高清后期制作系统

高清后期制作系统（精选7篇）

高清后期制作系统 第1篇

1 什么是低成本的高清

数字高清的标准有1080/50i和720/50p (对传统PAL制地区) , 我国数字高清演播室标准是1080/50i。按照高清电视16∶9的宽高比, 这个标准也可以解释为19201080/50i;按照4∶2∶2的演播室标准数字分量取样, 和10bit (最小8bit) 量化, 每个高清视频流可产生超过800Mbps以上的数据流量, 这个数据量对演播室主要设备摄像机, 监视器, 切换台, 录像机都提出相当高的要求。满足这个标准的摄像机CCD, 就应该有200万以上像素, 高端的数字录像机也有200Mbps以上的记录码率。这是当前经济型设备所望尘莫及的。然而, 格式或制式只是规定了电视的显示方式或电视制作设备可以达到分辨率的上限, 或者说, 满足这个标准就可以播出和收看。对于1080/50i和720/50p只是规定了扫描方式, 场频和行频, 并没有规定场和行的内容, 也没有规定必须达到的水平和垂直清晰度, 或者说是规定了清晰度的上限而不是下限。比如对于1080i, 既有19201080, 也有14401080, 甚至还有12801080。标清 (720576) 节目也可以转换成高清 (19201080) 播出, 并以高清的形式收看。

从标清到高清, 空间信息从720576提高到19201080或1280720;时间信息从50i提高到50p, 信息量成倍地增加, 尤其是空间信息, 是一个很大的信息空间。不同质量的高清, 都可以存在于这个空间里。这个空间, 显然是经济型高清和低成本高清生存的空间。高清节目也有不同的表现方式, 质量不一定都达到高清标准的上限, 重要的是用户是否能够接受。就像当年标清时代有很多格式的录像机, 代表了不同的技术质量。

我们在这里所讨论的低成本技术, 是以获得应用领域的技术优势、节目的整体效果和效益为前提, 而不是以牺牲节目质量换取低价格为前提。对于低成本的高清演播室, 是要考虑保证技术质量与使用性能首先要满足节目的要求, 价格当然是考虑的主要因素, 但低成本是一个宽的范畴, 是相对的, 而不是绝对的。低成本不是简单的设备低成本化, 应该考虑整个节目制作工艺流程, 通过提高制作效率、简化工艺流程, 使综合成本降低, 同时保证节目数量和质量。简单地说, 低成本高清制作系统是由各种低成本高清设备, 如摄像机、切换台、录像机、监视器等组成, 这些设备都是以适当的形式搭配, 满足必须的使用功能, 并且节目质量能够体现高清最重要的特点, 并被大多数观众所接受。

2 低成本高清演播室和现场节目制作系统的定位

我们现行的电视节目制作方式一般有两种:一种是ENG现场拍摄+后期编辑, 目前大部分已经采用非编, 这种方式也是电影、电视剧、纪录片、电视专题节目最常用的制作方式;另外一种就是EFP/ESP现场节目制作 (演播室或其他节目现场) 。EFP/ESP现场节目制作方式采用多台摄像机同时拍摄、切换台现场切换、直接录制为节目母版。与“ENG现场拍摄+后期编辑”的方式相比, EFP/ESP方式最大的特点就是能够在短时间内生产大量的节目。

随着2008年北京奥运会临近, 我国将首次全部采用数字高清晰度电视标准制作传输电视节目, 实现奥运转播史上零的突破。届时, 来自全球的众多新闻媒体将齐集北京, 除大量的ENG (新闻采访) 制作外, 更多的会用到EFP/ESP来进行大部分节目的录制。通常大型电视台都会选择标准广播级的设备来满足大型电视现场制作对信号质量及制作规模的需求, 但这样的系统投资大, 便携性能差。而对于大多数普通用户来说, 能否搭建一套低成本的高清系统来满足小规模制作要求, 并且兼有系统灵活性, 这就是我们下面要探讨的问题。

(1) 低成本高清切换台

低成本高清系统技术核心是使用小规模的切换台, 信号调度比较简单, 使用ENG摄像机兼做演播室应用, 信号质量主要取决于摄像机的质量, 部分监视信号可下变换成标清用普通监视器监视。

目前, 对于我们实际工作中日常EFP节目的录制我认为比较实用的可以采用SONY的Anycast Station切换台 (图1) , 或者是使用datavideo SE-1000切换台 (图2) 。

Sony的Anycast Station节目制作系统包括一个高质量的6路视频切换器、6通道混音器、特效发生器、预监及节目监视的LCD显示器、Sony VISCA接口自动摄像机的控制器、以及用于网上广播的流编码器和服务器。所有这些部件全部集成在一个公文包大小的机箱中, 尺寸大约只有笔记本电脑那么大, 这样使我们在不使用时存放起来非常方便, 并且这种All-in-one的设计避免了多余的连线、复杂的信号调整和设置, 让我们的操作控制变得简单易行。简单的说, 在我们EFP节目录制中带上一台这样的切换台就可以使整个实况现场发生的每一件事情在一个屏幕上显示出来, 无需昂贵的内部辅助总线, 也无需占据大量外部空间的监视器。这样, 我们可以在任何需要的地方使用它, 使我们的工作人员也可以降到最少。

另一个是SE-1000切换台, 它具备五个HD-SDI讯道, 连接具备HD-SDI输出端口的便携高清摄像机, 如佳能XL H/XH G1、JVC HD251以及Sony专业光盘高清摄像机F350P等机型, 只需几十万元就能够现场制作高清节目了。输入通道中还包括一路DVI输入, 可连接台式电脑或笔记本电脑, 利用普通电脑输出高分辨率图像, 不但可以参与切换, 还可使用键功能实现标志图像的叠加, 这样就省掉了一台高清字幕机的投入。为了进一步降低这种高清EFP/ESP制作系统的成本, 为每一个HD-SDI输入通道提供标清预监输出, 这样就省掉了五台高清监视器的投入, 使用标清监视器监视高清信号对节目制作的影响是有限的, 对使用ENG摄像机和多功能摄像机的系统, 摄像机的调整是由前端控制的, 是参照摄像机本身的监视器来完成的, 监视部分信号。后台监视器只是作为切换节目的参考信号, 所以使用标清监视是可取的。

(2) 低成本高清摄像机

摄像机是电视图像的源头, 在现场节目制作系统中, 因为它的价格贵, 数量多, 并且影响着整个系统的工作方式, 所以其重要性不容忽视, 是系统配备时最重要的因素。传统的演播室摄像机都是广播级高档摄像机, 它的性能优秀, 但价格昂贵, 对于低成本应用是最大的障碍。现在ENG摄像机也有HD-SDI输出的机型, 能够输出高质量视频信号, 提示、通话和返送视频通道可以由专门的系统集成商来完成。所以, 低成本高清现场节目制作系统应该在不使用专门的演播室摄像机和摄像机CCU的情况下, 也能够完成演播室摄像机的主要功能。使用各种HDV摄像机, 信号质量主要取决于摄像机的成像质量。对这样的摄像机, 信号质量受环境的影响比较大。作为系统的组成部分, 摄像机必须具有通用的数字接口HD-SDI。目前, 市场上有两大类高清摄像机可供选择。

第一类是多用途高清摄像机, 这类产品通常具备较小的体积, 搭配专用的云台和遥控器, 还可实现远距离控制, 典型产品有Panasonic AK-HC1500与Sony HDC-X300等。

第二类是高清摄录一体机, 这类产品是一般为满足ENG/EFP等多种应用设计的, 典型产品有Sony PDW-F330、Panasonic AG-HPX550、Thomson Infinity DMC等采用新介质的摄录产品以及JVC GY-HD251EC、Canon XL H1/XH G1等HDV格式的摄录产品 (图3) 。上述摄像机虽不能提供完备的EFP摄像机系统所具备的提示、通话、返送视频、遥控等功能以及专用的三同轴电缆或光缆, 但对于低成本、小规模的现场制作系统来说, 有些功能可由其它产品代为实现, 而且在适当的距离内, HD-SDI的传输质量是有保证的。HDV这种称为低成本的高清技术将昂贵的高清节目制作成本降低到普通标准清晰度节目的水平, 为高清晰度摄像机的拍摄和后期制作设备的逐步推广奠定基础。截至目前, 已有55家公司宣布在自己的产品中支持HDV格式, 其中不乏像Avid、Apple、Canopus在内的一些主流编辑设备提供商以及像Leitch这样的重要周边设备厂家, 这样使得低成本制作高清ENG节目也成为可能。

