一 系统的定时和同步
在演播室视频系统中,要使摄像机信号和外来信号等所有信号源的画面在切换台平滑切换而不产生抖动、撕裂等现象,必须把全部信号源调整到同一个同步相位。具体实现方法是:同步机发生同步基准信号,系统中的所有设备被此同步基准信号锁定并调整到同一相位。在数字标清电视时代,设备都可以接受模拟BB(Black Burst)信号作为外同步基准信号,只需要BB一种同步信号就能锁定系统中的所有设备。高清电视的发展带来了一个新的同步信号就是三电平同步(Tri-Level sync)信号,在目前的高标清共存阶段,某些高清设备只能接受模拟三电平同步基准信号,而一些标清或高清设备只能接受BB同步基准信号,所以高标清兼容系统会遇到一个系统需要两种同步基准信号的情况。因此,同步系统的设计、同步信号的配置、同步系统的调整等都比数字标清系统复杂一些,尤其对于台从锁相的演播室系统。
1. BB同步信号
在数字标清系统中,我们通常使用BB信号作为同步基准信号,BB同步信号应符合国家广播电影电视总局在2000年颁布的中华人民共和国广播电影电视行业标准“GY/T 167-2000 数字分量演播室的同步基准信号”。该标准规定数字分量演播室系统中用模拟基准信号作为数字标清系统的外同步基准信号,该同步基准信号的有效视频信号部分应是消隐信号,同步脉冲是负极性信号,脉冲幅度300mv,行同步基准点定义为行同步脉冲的下降沿的50%处,同步脉冲中可加色同步脉冲也可以不加色同步脉冲。这一同步基准信号已经广泛用于大量的串行数字分量系统中。
2. 三电平同步信号
在高清的模拟行定时中,采用了双极型三电平同步而不是标清系统中的负极型两电平同步。2000年颁布的中华人民共和国广播电影电视行业标准“GY/T 155-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值”中具体描述了三电平同步信号:三电平行同步脉冲的幅度是±300 mv,正向行同步脉冲和负向行同步脉冲的宽度为44T(T=1/74.25μs),行同步的基准点定义为负脉冲向正脉冲过渡的50%处。三电平同步信号有着更快的上升时间,同步精度更高。
3.演播室同步系统
(1)同步系统的设计
同步系统是演播室系统中至关重要的部分,同步信号发生设备是演播室系统中最关键的设备。由于视频系统中的所有设备都被同步基准信号锁定,如果同步机出现故障,会使整个系统出现失锁,从失锁到再次锁定这段时间内,系统处于不稳定状态,无法进行正常的节目制作。所以同步系统的设计主要考虑系统的安全性和稳定性。
本演播室的同步系统采用的是主备同步机,通过同步倒换器进行应急倒换。同步倒换器对同步机工作状态进行监测,一旦主同步机出现故障,同步倒换器自动切换到备同步机上,同时同步倒换器会发出告警。同步倒换器也可以进行人工倒换。鉴于目前兼容系统中一些设备只能接受三电平同步(Tri-Level sync)信号,而另一些设备只能接受黑场(BB)同步信号,为了适应目前设备存在的这一现实状况,同步机必须能同时分离出BB同步信号和三电平同步信号。在三电平同步信号和BB同步信号的分配方面,考虑到系统中的设备以高清晰度设备为主,三电平同步信号与高清晰度视频信号的行频相同,三电平同步信号具有更高的精确度和抗干扰性,我们把系统中能用三电平同步信号同步的设备尽量采用三电平同步信号同步,而那些只能用BB信号同步的设备则采用BB信号同步。
中央电视台演播室使用的利达同步机(LT443D)和同步倒换器(LT444)。LT443D是一款能够支持多种数字电视格式的信号发生器,通过模块化插件可以自由组合。具有外BB或外三电平信号锁相功能。输出同步信号有BB信号和三电平模拟同步信号,输出测试信号有HD SDI测试信号、SDI测试信号、模拟电视测试信号、AES/EBU数字音频信号、模拟音频信号等。LT444同步倒换器配备11 组输入输出信号通道,可支持HD-SDI 信号、SDI信号、 AES/EBU 数字音频、模拟黑场信号、模拟三电平信号的切换。当主用系统发生故障时,倒换器通过检测信号振幅错误自动转换到备用系统,同时,在LED显示屏上显示发生故障的通道。
(2)同步系统的调整
由于本演播室是直播型演播室,系统的相位应该与台内主控机房保持严格的锁相关系,所以演播室系统的同步机必须运行在外锁相状态,也就是与主控的同步机锁定。调整系统同步相位的方法是:在切换台的输入端处,以主控送来的高清信号为基准,调整演播室同步机使机房同步机发生的彩条与主控送来的测试信号对齐,然后分别调整系统中各个设备的相位使其与主控送来的测试信号对齐。实际运行中,由于系统内部存在两种同步信号,在调整相位时需要在同步机上分别调整两种同步信号的相位,系统相位的调整比单一同步信号系统相对来讲复杂一些。
