中國(guó)傳媒大學(xué)《數(shù)字電視演播室技術(shù)》課件

1、楊宇 張亞娜 等 著廣播電視工程專業(yè)“十二五”規(guī)劃教材數(shù)字電視演播室技術(shù)SHUZI DIANSHI YANBOSHI JISHU 目錄/Contents 1 2 3 4 5數(shù)字電視演播室系統(tǒng)概述數(shù)字電視攝像機(jī)數(shù)字電視演播室信號(hào)的記錄和存儲(chǔ)視頻切換臺(tái)及外圍設(shè)備演播室視頻系統(tǒng)目錄/Contents 6 7 8 9 10演播室音頻系統(tǒng)演播室燈光系統(tǒng)電視節(jié)目后期制作系統(tǒng)虛擬演播室技術(shù)數(shù)字電視轉(zhuǎn)播車系統(tǒng) 11新技術(shù)在演播室中的應(yīng)用 1數(shù)字電視演播室系統(tǒng)概述了解電視臺(tái)制作、播出架構(gòu)及演播室在電視臺(tái)中的作用。理解電視信號(hào)從模擬轉(zhuǎn)換為數(shù)字過(guò)程中引入的失真及防止失真的方法。掌握數(shù)字演播室信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)。了解演播室常用

2、信號(hào)傳輸接口及其傳輸內(nèi)容，以及其接口電氣特性和傳輸?shù)臄?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等。重點(diǎn)掌握標(biāo)清、高清數(shù)字分量信號(hào)如何通過(guò)數(shù)字串行接口傳輸。了解演播室系統(tǒng)構(gòu)成。本章要點(diǎn) 電視臺(tái)節(jié)目制播架構(gòu)演播室信號(hào)接口數(shù)字視頻分量信號(hào)數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述目錄章節(jié)目錄 1.1.1 電視中心臺(tái) 1.1.2 電視節(jié)目制作系統(tǒng)1.2.1 電視圖像的數(shù)字處理1.2.2 數(shù)字標(biāo)清演播室信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) 1.3.1 電氣特性 1.3.2 數(shù)字視頻基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng) 1.3.3 數(shù)字音頻傳輸接口 1.3.4 演播室其他接口1.4.1 演播室分類1.4.2 演播室區(qū)域構(gòu)成1.4.3 演播室系統(tǒng)構(gòu)成1.1 1.2 1.3 1.41.1 電視臺(tái)節(jié)目制播架構(gòu) 1

3、.1.1 電視中心臺(tái)電視臺(tái)，又稱電視中心臺(tái),負(fù)責(zé)電視節(jié)目采集、制作、存儲(chǔ)、播出和傳輸?shù)裙ぷ鞯闹饕獧C(jī)構(gòu)。概念主題架構(gòu)分為節(jié)目制作系統(tǒng)、節(jié)目播出系統(tǒng)、新聞制作播出系統(tǒng)、媒體資產(chǎn)管理系統(tǒng)、中央存儲(chǔ)系統(tǒng)、辦公網(wǎng)絡(luò)等電視臺(tái)工作流程示意圖 1.1 電視臺(tái)節(jié)目制播架構(gòu) 1.1.2 電視節(jié)目制作系統(tǒng) 實(shí)時(shí)非實(shí)時(shí)后期節(jié)目制作系統(tǒng)直播類節(jié)目制作系統(tǒng)常見(jiàn)的制作( 播出) 系統(tǒng) ENG系統(tǒng) (Electronic News Gathering電子新聞采集系統(tǒng)) 概念：ENG系統(tǒng)是能夠獨(dú)立采訪或進(jìn)行節(jié)目素材錄制的便攜系統(tǒng)，只負(fù)責(zé)錄制素材，不負(fù)責(zé)素材的后期加工。配套設(shè)備主體補(bǔ)充設(shè)備照明設(shè)備其他器材設(shè)備電源設(shè)備三腳架設(shè)備常

4、見(jiàn)的制作( 播出) 系統(tǒng) EFP系統(tǒng) (Electronic Field Production電子現(xiàn)場(chǎng)制作系統(tǒng)) 概念：電子現(xiàn)場(chǎng)制作，即把節(jié)目制作設(shè)備搬到現(xiàn)場(chǎng)去的制作方法，主要采用轉(zhuǎn)播車進(jìn)行外景實(shí)況錄制。EFP系統(tǒng)組成包括視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、(編輯) 控制系統(tǒng)、提示系統(tǒng)和通話系統(tǒng)等。ESP系統(tǒng) (Electronic Studio Production演播室節(jié)目制作系統(tǒng)) 概念：演播室節(jié)目制作是指在電視臺(tái)的演播室中錄制節(jié)目。ESP系統(tǒng)組成包括視頻系統(tǒng)、音頻系統(tǒng)、同步系統(tǒng)、( 編輯) 控制系統(tǒng)、提示系統(tǒng)、燈光 系統(tǒng)和通話系統(tǒng)等。常見(jiàn)的制作( 播出) 系統(tǒng) 線性編輯系統(tǒng) (Linear

5、Editing System) 概念：線性編輯系統(tǒng)主要是以磁帶為記錄媒介，使用視頻放像機(jī)和錄像機(jī)對(duì)磁帶進(jìn)行編輯的系統(tǒng)，分為一對(duì)一編輯系統(tǒng)、二( 多) 對(duì)一編輯系統(tǒng)、( 線性) 數(shù)字合成系統(tǒng)。常見(jiàn)的制作( 播出) 系統(tǒng) 非線性編輯系統(tǒng)(Non-Linear Editing System) 概念：非線性編輯是指素材的長(zhǎng)短和順序可以不按照制作的長(zhǎng)短和先后次序進(jìn)行編輯。非線性編輯系統(tǒng)主要利用硬盤、專業(yè)光盤等作為存儲(chǔ)媒介，其核心是存儲(chǔ)媒介必須能夠隨機(jī)存取素材。1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 1.2.1 電視圖像的數(shù)字處理抽樣壓縮轉(zhuǎn)碼量化1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 抽樣(Sampling) 概念：又稱采樣或取樣。

6、攝像機(jī)對(duì)物理光學(xué)畫面進(jìn)行采集的媒介是感光器件（CCD或CMOS）；從彩色光投射到感光器件再到感光器件中的每一個(gè)光敏單元輸出相應(yīng)的電荷或電壓，這個(gè)過(guò)程為抽樣。兩個(gè)因素：抽樣頻率、抽樣脈沖寬度（1）抽樣頻率當(dāng)抽樣頻率大于信號(hào)最高頻率的2倍時(shí)，才能從提取出的信號(hào)中無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)，否則會(huì)引起混疊失真。在圖像處理、格式轉(zhuǎn)換和顯示等過(guò)程中，如果進(jìn)行了抽樣處理后的圖像分解力小于原有信號(hào)的分解力，則圖像也會(huì)出現(xiàn)混疊。1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 消除頻譜混疊的方法提高抽樣頻率：高清采集設(shè)備允許的畫面最高頻率更高。前置濾波：對(duì)于圖像高頻信息過(guò)于豐富的情況，可對(duì)圖像進(jìn)行低通濾波，保證圖像的最高頻率不超過(guò)抽樣頻率

7、的一半，然后再進(jìn)行抽樣。演播室常用的數(shù)字分量信號(hào)在從模擬信號(hào)轉(zhuǎn)變而來(lái)的過(guò)程中也要經(jīng)過(guò)抽樣。 （2）抽樣脈沖寬度理想情況下，抽樣脈沖是無(wú)限窄的。但實(shí)際應(yīng)用中的抽樣脈沖經(jīng)常是門脈沖?？钻@效應(yīng)：感光器件中每一個(gè)像素對(duì)應(yīng)的感光單元有一定寬度，且感光單元之間的間隔很小，因而抽樣脈沖寬度與抽樣周期相同，輸出信號(hào)幅度就下降為零。由此感光器件輸出的高頻信號(hào)幅度會(huì)明顯降低。1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 量化 概念：將抽樣的樣值變?yōu)樵诜壬想x散的有限個(gè)二進(jìn)制信號(hào)，這就是量化。量化誤差： 量化后的樣值電平與原來(lái)的模擬信號(hào)電平之間是有誤差的，這個(gè)誤差被稱為量化誤差。量化誤差是數(shù)字系統(tǒng)中特有的損傷源，量化誤差可以看作是一種