随着便携高清摄像机的普及, 我们就可以很方便的使用这些便携高清摄像机和前面提到的切换台来搭建出性价比非常高的高清现场节目制作系统。并且专业的HDV小巧的体积便于携带, 更容易深入生活进行真实的采访和报道, 同时结合更为高效的节目制作流程, 记者和摄像可以合而为一, 配合移动非编系统就能进行后期编辑处理, 不仅提高了工作效率, 而且增强了新闻报道的实时性。现在这些设备已经在好多电视台进行实际应用, 同时大家也利用HDV成功探索出了一条低投入高产出的节目制作之路。

(3) 录像机

此外, 录像机也是现场制作系统中的重要组成部分而且是系统的最终记录设备。因为系统设备都是数字高清输出, 所以也要求录像机具有HD-SDI接口。录像机受体积与成本的限制, 也有三种方案可供选择。第一种方案是具备HD-SDI输入的小型磁带录像机, 如Sony PDW-F70、Panasonic AJ-HD1400、Thomson Infinity DMR等产品;第二种方案是一些具备HD-SDI接口的硬盘录像机;第三种方案是使用HDV录像机搭配HDV编码器, 编码器可将HD-SDI输入的原始高清信号转换为符合HDV标准的MPEG-2数据流, 并通过IEEE 1394接口输出给采用磁带或硬盘的HDV录像机。

(4) 直接使用非编进行现场采集的可能性

笔者考虑采用高清录像机的方案投资较高, 所以我们能不能用非编进行采集呢, 一种方式是采用I/O HD的视频接口盒, 它具备标清、高清SDI/HD-SDI输入输出, 并可硬件编码为苹果Pro Res 422格式文件, 然后通过1394b即Firewire 800接口传输到苹果电脑中, 使用Final Cut Pro6进行采集。Pro Res 422格式的文件码流为140～260Mbps, 使用笔记本电脑内置硬盘和移动硬盘模块都可以正常采集。这样就使得在苹果笔记本上采集和编辑来自HD-SDI接口的高清视频成为现实。

另一种方式是直接用非编实现现场采集。目前有一款MINI-IO非编工作站, 采用定制的小型机箱和7英寸显示器 (不使用时显示器可隐藏在机箱中) , 可选BIackmagic Design的Deckllnk系列标高清SDI/HD-SDI接口非编卡。如果采集为Motion-JPEG高清视音频文件, 帧大小为全分辨率19201080像素, 码流为100Mbps左右, 能够满足高品质的数字电影、MV、广告之需, 并且只需使用内置SATA硬盘就能正常记录。如果要采集为不压缩高清文件, 就要配合外置的高速磁盘阵列了。

(5) 监视器

监视器是系统应用中变数比较大的, 一个4或6讯道的现场节目制作系统, 往往要求有6～10台监视器, 如果都采用大屏幕的高清监视器, 系统的体积就很大的。在实际使用中, 现场的需求是有很大区别的, 可以根据使用的摄像机的不同来灵活掌握。如果是使用低成本摄像机或HDV摄像机, 部分监视信号下变换到标清监视是可行的。

另外, 就像我前面提到的SE-1000切换台就为每一个HD-SDI输入通道提供标清预监输出, 这样我们就可以省掉五台高清监视器的投入。使用标清监视器监视高清信号对节目制作的影响是有限的, 对使用ENG摄像机和多功能摄像机的系统, 摄像机的调整是由前端控制的, 是参照摄像机本身的监视器来完成部分信号的监视。在EFP条件下, 后台监视器只是作为切换节目的参考信号, 所以使用标清监视是可取的。

3 结束语

如何在这样的大环境下, 以最小的投资, 以最小的风险实现社会效益与经济效益双丰收, 已经成为电视行业普遍关注的问题。低成本高清系统出现的更大意义是抛砖引玉, 正向前面所论述, 高清是一个很大的范畴, 可以容纳更多的内容, 相信围绕低成本高清这个思路, 会有更多更巧的创新出现。

摘要：随着数字高清的普及以及今年北京奥运会的临近, 能否搭建出一套经济实用的高清现场节目制作系统来满足小规模、高效率的制作要求, 并且兼有系统灵活性是我们越来越关心的问题。本文就来讨论在以获得应用领域的技术优势、节目的整体效果和效益、不牺牲节目质量换取低价格的前提下来搭建低成本的高清EFP系统。其中各种低成本高清设备如摄像机、切换台、录像机、监视器等都是以适当的形式搭配, 来满足必须的使用功能, 并且节目质量能够体现高清最重要的特点, 被大多数观众所接受, 这就是本文的目的所在。

高清后期制作系统 第2篇

从电视节目的制作播出流程来看UHDTV同HDTV一样, 也可以分为采集收录、制作存储、播出分发及终端接收这几个主要环节, 目前这些环节的关键技术设备已经完全可以搭建支持UHDTV的技术支撑平台。信号传输是影响4K现场制作系统架构的主要因素。UHDTV基带信号传输的技术实现有三种方法:一种是电传口 (Cable) , 另一种是光传口 (Fiber) , 还有就是通过IP传输。通过实验数据我们可以看到采用铜缆传输高清数据, 最多可以传输300米, 但在电视台内部的实际应用部署中, 最多就是150米, 但是如果要传输12G b p s的U H D T V的数据, 在实验室中也只能达到60米, 实际应用中会更低, 所以依靠铜缆传输UHDTV会有很大局限性。当然业界也还在继续研究改进铜缆技术, 因为对于电视台台内来说, 可能几十米的传输距离已经可以满足大部分的需求, 同时光缆传输也已经有了相关技术标准。另外, 工业界也都在考虑用IP技术来承载SDI信号。当然, IP传输也面临很多挑战, 传统电视台对信号传输和应用有全程精细化控制的要求, 需要实时及带宽保证、同步/嵌入等系统适配。

在信号传输方面, 4K的分辨率为3840×2160, 需要传输的数据量是非常大的, 传输方法现在有两种, 一种是SQD方式, 即把画面分为4个部分, 每部分都是1920×1080。这样的好处是每一路信号都是一个局部, 在拼合时只需要识别每路信号是画面的哪一部分;缺点是必须同时获得4路信号才能组成一个完整画面, 会产生帧延时, 而且画面之间的十字缝还需要处理。另外一种方式是2SI方式, 这种方式没有帧延时, 全幅画面可以通过一路链路监看到, 在传输中必须告知接收方采用的传输方法。

3G-SDI的种类:

3G-SDI Level A:HD-SDI的传输码率单纯作2倍, 将1080/25P转换成1080/50P;

3G-SDI Level B:将HD-SDI Dual Link每个取样点交互性的嵌入形成。

二基于4路3G-SDI架构的现场制作系统

索尼从2013年开始, 与国外多家电视媒体及专业转播公司合作, 进行了多场超高清4K现场制作, 包括法国网球大师杯、巴西联合会杯、欧洲足球冠军联赛及2014年巴西世界杯的4K现场直播。索尼4K现场制作系统是基于4路3G-SDI架构的典型应用, 该系统利用具备3Gbps处理能力的高清切换台、视频矩阵和周边设备与索尼的4K摄像机讯道系统进行整合, 实现完整的4K超高清系统架构。4K超高清现场制作系统和传统高清现场制作系统在通话、同步及时钟系统上基本相同, 最大的差别在于4K视频信号由4个3G-SDI信号组成, 所以每个信号的传输都需要4根视频线, 摄像机和监看系统在设备和设置上均与传统高清系统有很大不同, 并且矩阵和Tally系统需要在软件设置上进行更改, 切换台也需要设置在4K模式下工作。