目前的数字高清切换台每个输入通道都有缓存器,缓存的大小也就是切换台窗口的大小,在窗口范围内,相位差可以被纠正过来。本系统的高清切换台的窗口为±1/4高清视频行,主控的外来信号是通过光缆送到本演播室,光端机每次开机后,信号的相位有少量的漂移。实际操作中,我们尽量把信号相位调整到中心的位置。
需要注意的是,在模拟电视中同步关系由复合同步脉冲表示,在数字电视系统中虽然用于锁定设备的同步信号也是模拟信号脉冲,但是在数字系统的实际调整中则是用数字定时基准信号SAV(Start of Active Video) 或EAV[FS:Page](End of Active Video)来校准信号的相位关系。
二 监看和监测系统
1. 信号监视系统
考虑到本系统是纯高清加下边换模式的高标清兼容系统,也就是说系统链路的主要部分是高清信号,在链路的末端把高清信号下变换成标清信号。所以监视器统一采用16:9监视器。监视墙上的信号源监视器选择的是17寸的索尼液晶监视器(LMD-171WC),它的分辨率是1280×768,为降低系统成本,没有使用价格昂贵的数字高清接口,而是采用数字标清接口。主监和预监以及灯光区主监配备的是50英寸松下等离子监视器(TH-PHD7W),它的分辨率是1366×768。
在高清演播室录制节目,如果只录制标清版本时,可以调整导播墙上讯道监视器(LMD-171WC)的设置,将16:9监视器上4:3区域以外的图像部分加以遮挡,只监看4:3图像部分。如果同时录制高标清两版时,可以将监视器4:3区域打上标线或使4:3区域以外的图像处于半透明状态,同时兼顾4:3和16:9的画面。
本系统中的摄像机是松下公司高清摄像机(AK-HC930MC),该摄像机配置的是4:3彩色大寻像器和16:9黑白小寻像器。如果高清摄像机用于4:3宽高比画面的拍摄时,大寻像器上直接显示4:3画面,而16:9小寻像器则可以调整摄像机菜单把左右两边各15%的区域关闭,使其只显示中央部分的4:3画面以便于摄像师构图。如果同时录制高标清两版节目,需要同时关注16:9画面和4:3画面的构图时,大、小寻像器上都可以采用在16:9画面上显示4:3区域标线的方式,这样就可以使摄像师同时看到两种不同宽高比画面的构图。
2.信号监测系统
信号监测主要分为两个部分,对于节目录制时摄像机光圈的调整仍使用传统TEK 1731波形示波器和一台14寸的索尼高清CRT专业监视器。对于高标清兼容系统的信号质量监测部分,考虑到系统具有高标清两种信号,既要监测高清信号又要监测标清信号,我们选用了两台Leader公司的LV5700示波器。LV5700具有对SD-SDI和HD-SDI的信号监测功能,可以显示复合信号波形和分量信号波形,显示眼图、波形、矢量、音频电平与李沙育图形,视频图像及数据状态等,可以独立显示上述波形也可以组合成多画面显示,实际使用时比较方便。
三 信号的上下变换
800平米高清演播室建成以来,在演播室录制的节目只有一小部分是制作高清播出带,大部分是制作标清播出带,有时是同时制作高清、标清两版节目带,所以制作中需要使用下变换的频率非常高。标清素材在高清演播室制作需要进行上变换。上、下变换不仅是信号格式的变换,还涉及到图像宽高比的变换。
1. 下变换
根据我国现行的高清电视标准以及标清电视标准,从高清信号1080i/50下变换到标清信号576i/50时,由于场频是不变的,只需要进行行频和宽高比的变换。下变换的过程是:先把高清隔行扫描信号转换成逐行扫描信号,然后再运用内插技术完成像素的变换,最后通过隔行处理变换成576i/50格式的隔行扫描信号。
根据以往的测试和我演播室一年多的实践,高清下变换的标清版节目,其质量确实比过去传统标清设备制作出来的标清图像具有更好的色彩,图像也更加细腻。但是,对于一些特殊的画面,例如比较细的横或竖条纹,从高清图像转换成标清图像时,往往产生闪烁现象,其原因在于画面从1080行变换到576行的过程中,由于取样频率降低,需要滤除信号中的高频分量,如果信号中的高频成分滤除不完全,就会产生混叠失真,从而出现画面中的闪烁现象。为防止这种混叠失真,我们一般在录制之前适当调整下变换器的行或场滤波器,可以改善这种闪烁现象。
把16:9高清画面变换成4:3标清画面一般有三种下变换方式:
* 切边模式,它的特点是画面比例正常,但是画面左右两侧被剪切损失了一部分画面内容,在高清演播室制作纯4:3的标清节目一般采用这种模式;
* 信箱模式,在画面的上下两侧加黑边,这种模式的特点是画面比例正常且保留了全部16:9画面内容,信息量不丢失。在同时制作高标清两版节目时,标清版节目往往采用这种下变换模式,这种情况不需要兼顾16:9和4:3两种取景。在高清演播室中,越来越多的纯标清节目也采用这种模式制作;
