高清技術簡介以及其運用

第第頁高清技術簡介以及其運用提要:本文介紹了現(xiàn)有的高清技術以及高清技術在各個領域的運用,如在廣播電視、資料片、記錄片、醫(yī)學等領域的應用本文是作者對高清技術發(fā)展過程中一些問題的思考,主要說明高清的出現(xiàn)不僅僅是技術的更迭,更重要的是它將對各行業(yè),特別是中國電視行業(yè)原有的運行流程發(fā)生深刻變化。

關鍵詞:hdtv、標清、數(shù)字電視

目前我們大家所看到的電視和dvd節(jié)目雖然內容精彩,可惜總感覺和電影院中相差甚遠,清晰度就是其中最重要的區(qū)別,特別是大屏幕電視普及后,標清顯得越發(fā)力不從心了,大尺寸顯示屏幕是高清節(jié)目需求的主要推動力,觀看者對單位顯示面積的像素數(shù)不足表現(xiàn)出明顯的不滿足,這樣就促進了hdtv的發(fā)展,那下面我們就先來講講什么是hdtv:

一、什么是hdtv?

要解釋清楚什么是hdtv,我們首先要了解數(shù)字電視(dtv)。數(shù)字電視,是指從演播室到發(fā)射、傳輸、接收過程中的所有環(huán)節(jié)都是使用數(shù)字電視信號,或對該系統(tǒng)所有的信號傳播都通過由二進制數(shù)字所構成的數(shù)字流來完成。數(shù)字信號的傳播速率為每秒19.39mbps,如此大的數(shù)據(jù)流傳輸速度保證了數(shù)字電視的清晰度,克服了模擬電視的先天不足。同時,由于數(shù)字電視可以允許幾種制式信號的同時存在,因此每個數(shù)字頻道下又可分為若干個子頻道,能夠滿足以后頻道不斷增多的需求。數(shù)字電視在這里是廣義的概念,數(shù)字電視系統(tǒng)可按節(jié)目制作,一次分配、二次分配、發(fā)送和接收分類;也可以按衛(wèi)星傳輸系統(tǒng),地面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)和有線電視傳輸系統(tǒng)分類;或按消費類、專業(yè)類和演播室數(shù)字設備分類;或按低清晰度、常規(guī)清晰度和高清晰度業(yè)務分類。因此市場上會出現(xiàn)多種多樣的數(shù)字電視系統(tǒng)和設備。hdtv是dtv標準中最高的一種,即highdefinisiontv(高清晰度數(shù)字電視),故而稱為hdtv。

按照國際電信聯(lián)盟ccir(itu-r)的定義,高清晰度電視應是這樣一個系統(tǒng),即一個具有正常視覺的觀眾在距該系統(tǒng)顯示屏高度的3倍距離上所看到的圖像質量應具有觀看原始景物或表演時所得到的質量。這就要求hdtv圖像的水平與垂直分解力較常規(guī)電視都提高1倍以上,其圖像有效掃描線在1000行以上,每行有效像素達1920個像素,是常規(guī)電視的5倍多。其顯示屏寬高比為16:9,水平視角30度,更符合人們的視覺特性。其圖像質量可與35mm電影首映質量媲美,其伴音則采用多個聲道,如可采用5個聲道(左、中、右、左后、右后),具有環(huán)繞立體聲效果,并可加一個重低音聲道,每個聲道的收聽質量與激光唱盤(cd)相當。

我們都知道數(shù)字電視的圖像清晰度可以用每一掃描行的有效像素數(shù)及每幀圖像的有效掃描行數(shù)來表示。這兩個數(shù)越大,表示清晰度越高。ccir-601所規(guī)定的圖像清晰度即是標準清晰度(標清)電視(sdtv)的參數(shù),每一掃描行有720個有效像素,而每一幀的有效掃描行數(shù)對于525/60及625/50兩種制式分別為480行及576行。sdtv(500-600線)即標準清晰度電視,主要是對應現(xiàn)有電視的分辨率量級,其圖像質量為演播室水平;ldtv(200-300線)即普通清晰度電視,主要是對應現(xiàn)有vcd的分辨率量級。從視覺效果來看,數(shù)字hdtv(highdefinitiontelevision)圖像質量可達到或接近35mm寬銀幕電影的水平,它將500多線的視頻畫面提升到1080線的清晰度,加上高清的16:9寬屏幕模式,意味著你能看到幾倍于原標清節(jié)目的細節(jié)。舉例來講,在標清的畫面中你只能看到演員的眉毛、眼睛;但是在高清的畫面下,你差不多能數(shù)清楚演員眼睫毛的根數(shù)了。從下圖就可以很清楚的看出標清和高清圖象質量的明顯區(qū)別:

