高清演播室系統(tǒng)的方案設(shè)計

1、高清演播室系統(tǒng)的方案設(shè)計作者：湖北電視臺周錦方活學(xué)     高清晰度電視技術(shù)的不斷成熟為廣電行業(yè)的持續(xù) 性發(fā)展注入了生機，國內(nèi)的許多電視臺已經(jīng)開始嘗試將高清電視的夢想變成現(xiàn)實。在電視市場競爭日益激烈的大環(huán)境下，為了在未來的高清電視節(jié)目生產(chǎn)領(lǐng)域占有一 席之地，湖北臺開始著手進行高清演播室系統(tǒng)的前期設(shè)計工作，希望通過該系統(tǒng)的建設(shè)為標(biāo)清電視（SDTV）向高清電視（HDTV）的平穩(wěn)過渡探索出一條可行 之路。     一高清演播室系統(tǒng)的設(shè)計思想     高清電視節(jié)目的制作在我國還處于起

2、步階段，目前的電視制作仍以標(biāo)清節(jié)目為主，高清和標(biāo)清在未來相當(dāng)長的時間內(nèi)將并存。如果花費高 昂的代價建設(shè)一個純粹的高清演播室系統(tǒng)，只能進行高清節(jié)目的制作和儲備，必然會降低演播室的利用率。因此，構(gòu)建一個可以兼顧高清和標(biāo)清節(jié)目制作的演播室系 統(tǒng)，一方面能夠?qū)崿F(xiàn)對投資的最大保護，延長設(shè)備的有效使用周期；另一方面也能夠滿足現(xiàn)階段節(jié)目播出的要求，為用戶提供高質(zhì)量的標(biāo)清電視節(jié)目信號?；谝陨?考慮，我們確立了高清/標(biāo)清兼容的系統(tǒng)設(shè)計思想，該系統(tǒng)既能實現(xiàn)高清、標(biāo)清信號源的混合處理，又能根據(jù)需求輸出高清和標(biāo)清版的節(jié)目。     二高清/標(biāo)清兼容系統(tǒng)的實現(xiàn)方式  

3、   高清/標(biāo)清兼容系統(tǒng)與傳統(tǒng)的標(biāo)清系統(tǒng)相似，都是以切換臺為核心，但由于高清電視在取景比率、延時處理、信號帶寬等方面不同于標(biāo)清電視系統(tǒng)，在系統(tǒng)的細節(jié)處理上也存在許多不同。根據(jù)目前市場上切換臺的功能分類，高清/標(biāo)清兼容系統(tǒng)的實現(xiàn)方式有以下四種。     1. 雙主機切換系統(tǒng)     該系統(tǒng)采用由一個控制面板同時控制兩個主機的方式，一個為高清信號通道主機，另一個為標(biāo)清信號通道主機。除信號源之外，相當(dāng)于形 成了高清、標(biāo)清兩套分離系統(tǒng)。它的優(yōu)點是高清、標(biāo)清信號可同步切換，可同時獲得高清、標(biāo)清信

4、號，不存在由上、下變換而引起的信號延時和轉(zhuǎn)換損耗。其缺點是 采用雙切換主機增加了系統(tǒng)的成本和復(fù)雜程度。     2. 高/標(biāo)清兼容切換臺系統(tǒng)     該系統(tǒng)采用高/標(biāo)清兼容切換臺，一臺切換臺主機同時具有高清、標(biāo)清兩套處理系統(tǒng)，切換臺設(shè)置為高清狀態(tài)時進行高清制作，設(shè)置為標(biāo) 清狀態(tài)時進行標(biāo)清制作。在同時錄制高清、標(biāo)清信號時，需要將高清信號進行下變換以得到標(biāo)清信號。其優(yōu)點是高清、標(biāo)清信號能同時接入系統(tǒng)，操作簡單。缺點是 由于高清、標(biāo)清信號同時接入切換臺，導(dǎo)致切換臺輸入端口和系統(tǒng)布線量成倍增加，成本較高。  &#

