摘要
利用數字媒體技術，不僅可以降低製作和傳輸中的信號損耗，還能提高影視節目的質量、品質。本文所探討的HD（高清晰度）標準，就是數字化技術在電視領域應用的一個範例。
關鍵詞
HD HDTV SD
進入了新的千年，單向、被動接收、簡單的廣播模式已經不能滿足人們在寬帶網絡時代對於信息的多樣化、交互性和高質量的要求。因此，就需要提供全新的數字化、高清晰、寬屏幕的節目製作手段，來適應人們對於數字廣播、電子電影的新需要。
而數字媒體技術的出現，為實現這一需求帶來可能。利用數字媒體技術，不僅使我們的影視節目製作和傳輸實現極低的信號損耗，還使得我們的影視節目質量達到一個新的指標—數倍於前的解像度和音響的品質，HD（高清晰度）標準就是數字化技術在電視領域應用的一個範例。
盡管高清數字電視技術概念的提出隻不過短短數年，但是它以驚人的速度成長並從實驗室中走了出來，目前已有大量商品化的HD產品和應用。至今，最大的HD市場仍隻屬歐洲和北美地區的發達國家，HD設備高昂的價格成為其廣泛普及不可逾越的障礙。但我們也應該看到，HD對SD（標準清晰度）的更迭是大勢所趨。在不久的將來，隨著HD技術和標準的完善和更多廠商加入競爭，HD產品的普及和完全化的HD節目的製作和播出即將到來。就是現在，HD離我們也不再是遙不可及，國內一些經濟實力較強的地方電視台如北京、上海和深圳等地的電視台已部份購入了HD的節目製作設備。因此，及早對HD的技術和設備進行研究是有其必要性的。
索尼作為電視製作設備的領導廠商，其推出的產品在HD技術方麵有一定的代表性。現將通過介紹索尼 XPRI 6.0後期非線性編輯係統，對HD技術的普遍原理以及HD節目的製作、信號的處理和轉換的一般規律作一探討。
通常對信號質量的評價是用碼率來說明的，碼率是在單位時間內係統所能達到的最大數據量。例如，我國現行采用的彩色電視PAL製式（主要是對應現有電視的分辨率量級，圖像質量為演播室水平），其水平清晰度為625線，而場隔行掃描，場頻為50Hz（625/50i）。在轉換為SD數字電視信號時，水平清晰度轉換為576條掃描線，兩場隔行掃描，場頻同樣為50Hz（576/50i）。在ITU-R601數字電視標準中，采用10比特量化時，SD數字電視信號的碼率是270Mbps（亮度信號碼率+色差信號碼率 =亮度信號的取樣頻率×量化比特數 +2個色差信號的取樣頻率×量化比特數=13.5（MHz）×10（Bit）+2×6.75（MHz）×10（Bit）），其有效碼率為165.888Mbps。而數字HDTV（High Definition Television）的圖像質量可達到或接近35mm寬銀幕電影的水平。廣電總局於2000年8月發布了高清晰度電視節目製作及交換用視頻參數標準，標準規定每行有1920個圖像樣值、每幀掃描行數為1125行、有效掃描行數為1080行、畫麵寬高比為16:9、垂直掃描頻率為隔行50場，逐行24幀、亮度取樣頻率為74.25MHz，色度取樣頻率為37.125 MHz、亮度帶寬為30MHz，色度帶寬為15MHz等。1080/50i（有效掃描行數為1080行，場頻為50Hz，采用隔行掃描方式）被確定為中國的高清晰度電視信號源標準，1080/50i已經成為中國廣播電視的行業標準。根據SMPTE 274M數字電視標準中，采用10比特量化時，HD數字電視信號的碼率是1485Mbps（亮度信號的取樣頻率×量化比特數+2個色差信號的取樣頻率×量化比特數= 74.25（MHz）×10 （Bit）+2×37.125（MHz）×10（Bit）），其有效碼率為829.44Mbps。因此，HDTV的絕對碼率是舊的PAL製SDTV的5.5倍，有效碼率是SDTV的5倍。通過有效碼率的提高，在場頻不變的前提下，可為電視畫麵帶來更高的分辨率（高清有200萬像素，標清隻有40萬像素）。在前期製作時，使用HD攝像器材拍攝的畫麵素材，其畫麵細節的豐富度和色彩還原能力比用標清器材大為提高。隨著廣播電視有線網絡和電視網絡寬帶化，為高清電視的廣泛實現提供了現實條件，在不久的明天，HDTV將走入尋常的百姓家庭。
