电视显示技术的现状与发展

电视机原理 第 1 页 电视显示技术的现状与发展 摘 要 自上世纪 20 年代电视问世以来 这一伟大发明给人们的生活 娱乐 工作 和学习带来了无可估量的作用 从早期的黑白电视到上世纪六十年代彩电问世 到数字电视和高清晰度电视的诞生 无一不引起人们的极大关注和带来广播 家电产品的革命 电视对于当今世界的任何国家来说 都是最重要的消费电子 产品 它已经不仅仅是一种电子产品 而是成为了改变人们生活方式的工具 据国家统计局统计 目前我国的电视机社会保有量约 3 5 亿台 而且仍在 不断增长之中 由于全世界没有一个统一的电视机制式标准 加上视屏处理方 式千差万别 技术性很强 因此对于一般用户而言 尽管人们每天都与电视和 影视产品打交道 但对很多相关的技术概念和影视产品的原理 性质都很是陌 生 在这里对黑白电视 彩色电视 高清数字电视的现状以及发展进行一个讲 述 关键词 显示技术 概述 现状 趋势 电视机原理 第 2 页 目 录 1 绪论 3 1 1 高清晰度电视 3 1 2 逐行扫描 5 1 3 隔行扫描 6 1 4HDTV 的几种分辨率标准 7 2HDRIP 的概念 8 2 1 高清电视的技术优势 8 2 2 高清晰度电视的发展 9 2 3 高清晰度电视在中国的发展 9 2 4 我国高清电视广播链路的技术瓶颈 11 2 5 高清链路建设中的设备选型 12 2 6 高清链路的未来 13 2 7 高清电视新闻节目的发展概述 13 2 8 高清在电视新闻节目制作中应用研究的目的 14 2 9 我国电视台运用高清技术制作新闻节目的情况 15 3 我国数字高清电视的现状及发展 16 3 1 数字高清电视与其他类型数字电视的区别 18 3 2 数字高清电视与数字标清电视的区别 19 3 3 数字高清电视的现状与瓶颈 21 3 4 数字高清电视产业的对策及发展 23 3 5 数字电视的发展简史 24 总 结 25 参考文献 26 电视机原理 第 3 页 1 绪论 1 1 高清晰度电视 HDTV 是 High Definition Television 的简称 翻译成中文是 高清晰度电视 的意思 HDTV 技术源之于 DTV Digital Television 数字电视 技术 HDTV 技术和 DTV 技术都是采用数字信号 而 HDTV 技术则属于 DTV 的最高标准 拥有最佳的视频 音频效果 我们知道 DVD 给了我们 VCD 时代所无法比拟的视听享受 但随着技 术的进步和人们需求的不断跟进 人们对视频的各项品质提出了更高的要求 屏幕要更宽 画质要更高 于是 HDTV 就孕育而生了 高清晰度电视是一种新的电视业务 国际电联给出的定义 高清晰度电视 应是一个透明系统 一个正常视力的观众在距该系统显示屏高度的三倍距离上 所看到的图像质量应具有观看原始景物或表演时所得到的印象 水平和垂直清 晰度是常规电视的两倍左右 配有多路环绕立体声 HDTV 与当前采用模拟信 号传输的传统电视系统不同 HDTV 采用了数字信号传输 由于 HDTV 从电视 节目的采集 制作到电视节目的传输 以及到用户终端的接收全部实现数字化 因此 HDTV 给我们带来了极高的清晰度 分辨率最高可达 1920 1080 帧率高 达 60fps 是足够让 DVD 汗颜的 除此之外 HDTV 的屏幕宽高比也由原先的 4 3 变成了 16 9 若使用大屏幕显示则有亲临影院的感觉 同时由于运用了数字 技术 信号抗噪能力也大大加强 在声音系统上 HDTV 支持杜比 5 1 声道传 送 带给人 Hi Fi 级别的听觉享受 和模拟电视相比 数字电视具有高清晰画 面 高保真立体声伴音 电视信号可以存储 可与计算机完成多媒体系统 频 率资源利用充分等多种优点 诸多的优点也必然推动 HDTV 成为家庭影院的主 力 HDTV 也是 DTV 标准中的一种 拥有最佳的视频 音频效果 DTV 是一 种数字电视技术 传统模拟电视技术的接班人 所谓的数字电视 是指从演播 室到发射 传输 接收过程中的所有环节都是使用数字电视信号 或对该系统 电视机原理 第 4 页 所有的信号传播都是通过由二进制数字所构成的数字流来完成的 此外 DTV 技 术还可分为 LDTV Low Definition Tele Vision 低清晰度电视 其图像水平清 晰度大于 250 线 分辨率为 340 255 采用 4 3 的幅型比 主要是对应现有 VCD 的分辨率量级 标准清晰度电视 SDTV Standard Definition TeleVision 其图像水平清晰度为 500 600 线 最低为 480 线 分辨率为 720 576 采用 4 3 的幅型比 主要是对应现有 DVD 的分辨率量级 应用于广播级的后期制 作中的视频标准主要是 SDTV 及 HDTV 和模拟电视相比 数字电视具有高清 晰画面 高保真立体声伴音 电视信号可以存储 可与计算机完成多媒体系统 频率资源利用充分等多种优点 SHV 是一种特高清晰度电视 Ultra High Definition Television 系统标准 采用比现有的高清电视 HDTV 和数字电影 更高的分辨率 7680 4320 和 50 60fps 的帧率进行视频的采集 传输 存储和显 示 除了在视频分辨率定义之外 SHV 还定义了 22 2 多声道音频系统标准 