8、噪聲，即量化噪聲。這種噪聲明顯時(shí)，會(huì)引起信號(hào)波形失真和圖像上的偽輪廓效應(yīng)。量化過(guò)程示意圖1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 壓縮編碼 當(dāng)前常用的圖像壓縮編碼標(biāo)準(zhǔn)包括MPEG-2、MPEG-4等。許多壓縮編碼過(guò)程本身就包含了量化部分。因此壓縮編碼過(guò)程中引入的噪聲，主要是其中的量化步驟帶來(lái)的量化噪聲。（1）差分脈沖編碼DPCM：量化誤差累積，造成邊緣清晰度臨界，即當(dāng)被預(yù)測(cè)值處于圖像突變邊緣時(shí)，往往產(chǎn)生較大的預(yù)測(cè)誤差。（2）變換編碼DCT：由于DCT變換是基于88的塊進(jìn)行的，高頻信息丟失后，塊與塊之間的交界處出現(xiàn)信號(hào)跳變，表現(xiàn)為“塊效應(yīng)”。（3）運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償：畫面活動(dòng)劇烈時(shí)，預(yù)測(cè)效果較差，“塊效應(yīng)”明顯，表現(xiàn)為運(yùn)

9、動(dòng)物體邊緣的“蚊音效應(yīng)”。1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 1.2.2 數(shù)字標(biāo)清演播室信號(hào)標(biāo)準(zhǔn) YCRCB數(shù)字標(biāo)清演播室常用的數(shù)字分量信號(hào)的三個(gè)分量1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 樣點(diǎn)分布行場(chǎng)定時(shí)關(guān)系 /掃描標(biāo)準(zhǔn)的 抽樣參數(shù) 1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 亮度和色度數(shù)據(jù)的時(shí)分復(fù)用 根據(jù)需要，亮度數(shù)據(jù)和色度數(shù)據(jù)可以單獨(dú)傳輸或采用時(shí)分復(fù)用的方式傳輸。 / 的數(shù)字場(chǎng)與模擬場(chǎng)之間的關(guān)系1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)(TRS)EAV 和 SAV 的位置 數(shù)字分量標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，不直接傳送模擬信號(hào)的同步脈沖，而是在每一行的數(shù)字有效行數(shù)據(jù)流(復(fù)用后的亮度、色差數(shù)據(jù))之前(后)，通過(guò)復(fù)用方式加入兩個(gè)定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)(TRS) E

10、AV和SAV。/ 標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字行消隱及數(shù)據(jù)合成1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 數(shù)字分量的量化電平 現(xiàn)以100/0/100/0彩條信號(hào)為例，說(shuō)明數(shù)字分量信號(hào)對(duì)量化范圍的規(guī)定。（1）亮度分量亮度分量的模擬信號(hào)電平與其相對(duì)應(yīng)的數(shù)字信號(hào)樣值(即量化電平)之間的關(guān)系如圖所示。圖中示出了8比特量化和10比特量化兩種情況下的對(duì)應(yīng)樣值，每個(gè)樣值都分別以十進(jìn)制數(shù)和十六進(jìn)制數(shù)表示其量化級(jí)數(shù)(亦稱量化電平或數(shù)字電平)。（2）色度分量色度信號(hào)是雙極性的，而A/D變換器需要單極性信號(hào)，因此，將100彩條的色度信號(hào)電平上移350mV，以適合A/D變換器的要求。1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)(TRS)的編碼規(guī)定 定時(shí)基準(zhǔn)信

11、號(hào)由四個(gè)字組成，這四個(gè)字的數(shù)列可用十六進(jìn)制計(jì)數(shù)符號(hào)表示： 前三個(gè)字3FF、000和000是固定前綴，作為定時(shí)標(biāo)志符號(hào)，只為SAV和EAV同步信息的開(kāi)始作出標(biāo)志。XYZ代表一個(gè)可變的字，它包含確定的信息：場(chǎng)標(biāo)志符號(hào)、垂直消隱的狀態(tài)、行消隱的狀態(tài)。 定時(shí)基準(zhǔn)信號(hào)()1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 輔助數(shù)據(jù)的插入 輔助數(shù)據(jù)分為行輔助數(shù)據(jù)(HANC)和場(chǎng)輔助數(shù)據(jù)(VANC)。輔助數(shù)據(jù)中可插入以下數(shù)據(jù)：（1）時(shí)間碼（2）數(shù)字聲音（3）監(jiān)測(cè)與診斷信息（4）圖像顯示信息（5）其他數(shù)據(jù)1.2 數(shù)字視頻分量信號(hào) 1.2.3 數(shù)字高清演播室信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)高清晰度電視節(jié)目制作及交換用視頻參數(shù)值行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T1152000規(guī)定

12、了我國(guó)高清晰度電視演播室編碼參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)，該標(biāo)準(zhǔn)是按照ITURBT.709-3的部分標(biāo)準(zhǔn)制定的。另外我國(guó)高清電視演播室視頻參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)還規(guī)定了1080/24P格式，用于兼容數(shù)字電影，即可以使用高清電視攝像機(jī)拍攝數(shù)字電影。演播室系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備之間大多采用線纜連接。技術(shù)人員在對(duì)演播室進(jìn)行搭建、維護(hù)和管理時(shí)，必須明確所有信號(hào)接口的屬性、傳輸信號(hào)的類型、信號(hào)走向等。接口接插錯(cuò)誤對(duì)整個(gè)演播室節(jié)目制作會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的后果。由于當(dāng)前很多數(shù)字電視演播室仍然使用一些基本的模擬信號(hào)接口，因此本章節(jié)列出了一些常用的模擬接口。1.3 演播室信號(hào)接口 1.3 演播室信號(hào)接口 信號(hào)電平(Amplitude) 視頻傳輸接口的輸出電平多

13、數(shù)以為單位，即電壓峰峰值（Peak to Peak)，也就是信號(hào)中最高電平與最低電平的差。1.3.1 電氣特性 線纜安裝時(shí)，發(fā)送端和接收端的物理接口會(huì)有相應(yīng)的電氣特性指標(biāo)要求。常見(jiàn)的接口電氣特性參數(shù)及其意義如下：阻抗單位為，視頻接口連接時(shí)，一般要求阻抗匹配，即視頻源設(shè)備輸出阻抗（可理解為源阻抗ZO）與其后連接設(shè)備的輸入阻抗（負(fù)載阻抗 ZL ）相同，這樣可實(shí)現(xiàn)傳輸功率的最大化。1.3 演播室信號(hào)接口阻抗(Impedance) 視頻設(shè)備接口特性阻抗示意圖概念：是指通道中視頻輸入端或天饋線輸入端由于阻抗失配產(chǎn)生反射，引起傳輸過(guò)程中的能量損耗。1.3 演播室信號(hào)接口反射損耗(Return Loss)平

14、衡傳輸(Balanced)/ 非平衡傳輸(Unbalanced)發(fā)送端將信號(hào)調(diào)制成對(duì)稱的信號(hào)，用雙線纜傳輸，這被稱為平衡傳輸；如果采用單線傳輸，即對(duì)應(yīng)有參考電平，則被稱為非平衡傳輸。直流偏置(DC offset) 概念：交流信號(hào)中出現(xiàn)的存在直流信號(hào)成分的現(xiàn)象叫直流偏置.1.3 演播室信號(hào)接口 過(guò)沖(Overshoot)過(guò)沖就是上升沿中第一個(gè)峰值超過(guò)最高設(shè)定電壓的值，或下降沿中第一個(gè)谷值低于最低設(shè)定電壓的值。抖動(dòng)(Jitter) 概念：數(shù)據(jù)流中脈沖沿的位置與基準(zhǔn)時(shí)鐘的相對(duì)偏差之變化，即數(shù)據(jù)流中脈沖位置的調(diào)制被定義為抖動(dòng)。按測(cè)量的頻帶寬度，SMPTE推薦的RP184標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了兩種類型的相對(duì)抖動(dòng)：（

15、1）定時(shí)抖動(dòng)(Timing Jitter)（2）校準(zhǔn)抖動(dòng)(Alignment Jitter)1.3 演播室信號(hào)接口 1.3.2 數(shù)字視頻基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng) 所有的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)、同步信息、輔助數(shù)據(jù)以及多路AES/EBU標(biāo)準(zhǔn)數(shù)字音頻都可以通過(guò)一根電纜在電視節(jié)目制播范圍內(nèi)傳輸。在很多情況下，現(xiàn)有的視頻電纜都可用來(lái)傳輸串行數(shù)字信號(hào)。比特串行數(shù)字信號(hào)的通道編碼比特串行數(shù)字信號(hào)需要通道編碼確定數(shù)據(jù)流進(jìn)入通道時(shí)0和1的變化方式。通道編碼的目的是使信號(hào)頻譜的能量分布相對(duì)集中，降低直流分量，有利于時(shí)鐘恢復(fù)。1.3 演播室信號(hào)接口 （1）不歸零碼(NRZ)對(duì)邏輯規(guī)定一個(gè)適當(dāng)高的DC電平，對(duì)邏輯0規(guī)定一個(gè)適當(dāng)?shù)偷腄C

