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一、系統(tǒng)信號(hào)格式和接口標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字視頻信號(hào)格式種類(lèi)繁多。目前，數(shù)字電視系統(tǒng)以串行分量數(shù)字信號(hào)格式為主流。通過(guò)串行數(shù)字接口（SDI）可用一根同軸電纜同時(shí)傳輸4:2:2數(shù)字分量視頻信號(hào)、數(shù)字音頻和時(shí)間碼。ITU---RBT601數(shù)字分量演播室標(biāo)準(zhǔn)建議和SMPTE267M分別提供了4:3和16:9兩種彩色電視信號(hào)的編碼方式、取樣頻率、取樣結(jié)構(gòu)的明確規(guī)定（詳見(jiàn)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(shù)2.25MHZ的6倍13.5MHZ，使樣值有正交結(jié)構(gòu)，便于數(shù)字處理并使三大制式在數(shù)字域內(nèi)的每電視行的亮度樣值數(shù)統(tǒng)一于720個(gè)，兩個(gè)色度樣值均為360個(gè)，即4：2：2格式，從而使同一格式數(shù)字錄象機(jī)能記錄三種不同制式的信號(hào)，并使整個(gè)數(shù)字演播室能以4：2：2格式接在一起。正是這一標(biāo)準(zhǔn)，使各種數(shù)字演播室的數(shù)字設(shè)備能連成一系統(tǒng)，形成一個(gè)4：2：2的數(shù)字演播室環(huán)境。

1、視頻部分

（1）數(shù)字切換臺(tái)切換臺(tái)是演播室的核心設(shè)備。

切換臺(tái)的數(shù)字化是演播室數(shù)字化的關(guān)鍵所在。目前，數(shù)字切換臺(tái)無(wú)論在外觀、操作還是內(nèi)部框架結(jié)構(gòu)上，均與傳統(tǒng)的模擬切換臺(tái)相似，不同之處在于：切換臺(tái)和計(jì)算機(jī)技術(shù)相結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)了聯(lián)網(wǎng)操作。其輸入的SDI接口不再與控制面板按鈕一一對(duì)應(yīng)，而是由菜單設(shè)置其對(duì)應(yīng)關(guān)系；輸入的視頻信號(hào)與鍵信號(hào)也不再區(qū)分，可接入任一路SDI輸入口。數(shù)字切換臺(tái)具有強(qiáng)大的設(shè)置菜單，可對(duì)制式、格式、寬高比、各種鍵及特技等在內(nèi)的幾乎所有參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

以下是數(shù)字切換臺(tái)的選型原則：

采用串行數(shù)字分量電視信號(hào)格式；

保證足夠的直接切換的信號(hào)源；

至少要有兩級(jí)M/E,一級(jí)PGM/PST；

有兩個(gè)下游鍵（兩種字幕疊加或主、備字幕機(jī)）

可以存儲(chǔ)某些特技效果；

運(yùn)行可靠性高，最好有備份電源系統(tǒng)；

各信號(hào)源之間的自動(dòng)同步；

能進(jìn)行軟件操作，保證在面板失靈時(shí)，軟件能代替面板進(jìn)行正常的切換操作。

目前，各種大、中、小型的數(shù)字切換臺(tái)和特技機(jī)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(chǎn)品，切換臺(tái)的選型不僅要考慮演播室的節(jié)目制作類(lèi)別和容量，還應(yīng)考慮后期節(jié)目制作功能的兼顧，以充分發(fā)揮作用。

（2）攝像機(jī)

攝像機(jī)是前期信號(hào)的采集設(shè)備，在視頻系統(tǒng)中占有很重要的位置。目前，市場(chǎng)可供選擇的數(shù)字?jǐn)z像機(jī)型號(hào)很多，各大廠家高級(jí)攝像機(jī)都采用12bit模數(shù)轉(zhuǎn)換，在信號(hào)處理上采用16bit以上的數(shù)據(jù)處理，保證了更精確的伽馬、拐點(diǎn)、輪廓校正。另外，演播室攝像機(jī)所用電纜長(zhǎng)度最好不超過(guò)200m，超過(guò)時(shí)應(yīng)用光纖，接插件要采用鍍金措施，防止輻射。攝像機(jī)質(zhì)量直接決定演播室的節(jié)目技術(shù)質(zhì)量，因此，需慎重考慮性能、價(jià)格和需求。以下是各大廠家演播室攝像機(jī)的列表比較

