王 健，張 偉

（遼寧師范大學 計算機與信息技術學院，遼寧 大連 116081）

1 引言

隨著全球高清電視的發(fā)展，以及廣電總局標清與高清電視同播技術政策的推動，越來越多的電視制作機構(gòu)開始建立高清電視節(jié)目制作系統(tǒng)。切換臺是電視節(jié)目制作系統(tǒng)的核心設備，它的性能直接決定了整個制作系統(tǒng)的品質(zhì)[1-3]。在目前標清向高清過渡的階段，如何選購合適的小型高標清切換臺成為人們關注的焦點。

2 小型高標清切換臺的技術參數(shù)

這里討論的小型切換臺定義為直切路數(shù)在10路以下、高標清兼容、一級M/E的廣播級產(chǎn)品，一般在4訊道以下的演播室和轉(zhuǎn)播車中采用。切換臺功能是否齊全、面板設計是否合理、操作是否靈活等，都會對節(jié)目制作和節(jié)目質(zhì)量產(chǎn)生重大影響。現(xiàn)在的數(shù)字切換臺不僅具備簡單的信號切換功能，同時正向多格式、多功能、高性能發(fā)展。下面探討小型高標清切換臺的主要技術參數(shù)。

1）視頻格式

高清視頻格式有 1 080/59.94i，1 080/50i，720/59.94p和720/50p 4種，采用16∶9的幅型比。標清視頻格式有480/59.94i和576/50i 2種，采用4∶3的幅型比。兩者在數(shù)字碼流、帶寬、行頻、信號處理方式以及幅型比等方面都存在著本質(zhì)差別。國內(nèi)廣電行業(yè)以1 080/50i作為高清電視信號源標準，以576/50i作為標清電視信號源標準。

2）HD-SDI（高清串行數(shù)字分量）接口

高碼率成為高清節(jié)目的最大特點，是高清制作與傳輸環(huán)節(jié)所要解決的首要問題。目前幾乎所有高清設備的視頻信號均采用HD-SDI接口，符合SMPTE 292M標準，碼率高達1.5 Gbit/s。使用專門為傳輸高清信號設計的特殊介質(zhì)的同軸電纜，對高碼率串行數(shù)字信號的衰減比較小，傳輸距離最長為300 m。

3）特效種類

特效種類和鍵功能是衡量一個切換臺的重要因素，它決定了系統(tǒng)的節(jié)目制作能力。切換臺一般內(nèi)嵌切換、混合、劃像、多通道2D/3D DVE等轉(zhuǎn)場類型，有些還通過GPI觸發(fā)與單獨數(shù)字特技機相連，達到擴展節(jié)目制作的能力。高標清切換臺都自帶鍵處理器，如線性鍵、亮度鍵、色鍵、DSK鍵等。

4）直切路數(shù)

直切路數(shù)是指在切換臺上只要按下一個鍵就可以選擇一路視頻信號的通道路數(shù)，直切功能在信號源較多時可迅速地實現(xiàn)節(jié)目切換，非常方便。由于切換臺在切換時容易造成輸出信號的紊亂和噪波，進而引起圖像的抖動，直切功能要求切換臺要帶有同步發(fā)生器接口與高清攝像機和錄像機同步，或每路直切通道都帶一個幀同步器。

5）上/下變換

要想在一個切換系統(tǒng)中兼容高清和標清信號，必須用上/下變換器進行轉(zhuǎn)換，對于不同制式的視頻信號還需要格式和制式轉(zhuǎn)換。

6）網(wǎng)絡控制接口

切換臺的網(wǎng)絡化是大勢所趨，切換臺可以通過RS-422接口或以太網(wǎng)接口對支持GPI，BVW或AMP協(xié)議的外部設備進行遠程診斷和網(wǎng)絡監(jiān)控，如對視頻服務器、錄像機、放像機等實現(xiàn)直接播出和切換控制。當需要的控制設備較多時，可通過串口擴展卡對串口進行擴展，以實現(xiàn)對更多設備的控制。

3 幾種小型高標清切換臺的性能對比

小型高標清切換臺產(chǎn)品多樣，以歐美和日本生產(chǎn)居多，不僅可在選單上設置制式、格式、幅型比等參數(shù)，而且能根據(jù)需要安裝適當?shù)倪x購件，進行靈活升級，操作方便、直觀，配置各具風格、特色。幾種小型高標清切換臺的主要參數(shù)對比見表1，它們均支持1 080/59.94i，1 080/50i，720/59.94p，720/50p 高清格式和 576/50i，480/59.94i標清格式。