16、電平。（2）倒相的NRZ碼(NRZI)NRZI碼在每個(gè)時(shí)間單元內(nèi)比NRZ碼有更多的電平變換次數(shù)，即脈沖沿增多，這可改進(jìn)時(shí)鐘再生鎖相環(huán)的工作，穩(wěn)定時(shí)鐘信號(hào)。NRZI碼雖然比NRZ碼優(yōu)越，但它仍有直流分量和明顯的低頻分量。為進(jìn)一步改進(jìn)接收端的時(shí)鐘再生，實(shí)際應(yīng)用中采用了擾碼方式(Scrambling)。1.3 演播室信號(hào)接口 串行數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)SMPET259M標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了422數(shù)字分量信號(hào)和4fsc數(shù)字復(fù)合信號(hào)的串行數(shù)字接口(SDI)標(biāo)準(zhǔn),并適用于625/50和525/60兩種掃描標(biāo)準(zhǔn)。 標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)表 1.3 演播室信號(hào)接口 比特并行接口 與比特串行接口相似，每幀視頻均以CB1、Y1、CR1、Y2、

17、CB2、Y3、CR2、Y4CB360、Y719、CR360、Y720的順序進(jìn)行傳輸，不同的是，每一個(gè)字所包含的10個(gè)比特利用接口中的10對(duì)導(dǎo)線平衡傳輸，碼型為NRZ碼。高清串行數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)ITU-R BT.1120和SMPTE292中規(guī)定了高清串行數(shù)字信號(hào)傳輸標(biāo)準(zhǔn),其思路與SDI接口相同。我國(guó)于2000年頒布了數(shù)字高清晰度電視演播室視頻信號(hào)接口標(biāo)準(zhǔn)GY/ 156-2000。1.3 演播室信號(hào)接口 1.3.3 數(shù)字音頻傳輸接口 與數(shù)字視頻信號(hào)相似，數(shù)字音頻傳輸接口傳輸?shù)臄?shù)字音頻信號(hào)也是由模擬音頻信號(hào)進(jìn)行取樣、量化、編碼后形成的。音頻取樣原理與視頻取樣相同，其精度取決于取樣頻率和量化比特?cái)?shù)

18、的高低。音頻取樣頻率的確定 音頻抽樣的精確度取決于抽樣頻率的高低，抽樣頻率的選擇還要考慮數(shù)字信號(hào)存儲(chǔ)與傳輸?shù)膹?fù)雜性。抽樣脈沖寬度接近0時(shí)為理想抽樣。人耳聽(tīng)覺(jué)頻率范圍是20Hz20kHz，根據(jù)對(duì)聲音質(zhì)量的要求，音頻信號(hào)頻率范圍可取15Hz20kHz。 1.3 演播室信號(hào)接口 音頻信號(hào)的量化和編碼 （1）量化對(duì)模擬音頻信號(hào)抽樣后，同樣要對(duì)每個(gè)樣值進(jìn)行量化和二進(jìn)制編碼。與視頻處理相似，對(duì)音頻信號(hào)的量化也采取四舍五入的原則。減小量化誤差的方法：增加量化比特?cái)?shù)；提高抽樣頻率，即采用過(guò)抽樣方法。（2）編碼為滿足傳輸和記錄的需要，對(duì)每個(gè)量化的二進(jìn)制樣值要進(jìn)行編碼，經(jīng)常使用的方法是脈沖編碼調(diào)制(PCM)、脈寬

19、調(diào)制(PWM)、自適應(yīng)調(diào)制(ADM)、塊浮點(diǎn)系統(tǒng)編碼和差分脈沖編碼調(diào)制(DPCM)。1.3 演播室信號(hào)接口 過(guò)抽樣概念：在實(shí)際中經(jīng)常以過(guò)抽樣技術(shù)和噪聲整形技術(shù)為基礎(chǔ)，依靠數(shù)字濾波器等數(shù)字信號(hào)處理方法，把量化噪聲從可聽(tīng)頻段移到超聲頻段，降低量化噪聲的影響。過(guò)抽樣通過(guò)提高抽樣頻率，減少量化誤差和混疊分量。通道編碼在數(shù)字音頻的記錄和傳輸系統(tǒng)中，為了使編碼數(shù)據(jù)特性與錄音機(jī)或傳輸信道的特性相匹配，還要對(duì)量化編碼的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行通道編碼。雙相標(biāo)志碼：AES/EBU接口標(biāo)準(zhǔn)的音頻基帶編碼采用雙相標(biāo)志碼(BPM，Bi-phase Mark)。這是一種按照某種規(guī)則進(jìn)行基帶頻譜變換的編碼方法。1.3 演播室信號(hào)接口

20、 AES/EBU數(shù)字音頻傳輸接口 概念：/數(shù)字音頻傳輸標(biāo)準(zhǔn)的研究初衷是為了滿足專業(yè)級(jí)設(shè)備與家用設(shè)備的連接。/ 數(shù)字音頻編碼流程圖 1.3 演播室信號(hào)接口 （1）AES/EBU數(shù)字音頻編碼（2）AES/EBU數(shù)據(jù)特性抽樣頻率為48kHz時(shí)，總數(shù)據(jù)率為322480003.072Mbps。在雙相標(biāo)志碼編碼后，數(shù)據(jù)傳輸率提高兩倍。雙相標(biāo)志碼的頻譜能量在6.144MHz的倍頻處為。（3）AES/EBU電氣特性（4）數(shù)字音頻信號(hào)的傳送接口電路110雙絞線電纜傳輸電路75同軸電纜傳送電路其他接口協(xié)議 在演播室內(nèi)，對(duì)來(lái)自不同音頻源的數(shù)字音頻信號(hào)進(jìn)行混合、插入或組合時(shí)，需要將樣值與一個(gè)基準(zhǔn)信號(hào)源在相位和頻率上同

21、步。（1）數(shù)字音頻信號(hào)間的同步 不同的數(shù)字音頻源的同步需要考慮以下兩點(diǎn)：抽樣時(shí)鐘的時(shí)間校準(zhǔn)，即頻率同步；音頻信號(hào)的幀校準(zhǔn)，即相位同步。（2）數(shù)字音頻和視頻信號(hào)間的同步 在電視系統(tǒng)中，數(shù)字音頻基準(zhǔn)信號(hào)必須與視頻基準(zhǔn)信號(hào)鎖定以使音頻和視頻信號(hào)同步，這樣可進(jìn)行無(wú)縫的音頻和視頻切換。1.3 演播室信號(hào)接口 音頻同步 1.3 演播室信號(hào)接口 1.3.4 演播室其他接口 根據(jù)傳輸信號(hào)的不同，演播室各設(shè)備之間需要多種接口連接。按照信號(hào)類型分類，演播室接口可分為模擬接口和數(shù)字接口。按照信號(hào)內(nèi)容來(lái)分類，接口可分為視頻接口、音頻接口、Tally接口、同步接口、控制接口、時(shí)間碼接口、供電接口等。模擬復(fù)合視頻信號(hào)接口

22、該接口用于模擬復(fù)合視頻信號(hào)的傳輸。信號(hào)包括亮度信號(hào)、經(jīng)正交平衡調(diào)幅的色差信號(hào)、復(fù)合消隱信號(hào)、復(fù)合同步信號(hào)和色同步信號(hào)。1.3 演播室信號(hào)接口 /分離接口 /分離接口是S-VHS錄像機(jī)和Hi8錄像機(jī)使用的一種圖像信號(hào)接口，又稱端子，即S-video接口。該接口可以理解為將復(fù)合視頻信號(hào)中的亮度信號(hào)與色度信號(hào)分離傳輸，其中代表亮度，代表正交平衡調(diào)幅的色度信號(hào)。 1.3 演播室信號(hào)接口 Y、PB、PR 模擬分量接口常用的模擬分量信號(hào)標(biāo)準(zhǔn)有BetaCam、MII、SMPTE/EBU N10、SMPTE 170M NTSC和 ITU-R.BT 470PAL等，傳輸Y、PB、PR信號(hào)，其中我國(guó)常用標(biāo)準(zhǔn)為EB

