前高清時(shí)代的挑戰與應用

高清是廣電行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但從標清向高清的轉換需要一個(gè)“過(guò)渡期”，即在一段時(shí)間內必須考慮高標清并存的工作方式?，F在大部分電視受眾的接收終端仍然是標清終端，而高清技術(shù)無(wú)論在非線(xiàn)性制作或者系統解決方案上基本已經(jīng)成熟，完全具備全面高清化運作的可能。對于一個(gè)電視臺而言，如果其內部的采編播系統已經(jīng)準備好或者已經(jīng)開(kāi)始向全面高清化運作過(guò)渡，而同時(shí)需要考慮電視受眾的標清接收的要求，那么就意味著(zhù)進(jìn)入“前高清時(shí)代”。

這是一個(gè)“混合的時(shí)代”，是個(gè)承上啟下的時(shí)代。需要我們考慮兼容標清的歷史環(huán)境，又要為高清的發(fā)展做好節目?jì)浜图夹g(shù)上過(guò)渡的準備。你，準備好了嗎?

1、局面和挑戰

從當前局面情況看，美國市場(chǎng)90%的電視臺開(kāi)始制作高清節目，55%的播出節目是高清節目;日本在2006年全面開(kāi)始高清播出，主要應用于新聞和體育轉播等。中國的高清節目制作量每年幾乎都要翻番，大量的節目制作公司都瞄準未來(lái)高清市場(chǎng)，直接采用高清設備進(jìn)行節目攝制，而全國各大型電視臺也從試用高清設備，過(guò)渡到開(kāi)設高清頻道，部分節目直接采用高清格式錄制以?xún)淦吹碾A段。CCTV更是高舉高清的大旗，在CCTV新臺址項目的節目制播系統中將采用全面高清化運作。

從顯示設備的角度看，目前16∶9尺寸的液晶或者等離子平板電視已經(jīng)成為主流，老式的CRT電視也將被逐漸淘汰。而這幾年也是廣大電視受眾對電視機進(jìn)行更新?lián)Q代的幾年，家庭的客廳將被大尺寸輕薄的平板電視占據，10000元以下的FULL HD電視越來(lái)越多的走進(jìn)我們的視野。

從電視制播技術(shù)上看，網(wǎng)絡(luò )化、高清化、數字化一直是電視技術(shù)革命的主流。早在幾年前，國內外知名廠(chǎng)商已經(jīng)推出了網(wǎng)絡(luò )化高清制作播出的設備及解決方案，目前已經(jīng)趨于成熟，并有了許多實(shí)際運行的案例。這一切似乎都在告訴我們高清時(shí)代的來(lái)臨，而且要比許多人想象的快，全面轉向高清制作已是不可回避的發(fā)展方向。但同時(shí)也帶來(lái)許多問(wèn)題和挑戰：

● 國內電視接收終端寬高比雖然在從4∶3向16∶9過(guò)渡，但從比例上看，標清4∶3的電視終端還是占絕大多數，所以一段時(shí)間內高清頻道必然需要支持高標清同播;

● 高清制作設備采購成本、制作的時(shí)間成本較之標清明顯增加，而電視臺的收益沒(méi)有大幅提高，高清節目銷(xiāo)售雖然可以提供一定的廣告收入，但電視臺的主要收入——廣告銷(xiāo)售不會(huì )有大幅提高。

因此進(jìn)行低成本的制作是高清推廣的關(guān)鍵問(wèn)題之一;

● 大量播后節目、歷史資料以及收錄畫(huà)面都是標清素材，除非制作節目的所有畫(huà)面內容完全自采，否則肯定會(huì )出現高標清混合制播的問(wèn)題;

● 網(wǎng)絡(luò )化高清格式為了達到更好的畫(huà)面以及更低碼率的目的，往往采用更高的壓縮比，更復雜的壓縮算法。高壓縮比的高清格式在多代復制以及多次打包后，其質(zhì)量下降情況如何?

