切换台基础讲解.ppt

切换台讲解 一 视频切换台的基本概念二 视频切换台的基本构成三 视频切换原理四 视频切换台的功能特性五 AV HS5200 一 视频切换台的基本概念 一 视频切换台定义视频切换台能以某种方式从两种或更多种节目源中选出一路或多路信号送出 实现节目多样化 是一种可达到一定艺术效果的电视节目制作设备 该系统设备应用于电视信号播出或节目后期制作 在电视中心 需要从多路节目源选出所需的信号进行播出 在后期节目制作中 为加强艺术效果 也需要从不同的节目源中选择一路或多路实施组合输出 要完成这些功能 必须使用视频切换台 视频切换台同时还用于技术人员调整和监测电视中心设备 由于视频切换台能选择输出各路信号 技术人员可以随时监测并调整任一路或整个视频通道中某些关键部位的信号质量 发生故障时 便于探明故障所在部位 以便及时排除 二 视频切换台的分类视频切换台的切换方式可分为两种 快切和特技切换 从多路输入信号中交替选择一路输出 在电视屏幕上表现为一个画面迅速变换成另一个画面 这种切换方式通常称为快切 又称为硬切换 这是使用较多的一种方式 特技切换是从多路输入视频信号中输出以某种特定方式混合或互相取代的组合信号 这种方式在后期制作中经常应用 从视频切换台的使用范围来分类 又可分为播出用的切换台和节目制作用的切换台两大类 对于播出用的切换台 主要应保证工作稳定可靠 操作简便 有应急措施 对于节目制作用的切换台 主要应满足特技效果花样多 设备功能全等 三 对输入切换台的信号要求 对输入模拟视频切换台的信号要求 三统一 即时间统一 相位统一和幅度统一 时间统一就是要求参加节目制作的各图像信号源及加工过程中各图像之间是完全 同步 的 具体来说是指行 场信号的频率和相位要一致 对于两个彩色信号的切换还应保证它们的色同步严格同相 也即是相位统一 幅度统一指信号源的信号幅度应该一致 根据国标规定 视频信号幅度的最大值是1VPP 同步顶为 0 3V 白电平为0 7V 对于数字视频切换台来说 由于它对输入信号的处理方式与模拟切换台不同 对输入信号的要求也不相同 目前的数字视频信号几乎采用分量信号 因此输入数字视频切换台的数字信号不要求相位统一 另外 数字系统的数字再生能力很强 数字视频切换台也如此 所以对输入信号的幅度要求也不高 输入信号的幅度只要满足数字切换台要求的最低输入幅度即可 在数字切换台中 对输入信号之间的时间差要求也有区别 具体要求由视频切换台的性能决定 一般来说 数字切换台都有自动输入定时补偿功能 自动定时时间从十几微秒到一行不等 因此 数字切换台的输入信号之间的时间差只要在自动定时时间范围内即可 四 对切换台的技术要求 对模拟切换台的技术要求主要是 具有足够的视频带宽 对于PAL制而言 应满足6MHz带宽 各信道间的串扰应尽量小 非线性失真小 微分增益失真DG 0 5 微分相位失真DP 0 2 亮度色度增益差不超过 1 亮度色度时延差 10ns 介入增益为1 切换稳定可靠 二 视频切换台的基本构成 视频切换台主要由输入切换矩阵 混合 效果放大器 特技效果发生器 下游键处理与混合器 同步信号发生器及控制电路等几部分组成 下图为最基本的视频切换台原理框图 图中由横线和竖线组成的阵列通常称为输入切换矩阵 其中竖线表示输入信号通路 横线表示输出信号通路 常称为母线 竖线和横线的交叉点代表视频信号的通断开关 称为视频交叉点 当某一视频交叉点导通时 连到该交叉点的输入信号就可以通过与该交叉点相连的母线输出 送到混合 效果放大器 混合 效果放大器受不同信号控制可工作于混合或划像或键控状态 实现这三类特技切换 输出的信号经过选择开关 节目 预监混合电路后 进入下游键部分 完成字幕或其它画面的叠加 最后输出的信号便可用作录制品或直接播出 三 视频切换原理 一 快切快切 cut或take 是指从某一路电视信号源瞬间切换到另一路电视信号源的过程 