摘要：广电行业在从标清向高清的转换过程中，必将经历一个高标清混合制播的过渡期，我们称之为“前高清”时代。在“前高清”时代，各级电视台都在考虑如何在进行系统建设的同时，兼顾标清与高清采编制播的要求——既要给电视观众呈现高质量的节目，又要尽可能降低成本投入。对此，大洋公司结合最新的产品与技术，提出了完整的解决方案。
关键词：上下变换 高标清同播 AFD 字幕变换 一、 “前高清”时代的定义与特征 众所周知，高清是广电行业发展的必然趋势。当前，美国90%的电视台开始制作高清节目，55%的播出节目是高清的；日本在2006年开始全面高清播出，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，CCTV更是高举高清的大旗，在新台址项目中全面采用高清化运作；2008年北京奥运会首次全程采用高清转播，使得全国电视观众真正体验到了高清带来的视听冲击。与此同时，液晶、等离子电视的价格不断下降，目前支持全高清显示的大屏幕电视价格基本已经降至万元以下；且绝大多数广播级产品已经或即将全面支持高清，实现完整的高清节目生产流程具备了可行性。 但从整个行业的角度来看，标清向高清的转换必将是一个循序渐进的过程。一方面，广大电视观众的接收终端大部分仍然只支持标清，因此在建设支持高清的播出系统时必须考虑到为数众多的标清电视机的收视效果；另一方面，电视台保存的历史素材绝大部分都是标清的，因此在很长一段时间内，节目制作和播出环节都会存在高标清混合制播的情况；而且，由于高清制播设备的价格仍然明显高于标清产品，对于电视台来说，一步到位的全面高清改造成本太高，比较现实的思路是分步更新，逐渐升级，也就是说高清与标清设备会长期共存。 因此，我们把这个从全标清向全高清转换的过渡期称为“前高清”时代，它的主要特征是在电视节目采编制播的全流程中，必须充分考虑高标清混合处理及相互变换的情况：在节目生产域，必须实现高标清素材的混合编辑；在内容管理域，必须实现高标清素材的统一管理；在内容分发域，必须兼顾高清与标清接收终端的观看需要。 二、“前高清”时代的问题与挑战 从时间轴上看，“前高清”时代是介于“全标清”和“全高清”之间的过渡期；但从技术角度看，它既要解决“全标清”时代和“全高清”时代面临的所有困难，还要妥善的处理高标清混合制播时产生的新问题——它是一个承上启下的时代，也是一个需要大量技术创新的时代。能否很好的解决“前高清”时代的技术问题，直接关系到电视台从标清向高清转换的速度，并会直接影响到电视台的核心竞争力。 具体来讲，电视台面临的问题与挑战主要表现在高标清素材的混合处理、成本问题、高标清同播频道的构建等方面。 在进行高标清素材的混合处理时，高清素材的下变换和标清素材的上变换都是经常遇到的问题，因此，如何选择上下变换的形式、保证上下变换的质量、提高上下变换的效率、确定上下变换的时机都是电视从业者非常关心的问题。 对于电视台来说，节目从标清升级至高清，虽然可以明显提升观众的收视体验，但通常不会直接带来广告收入的大幅增加。所以，如何以较低的成本构建支持高清的生产环境就成为一个关键问题。 为了加快广电行业向高清转换的速度，广电总局要求各级电视台加快高标清同播频道的建设速度，而如何构建高标清同播频道，使得高清和标清播出均达到最佳的收视效果，是很多电视台即将面临的现实问题。 此外，高清晰度电视带给观众的视听冲击是非常直接的，用户可以明显地感受到高清与标清的区别。因此，如何保证节目的画面、声音质量也成为新时期广电工作者必须面对的巨大挑战——前期精心拍摄的高清画面在进入制作、播出和存储系统后，必须尽可能保证画面质量不降低，音频质量不受损，从而吸引更多的用户尽快转向高清。 三、大洋公司的应对与解决之道 1、高质量高效率的上下变换算法 谈到高标清的混合编辑及同播问题，就不能不谈到高标清的上下变换。所谓上下变换，实际就是对视频信号或者文件的时空采样结构进行变换——即在时间和空间上实现分辨率的变换。具体来讲，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的同时，提高采样频率，并对原有信号进行内插值变换。 