高清演播室技术-杨磊

高清演播室技术主讲教师：杨磊1

第1章高清技术概述

第2章演播室技术概述

第3章演播室的数字化

第4章高清演播室的技术特点

第5章高标清之间的幅型变换

第6章高清演播室设备

第7章高清演播室设计与改造实例

第8章高清虚拟演播室技术及实例

课程主要内容2广播电视技术系统的构成演播室拍摄新闻素材采集录像编辑录像播出传输发射接收图像及声音前期系统后期系统电视中心卫星广播-S地面广播-T有线电视传输-C字幕/动画/特技电影拍摄电视电影图像及声音图像及声音转播车卫星信号收录磁带库网络制播网络电视移动电视虚拟演播室3原国际无线电咨询委员会（CCIR）对高清晰度电视的定义：“高清晰度电视应是一个透明系统，一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象。”H3H1.1什么是高清第1章高清技术概述41.2高清历史回顾1954年1月，美国NTSC制彩色电视开播1959年12月，法国SECAM制彩色电视开播1964年，德国提出了PAL制

1964年，日本开始高清晰度电视研究！（1960年9月，日本NTSC制彩色电视开播，着眼点是迅速建立起自己的彩电工业，向美国以及全世界的市场出口产品）（我国于1959年开始NTSC制彩色电视的研究，中止10年，1969年重新开始进行“彩色电视会战”，尝试PAL制，1973年5月1日试播，并于同年10月1日正式播出。）5

1964年，日本NHK开始进行下一代电视的研讨，于1970年开始高品位电视的研究（1985年2月命名为Hi-Vision）。NHK认为：下一代电视系统应是一个全新的高质量、高清晰度的电视系统。它没有必要也不可能和现行电视制式相兼容。

1972年3月，NHK向CCIR上报了“新研究计划—高清晰度电视的建议”，即HDTV，并于1974年被CCIR采纳。

1977年，NHK制定了宽高比为5:3（后来改为16:9）的HDTV暂行标准。

1978年，NHK的HDTV暂行标准在CCIR第4次全会上被写入801报告书。

1.2.1日本的高清研究6

HDTV的扫描格式为1125/60/2:1，亮度20MHz，两个色差分别为7.0MHz和5.5MHz，宽高比先5:3，后为16:9。伴音采用前面3声道、后面1声道的3-1方式。

HDTV图像质量极佳，但传输带宽达27MHz，且接收机造价昂贵（1994年上半年在日本，一台32英寸接收机的售价约合1万美元），实用受限。到1984年初，NHK提出MUSE编码方案，频带压缩到8MHz，于1985年3月在日本筑波国际科学技术博览会上进行了MUSE广播实验。1988年9月，用MUSE编码方案成功地对汉城奥运会进行了高清晰度电视实况转播。从1989年6月3日开始，NHK在BS11频道每天1小时HDTV卫星试验广播，直至2007年9月停播。服务了100万户家庭。7

2000年12月，日本首家提供卫星数字直播业务的PerfectTV利用BSAT-2A卫星采用ISDB-S标准开始直播数字/高清电视节目，2007年收视用户达500万户。

2003年12月开始ISDB-T，2007年收视用户达160万户。

2005年，日本进一步开始超高清电视（SuperHi-Vision）研究，分辨率为HDTV的16倍，视角达100度，并配有22.2声道的声音。演示用的投影屏幕分别达450英寸和600英寸。100’450’600’81.2.2欧洲的高清研究英国IBA于1981年首先提出MAC制（MultiplexedAnalogueComponents），并在1982年的IBC上作了演示。1982年9月IBA建议用C-MAC方式来传送卫星电视，1983年6月欧洲广播联盟（EBU）通过决议将C-MAC制定为欧洲卫星广播的统一制式。

MAC制是欧洲集团针对日本的高清激进过渡方案而提出的一种渐进过渡方案（由D2-MAC到W-MAC再到HD-MAC）。在1986年CCIR第16届全会上，欧洲集团与日本曾就这两种过渡方案进行了激烈的争论（此前日本已说服美国和加拿大采用其MUSE制）。1989年BIRTV上，欧洲的MAC制也曾进行了大规模的宣传及演示，D2-MAC曾在我国做过试验，并曾被广电部推荐为我国卫星电视用传输制式。目睹高清！9

HD-MAC也是欧洲的尤里卡95计划的重要部分，1989年在中国全面展示，但在90年代初即受到美国的冲击（我国也同样受到冲击）。因为美国于90年5月提出了全数字高清晰度电视的实现方案——DigiCipher。

因此，尤里卡95计划夭折，1991年成立欧洲启动集团ELG，1993年改名DVB。101.2.3美国的高清研究美国很早就关心向HDTV的发展，1983年9月即成立了ATSC。

1990年5月，美国通用仪器公司（GI）提出了全数字高清晰度电视的实现方案——DigiCipher，这也是数字高清晰度电视的最早方案。DigiCipher的输入视频源为1050行2:1隔行扫描的YUV分量信号，场频59.94Hz，画面宽高比为16:9，采用了DCT、VLC和ME/MC等技术，最后采用16QAM方式进行传送。后来共7家公司组成大联盟，研究ATSC。111.2.4中国的高清研究国情：改良兼容过渡。IDTV、EDTV、I－PAL、PAL-plus。6MHz12MHz亮度高频分两段进行正交调制，并与色度逐行轮换。水平清晰度提高一倍，并与现行系统兼容。121989年开始“高清晰度电视软科学研究”。1993年，以广科院为主的“高清晰度电视技术研究”项目被国家科委批准为“八五”攻关项目。1994年11月，国务院成立了由11个部委局组成的数字高清晰度电视研究开发协调小组。1996年，国家科委将数字高清电视列为国家重大科技产业工程项目，全力进行数字高清电视的研究开发。1998年6月，中国第一台完全自主开发的高清晰度电视功能样机系统在北京试验成功，并于同年9月8日至12日的5天时间里上中央广播电视发射塔进行了数字高清电视节目的发射和接收实验，取得了成功。1999年10月1日、2日，央视分别用广科院和国家HDTV总体组的两套系统（分别用43频道和45频道播出）成功地进行了国庆50周年盛况的高清电视转播试验。

