摘 要:隨著電視節(jié)目播出的高清化進(jìn)程的不斷前行，播出平臺的高清化和電視臺節(jié)目源的高清與標(biāo)清共存，傳輸領(lǐng)域和觀眾群體的高清進(jìn)程不一致等使得高標(biāo)清同播成為新建播出系統(tǒng)的必選模式，因而高清和標(biāo)清兩種標(biāo)準(zhǔn)并行所帶來的技術(shù)應(yīng)用也日顯突出。本文通過對高標(biāo)清節(jié)目寬高比等因素在上下變換中模式的分析和技術(shù)上應(yīng)對手段的功能介紹，闡述了如何在現(xiàn)階段技術(shù)條件下實現(xiàn)高標(biāo)清節(jié)目同步的技術(shù)實現(xiàn)。

隨著電視技術(shù)的發(fā)展和各方面的要求及需求，對于從全標(biāo)清到全高清的轉(zhuǎn)換也在各個電視臺逐步的實現(xiàn)和加快推進(jìn)。各大電視臺在構(gòu)建高標(biāo)清同播頻道這一方面，無論是圖像還是實現(xiàn)方式上都謀求著優(yōu)化、創(chuàng)新，以之予以完美呈現(xiàn)，達(dá)到最佳的收視效果。電視技術(shù)是根據(jù)人眼的視覺特性，以電信號的形式遠(yuǎn)距離傳送圖像和聲音的技術(shù)。讓觀眾以舒適方式來感知景物信息及聲音信息的再現(xiàn)，對于電視信號的產(chǎn)生、處理、傳輸及接收等每一環(huán)節(jié)均尤為重要。在信號處理的過程中，有幾項關(guān)鍵的技術(shù)要點需要注意:幅型比的控制、AFD信息的應(yīng)用、色域管理。

高清電視和標(biāo)清電視在終端表現(xiàn)上最重要的區(qū)別是其具備不同的寬高比。按照我國的電視標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)清電視采用的是4:3寬高比，高清電視的寬高比則采用16:9。無疑此差別將使得寬高比的管理成為高標(biāo)清同播中最先要解決的技術(shù)問題。

高標(biāo)清同播指同頻道以高清和標(biāo)清兩種方式播出。在現(xiàn)行的播出方案中，劃分為兩種形式:一為建設(shè)高、標(biāo)清兩套系統(tǒng)同步播出；二為高清播出系統(tǒng)播出端下變換模式。較兩種方式的設(shè)計及運行上，高清播出系統(tǒng)播出端下變換模式更適用，其經(jīng)濟性和實際應(yīng)用的合理性顯而易見。

在高清頻道開始試行并實行前，電視產(chǎn)業(yè)在發(fā)展過程中，主要從模擬技術(shù)向數(shù)字技術(shù)進(jìn)化，許多原有的模擬數(shù)據(jù)被保存并作為資料被高清頻道引用。對于現(xiàn)階段的采集及制作上使用了大量的使用16:9的模式，對于標(biāo)清頻道引用并應(yīng)用上也需要適當(dāng)?shù)姆绞教幚?。多種因素的存在，使得兩種幅型的存在和變換對于播出各環(huán)節(jié)都尤為重要。

在電視畫面中，幅型比的概念主要是指寬度和高度相比較而言的，在信號傳輸和顯示過程中，具有高清功能的電視通常會將幅型比定為16:9，才能保證信號顯示過程中獲得較好的分辨率，進(jìn)而提高顯示效果。16:9的幅型比主要是與4:3的幅型比相區(qū)別的。多數(shù)情況下，標(biāo)清電視的幅型比主要為4:3。通過比較發(fā)現(xiàn)，幅型比作為高清電視與標(biāo)清電視的主要區(qū)別，不但有效區(qū)分了高清電視和標(biāo)清電視，也使得二者在信號顯示上有了明顯的不同。從原理上來看，16:9的幅型比顯示的畫面更加逼真一些，也更為清晰，其清晰度比4:3幅型比的標(biāo)清要強得多。

16:9和4 :3兩種幅型比轉(zhuǎn)換有添加邊條、裁切以及拉伸方式。對于變換中的圖像，保證圖像的真實再現(xiàn)，減少幅型比轉(zhuǎn)換對圖像的損失，為觀眾提供完整的畫面和信息是所遵循的必要條件。

上變換模式:

①鑲邊模式:垂直方向充滿，水平方向鑲嵌兩個黑邊或彩邊，這種模式保留了全部畫面內(nèi)容，畫面比例正常，常用于新聞素材的上變換，保留新聞畫面的完整信息。

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②切邊模式:將畫面進(jìn)行縱向剪切，畫面比例正常，但損失了一部分畫面內(nèi)容，此種模式一般用于特技制作或需要去除標(biāo)清畫面部分信息如字幕等特殊場合，較少采用。

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③拉伸模式:將畫面橫向拉伸，保留了全部畫面內(nèi)容，但畫面產(chǎn)生了變形，此種模式較少采用。