由表可見(jiàn)在實(shí)現(xiàn)4：3和16：9兼容時(shí)，各廠家采取的技術(shù)不同，日本各攝像機(jī)廠采用的是16：9的CCD元件，通過(guò)改變水平尺寸以實(shí)現(xiàn)對(duì)4：3的兼容。在進(jìn)行4：3和16：9之間轉(zhuǎn)換時(shí)，由于成像面的水平尺寸不同，因此需要通過(guò)可轉(zhuǎn)換鏡片來(lái)彌補(bǔ)視角的變化。而飛利浦的LDK系列攝像機(jī)采取了動(dòng)態(tài)像素管理（DPM）的技術(shù)，在4：3的CCD上實(shí)現(xiàn)了16：9的兼容，DPM技術(shù)沒(méi)有改變CCD成像區(qū)域的水平尺寸，只改變了垂直尺寸。選擇攝像機(jī)的最好方法是用戶(hù)根據(jù)系統(tǒng)投入的資金將各公司的相關(guān)檔次的攝像機(jī)架在一起攝取同一測(cè)試卡，對(duì)測(cè)試數(shù)據(jù)進(jìn)行比較并結(jié)合自己的主觀感覺(jué)及攝像機(jī)的價(jià)格則優(yōu)選取。

（3）視頻記錄設(shè)備

目前，對(duì)于串行分量數(shù)字演播室可供選擇的廣播級(jí)錄像機(jī)有D1、D5和BETACAMDVW系列的產(chǎn)品。在數(shù)字演播室中，考慮到節(jié)目制作的質(zhì)量以及原有大量BETACAMSP格式節(jié)目素材的直接利用，應(yīng)該首選BETACAMDVW系列的錄像機(jī)。近年來(lái)推出的DVCAM、DVCPRO、DIGITAL–S、BETACAM–SX等都是數(shù)字分量記錄格式，但互不兼容。它們都是進(jìn)行碼率壓縮后將數(shù)字信號(hào)記錄到磁帶上，這在進(jìn)行簡(jiǎn)單的節(jié)目編輯和復(fù)制時(shí)，進(jìn)行多次D/A、A/D變換后，信號(hào)的質(zhì)量會(huì)下降，因此比較適用于新聞節(jié)目的制作。在專(zhuān)業(yè)數(shù)字演播室中，BETACAMDVW應(yīng)作為首選。

（4）數(shù)字矩陣

隨著演播室功能的增多，數(shù)字矩陣逐漸在演播室得到應(yīng)用，系統(tǒng)中使用矩陣的目的在于：擴(kuò)展切換臺(tái)有限輸入通道；根據(jù)節(jié)目制作需要改變監(jiān)視屏上監(jiān)視器的信號(hào)排布；記錄設(shè)備輸入源的選擇；攝象機(jī)返送源的選擇；提供緊急備路輸出通道；為整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)一步擴(kuò)展提供選擇。

目前，生產(chǎn)矩陣的廠家在增多，矩陣的控制也越來(lái)越方便，產(chǎn)品工作穩(wěn)定，通道指標(biāo)高，具有多種格式混合切換功能?，F(xiàn)在生產(chǎn)矩陣的廠家有：索尼、飛利浦、LEITCH、PROBELL等，具體型號(hào)和矩陣大小用戶(hù)可根據(jù)自己演播室的實(shí)際需要進(jìn)行選擇。

（5）數(shù)字串行設(shè)備

數(shù)字串行設(shè)備指串接在數(shù)字電路中，對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行變換和存儲(chǔ)的設(shè)備，包括A/D、D/A、數(shù)字信號(hào)幀同步機(jī)、數(shù)字臺(tái)標(biāo)發(fā)生器、數(shù)字視頻分配器等。由于大規(guī)模集成電路的采用，數(shù)字串行設(shè)備的體積比相應(yīng)模擬設(shè)備大為減小，通常只是一塊電路板。

雖然數(shù)字串行設(shè)備并非數(shù)字演播室的核心設(shè)備，但它通常串接在系統(tǒng)的輸入輸出端口處，直接一向到系統(tǒng)與外部時(shí)基及相位關(guān)系，也在很大程度上影響到經(jīng)各種變換后信號(hào)的技術(shù)指標(biāo)。

2、演播室數(shù)字音頻系統(tǒng)

演播室音頻系統(tǒng)包括聲音接收裝置、音頻信號(hào)傳輸裝置、音頻信號(hào)編輯處理裝置、揚(yáng)聲器等。廣播音頻將音頻取樣頻率規(guī)定為44.1KHZ或48KHZ。而AES（美國(guó)音頻工程師學(xué)會(huì)）/EBU（歐洲廣播聯(lián)盟）建議采樣頻率為48KHZ，這樣做除了能夠得到高質(zhì)量的數(shù)字音頻信號(hào)外，也使得音頻采樣與視頻頻率之間具有簡(jiǎn)單的換算關(guān)系。有利于解決音頻信號(hào)與視頻信號(hào)之間的同步問(wèn)題。