13中央电视台成为国内第一家引入高清HDCAM的电视台。现已有多辆高清车和多个高清演播室。新大楼全面采用高清系统。中央台的第一辆高清车即是为1999年国庆50周年盛况高清转播向SONY定制的6讯道车，后升级为8讯道。奥运前再次向SONY定制20讯道A级高清车。中央台拍摄的第一部大型纪录片是《故宫》，全程HDCAM；第一个演播室也是全HDCAM，包括ENG、录像机等。目前在制播领域应用更多的就是HDCAM格式，因为该格式便于与既有的数字Bata和SR兼容，前后期系统的联接性好。

5年内，央视陆续开通3、5、6、8等高清频道，其他频道也是采用高清制作，再下变换到标清播出。北京电视台也将HDCAM作为高清主力格式。14为加快我国电视节目高清化进程，国家广电总局于2009年8月6日发布《广电总局关于促进高清电视发展的通知》。一方面，为了推进高清电视的发展，要求有线数字网络（已完成数字转换的有线网络）应全部接入已经开播的高清频道；且不得收取接入费用，不得向用户额外收费，地面无线播出的高清频道不得加密，不得收费。另一方面，对开播的高清频道有严格的要求，开播的高清频道第一年度的节目高清播出率应高于50%，第二年度应高于70%，第三年度达到全高清播出。第一、二年度高清频道黄金时段（18:30-23:00）应全部播出高清节目，高清时段播出的广告、气象等节目也应高清。15

2010年9月2日，国家广电总局再发布《广电总局关于进一步促进和规范高清电视发展的通知》。

三、严格规范要求，确保技术质量。同播的高清频道节目制作、播出应遵循《广电总局关于高标清同播技术要求的若干意见》（广发〔2010〕34号）的要求，确保技术质量。要进一步加强对频道呈现样式的规范，重大事件转播、综艺、影视剧、体育、专题和广告节目应采用16:9构图播出，其中体育和专题节目可根据需要兼顾4:3保护框；按高清格式制作的新闻节目应采用16:9构图播出，并兼顾4:3保护框。播出高清节目应在屏幕右上角标注“高清”字样，播出非高清节目不得标注“高清”字样。高清节目的伴音应加大5.1环绕立体声制作、播出比例。16第2章演播室技术概述演播室是录制电视节目的重要场所，每个电视台都有大小不等的多个演播室，供不同性质的电视节目采录（或直播），如综艺娱乐类或新闻访谈、体育等专题类。从电视节目制作流程上看，属于电视前期系统。具有直播功能的演播室已成为当今电视演播室的主流。17

Therearemanydifferentjobsinvolvedincreatingatelevisionnewsbroadcast.Whiletheanchors,foreground,whoreadthenewsarethemajoron-camerafocus,numerousdirectors,producers,andtechnicalstaffworkbehindthescenestomakethenewscastcomeoffsmoothly.18传统演播室（即模拟演播室）所有视频信号通过视频矩阵来分配和调度，经过特技切换台进行切换和特技处理。音频信号则经过音频矩阵来分配，经过调音台进行处理。即使有些设备是数字化处理的数字设备，但I/O口处仍为模拟信号。所有信号在演播室的切换台经过切换、混合和过渡等处理后，进行记录或送至播出中心，经主控室传送出去。19在整个演播室系统中，所有信号的同步是十分重要的问题。必有确立全台统一的时间基准，使各路视频信号在切换、混合、过渡和特技合成时能够平衡衔接，避免画面的滚动、跳跃、撕裂或丢色的现象。统一的同步基准由电视台主控发送，所有演播室的主同步机的振荡频率和相位都要跟踪主控发出的基准同步信号。20演播室视频系统图21

数字演播室的系统结构与传统模拟结构的框架一样，但是所有视频信号通过数字视频矩阵来分配和调度，经过数字特技切换台进行切换和特技处理。音频信号则经过数字音频矩阵来分配，经过数字调音台进行处理。对于复杂的特技处理，还需要配备专用的数字特技机。所有信号在数字演播室的切换台经过切换、混合和过渡等处理后，进行记录或送至播出中心，经主控室传送出去。音频部分相对视频来说有不同的技术。高清化（含虚拟演播室）22第3章演播室的数字化当今的高清演播室一定是数字化的，视频信号的数字化涉及到取样、量化、编码这3个过程。国际上从20世纪60年代末开始数字电视的研究：一是电视演播中心的数字化（电视设备的数字化和PCM编码标准的确定）；二是电视信号传输的数字化（以信源及信道码率压缩为主的高效编码方法）。到70年代初，欧美各国相继在电视演播中心数字化方面取得进展，而这些进展主要体现在各独立电视设备的数字化处理方面：设备内部全数字处理，但具有模拟的输入输出接口，可以在演播中心内与模拟电视设备混合使用。23发表日期设备名称发表的公司备注1973年数字时基校正器英国广播公司（BBC）BBC最先发表样机，但美国CVS公司最先进行商品化生产。1973年电视制式转换器英国独立广播公司（IBA）由美国NTSC信号经卫星送到英国转换为欧洲PAL信号。1974年帧同步机美国国家广播公司（NBC）最先用于NBC电视台，1975年后在美、日成为商品。1976年数字式电子静止图像存储器美国哥伦比亚广播公司（CBS）与安培（Ampex）公司1977年数字式噪声抑制器法国汤姆逊公司（THOMSON）1978年数字视频特技日本NEC公司英国宽泰公司与日本NEC公司发表的日期相近。1978年数字录像机英国广播公司（BBC）因磁带消耗量极大而未能进行实用。