鉴 于 1920 1080 已成为高清通用图像格式 HDCIF 而且 UHDTV 是一种旨在表 现影视 戏剧 综艺 体育赛事 音乐会等节目的数字视频系统 因此 UHDTV 的图像格式要高于现有 HDCIF 的质量 UHDTV 的图像格式分为 UHDTV1 3840 2160 与 UHDTV2 7680 4320 两个层次 支持 50Hz 60Hz 及 59 94Hz 等几种帧率 系统采用逐行扫描 由于采用正交采 样 因此 UHDTV 图像的像素横纵比 PAR 为 1 1 显示横纵比 DAR 为 16 9 为了保持与现有 HDTV 系统的兼容性 除上述两种图像格式的像素数量 分别为 HDCIF 的 4 倍与 16 倍之外 UHDTV 系统的基色坐标 标准白 光电 转换函数 亮度 色差分量方程等色度学指标都与 ITU R BT 709 SMPTE RP177 等现有标准兼容 UHDTV 图像的数字表示形式与相关采样结构为 R G B 4 4 4 或 Y CB CR 4 4 4 4 2 2 4 2 0 每个分量的量化位数皆为 10 或 12 bit 不过 R G B Y CB CR 分量并未全部占用 1024 或 4096 个可用码值 HDTV 规定了视频必须至少具备 720 线非交错式 720p 即常说的逐行 或 1080 线交错式隔行 1080i 即常说的隔行 扫描 DVD 标准为 480 线 屏 幕纵横比为 16 9 音频输出为 5 1 声道 杜比数字格式 同时能兼容接收其它较 低格式的 信号并进行数字化处理重放 HDTV 有三种显示格式 分别是 720P 1280 720 非交错式 场频为 24 30 或 60 1080 i 1920 1080 交错 电视机原理 第 5 页 式 场频 60 1080P 1920 1080 非交错式 场频为 24 或 30 不过这从根 本上说也只是继承模拟视频的算法 主要是为了与原有电视视频清晰度标准对 应 对于真正的 HDTV 而言 决定清晰度的标准只有两个 分辨率与编码算法 其中网络上流传的以 720P 和 1080 i 最为常见 而在微软 WMV HD 站点上 1080P 的样片相对较多 美国的高清标准主要有两种格式 分别为 1280 720p 60 和 1920 1080i 60 欧洲倾向于 1920 1080i 50 其中以 720p 为 最高格式 需要的行频支持为 45kHz 而 1080i 60Hz 的行频支持只需 33 75kHz 1080i 50Hz 的行频要求就更低了 仅为 28 125kHz 在高清信号的三 种格式中 1080i 50Hz 及 1080i 60Hz 虽然在扫描线数上突破了 1000 线 但它 们采用的都是隔行扫描模式 1080 线是通过两次扫描来完成的 每场实际扫描 线数只有一半即 1080 2 540 线 由于一幅完整的画面需要用两次扫描来显示 这种隔行扫描技术原理上的限制 在显示精细画面尤其是静止画面时仍然存在 轻微的闪烁和爬行现象 但 720p 60Hz 不同 它采用的是逐行扫描模式 一幅 完整画面一次显示完成 单次扫描线数可达 720 线 水平扫描达到 1280 点 同 时由于场频为 60Hz 画面既稳定清晰又不闪烁 我们经常看到的 HDTV 分辨 率是 1280 720 和 1920 1080 这对于如今的显示器而言的确是不小的考验 如 果分辨率进一步提高 那么将很难在现有的显示器上获得更加出色的画质 因 为此时的瓶颈在于显示设备 另外也可以肯定的是 对于 32 英寸以下的屏幕而 言 1920 1080 分辨率基本已经达到人眼对动态视频清晰度的分辨极限 也就 是说再高的分辨率也只有在大屏幕显示器上才能显现出优势 除了分辨率是 HDTV 的关键 编码算法也是不可忽视的环节 HDTV 基本可以分为 MPEG2 TS WMV HD 和 H 264 这三种算法 不同的编码技术自然在压缩比和画质方 面有着区别 相对而言 MPEG2 TS 的 压缩比 较差 而 WMV HD 和 H 264 更加先进一些 而十分容易理解的是 压缩比 较差的编码技术对于解码环境 的要求也比较低 也就说在硬件设备方面的要求可以降低 1 2 逐行扫描 顾名思义 逐行扫描的原理是屏幕图像从第一条扫描线一直连续扫描到最 后一条 而非先扫奇数条再扫描偶数条 逐行扫描可以消除因隔行扫描而产生 的闪烁等现象 这是因为相较于隔行扫描而言 逐行扫描在同样的时间内扫描 电视机原理 第 6 页 了 2 倍 举例来说 一般的 HDTV 电视机在隔行扫描的状态下 每秒只扫描了 30 个完整的图像 而在逐行扫描的状态下 相当于每秒可以扫描 60 个完整的 图像 比特率是一种数字多媒体压缩效率的参考指标 表示记录数字多媒体数据 每秒钟所需要的平均比特值 通常我们使用 Kbps 作为单位 在 HDTV 这种压缩数字多媒体文件中 比特率直接关系片源的好坏 虽说 HDTV 的比特率一般都在 1MBps 以上 但是在高动态画面情况下 较低的比特 率容易出现马赛克现象 这将严重影响观看效果 1 3 隔行扫描 它是显示器扫描的一种方式 隔行扫描指显示屏在显示一幅图像时 先扫 描奇数行 全部完成奇数行扫描后再扫描偶数行 因此每幅图像需扫描两次才 能完成 造成图像显示画面闪烁较大 因此该种扫描方式较为落后 