5、160;  3. 純高清加上、下變換系統(tǒng)     該系統(tǒng)從信號源輸出，經(jīng)切換臺處理，只有一個高清信號通道，形成了一個“高清島”。在通道最終輸出端加入下變換產(chǎn)生標(biāo)清信號。其 優(yōu)點是可同時錄制高清、標(biāo)清信號，系統(tǒng)相對簡單。但由于在輸入端對標(biāo)清信號源進行了上變換，在輸出端加入了下變換，系統(tǒng)必須考慮由上、下變換所引起的視、 音頻信號的延遲差異、變換模式等問題。     4. 多分辨率同步制作切換臺系統(tǒng)     該系統(tǒng)以多分辨率同步制作切換臺為核心，其獨特的格式融合

6、（Format Fusion）技術(shù)使所有的標(biāo)清、高清信號源無需上、下變換即可直接進入切換臺，實現(xiàn)高清、標(biāo)清信號的同步混合切換，并可在切換時根據(jù)16:9和4:3幅 型比的要求隨意設(shè)定。它的設(shè)置簡單便捷，每個輸入接口可任意指定為高清或標(biāo)清格式，每級M/E采用獨立的CPU運行，可以分別自由定義為高清或標(biāo)清輸出。 該系統(tǒng)布線簡單，不需考慮上、下變換，不存在延時問題，可完成高清、標(biāo)清信號的雙版同時輸出，具有較高的實用價值，但切換臺的成本較高。     經(jīng)對對以上四種兼容方式的認(rèn)真比較，并考慮到今后的技術(shù)升級和系統(tǒng)構(gòu)成的性能價格比，我們決定采用純高清加上、下變換方式

7、，其原因如下：     * 從價格方面考慮，其它三種兼容系統(tǒng)采用的切換臺與純高清切換臺相比，設(shè)備投入要高出60%100%，顯然采用純高清切換臺是比較經(jīng)濟的一種選擇。     * 從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面考慮，采用建立“高清島”的方式實現(xiàn)高清、標(biāo)清的兼容，在“高清島”內(nèi)從信號拾取、特技處理、字幕疊加到錄像全部為高清格式，在電視制作全面進入高清時代后，將“高清島”以外的上、下變換去掉，就可以成為一個純高清的節(jié)目制作系統(tǒng)。     * 從系統(tǒng)復(fù)雜性方面考慮，除了標(biāo)清錄像機外，攝像機、高清錄像

8、機、幀同步機、字幕機均為高清設(shè)備，具備高清信號的輸入、輸出功能，允許切換臺不具備標(biāo)清處理功能，使系統(tǒng)配置得到了簡化。     三 高清演播室視頻系統(tǒng)的信號流程     我們計劃建立一個小型高清演播室，完成臺內(nèi)部分專題欄目的錄制和直播工作，視頻系統(tǒng)的主要設(shè)備為：3臺高清攝像機、一臺16路高 清切換臺、一臺12×2高清矩陣、一臺12×4標(biāo)清矩陣、高清和標(biāo)清放像機各一臺、高清和標(biāo)清錄像機各兩臺、一臺高清字幕機、兩臺上變換器和一臺下變換 器。高清演播室的視頻系統(tǒng)圖如圖1所示。其信號流程如下。  

9、;       1. 高清主路信號     3路高清攝像機信號、1路高清放像機信號、高清字幕機的2路信號直接進入高清切換臺，由標(biāo)清矩陣輸出的第二、三路SD-SDI信號分別經(jīng)2臺上變換器轉(zhuǎn)換為HD-SDI信號后也送入高清切換臺，高清切換臺輸出的PGM信號即為高清主路信號。     2. 高清備路信號     高清攝像機、高清放像機、高清字幕機及兩臺上變換器的輸出信號送入12×2高清矩陣，其輸出作為高