上圖為hdtv的畫面?下圖是sdtv的畫面

??目前,我國的數(shù)字高清標準尚未出臺。美國、歐洲和日本各自形成三種不同的數(shù)字電視標準:即以美國為代表的atsc、以歐洲為典型的dvb-t和由歐洲的dvb-t衍生出來的集中在日本的isdb-t。由于hdtv信號傳輸帶寬的要求很高,因此一個實用的hdtv制式就可能依據(jù)于數(shù)字電視技術的解決方案。

美國電影電視工程師協(xié)會確定的高清標準格式分別為1280×720p/60、1920×1080i/60和1920×1080p/60,其中1080p被稱為目前數(shù)字電視的頂級顯示格式,這種格式的電視在逐行掃描下能夠達到1920×1080的分辨率;日本基本上與美國相同;歐洲傾向于1920x1080i/50;其中720p需要的行頻支持為45khz,而1080i/60hz的行頻支持只需33.75khz,1080i/50hz的行頻要求就更低了,僅為28.125khz。其中i是隔行掃描,p是逐行掃描。如果同是60hz,1080i采用了隔行掃描的方式,每秒鐘在奇數(shù)行和偶數(shù)行交錯提供30幅畫面,所以1080i模式下的畫面會感覺有些閃爍。而720p采用了逐行掃描的方式,要比隔行掃描的畫面更穩(wěn)定,更不閃爍,效果更好。我們可以算一下,歐洲的標準1080i(隔行)實際上折算后,效果只相當于540p(逐行)。

一般來說,目前世界上只有60英寸以上的顯示屏才能夠顯示出1920×1080的信號?，F(xiàn)在市場上出現(xiàn)的所謂1080p高清數(shù)字電視并不能真正給消費者帶來1920×1080的圖像,這些彩電只是能夠接收和處理1920×1080格式的信號而已,但是顯示出來的效果是什么樣子則很難說。而目前各廠家紛紛炒作的1080p頂級高清數(shù)字電視概念,在現(xiàn)有技術條件下很難實現(xiàn),因為無論是來自我國各電視臺的信號源,還是這些廠商生產出來的顯示屏,都無法做到這個標準。

二、高清技術在各個領域的運用

1、高清使節(jié)目的制作過程發(fā)生改變

不管hdtv是否已經開播,它已經使電視臺設備投資觀念發(fā)生了變化。對于一些電視劇、重要綜藝節(jié)目的拍攝,以往的dvw已經不能滿足需求,制片人更愿意選擇高清拍攝,一次投資,可以獲得高清、標清(pal/ntsc)多版本回報。在高清到來之前,人們已經在標清的畫面下生活了幾十年,特別是電視臺和電影廠的工作人員,已經熟悉了標清節(jié)目拍攝和制作的全過程,一旦上升到高清,特別是1080i以上的高清規(guī)格后,一切熟悉的環(huán)節(jié)都要推倒重來,這也意味著拍攝高清節(jié)目的投資將大幅度增加,在高清攝像機面前,演員的化妝、布景方式都要重新進行改變。首先,高清節(jié)目拍攝的時候,對燈光要求特別高,清晰度高了,體現(xiàn)高清的層次感特別明顯,一幅漂亮的構圖對燈光的層次要求很高,傳統(tǒng)手法拍攝不好的畫面,有時候覺得還沒有標清畫面感覺好,因為高清本身圖像細致,對層次要求很高,所以用光的要求也很高。另外,高清對布景的要求也高了,布景方式都要重新進行改變,原本訂釘子來掛布景的方式不行了,因為標清攝像機“看不見”的釘子以及布景上的臟漬都會在高清攝像機下纖毫必現(xiàn),破壞了畫面的效果,高清攝像機的好眼神確實比較挑剔,很多演員不敢拍高清,因為原來臉上的皺紋在標清上看不見,現(xiàn)在在高清上看得清清楚楚了,所以制作高清節(jié)目不僅僅是設備的投入,對制作環(huán)境以及人員的要求都相應提高了。同樣,高清電視制作對道具的要求也增加了,高清節(jié)目要求體現(xiàn)出清晰度和質感,那到底什么樣的道具更能體現(xiàn)出來清晰和質感?如果使用非常有質感的道具放在環(huán)境里會凸現(xiàn)晶瑩剔透的感覺,比如玻璃器皿里面有水,這樣拍出來是非常透亮的畫面,更能體現(xiàn)高清節(jié)目的表現(xiàn)力。高清如果用很好的道具,馬上就能體現(xiàn)出高清節(jié)目的質感。