通常用在 早期的显示产品中 隔行扫描就是每一帧被分割为两场 每一场包含了一帧中 所有的奇数扫描行或者偶数扫描行 通常是先扫描奇数行得到第一场 然后扫 描偶数行得到第二场 由于视觉暂留效应 人眼将会看到平滑的运动而不是闪 动的半帧半帧的图像 但是这时会有几乎不会被注意到的闪烁出现 使得人眼 容易疲劳 当屏幕的内容是横条纹时 这种闪烁特别容易被注意到 逐行扫描 通常从上到下的扫描每帧图像 这个过程消耗的时间比较长 阴极射线的荧光 衰减将造成人视觉的闪烁感觉 当带宽受限 以至于不可能快到使用逐行扫描 而且没有闪烁效应时 通常采用一种折衷的办法 即每次只传输和显示一半的 扫描线 既场 一场只包含偶数行 即偶场 或者奇数行 即奇场 扫描线 由 于视觉暂留效应 人眼不会注意到两场只有一半的扫描行 而会看到完整的一 帧 假设我们使用直接驱动的 CRT 显示器 那么如果不使用隔行扫描 就需要 采用下面的方式之一 1 将传输带宽加倍 按帧而不是按场传输图像 这能够提高一点图像质量 提供的有效分辨率和闪烁速率是相同的 2 使用相同的传输带宽 按帧传输分辨率为原来一半的图像 这时候图像 电视机原理 第 7 页 细节较少了 闪烁速率仍旧相同 3 使用相同的传输带宽 按帧传输图像 但是帧率为隔行扫描场率的一半 这时闪烁速率降低一半 眼睛非常容易产生疲劳的感觉 4 和前一个相同 但是使用一个数字缓存将同一帧显示两次 这时闪烁速 率相同 但是运动看起来会不是那么平滑 影响视觉质量 通常有一种误解是 偶场和奇场是由同一帧分拆得来的 实际上 摄像机 采集的方式和隔行扫描显示的方式是完全相同的 当摄像机采集图像时 偶场 和奇场不是同时采集的 例如在一个每秒 50 场的摄像机中 第 122 行和 124 行 的采集在第 123 行和 125 行的采集大约 1 50 秒之后进行 所以如果把一个偶场 和奇场简单的拼合在一起 水平方向的运动会造成两场边界上不能完美的拼合 在当代的显示器和电视中 由于逐行扫描显示的刷新率的提高 使用者已经不 会再感觉到闪烁现象 因此 隔行扫描技术逐渐被取代 1 4HDTV 的几种分辨率标准 根据各个国家使用电视制式的不同 各国家和地区定义的 HDTV 的标准分 辨率也不尽相同 具体来说 HDTV 有三种显示分辨率格式 分别是 720P 1280 720 逐行 1080i 1920 1080 隔行 和 1080P 1920 1080 逐行 其中 P 代表英文单词 Progressive 逐行 而 i 则是 Interlaced 隔行 的意思 常见 的两种显示模式是 720P 和 1080i 1080i 是大多数国家普遍采用的一种模式 也 包括我国 它的分辨率为 1920 1080 拥有 207 3 万像素 在原本采用 NTSC 制式的国家如美日韩 他们规定的 1080i 仍然采用 60Hz 场频 这主要是为了与 其以前的标准接轨 而我国规定 1080i 采用的是 50Hz 场频 也与以前 PAL 制 式的场频相同 在 1080i 显示模式下 屏幕分辨率可以达到 1920 1080 采用隔行扫描方式 也就是说 电子枪首先扫描 540 行 再扫描另一个 540 行 两者叠加构成完成 画面 而对于一般消费者来说 540 行的垂直分辨率水平 显示效果已经相当 令人满意了 也可以说是达到了 HDTV 的高画质的要求 从技术上说 开发 720P 这种显示分辨率明显比开发 1080i 更加复杂 因为它提供分辨率为 电视机原理 第 8 页 1280 720 也就是 92 16 万像素 最重要的是 720P 采用的是逐行扫描 也就 是说在同一时间需要达到 720 线的垂直清晰度水平 而不是像 1080i 那样一次 扫描 540 线经过两次叠加 因此将牵涉到更高的行频输出 对显像管的要求太 高 主要是使用 NTSC 制式的美国和日本在使用此技术 自然 它们使用了 60Hz 的场频 HDTV 的片源主要来自于网络和电视台 其中网络上流传的片源 也以 720P 和 1080i 最为常见 最高规格的 1080P 的样片可在微软 WMV HD 站 点找到一些 如果采用 1080P 25Hz 格式拍摄高清晰度内容 可以方便地将每一 帧完整的 1080P 图像拆成两帧隔行扫描的 1080i 图像 这样 1080P 25Hz 格式就 变成了 1080i 50Hz 的图像 这样就方便应用于欧洲和中国这些原 PAL 制国家 的数字高清晰度电视 同理 1080P 30Hz 上也可以在拍摄完毕后方便地转换为 1080i 60Hz 的图像 方便应用于美国和日本等国家 HDTV 有三种显示分辨率格式 分别是 720P 1280 720 逐行 1080i 1920 1080 隔行 和 1080P 1920 1080 逐行 720P 的字母 p 代表代表英文单词 progressiver 逐行 而 1080i 中的 i 则是 interlaced 交错 的意思 1080p 中的 p 代表非交错 这三种显示模式 每秒钟都 提供了 60 贞的图像 其中 720p 每一秒钟都提供了 60 幅图像 而 1080i 则采用 了隔行扫描的方式 每秒钟在奇数行和偶数行交错提供 30 幅图像 所以 1080i 模式下的画面会感觉有些闪烁 而 1080p 在 1080i 显示模式的基础上提供逐行 