由此，我們可以想像，進行高清數字素材的非線性編輯處理，其運算和存儲能力必須有相應的提高。
下麵，讓我們看一下索尼 XPRI Version 6.0高清非編係統的硬件構成。該係統的硬件構成完全就是一台高性能的圖形工作站，再加上豐富的電視專用轉換接口，通過上下變換，完成高清信號和標清信號之間的轉換。該係統擁有3.06GHz的雙CPU，P4 Xeon蕊片和1GB DDR 266內存，具有強大的浮點運算能力和高可靠性；其Ultra320的SCSI磁盤陣列卡，使硬盤存儲係統可通過Raid 0硬盤陣列擴展成多硬盤卷集，以滿足存儲大量素材的需要。如果索尼 XPRI 6.0配備10個73GB SCSI U320（10，000轉/分）硬盤，可存儲3小時HD壓縮格式的視頻信號、24小時（16×73GB）HDCAM圖像信號、9小時SD非壓縮方式的PAL、NTSC製式的視頻信號、32小時（8×73GB）50Mbps MPEG壓縮圖像信號。
主板集成的1000M網卡，使本機可與其他圖形工作站或存儲服務器充當的素材庫連接，以分布式運算的方法完成更為複雜和大量的高清數字編輯任務。
另外，XPRI通過擴充DMW-RT02（多格式係統）實時視頻處理板，提供HDCAM實時的效果和為非壓縮高清信號、非壓縮的SD、MPEG IMX壓縮提供高速渲染，並可以對三層視頻信號進行實時渲染，支持SD/MPEG IMX信號3D實時效果；DMW-RT01板（為SD係統）支持非壓縮SD、MPEG IMX 壓縮；並且增加了80種實時模板效果，實時模板的設置的目的是在硬盤裏處理HD、SD信號。
基於硬件的加速能力，令從事高清晰度電視及商業化後期產品製作的專業人士，即使是在處理高清晰度媒體時，也不必再把時間浪費在視頻渲染上，他們可以更快地完成節目的製作，並把時間更多地投在挖掘係統的潛能，完成更具創新性挑戰的工作上。
索尼 XPRI作為靈活而強大的非線性節目製作係統，主要麵向高檔的節目製作公司和大型的電視台用戶，在應用軟件的設計方麵，不但支持非壓縮的標清和壓縮的50Mbps MPEG IMX碼流信號，也可支持非壓縮的和壓縮的HDCAM格式高清信號，可以實現多種標清/高清格式的節目製作，包括1080/50i、59.94i和1080/24P（是一種專門用於後期製作的高清晰度電視格式，它采用的24幀逐行掃描方式與每秒24幅畫麵的電影膠片具有每幀電視圖像與每幅畫麵一一對應的關係，因此在進行膠片與磁帶的相互轉換時不會產生因幀頻變換而帶來的圖像質量損失。1080/24P是電影與電視結合的最佳橋梁，特別是采用膠片作為前期拍攝的節目製作公司接受為後期製作的標準，正在成為國際間高清晰度電視節目的交換標準），480i和575i。由此可見，XPRI可支持多種格式的電視信號，並且能支持標清與高清信號之間的轉換，通過上下變換器既可將高清信號下變換成標清信號，也可以將標清信號上變換成高清信號，從而實現從標清到高清的平穩過渡。
XPRI以Windows 2000專業版為操作平台，配備了多種簡便而實用的專用控製麵板，利用業界通用的GUI操作介麵，支持Avid shortcut方式，支持多種第三方插件、EDL（編輯決策表）和圖像文件格式，支持多種壓縮和非壓縮的SD/HD格式節目製作、各種非壓縮的HD信號、各種HDCAM格式壓縮的HD信號、非壓縮的SDTV信號，包括576/50i和480/60i、MPEG 4:2:2P@ML，I幀，50Mbps的MPEG比特流信號，完成紛繁複雜的、高品質的圖像處理、色彩校正、多種創意獨特的二維、三維特效，同時利用特殊SDTI接口，實現高速素材上載功能，並且具有網絡連接和DTF數據流磁帶備份能力。
另外，XPRI 6.0應用軟件較其他同類應用軟件具備的獨特功能：
● 增強時間碼顯示選擇：時間碼可以以需要的大小和位置在顯示器上顯示出來，以方便操作者對畫麵進行精確編輯，特別是更方便旁觀者對畫麵各參數的了解（長度、出入點位置等）。