传统方案中，高标清上下变换大多是基于硬件完成的，这种变换方式最大的优势在于质量较高，但也存在很多不足之处：首先是价格昂贵，其次是扩展不便，再有就是由于硬件上下变换器都是基于信号进行处理，最高只能做到实时，而无法实现超实时的上下变换。 以往的软件上下变换器虽然在灵活度上远优于硬件处理，但其最大的问题在于质量不佳且效率较低，因此很少得到应用。大洋公司坚信随着计算机处理器性能的提高和对算法的不断优化，基于软件的上下变换将会是未来技术发展的主流方向，并在这方面投入了大量的研发资源，最终取得了重大技术突破——目前大洋公司自主研发的上下变换算法采用分级处理机制，完美的解决了软件上下变换质量与效率不可兼得的矛盾。根据我们的测试结果，目前基于软件上下变换器生成的文件，画面质量优于采用主流高清录像机硬件变换的效果，并且在处理速度上，最快可以达到2倍实时速度以上，即一小时的节目可在半小时内完成高质量的上下变换。 高质高效的上下变换算法，可以说是构建“前高清”时代解决方案的最为关键的核心技术，目前大洋公司已经将这一技术全面应用到非编、媒资、转码、视频服务器等全线产品之中。 2、基于RedBridgeIII的全系列产品 RedBridge III是大洋久负盛名的RedBridge广播级视音频板卡家族最新成员，也是这个系列中首款支持高清的板卡，具有完全自主的知识产权；它同时也是中国第一块支持HDTV的广播级板卡——不仅填补了国内高清晰度板卡领域的空白，而且标志着国产广播级视音频设备的核心部件从软件到硬件第一次全部实现了国产化。 RedBridge III为PCI-E 8X全长卡，尾部设计了凹型槽，保证对各种机箱结构的兼容性，同时采用绿色环保设计，符合RoHS指令和CE、FCC的要求。 RedBridgeIII在多个关键指标上都达到甚至超越了国际通用标准。SDI视频采用10bit，AES/EBU音频采用24bit量化，内部视频处理采用16bit计算精度，以及4:4:4全色度采样格式，比现行通用标准图像细节还原度提升数十倍；在对信号质量有最主要影响的抖动指标上，RedBridge III可以达到小于0.16UI，比国际标准提高了5倍以上；此外，在幅频特性和非线性失真指标上，RedBridge III分别是0和小于0.1%，远高于国外知名品牌的同类指标。 RedBridge III同时还针对非编、字幕机和播出服务器等不同的应用，提供了丰富的实用功能。包括内嵌了大洋自主开发的上下变换算法，可以对上下变换进行加速处理；支持0帧延时的板载混叠器，特别适用于在线包装等复杂图文处理的场合；提供了三级故障直通机制，可以在整机断电、板卡驱动故障和上层应用故障发生时立即切入直通状态，从而最大程度保证播出安全。 大洋公司已经推出了基于RedBridge III的全系产品，可以应用于电视台采编播存等各个领域。RedBridge III的出现，彻底打破了国外产品对这一领域的垄断，使得用户以接近标清的价格获得全面支持高清的解决方案成为可能，这必将引发广电行业市场格局的全面变革，从而极大的加速电视台从标清向高清过渡的进程。 3、完备的高标清同播解决方案 所谓高标清同播就是指同样的内容在高清和标清频道同时播出，因此通常会选用高清视频服务器以及高清放机等作为信号源，经过分配后一路作为高清信号进行字幕叠加，另一路经过下变换器之后变为标清信号再上字幕、台标和时钟。典型的结构如下图所示。 
在“前高清”时代进行高标清同播系统设计时，有三个方面的要素必须予以重点考虑。 其一是通过AFD信息保证标清素材连续上下变换后以最佳形式输出。 由于视频服务器中的节目可能是高清节目，也可能是标清节目，而且高清节目文件有可能是在制作域或备播环节中从标清素材上变换得到的。在视频服务器进行高清信号输出时，标清节目会自动上变换为高清信号，而当信号经过下变换器时，还需要进行下变换转为标清信号，这就存在一个连续上下变换的问题。通常情况下，标清上变换有加边、切边和拉伸三种方式，高清下变换也有加边、切边和压缩三种方式，因此组合起来有九种连续上下变换的可能。但为了保证最终输出的标清画面内容完整、比例适当，上变换方式与下变换方式必须匹配。