2005年1月,河北电视台经济频道100平米演播室进行了模拟电视信号到数字电视(DTV)信号的整体设备升级改造工程, 淘汰全部旧模拟设备整体更换为数字设备。工程紧密结合在该演播室录制节目的实际需求,将演播室重新改造布局为实景演播区和虚拟背景演播区两个拍摄区域,各占50%的空间,采用三台专业数字摄像机居中配置、在“虚”、“实”演区内交替共用。
由于增加了虚拟演播室系统,全部数字设备也是虚实兼容配置设计,监视信号内容相对复杂。因此我们对全部系统重新进行了对应的兼容性设计,包括视频系统、音频系统、监视系统和对讲系统,其中监视系统的设计是这次改造中的一大特色亮点,我们摒弃了通常采用CRT监视器做电视墙的指定点监视方式,而是采用50英寸高清等离子16:9宽屏显示器(PDP)用做集中加可变编程选择式监视,工程投入使用后直观视觉效果良好、改变监测信号内容时调整方便快捷,达到了工程设计预定目标。
一 等离子显示器PDP显像原理
等离子显示器PDP(Plasma Display Panel)是继CRT(阴极射线管)、LCD(液晶显示器)之后的新一代显示器件。等离子显示器是利用气体放电的显示装置,采用等离子管作为发光元件,将数以百万计的等离子管排列在一起构成整个显示屏幕。每个等离子管有两个玻璃电极、内部充满氦、氖等惰性气体,其中一个玻璃电极上涂有三原色荧光粉。当两个电极之间加上高电压时,引发惰性气体放电,产生等离子体,等离子产生的紫外线激发涂有荧光粉的电极而发出三原色混合的可见光。每个等离子管作为一个显示像素,可独立产生放电现象,利用PCM(Pulse Code Modulation脉冲编码调制)技术控制每一个像素,使每个像素随着视频信号的变化而产生相对应的明暗亮度和颜色变化,由这些像素的明暗和颜色变化组合便产生出各种灰度和色彩的图像。
二 选择50英寸等离子宽屏显示器(PDP)做监视墙的理由
1. CRT监视墙的色彩一致性差
先前,演播室监视方式大都采用多台CRT监视器罗列组成监视墙进行“固定点对应”式监视,监视器数量与监测点数量相一致。这种方式最大的缺憾就是多台监视器之间的色彩还原度、亮度、对比度无法精确保证一致。因为由多台CRT监视器组成的多点电视信号监测系统,各个监视器自身显像管性能的差异,加之监视器的开机时间长短不一,它们各自的技术参数会随着使用时间出现不同程度的衰减,即便同一信号源在不同监视器上的显示效果也存在明显的可视性差异,所以,色彩的还原根本就无法保证调整成统一的完全一致。比如录制3机位节目时,要用到多台监视器监看,现场导演几乎每次都要反复询问以哪一台监视器为最终参考标准以便进行最后颜色色调的把关确定,直接给录制节目带来许多麻烦。当然CRT监视器原本应该在规定的时间周期内进行一致性的参数统调以保障制作、播出全部环节的监视器之间视觉统一性,但到目前为止执行的并不理想。这是我们放弃CRT的初衷。
2. 大屏幕平板类显示器替代传统的CRT监视器现已成趋势
随数字化信号的加速推广普及、高清数字信号时代的渐近,具有大屏幕显示特点的薄形平板类显示器逐渐成为电视台演播室的主流监视设备,用平板类显示器替代传统CRT监视器已成为今后的发展趋势。目前,在演播室中应用的平板类显示器主要有液晶显示器(LCD)和等离子体显示器(PDP)两种类型,与CRT监视器相比,技术领先优势显而易见:
(1)显示面积大
CRT监视器中阴极射线管电子枪发射的电子束不可能无限角度的偏转,其屏幕的尺寸也受到自身特性限制,目前可供使用CRT监视器产品的最大屏幕尺寸为38英寸;而平板显示器显示采用点阵驱动方式,整个屏幕由一个个独立发光的像素点阵构成,只要技术工艺许可,理论上它的显示面积可以做得相当大。目前LCD产品可以从几英寸到65英寸,PDP产品可以从37英寸到105英寸。
(2)厚度薄重量轻