在电视屏幕上表现为一个画面迅速转换到另一个画面 它是电视节目制作中使用最多的切换方式 它是通过视频开关实现的 为保证快切的播出质量 避免画面跳动 撕裂或出现切换杂波干扰 必须使切换在场消隐期间进行 也即是使视频交叉点在场消隐期间发生状态转换 因此 控制视频开关的控制电压包含两种信号 一种是操作面板上送来的按键信号 另一种是场控脉冲 只有这两个信号同时作用在视频开关上 视频开关才会出现状态转换 1 视频开关的特点视频开关是一种直流控制的电子开关 但又有别于普通的电子开关 其特点有以下几点 1 开关特性好 导通时频带足够宽 对于模拟视频信号 要求开关的带宽为6MHz 衰减小 线性好 能够无畸变地传送视频信号 当断开时 泄漏要小 2 输入阻抗高 输出阻抗低 3 输出与输入信号之间没有直流电平的跳变 模拟视频开关要求 4 开关速度快 视频开关应能够以极为快速的速度进行切换 切换过渡过程以微秒级计算 由于串行方式的数字电视信号符号率很高 高达270Mbps 实际的数字切换台中以比特并行方式为主 为了能正确切换 在进入视频开关之前也需要对数字视频信号进行相应的处理 处理电路比模拟切换台更复杂 下图是SONY公司DVS2000的串行输入信号处理电路的简化框图 2 切换控制电路 1 操作面板上送来的按键信号 产生一个直流电压 2 场控脉冲 即是使视频交叉点在场消隐期间发生状态转换的一种控制脉冲 二 混合混合 Mix 也称为慢切换 是将两路信号在幅度上进行分配组合 是以慢变的方式使电视屏幕上的一个画面渐显 另一个画面则渐隐 可同时出现两个画面 转换的速率可人为控制 也可以自动控制 如果停留在慢变过程之中的某一状态 则可得到叠画的艺术效果 可分为X切换和V切换 X切换 又名化入化出 即在慢转换的过程中 一路视频信号幅度由最大逐渐变小直至为零 与此同时 另一路视频信号幅度则由零逐渐增至最大 在屏幕上表现为某一内容的画面由最强逐渐变弱而消失 同时另一内容的画面逐渐呈现 直至增强到取代前一画面 V切换 又名淡入淡出 即在慢切换过程中 一路视频信号幅度先由最大逐渐变小直至为零 然后另一路视频信号才由零逐渐增至最大 在屏幕上表现为某一内容的画面由最强变淡直至消失 另一内容的画面才开始出现并逐渐增强 1 实现X切换的方法实现X切换 可用两个可控增益放大器和一个相加器构成 这种电路组合 通常称为混合放大器 其方框图下图所示 该混合放大器的输出表达式为 Uo KA UA KB UB KB 1 KA 0 KA 1 KA和KB的大小可通过移动拉杆电位器的拉杆来改变控制电压Uk 使放大器A的增益由1减至零 同时使放大器B的增益由零增至1 或者两者相反地变化 最后两路信号混合输出 2 V切换的实现方法在进行电视信号B取代电视信号A的V切换时 利用黑场信号使V切换转换成进行两次X切换 即先进行黑场信号取代电视信号A的第一次X切换 然后再进行电视信号B取代黑场信号的第二次X切换 三 划像划像 Wipe 又称为扫换 电子拉幕或分画面特技 它是使一个画面先以一定的形状 大小出现于另一个画面的某一部分 接着按此形状使其面积不断扩大 最后完全取代另一画面 也可以这样说 划像就是整个屏幕被A B两个画面所分割 分割的形状由特技波形发生器提供的波形来决定 而且两个分画面的相对面积可通过拉杆电位器控制 1 实现划像特技的基本原理为实现划像特技 可以将视频信号A和B分别通过两个门控放大器后再相加 这两个门控放大器所加的门控电压又称拉幕电压 它们的波形相同 极性相反 频率是行频或场频的整数倍 下图示出了实现划像特技的原理方框图 四 键控特技键控 Key 又叫抠像 是在一幅图像中沿一定的轮廓线抠去它的一部分而填入另一幅图像的特技手段 在电视画面上插入字幕 符号 或以某种较复杂的图形 轮廓线来分割屏幕时 需要采用键控特技 键控特技实质上也是一种分割图像的特技 只是分割屏幕的分界线多为不规则形状 例如文字 符号 