表1 幾種小型高標清切換臺的主要參數(shù)對比

1）湯姆遜INDIGO多功能高標清數(shù)字視音頻特技切換臺

INDIGO是全新的高質(zhì)量、多格式視音頻切換臺，集視頻特技切換、調(diào)音、控制、監(jiān)視、同步、高標清上/下變換、制式轉(zhuǎn)換等功能于一體。支持12路SDI信號和2路高清信號的同時處理，可實現(xiàn)標清、高清信號的同時播出和8路音頻跟蹤視頻功能。經(jīng)典的彩色觸摸屏人機界面，簡化了操作程序。具備16路視頻輸入和8路數(shù)字、模擬音頻輸入接口，完善的接口功能及豐富的選件配置滿足多種應用環(huán)境。通過以太網(wǎng)，最多控制8個視頻通道?？梢酝ㄟ^RS-422接口，控制兩臺傳統(tǒng)磁帶播放設備。系統(tǒng)操作方便、靈活，調(diào)整簡單、直觀，簡化了設備間的連接、信號間的轉(zhuǎn)換等功能，降低操作復雜性。

2）松下AV-HS400A多格式現(xiàn)場切換臺

AV-HS400A是帶有多畫面顯示功能的一體化、高性能、多格式現(xiàn)場切換臺。視頻信號處理支持上變換功能和高標清信號混合功能。內(nèi)置10 bit幀同步器，允許在高清信號、標清信號和計算機信號之間進行實時切換和處理。HD/SD格式兼容，HD/SD可混合輸入。多種輸入/輸出擴展板選件可按照不同的需求進行選擇。獨有的內(nèi)置畫面分割功能，提供10個分割畫面預監(jiān)輸出，可實現(xiàn)在同一監(jiān)視器上的4屏、8屏和10屏預覽，可以監(jiān)視所有視頻輸入、預監(jiān)輸出及主視頻信號輸出，包括源名顯示和Tally顯示，使整體方案及成本大幅降低，節(jié)省導播室空間。內(nèi)置的專業(yè)控制器可實現(xiàn)最多5臺高清一體化攝像機AW-HE100及云臺的遠程控制。其體積小，質(zhì)量僅為7.2 kg。

3）索尼AWS-G500無限傳播工作站

AWS-G500是集6路視頻切換器、6通道音頻混合器、特效發(fā)生器、字幕編輯軟件于一體，用于網(wǎng)上廣播的流編碼器和流媒體服務器?？山邮崭咔錒D-SDI、高清模擬分量、DV、S-Video、模擬復合和計算機RGB信號，幀同步器支持不同格式信號的實時切換。內(nèi)置的時基校正器和顏色校正器能實現(xiàn)多臺攝像機的色彩校準和匹配處理。寬大的液晶顯示屏提供節(jié)目監(jiān)視及預監(jiān)，同時還有7個窗口用于監(jiān)看輸入的信號源。位置控制器允許對索尼PTZ攝像機進行搖移/俯仰/變焦控制，有10個按鍵用于攝像機位置的存儲或調(diào)用。通過IEEE1394接口將信號源記錄在外置硬盤上。所有部件集成在一個公文包大小的機箱中，只有筆記本計算機大小，質(zhì)量僅8 kg。

4）FOR-A公司HVS-500HS一體化數(shù)字視頻切換臺

HVS-500HS是一臺HD/SD高標清兼容的一體化切換臺，在延續(xù)HANABI系列產(chǎn)品精髓的基礎上，對操作程序和人機界面進行了機動性能的強化設計。支持模擬、數(shù)字、高清、標清等各種制式，可以提供12路輸入和5路輸出，完善的接口也能夠滿足多種應用環(huán)境的需求。可以使用數(shù)字/模擬輸入和輸出板自由組建個性化的需要，有21種不同配置，支持不同的信號輸入和輸出格式，通過重新設定模式可實現(xiàn)多種HD/SD信號之間的自由切換，豐富了產(chǎn)品的靈活性和一致性。安裝了編輯器接口，可以作為HD兼容的小型編輯系統(tǒng)使用。帶有色鍵摳像功能的DSK鍵，2個靜幀圖像存儲系統(tǒng)，支持影像與畫面的USB輸入和輸出以及畫中畫功能。