● 對畫麵素材的管理方麵，有兩點改進：1. 素材采集到係統後，可以根據需要便利地設置和改變每組素材畫麵的特征幀，素材索引的建立更有科學性，使編輯人員能快速查找所需要的素材畫麵。2. 在一個素材片段裏，還可在片段中設置多個段落標記，方便編輯人員快速找到和調用所需的畫麵段落。
● 能實現動態蒙板功能，比如馬賽克跟蹤（馬賽克隨鎖定內容的運動而運動）、軌跡跟蹤等，這種智能化的特技效果可大大減輕編輯人員的勞動量。
● 可對慢鏡進行拖尾的效果設置，通常這種特技效果隻有特技台才能做到。
● 保存成片時，不必同時保存素材和成片，可以隻保留成片的圖標及出入點等索引信息，通過abridge刪除命令，刪除成片的畫麵內容，從而節省空間。將來如果需要對成片進行修改，根據這些信息，在錄像機中放入素材版磁帶，就可對素材自動重新采集，恢複原來的成片。
● 有多軌視頻、音頻時間線，並對3軌以內的視頻時間線素材進行實時渲染。
● 利用各種外部設備方便用戶對不同的參數進行快速、直接的調整。
在處理視頻信號時：可通過參數調整麵板直接對視頻信號進行各種顏色的參數進行微調，從而提高工作效率。
在處理音頻信號時：可通過外掛音頻調整麵板，直接對音頻信號的均衡、高頻、低頻等指標進行調整，使音頻信號更加完美，更能滿足使用者的要求。
與錄像機的連接：在輸入、輸出視頻信號時，通過RS 422接口能自動識別所有索尼係列錄像機的型號，並實現對錄像機的精確到幀的控製，使對錄像機的操作更方便、更快捷。
由以上的介紹可見，索尼 XPRI Version 6.0高清非線性編輯係統確有其過人的特色。該係統可以將視頻信號、音頻信號、圖像信號、電影格式信號和CG信號輸入製作成Web、DVD、Broadcast、Movie和Game。此外，該係統也有其不盡人意的地方。首先英文界麵成為其在中國普及的一種障礙，其昂貴的價格，在目前情況下並非所有用戶都能承受。
此外，在利用HDCAM拍攝素材時，由於HD的寬高比是16:9，而SD的寬高比是4:3，所以用高清高端設備與低端設備間的圖像變換通常有3種模式；切邊模式（左右兩邊一部分的信息被去掉）；信箱模式（上下會的部分會出現黑邊）；壓縮模式（可能會使圖形變形，但整個的信息都出現在屏幕中）。不同的電視台會采用不同的下變換模式。假如在使用高清攝像機拍攝後，用標清設備對素材進行後期製作時，必須在拍攝時對HD攝像機尋像器加標識框對來取景，否則取景的效果會不盡人意。
目前來說，高清的設備還是相對比較昂貴，為解決高清和標清不同的節目源帶來的問題，索尼 XPRI 6.0後期非線性編輯係統采取通過一個矩陣係統配合上變換器來完成信號分配和共享功能，索尼的多比碼流矩陣可以輸入和輸出任何比特率的數字視頻信號。高清素材可以通過上下變換，用來做離線編輯，生成編輯決策表，再返回高清係統做聯機編輯，製作出來的節目可以是應用於高清播出；或者下變換成為常規的標清應用。因此，目前使用標清（高清）高端設備，應用於現有的標準清晰度環境進行標清節目製作，將來要進行高清播出時，把設備升級來進行高清節目製作，這樣可以延長設備的使用期，減少設備的投資。
索尼 XPRI能將動畫、特技、甚至音頻等其他編輯係統無縫集成，提供理想的工作環境，構成完整的工作流程（係統連接圖如圖1）。
綜上所述，索尼推出的索尼 XPRI Version 6.0高清非線性編輯係統，為高清製作，標清播出的客戶提供向高清過渡的解決方案。
HDTV是各大國、組織和廠商相研製及發展的重點領域，在這新的市場麵前，各大廠商和組織競相發表了自己研製的技術標準，出於本身利益或條件的製約，各國采用的數字高清標準也不盡相同。與高清有關的技術標準有兩個，一個是節目源即信號源的標準，另一個是數字電視的傳輸標準。信號源標準也叫演播室信號源標準或基帶信號標準，主要與節目製作和終端圖像顯示有關；而傳輸標準則主要與播出、機頂盒等發送和接收設備有關。索尼 XPRI Version 6.0高清非線性編輯係統的各項技術指標也正切合了我國的HDTV標準。通過對高清的部份技術和對該係統的簡單介紹，相信對高清技術的研究有一定的借鑒意義。
