浅谈高清演播室系统的方案设计

　　高清晰度电视技术的不断成熟为广电行业的持续性发展注入了生机，国内的许多电视台已经开始尝试将高清电视的梦想变成现实。在电视市场竞争日益激烈的大环境下，为了在未来的高清电视节目生产领域占有一席之地，湖北台开始着手进行高清演播室系统的前期设计工作，希望通过该系统的建设为标清电视（SDTV）向高清电视（HDTV）的平稳过渡探索出一条可行之路。 

　　一　高清演播室系统的设计思想

　　高清电视节目的制作在我国还处于起步阶段，目前的电视制作仍以标清节目为主，高清和标清在未来相当长的时间内将并存。如果花费高昂的代价建设一个纯粹的高清演播室系统，只能进行高清节目的制作和储备，必然会降低演播室的利用率。因此，构建一个可以兼顾高清和标清节目制作的演播室系统，一方面能够实现对投资的最大保护，延长设备的有效使用周期；另一方面也能够满足现阶段节目播出的要求，为用户提供高质量的标清电视节目信号。基于以上考虑，我们确立了高清/标清兼容的系统设计思想，该系统既能实现高清、标清信号源的混合处理，又能根据需求输出高清和标清版的节目。

　　二　高清/标清兼容系统的实现方式

　　高清/标清兼容系统与传统的标清系统相似，都是以切换台为核心，但由于高清电视在取景比率、延时处理、信号带宽等方面不同于标清电视系统，在系统的细节处理上也存在许多不同。根据目前市场上切换台的功能分类，高清/标清兼容系统的实现方式有以下四种。

　　1. 双主机切换系统

　　该系统采用由一个控制面板同时控制两个主机的方式，一个为高清信号通道主机，另一个为标清信号通道主机。除信号源之外，相当于形成了高清、标清两套分离系统。它的优点是高清、标清信号可同步切换，可同时获得高清、标清信号，不存在由上、下变换而引起的信号延时和转换损耗。其缺点是采用双切换主机增加了系统的成本和复杂程度。

　　2. 高/标清兼容切换台系统

　　该系统采用高/标清兼容切换台，一台切换台主机同时具有高清、标清两套处理系统，切换台设置为高清状态时进行高清制作，设置为标清状态时进行标清制作。在同时录制高清、标清信号时，需要将高清信号进行下变换以得到标清信号。其优点是高清、标清信号能同时接入系统，操作简单。缺点是由于高清、标清信号同时接入切换台，导致切换台输入端口和系统布线量成倍增加，成本较高。

　　3. 纯高清加上、下变换系统

　　该系统从信号源输出，经切换台处理，只有一个高清信号通道，形成了一个“高清岛”。在通道最终输出端加入下变换产生标清信号。其优点是可同时录制高清、标清信号，系统相对简单。但由于在输入端对标清信号源进行了上变换，在输出端加入了下变换，系统必须考虑由上、下变换所引起的视、音频信号的延迟差异、变换模式等问题。

　　4. 多分辨率同步制作切换台系统

　　该系统以多分辨率同步制作切换台为核心，其独特的格式融合（Format Fusion）技术使所有的标清、高清信号源无需上、下变换即可直接进入切换台，实现高清、标清信号的同步混合切换，并可在切换时根据16:9和4:3幅型比的要求随意设定。它的设置简单便捷，每个输入接口可任意指定为高清或标清格式，每级M/E采用独立的CPU运行，可以分别自由定义为高清或标清输出。该系统布线简单，不需考虑上、下变换，不存在延时问题，可完成高清、标清信号的双版同时输出，具有较高的实用价值，但切换台的成本较高。

　　经对以上四种兼容方式的认真比较，并考虑到今后的技术升级和系统构成的性能价格比，我们决定采用纯高清加上、下变换方式，其原因如下： 

　　* 从价格方面考虑，其它三种兼容系统采用的切换台与纯高清切换台相比，设备投入要高出60%~100%，显然采用纯高清切换台是比较经济的一种选择。

　　* 从系统结构方面考虑，采用建立“高清岛”的方式实现高清、标清的兼容，在“高清岛”内从信号拾取、特技处理、字幕叠加到录像全部为高清格式，在电视制作全面进入高清时代后，将“高清岛”以外的上、下变换去掉，就可以成为一个纯高清的节目制作系统。

　　* 从系统复杂性方面考虑，除了标清录像机外，摄像机、高清录像机、帧同步机、字幕机均为高清设备，具备高清信号的输入、输出功能，允许切换台不具备标清处理功能，使系统配置得到了简化。

　　三 高清演播室视频系统的信号流程

　　我们计划建立一个小型高清演播室，完成台内部分专题栏目的录制和直播工作，视频系统的主要设备为：3台高清摄像机、一台16路高清切换台、一台12×2高清矩阵、一台12×4标清矩阵、高清和标清放像机各一台、高清和标清录像机各两台、一台高清字幕机、两台上变换器和一台下变换器。高清演播室的视频系统图如图1所示。其信号流程如下。