扫描的方式 在所有显示模式中 1080p 的显示效果是最为出众的 但是对系统 负荷要求也最高 2HDRIP 的概念 HDRIP 是 HDTVRIP 的缩写 是用 DivX XviD x264 等 MPEG4 压缩技术 对 HDTV 的视频图像进行高质量压缩 然后将视频 音频部分封装成一个 avi 或 mkv 文件 最后再加上外挂的字幕文件而形成的视频格式 实际上是对 HDTV 的 2 次压缩 将原来的 MPEG2 编码重编码为 MPEG4 编码 CHD 制作的 HDRIP 遵循严格的制作标准 尽力在文件大小和画质之间取得最佳平衡点 通 常控制在一部电影 4 4GB 左右 正好相当于一张 DVD R 的容量 以便保存 电视机原理 第 9 页 2 1 高清电视的技术优势 所有商业化的高清全部是数字格式的 这个图像由一系列静止的高像素图 片组成 因此信号要么传输的是优质的图像 要么根本就没有图像 你不会看 到飘满雪花 有其他颜色 上下跳动的画面 大多数高清节目和电影将会以 16 9 的比例推出 半宽屏的格式 虽然一 些电影是用更宽的比例 如 2 35 1 制作的 但是还是会在 16 9 的电视上出 现信箱似的黑框 旧的电影和节目仍然是用 4 3 比例 如果用另外一种信箱格 式的版本显示 会在 16 9 的电视的左右两边出现黑框 对全屏显示这个词的 使用不当 或者 可以放大图片来充满整个屏幕 然而这会造成显示有损 画 面破损 信号更为干净 色彩更逼真 全部显示的画面信息将是原来 2 到 5 倍 扫描线之间的距离更小 甚至没 法发觉 更高的透明度 和清晰度使得在大屏幕电视上收看节目更为舒服 惬意 2 2 高清晰度电视的发展 高清电视是在现行三大彩色电视广播制式存在着一系列缺陷的情况下研制 出来的新的电视系统 最初世界各国对高清的用词很不相同 在西欧称为高质 量电视 HQTV 在美国称为高级电视 ATV 而在日本最早称为高品位 高质 量 电视 之后日本 NHK 率先于上世纪 60 年代末开发出新的电视系统 提出了 HDTV 这个术语并被各国普遍接受 高清已经成为电视产业发展的驱动因素 成为各传输通道维系用户的重要 手段 目前全球已经有几十个国家开播了高清已经成为电视产业发展的驱动因 素 成为各传输通道维系用户的重要手段 目前全球已经有几十个国家开播了 高清电视节目 其中大多数为发达国家 例如美国 加拿大 日本 澳大利亚 韩国 奥地利及一些欧洲国家 美国和日本是全球发展高清数字电视速度最快 的两个国家 日本是世界上仅次于美国的第二大 HDTV 市场 是亚太地区第一 大 HDTV 市场 电视机原理 第 10 页 2 3 高清晰度电视在中国的发展 高清晰度电视在我国已是热门话题 从政府有关部门 设备制造企业 运 营商到各种传介媒体以及学者等都一致认为我国的高清时代已经来临 上海文 广和央视高清频道的联手开播 2006 年 8 月 24 日我国自行开发的数字电视地 面传输标准的出台 以及 2008 年北京奥运会带来的巨大商机 更促使国内外厂 商蜂拥而来抢先夺地占领市场 但也引发了不少争论 特别是企业和老百姓 其中不少争论诸如机宽要求 不同类数据编码格式的终端在同一交换 储存 管理系统中混合使用 鼓励创新 同台竞争 让新技术在竞争中胜出 MP 网 络从安装的第一天起就充分做好了全面提供不同格式高清电视 HDTV 的准备 MP 也不是宽带接入传输技术 MP 数据包能够在任何满足带宽要求的物理层上 实现无缝连接 因此 MP 接入网是跨接 DSL FTTB Cat5FTTH 无线技术的 鸡尾酒 解决方案 MP 是一项为迎接大规模视频流媒体应用而量身定制 消除了当前 IT 技术中交换机瓶颈 服务器瓶颈 储存器瓶颈 解决了当前 IP 网络安全问题和商业模式的下一代网络技术 2006 年 1 月 1 日开始 中国中央电视台 央视 正式通过亚洲四号卫星向 全国启播一条收费高清电视频道 央视欲利用此高清频道转播 2008 年北京奥运 赛事 但因收益不佳 被迫停止播出收费高清电视节目 另外 上海文广和电 影频道亦开播有两条收费高清电视频道 免费地面广播方面 央视在 2008 年 1 月 1 日开播 CCTV 高清 但仅限于 北京地区观众通过 UHF 第 33 频道进行接收 北京奥运期间改用此频道播出了 部分赛事 目前已在全国大部分地区落地播出 此外 北京电视台也在同年 7 月开播了一套免费地面高清电视频道 BTV 纪实高清 原为 BTV 奥运高清 利用中央电视塔第 14 频道播出 经广电总局批准 CCTV 1 北京卫视 黑龙江卫视 江苏卫视 上海东方 卫视 浙江卫视 湖南卫视 深圳卫视 广东卫视已于 2009 年 9 月 28 日进行 高 标清同播 大陆高清节目大多采用 1080i 格式 码流约为 17M 我国发展 高清电视广播的历史并不长 深圳电视台 2003 年 10 月曾在中国试播第一个高 清频道 随后借助北京奥运会的契机 高清电视广播最近两年得到快速发展 电视机原理 第 11 页 2008 年 2 月 29 日 广电总局正式确定北京 天津 上海 沈阳 青岛 秦皇 岛 广州 深圳八个城市在奥运会期间开播地面高清 实现奥运会高清数字电 视转播 这八个城市的观众可通过天线接收到无线高清信号 一年半后的 2009 年 9 月 28 日 我国中央电视台一套 北京卫视 