除了對布景方式和道具的改變外,hdtv對前期節(jié)目拍攝方式也有不少改變,拍攝人員對拍攝過程的改變將有一個習慣過程。電視制作要求快,我們采集新聞或者拍攝什么內容,攝像機到外面一轉就回來,實際標清的攝像機鏡身相對比較長,在跟蹤聚焦方面稍微馬虎一點問題都不大,但是高清攝像機不僅鏡身短,而且高清攝像機的焦點不易對準,這是由高清的高清晰度引起的,因為高清的分辨率高,水平視場角比標清大,畫面包容的景物多,景深比標清小很多,這對攝像人員就提出了更高的要求,聚焦時要格外小心,不清楚的鏡頭回來是不能用的。

2、高清使得后期制作選擇增多

有了前期拍攝出來的精美畫面,還要有好的高清的后期制作設備才能做出好的電視節(jié)目?，F(xiàn)在在高清的后期制作設備上,市場所能提供的設備也越來越多,越來越完備。avid一直把高清電視看作“電視和電影結合點”,其最低成本的產品avidxpressprohd和加速器mojo就可以通過1394接口采集hdv和dvcprohd源碼流并支持aviddnxhd壓縮高清碼流的實時編輯;它可以配備在臺式機或筆記本電腦上,既可以成為移動高清編輯站,也可以在網絡中成為一個高清網絡編輯站點。它可直接進行dvcpro50媒體輸入,有更好的格式兼容性,支持dv25、dv50及dv100(dvcprohd)媒體,在同一時間線上可進行dv、標清與高清的混合處理,這就意味著我們不再需要進行耗費大量時間與存貯空間的轉碼操作,就可以開始工作。

蘋果也發(fā)布了曾經榮獲艾美獎的finalcutpro產品的高清版finalcutprohd。它實時支持dvcprohd格式的高清制作,通過一根ieee1394火線采集和輸出廣播級質量的高清信號,無需硬件支持。由于不用重新壓縮,因此不會對圖像質量造成損失。它同時支持dv、標清、高清和電影的編輯,并加入了對攝像機原聲代碼的支持,高清的信號沒有經過再壓縮的過程,采用4:2:2的高清格式并擁有比較低的碼率。finalcutprohd支持在蘋果cinemahd顯示屏上進行hd預覽,從而降低了hd編輯環(huán)境的進入成本。

另外,品尼高的cinewavehd、sony推廣的xpri非編系統(tǒng)、discreet推出的smoke5.0也是高清編輯的另外一些選擇方案,它們都可以成為向高清過渡時期的良好選擇。

任何一種技術的發(fā)展都會推動相應的產品的發(fā)展進步。高清電視的發(fā)展使得許多公司開始開發(fā)研制適合高清電視后期制作的設備,豐富了市場。在不久的將來,隨著hd技術和標準的完善和更多廠商加入競爭,hd產品的普及和完全化hdtv節(jié)目制作和播出即將到來。中國作為2008年奧運會的主辦國,近年也加快了hdtv的發(fā)展步伐,作為技術和節(jié)目的先期準備,北京、上海以及內地的許多電視臺都已經投入了hdtv節(jié)目的先期制作。