23、U N10和 SMPTE標(biāo)準(zhǔn)。R、G、B分量接口R、G、B三路信號(hào)并行的接口，作為業(yè)務(wù)級(jí)和廣播級(jí)攝像機(jī)使用。R、G、B三路信號(hào)的帶寬都和亮度信號(hào)相同，三個(gè)信號(hào)的特性一樣。民用設(shè)備上的模擬分量接口也會(huì)采用RCA接口。1.3 演播室信號(hào)接口 1.3 演播室信號(hào)接口 串行數(shù)字傳輸接口SDTI(Serial Data Transport Interface)SDTI接口的目的是使壓縮信號(hào)能夠直接通過(guò)現(xiàn)有的SDI系統(tǒng)進(jìn)行傳送和分配。 接口轉(zhuǎn)換 同步接口同步接口是指同步信號(hào)的接口，用于視頻設(shè)備之間的同步連接。1.3 演播室信號(hào)接口 IEEE1394串行接口IEEE1394串行接口是1995年確認(rèn)的高速度、

24、低成本串行總線標(biāo)準(zhǔn)，由APPLE和TI公司創(chuàng)始,Firewire、Texas Instruments稱之為L(zhǎng)ynx,，Sony稱之為i.Link，可用于局域多媒體設(shè)備、攝像機(jī)、錄像機(jī)、打印機(jī)、掃描儀。USB接口USB(Universal Serial Bus)接口技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)起初是由Intel、Compaq、IBM、Microsoft等七家電腦公司共同制定的。1.3 演播室信號(hào)接口 HDMIHDMI(High-Definition Multimedia Interface)技術(shù)，中文全名為“高清多媒體接口“,是目前在各種視頻、音頻領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛的一種接口標(biāo)準(zhǔn)。它主要用于傳輸視音頻非壓縮數(shù)據(jù)，可作

25、為錄放機(jī)、藍(lán)光播放器、PC機(jī)、 切換臺(tái)等視音頻信號(hào)源設(shè)備向高清監(jiān)視器傳輸信號(hào)的接口。1.3 演播室信號(hào)接口 RJ45網(wǎng)口RJ45是用于計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)某Ｓ媒涌谥唬嚓P(guān)產(chǎn)品一般使用標(biāo)準(zhǔn)為IEC60603-78P8C，為芯接口。接口線纜顏色分T568A和T568B兩類。按照管腳編號(hào)從1到8的順序，T568A管腳連線顏色分別是綠白、綠、橙白、藍(lán)、藍(lán)白、橙、棕白、棕，而T568B為橙白、橙；綠白、藍(lán)；藍(lán)白、綠；棕白、棕。由于電視臺(tái)制作的節(jié)目種類五花八門，所需的攝制環(huán)境也有所不同。無(wú)論何種演播室，核心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)都比較相似。1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 1.4.1 演播室

26、分類 按照面積來(lái)分小型演播室中型演播室大型演播室按照節(jié)目信號(hào)來(lái)分：（1）標(biāo)清演播室：一般處理720576(50i)、43畫幅的標(biāo)清(SD)信號(hào)。（2）高清演播室：一般處理19201050(50i)、169畫幅的高清(HD)信號(hào)。（3）3D高清演播室（4）超高清演播室按照背景生成方式的不同來(lái)分：（1）實(shí)景演播室（2）虛擬演播室1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 1.4.2 演播室區(qū)域構(gòu)成 演播區(qū)（表演區(qū)） 導(dǎo)播室（控制區(qū)） 演播室輔助區(qū)域 1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 導(dǎo)播室五大部門節(jié)目控制 視頻控制 照明控制 音頻控制 輔助控制 1.4 數(shù)字演播室的系統(tǒng)概述 1.4.3

27、 演播室系統(tǒng)構(gòu)成 視頻系統(tǒng) 音頻系統(tǒng) 同步系統(tǒng) Tally提示及時(shí)鐘系統(tǒng) 編輯控制系統(tǒng) 通話系統(tǒng) 燈光系統(tǒng) 2數(shù)字電視攝像機(jī)掌握數(shù)字電視攝像機(jī)的基本組成、各主要部件的功能作用。重點(diǎn)掌握攝像機(jī)變焦距鏡頭的組成、相關(guān)參數(shù)以及鏡頭的調(diào)節(jié)和使用。了解攝像器件的技術(shù)發(fā)展和感光原理，重點(diǎn)掌握攝像器件的性能參數(shù)、CCD和COMS的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。掌握視頻處理放大器各模塊的功能和原理，了解攝像機(jī)的其他功能。掌握高清攝像機(jī)的特點(diǎn)，了解高清攝像的特殊要求。本章要點(diǎn) 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)數(shù)字高清電視攝像機(jī) 目錄章節(jié)目錄 2.1.1 光學(xué)系統(tǒng) 2.1.2 攝像器件 2.1.3 數(shù)字視頻信號(hào)處理放大器 2.1

28、.4 其他模塊 2.2.1 變焦距鏡頭 2.2.2 分光棱鏡2.5.1數(shù)字高清電視攝像機(jī)的特點(diǎn)2.5.2數(shù)字高清電視攝像的要求2.1 2.3 2.2 2.5攝像器件2.3.1 感光原理2.3.2 攝像器件的結(jié)構(gòu)2.3.3 攝像器件的性能參數(shù)2.3.4 快門和掃描2.3.5 攝像器件的技術(shù)發(fā)展2.4攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 2.4.1 需要解決的問(wèn)題2.4.2視頻信號(hào)處理放大器各 模塊的功能和原理 2.4.3攝像機(jī)的其他功能介紹2.1 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成 2.1.1 光學(xué)系統(tǒng)數(shù)字電視攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)由變焦距鏡頭、分光棱鏡和濾光片組成。2.1 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成 2.1.2 攝像器件攝像器件又稱

29、成像器件或圖像傳感器(Image Sensor)，它通過(guò)信息的獲取、轉(zhuǎn)換以構(gòu)建圖像。固態(tài)圖像傳感器是同一半導(dǎo)體襯底上布設(shè)的若干光敏單元與移位寄存器構(gòu)成的集成化、功能化的光電器件。在數(shù)字電視攝像機(jī)中常用的攝像器件有CCD和CMOS。2.1 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成 2.1.3 數(shù)字視頻信號(hào)處理放大器由于光學(xué)系統(tǒng)和攝像器件的性能都不是最理想的。經(jīng)過(guò)光電變換產(chǎn)生的信號(hào)不僅很弱，而且有很多缺陷。因此，需要通過(guò)數(shù)字視頻信號(hào)處理放大器對(duì)圖像進(jìn)行放大和補(bǔ)償，否則所拍攝的圖像就會(huì)出現(xiàn)清晰度不高、彩色不自然、亮度不均勻等問(wèn)題。該模塊的設(shè)計(jì)和調(diào)節(jié)以及穩(wěn)定性對(duì)圖像質(zhì)量影響很大。 2.1 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成 2.1.4

30、 其他模塊聲音訊號(hào)系統(tǒng)尋像器自動(dòng)控制系統(tǒng)同步信號(hào)發(fā)生器彩條信號(hào)發(fā)生器彩色編碼器電源攝像機(jī)適配器攝像機(jī)控制單元從外觀功能來(lái)看，變焦距鏡頭由遮光罩、聚焦環(huán)、變焦環(huán)、光圈、倍率鏡、微距環(huán)和后焦環(huán)組成。從內(nèi)部鏡片組來(lái)看，變焦距鏡頭的鏡片可以分為五組或七組。2.2 攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 2.2.1 變焦距鏡頭變焦距鏡頭的組成 目前廣播級(jí)和專業(yè)級(jí)攝像機(jī)上多安裝內(nèi)聚焦鏡頭，這種鏡頭在鏡頭調(diào)焦距時(shí)，調(diào)焦組的前三片鏡片中最前面的一片或兩片鏡片固定不動(dòng)，只有中間的一片或后面的一片鏡片移動(dòng)，移動(dòng)鏡片和固定鏡片分別固定在兩個(gè)套筒上。2.2 攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 內(nèi)聚焦鏡頭 () 成像尺寸：鏡頭的成像尺寸應(yīng)與所用的攝像器件的像