3.1最早的演播室数字设备面世

24上表所列的各独立电视设备的数字化，使原来单一性的模拟电视系统转变为数字/模拟混合式的电视系统，但当其中串入的独立设备增多时，由于每一台数字设备都有一次模/数、数/模的编/解码转换过程，使各环节的量化噪声积累，图像质量下降。因此，提出了从摄像机到发射机调制器之间所有处理和操作的全数字化问题，使各数字设备之间的信号格式不再转来转去，而是直接的“数字—数字”接口。这种全数字环境也使得各国各种格式的电视节目能以一定的标准方便地互相交换。25为了统一全世界数字电视制式，前国际无线电咨询委员会（CCIR）于1982年提出了全数字演播室标准——CCIR601建议书（CCIR后来成为ITU下属的无线电委员会，简称ITU-R，因此该建议书相应改为现在的ITU-RBT.601）。

3.2

ITU-RBT.601标准26

ITU-RBT.601全称：演播室数字电视编码参数（Studioencodingparametersofdigitaltelevisionforstandard4:3andwide-screen16:9aspectratios)编码信号为分量信号(Y，CR，CB)，取样频率对Y是13.5MHz，对CR和CB分别是6.75MHz（简记为4:2:2），取样结构是正交结构，量化级是8比特，可选用10比特及PCM编码方式等等。我国相应国标：演播室数字电视编码参数规范（Thespecificationsofencodingparametersofdigitaltelevisionforstudio），GB／T14857-93

ITU-RBT.601规定了演播室分量信号的编码参数，是信号取样标准，但不是接口标准。其对应接口标准分别由SMPTE和EBU标准化，→ITU-RBT.656。2728Rec.ITU-RBT.601-4(4:2:2)29Rec.ITU-RBT.601-4(4:4:4)30

4:2:2samplingisusedinITU-RBT.601,D-1,D-5,AmpexDCT,DigitalBetacam,Digital-S,andDVCPRO50formats。

3.3

ITU-RBT.601的取样结构31

4:1:1samplingisusedin525/59.94(“NTSC”)DVandDVCAM,andinboth525/59.94and625/50(“PAL”)DVCPRO。32

Co-sited4:2:0samplingisusedin625/50(“PAL”)DVandDVCAMformats.CrandCbsamplesareonalternatelinesineachfield(aframeviewwouldshowtwolinesofYCr,Ypairs,thentwolinesofYCb,Ypairs).Notethatthisisdifferentfromthe4:2:0chromasamplepositioninginJPEG,MPEG-1,andH.261formats!Theyuseinterstitiallysited4:2:0sampling!33343536以PAL制为例：行频为15.625kHz，则亮度信号在水平方向的取样点数应为13.5MHz/15.625kHz

=864点/行，但行扫描逆程期间不用传信号，则水平方向的实际样点数应为864×(64-12)/64=702点/行（BT.601规定为720点/行）。场逆程期间（两场共49行）也不需要传信号，因此垂直方向的有效扫描行数为576行/帧。两个色差信号的取样点数在水平和垂直方向均减半，即：水平360点/行，垂直288行/帧，因而每秒钟的像素速率为

(720×576+2×360×288)×25帧/s=15.552Mb/s。每个像素按8bit量化，总码率为15.552×8=124.4Mb/s。3.4数字视频信号的基本码率37直接根据每秒样点数计算：标清：13.5+6.75+6.75=27Mpix/s每像素8bit量化，27×8＝216Mb/s每像素10bit量化，27×10＝270Mb/s高清：74.25+37.125+37.125＝148.5Mpix/s每像素10bit量化，148.5×10＝1485Mb/s38

复合编码是将复合彩色信号直接编码成PCM形式。码率低，设备简单，适用于在模拟系统中插入单个数字设备的情况。缺点是取样频率必须与彩色副载频保持一定的关系，而各种制式的副载频各不相同，难以统一。另外，采用复合编码时由取样频率和副载频间的差拍造成的干扰将影响图像的质量。分量编码是将三基色信号R、G、B分量或亮度和色差信号Y、CR、CB分别编码成PCM形式。与制式无关，只要取样频率与行频有一定的关系，便于制式转换和统一，而且由于Y、CR、CB分别编码，可采用时分复用方式，避免亮色互串，可获得高质量的图像。缺点是总码率较高，设备价格相应较贵。3.5复合编码与分量编码393.6数字分量并行接口及ITU-RBT.656接口是一个涉及两台设备或两个系统间相互连接规范的概念，这种规范包括互连电路形式、数量和功能，以及由这些电路交换的信号的类型和形式。并行接口是把数据字的各个比特通过分别的通道同时传送的接口。

525／59.94系统的并行接口标准由SMPTE125M定义，625／50系统的并行接口由EBUTech3267定义。两者都被ITU-R采用合并为Rec.656。→ITU-RBT.65640

ITU-RBT.656标准要求视频数据流结构要最大限度地满足“525行/59.94Hz”和“625行/50Hz”两大扫描体系，进而明确规定了在对这两大扫描体系的视频信号进行数字化时其行、场消隐的时间基准；规定了视频数据流可有并行及串行两种形式，进而分别给出了8bit视频数据在并行传输及串行传输时的具体格式、串行传输时的比特顺序（先传低位，后传高位）；还给出了同步脉冲信号的频率及方波宽度、脉冲沿抖动等具体参数。41

Rec.656标准的物理接口使用11对双绞线的25针“D”型接插座（10对为数据，第11对为27MHz的时钟；另有1对系统地和1根电缆屏蔽地）。在传输时以样值为单位，按CB，Y，CR，Y，CB，Y⋯⋯顺序将各比特并行传输，位速率为27Mb／s。在每一电视有效行的开始前和结束时，分别有4比特的有效视频起始标志SAV（StartofActiveVideo）和有效视频结束标志EAV（EndofActiveVideo）。整个数字有效行包括720个亮度字和720个色度字(CB，CR各360个)。

