數字化演播室管理論文

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隨著數字技術、計算機技術、以及數字壓縮技術的發展和應用，使得設計、建設一個數字化演播室系統成為現實。

系統設計

1、演播室系統基本結構和設計思路

數字演播室系統基本結構有兩種：一種如傳統模擬系統的線性結構，相應的設備換為數字設備，再加上編碼與解碼、復用與分離等部分；另一種是計算機網絡，采用以寬帶視頻服務器為中心的分布式結構。雖然目前以FC網、以太網為基礎的計算機網絡已可以實現局部范圍內的某些功能，但要建立一個全部基于多媒體的數字系統，技術上仍要提高。所以，數字演播室系統大多仍采用線性結構，系統的某些局部可以使用多媒體網絡。

數字演播室總體設計思路：確保系統的技術先進性和高可靠性，系統配置靈活，可兼容4：3和16：9格式，為將來的HDTV做好準備；在功能上，既要滿足對直播的要求，又可以進行后期節目的制作，并且保證出色的圖像質量；系統應為將來的發展留有余地，包括綜合布線、計算機網絡拓撲結構的通道帶寬。

2、系統信號格式和接口標準

數字視頻信號格式種類繁多。目前，數字電視系統以串行分量數字信號格式為主流。通過串行數字接口（SDI）可用一根同軸電纜同時傳輸4:2:2數字分量視頻信號、數字音頻和時間碼。ITU---RBT601數字分量演播室標準建議和SMPTE267M分別提供了4:3和16:9兩種彩色電視信號的編碼方式、取樣頻率、取樣結構的明確規定（詳見表一）。演播室采用分量編碼，亮度抽樣頻率選為525/60和625/50行頻的公倍數2.25MHZ的6倍13.5MHZ，使樣值有正交結構，便于數字處理并使三大制式在數字域內的每電視行的亮度樣值數統一于720個，兩個色度樣值均為360個，即4：2：2格式，從而使同一格式數字錄象機能記錄三種不同制式的信號，并使整個數字演播室能以4：2：2格式接在一起。正是這一標準，使各種數字演播室的數字設備能連成一系統，形成一個4：2：2的數字演播室環境。

數字演播室分量視頻標準

參量4：316：9

編碼信號Y、CR、CBY，R-Y，B-Y

每行取樣數亮度信號864864或1152

每個色差信號432432或576

取樣結構正交結構，即取樣點按行、場、幀重復，每行中的R-Y和B-Y取樣與Y的奇次樣值（1，3，5…）同位

取樣頻率亮度信號13．5MHZ13．5或18MHZ

每個色差信號6．75MHZ6．75或9MHZ

編碼方式亮度和色差信號都采用線性PCM，每個樣值8或10比特量化

數字演播室視音頻系統設備

1、視頻部分

（1）數字切換臺切換臺是演播室的核心設備。

切換臺的數字化是演播室數字化的關鍵所在。目前，數字切換臺無論在外觀、操作還是內部框架結構上，均與傳統的模擬切換臺相似，不同之處在于：切換臺和計算機技術相結合起來，實現了聯網操作。其輸入的SDI接口不再與控制面板按鈕一一對應，而是由菜單設置其對應關系；輸入的視頻信號與鍵信號也不再區分，可接入任一路SDI輸入口。數字切換臺具有強大的設置菜單，可對制式、格式、寬高比、各種鍵及特技等在內的幾乎所有參數進行設置。

以下是數字切換臺的選型原則：

采用串行數字分量電視信號格式；

保證足夠的直接切換的信號源；

至少要有兩級M/E,一級PGM/PST；

有兩個下游鍵（兩種字幕疊加或主、備字幕機）

可以存儲某些特技效果；

運行可靠性高，最好有備份電源系統；

各信號源之間的自動同步；

能進行軟件操作，保證在面板失靈時，軟件能代替面板進行正常的切換操作。

目前，各種大、中、小型的數字切換臺和特技機有很多種，SONY的DVS系列、PHILIPS的DD系列、泰克公司的GVG系列、THOMSOM的TTV系列，還有UTAH、ABEKAS、SNELL等公司都紛紛推出各自的產品，切換臺的選型不僅要考慮演播室的節目制作類別和容量，還應考慮后期節目制作功能的兼顧，以充分發揮作用。