31、面尺寸一致。() 光圈數(shù)：調(diào)整光圈的大小可以改變到達(dá)像面的光通量。() 視場(chǎng)角：視場(chǎng)角是指成像空間的邊緣在鏡頭前的張角，它的大小決定了攝像機(jī)的視野范圍，視場(chǎng)角越大，視野就越大。() 焦距：焦點(diǎn)到透鏡光心的距離，稱為焦距。() 景深：焦點(diǎn)前后各有一個(gè)容許彌散圓，它們之間的距離稱為焦深。相應(yīng)地，被攝主體前后清晰成像的縱深距離稱為景深。2.2 攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭的主要參數(shù) () 變焦距 () 調(diào)焦(聚焦) () 調(diào)光圈 () 調(diào)后焦() 倍率鏡(擴(kuò)展鏡)的使用() 微距鏡的使用2.2 攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 變焦距鏡頭的調(diào)節(jié)和使用 不同分光棱鏡的結(jié)構(gòu)不同，分光次序也不同。有的攝像機(jī)使用片分光棱鏡

32、，也有的用4片分光棱鏡。分光棱鏡的分光原理是基于薄膜干涉原理的。2.2 攝像機(jī)的光學(xué)系統(tǒng) 2.2.2 分光棱鏡分光原理分光棱鏡的結(jié)構(gòu)分光棱鏡的結(jié)構(gòu)示意圖基本感光元件是由MOS電容器構(gòu)成的一個(gè)光電二極管（photodiode）。一片攝像器件就是由類似馬賽克網(wǎng)格的上百萬(wàn)個(gè)感光單元組成的芯片，每個(gè)感光單元對(duì)應(yīng)一個(gè)像素點(diǎn)。2.3 攝像器件 2.3.1 感光原理MOS感光單元結(jié)構(gòu)原理CCD結(jié)構(gòu)2.3 攝像器件 2.3.2 攝像器件的結(jié)構(gòu)CCD上除了光電二極管之外，還有水平/垂直轉(zhuǎn)移寄存器(Shift Register)。根據(jù)電荷轉(zhuǎn)移方式的不同，CCD可以分為行間轉(zhuǎn)移式(Interline Transfe

33、r, IT)、幀間轉(zhuǎn)移式(Frame Transfer, FT)和幀行間轉(zhuǎn)移式(Frame Interline Transfer, FIT)。CMOS結(jié)構(gòu)2.3 攝像器件 CMOS上除了光電二極管之外，還包括放大器、模數(shù)轉(zhuǎn)換電路等。每個(gè)感光單元中光電二極管的面積只占整個(gè)元件的一小部分。根據(jù)CMOS的結(jié)構(gòu)不同，可以分為無(wú)源像素圖像傳感器(Passive Pixel sensor，PPS)、有源像素圖像傳感器(Active Pixel Sensor, APS) 和數(shù)字像素圖像傳感器(Digital Pixel Sensor, DPS)。CCD和CMOS結(jié)構(gòu)比較攝像器件的尺寸有兩種表示方法：一種是沿

34、用相應(yīng)的攝像管直徑尺寸來(lái)表示，例如1/2 英寸、2/3英寸等；另一種是沿用膠片系統(tǒng)的尺寸類型來(lái)表示，例如全畫幅、APS-C等。攝像器件的尺寸 2.3 攝像器件 2.3.3 攝像器件的性能參數(shù)分解力是指電視系統(tǒng)分解與綜合圖像細(xì)節(jié)的能力，包括垂直分解力和水平分解力。攝像器件可以實(shí)現(xiàn)畫面的空間抽樣，其分解力越高，電視系統(tǒng)處理并表現(xiàn)視頻圖像細(xì)節(jié)的能力越強(qiáng)，圖像清晰度越高。分解力 開(kāi)口率是指光電轉(zhuǎn)換部分在一個(gè)像素中所占面積的比例。開(kāi)口率/填充系數(shù) 2.3 攝像器件 光源色溫應(yīng)為3200K的白光，投射到攝像器件上1流明光通量所產(chǎn)生的電流定為攝像器件的靈敏度。靈敏度 噪聲動(dòng)態(tài)范圍功耗/供電 攝像機(jī)可以控制每

35、個(gè)像素的電荷積累時(shí)間以控制入射光在感光單元上的作用時(shí)間，縮短了積累電荷的有效時(shí)間，相當(dāng)于縮短光線照射的時(shí)間，這就是電子快門。電子快門的作用是提高活動(dòng)圖像的清晰度。電子快門原理2.3 攝像器件 2.3.4 快門和掃描實(shí)現(xiàn)隔行掃描的方式有兩種：場(chǎng)積累式和幀積累式。隔行掃描CMOS的快門機(jī)制2.3 攝像器件 CMOS攝像機(jī)有兩種快門機(jī)制：卷簾式快門和全局式快門。根據(jù)快門方式的不同，CMOS攝像器件的電荷信號(hào)讀取也不同，即掃描方式和隨機(jī)讀取方式。CMOS信號(hào)讀取方式 HAD CCD/CMOS2.3 攝像器件 2.3.5 攝像器件的技術(shù)發(fā)展 1997年Sony研發(fā)了Hyper HAD CCD （用于廣播

36、級(jí)攝像機(jī)）和Super HAD CCD（用于非廣播級(jí)攝像機(jī)），采用片上微透鏡技術(shù)引導(dǎo)更多的入射光有效照射到每個(gè)像素的感光區(qū)域。Hyper/Super HAD CCD/CMOSPower HAD /Power HAD EX/Exwave HAD CCDSuper CCD/Super CCD EXR2.3 攝像器件 ClearVid CMOS采用獨(dú)特的光電二極管格狀排列，其中每個(gè)二極管都可以旋轉(zhuǎn)45，從而優(yōu)化了CMOS的分解力，同時(shí)最大限度地?cái)U(kuò)展了感光面積。ClearVid CMOSExmor CMOS/Exmor R CMOS在Exmor CMOS，一些結(jié)構(gòu)性單元被合并到感光單元中，有助于降低噪

37、聲。2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 2.4.1 需要解決的問(wèn)題 攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)和攝像器件的性能都是不理想的。攝像機(jī)光學(xué)系統(tǒng)可能存在的缺陷主要有以下幾點(diǎn)：（1）入射光在各鏡片之間反復(fù)地反射和透射，造成大量雜散光。（2）鏡頭的透光率在整個(gè)像面上不均勻。（3）分光棱鏡在整個(gè)像面上分光不均勻，造成色漸變。（4）理想鏡頭成像必須滿足點(diǎn)成像為點(diǎn)、 垂直的面與光軸垂直成像、物與像互為相似形。2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 攝像機(jī)攝像器件可能存在的缺陷主要有：（1）由于攝像器件像素?cái)?shù)有限，對(duì)于某些高頻圖像來(lái)說(shuō)分解力仍然不夠高，畫面會(huì)出現(xiàn)混疊失真。（2）由于攝像器件的像素面積不可能無(wú)限小，畫面會(huì)出現(xiàn)孔闌失真。（

38、3） 靈敏度不夠高。（4）片內(nèi)分子熱運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生少量電荷，且不均勻，有缺陷的地方出現(xiàn)峰值，在圖像上產(chǎn) 生固定干擾圖形。（5）片內(nèi)的晶體結(jié)構(gòu)和各半導(dǎo)體之間有少量反射光，也會(huì)出現(xiàn)雜散光。（6）安裝精度造成三片攝像器件與像面配準(zhǔn)度不一致。2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 2.4.2 視頻信號(hào)處理放大器各模塊的功能和原理 黑斑現(xiàn)象在圖像上的表現(xiàn)是黑色不均勻，這是由攝像器件的暗電流不均勻引起的。攝像器件輸出信號(hào)被送到視頻信號(hào)處理放大器后，首先在黑斑校正電路進(jìn)行黑斑補(bǔ)償和黑色設(shè)定(BLKSET)。黑斑校正當(dāng)拍攝場(chǎng)景較暗時(shí)，需要提高處理放大器的增益，使白色電平達(dá)到0.7Vpp。自動(dòng)控制電路中的微計(jì)算機(jī)根據(jù)增益開(kāi)關(guān)

39、的位置，送出相應(yīng)的控制電壓使增益提升。增益提升 2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 白平衡調(diào)節(jié)當(dāng)拍攝均勻的白色畫面時(shí)，熒光屏上重現(xiàn)出的白色不均勻，容易形成白斑。白斑的程度與圖像亮度成比例，因此白斑也被稱為調(diào)制型黑斑。白斑校正 雜散光校正的基本方法是對(duì)圖像信號(hào)的平均電平進(jìn)行負(fù)反饋，調(diào)節(jié)反饋量使之恰好抑制雜散光所引起的黑電平變化。雜散光校正 黑平衡調(diào)節(jié)2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 白壓縮輪廓校正校正電路是用來(lái)校正攝像顯像系統(tǒng)非線性的，在攝像機(jī)中主要是對(duì)顯像系統(tǒng)電光的非線性進(jìn)行預(yù)校正。彩色校正 混消隱和黑電平建立 校正 2.4 攝像機(jī)中的視頻信號(hào)處理 2.4.3 攝像機(jī)的其他功能介紹黑擴(kuò)展和黑壓縮 高