3、高清數(shù)字電影的新篇章

從全球看,高清被廣泛地用作商業(yè)廣告類節(jié)目的制作,它被當作取代膠片的數(shù)字載體。此外,高清設備也廣泛地被用作拍攝一些重大的歷史事件、風光資料片,以數(shù)字化高清晰度的指標記錄下不可逆轉的長河細節(jié)。在好萊塢,高清還更多地用于電影和數(shù)字影院節(jié)目的制作,人們意識到高清不再是電視的獨家專利,它正成為連接電影和電視的數(shù)字紐帶。

以往我們制作傳統(tǒng)的膠片電影時,需要將聲音、畫面分開來制作。在進行畫面剪接時,首先通過膠轉磁,并利用非線性視頻系統(tǒng)進行粗編,然后將編好的節(jié)目時間碼轉換成膠片的長度,最后剪接膠片。特技合成時,則需要昂貴的高分辨電影膠片掃描儀將膠片掃描成2k或4k的圖像文件,再利用電腦進行特技合成,最后將圖像還原成膠片。這樣一個數(shù)字化的膠片電影制作基地需要巨大的投資,其工作流程不但成本高、效率低,而且不便于節(jié)目的修改、存貯和拷貝?，F(xiàn)在有了高清技術,我們就可以先用高清24p攝像機進行拍攝,然后將成片節(jié)目轉為膠片或數(shù)字電影,這樣制作高清數(shù)字電影在經費和周期上與傳統(tǒng)電影業(yè)就有了很大的不同,電影在整個過程中既降低了成本,也縮短了周期,克服了傳統(tǒng)膠片電影制作流程中的種種弊端,而且為后期制作帶來了無盡的方便。首先便是拍攝成本:高清數(shù)字電影要比膠片電影的成本降低一半甚至更多,主要是省去了膠片錢。第二是后期編輯,相對于數(shù)字電影來講,傳統(tǒng)的膠片要麻煩很多:數(shù)字電影素材帶的使用非常方便,可以隨時取用,而膠片電影就不能隨便取用。第三是高清數(shù)字電影獨特的視覺風格。標清和高清在前期拍攝時可能并沒有太大的區(qū)別,但是在質量上確有了質的飛躍;在后期的“磁膠”轉換中更加便捷,畫面的失真度很小。

對于數(shù)字載體是否可以代替35mm膠片,人們眾說紛紜。總體而言,膠片記錄層次更豐富、畫面更加細膩柔和;而ccd相對于大片基膠片來說,目前在象素方面還有局限性。然而,單純地比較膠片和數(shù)字載體的指標是沒有意義的,因為膠片母版雖好、卻不能直接提供給影院,在發(fā)行中經歷多次拷貝后其亮、色都會下降,放映過程中還會受到灰塵和損傷的困擾;相反,數(shù)字載體在傳遞中效率高、成本低、質量無損失,而且便于后期制作。

4、高清時代dv登堂入室

?在專業(yè)攝像領域,索尼的攝像機占據(jù)了半壁以上的江山,特別是在面向高清節(jié)目制作的高清攝像機,價格非常昂貴,哪怕cctv這樣“財大氣粗”的地方,也不敢全面實現(xiàn)高清。我們都曾幻想有一臺廉價的小型高清攝像機,用幾萬元的價格就能拍攝1080i以上的高清節(jié)目,最好還能使用dv(sp)格式的磁帶……由于高清節(jié)目的制作工藝相對復雜,成本相對較高,目前只局限于專業(yè)的節(jié)目制作部門,為了降低高清制作的門檻,就有了hdv的出現(xiàn)。它主要用來滿足行業(yè)用戶對專業(yè)入門級高清產品的需求,他們龐大的數(shù)量是任何公司都不可小覷的力量?；閼c公司、廣告公司、電教系統(tǒng)、mtv拍攝都是hdv的直接用戶,他們迫切需要用高清來武裝自己,在市場的競爭中取得先機。當然,在登山、探險等極端惡劣的條件下,攝像機的小型化是非常重要的,這時要追求高清,恐怕只有hdv能勝任了。