● 高清制作對網(wǎng)絡(luò )碼率和存儲容量的要求更高，在標清環(huán)境下非常成熟的網(wǎng)絡(luò )體系架構、技術(shù)以及設備是否還能適用?

● 采用更先進(jìn)的壓縮算法、更高的碼率后，非線(xiàn)性編輯的性能和穩定性是否會(huì )降低，是否還能達到原來(lái)標清的應用感受?

● 高清環(huán)境下，我們的制作、播出、存儲歸檔、瀏覽的碼率以及格式應該如何選擇?

2、“前高清時(shí)代”的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題

高標清上下變換的過(guò)程

談到高標清的混合編輯及同播問(wèn)題，就不能不談高標清的上下變換問(wèn)題。高標清變換，實(shí)際就是對視頻信號或者文件的時(shí)空采樣的結構變換。即在時(shí)間上和空間上，實(shí)現分辨率的變換及其組合。采樣結構的變換主要是通過(guò)空間域上的插值和抽取濾波器來(lái)實(shí)現速率和像素的變換。下變換，即高清變換為標清，可由高分辨信號通過(guò)抽取濾波變換為低分辨率信號;上變換，即標清變換為高清，可在保持原視頻信號頻譜不變的前提下，提高采樣頻率，并對原有信號進(jìn)行內插值變換。

高標清上下變換的信號處理流程如下圖所示：

上下變換的圖像質(zhì)量由兩個(gè)因素決定：去交織(去隔行)算法和重采樣算法，最后的質(zhì)量依賴(lài)于所選用的算法類(lèi)型和精度。上變換質(zhì)量方面我們應該更關(guān)注噪聲和邊沿的處理，下變換方面應更關(guān)注頻譜和細節。

應用于上變換的去交織算法類(lèi)型很多，主要有線(xiàn)性濾波和非線(xiàn)性濾波方式，線(xiàn)性濾波比較簡(jiǎn)單，占用資源少，但是效果差一些;非線(xiàn)性濾波復雜，算法精度高，占用的存儲和計算資源較多，但效果很好。

圖像重采樣算法的精度直接影響最終變換質(zhì)量。目前下變換主要有兩種方式：空域變換與頻域變換。

空域變換：主要是通過(guò)像素點(diǎn)普通線(xiàn)性或非線(xiàn)性插值來(lái)進(jìn)行重采樣，優(yōu)點(diǎn)是方法簡(jiǎn)單，速度快，缺點(diǎn)是質(zhì)量不高。由于采樣精度的誤差(像素點(diǎn)的缺失，以及采樣像素的隨機性)，造成圖像模糊或有煙霧籠罩的感覺(jué)。同時(shí)對于高亮度細節變換較快的素材，容易產(chǎn)生閃爍現象。歸納起來(lái)也就是目標圖像細節不夠，同時(shí)抗閃爍程度不高。

頻域變換：主要是通過(guò)對原始圖像進(jìn)行頻譜分析，對影響目標圖像的頻率進(jìn)行相應的調整與修改，從而達到細節保留與增強，同時(shí)也抗閃爍的效果。這個(gè)方法優(yōu)點(diǎn)是標清圖像質(zhì)量穩定，效果好，缺點(diǎn)是速度較慢，但隨著(zhù)計算機性能的提高，以及多核時(shí)代的到來(lái)，速度問(wèn)題將不再是瓶頸。目前大洋的高清非編系統均采用基于頻域下變換，在INTEL的八核心CPU平臺上已經(jīng)實(shí)現超實(shí)時(shí)下變換。

上下變換的模式

上變換，即標清格式變換為高清格式有以下三種模式，如圖。

Full width：將畫(huà)面進(jìn)行縱向剪切，畫(huà)面比例正常，但損失了一部分畫(huà)面內容;

Pillar box：在畫(huà)面的左右兩側加黑邊，保留了全部畫(huà)面內容，畫(huà)面比例正常;

Stretch：將畫(huà)面橫向拉伸，保留了全部畫(huà)面內容，但畫(huà)面產(chǎn)生變形。

下變換，即高清格式變換為標清格式有以下三種模式，如圖。