高清演播室的設計方案（高標清混合通道切換設計）

在高清晰度電視技術的不斷成熟為廣電行業(yè)的持續(xù)性發(fā)展注入了生機，國內的許多***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***生產(chǎn)領域演播室建設中仍然走在前沿，睿澤世創(chuàng)進行了多個高清演播室系統(tǒng)的前期設計和施工工作，現(xiàn)分享經(jīng)驗，希望通過本文中的系統(tǒng)的建設為標清電視（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)的設計思想 

　　高清***的制作在我國還處于起步階段，目前的電視制作仍以標清節(jié)目為主，高清和標清在未來相當長的時間內將并存。如果花費高昂的代價建設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，構建一個可以兼顧高清和標清節(jié)目制作的演播室系統(tǒng)，一方面能夠實現(xiàn)對***的***大保護，延長設備的有效使用周期；另一方面也能夠滿足現(xiàn)階段節(jié)目播出的要求，為用戶提供高質量的標清***信號?；谝陨峡紤]，我們確立了高清/標清兼容的系統(tǒng)設計思想，該系統(tǒng)既能實現(xiàn)高清、標清信號源的混合處理，又能根據(jù)需求輸出高清和標清版的節(jié)目。 

 二　高清/標清兼容系統(tǒng)的實現(xiàn)方式 

    高清/標清兼容系統(tǒng)與傳統(tǒng)的標清系統(tǒng)相似，都是以切換臺為核心，但由于高清電視在取景比率、***處理、信號帶寬等方面不同于標清電視系統(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/標清兼容系統(tǒng)的實現(xiàn)方式有以下四種。 

    1. 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，另一個為標清信號通道主機。除信號源之外，相當于形成了高清、標清兩套分離系統(tǒng)。它的優(yōu)點是高清、標清信號可同步切換，可同時獲得高清、標清信號，不存在由上、下變換而引起的信號***和轉換損耗。其缺點是采用雙切換主機增加了系統(tǒng)的成本和復雜程度。 

    2. 高/標清兼容切換臺系統(tǒng) 

    該系統(tǒng)采用高/標清兼容切換臺，一臺切換臺主機同時具有高清、標清兩套處理系統(tǒng)，切換臺設置為高清狀態(tài)時進行高清制作，設置為標清狀態(tài)時進行標清制作。在同時錄制高清、標清信號時，需要將高清信號進行下變換以得到標清信號。其優(yōu)點是高清、標清信號能同時接入系統(tǒng)，操作簡單。缺點是由于高清、標清信號同時接入切換臺，導致切換臺輸入端口和系統(tǒng)布線量成倍增加，成本較高。 

    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***終輸出端加入下變換產(chǎn)生標清信號。其優(yōu)點是可同時錄制高清、標清信號，系統(tǒng)相對簡單。但由于在輸入端對標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（Format Fusion）技術使所有的標清、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定。它的設置簡單便捷，每個輸入接口可任意指定為高清或標清格式，每級M/E采用***的CPU運行，可以分別自由定義為高清或標清輸出。該系統(tǒng)布線簡單，不需考慮上、下變換，不存在***問題，可完成高清、標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真比較，并考慮到今后的技術升級和系統(tǒng)構成的性能價格比，我們決定采用純高清加上、下變換方式，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)結構方面考慮，采用建立“高清島”的方式實現(xiàn)高清、標清的兼容，在“高清島”內從信號拾取、特技處理、字幕疊加到錄像全部為高清格式，在電視制作***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)復雜性方面考慮，除了標清錄像機外，攝像機、高清錄像機、幀同步機、字幕機均為高清設備，具備高清信號的輸入、輸出功能，允許切換臺不具備標清處理功能，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，完成臺內部分專題欄目的錄制和***工作，視頻系統(tǒng)的主要設備為：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標清矩陣、高清和標清放像機各一臺、高清和標清錄像機各兩臺、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。

    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，其輸出作為高清備路信號。 

  3. 標清主路信號 

    高清主路信號經(jīng)過下變換，轉換為標清主路信號。 

    4. 標清備路信號 

    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路標清放像機信號、兩路外來標清信號進入12×4標清矩陣，矩陣的***路輸出即為標清備路信號。 

    5. 音頻嵌入 

    高清主路和備路信號經(jīng)2×1自動倒換開關后嵌入數(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，標清主路和備路信號經(jīng)2×1自動倒換開關后嵌入數(shù)字音頻信號，被分別送至總控機房和兩臺標清錄像機。 

    該系統(tǒng)實現(xiàn)了高清和標清兩種節(jié)目制作的兼容，可分別或同時進行兩種格式的***的錄制或***，下面還要對系統(tǒng)作幾點說明： 

    * 將標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、標清放像機的信號等。 

    * 上變換器還具有幀同步功能，因此外來標清信號不必經(jīng)過幀同步機。 

    * 發(fā)揮設備本身具有兼容高清、標清輸出的特點，充分利用設備的高清、標清輸出端品，簡化系統(tǒng)的配置。 

    四　關鍵設備的選型 

    1. 切換臺 

    切換臺選用***MVS-8000（不含標清處理選件），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***劃像發(fā)生器，其***的M/E功能包括：4:3/16:9母線切換模式、交叉點指配、快拍、關鍵幀及各種特技。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***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轉換，支持1080/50i格式的節(jié)目制作,支持16:9/4:3轉換，靈敏度達到F10，信噪比為54dB，水平分辨率為1000線，調制深度在水平方向為45%，拖尾電平達到-135dB。使用Memory Stick存儲設置文件和場景文件，具有多區(qū)彩色矩陣功能、自適應高亮度控制功能、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*** DVW系列產(chǎn)品，這些標清設備可繼續(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*** HDCAM系列產(chǎn)品。放像機選用HDW-M2100P，它內置上、下變換器，兼容多種***1/2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，它內置下變換器，具備HD-SDI和SD-SDI輸出端口，具有***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)有標清系統(tǒng)完全相同的BB（Black Burst，即黑色同步）信號。早期的高清產(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)、預監(jiān)、技監(jiān)采用***BVM-D系列高清監(jiān)視器以外，其余全部采用標清監(jiān)視器。 

