首先是更高的静态分辨率,例如水平和垂直分辨率都达到现有高清2倍的4K高清系统。目前全高清(Full HD)电视每帧画面的分辨率为1920×1080像素,在电视行业4K一般是指分辨率达到3840×2160像素的系统,而数字影院4K的分辨率为4096×2160像素,4K的数据量是现有高清电视的4倍。在2006年和2007年的NAB上NHK还展出了名为“超高清(Super Hi-Vision或Ultra High Definition)”的电视系统,其水平和垂直分辨率分别达到了现有高清电视的4倍,每帧画面的分辨率为7680×4320像素,像素数量是现有高清电视的16倍。
第二个发展方向是更高的瞬态分辨率,在隔行扫描高清电视的1帧画面中1920×1080像素是分成2场扫描的,每场1920×540像素,奇数与偶数场的像素交错显示,垂直方向上的瞬态清晰度比较低。提高瞬态分辨率的方法是采用每帧都是1920×1080像素的逐行扫描方式,在刷新率相同时逐行扫描的数据量是现有隔行扫描高清的2倍,这就是1080/50P或60P(美国和日本等1080/60i国家和地区)逐行扫描高清电视。根据规划,日本将从2011年开始通过卫星试验播出1080/60P高清信号。
第三个发展方向是用彩色分辨率更高的RGB 4:4:4全带宽制作,目前4:2:2取样的高清电视亮度信号分辨率为1920×1080像素,表现彩色的2个色差信号分辨率为960×1080像素,是亮度信号的一半。尽管高清电视的播出和发行采用的是彩色分辨率只有960×540像素的4:2:0取样,但拍摄和制作时采用信息量更多的4:4:4全带宽能够有效提高制作质量,特别是特技合成的质量。由于彩色分辨率的提高,4:4:4取样的数据量是现有4:2:2高清的1.5倍。
第四个发展方向是能够为观众带来身临其境感受的3D(3维)立体电视,由于3D需要分别拍摄、传输、显示左/右眼看到的影像,因此其数据量是现有高清电视的2倍。
从上述分析可以看到,不论更高质量的高清电视向哪个方向发展,制作时都需要传输比现有高清更多的数据,超过了目前电视制作常用的HD-SDI接口1.5G的传输能力,3G-SDI就是为了用一条电缆或光纤传输更多数据设计的新一代接口,简称3G。
2009年的NAB上3G和3D成为各公司展台上出现最多的两个关键词,索尼的很多产品也和这两个关键词有关,下面分别介绍索尼高清电视制作设备与3G和3D的关系。
一 索尼与3G
3G-SDI是2006年SMPTE 424M/425M文件定义的,目的是通过一条同轴电缆或光纤传输表1所列的信号。从表1可以看到,3G接口可以传输10比特量化的4:2:2取样1080/50P、60P逐行扫描信号、10比特量化4:4:4取样的1080/50i、60i隔行扫描信号、12比特量化4:4:4和4:2:2取样的1080/50i、60i隔行扫描信号以及两个1.5G的HD-SDI信号。在3G接口实用化之前,依据SMPTE 372M标准这些信号可以用双链接的2个HD-SDI接口传输。
具体来说,SMPTE 424M定义了同轴电缆3G-SDI 接口,SMPTE 425M 定义了源图像格式以及数据映射模式。用于3G-SDI的光纤接口是由2006年SMPTE 297M修订版定义的,SMPTE 297M修订版支持所有SDI接口,如SMPTE 259M、SMPTE 344M、SMPTE 292M和SMPTE 424M,目前单根光纤标准可用于从143Mb/s~2.970Gb/s所有码率的SDI接口。
SMPTE 425M 定义了两种数据映射模式,Level A和Level B。Level A对所有格式都采用了源图像像素交错的直接映射模式,其优点是低成本,简单并易于实施,端到端延迟时间比较小,其缺点是与现有SMPTE 372M双链接定义的行和像素映射方式不兼容。图1是SMPTE 292M定义的HD-SDI接口数据复用方式,图2是SMPTE 424M定义的3G-SDI接口Level A映射模式,比较图1和图2可以看到,两者的数据复用形式几乎完全相同,只是3G接口的数据密度是1.5G接口的2倍。
