机和CCU处的接收机必须配对以优化分量信号。CBS Operations发现这个限制是不可接受的,因为假如他们在播出期间需要更换摄像机云台或CCU时,它会束缚他们的手脚。
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