上海东方卫视 江苏卫视 湖南卫视 黑龙江卫视 广东卫视 深圳卫视 浙江卫视九个电视频道同时实 行高标清同播 到此时 高清机顶盒 高清电视机销量猛增 高清产业链得到 迅速发展 高清观众数量也大幅增加 随着广播电视专用卫星鑫诺 6 号将于今 年发射升空 卫星转发器资源紧张状况将得以缓解 明年将有安徽台 重庆台 等很多电视频道加入到高清电视广播阵营 2 4 我国高清电视广播链路的技术瓶颈 长期以来 制约我国高清发展的最大瓶颈是高清节目源匮乏 这个问题目 前依然存在 但缓解已经指日可待 而技术层面的瓶颈却开始浮出水面 标清 画面像素是 41 4 万 而高清画面像素达到了 207 3 万 高清像素是标清的整 整 5 倍 严格地说 水平像素达到 1920 线 每帧画面像素才能达到 207 3 万 这才是真正意义的高清设备 我们称呼其为 高清全带宽 设备 理论上 高清 从拍摄 制作 播出 传输以致用户显示终端 都必须为全带宽 观众才能欣 赏到真正意义的高清节目 而现实的情况却不是这样 高清链路存在着若干技 术瓶颈 所以需要对高清链路进行规划 所谓规划就是对高清节目生产所涉足 的新闻域 制作域 存储域 播出域 发送域中的流程 设备 压缩格式 码 流 存储介质进行选择和应用 链路规划牵涉到复杂的技术因素 市场因素和 人员因数 是一个系统问题 在我国当前的技术经济环境下 建议采用以下四 条原则来推进高清链路建设 1 设备购置高清为主 2 链路质量逐渐推进 3 生产流程分步改善 4 前端后端均衡带宽 这四条原则可理解为 第一 当 前市场上很多产品都符合高标清两用属性 因此 无论有没有开展高清广播 设备购置都以满足未来高清广播为主 向下兼容标清即可 第二 高清全链路 技术质量也没有必要一步建设到位 可先把末端链路建设窄一点 3 至 6 年后 再拓宽链路达到或超过全带宽水准 可节省费用 第三 高清制播流程在标清 基础上以 同播 起步最佳 同时 在高清标清素材大量混合使用 通过上下 变换 的今天 流程切忌全面推进 分步改进高清流程对提高标清节目利用率 电视机原理 第 12 页 有利 第四 链路带宽是非常宝贵的资源 从源端到分发端 全链路没有必要 都保持高带宽 而应该逐步降低 这样全链路最终仍能以较低成本获得较高信 号质量 以下我们对高清链路规划中的重点环节进行阐述 1 码率规划码流规划实际上也决定了高清存储介质选型 值得一提的是 在相同编码算法的条件下才能通过码率的大小判断图像的编码质量 不能简单 地看码率数值来判断 比如 XDCAM HD 50Mbps 编码采用 MPEG 2 帧间帧 间算法 P2 HD 100Mbps 编码采用 AVC 帧内压缩算法 在换算为 MPEG 2 帧 内压缩算法时 均为 150Mbps 码率 所以可以看出 XDCAM HD 50Mbps 与 P2 HD AVC 100Mbps 具有相同的图像质量 2 网络规划高清网络化涉及的问题很复杂 各台情况各异 对此没有统 一标准 不过 高清新闻生产网络化是业界较普遍的选择 若标清新闻已经网 络化生产 则在标清网基础上增加高清编辑站点和高清合成服务器即可 但是 码率规划对于是否能顺利从标清网过渡到高清网至关重要 比如 XDCAM HD 50Mbps 与标清 IMX 50Mbps 码率一致 对网络负担没有明显增加 非常有利 于过渡 至于高清专题 综艺等高端节目 它们对资源共享要求不高 时效性 也不强 选择传统高清对编加字幕或采用高清单机非编也是可行的方案 不过 较好的做法还是采用高清网络非编 比如苹果 AVID 都是不错的选择 为了 节省费用 我们可在非编网中规划以本地硬盘存储为主 网络盘配置少一些 甚至就直接采用对等网联网 还可以通过相互抽拔本地硬盘来进行素材交换 2 5 高清链路建设中的设备选型 设备选型牵涉的因素很多 为了简化问题 本文仅对高清新闻制作链路 的设备选型进行举例分析 高清新闻制作链路需要对摄像机 录像机 非编网 进行选型 其中 ENG 摄像机是选型重点之一 摄像机选型意味着记录介质和 压缩格式的选择 对非编选型也有重要影响 而网络选型是设备选型的另一个 重点 主要考察网络整体运行速率 编辑性能和出口技术质量 显然 多倍速 上载和源码编辑性能也是评估非编质量 效率的重要因素 总之 高清摄像机 与非编选型至少应考虑以下因素 1 摄像机本身的技术指标 2 摄像机 所记录视频在非编上的上下载效率测评 3 摄录格式在非编上用原码进行编 电视机原理 第 13 页 辑的性能测评 4 非编在不同编码格式下的编辑质量测评 5 录像机上 下载技术质量测评 6 记录介质成本 摄像机本身的指标主要看调制度 它可以准确反映机器的整体通道性能 高清全带宽摄像机能显现出 27 5M 和 24M 细条 我们常通过画面正中 27 5M 细条的视频幅度大小来反映机器对细 节的表现能力 越大越好 MPEG 2 格式和 AVC intra 格式的上载时间差别很 小 所谓半导体上载速度优于蓝光盘的结论不对 原因是由于 AVC intra 打包 成 100M 后比 MPEG 2IBP 50M 文件增大一倍 抵消了其半导体的速度优势 而从下载时间比较来看 AVC intra 的下载时间明显比蓝光盘格式长 由于在 非编上直接采用 H 264 原码格式编辑对硬件要求很高 只有极少工作站能做到 在 HP 800 