Level B是采用像素交错的2 × SMPTE 292M / SMPTE 372M双链接的映射模式,其优点是与SMPTE 372M双链接定义的行和像素映射兼容,这就意味着直到同时支持Level A和Level B映射的3G设备供货,采用双链接/单链接转换器后现有的双链接信号发生器和波形监视器设备能够继续使用,其缺点是成本比较高,与Level A相比由于需要完全解复用数据码流实施更复杂。从图3可以看到,Level B的映射模式就是把由SMPTE 372M定义的双链接的2路HD-SDI接口数据交错传输,因此可以非常容易地从Level B的3G-SDI接口中分离出原来用双链接传输的2路HD-SDI信号。
在实际的电视制作设备上,有些设备的3G接口只支持Level A,有的只支持Level B,有些设备的3G接口可以支持Level A或Level B,只有输出和输入端3G接口的映射模式相同时才能实现正常的数据传输。这就意味着输出与输入端都是3G接口的设备不一定能够互通互连,采购设备、设计系统时必须注意3G接口的数据映射类型,这与现有的1.5G HD-SDI接口是不一样的。为了易于与原有的双链接设备以及3D应用兼容,目前索尼高清设备上的3G接口都采用[FS:Page]了Level B映射模式。
索尼已经开始在部分高清设备上配置3G接口。图4是索尼1080/50P、60P制作系统示意图,图中索尼设备有摄像机、切换台、录像机和监视器,其中R系列摄像机、HDCAM-SR格式的SRW-5800录像机和BVM-L231监视器已经实现了“3G Ready”,即通过加装3G选件可以升级到3G,通过单链接传输4:2:2的50P或60P逐行扫描信号。目前系统中的MVS-8000G切换台还没有实现3G Ready,其接口仍然采用了双链接方式,如果切换台的输入或输出端设备采用单链接时需要配置单/双链接转换器。
索尼在2009年NAB上展出的R系列摄像机包括标准拍摄速度的HDC1580R和高速的HDC3300R, R系列摄像机不但实现了3G Ready还改善了信噪比,正常拍摄时的信噪比从原来的-55dB提高到了-57dB,启用降噪功能时可以达到-64dB,大大提高了低照度拍摄的能力。此外,R系列摄像机还提升了辅助聚焦功能,增加了辅助聚焦指示条FAI和彩色寻像器的细节显示,为摄像师实现准确的聚焦操作提供了工具。R系列摄像机新增加的功能还有镜头自动彩色误差补偿(ALAC,Auto Lens Aberration Compensation),配合使用相应的镜头时可以补偿图像边缘由于镜头色差造成的色边(Color Fringe)失真。
在监视器方面,2009年索尼的主控级监视器BVM-L系列,PVM-L系列(V1.4以上,或XX1系列)可以通过加装BKM-250TG接口板支持3G,LUMA高清监视器中的LMD-XX50W系列将全面升级为支持3G的LMD-XX51W系列,新的LMD-940W直接配置3G/HD/SD-SDI接口,从而实现全面支持3G的目标。
二 索尼与3D
目前3D的应用领域是影院、家庭娱乐和电视直播。影院的3D发展主要是由好莱坞推动的,近年来好莱坞发行的3D数字电影越来越多,吸引了大量观众走入影院,创造了更高的票房收入。家庭娱乐的3D应用是由好莱坞发行的3D高清光盘和电子游戏厂家发行的3D高清游戏推动的,而3D的高清电视直播目前还处于试验阶段。
在上世纪50和80年代曾有过两次3D发展浪潮,从2005年开始成为热点的3D已经是历史上的“第三次”发展浪潮了。这次3D发展的动力首先是数字化制作和显示技术的进步,其次是好莱坞推动的3D放映厅数量高速增长,与此同时3D也在快速地向互联网和游戏市场扩展,其基础是家庭宽带、游戏机(如PS3等)以及大屏幕平板电视的普及。
从图10可以看到早期拍摄和放映3D电影的设备与当今数字化3D设备的对比。技术的进步大大降低了3D设备的体积和重量,使其向实用化迈进了一大步。
图11是索尼的单机3D数字影院解决方案示意图。对中等尺寸银幕的影院来说能够实现2D、3D影片兼容的单机放映方案是最实用的,目前市场上3D单机方案普遍采用了左/右眼影像3倍频轮流切换放映的方式,由于左/右眼不能同时看到影像,观看这种3D影片时会有3倍频的闪烁感,同时因为服务器要轮流播放2个图像码流,受传输带宽的限制只能放映4:2:2取样的图像,不能放映4:4:4全带宽的3D画面,还有些放映机受带宽的限制在3倍频显示时无法达到2K分辨率。为了克服现有单机3D放映方案的局限性,索尼利用4K SXRD芯片的高分辨率与RealD合作开发了能够同时显示左/右眼图像的单机3D数字放映系统。由于4K SXRD芯片具有4096×2160像素分辨率,可以在芯片上同时显示两个2K的图像,再通过RealD的3D镜头分别把两个图像放映到金属幕上,观众佩戴无源偏光眼睛就能够观看2K 4:4:4的3D影像了。