1. 索尼4K摄像机系统

索尼4K摄像机的CCU部分与传统的高清系统不同, 是由HDCU-2080和BPU-4000两部分组成。HDCU-2080 (支持3G处理) 就是高清摄像机基站, 负责传输和接收通话、返送、Tally、RCP控制信号, 通过传统摄像机控制面板RCP-1500即可以完成所有摄像机的设置工作。可通过菜单选择输出3G-SDI信号或HD-SDI信号给技术区监看和示波器。BPU-4000通过短光缆连接HDCU-2080, 能够同时输出3G高清信号和4K超高清信号。通过对PMW-F55摄像机加装摄像机光缆适配单元CA-4000, 使F55支持SMPTE标准光缆传输, 在后端通过基带处理单元BPU-4000将光缆传回的4K信号解回4路3G-SDI的基带信号, 再进入系统。这个处理过程的关键在于4K (50P) 基带信号传输需要12Gbps带宽, 而普通SMPTE光缆带宽上限为10Gbps, 理论上无法支持单光缆传输4K信号。CA-4000将F55送出的4K信号转换为无损压缩的16bit RAW文件 (3Gbps@4K 50P) , 这样就可以用普通光缆进行传输, 通过BPU-4000再将RAW文件解回到基带信号, 这样就实现了4K (50P) 的远程传输, 剩余带宽还可以用于音频、通话等其余信号的传送。

2. 索尼4K切换台系统

索尼4K现场制作系统采用的是Square Division 4K方式, 直观上讲就是将画面上下左右分成4个3G-SDI信号。切换台为Sony MVS7000X 4K切换台, 每个4K讯道出4路3G-SDI信号进入切换台, 切换台将4级ME合成1级4K, 4级ME同时处理4路3G-SDI信号, 来实现4K的切换。MVS-7000X在开启4K模式后, 自动将4级M/E绑定, 每四路信号输入通道合并为一路4K信号。在切换台面板上只需将4K四个通道的第一路指派给交叉点, 即可同时切出其余三路信号, 实现4K格式下4路3G-SDI同时切换。

以2014年世界杯为例, 4K信号记录是电视4K标准3840×2160 59.94P, 从现场转播车直接传送给全球的4K持权转播商 (购买FIFA 4K版权) 。虽然已经有了HEVC (H.265) 编解码器, 但是考虑到不同收视方的情况, 最终采用4K拆分成四路高清信号的方式, 每一路高清1920×1080 59.94P通过MPEG-2 4:2:210bit标准压缩为21Mbps, 四路总计84Mbps。将这四路信号通过多路复用后调制上星, 通过卫星分发到不同位置的接收端。这其中需要严格保证四路高清信号相互间的延时量不能超过0.5ms。

三基于IP信号处理架构

现在如果传输一路4K信号, 需要4条铜缆或者2条光缆, 未来如果推广UHDTV2 8K分辨率的视频, 一路信号则需要8根光缆或16根铜缆, 负担非常大, 而且相关的设备为专有设备, 价格会非常昂贵。因此, 目前工业界也都在考虑用IP技术来承载SDI信号, 相关的技术标准是SMPTE 2022, 该标准共分7个包, 信号的部分是2022-6, 来支持SDI基于IP的传输。

1. 基础架构的发展方向

基础架构技术面临变革, 从模拟到数字、标清到高清时行业对技术发展方向有高度共识, 目前行业对基础架构技术发展方向还未达成高度共识;基础架构IP化是不是大势所趋?多数人认同IP化方向, 部分人不认同。对IP化的共识, 用RJ-45或光纤接口/10G以太网取代BNC插头/同轴电缆;用IP交换机取代SDI基带矩阵。在IP化采用哪种协议的问题上分为AVB与SMPTE两个阵营:AVB必须使用能透传时钟的time sensitive (time-aware) 专用交换机, 在SMPTE阵营内对使用专用还是通用IP交换机又有不同看法:以Evertz为代表的厂商使用为传输视音频信号设计的专用交换机, 以Sony为代表的厂商使用通用交换机。没有行业共识怎么办?不同的看法只能通过行业标准进行协调, 最终取决于方案是否被行业内大多数成员接受, 用户的选择是决定性的。

在IP化架构中, 视频、音频, 输入、输出, 同步、控制等接口都被整合为RJ-45或SFP+ (Small Form-facto Pluggable Plus, 光纤接口) 。

10G以太网双绞线连接采用10GBASE-T标准。IEEE802.3an标准;RJ-45插头 (8P8C, 4对双绞线) ;6类 (非屏蔽) 双绞线传输距离55米, 超6类 (非屏蔽) 或7类 (屏蔽) 双绞线传输距离100米, 与同轴电缆传输HD-SDI/3G-SDI信号时距离相当;成本比光缆传输低得多, 可满足小型演播室、转播车系统内部连接要求。SFP+接口使用单模光纤时传输距离10, 000米。

因为存在通信开销, 以太网的净带宽 (Payload) 小于标称值, 以太网净带宽一般为标称值的50-80%。10G以太网的净带宽:采用通用硬件 (交换机) 时净带宽为标称值的60%, 可用带宽大约6G, 可满足4×HD-SDI基带;2×3G-SDI基带;1×4K/30P基带, 1×4K/60P浅压缩。采用专用硬件 (交换机) 和专用SDN时净带宽可达标称值的90%, 可用带宽大约9G, 可满足6×HD-SDI基带;3×3G-SDI基带;1×4K/60P浅压缩 (或基带) 。采用压缩编码技术 (例如小波算法) 降低码率后可以使用1G (千兆) 以太网, 每个1G以太网端口可支持多至4个HD-SDI压缩码流。

2. 以太网实时传输视音频数据协议

(1) AVB (Audio Video Bridging)

IEEE (Institute of Electrical and Electronic Engineers, 电气与电子工程师协会) AVB标准, 包括IEEE802.1AS、Qat、Qav、IEEE 1722等标准。

支持AVB的广电设备制造商包括Axon、Avid、BARCO、Dolby、YAMAHA、SENNHEISER、SHURE、RIEDEL等。

已经有支持AVB标准的产品在市场上销售。

(2) SMPTE 2022

SMPTE (Society of Motion picture&Television engineers, 美国电影电视工程师协会) 2022-1、2、3、4、5、6、7等标准。

支持SMPTE 2022的广电行业制造商包括Sony、Grass Valley、Evertz、Imagine、Harmonic、Snell、Panasonic、ROSS、NEC、EVS等。

已经有支持SMPTE 2022标准的产品在市场上销售。

3. IP现场制作系统架构

(1) IP化基础架构关键技术

z同步:在以太网中实时、准确地传输同步定时信息;

基带或低延迟编码传输:在以太网中传输基带或低延迟编码视音频数据;

帧精度净视频切换 (Frame-accurate clean video switching) :确保切换点位于第7行 (高清信号) ;

网络冗余备份 (Seamless protection switching or Hitless failover) :利用网络拓扑结构确保数据传输安全;

软件定义网络 (SDN, Software Defined Networking) :IP化基础架构技术的核心, 让IP交换机完成基带矩阵的工作;

基于IP的AV矩阵:在SDN管理下IP交换机完成AV矩阵的工作。

(2) 帧精度净视频切换

多路传输采用以太网组管理协议 (Internet Group Management Protocol, IGMP) 时一般以流的数据包为单位切换。以太网交换机不知道视频帧的分界, 以流数据包为单位切换时切换点可能处于视频帧中间, 造成切换点画面紊乱。以太网交换机不知道应该在视频帧的什么位置切换。

AV B:AV B专用交换机具备I P传输净视频切换功能;

SMPTE:SMPTE 2022-6定义了实现帧精度切换的方案。

四IP架构制作系统的进展

1.4K编码方案

10G以太网带宽不能传输4K/60P基带信号, 必须采用压缩编码降低码率;SMPTE 2022对4K没有明确定义, 在SMPTE阵营内对4K编解码方案有不同选择。

已经发布的4K编解码方案包括:

Evertz:Evertz采用SMPTE 2022建议的J2K (JPEG2000) ;

Sony:采用Sony开发的LLVC (Low Latency Video Codec) , 支持的厂家包括Evertz、Imagine、Tektronix、Harmonic、matrox、TOSHIBA、LEADER、ORAD、vizrt等;

TICO联盟:采用intoPIX开发的TICO, 支持的厂家包括Grass Valley、Imagine、NEVION、ROSS、ARTEL等;

VC2联盟:包括BBC、Snell/Quantel等厂家组成的联盟采用BBC开发的Dirac, 也称为VC2;