10、清備路信號。     3. 標(biāo)清主路信號     高清主路信號經(jīng)過下變換，轉(zhuǎn)換為標(biāo)清主路信號。     4. 標(biāo)清備路信號     由高清攝像機、高清放像機、高清字幕機輸出的5路SD-SDI信號和1路標(biāo)清放像機信號、兩路外來標(biāo)清信號進入12×4標(biāo)清矩陣，矩陣的第一路輸出即為標(biāo)清備路信號。     5. 音頻嵌入     高清主路和備路信號經(jīng)2

11、15;1自動倒換開關(guān)后嵌入數(shù)字音頻信號，被分別送至總控機房和兩臺高清錄像機；同樣，標(biāo)清主路和備路信號經(jīng)2×1自動倒換開關(guān)后嵌入數(shù)字音頻信號，被分別送至總控機房和兩臺標(biāo)清錄像機。     該系統(tǒng)實現(xiàn)了高清和標(biāo)清兩種節(jié)目制作的兼容，可分別或同時進行兩種格式的電視節(jié)目的錄制或直播，下面還要對系統(tǒng)作幾點說明：     * 將標(biāo)清矩陣和上變換器配合使用，可以為高清切換臺靈活提供各種HD-SDI信號源，如來自總控機房或電腦的外來信號、標(biāo)清放像機的信號等。     * 上變換器還

12、具有幀同步功能，因此外來標(biāo)清信號不必經(jīng)過幀同步機。     * 發(fā)揮設(shè)備本身具有兼容高清、標(biāo)清輸出的特點，充分利用設(shè)備的高清、標(biāo)清輸出端品，簡化系統(tǒng)的配置。     四關(guān)鍵設(shè)備的選型     1. 切換臺     切換臺選用索尼MVS-8000（不含標(biāo)清處理選件），支持1080/50i格式，采用2級M/E配置，每級M/E都有4個全功 能鍵及14個獨立劃像發(fā)生器，其獨立的M/E功能包括：4:3/16:9母線切換模式、交叉點指配、快拍、關(guān)鍵

13、幀及各種特技。為了提供更大的靈活性，每級 M/E中的每個按鍵處理器都可以進行色鍵和彩色矢量鍵控處理，消除了以往鍵型選擇的局限性。有多達200個幀存（標(biāo)清），具有一體化三維數(shù)字特技及外部數(shù) 字特技控制能力，并具有較好的可靠性和擴展能力。     2. 攝像機     攝像機決定選用索尼HDC-950 高清演播室攝像機，它采用220萬像素FIT Power HAD CCD，可實現(xiàn)12比特A/D轉(zhuǎn)換，支持1080/50i格式的節(jié)目制作,支持16:9/4:3轉(zhuǎn)換，靈敏度達到F10，信噪比為54dB，水平分辨率為 1000線

14、，調(diào)制深度在水平方向為45%，拖尾電平達到-135dB。使用Memory Stick存儲設(shè)置文件和場景文件，具有多區(qū)彩色矩陣功能、自適應(yīng)高亮度控制功能、三通道膚色細節(jié)校正功能、拐點飽和度控制功能以及暗部飽和度控制功能。 攝像機控制單元能夠提供4組HD-SDI/SD-SDI信號及模擬分量、模擬復(fù)合信號的輸出。     3. 錄、放像機     該系統(tǒng)中原有的錄、放像機采用Sony DVW系列產(chǎn)品，這些標(biāo)清設(shè)備可繼續(xù)沿用。高清錄、放像機的配置要考慮到全臺錄制格式的統(tǒng)一性，我們決定采用Sony HDCAM系列產(chǎn)品。放像機

15、選用HDW-M2100P，它內(nèi)置上、下變換器，兼容多種Sony1/2英寸磁帶重放，包括模擬Betacam/SP、DVW /SX/IMX，可輸出HD-SDI和SD-SDI信號。錄像機選用HDW-2000，它內(nèi)置下變換器，具備HD-SDI和SD-SDI輸出端口，具有優(yōu) 秀的編輯操作性能，可記錄長達149分鐘的1080/50i格式的高清節(jié)目。     4. 同步系統(tǒng)     高清系統(tǒng)使用的同步基準(zhǔn)信號有兩種，一種是高清專用的三電平同步信號，另一種是與現(xiàn)有標(biāo)清系統(tǒng)完全相同的BB（Black Burst，即黑色同步）信號。早