CRT监视器显像管与电子枪之间用于发射电子束偏转的距离,决定了其厚度特征;随屏幕尺寸的增大,显像管重量也随之迅速增加,34英寸CRT监视器重量都在70公斤以上。相比平板显示器的重量就要小得多,37英寸的LCD重量在25公斤左右,50英寸的PDP重量在48公斤左右,而LCD的厚度可以控制在6厘米以下,PDP的厚度可以控制在10厘米左右。
(3)无电磁辐射、不受电磁干扰
CRT监视器采用电磁偏转驱动来实现水平和垂直扫描的方式,极易受外来电磁干扰影响显像管的聚焦和会聚性能;平板显示器采用的是对发光器件点阵驱动方式,无电磁辐射,扬声器、手机、外来磁场等均不会对其产生任何干扰,因此画面无闪烁感,长时间使用对人体亦无伤害。
(4)性价比高
CRT监视器是利用显像管中电子束扫描的方式来显示图像,制造工艺难度必将随着分辨率和屏幕尺寸的增加而加大,价格成直线上升。目前14英寸的CRT精密专用监视器价格在50000元左右;而高清平板显示器的价格则相对要低得多,50英寸的PDP价格在30000元左右。价格优势逐渐显示出来,在工程使用中的性价比特性优势也逐渐体现出来。
在PDP与LCD之间,PDP具有可视角度大、色彩还原性好、灰度丰富、对迅速变化的运动物体组成的画面响应速度快等特点,而且同样50英寸尺寸的显示器,价格上LCD比PDP高很多。我们选择的松下公司50英寸等离子显示器PDP产品,其标称分辨率为1366×768点阵[FS:Page],同时也满足目前我国高清电视节目监看的技术指标要求(可适用720P、1080i/p格式)。这些领先技术特性是我们选择的主要理由。
三 大屏我们演播室监视系统使用的设备主要包括1台50英寸PDP(松下TH-50PHD6)、1台16分多画面分割器(中科大洋MW-4160 MAGIC WALL)、1台数字示波器(TEKTRONIX WVR-611)和1台有SDI信号输入的CRT 900线数字精密监视器(SONY BVM-14F1E)。在系统中用数字示波器进行全部数字设备的技术参数指标调整和确认、数字精密监视器用于各个关键点的数字SDI信号的主观监看用做把关图像质量的最终细节、而大屏幕加16分屏数字多画面分割器则用于系统中不同节目录制情况下的多点信号集中监看。下面是具体设计使用时的应用实例:
1. 50英寸PDP和16分屏多画面分割器
将50英寸PDP悬挂在导播机房与演播室之间的控制玻璃窗上方墙面上,由16分屏多画面分割器编程控制其各种具体应用时的显示方式供现场导播人员监看。多画面分割器是装有Windows 2000操作系统的高性能计算机,其后面板上装有16路复合视频信号输入口(也可换成16路SDI输入口)、16路模拟音频输入口和16路Tally输入口,根据实际需要接入要监测的视音频和Tally信号;50英寸PDP直接作为它的显示器。大屏幕分画面设置是由软件控制,用鼠标、键盘对多画面分割器的分屏软件进行显示画面设置,设置完成后的参数保存在机内硬盘中,以后直接调用即可。目前频道内有8挡节目在该演播室录制,其中有3挡日播节目,5挡专题类节目,每天使用频率极高。根据节目录制监看需求,将大屏幕进行了单画面(节目审看和单机位录制方式)、4画面(虚拟3机位录制方式)、6画面(实景3机位录制方式)和12画面(技术监测点监看)划分编程设计,供多画面分割器上预先设定的快捷键切换用,应用如下:
(1)单画面应用
画面采用4:3比例满屏显示模式,用于节目制作完成后的审看功能及演播室单一机位节目录制方式之用;由于屏幕显示尺寸大,监看图像细节清楚、直观舒服。但在16:9的大屏幕上采用4:3的显示模式,屏幕两侧有部分黑屏,长时间使用该方式将会使屏幕留有残像效应。因此,用此方式后,应及时关闭大屏幕显示器电源。
(2)4画面应用
3机位虚拟演播室方式节目录制应用;由一个大画面和三个小画面分割构成,大画面为主监节目画面,小画面分别是三台摄像机的取景构图监看。将16:9的整个屏幕按4:3宽高比巧妙分割排列设计,使画面按正常比例显示充满整个大屏。虚拟演播室使用的设备是北京中科大洋公司推出的真三维虚拟演播室,其采用一台图形工作站主机来渲染三维场景并同时跟踪前景摄像机运动参数信号。由外置色键器合成画面输出的最终节目信号只能输出一路,因此,监看时只保留了合成后的图像主监和三台摄像机的前景画面监看。