    （2）監(jiān)視器管理系統(tǒng) 

    在制作高清節(jié)目時，要在監(jiān)視器上調出16:9安全線，使導播能夠在監(jiān)視器上看到按16:9構圖的畫面。而在錄制標清節(jié)目時，則需調出 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***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)視器的設置。 

   五 音頻系統(tǒng)的設計 

    高清演播室要求音頻系統(tǒng)應具有5.1環(huán)繞聲兼容立體聲、單聲道的***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，我們認為在現(xiàn)階段將高清***的聲音制作***于立體聲比較現(xiàn)實。高清演播室音頻系統(tǒng)主要由數(shù)字調音臺、音頻***器、音頻嵌入器、數(shù)字音分、模擬音分等設備組成，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： 

    * 一些外圍設備沒有數(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***輸出必須采用模擬信號通路。 

    2. 數(shù)字調音臺 

    數(shù)字調音臺是音頻系統(tǒng)的***處理設備，我們選用的是美國太平洋公司的Integrity 16路數(shù)字調音臺。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。該調音臺采取了許多措施來保證***的安全性： 

    * 它屬于計算機外置型調音臺，其內部包括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音臺內部數(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，即將設置信息調入、調出進行修改，其結果保存在調音臺的電子柜中，因此，即使調音臺的計算機系統(tǒng)停機也不會造成調音臺死機； 

    * 即使所有數(shù)字零部件或者數(shù)字系統(tǒng)死機、損壞，該調音臺可以完全以模擬狀態(tài)工作而不影響播出； 

    * 調音臺還可以在突然掉電時，經(jīng)重新啟動后保持掉電前的所有狀態(tài)，只需輕輕一按便可繼續(xù)播出。 

    3. 系統(tǒng)*** 

    本系統(tǒng)中，純高清制作不會出現(xiàn)聲畫不同步的問題。而在標清制作時，由于廣播級的上、下變換器各有3幀的***量，必須采用音頻***器來解決圖像滯后的問題。標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***，因此先要將它們的音頻信號送入音頻***器處理后，再輸入調音臺。經(jīng)過下變換后的標清節(jié)目信號也會產(chǎn)生3幀***，因此將調音臺輸出的數(shù)字音頻信號經(jīng)音頻***器處理后，再送入標清音頻嵌入器。 

    4. ***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)延遲后與標清信號同步的音頻信號，而在演播室內只能***一個音頻信號，否則會造成聲音***的混亂。由于主監(jiān)、預監(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***的是不加延遲的、與高清信號同步的聲音。另外，技術人員可以用耳機***經(jīng)過***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、***等環(huán)節(jié)都采用立體聲。

 六　高清演播室系統(tǒng)設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，保留了全部畫面內容，但畫面產(chǎn)生變形； 

    * Pillar box：在畫面的左右兩側加黑邊，保留了全部畫面內容，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，保留了全部畫面內容，清晰度好，但畫面產(chǎn)生變形； 

    * Letter box：在畫面的上下兩側加黑邊，保留了全部畫面內容，畫面比例正常，但清晰度有損失； 

    * Edge crop：畫面左右兩側被剪切，清晰度好，畫面比例正常，但損失了一部分畫面內容。 

    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。如可將上變換采用Pillar box的方式，下變換采用Edge crop的方式，同時攝像師在拍攝時也要按4:3的幅型比構圖。再比如錄制需要遮幅的專題類節(jié)目時，可以采取Letter box的下變換模式，以簡化后期制作。 

    2. 其他非技術性要求 

    在新建高清演播室時，演播室的長寬比要適合16:9的構圖要求，使演播室的寬度大于縱深，攝像機在拍攝時有左右平搖的余地。 

    高清和標清攝像機在拍攝手法上有許多不同，用高清攝像機拍攝時，由于景深淺，必須掌握好光的強度、光圈與景深的關系，***地聚焦，保證畫面的清晰度。 

    高清電視的高清晰度、分辨率對燈光、舞美、化妝提出了更嚴格的要求，一些在標清電視上反映不出來的細微欠缺，在高清電視上可能會纖毫畢現(xiàn)，影響畫面效果。為了提高高清電視的空間表現(xiàn)力，要求燈光更均勻柔和、舞美更精細生動、化妝更細膩自然。 

    盡管該高清演播室系統(tǒng)只是一個功能比較單一的小型節(jié)目制作系統(tǒng)，但它畢竟在高清節(jié)目制作方面進行了一些有益的嘗試。隨著高清技術的成熟和制作經(jīng)驗的豐富，我們還將逐步引入高清虛擬演播室系統(tǒng)、高清非線性編輯系統(tǒng)和高清硬盤錄像機等設備，形成一個功能完備的高清節(jié)目生產(chǎn)體系。 

    高清電視是數(shù)字電視的***發(fā)展方向，我們只有順應技術發(fā)展的潮流，才有機會搶占未來電視發(fā)展的制高點。但同時我們也應意識到，高清演播室的建設是一項復雜的系統(tǒng)工程，它涉及設備投入、營運成本、技術培訓、人員素質、市場需求等多方面的問題。各***應根據(jù)自身的實際情況，尋找邁進高清領域的***佳切入點，從高清制作島入手，逐漸過渡到電視制作播出的***高清化。