40、亮度區(qū)色度保真數(shù)字降噪 防抖功能 夜視功能 自適應(yīng)細(xì)節(jié)控制功能 電子柔焦功能慢動(dòng)作記錄(高速攝像) 多種伽馬 間隔記錄預(yù)記錄 靜幀混合 逐幀拍攝(定格動(dòng)畫/ 黏土動(dòng)畫)地理定位 2.5 數(shù)字高清電視攝像機(jī) 2.5.1 數(shù)字高清電視攝像機(jī)的特點(diǎn) 寬高比為169足夠高的分解力容許彌散圓小 鏡頭性能 （1）非球面鏡片（2）螢石（Fluorite）材料和超高強(qiáng)化玻璃(Hi-UD Glass)（3）SWC 鍍膜和EBC鍍膜 高速信號(hào)讀出 2.5 數(shù)字高清電視攝像機(jī) 2.5.2 數(shù)字高清電視攝像的要求 高清構(gòu)圖時(shí)要合理安排景物在畫面中的比例關(guān)系，以適應(yīng)更寬的畫幅和信息量實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)一致的畫面布局。構(gòu)圖高清攝像

41、要求提高景物照度，并要求照明光線柔和、布光均勻、光比小，同時(shí)，為降低對(duì)照度要求，要提高高清攝像機(jī)的靈敏度，加強(qiáng)信號(hào)處理。環(huán)境光為精確聚焦，有的高清攝像機(jī)具有將圖像局部放大的功能，可以提供4倍和8倍的擴(kuò)展放大聚焦功能(Expanded Focus Magnification)聚焦2.5 數(shù)字高清電視攝像機(jī) 2.5.2 數(shù)字高清電視攝像的要求如果希望拍攝大景深的圖像，則高清拍攝時(shí)光圈不能太大，現(xiàn)場(chǎng)最好使用彩色監(jiān)視器進(jìn)行觀察，并借助示波器調(diào)整曝光值，把曝光調(diào)整轉(zhuǎn)化為電平參數(shù)的調(diào)整，以保證攝像機(jī)較合理地曝光，拍攝時(shí)還要注意營(yíng)造景物的透視感。 曝光高清攝像機(jī)的攝像器件靈敏度很高，機(jī)器開(kāi)機(jī)時(shí)間的長(zhǎng)短、溫度

42、變化都會(huì)使攝像器件的靈敏度產(chǎn)生偏差，因此有可能需要經(jīng)常調(diào)節(jié)白平衡。白平衡調(diào)整 3數(shù)字電視演播室信號(hào)的記錄和存儲(chǔ)要求掌握數(shù)字電視演播室信號(hào)的記錄和存儲(chǔ)方法，包括磁性記錄、光記錄和半導(dǎo)體記錄原理。重點(diǎn)要求掌握磁帶錄像機(jī)、硬盤錄像機(jī)、藍(lán)光錄像機(jī)和P2錄像機(jī)的設(shè)備結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)。本章要點(diǎn) 數(shù)字電視攝像機(jī)的組成磁帶記錄和存儲(chǔ) 數(shù)字視音頻數(shù)據(jù)的記錄格式目錄章節(jié)目錄 3.1.1 存儲(chǔ)方式 3.1.2 數(shù)據(jù)遷移和回遷 3.2.1 磁性錄放原理 3.2.2 數(shù)字磁帶錄像機(jī)的構(gòu)成 3.2.3 數(shù)字磁帶錄像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 3.1 3.3 3.2 3.6硬盤記錄和存儲(chǔ) 3.3.1 硬盤基本結(jié)構(gòu) 3.3.2 硬盤接口 3.3

43、.3 硬盤陣列 3.3.4 硬盤錄像機(jī)3.4光盤記錄和存儲(chǔ) 3.4.1光盤記錄原理 3.4.2 藍(lán)光光盤 3.4.3 專業(yè)光盤錄像機(jī) 半導(dǎo)體記錄和存儲(chǔ) 3.5.1 半導(dǎo)體記錄概述 3.5.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器 3.5.3 P2 錄像機(jī) 3.5在線存儲(chǔ)（On Store）指存儲(chǔ)設(shè)備和所存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)時(shí)刻保持“在線”狀態(tài)，可以隨時(shí)讀取和修改以滿足前端應(yīng)用服務(wù)器或數(shù)據(jù)庫(kù)對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)速度的要求。3.1 數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)概述 3.1.1 存儲(chǔ)方式 離線存儲(chǔ)（Off Store）指在存取數(shù)據(jù)時(shí)需要將設(shè)備或介質(zhì)臨時(shí)性地裝載或連接到計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，當(dāng)數(shù)據(jù)訪問(wèn)完成時(shí)可以斷開(kāi)連接，斷開(kāi)連接后可更換介質(zhì)。近線存儲(chǔ)（Near Stor

44、e）介于離線和在線之間,既可以做到較大的存儲(chǔ)容量,又可以獲得較快的存取速度。數(shù)據(jù)遷移是一種將離線存儲(chǔ)、近線存儲(chǔ)與在線存儲(chǔ)融合的技術(shù)，它將上一級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備(如在線存儲(chǔ))中不常用的數(shù)據(jù)，按照指定的策略或規(guī)則自動(dòng)遷移到下一級(jí)存儲(chǔ)設(shè)備 (如近線存儲(chǔ))上。遷移的路徑是在線到近線、近線到離線。它可以實(shí)現(xiàn)把大量不經(jīng)常訪問(wèn)的數(shù)據(jù)放置在離線或近線設(shè)備上，提高存儲(chǔ)資源利用率，大大降低設(shè)備管理成本。3.1 數(shù)字存儲(chǔ)技術(shù)概述 3.1.2 數(shù)據(jù)遷移和回遷 3.2 磁帶記錄和存儲(chǔ) 3.2.1 磁性錄放原理 磁頭的基本結(jié)構(gòu) 磁帶由帶基和磁性層組成,帶基由厚度約1020的強(qiáng)力塑料薄膜構(gòu)成,它決定了磁帶的機(jī)械性能。磁性層厚度約1

45、或零點(diǎn)幾，它決定了磁帶的電磁性能。磁帶的基本結(jié)構(gòu) 錄像機(jī)的工作過(guò)程實(shí)際上是一個(gè)電磁電的換能過(guò)程，其原理是利用鐵磁物質(zhì)的剩磁特性，靠磁頭在磁帶上掃描來(lái)實(shí)現(xiàn)。3.2 磁帶記錄和存儲(chǔ) 磁性記錄/ 重放原理 消磁由消磁頭完成，交流消磁（零消磁）法是在消磁頭線圈中通以一個(gè)振蕩頻率較高、幅度較大的等幅交流電。消磁原理 磁帶錄像機(jī)是利用磁帶與磁頭間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，在磁帶上記錄圖像和聲音信號(hào)的磁性錄放設(shè)備。磁帶上記錄的信號(hào)有視頻信號(hào)、音頻信號(hào)、控制信號(hào)CTL（Control）和時(shí)間碼信號(hào)TC（Time Code）等。數(shù)字磁帶錄像機(jī)由視頻錄放系統(tǒng)、聲音錄放系統(tǒng)、機(jī)械系統(tǒng)、伺服系統(tǒng)、系統(tǒng)控制和電源等部分構(gòu)成。3.2

46、磁帶記錄和存儲(chǔ) 3.2.2 數(shù)字磁帶錄像機(jī)的構(gòu)成 磁頭的基本結(jié)構(gòu) 3.2 磁帶記錄和存儲(chǔ) 3.2.3 數(shù)字磁帶錄像機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 無(wú)雜波特技重放 預(yù)讀功能 自信重放 提高記錄密度 誤碼糾正與掩錯(cuò) 數(shù)據(jù)交織 通道編碼（基帶調(diào)制） 3.3 硬盤記錄和存儲(chǔ)3.3.1 硬盤基本結(jié)構(gòu) 硬盤由磁盤盤片、盤片主軸、磁頭、控制電機(jī)、磁頭控制器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、接口、緩存等部分組成。 硬盤結(jié)構(gòu) 3.3 硬盤記錄和存儲(chǔ)3.3.2 硬盤接口磁盤驅(qū)動(dòng)器接口是連接硬盤驅(qū)動(dòng)器和錄像機(jī)、計(jì)算機(jī)、服務(wù)器等的專用器件，它對(duì)錄像機(jī)的性能及在擴(kuò)展系統(tǒng)時(shí)對(duì)其他設(shè)備的連接有很大影響。常見(jiàn)的接口有IDE接口、SATA接口、SCSI接口、SAS