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下變換模式:

①信箱模式:在畫面的上下兩側(cè)加黑邊，保留了全部畫面內(nèi)容，畫面比例正常，但清晰度有損失，此種模式一般用于電視劇或電視專題片的下變換，但在高清電視劇或?qū)ｎ}片已帶遮幅的情況下慎用。

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②切邊模式:畫面左右兩側(cè)被剪切，清晰度好，畫面比例正常，但損失了一部分畫面內(nèi)容，此種模式配合上變換中的鑲邊模式，一般用于新聞節(jié)目的下變換，要求前期高清拍攝應(yīng)按4:3畫幅取景，同時兼顧16:9畫幅需求。

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③擠壓模式:將畫面橫向壓縮，保留全部畫面內(nèi)容，清晰度好，但畫面產(chǎn)生了變形，此種模式適合在16:9電視機大量普及的地區(qū)使用，中央臺部分直播體育節(jié)目也采用此種變換方式。

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無論是在標(biāo)清素材需要被高清節(jié)目引用還是高清素材需要被標(biāo)清節(jié)目引用，上下變換的組合方式對素材最終呈現(xiàn)播出有著關(guān)鍵決定性的作用。由于播出信號原有的幅型比格式不確定，固定的轉(zhuǎn)換方式會對畫面造成嚴(yán)重的破壞，所以采用自動幅型比的控制模式既能降低繁復(fù)性，同時做到了連續(xù)播出節(jié)目幅型變換的幀精度的切換。

自動幅型比控制的實現(xiàn)需要具備能被識別的圖像描述符，在上下變換中通過描述符識別播出畫面的初始有效幅型比信息，按照轉(zhuǎn)換規(guī)則進(jìn)行幅型比的轉(zhuǎn)換實現(xiàn)。提到自動幅型比控制的實現(xiàn)，最為重要的活動圖像格式描述符AFD是其關(guān)鍵。

2007年，美國電影電視工程師協(xié)會發(fā)布SMPTE-2016-1，將AFD正式定義為標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)根據(jù)活動畫面的寬高比以及位置信息分別對高、標(biāo)清編碼幀進(jìn)行了詳細(xì)的分類，并為每類畫面都定義了一個與其對應(yīng)的AFD編碼，專門用于描述編碼幀中活動畫面寬高比。因此，如果高清畫面中攜帶正確的AFD信息，而且下變換支持AFD標(biāo)準(zhǔn)，就可以實現(xiàn)根據(jù)畫面結(jié)構(gòu)的不同對其進(jìn)行動態(tài)的下變換，從而解決高標(biāo)清同播中的格式變換錯誤問題。

在數(shù)據(jù)傳輸過程中，AFD是一種重要的編碼技術(shù)，在具體傳輸中，AFD對應(yīng)一個4比特的字，并與數(shù)據(jù)幀相對應(yīng)，AFD確定之后，數(shù)據(jù)信號的幅型比也跟著確定下來，所對應(yīng)的數(shù)據(jù)幀的清晰度也得到了確定；同時，AFD還能對某些特殊數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)，避免外界干擾影響其清晰度。

除了上述優(yōu)點之外，AFD也可以在其中進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的遷入，并將AFD的信息寫入其他文件當(dāng)中，提高信息編輯質(zhì)量，滿足信息編輯需要，提高信息傳輸質(zhì)量。其中，信息嵌入主要有以下幾種模式:

①將編輯好的AFD嵌入程序傳輸?shù)街付ǖ囊曨l服務(wù)器上，同時上傳MXF文件，利用專門的數(shù)據(jù)編輯工具將二者嵌入在一起。

②為了保證AFD嵌入效果，在運行嵌入程序之前，需要將AFD的關(guān)鍵信息輸入到注冊表中，并合理設(shè)置AFD程序，保證嵌入程序能夠在文件上傳過程中按照既定設(shè)置正常嵌入，提高嵌入的整體效果，滿足信息嵌入需要。

③通過合理設(shè)置攝像機和服務(wù)器的方式，保證AFD嵌入器能夠正常運作。結(jié)合目前攝像機和服務(wù)器的設(shè)置，多數(shù)攝像機和服務(wù)器都具備潛在的嵌入功能，只要將需要的信息按照編排好的格式錄入到準(zhǔn)備程序中，并在攝像機和服務(wù)器中設(shè)置必要的傳輸程序，就可以實現(xiàn)AFD的嵌入。

但在具體的嵌入過程中，需要保證幅型比和實際圖像顯示器相一致，比如嵌入的程序是16:9的幅型比，那么顯示器就要匹配高清顯示器，否則嵌入后的數(shù)據(jù)將無法正常顯示，將會對數(shù)據(jù)顯示產(chǎn)生不良影響。因此，在AFD嵌入過程中，控制好幅型比是關(guān)鍵。