Panasonic:IBC 2015上宣布, 与GV战略合作, 编码采用TICO, 以及H.264、H.265。

实际上J2K、LLVC、TICO、VC2都基于小波算法, 大同小异, 但基本参数不同, 在SMPTE 2022的框架内不能直接互通。

2. SMPTE 2022-6已经成为高清基带传输的行业标准

所有SMPTE阵营的厂家都声称支持SMPTE 2022-6, 但是仍然不能实现IP域直接互通互联, 有两个原因:

第一是打包方式, 索尼NMI的打包方式与ST 2022-6不同, 视频/音频/元数据分开打包, 已经向SMPTE提出对ST 2022-6的修改建议, 正在等待;Evertz ASPEN的打包方式与ST 2022-6不同, 视频/音频/元数据分开打包, 已经向SMPTE提出对ST 2022-6的修改建议, 正在等待。

第二, 即使打包方式相同, 不同厂家采用各自的SDN, 仍然不能在IP域直接互联互通。

EBU展示了VRT系统, 不同厂家的ST 2022-6在IP域通过Gateway实现了互联互通。

摘要：本文介绍了超高清信号的传输方式及存在的问题, 目前普遍采用的基于4路3G-SDI架构的4K现场制作系统的基本构成。另外, 对以太网实时传输视音频数据协议、IP化基础架构关键技术、基于两种架构的4K现场制作系统、AVB与SMPTE 2022系统之间的连接、IP制作系统进展等方面也做了介绍。

高清后期制作系统 第3篇

1. 高清电视的概况

1.1 高清电视的优点

随着我国相关部门的大力推广, 当前高清电视已经走进了千家万户, 高清电视媒体资源制作在欧美国家应用已比较广泛, 在2006年, 就已经开始在世界杯上推广应用, 而我国2008年北京奥运会全部采用高清媒体资源制作。上个月, 英国电信的接入部门Openreach就宣布, 作为其超高速宽带计划的一部分, 将在月底实现光纤网络接入到英国500万栋楼宇。根据这项耗资25亿英镑的计划, 英国电信的超高速宽带网络将在2015年覆盖英国2/3的家庭和企业。区别常规标准清晰度电视媒体资源制作, 高清电视媒体资源制作在声画方面的技术优势使它能够充分还原一个最接近现场的效果。真正的高清电视, 观众在3倍图像高度的距离上观看高清节目时, 收视感受类似于观看真实景物, 画面质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平, 图像清晰度可达到DVD两倍以上的水平。16:9的宽屏幕画面, 也更符合人眼的视觉习惯。其次, 高清电视媒体资源的立体声能使各种声音被充分捕捉, 对于最大限度追求现场效果的用户绝对是一种震撼。同时开展高清电视制作是为高清电视开播积累节目、是技术储备、锻炼队伍, 提高电视节目制作水平的重要措施。但是我们知道, 高清电视媒体必须有相当数量的节目支持, 现在全国各电视制作机构的高清电视节目的制作数量仍然很少, 导致媒体资源缺乏。

1.2 高清电视的的特点

高清电视是用户真正获得高清晰度电视服务的综合性概念, 需要具备的基本要素为:高清电视机、高清机顶盒、高清传输通道以及高清电视节目。其中符合标准的高清电视机必须要同时满足至少六个条件, 即 (1) 能接收、解调由高清晰度信号调制的射频信号; (2) 图像清晰度上, 广电总局于2009年12月指出其图像清晰度必须在水平和垂直方向上均大于等于720电视线; (3) 高码率成为高清电视媒体资源的另一个重要特点, 主要是指能解码、显示19201080i/50Hz或更高图像格式的视频信号; (4) 图像显示的宽高比为16:9; (5) 要能输入、处理和显示其他的图像格式如720576等; (6) 要能解码、输出数字电视声音[8]。

2. 低成本高清电视媒体资源制作系统的设计与应用

2.1 传统设计与应用措施

(1) 双主机切换措施

双主机切换措施是采用由一个控制面板同时控制两个主机的方式, 一个为标清信号通道主机, 一个为高清信号通道主机。它的优点是可同时获得标清、高清信号, 标清与高清信号可同步切换, 不存在转换损耗和信号延时。其缺点是由于采用双切换主机, 导致成本增加, 不符合低成本高清电视媒体资源制作系统的设计与应用的要求。

(2) 单主机双系统措施

单主机双系统措施采用高/标清兼容切换台, 一台切换台主机同时具有高/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。其优点是高/标清信号能同时接入系统, 从而操作比较方面。缺点也是由于标清、高清信号同时接入系统, 导致成本增加。另外, 在系统中也可以加入高标清兼容的矩阵以解决兼容问题。

2.2 低成本高清电视媒体资源制作系统的设计与应用

(1) 设计与应用标准

我们知道, 低成本高清电视媒体资源制作系统的设计与应用的一个主要问题就是需要在高清电视媒体资源录制过程中会需要用到有价值的标清媒体资源, 这就需要系统能够提供一套高标清信号可以同时输入井自由切换调用的解决措施。我们在本系统设计中, 采用美国GE公司的混合/效果切换台, 该切换台支持标清、高清信号同时输入, 其全面采用Wideband宽带硬件, 能处理HD/SD的信号, 同时采用独特的像素内插技术和非编的分辨率独立技术, 像素内插技术, 组成了格式融合技术, 从而形成高清画面。

(2) 系统特点

首先, 不同格式信号同时输入:混合/效果切换台是一个多分辨率的多格式切换台, 在保持所有输入信号在切换台内部总线中都是保持原来格式的同时, 能直接输入高清16:9和标清4:3的信号。

其次, 多种信号同时调用输出:混合/效果切换台具能是把不同格式的视频融合在一起, 从而使切换台可以随意调用内部总线中不同格式的信号输出。同时当前网络的快速发展为媒体资源提供了大量的来源和平台, 而我国正在推行的“三网融合”是为了实现网络资源的共享, 避免低水平的重复建设, 形成适应性广、容易维护、费用低的高速宽带的多媒体基础平台, 实现手机、电视、计算机等不同类型的产品在功能上交叉融合, 比如手机上可以实现电视机和电脑的功能, 比如手机电视、手机上网;电视上也能实现电脑和手机的通讯等功能;计算机也具备电视机、手机的功能, 三网的融合是国家信息网络建设的巨大进步, 在欧美、日韩等发达国家已经先行实现融合。比如JAV智能电脑电视自今年3月上市, 取得了非常好的市场效果, 产品供不应求。同时系统中的数字视频压缩技术使得带宽的利用率更高并且有更强的网络适应性;摄像机视角方面也将有很大的改观和突破, 如静止的机位模式将改变为自适应的切换模式、固定的相机视野将改变为广角鱼眼并由软件修正、单一镜头采集方式改变为多个分镜头采集并组合显示等, 形成了更加逼真的效果。

3. 结束语

总之, 本文的低成本高清电视媒体资源制作系统的设计与应用可实现高标清同时输入、高标清同时输出和高标清同步切换的功能, 也建设了一个低成本高清电视视频资源库, 能是为广大用户提供电视素材的支援。

参考文献

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[2]国家广播电影电视总局.GY5075-2005.城市有线广播电视网络设计规范[M].北京:中国广播电视出版社, 2005.

[3]霍云.64QAM调制与模数整体平移[J].有线电视技术, 2005, 12 (9) :74-79.

[4]赵培忠.高清电视前端设备及技术浅谈[J].有线电视技术, 2007, 7:56-57.

[5]丁立勇.高清电视产业发展前景[J].中国集成电路, 2005, 12:79-80.

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[7]张琦、张衡, 电视数字播控技术[M].北京:中国广播电视出版社, 2010:142-153.

