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前高清时代的挑战与应对(1)

我爱方案网| HDTV| 2010-11-16
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高清是广电行业技术发展的必然趋势,但从标清向高清的转换需要一个“过渡期”,即在一段时间内必须考虑高标清并存的工作方式。现在大部分电视受众的接收终端仍然是标清终端,而高清技术无论在非线性制作或者系统解决方案上基本已经成熟,完全具备全面高清化运作的可能。对于一个电视台而言,如果其内部的采编播系统已经准备好或者已经开始向全面高清化运作过渡,而同时需要考虑电视受众的标清接收的要求,那么就意味着进入“前高清时代”。

  这是一个“混合的时代”,是个承上启下的时代。需要我们考虑兼容标清的历史环境,又要为高清的发展做好节目储备和技术上过渡的准备。你,准备好了吗?

        1、局面和挑战
 
  从当前局面情况看,美国市场90%的电视台开始制作高清节目,55%的播出节目是高清节目;日本在2006年全面开始高清播出,主要应用于新闻和体育转播等。中国的高清节目制作量每年几乎都要翻番,大量的节目制作公司都瞄准未来高清市场,直接采用高清设备进行节目摄制,而全国各大型电视台也从试用高清设备,过渡到开设高清频道,部分节目直接采用高清格式录制以储备片源的阶段。CCTV更是高举高清的大旗,在CCTV新台址项目的节目制播系统中将采用全面高清化运作。
 
  从显示设备的角度看,目前16∶9尺寸的液晶或者等离子平板电视已经成为主流,老式的CRT电视也将被逐渐淘汰。而这几年也是广大电视受众对电视机进行更新换代的几年,家庭的客厅将被大尺寸轻薄的平板电视占据,10000元以下的FULL HD电视越来越多的走进我们的视野。
 
  从电视制播技术上看,网络化、高清化、数字化一直是电视技术革命的主流。早在几年前,国内外知名厂商已经推出了网络化高清制作播出的设备及解决方案,目前已经趋于成熟,并有了许多实际运行的案例。这一切似乎都在告诉我们高清时代的来临,而且要比许多人想象的快,全面转向高清制作已是不可回避的发展方向。但同时也带来许多问题和挑战:

  ● 国内电视接收终端宽高比虽然在从4∶3向16∶9过渡,但从比例上看,标清4∶3的电视终端还是占绝大多数,所以一段时间内高清频道必然需要支持高标清同播;
  ● 高清制作设备采购成本、制作的时间成本较之标清明显增加,而电视台的收益没有大幅提高,高清节目销售虽然可以提供一定的广告收入,但电视台的主要收入——广告销售不会有大幅提高。
   因此进行低成本的制作是高清推广的关键问题之一;
  ● 大量播后节目、历史资料以及收录画面都是标清素材,除非制作节目的所有画面内容完全自采,否则肯定会出现高标清混合制播的问题;
  ● 网络化高清格式为了达到更好的画面以及更低码率的目的,往往采用更高的压缩比,更复杂的压缩算法。高压缩比的高清格式在多代复制以及多次打包后,其质量下降情况如何?
  ● 高清制作对网络码率和存储容量的要求更高,在标清环境下非常成熟的网络体系架构、技术以及设备是否还能适用?
  ● 采用更先进的压缩算法、更高的码率后,非线性编辑的性能和稳定性是否会降低,是否还能达到原来标清的应用感受?
  ● 高清环境下,我们的制作、播出、存储归档、浏览的码率以及格式应该如何选择?
 
        2、“前高清时代”的关键技术问题

  高标清上下变换的过程

  谈到高标清的混合编辑及同播问题,就不能不谈高标清的上下变换问题。高标清变换,实际就是对视频信号或者文件的时空采样的结构变换。即在时间上和空间上,实现分辨率的变换及其组合。采样结构的变换主要是通过空间域上的插值和抽取滤波器来实现速率和像素的变换。下变换,即高清变换为标清,可由高分辨信号通过抽取滤波变换为低分辨率信号;上变换,即标清变换为高清,可在保持原视频信号频谱不变的前提下,提高采样频率,并对原有信号进行内插值变换。
 
        高标清上下变换的信号处理流程如下图所示:

 上下变换的图像质量由两个因素决定:去交织(去隔行)算法和重采样算法,最后的质量依赖于所选用的算法类型和精度。上变换质量方面我们应该更关注噪声和边沿的处理,下变换方面应更关注频谱和细节。
 
  应用于上变换的去交织算法类型很多,主要有线性滤波和非线性滤波方式,线性滤波比较简单,占用资源少,但是效果差一些;非线性滤波复杂,算法精度高,占用的存储和计算资源较多,但效果很好。
 
  图像重采样算法的精度直接影响最终变换质量。目前下变换主要有两种方式:空域变换与频域变换。
 
  空域变换:主要是通过像素点普通线性或非线性插值来进行重采样,优点是方法简单,速度快,缺点是质量不高。由于采样精度的误差(像素点的缺失,以及采样像素的随机性),造成图像模糊或有烟雾笼罩的感觉。同时对于高亮度细节变换较快的素材,容易产生闪烁现象。归纳起来也就是目标图像细节不够,同时抗闪烁程度不高。
 
  频域变换:主要是通过对原始图像进行频谱分析,对影响目标图像的频率进行相应的调整与修改,从而达到细节保留与增强,同时也抗闪烁的效果。这个方法优点是标清图像质量稳定,效果好,缺点是速度较慢,但随着计算机性能的提高,以及多核时代的到来,速度问题将不再是瓶颈。目前大洋的高清非编系统均采用基于频域下变换,在INTEL的八核心CPU平台上已经实现超实时下变换。
 
  上下变换的模式

  上变换,即标清格式变换为高清格式有以下三种模式,如图。
 

  Full width:将画面进行纵向剪切,画面比例正常,但损失了一部分画面内容;
  Pillar box:在画面的左右两侧加黑边,保留了全部画面内容,画面比例正常;
  Stretch:将画面横向拉伸,保留了全部画面内容,但画面产生变形。
  下变换,即高清格式变换为标清格式有以下三种模式,如图。
 


 

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