16、期的高清產(chǎn)品大多只能接受三電平同步信號，但近幾年生產(chǎn)的大部分高清設(shè)備都配置了BB同步輸入接口。同步系統(tǒng)選用2臺泰 克TG-700和一臺ECO-422D組成自動倒換系統(tǒng)，能夠輸出BB和三電平同步信號。     5. 監(jiān)視系統(tǒng)     （1）監(jiān)視器的選擇     為了控制監(jiān)視系統(tǒng)的成本，除了主監(jiān)、預(yù)監(jiān)、技監(jiān)采用索尼BVM-D系列高清監(jiān)視器以外，其余全部采用標(biāo)清監(jiān)視器。     （2）監(jiān)視器管理系統(tǒng)    

17、60;在制作高清節(jié)目時，要在監(jiān)視器上調(diào)出16:9安全線，使導(dǎo)播能夠在監(jiān)視器上看到按16:9構(gòu)圖的畫面。而在錄制標(biāo)清節(jié)目時，則需 調(diào)出 4:3安全線。為了避免在錄制不同節(jié)目時對監(jiān)視器進行逐個調(diào)整，方便對監(jiān)視系統(tǒng)的控制，必須建立監(jiān)視器管理系統(tǒng)（如索尼的S-BUS系統(tǒng)），使所有監(jiān)視器 聯(lián)網(wǎng)，對監(jiān)視器進行統(tǒng)一編組控制，通過電腦軟件完成各監(jiān)視器的設(shè)置。     五 音頻系統(tǒng)的設(shè)計     高清演播室要求音頻系統(tǒng)應(yīng)具有5.1環(huán)繞聲兼容立體聲、單聲道的監(jiān)聽及錄制播出能力。但從目前情況來看，5.1聲道環(huán)繞聲編碼播 出為時尚早，我們

18、認(rèn)為在現(xiàn)階段將高清電視節(jié)目的聲音制作定位于立體聲比較現(xiàn)實。高清演播室音頻系統(tǒng)主要由數(shù)字調(diào)音臺、音頻延時器、音頻嵌入器、數(shù)字音分、 模擬音分等設(shè)備組成，其音頻系統(tǒng)圖如圖2所示。         1. 信號通路     演播室的音頻系統(tǒng)采用數(shù)字與模擬信號通路混合使用的設(shè)計方案，即在音頻信號主通路采用AES/EBU格式的數(shù)字信號，而在音頻內(nèi)部系統(tǒng)的連接中部分采用模擬信號。之所以無法實現(xiàn)真正意義上的全數(shù)字演播室音頻系統(tǒng)，其原因如下：     *

19、 一些外圍設(shè)備沒有數(shù)字接口，或數(shù)字接口格式與主系統(tǒng)不統(tǒng)一；     * 話筒輸入及監(jiān)聽輸出必須采用模擬信號通路。     2. 數(shù)字調(diào)音臺     數(shù)字調(diào)音臺是音頻系統(tǒng)的中央處理設(shè)備，我們選用的是美國太平洋公司的Integrity 16路數(shù)字調(diào)音臺。它包括2路話筒專用輸入模塊、4路話筒/線路輸入模塊、10路模擬/數(shù)字立體聲輸入模塊、2個模擬立體聲主輸出模塊和2個數(shù)字立體聲主 輸出模塊。該調(diào)音臺采取了許多措施來保證直播的安全性：     