高清后期制作系统 第4篇

高清化是电视技术的一场革新, 因此也带来了一些新的技术课题, 笔者挑选了高清制作系统中的两个热点技术问题进行探讨:声画同步和高标清的上下变换。

2 声画同步问题

声画同步问题在标清时代就已存在, 不过由于相对延时量较小, 没有像高清时代这么突出。迈入高清时代后, 由于信号种类增多, 高标清信号源共存, 音频引入杜比E编解码, 系统中增加了处理延时的环节;另外, 在制作域中视音频分开处理的环节依然较多, 若各设备延时控制不当, 极易产生声画异步累计并超出人类可察觉门限, 因此在系统设计调试时对声画同步问题必须予以高度重视。

早在1998年ITU就发表了声画同步的推荐标准ITU-R BT.1359-1 (1998) 。根据建议, 电视广播声音和图像相对定时的总容限应不超过+90ms和-185ms, 主观可察觉门限大约为+45ms和-125ms。人类对声音超前图像更加敏感, 而在信号处理过程中声音也往往是超前图像。

2.1 高清制作系统中声画异步的产生

在制作系统中, 声音跟图像大都分开进行处理, 由于图像和声音处理设备延时不一致, 往往导致系统中累计的图像和声音相对定时差异较大。在高清制作系统中, 很多设备都会显著带来处理延时, 延时量在1帧或1帧以上。

视频信号在系统中经过的处理设备主要有帧同步器﹑上变换器﹑切换台﹑加解嵌﹑下变换器等。音频信号则主要经过解嵌﹑调音台﹑加嵌, 甚至杜比E编码等。视频信号经过一系列设备处理后产生的延时更大, 会明显滞后于音频, 解决办法是对音频信号进行延时处理以匹配视频延时。图1画出了制作系统中 (转播车或演播室) 典型的视音频处理流程及设备延时。

2.2 声画同步的测量

最简单的方式是拍摄或播放一段口型明显的节目, 监看监听PGM信号来主观判断声画是否同步, 理论依据是人的声画同步主观感受门限特性。这个方法只能进行估算, 在有条件的情况下, 系统调试时还是要进行精确测量。目前测量声画同步常用Tektronix的信号发生器 (配备AV延时序列选件) 发送测试信号, 接收端用Tektronix的波形监测仪 (配备延时选件AVD) 进行延时测量, 测量方法如图2所示。也可以使用解嵌设备分别提取SDI视频信号和AES音频信号, 然后将它们以不同的传送路径分别送往被测系统。

3 上下变换问题

3.1 高清下变换和标清上变换

现阶段高清节目制作中不可避免地会用到标清素材, 而高标清同播也将作为高清转换过程中的一种过渡状态会持续很久, 因此在现阶段的高清制作中, 节目的上下变换是一个不能回避的环节。

通常将标清到高清信号的变换设备称为上变换器 (Up Converter) , 高清到标清信号的变换设备则被称为下变换器 (Down Converter) , 还有的设备同时具备以上两种变换功能称为交叉变换器 (Cross Converter) 。上下变换器有软件和硬件两种方式, 软件方式主要是非线性编辑软件, 另外就是文件转码设备, 这种方式适合对文件化记录的素材进行格式转换, 但在演播室或转播车等直播环境中大量应用的还是基于硬件的转换设备。图3是上下交叉变换器的信号处理流程。

在信号处理流程中, 去隔行和重采样是整个上下变换中最关键的环节, 这两个环节的算法和精度决定变换的图像质量。目前, 国内的高、标清电视扫描方式都是隔行扫描, 进行高标清之间的上下变换, 要对图像进行缩放处理。

缩放处理之前, 首先要把隔行的两场画面合成一个完整的图像帧, 由隔行变成逐行, 这就要运用去隔行技术。去隔行的算法可以分为四类:单一场去隔行、场间去隔行、运动自适应去隔行和运动补偿去隔行。前面两种去隔行算法对动态图像的处理都不够理想, 目前在广播级领域常用后两种算法, 处理效果最好的是运动补偿去隔行算法。运动补偿算法很复杂, 其去隔行处理的基本原理是通过运动估计找出临近场最匹配的块, 计算出运动矢量, 在运动轨迹上进行插值来重构帧。采用运动补偿算法还原的图像能够很好地保持原图像的垂直清晰度, 这个优势对快速运动画面处理具有重要意义, 因此在体育类节目信号的转换中应用广泛, 但硬件比较昂贵。

在去隔行之后, 接着就要对图像进行重采样处理, 从标清到高清转换需要进行内插处理, 从高清到标清转换则要对原有信号进行抽取滤波。标清上变换是从低分辨率到高分辨率, 需要在原有图像像素中采用合适的插值算法, 插入新的像素来提高分辨率。评价插值算法的好坏, 主要看处理后的图像轮廓和纹理是否清晰平滑。

高清下变换是从高分辨率到低分辨率的转换过程, 从频谱的角度来看, 下变换器也相当于一个低通滤波器, 对于高清信号的高频部分要滤除。在高清下变换过程中, 为了防止出现混叠干扰, 需要按照奈奎斯特取样定理对高清视频进行数字滤波压缩带宽。下变换滤波器的带宽选择, 需要在图像清晰度和出现混叠干扰之间寻找平衡点, 当高频细节滤除得过多, 画面会比较“软”, 主观清晰度不够, 带宽过宽, 高频细节会保留得更多, 清晰度会增强, 但画面容易出现混叠干扰。

宽高比转换是指高清16:9到标清4:3的幅型相互转换, 上变换有加边、切边、拉伸三种模式, 下变换有信箱、切边、挤压三种模式, 常用变换模式如图4所示。

(1) 高清下变换模式分析

信箱:原画面上下加黑边, 保留了原始画面内容, 内容比例正常, 上下各空12.5%。

切边:原画面左右两侧各被切12.5%, 损失了一部分画面内容, 但画面内容比例正常。

挤压:将原画面横向压缩, 保留了全部画面内容, 但画面产生变形。

(2) 标清上变化模式分析

切边:将原标清画面上下各切12.5%, 画面内容比例正常, 但上下损失了一部分画面内容。

加边:在画面的左右两侧加黑边, 保留了全部画面内容, 画面内容比例正常。

拉伸:画面水平方向拉伸, 保留了全部画面内容, 但画面产生变形。

当高清制作中有标清素材, 并且制作完成后需要下变换标清节目时, 应注意两个原则。

第一, 如果节目最终下变换播出要采用左右切边模式, 那么使用标清素材时应尽量避免采用上下切边模式进行上变换, 否则将会出现原始标清素材播出后上下左右都被切掉一圈的情况。应尽量采用左右加边模式进行上变换, 这样经过高清制作得到的节目再采用切边模式下变换后, 原有画面内容不变。

第二, 如果节目最终要采用上下加黑边模式下变换播出, 那么使用标清素材时应避免采用左右加黑边模式上变换, 从而避免下变换播出的节目出现四周黑框的情况。

3.2 上下变换器的评测问题

不论采用何种处理算法, 最终还是要看转换后的图像质量。对上下变换器图像质量应采取客观评价和主观评价相结合的评测方式。

客观评价常用的测试信号有多波群、彩条信号等, 多波群信号用来测试上下变换器的频谱特性, 彩条信号用来测试色彩还原准确性、亮色延迟。另外, 还可以用Tektronix公司的PQA系列图像分析系统。

主观评价主要是考察图像经上下变换后的图像清晰度和锐度、亮度细节和色度细节、图像的层次、图像的动态范围以及实物的色彩还原、质感和逼真程度、图像杂波和干扰等内容。主观评价测试图像选取非常重要, 必须包含有静止和运动的斜线、圆形等不规则物体画面, 典型的素材有赛车、足球、静态字幕等。需要注意的是主观评价应使用CRT监视器, 至少是20英寸的, 因为LCD平板监器本身会对输入信号进行隔行到逐行转换, 以及对图像进行缩放处理, 会对评价结果造成影响。

3.3 下变换器的参数设置问题

高清下变换的标清版节目, 理论上质量应该比传统标清设备制作出来的标清图像质量更佳。但在不恰当使用下变换设备的情况下, 可能会出现高清下变换到标清的图像质量比标清制作的节目质量还差的现象, 如出现画面不够锐利或者细节生硬、锯齿、闪烁等现象。

我们采用的是Snell公司的一款交叉变换器图像增强设置设备, 该设备具有非线性增强处理功能, 可以让用户选择对图像中的低﹑中﹑高三个频率段进行增强, 能够手动调整提升电平, 并可以对噪声进行抑制。

使用时常用的调节是根据画面的不同内容, 对垂直 (Vertical) 和水平滤波器 (Horizontail) 项进行适当调节。另外, 对Detail细节电平进行适当控制以获得细节清晰、边缘自然的画面, 并且避免图像中出现或减轻混叠干扰。参数中Conversion Aperture项下的Horizontail Sharpess, 实质是改变滤波器的滚降特性, Detail是改变滤波器的高频截止频率。