47、接口、FC接口和光纖通道等。3.3 硬盤記錄和存儲(chǔ)3.3.3 硬盤陣列硬盤陣列(Redundant Arrays of Independent Disks, RAID)是通過(guò)把若干個(gè)磁盤連接在一起，以獲得倍增的容量和數(shù)據(jù)輸出帶寬的磁盤組合形式。在構(gòu)造硬盤陣列的方法中，硬盤陣列通常采用RAID技術(shù)。組成磁盤陣列的方式被稱為RAID級(jí)。 常用的RAID級(jí)有RAID 0、 RAID 1、 RAID 3、 RAID 5，還有一些基本RAID級(jí)的組合形式，如RAID 10（ RAID 0與RAID 1的組合）、RAID30（RAID0與RAID3的組合）、 RAID50(RAID0與RAID5的組合)等

48、。3.3 硬盤記錄和存儲(chǔ)3.3.4 硬盤錄像機(jī)硬盤錄像機(jī)DVR( Digital Video Recorder )最早是由美國(guó)的TiVo與Replay Network兩家公司于1999年開(kāi)發(fā)的,以硬盤作為音視頻信息存儲(chǔ)媒介應(yīng)用于金融、交通等安防監(jiān)控領(lǐng)域。硬盤錄像機(jī)的存儲(chǔ)介質(zhì)是硬盤，可以實(shí)現(xiàn)非線性數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和訪問(wèn)。根據(jù)系統(tǒng)架構(gòu)不同，數(shù)字硬盤錄像機(jī)可以分為PC式數(shù)字硬盤錄像機(jī)和嵌入式數(shù)字硬盤錄像機(jī)。3.4 光盤記錄和存儲(chǔ) 3.4.1 光盤記錄原理 無(wú)論是傳統(tǒng)的CD、VCD、DVD還是藍(lán)光光盤，采用的都是二進(jìn)制數(shù)字存儲(chǔ)。典型的光記錄是利用激光來(lái)引發(fā)記錄層的相變(晶態(tài)或非晶態(tài))實(shí)現(xiàn)“”和“”的記錄，利用

49、晶態(tài)和非晶態(tài)兩相的光學(xué)參數(shù)(如反射率、折射率)不同來(lái)實(shí)現(xiàn)重放。光記錄的發(fā)展 3.4 光盤記錄和存儲(chǔ) 3.4.2 藍(lán)光光盤 藍(lán)色激光光點(diǎn)較紅色激光更小，這使得數(shù)字訊坑更小，能以極高的精確度將數(shù)據(jù)刻錄在相同面積的光盤上，且數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的密度可1.5倍。和DVD類似，藍(lán)光光盤分預(yù)寫式、可寫式和可擦寫式三種格式。3.4 光盤記錄和存儲(chǔ) 3.4.3 專業(yè)光盤錄像機(jī) 2003年，Sony推出了XDCAM制作系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了在光學(xué)專業(yè)光盤上進(jìn)行文件采集。2005年推出的XDCAM HD系統(tǒng)，可實(shí)現(xiàn)以最高35Mbps的速度在23GB專業(yè)光盤上錄制高清影像。Sony PDW-F1600 高清編輯錄像機(jī)3.5 半導(dǎo)體記錄

50、和存儲(chǔ) 3.5.1 半導(dǎo)體記錄概述 從存儲(chǔ)器的基本功能、讀/寫模式以及存儲(chǔ)機(jī)制來(lái)看,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以分為讀/寫存儲(chǔ)器(RWM)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、可擦除的可編程只讀存儲(chǔ)器(EPROM)和閃存 (FLASH)。從存儲(chǔ)器的獲取數(shù)據(jù)方式來(lái)看,半導(dǎo)體存儲(chǔ)器可以分為隨機(jī)獲取存儲(chǔ)器(RAM)和順序獲取存儲(chǔ)器(SAM)。3.5 半導(dǎo)體記錄和存儲(chǔ) 3.5.2 半導(dǎo)體存儲(chǔ)器固態(tài)存儲(chǔ)器 SD卡P2卡SxS3.5 半導(dǎo)體記錄和存儲(chǔ) 3.5.3 P2錄像機(jī)Panasonic P2系列設(shè)備的核心是插卡式PC卡介質(zhì)，可以記錄DVCPRO50/DVCPRO/DV數(shù)據(jù)。P2系列設(shè)備采用MXF格式進(jìn)行記錄，可以隨機(jī)讀取已建

51、立索引的場(chǎng)景，進(jìn)行即時(shí)播放和在線傳輸。PanasonicAJ-PD500MMC-P2錄像機(jī) 3.6 數(shù)字視音頻數(shù)據(jù)的記錄格式 D-Betacam DVDVCPRODVCAMMEPG IMXHDVHDCAM/HDCAM SRDVCPRO HD/100D-5 HDAVCHDHDCAM HD/EXXAVC/XAVC S 4視頻切換臺(tái)及外圍設(shè)備了解視頻切換臺(tái)的基本構(gòu)成。重點(diǎn)掌握視頻切換臺(tái)快切、混合、劃像、鍵、下游鍵等信號(hào)處理的原理。理解亮度鍵、色度鍵、線性鍵、內(nèi)鍵和外鍵的特點(diǎn)，以及切換臺(tái)“級(jí)”的概念和M/E模塊的作用。了解切換臺(tái)在視頻系統(tǒng)中的地位、信號(hào)流程及連接方法。了解數(shù)字視頻特技機(jī)的作用及特點(diǎn)。了

52、解特技機(jī)的2D、3D特效、動(dòng)畫及變更數(shù)字視頻信號(hào)數(shù)據(jù)流的基本原理。了解特技機(jī)與切換臺(tái)的連接方式。了解矩陣在演播室和電視臺(tái)中的作用及其基本組成。了解矩陣卡的擴(kuò)展與分割原理。了解字幕機(jī)的輸出信號(hào)和在線包裝的基本概念。本章要點(diǎn) 視頻切換臺(tái) 數(shù)字特技機(jī)在線包裝系統(tǒng)目錄章節(jié)目錄 4.1.1 視頻切換臺(tái)的概念 4.1.2 視頻切換臺(tái)的基本構(gòu)成 4.1.3 切換與特技原理 4.1.4 視頻切換臺(tái)的性能與應(yīng)用 4.2.1 數(shù)字特技機(jī)的概念 4.2.2 圖像變換原理 4.2.3 數(shù)字特技的系統(tǒng)構(gòu)成 4.1 4.3 4.2 4.5矩陣4.3.1 矩陣的概念4.4字幕機(jī)視頻切換臺(tái)，簡(jiǎn)稱切換臺(tái)，能以某種方式從兩種或更

53、多種節(jié)目源中選出一路或多路信號(hào)送出，實(shí)現(xiàn)節(jié)目多樣化，是一種可達(dá)到一定藝術(shù)效果的電視節(jié)目制作設(shè)備，主要用于電視信號(hào)播出或節(jié)目后期制作。4.1 視頻切換臺(tái) 4.1.1 視頻切換臺(tái)的概念基本概念視頻切換臺(tái)可按使用范圍、級(jí)數(shù)、處理信號(hào)來(lái)分類。切換臺(tái)分類模擬視頻切換臺(tái)對(duì)輸入信號(hào)的要求是“三個(gè)統(tǒng)一”，即時(shí)間統(tǒng)一、相位統(tǒng)一和幅度統(tǒng)一。 切換臺(tái)對(duì)輸入信號(hào)的技術(shù)要求 4.1 視頻切換臺(tái) 4.1.2 視頻切換臺(tái)的基本構(gòu)成視頻切換臺(tái)的連接SonyMVS-6520 切換臺(tái)切換臺(tái)主機(jī)、控制面板與其他設(shè)備的連接簡(jiǎn)圖視頻切換臺(tái)的基本構(gòu)成4.1 視頻切換臺(tái) 切換臺(tái)由輸入切換矩陣、混合/效果放大器、特技效果發(fā)生器、下游鍵處理與