因此，在视频服务器输出的HD-SDI信号中就有必要嵌入AFD信息，以标明标清文件上变换时采用的模式，这样智能下变换器可以识别AFD信息，并自动选择最合适的下变换方式。 对于如何控制视频服务器输出AFD信息，目前主要有两种方式。其一是在播出备播时，将AFD信息嵌入MXF格式的播出文件中，视频服务器自动读取文件中的AFD信息，并选择合适的上变换方式；另一种是在播出过程中，播控电脑根据播出单实时控制视频服务器，完成上变换和AFD嵌入的工作。目前大洋公司的播控系统已经同时支持这两种工作模式，并通过了央视新址播出项目的测试。从保证播出安全性的角度出发，实时控制指令越少，系统工作越可靠，因此我们建议电视台在实际项目中最好采用文件嵌入AFD信息的方式。 其二是对音频的处理。高标清同播系统中既要满足高清接收终端的需要提供环绕声，也要满足标清接收终端的需要，同时还要考虑广告插播等业务的Cue Tone等功能，因此必须支持多声道输出和Dolby-E Bypass等功能。为尽量兼容已有系统，通常可以考虑1、2声道为Downmix后的立体声，3、4声道为Dolby-E编码的环绕声，5—8声道可以用于多语种播出或其他应用。 其三是对字幕的处理。在高标清同播频道中，可以把高清视频与高清字幕叠加后再经过下变换器，也可以先对视频进行下变换，再经过键混叠加字幕。采用第一种方案是比较简单的处理方法，系统建设的成本会相对低一些，但也会带来一些问题，例如下变换时有可能造成方块字变成矩形字，也有可能在切边时导致某些字幕内容缺失等。因此我们建议应该对高清画面和标清画面分别进行字幕叠加，以最大程度的保证图文的质量和内容的完整性。但由此引发的问题是如果每个高清字幕工程文件都要手工制作一份标清字幕工程文件，无疑用户的工作量会翻番。针对这一问题，目前大洋的全线字幕机产品已经可以实现字幕模板的自动下变换功能，也就是说用户只要制作完成高清字幕工程文件，并确定了下变换方式，系统就可以自动生成效果最佳的标清字幕工程文件，从而极大的减轻了用户的负担。 4、全面节目质量保证体系 大洋公司对在前高清时代如何有效保证节目质量进行了系统性的思考，提出了一整套解决方案，其中最关键的几个要素如下： 编码格式的选择：高清视频由于数据量巨大，必须通过压缩的方式进行存储和处理，因此编码格式的选择是决定节目质量的核心因素，针对不同的业务场景，必须选择最合适的压缩格式。 对于新闻制播等仅需简单编辑的场合，应尽可能采用新一代介质摄像机（P2，蓝光）的原格式进行编辑，避免上载时的重新编解码。 在需要进行复杂制作、多次合成的制作网、包装网中，必须重点考虑编码格式多代复制后的质量损失，此时可以考虑DNxHD、ProRes422等专业编码格式。 在播出系统中，由于存储成本相对较高且通常不存在重复利用的问题，因此，可以使用长GOP压缩格式以有效降低码率。
自动技审机制：从信号采集开始，系统应该能随时自动化检测画面的技术质量，确保从制作到播出的整个环节中不会由于人为或设备的原因产生技术问题，将黑场、静帧、彩条等错误在进入播出线前就彻底消除。 字幕制播分离：高清素材是电视台中非常宝贵的媒体资源，必须对其加以妥善的保护，以便重复利用。因此对于高清节目生产流程来说，字幕的制播分离就显得尤为重要。通过将字幕与成片单独打包，Clean版的节目得以保存，且用户可以方便的修改独立的字幕文件，为多语言版的节目制作和播出提供了极大的便利。 高保真音频处理：音频从立体声转换到5.1也是高清晰度电视带来的重大变革，随着电视观众欣赏水平的不断提高，对高保真音频的要求也逐渐凸显。为此，电视台的制作播出系统必须具备专业的音频处理能力，能够与专业音频工作站进行直接交互，并通过Dolby-E、DTS等专业音频格式加以支持。 大洋公司对“前高清”时代的特点和问题进行了深入和全面的思考，并推出了一系列有针对性的技术与产品，可以构建出适合各级电视台的完整解决方案。我们愿意与全国各级电视台携手共进，共赢在“前高清”时代！
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