4 结束语

声画同步和上下变换, 是高清制作系统中两个需要重视的技术问题。针对系统中的声画同步问题, 需要在系统设计时充分考虑。视音频信号应尽量减少单独处理、传输的环节, 在需要的环节设置单独的音频延时器, 通过专业设备的精确测量, 仔细调整每个设备环节的音频延时量, 便能准确做到整个系统的声画同步。对于上下变换器的选用, 一般来说高清摄像机、录像机自带的下变换画质不如单独的下变换器。在有条件的情况下, 推荐使用文件转码器进行高标清相互转换, 画质会更优异。另外, 在使用中合理调节上下变换器的各项参数, 往往会有更佳的图像质量表现。

摘要：本文探讨了高清制作系统中声画异步问题的产生, 分析了确保声画同步的技术措施, 同时介绍了上下交叉变化器的关键技术及信号处理流程、图像质量评测和参数调整。

高清后期制作系统 第5篇

一、优点方面

(一) 先进、高效、方便的用户模版管理

采用了类似Windows资源管理器的集中管理模式, 非编的故事板文件、素材库、特技库在树型图中一目了然, 在素材文件夹之间方便的剪切、复制、备份视音频素材。节目制作的日积月累, 总是有不少素材和故事版保存在非编的硬盘中, 这时就可以直接在管理器中直接删除到回收站, 确定不需要后再清空回收站, 就可以达到轻松的将存在硬盘中的素材或故事版删除。特别值得一提的是, 当非编软件或Windows平台出现死机、意外断电时, 制作人员未及时保存故事板文件的情况下, 用户再次进入非编打开未正确保存的故事板文件, 非编会把用户最后一次正确操作的故事板文件备份数据调出, 极大保障用户文件的安全性。

(二) Red BridgeⅢ高清视音频处理板卡的应用

Re d BridgeⅢ在图像精度处理方面上, 内部采用16bit计算精度, 以及4∶4∶4全色度采样格式, 比现行通用标准图像细节还原度提升数十倍。应用于非线性编辑系统时, 提供板载的硬件Scaler芯片, 能够实现硬件级别的上下变换, 使非线性系统的编辑性能大幅提升;提供开放的SDK及API, 允许大量的第三方媒体创作工具运行在Red BridgeⅢ化境中, 极大提升了写作能力和制作效率;提供了8个独力的24bit高质量数字音频通道, 同时也支持Dolby E的直通和Dolby E解码, 可保证良好的混音效果, 以及均衡的响度输出。

(三) 可以实现演播节目边播边采

基于Red BridgeⅢ高性能输入输出板卡和色键器的抠像功能, D3-We athe r可实现天气趋势背景视频输出的同时回采背景视频与主持人叠加的合成画面, 真正意义上做到边播边采全双工录制模式, 仅通过一次操作即可完成整个主持人出镜部分的录制, 极大提高节目制作效率。同时边播边采在录制配音节目, 可以起到替代录像机的功能, 在地方小型制作中起到一机多用, 也可以看做是录像机的备用机。

(四) 有丰富的软硬件特技效果

1) 提供软特技, 基本上需要CPU合成运算才能实时播放, 主要有图像柔化模糊、键特技、颜色及图像控制、几何变换、多种滤镜、高级马赛克、雕刻效果、划像、自由路径掩膜等, 用户可以把不同软特技同时加给一个素材;2) 提供实时硬件特技, 主要有二维变换、划像特技、淡入淡出、颜色调整、键特技等, 不需要合成, 添加后可以直接播放;3) 提供实时三维特技等。

(五) 支持多种主流格式混编

节目制作中需要大量的素材, 而素材的格式却多种多样, 而系统能够支持多大十几种的格式, 并能再时间线上进行混编, 节省了大量的格式转换时间。同时也能进行高清素材和标清素材的混编。

(六) 智能化气象节目制作

在节目模板制作完成后, 通过连接相应的气象电码, 能够自动完成各种天气信息及时间等数据的更新, 从而实现快速批量制作24小时、48小时甚至一周的天气预报节目。

二、不足之处

1) 系统设置的气象电码对照程序有错误, 与最新的气象电码的排列顺序不对应, 需要用户到程序对应配置文件中更改后才能正确读出气象电码数据。例如气压在气象电码格式里排在第三位, 本系统实际使用时需要将系统配置文件中的气压的位置放在最后一位, 系统在读取气象电码文件时才能正确读取。

2) 天气状况数据的读取与现实不符, 系统只能读去电码中24小时的数据, 对于12小时的天气状况数据, 不能一起读取到气象模块中对应的表格中去, 造成了对在使用“天气”字段来调用城市天气状况是, 在表现今晚到明天的天气状况是必须分为两段来调用, 如通过“天气”字段调用12小时的天气状况和通过“天气-2”字段来调用24小时的天气状况来组成完整的天气状况。这样也造成了在12小时与24小时天气状况相同时, 不能自动合并为一个天气状况图标来显示, 必须要人工修改。

3) 为保证气象数据的成功替换, 故事板的时间线上各个层都做了规定。素材必须按照排放规定进行排放, 如故事板的V3轨用于放置气象数据字幕素材, V4轨用于放置广告素材 (V3、V4轨可互换, 但需要进行系统设置) 。如果在搭建故事板模板中忽略了此项规定, 那么后续的数据替换也就无法正确实现了。这样设计也给应用上的扩展造成了麻烦, 例如当用于放置气象数据字幕素材的V3轨道, 当想要多个气象数据字幕素材叠加到同一时间段上的时候就不能实现数据的正确替换。

摘要：D3-Weather是将专业的气象制作模块与非线性编辑融合于一体的一套专业制作系统, 提供了专业的气象节目制作平台, 既保证了快速、高效的专业节目制作, 又大大提高了节目的可视性, 使制作人员从容面对批量的节目生产。

关键词：非编系统,气象

参考文献

[1]戴伟琦, 慕力敏, 杨晨麟.大洋D3-Edit非线性编辑系统中在新闻节目后期制作中的应用[J].电视工程.2010.

[2]常飞, 禚春升.XDCAM、P2 HD在大洋D-3-edit、D-3-edit HD、苹果非编上的对比测试[j].现代电视技术.2007.

超高清制作流程探索与思考 第6篇

大连电视台于2015年购入相关4K设备, 同时成立4K技术项目组, 旨在探索超高清相关技术及工艺流程, 发现节目生产每个环节可能遇到的问题, 通过尝试4K拍摄制作, 积累我台超高清制作经验, 打通我台4K节目生产制作全流程, 充分利用和发挥4K新技术装备的优势, 加快我台技术与内容生产业务的融合。为使4K项目技术探索更加科学严谨高效, 台里抽调相关部门技术骨干, 成立项目组, 有计划、分步骤实施4K项目探索与研究。

1前期准备

1.1前期调研

4K的前后期生产与以往高清有很大区别, 需要大量前期技术准备和相关操作技能准备。为了更好地体验4K技术带给我们的惊喜, 项目组前期做了大量技术准备工作, 包括:相关设备操作的培训, SONY高清学院专项培训, 与4K相关技术厂家索尼、松下及佳能的技术交流, 聘请SONY及中央电视台4K技术专家进行深度培训, 并参阅大量相关省级台经验总结及成片观摩。

1.2生产流程确定

通过大量技术调研和学习研究, 在对4K技术特点有了一定了解后, 根据我台具体设备情况, 确定我台节目生产流程, 即前期拍摄素材文件上载导入存储阵列, 通过Avid或Mac Pro完成素材剪辑, 导出XML文件, 达芬奇导入该XML文件对剪辑后的片段进行较色处理, 完成后直接输出或传输至编辑设备进一步剪辑处理, 至最终完成。

1.3软硬件升级

为保证流程畅通, 先对现有设备分别进行软件升级优化, 包括对Avid与Final Cut Pro进行XAVC格式的插件升级、对达芬奇调色系统进行先后三次软件版本升级、对存储卡播放器PZ1进行固件升级, 使其具有能够输出HD的功能。并对达芬奇调色后超高清素材在不同4K监看设备上显示的差异性进行比较, 为下一步生产制作提供参考依据。