* 压缩模式,它是将画面横向压缩,虽然保留了全部画面内容,但画面产生变形,一般不采用这种下变换模式。
系统中下变换器在对视频信号格式进行变换的同时也给视频信号带来了一定的延时,造成画面和声音之间不同步,所以音频信号在进入标清录像机和标清光端机前也做了相应的延时处理。
2. 上变换
对于目前大量存在的标清素材和标清外来信号,在这些信号进入高清系统前需要把其转换成高清信号,也就是把576i/50上变换至1080i/50。与下变换相同,由于没有场频的变换,上变换时只需对信号的行频和宽高比进行变换。把4:3画面变换成16:9画面也有三种方式:
* 信箱模式,在画面的左右两侧加黑边,这种上变换模式保留了全部画面内容,画面比例也正常,在高清演播室制作4:3标清节目时,播放插播带一般使用这种上变换模式;
* 切边模式,将画面上下剪切掉一部分画面,虽然画面比例正常,但损失了一部分画面内容;
* 拉伸模式,将画面横向拉伸,4:3的图像完全充满16:9的屏幕,虽然保留了全部画面内容,但画面产生变形。
需要注意的是在高清系统中制作标清节目时,标清插播带的制作要考虑到最后的播出效果。例如在高清演播室制作标清节目,如果下变换采用信箱模式,标清插播带必须也做成信箱模式的画面。这是由于高清系统中标清画面要先经过上变换处理,录像机把信箱模式的画面扩展成为16:9高清画面,最后的成品带才能统一成为信箱模式的4:3画面。如果插播[FS:Page]带做成了4:3全屏画面,不管使用那种上变换方式,插播带的播出效果都不美观,三种效果分别是四面都是黒边的画中画、画面上下被剪切掉一部分或图像变形,每种情况制作出的画面都是不可取的。
四 系统的其他问题
1. 摄像机
高清图像的像素也比标清图像的像素小了许多,高清摄像机较标清摄像机灵敏度降低,景深范围变小,所以用高清摄像机拍摄比用标清摄像机拍摄聚焦更困难一些。在实际使用中,我们利用摄像机寻像器上的画面轮廓调节功能,根据摄像师个人的需要,增加摄像机寻像器上画面的轮廓,使寻像器上的图像更锐利一些,这样更容易聚焦。同时在日常的维护中经常检查摄像机的后焦距,保持后焦距的准确。
高清摄像机与CCU之间是通过光缆传输信号。由于摄像机光缆连接器插拔时,空气中悬浮的油性烟雾、灰尘等附着在光缆连接器的光纤端面上,造成摄像机光纤端面变脏。避免光纤端面被污染的具体措施是,平常盖好摄像机光缆连接器的防尘帽,尽量不要让光纤端面暴露在污浊的空气环境下。一旦光纤端面被污染,一定使用专用清洁工具对光纤端面进行清洁直至摄像机通路显示正常为止。
2. 字幕的制作
对于大型综合性直播节目,画面中的字幕、角标越来越复杂,其制作过程一般都是在直播前由专人在计算机上制作,然后拷贝到字幕机上生成相应的文件。对于唱词等大段的字幕,前期只需把其存储成文本文件,然后拷贝到字幕机上进行制作。而一些角标等图像动画文件则要在计算机的动画制作软件上制作完成后,存储成TGA文件再拷贝到字幕机中。在角标的前期电脑制作过程中,制作人员看不到最终的显示效果,只是凭着在电脑显示屏上看到的效果来绘制图像的大小。一般计算机的分辨率是1024×768,标清图像的分辨率是720×576,在标清的制作中,由于计算机图像的分辨率比标清图像的分辨率高,角标在标清字幕机中如果不改变分辨率,其制作出来的角标图像占整幅画面的比例比在电脑显示屏上略大一些,可以适当地缩小角标图像的大小,以适配电视播出的效果。高清制作时,由于高清图像的分辨率是1920×1080,高清图像的分辨率比计算机的分辨率大很多,这时,在高清字幕机中若不改变分辨率制作出来的角标图像占整幅画面的比例比在电脑显示屏上小了许多,如果人为地放大角标图像,由于分辨率不够高,角标图像边缘上会出现很多锯齿。所以,对于在高清字幕机上播出的图像,在前期的电脑制作中应该把图像做的大一些,也就是说人为地让图像分辨率高一些,在高清字幕机制作环节不必做太大的放大,角标图像的播出效果会美观一些。
3. 传输
在标清系统中,串行数字分量信号(SDI)的码率是270Mbps,而高清系统中,高清串行数字分量信号(HD-SDI)的码率是1.485Gbps,HD-SDI码率是SDI码率的5.5倍。由于码率较高,用同轴电缆传输时信号的损耗较大,所以同轴电缆只适合在演播室内部短距离传输,将信号送往总控室或较远的地方时则使用光缆传输。
总体来说,我国正处在高清的起步阶段,中央电视台800平米演播室作为较早使用的大型高清晰度演播室,制作了大量高标清节目,设备基本稳定,在一年多的实践过程中,我们也积累了一些经验。但高、标清混合系统比较复杂,对于大多数技术人员来说还是新鲜事物,需要我们在实践中不断发现问题、解决问题。
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