 图1 高清演播室视频系统方框图

　　1. 高清主路信号

　　3路高清摄像机信号、1路高清放像机信号、高清字幕机的2路信号直接进入高清切换台，由标清矩阵输出的第二、三路SD-SDI信号分别经2台上变换器转换为HD-SDI信号后也送入高清切换台，高清切换台输出的PGM信号即为高清主路信号。

　　2. 高清备路信号

　　高清摄像机、高清放像机、高清字幕机及两台上变换器的输出信号送入12×2高清矩阵，其输出作为高清备路信号。

　　3. 标清主路信号

　　高清主路信号经过下变换，转换为标清主路信号。

　　4. 标清备路信号

　　由高清摄像机、高清放像机、高清字幕机输出的5路SD-SDI信号和1路标清放像机信号、两路外来标清信号进入12×4标清矩阵，矩阵的第一路输出即为标清备路信号。

　　5. 音频嵌入

　　高清主路和备路信号经2×1自动倒换开关后嵌入数字音频信号，被分别送至总控机房和两台高清录像机；同样，标清主路和备路信号经2×1自动倒换开关后嵌入数字音频信号，被分别送至总控机房和两台标清录像机。

　　该系统实现了高清和标清两种节目制作的兼容，可分别或同时进行两种格式的电视节目的录制或直播，下面还要对系统作几点说明：

　　* 将标清矩阵和上变换器配合使用，可以为高清切换台灵活提供各种HD-SDI信号源，如来自总控机房或电脑的外来信号、标清放像机的信号等。

　　* 上变换器还具有帧同步功能，因此外来标清信号不必经过帧同步机。

　　* 发挥设备本身具有兼容高清、标清输出的特点，充分利用设备的高清、标清输出端品，简化系统的配置。

　　四　关键设备的选型

　　1. 切换台

　　切换台选用索尼MVS-8000（不含标清处理选件），支持1080/50i格式，采用2级M/E配置，每级M/E都有4个全功能键及14个独立划像发生器，其独立的M/E功能包括：4:3/16:9母线切换模式、交叉点指配、快拍、关键帧及各种特技。为了提供更大的灵活性，每级M/E中的每个按键处理器都可以进行色键和彩色矢量键控处理，消除了以往键型选择的局限性。有多达200个帧存（标清），具有一体化三维数字特技及外部数字特技控制能力，并具有较好的可靠性和扩展能力。 

　　2. 摄像机

　　摄像机决定选用索尼HDC-950 高清演播室摄像机，它采用220万像素FIT Power HAD CCD，可实现12比特A/D转换，支持1080/50i格式的节目制作,支持16:9/4:3转换，灵敏度达到F10，信噪比为54dB，水平分辨率为1000线，调制深度在水平方向为45%，拖尾电平达到-135dB。使用Memory Stick存储设置文件和场景文件，具有多区彩色矩阵功能、自适应高亮度控制功能、三通道肤色细节校正功能、拐点饱和度控制功能以及暗部饱和度控制功能。摄像机控制单元能够提供4组HD-SDI/SD-SDI信号及模拟分量、模拟复合信号的输出。

　　3. 录、放像机

　　该系统中原有的录、放像机采用Sony DVW系列产品，这些标清设备可继续沿用。高清录、放像机的配置要考虑到全台录制格式的统一性，我们决定采用Sony HDCAM系列产品。放像机选用HDW-M2100P，它内置上、下变换器，兼容多种Sony1/2英寸磁带重放，包括模拟Betacam/SP、DVW/SX/IMX，可输出HD-SDI和SD-SDI信号。录像机选用HDW-2000，它内置下变换器，具备HD-SDI和SD-SDI输出端口，具有优秀的编辑操作性能，可记录长达149分钟的1080/50i格式的高清节目。

　　4. 同步系统

　　高清系统使用的同步基准信号有两种，一种是高清专用的三电平同步信号，另一种是与现有标清系统完全相同的BB（Black Burst，即黑色同步）信号。早期的高清产品大多只能接受三电平同步信号，但近几年生产的大部分高清设备都配置了BB同步输入接口。同步系统选用2台泰克TG-700和一台ECO-422D组成自动倒换系统，能够输出BB和三电平同步信号。

　　5. 监视系统

　　（1）监视器的选择

　　为了控制监视系统的成本，除了主监、预监、技监采用索尼BVM-D系列高清监视器以外，其余全部采用标清监视器。

　　（2）监视器管理系统

　　在制作高清节目时，要在监视器上调出16:9安全线，使导播能够在监视器上看到按16:9构图的画面。而在录制标清节目时，则需调出 4:3安全线。为了避免在录制不同节目时对监视器进行逐个调整，方便对监视系统的控制，必须建立监视器管理系统（如索尼的S-BUS系统），使所有监视器联网，对监视器进行统一编组控制，通过电脑软件完成各监视器的设置。