由于目前市场专业4K监视器价格较高, 我台暂时购置SONY 65X9300C显示器作为制作端显示参考, 另购置一台三星55JU5920作为播出显示, 同时借用SONY PVM-X300专业监视器对两台显示器进行比对参照, 由于不同的显示器生产厂商使用不同的荧光粉和液晶面板, 对相同电信号会产生不同反映, 我们将达芬奇调色后的4K素材在不同监看设备显示的色彩亮度对比度差异性进行比较, 为以后显示提供参考依据, 需注意的是需配备高质量HDMI电缆, 同时注意线缆长度, 否则会影响显示效果。

1.4确定编码格式

SONY PMW-F55可提供RAW和XAVC两种4K记录格式。

(1) RAW编码格式

2Gbps码率, 512GB的A方卡, 单张可以存储34分钟节目, 如果采用16bit RAW拍摄, 码率非常高, 拍摄以后再分解, 码率又继续升, 达到5Gbps~7Gbps, 用这样码率进行后期编辑是不可能的, 虽然RAW格式可以提供更高级别电影感的画面呈现, 但制作效率低下, 只能采取代理制作。

(2) XAVC编码格式

XAVC格式是索尼推出的视频编码格式, 能够用合理的码率记录QFHD (3840×2160) 视频, 码率适中, 更加符合电视节目对速度与质量的双重需求。另外, XAVC格式可直接进入非编编辑, 目前各大主流非编厂家都已经支持XAVC的上载编辑, 为电视行业提供了更高效率、更低成本的4K制作方案。

我们对这两种格式记录的素材显示进行了认真的比对, 并请教了SONY及中央台的专家, 得到的结果是一致的, 即从终端显示角度考虑, 只在电视屏幕播放, 二者画质没有本质区别, XAVC可以做到在充分保留细节的同时, 提高工作效率、节省存储空间。考虑到制作效率、存储容量等实际问题, XAVC无疑是最佳选择。我们选用XAVC作为常态电视拍摄记录格式, 而当终端显示设备为影院或机场等大屏幕时再考虑RAW记录格式。

1.5实际测试

对SONY PMW-F55及索尼4K存储卡播放器PMW-PZ1的可播放及输出格式进行测试。如表1所示。

实际测试时发现, 达芬奇输出格式中的XAVC Intra 4096×216025p/50p无法直接在PZ1播放器中播放, 可采取两种解决办法:一种方法是将由达芬奇输出的XAVC格式的文件经Avid中AMA转码重新对文件进行MXF格式封装后, 可被PZ1播放器识别读取;另一种方法可由SONY官网提供的一款转码软件Catalyst转码为PZ1可识别的文件。

2超高清制作与播出

为更多测试体验4K带给我们的惊喜, 充分展示4K特色, 最终我们确定以展示城市风光及城市特点为主题。由于开始拍摄正值冬季, 也是大连一年中最寒冷的季节, 如果全部采用外景拍摄, 可能城市会缺少色彩表现, 无法充分展现4K宽色域等技术特点, 最后决定采用外景与内景结合, 外景在展示城市风光过程中结合大连冬日特有的运动项目, 内景拍摄主要以大连作为海滨城市特有的海洋馆动物为主系列, 通过一系列运动镜头, 展示出冬日大连的独特韵律。

拍摄设备以SONY PMW-F55为主, 镜头主要包括RED 18-85 (变焦头) 、SONY 20/35/85/135 (定焦) 等, 记录格式为XAVC 4096×216050p, 记录介质为Sx S Pro+128G, 选择S-LOG3/S-GAMUT宽色域, 以获取更多的亮度层次和更宽的色域范围, 便于后期调色。

2.1需重点关注的4K技术特点

(1) 高动态范围

我们在室外强阳光下拍摄黑色的海狮, 以展示4K高动态的技术特点, 海狮通体光滑而黝黑, 阳光照射部位反光极为强烈, 与身体暗部形成巨大的光比差, 将海狮身体最亮部与最暗部均完美显现, 即同一画面中既可以有较高亮度的物体, 同时还能有较丰富的暗部细节, 这种纯黑到高亮4K技术的高动态范围得到很好体现, 如图1所示。

(2) 宽色域

UHDV的色彩空间比HDTV大很多, 这在色域图中清楚可见, 许多HDTV无法呈现的色彩都能在UHDTV上呈现, 如图2所示。从原来高清709色域, 变为超高清的2020色域, 图像展现更真实、更细腻。

测试拍摄中由于使用了S-LOG3伽马曲线和S-GAMUT宽色域, 可以获取更多的亮度层次和更宽的色域范围, 为后期调色提供很大空间。

如图3所示, 画面中的热带珊瑚镜头, 经过后期调色, 颜色艳丽且过渡细腻, 色彩丰富。4K超广色域保证了丰富颜色信息的呈现。

(3) 高分辨率

相对于高清电视1920×1080的分辨率, 超高清电视在水平和垂直分辨率上都翻倍, 达到3840×2160。有了4K高分辨率的支持, 细节得以真实细腻地还原和展现, 甚至许多肉眼看不到的细节层次都在镜头下体现出来。比如海豹身体皮肤细致的纹理、彩虾纤细的触须等, 如图4所示。

(4) 高帧率

低帧率无法再现高质量的活动图像, 超高清在时间分辨率上的提升体现在高帧率, 相对于高清50i的隔行扫描, UHDTV的50p则是逐行扫描, 下一步8K的帧率则可达到100p或120p, 更高的帧率能带给我们更好的体验, 但数据量则是成倍增加, 需要我们在实际拍摄中灵活设置, 在某些强调拍摄细节的场景中, 如水母收缩的姿态、北极熊入水等, 我们采用利用50p拍摄、25p回放, 平滑实现升格效果。

2.2文件格式

对于完成节目的4K播出分发, 基于目前情况, 采取文件化方式通过有线网超高清播出频道直接在有线网播出。

在天途有线4K播出服务器发布系统未升级前, 播出文件由我台制作系统转码为30~50Mbps码率的mp4格式文件, 再经天途4K发布系统转码为TS流文件后上线发布。

在天途4K发布系统升级后, 播出文件由我台制作系统转码为约100Mbps码率的H.264 mov格式文件, 再经天途4K发布系统转码为H.265HEVC编码的TS流文件后上线发布。

3几点思考

流程化的4K前后期拍摄与制作模式, 对制作链路上各个环节的技术质量把控有极高的要求, 前期拍摄包括摄像机的录制格式、参数设置、画面构图、焦点跟踪以及环境的亮度、光线、照明等, 后期制作流程的转码次数、图像参数调整的合理与精确度等, 许多方面都决定了最终成片所呈现的画质。因此从制作流程的源头入手, 对每个环节都进行技术指标的严格把控, 是生产优秀画质影片的必要条件。前期准备需更加充分, 比如前期进行细致画面设计和构图, 会使耗片比降下来, 而从目前各台经验来看, 前期拍摄中最大的问题就是存储设备的不足。

与高清电视的景深范围宽、焦点容易实相比, 4K拍摄的景深范围小, 焦段镜头匹配景深, 聚焦跟焦都是手动, 需要根据情况更换镜头。定焦镜头光圈大, 方便拍摄浅景深的画面, 但定焦镜头拍摄时的速度、灵活性都不够, 聚焦也有不方便之处, 特别是拍摄快速运动的海洋动物时, 经常会错过一些精彩画面, 适当使用变焦镜头, 可以解决定焦镜头换镜头时会错过精彩画面的问题。但拍摄中需注意避免快速摇移镜头, 减少快速推拉变焦, 同时适当运用轨道等辅助设备。拍摄水中动物如海豹、企鹅等, 由于其运动速度较快, 且运动方向随意, 准确对焦十分困难。在拍摄此类场景时, 一方面调整摄像机的设置参数, 通过适当提高增益, 获得较小光圈, 以增大景深;另一方面通过现场人员的协作将调焦、构图、录制起停等操作分解, 使摄像人员在某项功能上更加专注, 避免了在操作上顾此失彼;还有就是通过观察动物的运行轨迹, 总结出其运动规律, 比如游动路线、游动的拐点位置等, 在这些高频出现的位置定焦等待。较好地保证了焦点, 就能最大限度地呈现海洋动物神态各异的可爱瞬间。