對(duì)音頻設(shè)備選型的原則是：

滿(mǎn)足各類(lèi)節(jié)目的制作要求。

適應(yīng)現(xiàn)代音樂(lè)制作方式。

符合演播室數(shù)字音頻標(biāo)準(zhǔn)。

數(shù)字控制的模擬調(diào)音臺(tái)適合于演播室使用，不僅可以減少A/D轉(zhuǎn)換的數(shù)量，而且整個(gè)調(diào)音臺(tái)的技術(shù)指標(biāo)也比較高。

二、演播室系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)思路

數(shù)字演播室系統(tǒng)基本結(jié)構(gòu)有兩種：一種如傳統(tǒng)模擬系統(tǒng)的線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，相應(yīng)的設(shè)備換為數(shù)字設(shè)備，再加上編碼與解碼、復(fù)用與分離等部分；另一種是計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，采用以寬帶視頻服務(wù)器為中心的分布式結(jié)構(gòu)。雖然目前以FC網(wǎng)、以太網(wǎng)為基礎(chǔ)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)已可以實(shí)現(xiàn)局部范圍內(nèi)的某些功能，但要建立一個(gè)全部基于多媒體的數(shù)字系統(tǒng)，技術(shù)上仍要提高。所以，數(shù)字演播室系統(tǒng)大多仍采用線(xiàn)性結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)的某些局部可以使用多媒體網(wǎng)絡(luò)。

數(shù)字演播室總體設(shè)計(jì)思路：確保系統(tǒng)的技術(shù)先進(jìn)性和高可靠性，系統(tǒng)配置靈活，可兼容4：3和16：9格式，為將來(lái)的HDTV做好準(zhǔn)備；在功能上，既要滿(mǎn)足對(duì)直播的要求，又可以進(jìn)行后期節(jié)目的制作，并且保證出色的圖像質(zhì)量；系統(tǒng)應(yīng)為將來(lái)的發(fā)展留有余地，包括綜合布線(xiàn)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的通道帶寬。

三、數(shù)字系統(tǒng)的測(cè)試

數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試的是作為圖象信號(hào)載體，由“0”、“1”碼組成的碼流。這些數(shù)據(jù)流在經(jīng)過(guò)某個(gè)系統(tǒng)后發(fā)生的變化，及其對(duì)數(shù)碼流在后級(jí)設(shè)備中的再生的影響，是數(shù)字系統(tǒng)測(cè)試中的重要的事情。

數(shù)字系統(tǒng)的客觀測(cè)試包括以下內(nèi)容：

測(cè)試數(shù)字信號(hào)的模擬指標(biāo)，如信號(hào)幅度、抖動(dòng)、噪聲、上升及下降時(shí)間等，這些可在眼圖上得到綜合反映。

數(shù)字指標(biāo)，包括誤碼率、時(shí)基誤差等。

數(shù)字信號(hào)碼流結(jié)構(gòu)的測(cè)試，尤其是各種加在行、場(chǎng)逆程期間的輔助數(shù)據(jù)的測(cè)試。

增強(qiáng)測(cè)試，也即系統(tǒng)安全性測(cè)試，測(cè)試數(shù)字系統(tǒng)中畫(huà)面開(kāi)始走向崩潰的拐點(diǎn)，以及當(dāng)前系統(tǒng)距拐點(diǎn)還有多少余量等。

系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要注意的問(wèn)題

1、數(shù)字接口標(biāo)準(zhǔn)

數(shù)字系統(tǒng)各設(shè)備間通過(guò)數(shù)字信號(hào)串行數(shù)字接口（SDI）相連接。SDI接口是按ITU---RBT601-2數(shù)字分量演播室標(biāo)準(zhǔn)建議，為N制SMPCE（SMPCE259M）和PAL制EBU（TECH3267－E）采納的標(biāo)準(zhǔn)接口。接口接受來(lái)自并行接口經(jīng)過(guò)修正的10bit信號(hào)，傳送比特率為270mb/s?？蓚魉?---8路數(shù)字音頻信號(hào)。用單根BNC電纜傳送，最長(zhǎng)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(shù)字視頻生產(chǎn)廠家普遍采納。在其生產(chǎn)的視頻設(shè)備輸出均留有SDI接口，把SDI接口作為標(biāo)準(zhǔn)視頻接口。對(duì)當(dāng)今多種數(shù)據(jù)壓縮方式并存，存在不同壓縮數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r下，是十分重要的，它確保在4：2：2數(shù)字演播室環(huán)境下，使各數(shù)字演播室的不同的設(shè)備連成一個(gè)系統(tǒng)。SDI接口的使用也大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)內(nèi)部不同格式數(shù)據(jù)之間的轉(zhuǎn)換，為數(shù)字演播室視頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供了方便。