ITU-R的最新接口标准可提供10比特精度的接口，当用于传送8比特数据时，在最低位加两个零。由于数字分量信号的EAV和SAV已含同步信息，因而无需再传送同步信号，在行、场消隐期间可传送数字音频信号和其它辅助数据。42ITU-RBT.656规定的帧划分方法水平（H）、垂直（V）和场（F）信号作为嵌入到视频数据流中的一串比特来发送，这一串比特构成了一个控制字。43ITU-RBT.656规定的视频数据流特性图中AB为控制字节（ControlByte），由值1、F、V、H和4个误码检测及校正位组成。有效视频（ActiveVideo）部分由720个Y、360个CB和360个CR（共计1440个样点）组成，而整个视频帧结构除了这1440个有效视频样点值外，还包括NTCS制258字节或PAL制280字节的水平消隐（EAV和SAV代码之间的空间）以及垂直消隐（V＝1对应的空间）。443.7演播室串行数字接口SDI串行数字接口（SDI）是把数据字的各个比特以及相应的数据通过单一通道顺序传送的接口。由于串行数字信号的数据率很高，在传送前必须经过处理。用扰码的不归零倒置(NRZI)来代替早期的分组编码，其标准为SMPTE259M和EBUTech3267，标准包括了含数字音频在内的数字复合和数字分量信号。在传送前，对原始数据流进行扰频，并变换为NRZI码，确保在接收端可靠地恢复原始数据。这样在概念上可以将数字串行接口理解为一种基带信号调制。45辅助数据（音频）协处理器CRC计算移位寄存器扰码器编码器27MHz时钟270MHz时钟27MHz时钟并行CbYCrY…串行输出NRZINRZ10bit并行数据码流的串行处理46不归零码NRZ的特征：对逻辑1规定一个适当高的DC电平，对逻辑0规定一个适当低的DC电平。串行数字信号不单独传送时钟信号，在接收设备中用一个锁相环PLL和压控振荡器VCO重新产生时钟信号，锁相环通过数字信号中0到1或1到0的跳变沿进行锁定。然而NRZ码可能出现连0和连1状态，锁相环会失去基准，此间接收端数据再生精度就取决于VCO稳定度了。另外，NRZ码有直流分量，不适于交流耦合0

1

0

0

1

1

1

0

1

1

1

1

0

0NRZNRZI47

SDI采用倒相NRZ码（NRZInvertedcode），“1”跳，“0”不跳。跳变沿增加，可改进PLL的性能。

NRZI码仍有直流和低频分量，为进一步改进接收端的时钟再生，采用扰码（Scrambling），可使长串连0连1序列及数据重复方式随机化并扰乱，限制了直流分量，提供了足够的信号电平转换次数，保证时钟恢复可靠。48串行数据在编码扰频电路中进行扰频时，将输入数字信号除以多项式X9+X4+1，然后再进行倒置，用多项式X+1除扰频后的数字流，形成NRZI码。在数据流的接收端，SDI接口利用X9+X4+1和X+1多项式，从NRZI码流恢复原数据流。

SDI信号用单根同轴电缆传送，最长传输距离300米。

SDI接口不能直接传送压缩数字信号，因此数字录像机、硬盘等设备记录的压缩信号重放后，必须经解压并经SDI接口输出才能进入SDI系统。然而如果反复解压和压缩，必将引起图像质量下降和延时增加，为此，各种不同格式的数字录像机和非线性编辑系统，都规定了自己的用于直接传输压缩数字信号的接口。49

(a)索尼公司的串行数字数据接口SDDI（SerialDigitalDataInterface），用于Betacam-SX非线性编辑或数字新闻传输系统，通过这种接口，可以4倍速从磁带上载到磁盘。

(b)索尼公司的4倍速串行数字接口QSDI（QuarterSerialDigitalInterface），在DVCAM录像机编辑系统中，通过该接口以4倍速从磁带上载到磁盘、从磁盘下载到磁带或在盘与盘之间进行数据拷贝。

(c)松下公司的压缩串行数字接口CSDI（CompressionSerialDigitalInterface），用于DVCPRO和Digital-S数字录像机、非线性编辑系统中，由带基到盘基或盘基之间可以4倍速传输数据。50SDTI串行数字传输接口

1998年7月，SMPTE推出SDTI接口标准，统一了SDDI、QSDI、CSDI三种接口，被称为SMPTE305M标准。SDTI规定了在演播室和制作中心内传送打包数据的数据流格式，其中数据是打包的，同步信息与ANSI／SMPTE259M一致。SDTI可用于传送各种类型的数字数据，无需解码即可直接传输到目的地，避免反复解码／编码引起的质量损失。51各种压缩的数字信号为9比特或8比特数据流，经格式化器映射为10比特的数据流，然后经SDI编码成为标准SDI数据流。通过SDI系统，在接收端首先经过均衡器均衡，再进行SDI解码，然后是反格式化，从10比特映射为9(或8)比特数字流，恢复原压缩数字信号。整个过程没有对压缩信号进行解压和再压缩。对应270Mb／s标准和360Mb／s标准(16：9格式)，所传有效数据流的最大速度分别为200Mb／s和270Mb／s。所传输的串行、扰频的NRZI码数据流，按照SMPTE259M和ITU-RBT.656标准格式化。SDTI规定的打包数据与SDI规定的数字信号一样，可在现有数字演播室内流通。5253