平台上 H 264 AVC 源码编辑性能虽然比蓝光盘格式弱一点 但 也并不如想象那么差 可以实用 只不过三层 AVC 100M 编辑与四层 IBP 50M 编辑相比 CPU 的负载率还是要高很多 在允许非原码编辑的情况下 AVC 格式在上载的同时可以将其转换为容易编辑的 MPEG 2 I 帧 100M 码流 从前 面的测试来看 这样大约增加 5 的时间 而且图像质量会有少量损失 2 6 高清链路的未来 三网融合与下一代广播电视网 NGB 建设将给高清链路建设带来深远影响 2010 年 6 月 6 日 国务院通过了三网融合方案 广电获得了 IPTV 播控权和 互联网接入权 未来广电网将具有宽带 双向 可控的优势 实现看电视向用 电视转变 三网融合还意味着高清电视的分发渠道除了有线电视 地面电视和 卫星电视外 还将包含 IPTV 互联网电视和移动电视 多码流分发 高清链 路建设很快将向 IP 路由进军 未来 国内也会出现个别专业性强的全高清频 道 他们背后的概念就是高清 3G SDI 我们目前普遍采用的高清基带接口是 HD SDI 带宽 1 5G 而 3G SDI 带宽达到了 3G 由 SMPTE 425M 所定义 可传输 1080 50P 的逐行扫描方式 视频质量比高清全带宽更好 我国未来还会 出现高清 3D 频道 带宽提高一倍 其载体也是 3G SDI 未来我们对全高清链 路的改造应该从播控系统下手 播控链路应该规划为既接受高清 HD SDI 也 可接受高清 3G SDI 信号 高端设备通过加装 3G Ready 选件即可接入 3G 链 路 比如某切换台通过配置 3G Ready 选件后即可处理 1080 50P 信号 不过特 别要注意的是 3G 接口有 Level A 和 Level B 两种标准 只有 Level B 才能与 电视机原理 第 14 页 现有的高清接口兼容 2 7 高清电视新闻节目的发展概述 高清在电视新闻节目制作中的应用研究背景及意义 2006 年 1 月 1 日开始 中国中央电视台正式利用亚洲四号卫星向全国启播一条收费高清电视频道 2008 年 1 月 1 日央视开播了一套免费地面高清电视频道 同年 7 月开播了一套 免费地面高清电视频道 暂名 BTV 奥运高清 2008 年 央视电视台采用全新 高清科技技术全程记录北京奥运会的盛况 并建立了高清电视频道 在我国的 电视节目发展史上迈出了具有里程碑意义的重要一步 目前 CCTV 高清频道 已落户全国 29 个城市 可以说 高清数字时代已经来临 并且在中国开辟了一 个全新的数字时代 电视是以科技进步为依托的现代电子媒介 高清电视技术 的出现必然给电视节目制作带来新的活力 高清电视的表现力逼真 色彩还原 能力好 所表现的细节也更加丰富 高清电视带给观众的视觉 听觉 画面的 清晰度冲击 是模拟电视和标清数字电视所不能比拟的 使用高清技术制作的 电视新闻节目的质量高 播放节目画面的流畅度和清晰度以及声音的输出效果 是传统电视新闻节目所不能给与的 高清电视时代的来领 将带给观众前所未 有的视觉上的审美享受 高清技术使得电视新闻节目得以改头换面 高清电视 新闻节目也将成为观众眼中的宠物 技术发展使得高清电视节目低成本 高质 量制作影视节目成为可能 目前 已经有大量的电影 电视新闻节目 电视剧采 用高清摄像机拍摄 然后转入数字制作流程 最后通过胶片或数字放影机放映 传统胶片电影 电视的制作需要将声音 画面分开处理 对于画面的剪接 利 用视频非线性系统进行初编 将编好的节目时间码转换成胶片的物理长度信息 最终剪接胶片 对于特技合成 需要通过昂贵的高分辨电影胶片扫描仪将胶片 扫描成图像文件 利用电脑合成 再将图像还原成胶片 这两个流程不但成本 高 效率低 也不便于节目的修改 存贮和拷贝 而使用数字载体制作的电视 新闻节目 制作流程简化 便于节目的后期制作及存储 具备效率高 成本低 前后保质 应用灵活 易于传输等特点 随着高清技术的成熟 各专业厂家对 高清产品的投入 适应不同市场需求的高清格式的不断产生 高清设备成本的 不断降低 相信在不久的明天 HDTV 将走入寻常的百姓家庭 电视机原理 第 15 页 2 8 高清在电视新闻节目制作中应用研究的目的 站在高清电视产业 电视新闻节目制作自身发展上加以审视 便能感受到 高清技术应用于制作电视新闻节目的影响重大 一方面 对于高清电视产业来 说 高清技术的应用对推广高清电视 刺激高清节目生产 促进终端销售 撬 动高清电视产业链良性发展意义重大 对于中国电视 高清技术的应用代表了 电视发展的新方向 是应对新媒体竞争 增强电视竞争力和可持续发展能力的 重要手段 对于电视台 高清技术的应用是提升央视品牌形象 拓展央视播出 平台 打造新的核心竞争力 形成新的经济增长点 夺取视频国际话语权 成 为世界一流大台的重要战略举措 除此之外 高清技术的应用也让更多的人有 机会享受到免费的高品质电视节目 为丰富人民大众的精神文化生活 为加快 我国高清电视产业化的发展以及推动中国数字电视发展做出积极贡献 另一方 面 高清技术的大力投入于研发 推广 宣传等 对于推动电视行业的经济发 展有很大的益处 对于电视本身的制作技术 设备等的更新具备积极作用 电 视台将制作更好的节目给广大观众 同时 也带动与电视行业相关的产业链的 发展 对于电视台的拍摄设备等的研发进度有推动时效 