2、定時(shí)和延時(shí)

在數(shù)字環(huán)境中并不需要準(zhǔn)確的定時(shí)。因?yàn)閿?shù)字系統(tǒng)的定時(shí)要求以時(shí)鐘周期、毫秒、行的數(shù)量級(jí)進(jìn)行度量的，而不是以納秒級(jí)進(jìn)行，而且通常不要求串行數(shù)字信號(hào)與時(shí)鐘周期的時(shí)間準(zhǔn)確對(duì)齊，這就使得在數(shù)字系統(tǒng)中的定時(shí)問(wèn)題變得簡(jiǎn)單化。自動(dòng)定時(shí)教正功能是輸入電路中的自動(dòng)定時(shí)緩沖器實(shí)現(xiàn)的，一般數(shù)字視頻設(shè)備均具有這種輸入自動(dòng)定時(shí)教正功能。數(shù)字切換臺(tái)的自動(dòng)定時(shí)窗口大約是幾十微秒，在自動(dòng)定時(shí)窗口的可調(diào)范圍內(nèi)，自動(dòng)定時(shí)窗口為所有輸入信號(hào)提供同樣的基準(zhǔn)，這樣，輸入信號(hào)都有一個(gè)對(duì)稱(chēng)的定時(shí)窗口，若所有信號(hào)源都落在這個(gè)窗口內(nèi)，自動(dòng)定時(shí)的特點(diǎn)就能使信號(hào)鎖定，并將輸入信號(hào)調(diào)整到精確狀態(tài)。所以，錄像機(jī)都可以直接接到切換臺(tái)上，這就大大簡(jiǎn)化了系統(tǒng)調(diào)整，減少信號(hào)之間的定時(shí)誤差。

數(shù)字系統(tǒng)中，視頻信號(hào)經(jīng)過(guò)帶內(nèi)存儲(chǔ)器的設(shè)備后，相對(duì)于音頻尤其是模擬音頻信號(hào)會(huì)產(chǎn)生一定的延遲。一般來(lái)說(shuō)，數(shù)字錄像機(jī)輸出的視音頻信號(hào)是同步的，切換臺(tái)的時(shí)延在幾行之間，而A/D、D/A、幀同步機(jī)、制式轉(zhuǎn)換器等所產(chǎn)生的延遲一般是一幀。只要合理安排信號(hào)流程，視音頻信號(hào)之間的延遲可以控制在難以察覺(jué)的范圍內(nèi)。如能覺(jué)察到延遲，可在音頻系統(tǒng)輸出端加接延遲器，以拉齊視音頻信號(hào)的時(shí)延差。

數(shù)字演播室發(fā)展趨勢(shì)