20、* 它屬于計算機外置型調(diào)音臺，其內(nèi)部包括DSP等數(shù)字系統(tǒng)的運算均與外部控制用計算機隔離開，即使人為造成計算機事故也不會對調(diào)音臺內(nèi)部數(shù)字系統(tǒng)造成任何損壞；     * 外置計算機在此只起到一個人機界面作用，即將設(shè)置信息調(diào)入、調(diào)出進行修改，其結(jié)果保存在調(diào)音臺的電子柜中，因此，即使調(diào)音臺的計算機系統(tǒng)停機也不會造成調(diào)音臺死機；     * 即使所有數(shù)字零部件或者數(shù)字系統(tǒng)死機、損壞，該調(diào)音臺可以完全以模擬狀態(tài)工作而不影響播出；     * 調(diào)音臺還可以在突然掉電時，經(jīng)重新啟動后保持掉電

21、前的所有狀態(tài)，只需輕輕一按便可繼續(xù)播出。     3. 系統(tǒng)延時     本系統(tǒng)中，純高清制作不會出現(xiàn)聲畫不同步的問題。而在標(biāo)清制作時，由于廣播級的上、下變換器各有3幀的延時量，必須采用音頻延時 器來解決圖像滯后的問題。標(biāo)清放像機的視頻信號和外來視頻信號經(jīng)過上變換后，會產(chǎn)生3幀延時，因此先要將它們的音頻信號送入音頻延時器處理后，再輸入調(diào)音 臺。經(jīng)過下變換后的標(biāo)清節(jié)目信號也會產(chǎn)生3幀延時，因此將調(diào)音臺輸出的數(shù)字音頻信號經(jīng)音頻延時器處理后，再送入標(biāo)清音頻嵌入器。     4. 監(jiān)

22、聽系統(tǒng)     在演播室中同時存在著一個與高清信號同步的音頻信號和一個經(jīng)延遲后與標(biāo)清信號同步的音頻信號，而在演播室內(nèi)只能監(jiān)聽一個音頻信 號，否則會造成聲音監(jiān)聽的混亂。由于主監(jiān)、預(yù)監(jiān)和技監(jiān)的視頻信號都沒有經(jīng)過延遲，為了方便節(jié)目制作，在演播室內(nèi)監(jiān)聽的是不加延遲的、與高清信號同步的聲 音。另外，技術(shù)人員可以用耳機監(jiān)聽經(jīng)過延時后的聲音。     5. 立體聲     為了實現(xiàn)立體聲播出，系統(tǒng)中的音頻分配、嵌入、傳輸、擴聲、監(jiān)聽等環(huán)節(jié)都采用立體聲。    

23、 六高清演播室系統(tǒng)設(shè)計中值得注意的問題     1. 上、下變換模式的選擇     （1）上變換模式     上變換將4:3的標(biāo)清信號變換為16:9的高清信號，如圖3所示，有以下三種模式：         * Stretch：將畫面橫向拉伸，保留了全部畫面內(nèi)容，但畫面產(chǎn)生變形；     * Pillar box：在畫面的左右兩側(cè)加黑邊，保留了全部畫

24、面內(nèi)容，畫面比例正常；     * Full width：將畫面進行縱向剪切，畫面比例正常，但損失了一部分畫面內(nèi)容。     （2）下變換模式     下變換將16:9的高清信號變換為4:3的標(biāo)清信號，也有以下三種模式（如圖4所示）：         * Squeeze：將畫面橫向壓縮，保留了全部畫面內(nèi)容，清晰度好，但畫面產(chǎn)生變形；     * Letter box：在畫面的上下兩側(cè)加黑邊，保留了全部畫面內(nèi)容，畫面比例正常，但清晰度有損失；     * Edge crop：畫面左右兩側(cè)被剪切，清晰度好，畫面比例正常，但損失了一部分畫面內(nèi)容。     不同模式的上、下變換各有優(yōu)、缺點，可根據(jù)實際需要合理選擇上、下變換模式。在標(biāo)清節(jié)目的制作過程中，選擇上變換模式時需要考慮 與下變換模式配合的問題，以免產(chǎn)生讓人無法接受的畫面。如可將