本次前期拍摄主要基于三脚架的固定机位拍摄, 画面的移动受到限制, 今后应增加类似“鱼竿”、轨道、航拍器等移动拍摄手段。并可考虑增加与F55成像特点相近的较低端4K摄像设备, 完成多机拍摄的需求。但需注意多机拍摄时画面风格的一致, 即便是同一厂家的产品, 仍会存在差异, 需要提前测试, 并在调色软件中完成基础匹配, 保证整体画面风格统一。

4小结

以上仅是我们4K测试过程中的粗浅体验, 还存在很多问题, 比如拍摄经验不足、艺术表现手法欠缺、技术应用不够熟练等, 这些都有待于在下一步工作中进一步提高。接下来我们将重点进行大容量存储、联网协同制作、系统间的文件转换等测试, 探索适合本台现有设备的高效率超高清电视生产流程。同时, 进一步提高拍摄技巧, 积累超高清素材, 总结经验, 为下一步更多领域4K探索尝试奠定基础。

摘要：本文通过对超高清 (UHD) 节目生产制作流程的实践与探索, 发现问题, 总结经验, 为下一步在更多领域开展超高清电视节目生产奠定了基础。

郑州电视台高清制作网存储架构 第7篇

早期的计算机主要采用的是串行存储器存储数据, 随后不久又使用磁鼓存储器。到了20世纪50年代中期, 主要使用磁芯存储器作为主存储器。在20世纪60年代中期以后, 半导体存储器取代了磁芯存储器。在逻辑结构上, 并行存储和从属存储器技术的采用提高了主存储器的处理速度, 缓和了主存和中央处理器速度不匹配的矛盾。1968年IBM-360/85最早采用了高速缓冲存储器, 高速缓冲存储器的存取周期与中央处理器主频的周期一样, 由硬件自动调度高速缓冲存储器与主存储器之间的信息传递, 从而使中央处理器对主存储器的绝大部分存取操作, 可以在中央处理器和高速缓冲存储器之间进行。

二、存储系统的结构

1. 存储系统。

存储系统是硬件基础平台中一个十分重要的组成部分, 尤其在电视台节目制作系统中, 存储系统的重要性更是十分重要, 一旦存储系统出现问题, 就会影响到电视节目的生产效率, 甚至会影响到节目的正常播出, 所以存储系统在整个系统中的地位可以说是重中之重。除了安全性方面考虑外, 系统的可扩展性, 维护的难易程度, 投入成本的高低, 以及使用的方便程度都是在建网之初需要考虑的问题。

2. FC-SAN结构。

FC-SAN结构从20世纪90年代发展到现在, 其技术成熟度非常高, 除了成本投入大这方面的劣势以外, 其在安全性、高效性、兼容性、可扩展性和易维护性等方面均有着明显的优势。但是, 如果全网几十个站点都使用FC-SAN接入的话, 则成本投入太大, 并且也不现实。为解决这一难题, 笔者想到了使用NAS结构, 以太网下的NAS结构可以省去昂贵的FC设备, 从而解决了成本高的问题, 但是随之而来的情况是带宽也降低了, 使得大量的终端站点无法同时编辑高码率的素材。编辑站点的任务是节目制作而非节目播出, 节目制作人员只需浏览低码率的素材即可达到节目制作的目的, 因此, 完全可以在节目制作完成之后再打包生成高码率的节目成品。到这里, 问题已经迎刃而解了, 整个存储系统采用结构, 少量终端站点配置为FC-SAN终端 (可直接访问中心存储进行高码率的编辑) , 而多数终端站点配置为NAS终端 (通过NAS服务器访问中心存储, 一般用低码率编辑, NAS服务器相当于FC-SAN终端, 它把访问到的中心存储共享出来, 供NAS终端来访问) , 这样就形成了SAN+NAS的存储网络架构。存储规划如表所示。

三、存储系统的组成

1. 存储系统的整体特点。

郑州电视台高清制作网是以在线存储为核心的存储体系。中央在线存储器采用2台EMC公司的CX480存储系统, 在2个控制器上配置8个FC主机通道分别连接在2个核心光纤交换机上, 这样, 系统中各个站点通过连接任意1个FC通道都可以访问到存储系统, 且系统不会引起单点故障, 最大限度地保证了系统业务的不间断运行。在数据安全方面, 每台CX480都做了Raid5处理, 同时, 为了使中心存储上的素材多一层安全保障和最大限度地保护节目和素材, 2台CX480存储器之间通过实时镜像的方式来确保系统的安全性, 当任意1个存储器出现故障时, 另外1个存储器可以支撑整个制作业务的正常运行, 保障系统内部不存在单点故障。

2. 存储盘阵具体规划。

系统采用的2台EMC CX480具有完全相同的规划结构, 使用的硬盘为容量450G的磁盘矩阵, 每个盘柜共有43块硬盘。具体规划分为以下3个部分。

(1) 1个1.8TB的Raid5组 (Raid Group0) , 划分为1个150G、1个100G和1个1.6TB的数据卷。

(2) 4个3.6TB的Raid5组 (Raid Group1~4) , 每9块硬盘组成1个Raid组, 采用Raid5级8+1的模式。采用每个盘箱3块盘的方式充分利用盘箱磁盘通道带宽。共划分为8个1.8TB的逻辑卷。

(3) 2块全局热备盘。每个Raid组的逻辑LUN创建在同1个Stor Next数据条带组中。Raid组共有2个文件系统, av-y共用Raid Group 0的1个条带组, av-x共用Raid Group 1的4个条带组。

四、存储容量与带宽

中央在线存储系统主要承担系统中所有的有卡站点与服务器对高码率文件的访问, 是系统的核心设备。容量和带宽是设计存储网络需要考虑的主要因素。

1. 容量分析。

在郑州电视台高清制作系统中, 中心在线存储部分采用双控制器、双电源、全冗余的光纤磁盘阵列, 存储缓存由带电保护器和冗余散热系统组成。使用的盘阵为EMC公司的原厂硬盘。双控制器激活8个独立的4G主机端口, 采用16G的存储缓存。物理有效存储空间为17.1TB (可进一步扩展至480TB) , 按照每存储1h的高清资料需要50G的空间来计算, 17.1TB可以满足超过340h的存储需求。

2.带宽分析。

根据本网各种工作站、服务器数量、编辑码率、视频流数量以及其他的相关参数, 对带宽进行分析。带宽分析如表2所示。

3. 业务扩展分析。

通过对编辑合成站点以及有关服务器所需带宽的累加得知, 系统的极限并发读写总带宽约为670MB/s, 而我们本次的A, B存储选型均为EMC CX480, 通过测试, 单个存储可以提供700MB/s的混合读写带宽, 也就是说, 1个存储就完全可以承担整个系统的业务需求, 再通过索贝的FISEC安全技术, 将A、B存储完全实时镜像, 可以保证当某个存储出现问题后, 业务可以无缝地切换到另1个存储继续进行, 同时通过性能的均衡负载, 可以提供1400MB/S的混合读写带宽, 完全能够保障高标清制作业务的安全、稳定开展。

五、存储管理服务器

本系统中配置了2台MDS存储管理服务器, 用于管理光纤磁盘阵列, 主要为有卡工作站或者服务器提供光纤磁盘阵列访问验证, 并且也为有卡工作站或者服务器读写存储在光纤磁盘阵列的低码率素材提供访问通道。存储管理服务器MDS是网络存储共享的核心, MDS服务器除了安装Stor Next文件共享软件外, 还安装有Stor Next Failover MDS备份软件, 一旦其中1台MDS服务器发生故障, 另外1台MDS服务器可以自动接管共享的管理工作, 切换在30s以内完成。

六、存储管理软件

1. 存储管理软件。

目前主要的存储管理软件有Tivoli SANergy FS、SGI CXFS、ADIC Centravision、Veritas SANpoint direct、HP Transoft Fibre Net、Stor Next等, 从软件的稳定性、可靠性以及实际运行环境的使用情况来看, Stor Next在视音频应用领域的各种技术指标表现均较好, 且实用性更强。

2. Stor Next。

Stor Next存储管理软件承担了对共享磁盘阵列磁盘文件及元数据管理, 监控磁盘访问的工作站和服务器的磁盘读写, 并且具有2次共享的功能, 即可以将安装有Stor Next客户端软件的服务器映射为IP网络的文件服务器, 以太网工作站即可通过该服务器实现对共享磁盘阵列的访问。

3. Stor Next File System。