复杂的图形或某种自然景物等 抠 与 填 是键控技术实质所在 正常情况下 被抠的图像是背景图像 填入的图像为前景图像 用来抠去背景图像的电信号称为键信号 形成这一键信号的信号源称为键源 按照SMPTE制订的推荐的实用标准RP157键信号 KeySignal 规定 键信号应该被看作一个视频信号 并且包含有与它所处理的视频信号相同的所有信息 复合同步信号 复合消隐信号和色同步信号 黑电平表示全透明 白电平表示不透明 黑和白之间的值表示部分透明 电平级差与所处理的视频信号的电平级差相同 键信号的色度分量应该置0 欧洲广播联盟 EBU 也制订了有关键信号的标准 根据EBUTechnicalStandardN16 1998 数字键信号 的标准 数字键信号的取样频率应该与ITU R601标准中亮度信号的取样频率相同 且电平的量化级数也应该与亮度信号一样 8比特量化时在16 235级之间 其传输接口应该像ITU RBT 656标准中的亮度信号一样并行或串行传输 无用的色差信号置为消隐电平级 128级 8比特量化时 键信号根据键信号产生的方式不同 键控可以分为亮度键和色度键两种 1 亮度键亮度键又称为黑白键 它利用键源视频信号中的亮度分量来产生键信号 按照键源视频信号的来源不同 亮度键又分为内键和外键两种方式 内键也叫自键 它是以参与键控特技的其中一路信号作为键信号来分割画面的特技 也就是说键源与前景图像是同一个图像 内键要求键源图像每点的亮度必须比较均匀而且亮度对比度大 一般用于文字 符号或图形的叠加 这是因为文字 符号是由基本上等亮度的笔划组成的 符合内键的要求 外键相对于内键而言 外键的键信号由第三路键源图像来提供 而不是参与键控特技的前景或背景图像 从亮度键原理图可见 C路视频信号作为键源 则亮度键处理电路根据其亮度差别形成键信号 控制A B两路信号的通断 其结果是按图像C的轮廓抠掉图像A的一部分 并填入图像B的对应的图像内容 如下图所示 2 色度键 1 基本原理色度键一般简称色键 它是直接利用键源三基色信号或利用键源视频信号中的色度分量产生键信号的键控方式 3 线性键线性键技术通过调节键信号在上升下降时的斜率 使背景视频信号和插入视频信号出现一个宽窄可调的混合区域 从而不同程度地软化背景图像与前景图像结合的边缘 提高键控特技的艺术效果 4 其他键控特技阴影键和深度键 阴影键就是一种能给前景图像任意添加阴影效果的键控技术 阴影键一般用于内键或色键中 一种比较简单的方法就是在前景图像及键源进行处理后 产生出键信号及经过键控处理的前景信号 接着用彩底或其它信号填充未被前景图像占据的屏幕区域 然后调整由前景图像生成的键信号 一般是对键信号的位置做适当的调整后再与原键信号相加 这样 抠出的前景图像上除了图像本身还有背景彩底 调节背景彩底的亮度 色度 就可得到各种不同的阴影效果 见下图 深度键的键控图像效果是使前景图像可以以不同 深度 出现在背景图像上 5 下游键下游键 DSK 处于视频切换台的最后一级 主要是利用键控技术进行图形和字幕的叠加 一般不是对输入的两路视频信号进行特技处理 下游键本身也是一个混合 效果放大器 只是控制门控放大器的门控电压不与特技波形发生器相连接 因此不具备划像功能 它主要的作用有以下几点 1 利用混合特技换幕 在输出图像信号中淡入黑场 或彩场 信号 2 利用快切或混合特技在节目图像和预监图像之间作快切或混合过渡 3 利用键控特技作图形或字幕的叠加 如叠加台标 时钟 标题或解说词等 五 其他一个完整的视频切换台除了具有上述的特技电路外 还包括复杂的系统控制和同步发生器等 1 系统控制系统控制用于对视频切换台的各部分功能电路进行控制操作 主要包括 1 控制视频切换台的主机和控制面板之间的通讯 2 具有记忆 存储 单元的切换台其系统控制单元又具有接受记忆 存储 单元的指令和实行程序化自动操作的功能 3 为了遥控编辑方便 