在好莱坞的大力推动下近年来3D影院的银幕数量正在迅速增加。以美国为例,2005年时3D数字银幕的数量还不到200块,2009年年底将达到5000块,预计2010年时达到7000块。中国目前已经安装3D银幕210块,预计年底将达到400至500块,2009年日本的3D银幕也将达到50块以上。
2009年索尼在NAB展示了3D Ready的电视制作设备,所谓“3D Ready”就是该设备可以通过加装选件升级支持3D功能。
索尼的几种3D Ready摄像机并不是为3D拍摄生产的专用摄像机,而是用现有的高清摄像机产品与专门生产3D辅助拍摄设备的公司合作实现3D拍摄。目前索尼3D拍摄的主要合作伙伴有美国的PACE和3Ality,以及德国的P+S TECHNIK,在日本还与PCL以及NHK Media Technology合作,这些合作伙伴使用索尼的高清摄像机配合其3D辅助拍摄器材实现了3D拍摄。3D辅助拍摄设备的主要功能是使两台摄像机镜头的中心距离与人眼瞳距保持一致,聚焦、变焦操作同步,以及预防变焦时出现的视点冲突等。因为现有的演播室摄像机直接安装在3D辅助拍摄设备上时体积和重量都比较大,索尼部分摄像机可以把成像器件模块用延长电缆分离出来,这样就可以在3D辅助拍摄设备上只安装成像器件模块和镜头,减轻拍摄设备的重量。
进行3D拍摄时两台摄像机不但要实现聚焦、变焦操作的同步,其光圈、白平衡设置等操作也必须同步,索尼摄像机可以通过双控指令链接功能实现双摄像机同步控制,使拍摄3D图像的两台摄像机同步操作,左/右眼摄像机各项设置参数始终保持一致。
索尼的MVS-8000G系列切换台也实现了3D Ready,加装3D软件后MVS-8000G可以把左/右眼双码流作为一个信号源同时处理,并具有3D键深度[FS:Page]控制,以及数字特技划像转化时防止视点冲突的处理能力。
3D Ready的索尼HDCAM-SR录像机支持双码流记录/重放,可以同时记录两路440Mbps码率的高质量高清电视信号,并能加装3D监视功能的选件,用场顺序或分裂模式监看3D制作的图像。
在户外拍摄3D时可以用便携式HDCAM-SR录像机同时分别记录左/右眼摄像机的图像信号,记录在磁带上的3D素材上载到Avid或Quantel的3D后期制作系统完成3D节目的编辑。
在美国,索尼与3Ality等合作进行了NFL橄榄球比赛的3D直播试验,试验中使用了索尼HDC系列高清摄像机和T适配器(使摄像机与成像器件分离的附件),以及3Ality的3D辅助拍摄设备和RealD的3D显示设备。
采用索尼设备实现3D体验的还有NBA 3 Games篮球赛,ESPN X Games极限运动锦标赛,迪斯尼的乔纳斯兄弟以及汉娜·蒙塔娜演唱会(Jonas Bros, Hannah Montana),U2演唱会,北美冰球职业联盟(NHL)比赛,NASCAR 3D Imax体验,席琳·迪翁(Celine Dion)演唱会,以及Fox Sports/Sony的美国大学橄榄球冠军联赛(BCS Football Championship)等。
三 索尼高质量高清制作的最新产品
2009年索尼在NAB展示了用于高质量高清制作的最新产品HDCAM-SR摄录一体机SRW-9000。SRW-9000摄像机的动态范围达到了800%,采用记录码率为440/880Mbps的HDCAM-SR记录格式,不但可以拍摄/记录1080/50i、60i的10比特全高清4:2:2信号,增加选件板后还可以拍摄/记录1080/50P、60P逐行扫描以及4:4:4全带宽信号,能够满足最高质量的高清电视拍摄制作要求。
三 结束语
一年一度的NAB是广播电视制作设备发展方向的风向标,在2009年NAB上索尼展示了大量3G Ready和3D Ready的设备,以及可以满足最高制作质量要求的HDCAM-SR摄录一体机等能够实现高质量高清制作的设备,充分展现了索尼在广播电视制作行业的实力。
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