SMPTE259M阐述的扰频NRZI串行接口也可以用来传送复合数字信号。从10比特并行接口来的数据经过串接，按照分量接口使用的同样算法经过扰频处理，变换为NRZI信号。最终的数据率为：NTSC是143.2Mb／s，PAL是177.3Mb／s。与分量信号相比，复合信号从并行到串行的变换要稍微复杂些，因为并行复合接口不具备SAV和EAV这样的信号，必须在串接之前，在并行信号中插入适当的定时基准信号(TRS)，在同步顶位置插入3个字的TRS信号，以保证在串行接收机中实现数字成帧，然后，接收机应能够从接收到的并行信号中去掉TRS信号。复合并行接口不具备发送附加数据的能力，诸如音频信号之类的附加信号可以预先在信号串接时加入，这个过程通常是利用插人TRS的同一个公用处理器实现的。5455本国前言本标准等同采用ITU-RBT.711-1建议书。ITU前言建议：按ITU-RBT.601及ITU-RBT.656建议运行的数字分量设备的同步基准信号应符合本标准。563.8数字高清演播室信号接口高清信号的数据率高，在演播室间的信号传输需采用光缆。ITU-RBT.1120-2建议书规定了1125/60和1250/50系统的传输规范。我国于2000年颁布了《数字高清晰度电视演播室视频信号接口标准》GY-T157-2000。

HD-SDI码率为1485Mb/s573.9辅助数据的插入（Ancillarydata）时间码的传送（LTC、VITC、实时时钟等）数字声音的传送（可多达16路AES/EBU20比特的数字声音信号）监测与诊断信息的传送（误码检测校验字、状态标识位）图像显示信息的传送（4:3/16:9宽高比标识信令）其他应用（图文电视、节目制作和技术操作信令等）插入位置：行辅助数据HANC（小于280或268字）可插在行消隐期，场辅助数据VANC只能插在场消隐期间的各有效行内（小于1440字）。每个数据块的前3个字为000

3FF

3FF583.10音频取样频率的确定音频取样原理与视频取样原理一样，都应符合取样定理。音频范围：20Hz～20kHz。实用取样频率主要有3种：

1）32kHz（专业传输标准）：满足FM立体声广播要求，最高音频15kHz。

2）44.1kHz（消费级标准）：数字音频最早用磁带录像机来记录，因此要符合电视行场格式，规定利用每场312.5行中的294行记录数字音频，每行记录3个样值，因此，50Hz×294×3=44100Hz。后来用这类录像机做CD复制的信号源，也用于R-DAT记录。

3）48kHz（广播级标准）：与32kHz有简单换算关系，便于进行标准的转换。59国家广电总局于2000年制定了行业标准《演播室数字音频参数》GY/T156-2000。参数标准规定取样频率（kHz）48，44.1，32编码方式PCM量化比特（bit）20，16，18，24不采用预加重网络603.11数字演播室的特点

1）数字演播室包括数字视音频信号的产生、处理、记录、传输、切换、播出等设备，传输介质为同轴电缆及光纤，主要传输信号格式为SDI，传输质量是其他网络不能比拟的。

2）声音和辅助数据可嵌入到视频信号的行场消隐期间传送，也可单独通过一层开关矩阵传送，与视频信号同步切换。

3）时间码是声音和图像的同步标识信号。控制信号和数据采用从发端到收到的点对点连接方式单独传送。

4）通过开关矩阵实现SDI系统中的资源共享。

5）频带宽，可继续使用现有演播室结构和同轴电缆。

6）SDI系统为重放DVR等设备记录的压缩信号，需反复解压，降质。因此98年7月出台SMPTE305M→SDTI（串行数据传输接口），可传输打包的压缩视频信号。通过包头数据来区分SDI、SDTI以及压缩方式，可直接通过矩阵分配。61第4章高清演播室的技术特点高清演播室与传统演播室或数字演播室的技术功能是一样的，其主要特点是所有设备一定是高清或高标清兼容的。演播室高清化带来的主要问题：数据率提高、画面宽高比改变、光照度要求提高、景深变小。特别是自2009年9月28日开始高标清同播，信号格式变得复杂（易出错）。624.1高清与标清的对比标清：ITU-RBT.601取样频率：Y为13.5MHz，CB和CR各为6.75MHz。样点数：Y:CB:CR＝720:360:360，简记4:2:24:2:2时分复用传输：Cb1Y1Cr1,Y2,Cb2Y3Cr2,Y4,Cb3Y5Cr3,Y6,…Cb360Y719Cr360,Y720高清：ITU-RBT.709取样频率：Y为74.25MHz，CB和CR各为37.125MHz。样点数：Y:CB:CR＝1920:960:960时分复用传输：(Cb1Y1),(Cr1Y2),(Cb3Y3),(Cr3,Y4),…。其中Yi表示每行的第i个亮度有效样值，CbiCri表示与Yi取样点位置相同的色差分量样值。634.2高清带来高数据率标清SDTV：SDI码率270Mb/s，信号带宽135MHz高清HDTV：HD-SDI码率1.485Gb/s，信号带宽750MHz模拟视频信号带宽：6MHz3G高清（1080p）：码率达3Gb/s644.3高清信号传输对电缆的要求在高频情况下，传输电缆分布参数的影响凸显出来，表现为沿导线长度分布的损耗电阻、电感、电容和漏电导。因此，在高清视频信号传输时，可用电缆长度大大缩短，这在进行高清演播室的设计时必须要注意！尤其是对于大型高清演播室，首先应考虑光缆传输。65Belden数字视频电缆推荐使用长度66TEK-TG700同步机彩条信号671855A60米测量TEK-TG700同步机输出彩条684.4高清格式与标清格式的相互转换高清→标清：抽行、抽点标清→高清：加行、加点（内插：最近邻、双线性）幅型变换（详见第5章）16:9→4:3，以宽为主，上下加边，多用于字幕4:3→16:9，（与现行主流宽屏电视一样）3-2下拉变换：24幅胶片或24p逐行扫描图像→60场1/3s69第5章高标清之间的幅型变换现有电视为4:3的幅型，数字电视有4:3和16:9两种幅型，而高清电视规定了16:9的幅型。2009年9月28日，中央一套及北京、东方、江苏、湖南等全国5个卫视频道正式开始高标清同播（央视原有高清综合频道），到10月8日，又有黑龙江、浙江、广东、深圳等4个卫视台正式开始高标清同播。同一节目以两种不同的幅型来制作和播出，带来复杂的幅型变换。就4:2:2取样结构来说，针对两种不同的幅型，也有两种不同的方案。70在4:2:2取样格式下，有两种方法可以得到16:9幅型的视频信号：一种是保留ITU-RBT.601中4:3格式的13.5MHz的取样频率；另一种方法是保持原来的水平空间排序，增加水平方向的信息，所建议的标准就是SMPTE267M，包括了13.5MHz和18MHz两种系统。因为16:9的13.5MHz取样信号在电平上不能与普通4:3信号相区别，因此可以和该信号一起传送。18MHz取样的16:9格式的数码率在360Mb／s，也可以使用同样的算法进行处理和传送。71720像素720像素720像素960像素120像素120像素16:9