5）JVC公司KM-H2500多格式數(shù)字視頻切換臺

KM-H2500是一款6路HD/SD-SDI輸入/輸出、2鍵型切換臺，具有直觀式、傳統(tǒng)面板布置，為單選單結(jié)構(gòu)，方便用戶操作使用。單件式的全金屬結(jié)構(gòu)，質(zhì)量3.95 kg，可用于桌面或可選式桌內(nèi)/機架安裝式操作。配備高檔按鈕和強健的工具欄，所有的設計旨在處理移動和箱載使用的物理問題。用戶可對所用組件外觀完全進行個性化定制，可將按鍵調(diào)節(jié)為任何亮度和色彩，以方便在昏暗環(huán)境中使用。4通道幀同步器、4個上/下變換器、2個2D DVE（含圖片剪切和尺寸調(diào)整功能）、2個靜幀、動畫圖標、1個圖形發(fā)生器（含圓形和圖案旋轉(zhuǎn)）、8路Tally、高質(zhì)量的色度鍵控和精致的雙動畫播放功能，保證了切換臺在較高應用要求環(huán)境下的使用。

6）Ross公司CrossOver6廣播級切換臺

CrossOver6基于30多年制作切換臺的經(jīng)驗和多項專利，可桌面嵌入或機架式嵌入。具有6路HD/SD-SDI輸入和2個鍵控器、3路輔助母線輸出、雙通道2D DVE、4個上/下變換器、4個獨立的幀同步器、經(jīng)典Ross推拉桿和專利Ultra Chrome超級色鍵技術。內(nèi)置了著名的Ultimatte色度鍵控器，自帶包括卷葉、球形、沙暴狀和波紋等20多種特技效果。高質(zhì)量LED發(fā)光按鈕，亮度顏色可調(diào)，允許控制面板進行個性化設置。RGB這3種顏色按鈕標示不同的信息：紅色為信號直播提示，即信號通過切換已經(jīng)送到PGM主線；綠色是信號輸入到切換臺的提示，即接收到該設備信號并且運行正常；綠色閃爍表示沒有正常通信；黃色表示切換臺出現(xiàn)非法操作，或者提示需要安裝額外的硬件。

7）DataVideo的SE-1000高清/標清數(shù)字切換臺

DataVideo作為國內(nèi)切換臺生產(chǎn)廠商，主要面向低端市場，如教學、培訓、會議視頻、商業(yè)演出等小型制作。SE-1000具有5路HD/SD-SDI和1路DVI-I（RGB）信號輸入，有3路主輸出（2路HD/SD-SDI和1路HD/SD-YUV），質(zhì)量5.5 kg。內(nèi)置6通道自動校正的10 bit幀同步器，在不接外同步發(fā)生器的情況下，也不會出現(xiàn)畫面抖動或靜止的情況。內(nèi)置6組獨立交叉格式及制式轉(zhuǎn)換器，可以實現(xiàn)各種常用格式及制式的轉(zhuǎn)換。通過DVI輸入字幕軟件，可以進行簡單的字幕制作或嵌入Logo。內(nèi)置6路高清下變換器，可以將每路輸入的數(shù)字高清信號轉(zhuǎn)為模擬標清監(jiān)看。

4 小型高標清切換臺的應用

4.1 應用領域

小型高標清切換臺主要應用在以下3個方面：

1）小型編輯系統(tǒng)。切換路數(shù)少、特技效果花樣多、帶編輯器接口，目的是使最終節(jié)目質(zhì)量上一個檔次。要求靈活的輸入/輸出接口、上/下變換器，支持多格式，為消除由切換引起的圖像抖動，切換臺要帶有幀同步器。設備應能確保其技術質(zhì)量，不同品牌的產(chǎn)品之間配置要合理。

2）現(xiàn)場轉(zhuǎn)播系統(tǒng)。直切路數(shù)多，AUX輔助輸出多，帶外同步接口，應保證工作穩(wěn)定可靠、操作簡便，有應急措施。應以高清為主，采用HD/SD-SDI接口，對標清的兼容采用上變換器來實現(xiàn)。具有多個鍵處理器，多Tally信號輸出。不要選用每路都帶幀存的切換臺，否則會由于不能直接在母線上切換，不方便導演的操作。

3）大屏幕輸出。要處理多格式信號，主要考慮使用功能簡單和多用途。視頻切換路數(shù)多，設備要有非常靈活的連接能力，支持 SDI，DVI，DV，YUV，Y/C 和復合等多種視頻信號輸入，具備畫中畫功能，可選擇PC輸出作為模擬輸出，支持從VGA到SXGA的分辨力，以便使用等離子顯示器、投影機和其他大型顯示器。

