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向HD转换的技术考虑

2009-08-07 David Tasker 依马狮广电网


     对于全球的电视广播机构,这正处于一个错综复杂的时期。不但许多国家的工程师面临向数字传输过渡任务,而且现在他们必须应付热度渐长的HDTV。观众对更清晰图像质量不断增长的需求施压于大大小小的广播机构,它们希望播放高清节目取得竞争优势。而这一切都发生在面对沉重的经济衰退,这个时期,电视台正比以往任何时候更努力地以更少的资源实现更有效地运作。
     很少有电视台可承受立刻转换到全原生HD制作环境的费用,因此,可预见未来许多外部内容资源将继续以SD格式存在。因此,高质量的转换技术提供最具成本效益的解决方案,以实现平滑的,面向未来的HD,3Gb/s转换。那么,我们面临的挑战是采用何种转换技术,它将提供最大的图像质量控制—能够及时上变换几乎任何类型的信号源,并传输高分辨率HD图像,没有去隔行或无转换失真。在本文中,我们将研究一些技术问题,涉及电视广播机构向HD过渡。

一.HD标准的思考
     HD传输已有两种常见的格式:1080i(1920×1080—隔行扫描)和720p(1280×720—逐行扫描)。新兴的1080p格式为逐行扫描和高空间(横向和纵向)分辨率提供便利—包括和目前平板显示技术相匹配(平板显示器基本上是逐行),易于转换(上/下/交叉变换),以及高效率的压缩。

向HD转换的技术考虑

史诺伟思IQ Modular接口和分发产品
     然而,对相同分辨率的图片和相同运动描述,逐行扫描需要隔行扫描的双倍带宽,需要能够处理3Gb/s数据率的基础架构。另外,3Gb/s信号只能传输1.5Gb/s信号一半(或更少)的距离,在系统设计和布局阶段,这些是必须考虑的因素。工程师们依靠光纤解决长距离传输问题,本地和更远距离信号的传输需求都可通过模块化的解决方案(采用混合背面接线策略)实现。这些解决方案能够通过单模光纤长距离传输HD信号,提供楼宇、转播车、场馆,甚至城市内部站点之间HD信号分发。通常史诺伟思产品可以承载超过100米距离1080p信号,可参考最新一代的IQ Modular接口和分发产品。

二.格式转换和信号处理
     向HD转换的其中一个最具成本效益的方法是简单上变换SD节目。上变换器处理步骤对于图片质量和观众的接受度(和原生HD节目相比较时)具有最大和最显著影响。在50Hz和59.94HzHD电视系统之间的帧频转换仍是需要的,因为SD制式转换市场已存在多年。在任何广播电视环境下,SD信号源是事实上的隔行扫描信号,因此,任何转换需要经历被称之为去隔行的进程。配置“压缩友好”转换系统是非常重要的。也就是说,需要意识到在视觉路径中,编码器能看到些什么,以及如何避免加剧已经十分困难的压缩工作。若不考虑到这些,可能会导致过度的和极其不理想的失真,如可见宏块以及浪费带宽。转换技术各种各样,但有一种,运动补偿能制作出近乎完美的图像。转换1080i的信号也需要使用运动补偿以达到最佳效果。
     史诺伟思相位相关(Ph.C)运动补偿技术长期以来一直作为国际公认的转换质量基准。先进的上变换系统如史诺伟思的Quasar Ph.C利用相位相关,通过使用频域技术实现全运动补偿去隔行,实现无缝转换,如从1080 59.94i 转换到1080 50i。

向HD转换的技术考虑

     由于相位相关工作于频域而非空域,因此能够在忽略如图像内噪声和颗粒这样的因素的同时瞄准细节。换句话说,此系统对许多类型内容内存在的噪声扰动和亮度级快速变化有很高的容忍度,因此在图像淡入淡出、目标的阴影移入移出,以及光线闪烁方面有高质量的性能。
     相位相关的工作原理是测量场景内“真正的运动”,而不是仅仅获得良好的匹配。根据定义,该技术提供图像一个相关面,此相关面在逐像素的基础上识别运动和内容,使得无论什么运动速度或内容类型,每个像素都得到恰当处理。

三. 格式转换和制作切换
     向HD转换另一个重要的节约成本技术就是配置制作切换台,它可处理各种格式和制式—尤其是在新闻和体育转播环境下。最新的切换台能在HD和SD之间切换,现在大多数能提供上/下/交叉变换。

向HD转换的技术考虑

史诺伟思Kahuna多格式SD/HD制作切换台


     所有到切换台的信号源的必须“零时间”到达,这是技术界多年来黄金法则。然而,由于转换功能添加到切换台前端,需要转换的视频和键控信号源通常会晚几帧后到达。这些延迟最多可以达4帧(约0.16秒)—当然时间足够用以音像同步和拍摄误差匹配,严格限制了制作创造力和自由,并给较大错误留下机会。并且无论多久时间的音频延迟和补偿都不能纠正这些问题。唯一的解决办法是切换台的架构(从一开始解决这个问题)。由于认识到向高清过渡充满了这些障碍,史诺伟思开创一个新型切换台架构Kahuna。Kahuna的独特之处是能够同时处理目前的任何广播格式和制式,所有输入上都具有绝对的零定时,并且节目源之间无微分延迟。Kahuna在一举解决技术挑战的同时,保持所有制作选择的开放性。

四.结论
     如今的动态广播电视行业,变化是不可避免的;然而,恰当地管理和智能化控制变化可以提供非凡的新商业机会。用最成功的和具有成本效益的方法成功地驾驭由HDTV掀起的革命浪潮,完善周密计划的、开放的和适应未来发展的基础架构。通过采用成本效益的转换和视频处理技术,能够经受住HD转播所有严格考验,如支持3Gb/s和最先进的运动补偿,广播电视机构将为成功的、长期广播业务奠定基础。
    
写在最后:和行业人士聊起“标清向高清过渡”均认为是个大题目,既可以从技术宏观策略、技术体系系统研究方面谈,也可以细分到制作、播出、管理、质量监控等各个方面的技术细节上进行探讨。而就目前我们了解到的情况,全国各地的台向高清过渡的实际情况又千差万别,因此要一次性全面涉及,可能有些难。那么,这个主题,我们杂志还将继续关注,因为毕竟,向高清过渡的进程是循序渐进的,3年,5年,8年,情况一年一年不一样。

史诺伟思 IQ Modular

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