18MHz取样360Mb/s4:3

13.5MHz取样270Mb/s16:9

13.5MHz取样270Mb/s72宽屏电影或电视剧其他新闻素材其他16:916:94:34:373节目源高清播出问题标清播出问题高清节目源16:9构图拍摄16:9正常画面播出上下加黑边下变换播出（信箱方式），画面信息不丢失抽点，1920→720，(是原来的720/1920=0.375)4:3保护框构图拍摄左右切边下变换播出，画面充满屏幕，保护框内信息不丢失抽点，1080→576，(是原来的576/1080=0.533)标清节目源4:3构图拍摄左右加黑边上变换播出，画面信息不丢失上变换放大1.875倍4:3正常画面播出上下加黑边遮幅构图拍摄上下切边上变换播出，画面充满屏幕，画面信息不丢失上变换放大2.667倍，画面清晰度差74

第3种高→标清下变换

2010广州亚运会将采用压缩（Squeeze）下变换。将16:9画面横向挤压为4:3，不丢失内容，但画面变瘦长。当接收机收到此4:3视频时，宽屏电视的扩展功能可将其复原到16:9，即前述的16:9标清（欧洲一些国家多用）75为避免四周切边的“邮票”画面，在播出的视频信号中插入标识其画面特征的描述信息，这样上/下变换设备就能够自动识别在播节目原有的有效幅型比格式，并按照一定的转换规则采用不同的幅型比转换。宽屏信令WSS（WidescreenSignaling）嵌入在场逆程VBI中，普通电视机可接收WSS并按信令规定的显示方式自动显示。欧洲电信标准化协会ETSI（EuropeanTelecommunicationsStandardsInstitute）在DVB系统中引入了用于描述画面格式的元数据，即AFD（ActiveFormatDescription）和边条数据（BarData），比WSS还详细，后被ATSC和SMPTE采纳，并制定了标准。76活动图像格式描述符AFD用来描述一个视频编码帧中人们感兴趣的那部分活动图像的显示格式，它是一个4bit的码字，每个编码帧对应一个。不仅给出本帧画面中人们感兴趣的那部分活动图像的幅型比，还标识了此活动图像处于本帧画面的什么位置，以及有无特殊区域保护要求等信息。例：当编码帧的幅型比为4:3时，AFD=“1010”表示活动图像的幅型比为16:9，并且居于4:3编码帧的中心；当编码帧幅型比为16:9时，AFD=“1010”则表示活动图像的幅型比为16:9，并且所有的图像都处于16:9的图像保护区中，需要全屏显示。4:316:977

BarData可作为AFD的辅助信息使用。当活动图像不能填满整个编码帧，且AFD本身不能完整描述其范围，就要用BarData。此时，它可以用来标识画面中未用区域的精确位置。

AFD和BarData是基于帧精度的，通常与其描述的视频信号一起传输：1）插入到SDI信号的垂直辅助数据VANC中；2）经过KLV编码后，作为视频信号的SMPTE元数据进行传输。78第6章高清演播室设备

6.1高清摄像机

6.2高清录像机

6.3视频切换与数字特技

6.4高清数字视频矩阵796.1高清摄像机80818283数字信号处理摄像机的组成84变焦镜头的组成8586878889HDCAM高清一体机－HDW-800P9091SONY’sHighDefinitionVideoSystem(HDVS)includescameras,switchers,routers,VTRsandcamcorders.Thisrangeofproductsnowhasasignificantaddition,asSonyproudlyintroducesaninnovativeall-digitalproductionsystem----theHDC-900studiocamera,theHDC-950companionportablecamera,andtheHDCU-900cameracontrolunit.TheHDC-900/950familyhasbeendesignedtodeliveravarietyofchoicesofHDTVandSDTVtomeetmultipleglobaldigitaloriginationformats.Inparticular,therowinginterestinprogressivescanoriginationhasbeenmadeacentraldesignfocusofthisimportantnewcamerafamily.92NewTechnologiesImprovementsinDSP,anewly

developed2.2-millionpixelCCDand12-bitA/Dconversionare

attheheartoftheHDC-900/950camerasystem.12-bitA/D

conversionimprovesgradationanalysisbyafactoroffour

comparedto10-bitconversion,significantlyimprovingcontrol

overpicturetonalreproduction,andaccuracyofcolor

reproduction.A600%dynamicrangeincombinationwiththe

12-bitA/DandthesuperiorDSPprocessingensuresuperb

processingofoverexposedpictureinformationandthehandling

ofspecularhighlights.939495SONY的14bit超级50i机型HDC1580全新采用PowerHADEXHDCCD（220万像素），具有目前高清摄像机最出色的性能。高达F11的灵敏度，有效减轻了夜晚体育转播时对灯光照度的要求。信噪比55dB，调制深度达到55%，有效降低了暗部画面噪波，使得高清晰的画面细节丰富，提供了更加通透的高清晰度图像画面。

HDC1580包含了广播级高清摄像机行业中最先进的14bitA/D转换器，使得由高性能CCD拍摄的图像能够在处理过程中保持最高的准确度。高清晰度的14bitA/D转换能够忠实的再现画面中亮到暗部区域的层次。有了这个14位的A/D转换器，摄像机能够真正在600％的动态范围内清晰的再现物体的亮度层次。真正保证了室外节目转播中高亮画面和暗部画面的完美重现。垂直拖尾的指标达到-135dB，无论在室外或者室内应用，都已经解决了垂直拖尾影响画面的问题。性能已经全面超越了以往的高清摄像机。96高清摄像机的景深浅，所以聚焦困难一直困扰着全世界的摄像师，Sony针对聚焦问题开发的‘寻像器聚焦细节’功能，利用电路实时检测拍摄图像焦点的位置，并且叠加显示在寻像器图像上，让摄像师能够对焦点的位置一目了然。97