4.2 選購及使用中的注意事項

設備選購應根據(jù)實際應用情況和經(jīng)濟承受能力的不同，以保證系統(tǒng)設備的圖像質(zhì)量為前提，以獲得應用領域的先進技術、追求節(jié)目的整體效果、使用性能滿足節(jié)目制作的要求為原則，選購部分急需且性價比高、經(jīng)濟實用、具有發(fā)展前景的數(shù)字設備。數(shù)字化改造不可能一步到位，應保證與原有設備的兼容性及系統(tǒng)的穩(wěn)定性。設備選型要進行成本核算，應保證系統(tǒng)的開放性和可擴充性，要注重售后的技術支持和技術人員的培訓。

高標清切換臺使用中應注意：

1）寬高比管理。高清和標清同播時，所有外來輸入信號應統(tǒng)一到高清格式。高清攝像機的16∶9尋像器上應顯示4∶3區(qū)域標志線，攝像師以4∶3構(gòu)圖為主兼顧16∶9。標清素材需要上變換為高清信號，應采用高度不變的切邊模式，即垂直方向充滿、左右兩邊出現(xiàn)黑邊。監(jiān)視系統(tǒng)中采用16∶9監(jiān)視器，在監(jiān)視器上調(diào)出4∶3安全線，使導演、導播和相關技術人員同時看到兩種不同寬高比畫面的構(gòu)圖。標清錄制需要在系統(tǒng)輸出端增加下變換，16∶9信號下變換到4∶3采用使標清電視機畫面滿幅的切邊模式，即垂直方向充滿、左右兩邊一部分信息被去掉。這樣上/下變換不會引起標清圖像變形或畫幅縮小。

2）系統(tǒng)延遲。廣播級的上/下變換器有3幀的延遲量，系統(tǒng)中最大延遲量為6幀。上變換會帶來聲音的延遲，要求音頻系統(tǒng)中的調(diào)音臺每路輸入都具有獨立可調(diào)音頻延遲功能，用于補償標清原視頻信號經(jīng)上變換后帶來的延遲。對于下變換帶來的視頻延遲，依靠下變換自身對音頻的同步延遲，使標清信號輸出達到聲畫同步。演播室監(jiān)聽不加延遲、與高清信號同步的聲音，使現(xiàn)場監(jiān)視器上圖像與現(xiàn)場拾取的聲音完全一致，便于編導與技術人員監(jiān)看。在系統(tǒng)輸出中加入1個音頻解嵌設備，監(jiān)視延遲和嵌入后的聲音質(zhì)量。

3）特技和字幕處理。切邊模式下變換后，部分高清畫面特技的起始過程會因切邊而變得不完整，其形狀都可能發(fā)生變化。因此，應盡量不用從畫面的角或邊開始的特技，避免直接使用DVE。采用切邊模式下變換后，部分高清畫面中的字幕會因切邊而丟失，或因切邊變得不美觀，有時高清畫面中的字幕下變換后可能不夠清晰，缺少筆畫。解決方法是盡量在4∶3畫面范圍內(nèi)布置字幕或采用分離字幕制作方式，對標清和高清畫面分別插入字幕。

4）高清信號監(jiān)控。除導演、導播以及技術監(jiān)控人員必須使用廣播級高清監(jiān)視器對節(jié)目質(zhì)量進行評判外，對于系統(tǒng)內(nèi)的信號源主要關注其圖像內(nèi)容的監(jiān)視，可采用將輸入的高清信號下變換成模擬標清信號，用普通的標清監(jiān)視器監(jiān)視。下變換器要設置為信箱模式，以便在4∶3的屏幕內(nèi)能顯示16∶9畫面的全部內(nèi)容。對于高清信號監(jiān)視，還可采用HD-SDI/VGA轉(zhuǎn)換器將高清信號轉(zhuǎn)換成計算機顯示信號，用普通的顯示器監(jiān)視，降低高清系統(tǒng)的監(jiān)視成本。

[1]王亞明.高標清同播時期的技術管理策略探討（上）[J].現(xiàn)代電視技術，2008（12）：122-126.

[2]王珂.切換臺高清/標清多格式信號混切方案分析[J].電視技術，2008，32（3）：85-87.

[3]周永康.高標清兼容系統(tǒng)設計與探析[J].現(xiàn)代電視技術，2005（3）：28-30.