（2）攝像機

攝像機是前期信號的采集設備，在視頻系統中占有很重要的位置。目前，市場可供選擇的數字攝像機型號很多，各大廠家高級攝像機都采用12bit模數轉換，在信號處理上采用16bit以上的數據處理，保證了更精確的伽馬、拐點、輪廓校正。另外，演播室攝像機所用電纜長度最好不超過200m，超過時應用光纖，接插件要采用鍍金措施，防止輻射。攝像機質量直接決定演播室的節目技術質量，因此，需慎重考慮性能、價格和需求。以下是各大廠家演播室攝像機的列表比較

廠家池上Philips松下索尼日立

攝像機型號HK-388LDK-20AQ-235BVP-900PSK-2700A

CCD類別16:9FITCCD4:3FTCCD16:9M-FITCCD16:9FITCCD16:9FITCCD

模數轉換12bit12bit12bit12bit12bit

靈敏度（3200k）2000luxF8.02000luxF8.02000luxF9.02000luxF8.02000luxF8.0

水平分解力800線800線700線（16：9）900/700線（16：9）850/750線（16：9）

S/N60dB60dB60dB63dB60dB

可轉換鏡片YNYYY

表二攝像機主要技術參數

由表可見在實現4：3和16：9兼容時，各廠家采取的技術不同，日本各攝像機廠采用的是16：9的CCD元件，通過改變水平尺寸以實現對4：3的兼容。在進行4：3和16：9之間轉換時，由于成像面的水平尺寸不同，因此需要通過可轉換鏡片來彌補視角的變化。而飛利浦的LDK系列攝像機采取了動態像素管理（DPM）的技術，在4：3的CCD上實現了16：9的兼容，DPM技術沒有改變CCD成像區域的水平尺寸，只改變了垂直尺寸。選擇攝像機的最好方法是用戶根據系統投入的資金將各公司的相關檔次的攝像機架在一起攝取同一測試卡，對測試數據進行比較并結合自己的主觀感覺及攝像機的價格則優選取。

（3）視頻記錄設備

目前，對于串行分量數字演播室可供選擇的廣播級錄像機有D1、D5和BETACAMDVW系列的產品。在數字演播室中，考慮到節目制作的質量以及原有大量BETACAMSP格式節目素材的直接利用，應該首選BETACAMDVW系列的錄像機。近年來推出的DVCAM、DVCPRO、DIGITAL–S、BETACAM–SX等都是數字分量記錄格式，但互不兼容。它們都是進行碼率壓縮后將數字信號記錄到磁帶上，這在進行簡單的節目編輯和復制時，進行多次D/A、A/D變換后，信號的質量會下降，因此比較適用于新聞節目的制作。在專業數字演播室中，BETACAMDVW應作為首選。

（4）數字矩陣

隨著演播室功能的增多，數字矩陣逐漸在演播室得到應用，系統中使用矩陣的目的在于：擴展切換臺有限輸入通道；根據節目制作需要改變監視屏上監視器的信號排布；記錄設備輸入源的選擇；攝象機返送源的選擇；提供緊急備路輸出通道；為整個系統進一步擴展提供選擇。

目前，生產矩陣的廠家在增多，矩陣的控制也越來越方便，產品工作穩定，通道指標高，具有多種格式混合切換功能?，F在生產矩陣的廠家有：索尼、飛利浦、LEITCH、PROBELL等，具體型號和矩陣大小用戶可根據自己演播室的實際需要進行選擇。

（5）數字串行設備

數字串行設備指串接在數字電路中，對數字信號進行變換和存儲的設備，包括A/D、D/A、數字信號幀同步機、數字臺標發生器、數字視頻分配器等。由于大規模集成電路的采用，數字串行設備的體積比相應模擬設備大為減小，通常只是一塊電路板。

雖然數字串行設備并非數字演播室的核心設備，但它通常串接在系統的輸入輸出端口處，直接一向到系統與外部時基及相位關系，也在很大程度上影響到經各種變換后信號的技術指標。