E-倍率（电子倍率）功能提供了数字的倍率功能，有效的解决了在体育转播中使用光学倍率镜的时候引起通光量减少需要增大光圈的问题，使得体育比赛时大倍率镜头的应用范围更加广阔。也使得箱式镜头的倍率效果进一步提高，如果使用100倍镜头（带光学倍率镜）再配合E-倍率功能，最高可达到400倍的效果。98

Sony采用的光纤传输平台具有1.5G的带宽，能够以4:2:2的全数字方式传输分量信号，同时使得摄像机到CCU的距离可以最大扩展到3000米。通过MSU和CNU连接Sony的S-BUS网络系统，摄像机控制系统可选择系统中矩阵输出,还可通过一根视频电缆传输系统中所有摄像机的Tally信号，从而在大中型转播中具有独特的优势。991001016.2高清摄像机特有的精确对焦技术起因：摄像师在拍摄高清节目期间，在小小寻像器里根本就看不出来是否精确对焦，因寻像器或小监视器线数太低。但当拍摄完了之后在大尺寸的监视器上回放，才可能发现这些不可再弥补的对焦错误。无穷小点光斑很小光斑大，明显未对焦焦点成像点SDTV寻像器HDTV寻像器1026.2.1中央放大（如：松下AG-HVX203A）103

富士能于2004年推出全世界第一个广播级的自动对焦镜头（精确辅助聚焦的镜头，PRECISIONFOCUSASSISTSYSTEM）。从结构上说，它是在镜头内部装入了两组CCD，根据这两组CCD成像重合的偏差，达到最佳焦点，实现精确辅助聚焦功能。6.2.2镜头中加CCD，并借助图像处理技术104105106107108装有PF的ENG广角镜头HA13X4.5BRD-S28K装有PF的EFP长焦镜头XA101X8.9BESM109PF系统镜头在实际拍摄运用中的特性：

1、被摄体的距离越长，焦点距离越短，PF系统的调焦精度将会越好。在这样的拍摄条件下，即使对于高速移动的被摄体，也可发挥较高的跟踪性。2、对比度高的被摄体，调焦精度也高。3、系统的目的是辅助摄像师的自主调焦。为此，当偏离最佳焦距很大时，系统将判断摄像师的意图就是这样的，因而使PF系统自动停止。4、要使PF系统再次动作的场合，需手动调焦至最佳焦距位置附近，或者，将镜头拉回最短焦后，再把镜头向长焦推去。这时，PF系统会自动地开始动作。NHK在2004年雅典奥运会使用了“PF”镜头1106.3高清录像机D1D2D3D5DigitalBetacamDVD9DVCPROBetacam-SXDVCAMMPEGIMXD6HD-D5DVCPROHDP2P2HDHDCAMHDCAMSRHDVXDCAMHD422111索尼公司于1986年推出了D1格式数字录像机，采用ITU-RBT.601标准的数字分量记录方式，3/4英寸盒式磁带，12个旋转磁头，亮度信号的取样频率为13.5MHz，4路数字音频通道则采用48kHz取样，总的数据记录码率达到227Mb/s。

1988年，安培和索尼联合推出采用数字复合视频记录方式的D2格式数字录像机。也是3/4英寸磁带，由于直接对复合视频信号进行数字化所需的比特数少，因此D2格式数据记录码率低（大约为D1格式的一半），另外，D2录像机的带速还不到D1录像机的一半，使磁带的消耗量也比D1录像机大为减少。

1990年松下推出D3格式，仍是数字复合视频记录，但磁带减为1/2英寸。所用元器件数量和所需调整的部分均大大减少，带速进一步降低，因而可靠性比Dl、D2大为提高。D3录像机还具有极好的慢动作重放效果。到1992年，有1200多台D3数字录像机成功地应用于巴塞罗那奥运会的电视转播。112

D5格式基于D3格式的设计，由松下公司于1995年推出。它与D3具有相同的磁迹间距，因而可以重放D3格式的录像带。但D5采用了10比特量化，因而有更高的信噪比。D5录像机的带速和码率均比D3高，最高记录码率达到300兆比特/秒，是一种高质量、高性能的数字录像机。

D6格式分别改进了D3、D2格式，是一种高清晰度数字录像机，它的码率和带速均很高，消耗磁带也较多，但图像质量有了很大的改观。

以上各种规格的数字录像机都没有采用数字压缩技术对视频信号进行处理。113

数字Betacam录像机是日本索尼公司于1993年推出的专门用于演播室的高档数字分量录像机。从数字录像机的推出年代看，该款录像机应命名为D4格式，但是，索尼公司为了强调该格式与过去的模拟Betacam录像格式具有沿袭的关系，即数字Betacam录像机也可以重放模拟Betacam录像带的信号，因此宁可采用数字Betacam录像格式的名称，而将D4格式的名称空闲未用。数字Betacam对视频信号进行了2:1压缩，使用与模拟Betacam／BetacamSP相同的磁带盒，具有极高的图像质量，当然价格也很昂贵。114随着数字压缩技术在广播电视各个领域的迅速普及，MPEG-2技术也开始应用到数字录像机上，索尼的BetacamSX就是采用了比MPEG-2的MP＠ML质量更好的4:2:2P＠ML压缩方式。这种基于MPEG-2的帧间压缩方法大大降低了图像的信息量，使数据传输码率降为18兆比特/秒，图像压缩比达到10:1。BetacamSX的带速由BetacamSP的101.5毫米/秒降为59.6毫米/秒，因而其机械伺服系统的可靠性和磁鼓的寿命均比BetacamSP大为提高，大大降低了保养维护的费用。带速的降低还使磁带消耗量降低。另外，BetacamSX还提供了可与模拟BetacamSP相兼容的功能。115为适应数字技术的发展，尽可能避免完全不兼容的数字格式，由索尼、飞利浦、汤姆逊等几家公司倡导并扩展到50余家公司的联合体提出了统一的数字录像机格式，即DV（DigitalVideo）格式。DV格式具有几个衍生专业格式，即：DVCPRO、DVCAM和DVC等，这些数字录像机的出现迅速取代了模拟分量录像机的市场。尽管数字摄、录设备仍存在一些不足，但其诸多优点，如很高的性能价格比、较低的维护费用、方便灵活的操作方式、与计算机联机的快速上下载、轻便耐用的机身、可供快速维修的基础、可靠的信息存储和传输的方式，以及今后的发展前景，使得这些新型数字设备迅速替代了模拟设备用于新闻电视节目的制作。116