至于那些財力沒有那么豐厚的地方電視臺,在短期內無法實現(xiàn)高清制作的環(huán)境中,竟然也對高清技術非常著迷,原因非常簡單:需要用高清攝像機同步拍攝重要的會議和活動,這些節(jié)目短期內雖然不能被播出,但是可以作為高清素材進行保存,在未來轉移到高清播出后,能夠編輯使用上的高清節(jié)目源。

另外一些突發(fā)事件對廣播級質量提出了挑戰(zhàn),讓我們去再思考、再認識新聞報道的速度和質量以及與其他側面的關系。有一點可以肯定的是,在突發(fā)事件的報道上,速度是要比單純的圖像質量重要得多、價值也高得多的因素。dv由于其體積小、重量輕,成本低,易于操作,顯然在突發(fā)事件的報道和隨機創(chuàng)意的實現(xiàn)上有著突出的優(yōu)勢。通過ieee1394接口,dv視頻可以直接下載進便攜式非編設備,不僅實現(xiàn)了無損的數(shù)字采集、傳輸、記錄、編輯、播出,更可以實現(xiàn)即拍即編即發(fā),野外采訪、異地奔波都十分實用。其實dv的優(yōu)勢主要有兩點:全數(shù)字化和便宜。

那么在目前高清還沒有廣泛播出的時間里,hdv真的能取得實際的高清效果嗎?這樣的疑問不是沒有道理,但是要知道,從高清信號轉到標清信號,會讓標清視頻的清晰度得到保證,哪怕是記錄完全相同的視頻,在輸出到標清時也足夠讓高清略勝一籌。

hdv使我們真正有機會清晰地捕捉到精彩瞬間,不用再忍受50i閃爍的困擾和25p運動的不連貫。此外,格式的多樣性給節(jié)目的交換帶來一定的麻煩,看來hdv的軟硬件都要具備高清與高清以及高清與標清的多格式轉換能力了。以1080i模式為例,為了使壓縮后的視頻碼率降到25mbps左右,hdv使用的是長gop的mpeg-2mp@hl-14壓縮。通過4:2:0色度亞取樣結構(不同于dv的4:2:0)和預濾波(使每行只保留1440個亮度取樣)等措施,使壓縮前的數(shù)據(jù)量大大減少。mpeg-2之所以具有很大的壓縮效率,主要得益于ibp三種幀結構的結合使用。一定數(shù)量的ibp幀稱作一個gop,常見的gop多為12,gop越長壓縮效率越高,所需的運算量也越大。而壓縮工作主要由專用處理器完成,大量的運算要消耗更多的時間,這對hdv來說是不容許的,若使用運算速度更快的處理器,價格自然要升高,而且耗電量也隨之增大。因此hdv把gop定為6,在壓縮效率與運算量之間取得了一個平衡。許多人不免心生疑慮,對25mbps級別的高清圖像沒有信心。但事實表明,世界范圍內大多數(shù)高清傳輸系統(tǒng)都把每一路節(jié)目限定到21mbps以下,也許這個數(shù)字可以為hdv的潛在用戶吃一顆定心丸,但這也并不等于否定cinealta、varicam等高端產品,還是那句話,用途不同。

縱觀hdv產品和市場,我們發(fā)現(xiàn),巨大的市場需求是hdv誕生的搖籃。消費應用方面,隨著今后高清播出的普及,高清接收機進入家庭是大勢所趨,專業(yè)應用方面,則呈現(xiàn)出兩極分化的態(tài)勢,越來越多的電視人意識到了這個問題。很明顯,高清與dv是兩個極端,越來越多的節(jié)目也隨之分化。用高清制作的影視節(jié)目會越來越多,這些大投入的制作更多地關心圖像質量,以滿足高清電視以及數(shù)字電影等新興行業(yè)的需要;同時,追求時效性、機動性和性價比的低成本制作也會越來越多,新聞、體育、公司、政府、、醫(yī)療都將成為hdv的潛在市場,獨立制片人恐怕更是hdv的忠實擁護者了。對于新聞類標清節(jié)目,使用低