2、演播室數字音頻系統

演播室音頻系統包括聲音接收裝置、音頻信號傳輸裝置、音頻信號編輯處理裝置、揚聲器等。廣播音頻將音頻取樣頻率規定為44.1KHZ或48KHZ。而AES（美國音頻工程師學會）/EBU（歐洲廣播聯盟）建議采樣頻率為48KHZ，這樣做除了能夠得到高質量的數字音頻信號外，也使得音頻采樣與視頻頻率之間具有簡單的換算關系。有利于解決音頻信號與視頻信號之間的同步問題。

對音頻設備選型的原則是：

滿足各類節目的制作要求。

適應現代音樂制作方式。

符合演播室數字音頻標準。

演播室音頻標準AES/EBU，參數如表三。

量化比特16——20bit

取樣頻率30——50kHz

接口平衡卡儂/音頻電纜或BNC/75同軸電纜

音頻輸入電阻110/75

聲道數量1AEC/2AEC通道=2個/4個模擬聲道

傳輸特點AEC音頻碼流可以嵌入數字視頻碼流一同傳輸

表三演播室數字音頻標準

數字控制的模擬調音臺適合于演播室使用，不僅可以減少A/D轉換的數量，而且整個調音臺的技術指標也比較高。

三、數字系統的測試

數字系統測試的是作為圖象信號載體，由“0”、“1”碼組成的碼流。這些數據流在經過某個系統后發生的變化，及其對數碼流在后級設備中的再生的影響，是數字系統測試中的重要的事情。

數字系統的客觀測試包括以下內容：

測試數字信號的模擬指標，如信號幅度、抖動、噪聲、上升及下降時間等，這些可在眼圖上得到綜合反映。

數字指標，包括誤碼率、時基誤差等。

數字信號碼流結構的測試，尤其是各種加在行、場逆程期間的輔助數據的測試。

增強測試，也即系統安全性測試，測試數字系統中畫面開始走向崩潰的拐點，以及當前系統距拐點還有多少余量等。

系統設計中需要注意的問題

1、數字接口標準

數字系統各設備間通過數字信號串行數字接口（SDI）相連接。SDI接口是按ITU---RBT601-2數字分量演播室標準建議，為N制SMPCE（SMPCE259M）和PAL制EBU（TECH3267－E）采納的標準接口。接口接受來自并行接口經過修正的10bit信號，傳送比特率為270mb/s?？蓚魉?---8路數字音頻信號。用單根BNC電纜傳送，最長傳輸距離300米。由于SDI接口還是一種新型的、采用擾碼的NRII接口，因而被世界上眾多數字視頻生產廠家普遍采納。在其生產的視頻設備輸出均留有SDI接口，把SDI接口作為標準視頻接口。對當今多種數據壓縮方式并存，存在不同壓縮數據傳輸的情況下，是十分重要的，它確保在4：2：2數字演播室環境下，使各數字演播室的不同的設備連成一個系統。SDI接口的使用也大大簡化了系統內部不同格式數據之間的轉換，為數字演播室視頻系統設計提供了方便。

2、定時和延時

在數字環境中并不需要準確的定時。因為數字系統的定時要求以時鐘周期、毫秒、行的數量級進行度量的，而不是以納秒級進行，而且通常不要求串行數字信號與時鐘周期的時間準確對齊，這就使得在數字系統中的定時問題變得簡單化。自動定時教正功能是輸入電路中的自動定時緩沖器實現的，一般數字視頻設備均具有這種輸入自動定時教正功能。數字切換臺的自動定時窗口大約是幾十微秒，在自動定時窗口的可調范圍內，自動定時窗口為所有輸入信號提供同樣的基準，這樣，輸入信號都有一個對稱的定時窗口，若所有信號源都落在這個窗口內，自動定時的特點就能使信號鎖定，并將輸入信號調整到精確狀態。所以，錄像機都可以直接接到切換臺上，這就大大簡化了系統調整，減少信號之間的定時誤差。