DVCAM格式和DVCPRO格式分别由索尼公司和松下公司推出，它们均属于DV格式的专业改进型格式，都是采用了数字分量记录方式，采用宽度仅为l/4英寸的金属磁带，8比特量化，5.5:1的场内/帧内DCT视频压缩技术。DVCAM的分量格式为4:2:0，DVCPRO分量格式为4:1:1，视频数据率均为24.948兆比特/秒，两者的主要区别在于DVCAM格式没有另设控制磁迹和提示磁迹，视频磁迹宽度为15微米，而DVCPRO格式的视频磁迹宽度为18微米，DVCPRO录像机可以播放DVCAM格式摄像机拍摄的录像带，而两者反过来则不行。另外，两者的磁带互不相容。117由于DVCPRO记录磁迹宽度较DVCAM宽3微米，所以，其相应的图像质量比DVCAM稍好，但DVCAM在前期拍摄及后期制作上的功能比DVCPRO强，其独特的ClipLink功能可以将每个关键素材段的首帧画面缩小64倍写进磁带尾部的存储器中，同时把相关的时间码等数据写入磁带盒的半导体存储器中。当DVCAM的节目素材磁带被放进编辑录像机后，缩小的索引画面会在极短时间内被非线性工作站读出，并依次将关键帧画面显示在编辑机的显示器上，对编辑人员进行非线性视频编辑十分有利。118

DV格式的家用摄录一体机采用了MiniDV盒式磁带，其尺寸仅相当于普通盒式录音磁带的一半，但却可提供约500线的清晰度。为了与Hi8格式的摄录一体机兼容，索尼公司又于1999年初推出了磁带宽度为8毫米的Digital8格式摄录一体机，其每帧的磁迹数比DV格式减少了一半，视频指标与民用DV格式基本相同。119日本JVC公司于1995年4月推出的Digital-S格式（后来被称为D9格式）数字录像机使用l/2英寸磁带，磁迹宽度为20微米，视频信号为4:2:2分量格式，8比特量化，图像质量优于4:2:0的DVCAM或4:1:1的DVCPRO数字格式。Digital-S采用了Motion-JPEG压缩技术，压缩比为3.3:1，码率为50兆比特/秒，并具有4声道PCM音频。120

硬盘录像机

1997年索尼公司推出了盘带结合型的数字录像机DNW-A100P，将硬盘和磁带结合在一台机器里。在进行非线性编辑时，以BetacamSX格式记录的节目素材能以4倍速下载到硬盘中，而以模拟BetacamSP格式记录的内容也能以正常速度下载并数字化到硬盘中，用于进行随机访问的非线性编辑，也使得一台盘带结合数字录像机充当了两台录像机使用。2000年，索尼公司进一步推出多通道硬盘编辑录像机MAV-555，它具有4个输入/输出通道，可同时完成多任务编辑操作；具有键控和实时视频特技处理能力，适合于新闻节目及演播室的制作；其全新的超级慢动作系统则可以满足体育及现场节目制作的要求；另外，该机器还具备了光纤接口，可直接进行ATM传输。121DNW-A100P

MAV-555122HDCAM及HDCAMSRHDW-2000系列高清录像机1236.4视频切换与数字特技数字切换台是演播室的核心设备，切换台的数字化是演播室数字化的关键。目前，数字切换台无论在外观、操作还是内部框架结构上，均与传统的模拟切换台相似，不同之处在于：切换台和计算机技术相结合起来，实现了多功能操作和联网操作。其输入的SDI接口不再与控制面板按钮一一对应，而是由菜单设置其对应关系；输入的视频信号与键信号也不再区分，可接入任一路SDI输入口。数字切换台具有强大的设置菜单，可对制式、格式、宽高比、各种键及特技等在内的几乎所有参数进行设置。124DVS-7200数字切换台125DVS-7300数字切换台126

MVS/DVS系列切换台系统提供了智能化和多功能的tally系统，它结合了切换台和矩阵tally系统的功能。在切换台系统中多路播出的tally信号提示和记录tally提示可以很方便的进行编程设置。如需要额外的并行Tally端口，只需要在MKS-8700上加一个Tally板或使用MKS-2700即可。通过S-BUS总线接口，MVS/DVS系列切换台系统可通过一个简单的同轴电缆向矩阵控制面板提供tally输出。1271286.5高清数字视频矩阵若要求前后两个信号以某种慢转换方式或特技效果方式来过渡，就需要较复杂的电路来实现。另外，为了保证信号切换前后的连贯性，需要参与切换的各信号严格同步，且切换时刻应该在场逆程期间进行，否则在信号切换时会出现画面的跳动。多路视频输入多路视频输出多入多出的矩阵切换器129第7章高清演播室设计与改造实例中央电视台方案北京电视台方案浙江电视台方案江苏电视台方案宜兴电视台方案常州电视台方案河北电视台方案唐山电视台方案山东电视台方案珠海电视台方案湛江电视台方案……130