许多视频切换台都有与编辑机的接口 因此系统控制单元还能接受外部编辑机送来的遥控指令 实施遥控操作 2 同步信号发生器同步信号发生器在视频切换台中主要完成以下几种功能 为黑场发生器 彩底发生器等提供基准信号 其中黑场和彩底信号可作为字幕 边框着色或换幕等使用 受演播中心的同步机控制并与之同步锁相 在没有演播中心同步机的系统中 通过黑场发生器产生的黑场信号 为信号源的同步机 时基校正器等提供基准并与它们同步锁相 有些视频切换台没有同步信号发生器 需要外接同步机才能工作 在数字切换台中 同样需要模拟切换台上的同步信号发生器 这是因为在数字系统中仍然使用的模拟同步信号作为时间基准 3 彩底信号发生器彩底信号发生器用于划像特技时的边框着色 在下游键中进行的换幕 另外 在利用外键特技将彩色字幕或图形嵌入背景时彩底信号发生器可提供彩色背景 彩底信号发生器产生的彩色信号其色调 饱和度均可任意调整 4 提示 TALLY 电路提示 TALLY 电路是为节目制作 播出系统的完善性而设立的辅助电路 与视频切换台本身的特性无关 视频切换台有多路信号源 当操作人员按下输入矩阵的按键 选择出输入信号时 该电路与之联动 产生提示信号 一方面点亮信号源监视器下的提示灯 提示操作人员参与制作的为哪几幅图像 另一方面通过提示系统点亮摄像机的提示灯 提示摄像师该路信号被选用 操作需细致 四 视频切换台的功能特性 一 实用的视频切换台举例为了加强视频切换台的功能 往往使用多级M E放大器 增加处理画面层次的能力 容易理解 每增加一级M E 就可增加处理一层画面 例如三级M E加下游键可以处理五层画面 下图是传统的视频切换台的简化方框图 传统的M E视频切换台的每级M E均按照切 混 划像 键等多功能设计 虽然具有一定的使用方便性 但并不能充分发挥它们的功能 实际使用时 经常把某一级M E专做混合 划像 其它两级专做键控 这样 一方面多功能M E的部分功能被浪费 另一方面几级M E视频切换台还满足不了日益增长的节目制作需要 为此 许多切换台采用了专用的M E单元 一个M E单元能处理多层画面 因此这种专用的M E单元又叫做多层画面M E放大器 专用的M E单元是这样构成的 由前面所述的多级M E放大器组成 其中一级M E作混合 划像使用 其它几级作键控使用 这样 一个专用的M E单元可以处理三到五层画面 起到前面串接多级M E视频切换台的作用 见下图 由于新型切换台增加许多功能 与之对应地有一些新提法 在以前的切换台中提到处理一层画面是指处理一层外输入的视频信号 不包括划像控制信号 键控信号和边界填充信号等等 现在 提到处理几层画面 一般将以上这些信号全包括在内 如下图 它是Abekas8100切换台的一个专用的M E单元 若按以前的提法它只能处理3层画面 即背景A 背景B和键填充信号 而按现在的提法 它能处理5层画面 即除了背景A 背景B和键填充信号 还包括划像信号和键控信号 ME双节目输出模式主 次PGM输出操作PGM1 BKGDA B KEY1 2 3PGM2 BKGDA B orUTIL KEY1 2 4 二 视频切换台的功能特性视频切换台的功能主要是指它的节目制作能力 视频切换台的节目制作能力一般由以下几个因素决定 1 输入矩阵规模的大小包含两方面含义 一是输入信号源的路数 路数越多 可供选择的图像源越多 二是母线数 应包括前景 背景母线 键源母线 辅助母线等等 母线数越多 可供制作的画面层次数就越多 一个节目制作能力强的视频切换台 其输入矩阵的规模相应地就大 特别是母线数相应地多 2 M E放大器的级数M E放大器的级数越多 视频切换台的规模越大 所能制作的节目内容也越丰富 一般来说 M E放大器的级数与母线数成比例 母线数越多 相应的M E放大器越多 3 M E级的制作能力从两方面来考虑 一是多层画面的M E放大器还是两层画面的M E放大器 前者较后者强大得多 二是否具备M E