(3)6画面应用
3机位实景演播室节目录制应用,画面宽高比全是4:3比例,两个大画面分别是主监和预监,4个小画面分别是三台摄像机信号和一台放像机信号。三机位实景演播室录播节目通常用五台监视器,这里划分了六个画面为了使每个小画面的比例是4:3 。
(4)12画面应用
这是为监测整个系统关键点设计的,由12个小画面构成,宽高比也都是4:3。因整个系统较复杂,哪个环节如出现故障,查找起来会相对困难,因此,我们把系统关键点的视频信号都接到了大屏幕上,通过监看大屏幕能快速确定出现故障的环节,给维护带来方便。
(5)数字示波器和CRT精密监视器
所有被监看节目信号中的一路送给数字示波器,再由示波器环出送给CRT精密监视器,这样即能用示波器监视节目的技术指标,又能用具有800电视线水平分辨率的CRT精密监视器(其色彩逼真,画面清晰细腻,以它作为整个演播室系统惟一的标准图像监视器)来监测控制节目画面的最终质量。
四 大屏幕集中式监视的优点
1. 色彩一致性好
由于大屏幕集中监测的图像都是基于一个显示屏上进行显示,所以各个小屏幕的技术参数的参照基准都一样,这样就保证了所有被调整画面色彩还原的一致性、对比基准性、统一性。尤其在录制多机位演播室节目时,其优势更明显,在大屏幕上可主观地直接比较所有摄像机输出图像的亮度、对比度、色彩诸参数,这给调整所有摄像机参数一致性带来很大方便。
2. 节省空间
50英寸PDP重量在48千克左右,厚度仅10cm左右,固定在导播中心墙壁上不用机架,观看直观方便、尤其适合中小型的演播室构建。
3. 监视画面的大小、比例可变 操控方便灵活
大屏幕可由多画面分割器任意按需编程划分并储存,最多划分为16个画面大小任意设置;按4:3或16:9都可任意划分配置,通过快捷键可以随意调用,操控方便灵活。
4. 能显示高清信号
大屏幕的物理分辨率为1366×768显示点阵,当画面满屏4:3显示标清信号时,图像大小接近40英寸。若显示高清信号,图像则是50英寸。大屏幕节目审看是普通小屏幕监视器所无法比拟的。而且以后标清演播室升级为高清演播室时,大屏幕显示器仍可继续使用。
五 大屏幕集中式监视的缺点
1. 分画面越多图像分辨率越低
因为大屏幕的分辨率为1366×768,只有全屏显示时,才符合高清电视的要求。如把大屏幕分[FS:Page]成若干小屏幕,其分辨率必会下降。例如把大屏幕分为4个小屏幕,那每个小屏幕的分辨率则为341×192。
2. 大屏幕故障是致命的弱点
如大屏幕出现故障,则整个监视系统必将瘫痪;比不上CRT监视墙方式。其中某1台监视器发生故障,其他监视器照常使用;故必须设计留有应急方案。我们利用CRT精密监视器,配有模拟复合、分量和SDI接口,平时作为监测节目输出的标准监视器,一旦大屏故障,此监视器作应急使用,改为应急的监视窗口。
六 应用结论
经过一年多的使用,取得了良好的监视效果,但也有不足之处,由于多画面分割器配置的是16路模拟复合信号接口,所以监视的各关键点信号都是经D/A转换或是由模拟复合接口输出的模拟信号, 既大屏幕上监视的信号并不是信号源的数字信号,信号质量已有所下降,因此大屏幕上的信号不能真实地反映信号源的信号。建议多画面分割器配置数字接口,使监视的信号和信号源的信号相匹配,这样不但屏幕上监视信号能真实地反映信号源的信号,而且还消除了模拟信号的存在,使整个系统达到真正的数字化。
大屏幕集中式监视配合分割器组合方式同时还能监视图像、声音、Tally信号,操作灵活方便,监视集中直观,占用空间小,特别适合中小演播室的监视应用。建议今后应用多这种方式于演播室工程中。
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