數字系統中，視頻信號經過帶內存儲器的設備后，相對于音頻尤其是模擬音頻信號會產生一定的延遲。一般來說，數字錄像機輸出的視音頻信號是同步的，切換臺的時延在幾行之間，而A/D、D/A、幀同步機、制式轉換器等所產生的延遲一般是一幀。只要合理安排信號流程，視音頻信號之間的延遲可以控制在難以察覺的范圍內。如能覺察到延遲，可在音頻系統輸出端加接延遲器，以拉齊視音頻信號的時延差。

數字演播室發展趨勢

1、多媒體和虛擬演播室

由于數字電視技術和計算機技術都是對0和1處理，使得電視技術和計算機技術能很好融為一體，非線性編輯、虛擬演播室，就是二者結合的產物。非線性是相對常規的線性編輯而言，它以計算機的可修改性。信號記錄的非順序性和操作方便性使得型號的插入、搜索等操作簡單快速。非線性系統編輯方式由于采用編輯菜單只對記錄在硬盤中的節目素材時間碼進行各種記錄操作而非直接對視頻信號進行合成，因此在經過多次編輯之后信號質量基本沒有損失。而進行線性編輯的模擬信號損失卻很大，且對磁頭有磨損，增加了節目制作的成本。所以非線性系統不失為進行節目制作的一種良好方式。非線性編輯系統包含了數字特技機、字幕機、編輯機、調音臺的功能。經過非線性編輯系統制作的節目直接輸出到數字分量錄像機，也可以進行D/A轉換后輸出到傳統的模擬復合錄像機，更可存在硬盤中通過網絡直接送播控中心播出。隨著演播室數字化技術及設備的發展，錄像機在傳統節目制作環境中的核心地位正在被非線編系統打破。因此，數字化制作環境中，非線性編輯將起著越來越重要的作用。虛擬演播室技術也已成為當今電視技術的熱點，虛擬演播室利用計算機技術生成三維運動的或靜止的場景，成功地解決了前景與背景之間的透視關系、比例關系，使合成的圖像有極佳的立體效果，可以達到以假亂真的地步。虛擬演播室不僅能提供虛擬場景，還能讓表演者走入（出）三維場景內，或者虛擬物體的后面。同樣場景內的虛擬物體可運動到表演者的面前或周圍，這一點和傳統的色鍵摳像有很大的區別。虛擬演播室可以進行異地人物采訪。利用外來的視頻信號直接進入虛擬演播室系統，與現場主持人結合進行實時的、面對面的采訪。在虛擬場景中，對虛擬物體（道具）的增加、刪除、移位是很方便的（和三維建模軟件有關），這為臨時修改創意提供了極大的方便。不僅大大節約了演播室的制景經費，而且使演播室資源得到了更充分的利用。

2、網絡化、智能化

演播室的網絡化，是與計算機數據壓縮、傳輸和網絡技術緊密結合的。按照這種技術，攝像機和話筒等前端信號獲取設備會將所得圖象和聲音信號直接轉為數字信號，并可以按照一定格式進行壓縮，然后通過網絡傳給后繼設備，當設備之間很近時，也可以選擇不壓縮而直接通過網絡傳送，使演播室網絡化。

隨著IT在節目制作中的廣泛應用，為使制作更快捷，獲得更多的高質量節目信息，數據處理和傳送技術面臨新的挑戰。以往演播室的“數字島”技術已讓位于計算機集成網絡制作系統。已開發出大量的軟硬件產品，通過PC實現廣播質量的視頻和音頻數據處理，新開發的網絡基于光纖通道（FC）和串行存儲結構（SSA）“多發送端”技術，可確保一組PC基工作站訪問共享普通磁盤存儲器的子系統，而不使用普通的視頻服務器，借助于經濟的數據集線器，用戶計算機和共享磁盤存儲器的智能子系統之間已可實現高比特的通信（1Gb/s），還有開發了適于節目制作應用的智能單元布線的方式（銅纜和光纜）和合適的“多發送端”技術“服務器軟件”，以控制和管理數據，因而確?？蛻魴C和共享磁盤存儲器子系統之間的實時同步對話。最后，“多發送端”技術確保有足夠的數據處理及傳送的技術容量?；谝陨螴T技術，實現演播室的無帶制作環境。