描述畫面格式的元數(shù)據(jù)不僅包含活動圖像格式描述符（Active Format Description，AFD），還有另一種元數(shù)據(jù)為邊條數(shù)據(jù)（Bar Data）。邊條數(shù)據(jù)可對AFD起到輔助信息使用。在活動圖像不能填滿整個編碼幀，并且AFD本身不能描述其范圍（如幅型比既不是4:3，也不是16:9）時，就需要用到邊條數(shù)據(jù)，邊條數(shù)據(jù)可用于標(biāo)識畫面中未用區(qū)域的精確位置。

AFD和Bar Data是基于幀精度的，通常和它們所描述的視頻信號一起傳輸。將它們與視頻信號捆綁起來的方式主要有兩種:

①當(dāng)視頻信號以流的形式傳輸時，將AFD和Bar Data插入到視頻SDI信號的垂直輔助數(shù)據(jù)（VANC）中。

②當(dāng)視頻信號以文件的形式傳輸時，將AFD和Bar Data經(jīng)過KLV編碼后，作為視頻信號的SMPTE元數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸。

無論使用這兩種傳輸方式中的哪一種，AFD這個4bit的碼字在傳輸時都要被加入到一個8bit的字節(jié)中。

利用第一種方式將AFD插入到VANC中傳輸時。對于SD-SDI信號，由于每幀畫面是隔行掃描的，所以兩場信號的VANC中都應(yīng)該包含AFD數(shù)據(jù)包；對于HD-SDI信號，由于每幀畫面是逐行掃描的，所以AFD信號只要插入到亮度信號Y的VANC中即可。

第二種傳輸方式是將AFD和Bar Data作為視頻元數(shù)據(jù)插入到MXF文件進(jìn)行傳輸。作為一種開放的文件格式，MXF文件為節(jié)目生產(chǎn)系統(tǒng)中，不同環(huán)節(jié)設(shè)備間視音頻節(jié)目素材、相關(guān)數(shù)據(jù)及其元數(shù)據(jù)的交換提供了一種通用的文件格式。

對于當(dāng)前在系統(tǒng)播出中，所選用的的上下變換器均支持AFD信息，當(dāng)接收到帶有AFD信息的視頻信號時，即能自動分析AFD信息，給出活動畫面的幅型比和位置信息，并指導(dǎo)上下變換的組合變換方式。

在高標(biāo)清同播中對于廣播電視的色域標(biāo)準(zhǔn)也需要一定的處理。

經(jīng)過了解發(fā)現(xiàn)，目前國內(nèi)的色域標(biāo)準(zhǔn)與國際上的色域標(biāo)準(zhǔn)都采取了同步設(shè)定，雖然在表情領(lǐng)域里色域標(biāo)準(zhǔn)存在美國標(biāo)準(zhǔn)和歐洲標(biāo)準(zhǔn)之分，但在高清圖像出現(xiàn)之后，高清圖像的色域標(biāo)準(zhǔn)得到了統(tǒng)一，目前高清的色域標(biāo)準(zhǔn)主要為ITU-R709。之所以要確定色域的標(biāo)準(zhǔn)，其根本原因在于色域?qū)Ω咔鍒D像傳輸和顯示具有重要作用。因為攝像機和顯示器在出廠時，如果沒有統(tǒng)一的色域設(shè)定，在具體圖像顯示中將會出現(xiàn)混亂，造成顯示效果不理想。

從實際圖像觀看效果來看，在高清信號傳播過程中，應(yīng)牢記高清信號的制作、傳播和播放都是互相聯(lián)系的，有某一個環(huán)節(jié)達(dá)不到要求，都會導(dǎo)致高清信號顯示失真。這與標(biāo)清信號存在一定的差別。在標(biāo)清信號的制作、傳播和播放中，由于標(biāo)準(zhǔn)多樣，很難實現(xiàn)統(tǒng)一，因此，標(biāo)清信號具有一定的自適應(yīng)性。所以正確分析高清信號與標(biāo)清信號的特征和區(qū)別，對做好高清信號的傳輸和提高高清信號的顯示質(zhì)量具有重要的促進(jìn)作用。

高清電視只是電視技術(shù)發(fā)展的一個階段。根據(jù)電視技術(shù)的兼容優(yōu)先原則，需向前兼容標(biāo)清電視，因而形成了以畫面寬高比為主體的高標(biāo)清同播技術(shù)。今后的4K乃至8K的超高清電視也將一如既往的向前兼容今天的高清電視，高標(biāo)清同播的技術(shù)解決手段也將為其提供重要的技術(shù)思路和手段。高標(biāo)清同播還需考慮錄制格式、字幕圖標(biāo)、聲音等方面的要求，加快推進(jìn)高清電視發(fā)展。高標(biāo)清同播的技術(shù)解決方案的確定取決于電視臺的節(jié)目形式而不是技術(shù)本身，從純技術(shù)角度上來講，目前的技術(shù)已經(jīng)具備了完善的高標(biāo)清同播的解決手段。