产家不断地研发机器 设备 为电视台的发展提供更好的基础 对高清新闻节目的制作有非常大的帮 助 2 9 我国电视台运用高清技术制作新闻节目的情况 2008 年 7 月北京电视台开播了一套免费地面高清电视频道 暂名 BTV 奥运高清 直播了奥运赛事 随后 经中国广电总局批准 中央电视台第一套 CCTV 1 和北京卫视 上海东方卫视 江苏卫视 湖南卫视等于 2009 年 9 月 28 日起进行高 标清同播 如中央电视台的第十八套开路电视节目是 CCTV 高 清频道台标为 CTV 高清 也是第一个以高清晰度信号格式制作播出的开路电 视频道 2008 年 5 月 1 日 CCTV 高清综合频道正式开播 播出的节目类型主 要有电视剧和数字电影 纪录片和专题片 体育节目 综艺戏曲节目 科教节 目等五大类 累计首播 1541 小时 2008 年 6 月 7 日至 29 日 CCTV 高清综合 频道对 2008 年欧洲锦标赛的全程赛事情况进行直播 而且在北京奥运会期间 该频道全程转播北京奥运会的开幕式和闭幕式以及各项奥运赛事 2009 年 10 电视机原理 第 16 页 月 江苏卫视播出第一套高清电视新闻节目 晚间 30 分 该节目的播出导致 该时间段的高清电视新闻的收视率创历史之高 达到 3 78 的收视率 2010 年 中央电视台 CCTV 新闻频道采用高清全天候 24 小时播放高清电视新闻节目 可见 各大电视台纷纷采用新时代的电视科技技术对电视台进行一次质的革新 引入新的理念开发具有创新的电视节目的制作 丰富和多样化了电视新闻节目 吸引大批电视观众 高清技术的应用给节目制作带来诸多益处 节目的拍摄 节目的剪辑 节目的播出 节目的收存等等都十分方便 大大提高了工作效率 和制作的质量 高配置的装备使得拍出来的画面以及声音都有达到高清的理想 水平 第一时间将新闻节目展现给观众 保证了新闻的时效性 新鲜性 为观 众提供外界最新的消息 3 我国数字高清电视的现状及发展 数字电视和现行的模拟电视最大的区别是数字电视的图像清晰而稳定 在 覆盖区域内图像质量不会因信号传输距离的远近而变化 在信号传输整个过程 中外界的噪声干扰都不会影响电视图像 而模拟电视会随着信号传输距离越远 图像质量越差 近年来 技术开发实力较强的企业开始在视频处理电路中采用 数字技术处理信号 提高了模拟电路的性能 例如 使模拟电视的行频 场频 提高 实现逐行扫描和倍场 100HZ 扫描 以消除闪烁和提高图像质量 但是这 同前面提到的数字电视在工作原理上是完全不同的 其效果还是比数字电视差 很多 例如 高清晰度电视的显示格式 1920 1080i 图像像素密度可达 135 电影 胶卷的图像质量 数字电视还具有多种清晰度等级不同的图像显示格式 我国 的高清显示格式为 1920 1080i 50HZ 隔行扫描 而美国的高清晰度电视显示格 式有 1920 1080i 60Hz 隔行扫描 1280 720P 60Hz 逐行扫描 标准清晰度显示 格式有 720 480P 60Hz 逐行扫描 这些都是模拟电视所没有的 数字电视就是拍摄 编辑 制作 播出 传输 接收等电视信号播出和接 收的全过程都使用数字技术 数字高清晰度电视是数字电视 DTV 标准中最高 级的一种 简称为 HDTV HighDefinisionTV 电视机原理 第 17 页 数字电视具有优质的音响系统 在接收模拟电视时 具有高 低调整 左 右声道平衡 环绕声 等响度控制开关等功能 在有丽音广播的地区 可由遥 控器控制 设为自动丽音状态 此时可根据电视的广播自动识别有无丽音 数字电视 DigitalTV 包括数字 HDTV 数字 SDTV 和数字 LDTV 三种 三者区别主要在于图像质量和信道传输所占带宽的不同 从视觉效果来看 数 字 HDTV 1000 线以上 为高清晰度电视 HighDefinition Television 的简 称 图象质量可达到或接近 35mm 宽银幕电影的水平 SDTV 500 600 线 即 标准清晰度电视 主要是对应现有电视的分辨率量级 其图象质量为演播室水 平 LDTV 200 300 线 即普通清晰度电视 主要是对应现有 VCD 的分辨率 量级 因为电视全数字化是今后的趋势 所以目前提 HDTV 以及 SDTV LDTV 如无特别说明 均指全数字体制 我国已于 1999 年 10 月 1 日进行过建国 50 大庆阅兵的数字高清晰电视节目 试播 开发适合我国国情的 HDTV 已成为彩电行业的当务之急 总而言之 数字电视就是指从演播室到发射 传输 接收的所有环节都是 使用数字电视信号或对该系统所有的信号传播都是通过由 0 1 数字串所构成的 数字流来传播的 数字信号的传播速率是每秒 19 39 兆字节 如此大的数据流 的传递保证了数字电视的高清晰度 克服了模拟电视的先天不足 同时还由于 数字电视可以允许几种制式信号的同时存在 每个数字频道下又可分为几个子 频道 从而既可以用一个大数据流 每秒 19 39 兆字节 也可将其分为几个分流 例如 4 个 每个的速度就是每秒 4 85 兆字节 这样虽然图像的清晰度要大打折 扣 却可大大增加信息的种类 满足不同的需求 例如在转播一场体育比赛时 观众需要高清晰度的图像 电视台就应采用每秒 19 39 兆字节的传播 而在进 行新闻广播时 