1、多媒體和虛擬演播室

由于數(shù)字電視技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)都是對(duì)0和1處理，使得電視技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)能很好融為一體，非線(xiàn)性編輯、虛擬演播室，就是二者結(jié)合的產(chǎn)物。非線(xiàn)性是相對(duì)常規(guī)的線(xiàn)性編輯而言，它以計(jì)算機(jī)的可修改性。信號(hào)記錄的非順序性和操作方便性使得型號(hào)的插入、搜索等操作簡(jiǎn)單快速。非線(xiàn)性系統(tǒng)編輯方式由于采用編輯菜單只對(duì)記錄在硬盤(pán)中的節(jié)目素材時(shí)間碼進(jìn)行各種記錄操作而非直接對(duì)視頻信號(hào)進(jìn)行合成，因此在經(jīng)過(guò)多次編輯之后信號(hào)質(zhì)量基本沒(méi)有損失。而進(jìn)行線(xiàn)性編輯的模擬信號(hào)損失卻很大，且對(duì)磁頭有磨損，增加了節(jié)目制作的成本。所以非線(xiàn)性系統(tǒng)不失為進(jìn)行節(jié)目制作的一種良好方式。非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)包含了數(shù)字特技機(jī)、字幕機(jī)、編輯機(jī)、調(diào)音臺(tái)的功能。經(jīng)過(guò)非線(xiàn)性編輯系統(tǒng)制作的節(jié)目直接輸出到數(shù)字分量錄像機(jī)，也可以進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換后輸出到傳統(tǒng)的模擬復(fù)合錄像機(jī)，更可存在硬盤(pán)中通過(guò)網(wǎng)絡(luò)直接送播控中心播出。隨著演播室數(shù)字化技術(shù)及設(shè)備的發(fā)展，錄像機(jī)在傳統(tǒng)節(jié)目制作環(huán)境中的核心地位正在被非線(xiàn)編系統(tǒng)打破。因此，數(shù)字化制作環(huán)境中，非線(xiàn)性編輯將起著越來(lái)越重要的作用。虛擬演播室技術(shù)也已成為當(dāng)今電視技術(shù)的熱點(diǎn)，虛擬演播室利用計(jì)算機(jī)技術(shù)生成三維運(yùn)動(dòng)的或靜止的場(chǎng)景，成功地解決了前景與背景之間的透視關(guān)系、比例關(guān)系，使合成的圖像有極佳的立體效果，可以達(dá)到以假亂真的地步。虛擬演播室不僅能提供虛擬場(chǎng)景，還能讓表演者走入（出）三維場(chǎng)景內(nèi)，或者虛擬物體的后面。同樣場(chǎng)景內(nèi)的虛擬物體可運(yùn)動(dòng)到表演者的面前或周?chē)?，這一點(diǎn)和傳統(tǒng)的色鍵摳像有很大的區(qū)別。虛擬演播室可以進(jìn)行異地人物采訪(fǎng)。利用外來(lái)的視頻信號(hào)直接進(jìn)入虛擬演播室系統(tǒng)，與現(xiàn)場(chǎng)主持人結(jié)合進(jìn)行實(shí)時(shí)的、面對(duì)面的采訪(fǎng)。在虛擬場(chǎng)景中，對(duì)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(guān)），這為臨時(shí)修改創(chuàng)意提供了極大的方便。不僅大大節(jié)約了演播室的制景經(jīng)費(fèi)，而且使演播室資源得到了更充分的利用。

2、網(wǎng)絡(luò)化、智能化

演播室的網(wǎng)絡(luò)化，是與計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)壓縮、傳輸和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)緊密結(jié)合的。按照這種技術(shù)，攝像機(jī)和話(huà)筒等前端信號(hào)獲取設(shè)備會(huì)將所得圖象和聲音信號(hào)直接轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)，并可以按照一定格式進(jìn)行壓縮，然后通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳給后繼設(shè)備，當(dāng)設(shè)備之間很近時(shí)，也可以選擇不壓縮而直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳送，使演播室網(wǎng)絡(luò)化。

隨著IT在節(jié)目制作中的廣泛應(yīng)用，為使制作更快捷，獲得更多的高質(zhì)量節(jié)目信息，數(shù)據(jù)處理和傳送技術(shù)面臨新的挑戰(zhàn)。以往演播室的“數(shù)字島”技術(shù)已讓位于計(jì)算機(jī)集成網(wǎng)絡(luò)制作系統(tǒng)。已開(kāi)發(fā)出大量的軟硬件產(chǎn)品，通過(guò)PC實(shí)現(xiàn)廣播質(zhì)量的視頻和音頻數(shù)據(jù)處理，新開(kāi)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)基于光纖通道（FC）和串行存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)（SSA）“多發(fā)送端”技術(shù)，可確保一組PC基工作站訪(fǎng)問(wèn)共享普通磁盤(pán)存儲(chǔ)器的子系統(tǒng)，而不使用普通的視頻服務(wù)器，借助于經(jīng)濟(jì)的數(shù)據(jù)集線(xiàn)器，用戶(hù)計(jì)算機(jī)和共享磁盤(pán)存儲(chǔ)器的智能子系統(tǒng)之間已可實(shí)現(xiàn)高比特的通信（1Gb/s），還有開(kāi)發(fā)了適于節(jié)目制作應(yīng)用的智能單元布線(xiàn)的方式（銅纜和光纜）和合適的“多發(fā)送端”技術(shù)“服務(wù)器軟件”，以控制和管理數(shù)據(jù)，因而確?？蛻?hù)機(jī)和共享磁盤(pán)存儲(chǔ)器子系統(tǒng)之間的實(shí)時(shí)同步對(duì)話(huà)。最后，“多發(fā)送端”技術(shù)確保有足夠的數(shù)據(jù)處理及傳送的技術(shù)容量?；谝陨螴T技術(shù)，實(shí)現(xiàn)演播室的無(wú)帶制作環(huán)境。