54、混合器、 同步信號(hào)發(fā)生器及控制電路組成。視頻切換臺(tái)的基本原理圖快切是指從某一路電視信號(hào)瞬間切換到另一路電視信號(hào)源的過(guò)程，在電視屏幕上表現(xiàn)為一個(gè)畫面迅速變換成另一個(gè)畫面，這種切換方式通常被稱為快切，又稱硬切換，這是電視節(jié)目制作使用較多的一種方式。 4.1 視頻切換臺(tái) 4.1.3 切換與特技原理快切(Cut) 混合也稱慢切換，是將兩路信號(hào)在幅度上進(jìn)行分配組合，是以慢變的方式使電視屏幕上的一個(gè)畫面漸顯，另一個(gè)畫面漸隱，使兩個(gè)畫面同時(shí)出現(xiàn)， 轉(zhuǎn)換的速率可人為控制，也可以自動(dòng)控制。混合（Mix）劃像又稱掃換、電子拉幕或分畫面特技，它使一個(gè)畫面先以一定的形狀、大小出現(xiàn)于另一個(gè)畫面的某一部分，接著按此形狀使

55、其面積不斷擴(kuò)大，最后完全取代另一畫面。4.1 視頻切換臺(tái) 劃像（Wipe）鍵控又叫摳像，是在一幅圖像中沿一定的輪廓線摳去它的一部分而填入另一幅圖像的特技手段。鍵控（Key）下游鍵(DSK)處于視頻切換臺(tái)的最后一級(jí)，主要是利用鍵控技術(shù)進(jìn)行圖形和字幕的疊加，一般不對(duì)輸入的兩路視頻信號(hào)進(jìn)行特技處理。 下游鍵（Down Stream Key）為了加強(qiáng)視頻切換臺(tái)的功能，很多切換臺(tái)使用了多級(jí)M/E放大器，增強(qiáng)了處理畫面層次的能力。4.1 視頻切換臺(tái) 4.1.4 視頻切換臺(tái)的性能與應(yīng)用多級(jí)視頻切換臺(tái)的構(gòu)成視頻切換臺(tái)的性能主要指它的節(jié)目制作能力，一般由以下幾個(gè)因素決定：（1）輸入矩陣規(guī)模的大小 （4）信號(hào)處理

56、能力 （2）M/E放大器的級(jí)數(shù) （5）與編輯機(jī)和數(shù)字特技機(jī)的接口 （3）M/E級(jí)的制作能力 （6）存儲(chǔ)與編程功能多級(jí)視頻切換臺(tái)的性能數(shù)字視頻特技又稱數(shù)字視頻效果系統(tǒng)，英文名稱為Digital Video Effect (縮寫DVE)，有公司稱之為多功能數(shù)字特技系統(tǒng)(DME)。它是以幀同步機(jī)為基礎(chǔ)發(fā)展而來(lái)的一種數(shù)字視頻處理設(shè)備。4.2 數(shù)字特技機(jī)4.2.1 數(shù)字特技機(jī)的概念 數(shù)字特技機(jī)的基本形式圖像變換主要是通過(guò)變更數(shù)字視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)流以及改變寫入存儲(chǔ)器的樣值地址或改變存儲(chǔ)器中讀出樣值的地址來(lái)實(shí)現(xiàn)的。4.2 數(shù)字特技機(jī)4.2.2 圖像變換原理二維數(shù)字特技所實(shí)現(xiàn)的圖像變化和運(yùn)動(dòng)僅在XY平面上完成，

57、而在反映圖像深度的Z軸上無(wú)透視效果發(fā)生。 二維特技 三維運(yùn)動(dòng)效果是通過(guò)圖像平面坐標(biāo)和投影平面坐標(biāo)間的變換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其變換基礎(chǔ)是映射變換學(xué) (Mapping Transform)。三維特效4.2 數(shù)字特技機(jī)使用數(shù)字特技機(jī)調(diào)整視頻對(duì)象的參數(shù)時(shí)，利用關(guān)鍵幀可對(duì)某時(shí)刻對(duì)象的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)。不同時(shí)刻(時(shí)間碼)存儲(chǔ)的關(guān)鍵幀對(duì)應(yīng)參數(shù)不同時(shí)，便可形成動(dòng)畫。動(dòng)畫變更數(shù)字視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)流不需要通過(guò)控制存儲(chǔ)地址來(lái)完成，可用某種算法直接變更輸入的視頻數(shù)據(jù)流來(lái)實(shí)現(xiàn)。例如：油畫效果(Painting)/負(fù)像（Negative）/馬賽克效果（Mosaic）/散焦效果（Strobe Effect） 變更數(shù)字視頻信號(hào)的數(shù)據(jù)流 數(shù)

58、字特技系統(tǒng)包括三部分：輸入輸出處理、數(shù)字處理系統(tǒng)、控制系統(tǒng)。視頻切換臺(tái)與數(shù)字特技機(jī)的連接：4.2 數(shù)字特技機(jī)4.2.3 數(shù)字特技的系統(tǒng)構(gòu)成 矩陣(Router/Matrix)是專門用于多路輸入與多路輸出的開(kāi)關(guān)控制設(shè)備。它是視音頻切換、調(diào)度、分配、節(jié)目共享的重要設(shè)備。4.3 矩陣 4.3.1 矩陣的概念 矩陣系統(tǒng)主要由視音頻矩陣主機(jī)、控制設(shè)備、各種操作板和計(jì)算機(jī)組成。所有信號(hào)處理電路都裝在矩陣主機(jī)箱里。矩陣系統(tǒng)的構(gòu)成矩陣系統(tǒng)主要由視音頻矩陣主機(jī)、控制設(shè)備、各種操作板和計(jì)算機(jī)組成。所有信號(hào)處理電路都裝在矩陣主機(jī)箱里。矩陣的特性參數(shù)4.3 矩陣 矩陣卡是矩陣的核心模塊，為了防止因一張矩陣卡損壞導(dǎo)致整

59、個(gè)矩陣無(wú)法使用的問(wèn)題發(fā)生?？梢栽诰仃嚈C(jī)箱內(nèi)使用多塊小規(guī)模矩陣卡。在應(yīng)用中，也有將大型矩陣通過(guò)軟件分割成多個(gè)虛擬矩陣的情況。 矩陣卡的擴(kuò)展與分割 冗余設(shè)置 為防止矩陣發(fā)生故障，矩陣內(nèi)部的各模塊設(shè)計(jì)中也會(huì)采用冗余配置，包括電源模塊、 控制模塊、矩陣卡(交叉點(diǎn)模塊)、輸入及輸出模塊等，且都可以進(jìn)行冗余備份。 制作和播出字幕的專用電視信號(hào)發(fā)生器和處理器被稱為字幕機(jī)(Character Generator)，簡(jiǎn)稱)，是演播室中不可缺少的設(shè)備。傳統(tǒng)意義上的字幕機(jī)一般僅負(fù)責(zé)圖標(biāo)、字符、圖片的靜態(tài)及動(dòng)態(tài)處理，它是演播室視頻源設(shè)備中的一員，一般由一臺(tái)獨(dú)立的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)構(gòu)成。4.4 字幕機(jī) （1）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，是字幕

60、機(jī)的主體部分，負(fù)責(zé)字幕(計(jì)算機(jī)圖形)的產(chǎn)生、靜態(tài)渲染和動(dòng)態(tài)效果以及字幕信號(hào)的輸出。（2）圖像板卡，是字幕機(jī)的硬件部分，安裝在計(jì)算機(jī)主機(jī)的擴(kuò)展槽中。（3）字幕(圖文創(chuàng)作)軟件系統(tǒng)。字幕機(jī)的構(gòu)成字幕的使用多出現(xiàn)在演播室的現(xiàn)場(chǎng)節(jié)目制作或直播中。在節(jié)目直播前，制作人員需要做好場(chǎng)景模板。比如，先以分層的形式設(shè)計(jì)字幕的背景圖像或動(dòng)畫，再把背景圖像拉到模板中，接著，再將說(shuō)明性字幕獨(dú)立做在一層。4.4 字幕機(jī) 字幕機(jī)輸出兩種信號(hào)：字幕視頻信號(hào)和鍵信號(hào)，兩種信號(hào)一般都會(huì)接入切換臺(tái)(或鍵混器)的輸入端。字幕機(jī)的信號(hào)輸出字幕機(jī)的應(yīng)用流程圖形字幕技術(shù)在綜合了數(shù)字化存儲(chǔ)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、數(shù)字圖像處理、數(shù)字壓縮、視音頻播放等