观众注意的是新闻内容而不是播音员的形象 所以没必要采用 那么高的清晰度 这时只需每秒 3 兆字节的速度就可以了 剩下 16 39 兆字节 可用来传输别的内容 电视机原理 第 18 页 目前对数字电视的具体解释主要有两种 1 80 年代 ITT 公司研制了一套数字处理芯片 在接收模拟电视信号的 情况下 再经模拟高中频处理 最后经模 数转换成数字信号进行数字处理 以改进图像清晰度 90 年代又出现多种具有画中画 倍行和其他质量的 改进 的 数字电视机 不过这些电视机接收的仍是模拟电视信号 仍处于模拟传输 的模拟系统中 所以只能称为 数字模拟电视机 并不是真正意义上的数字电 视 2 美国的 数字电视机 简称 DTV 专指地面数字电视广播系统 在这 种系统中 除了目前节目制作中还有一部分是模拟的以外 从演播室到发射 传输 接收的所有环节都是使用数字电视信号或对数字电视信号进行处理和调 制 而也只有这种接收地面数字电视广播信号的电视机才是名副其实的数字电 视机 如果说 2003 年是我国数字电视的启动年 2004 年大家还在彷徨 观望 探索 那么 2005 年就是我国数字电视整体转换的行动年 当今的广播电视媒体 面对的是全新的数字化环境 在这样的环境中 广播电视媒体的经营与开发实 际上是围绕着两大领域在进行探索 一是在传统的业务领域 二是在超传统的 业务领域 在传统的业务领域 根本是围绕传统概念上的 看电视节目 在做文 章 而在超传统的业务领域 则是在 看电视节目 以外做文章 是想使广播电 视的节目传输系统 不仅能播出节目让受众看 还同时能为用户提供一些别的 服务 比如说 更清晰流畅的画面 更生动震撼的声音效果以及更真实舒适的 享受等等 这一部分就是数字化的新媒体业务 目前 我国部分省市已经开展了数字电视的试运行 部分小区整体开通了 数字电视信号 按照国家广播电影电视总局对有线数字电视用户的发展目标 第一阶段到 2003 年底 我国要基本实现数字化的有线电视本地网络达 50 个左 右 用户数达 100 万户规模 第二阶段 2004 年底 有线电视本地网络达 150 到 200 个之间 用户数达到 1000 万户规模 第三阶段在 2005 年 我国将开展 数字卫星直播业务 同时开始地面数字电视试验 有线数字电视用户计划达到 电视机原理 第 19 页 3000 万户 2008 年将全面推广地面数字电视 2015 年 全面关闭模拟电视 完成有线电视从模拟向数字的整体转换 在数字化电视快速发展的这几年 国内各大彩电巨头迫不及待地纷纷出笼 产品战略规划 爆发了一场 数字高清 大战 围绕数字电视展开的争夺 彩电厂商从抽象概念炒作走向具体技术的大比 武 数字高清 正成为彩电市场的主导概念和风向标 高清电视的诞生和普 及 被视为和二十年前出现的彩色电视一样 是第二场电视革命 而随着央视 高清在 2005 年 9 月的试播 以及 2006 年元旦央视 高清影视 及上海文广的 新视觉 正式播出 我国的高清电视真正的拉开了大幕 高清电视 HDTV 成为传媒产业值得一书的话题 它正以蓬勃的姿态朝着我们迎面走 来 3 1 数字高清电视与其他类型数字电视的区别 数字电视是一个群体 按照图像清晰度分类从高到低可包括 数字高清晰 度电视 HDTV 即 电影级图像 数字增强清晰度电视 EDTV 即 比 DVD 略 高的图像 数字标准清晰度电视 SDTV 即 DVD 级图像 以及数字普及型电视 即 VCD 级图像 等四种 数字增强清晰度电视简称 EDTV 其水平扫描行 数为 500 线 700 线 主要是对应现有电视的分辨率量级 其图象质量为演播室 水平 数字标准清晰度电视简称 SDTV 其图像水平清晰度为 200 300 线 主要 是对应现有 VCD 的分辨率量级 3 2 数字高清电视与数字标清电视的区别 1 从技术上来说 按技术划分 电视可分为模拟电视和数字电视 数字 电视又可分为高清电视 HDTV 和标清电视 SDTV 等 传统 模拟 电视有三 大电视制式 NTSC 制 PAL 制和 SECAM 制 高清电视也有很多种格式 逐 行扫描的有 1080 24p 25p 30p 隔行扫描的 1080 50i 60i 等 电视机原理 第 20 页 我国目前行业标准 GY T155 2000 中采用的高清电视格式全称是 1125 50 2 1 可以简称为 1080 50i 有效像素 1920 1080 隔行扫描 扫 描频率为 50 场 高清是相对于标清而言的 两者技术上均是数字化的 高清的有效像素 信息量 是标清的五倍 也就是说 在收看效果相同的 情况下 高清电视接收机的屏幕面积是标清的 5 倍 因此 高清更适合用大屏 幕来观看 2 从节目制作上来说 未来我国数字电视节目将分为高清和标清两种图像格式 高清和标清同样 重要 以满足不同消费群体的需要 在制作成本方面 高清节目较标清节目成 本要高 因此节目源将是高清电视一个较大的瓶颈 可收看的节目内容有限 但在色彩还原方面 高清电视节目要比标清电视节目好 能够表现的细节更加 丰富 在高清电视节目前期拍摄时 要求照明灯光增加 化妆 服装更要特别 细致 拍摄时还要注意构图 焦点和推拉摇移的稳定性 任何一点不小心就会 在镜头中看得十分清楚 致使高清电视节目出现缺憾 此外 在后期制作过程 中 除了与标清节目一样的制作环节外 画面调色