前高清時代的挑戰(zhàn)與應(yīng)用

高清是廣電行業(yè)技術(shù)發(fā)展的必然趨勢，但從標(biāo)清向高清的轉(zhuǎn)換需要一個“過渡期”，即在一段時間內(nèi)必須考慮高標(biāo)清并存的工作方式?，F(xiàn)在大部分電視受眾的接收終端仍然是標(biāo)清終端，而高清技術(shù)無論在非線性制作或者系統(tǒng)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。對于一個電視臺而言，如果其內(nèi)部的采編播系統(tǒng)已經(jīng)準(zhǔn)備好或者已經(jīng)開始向全面高清化運作過渡，而同時需要考慮電視受眾的標(biāo)清接收的要求，那么就意味著進(jìn)入“前高清時代”。

這是一個“混合的時代”，是個承上啟下的時代。需要我們考慮兼容標(biāo)清的歷史環(huán)境，又要為高清的發(fā)展做好節(jié)目儲備和技術(shù)上過渡的準(zhǔn)備。你，準(zhǔn)備好了嗎?

1、局面和挑戰(zhàn)

從當(dāng)前局面情況看，美國市場90%的電視臺開始制作高清節(jié)目，55%的播出節(jié)目是高清節(jié)目;日本在2006年全面開始高清播出，主要應(yīng)用于新聞和體育轉(zhuǎn)播等。中國的高清節(jié)目制作量每年幾乎都要翻番，大量的節(jié)目制作公司都瞄準(zhǔn)未來高清市場，直接采用高清設(shè)備進(jìn)行節(jié)目攝制，而全國各大型電視臺也從試用高清設(shè)備，過渡到開設(shè)高清頻道，部分節(jié)目直接采用高清格式錄制以儲備片源的階段。CCTV更是高舉高清的大旗，在CCTV新臺址項目的節(jié)目制播系統(tǒng)中將采用全面高清化運作。

從顯示設(shè)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(jī)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(jù)，10000元以下的FULL HD電視越來越多的走進(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(shù)字化一直是電視技術(shù)革命的主流。早在幾年前，國內(nèi)外知名廠商已經(jīng)推出了網(wǎng)絡(luò)化高清制作播出的設(shè)備及解決方案，目前已經(jīng)趨于成熟，并有了許多實際運行的案例。這一切似乎都在告訴我們高清時代的來臨，而且要比許多人想象的快，全面轉(zhuǎn)向高清制作已是不可回避的發(fā)展方向。但同時也帶來許多問題和挑戰(zhàn)：

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

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

因此進(jìn)行低成本的制作是高清推廣的關(guān)鍵問題之一;

● 大量播后節(jié)目、歷史資料以及收錄畫面都是標(biāo)清素材，除非制作節(jié)目的所有畫面內(nèi)容完全自采，否則肯定會出現(xiàn)高標(biāo)清混合制播的問題;

● 網(wǎng)絡(luò)化高清格式為了達(dá)到更好的畫面以及更低碼率的目的，往往采用更高的壓縮比，更復(fù)雜的壓縮算法。高壓縮比的高清格式在多代復(fù)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(biāo)清環(huán)境下非常成熟的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)、技術(shù)以及設(shè)備是否還能適用?

● 采用更先進(jìn)的壓縮算法、更高的碼率后，非線性編輯的性能和穩(wěn)定性是否會降低，是否還能達(dá)到原來標(biāo)清的應(yīng)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(yīng)該如何選擇?

2、“前高清時代”的關(guān)鍵技術(shù)問題

高標(biāo)清上下變換的過程

談到高標(biāo)清的混合編輯及同播問題，就不能不談高標(biāo)清的上下變換問題。高標(biāo)清變換，實際就是對視頻信號或者文件的時空采樣的結(jié)構(gòu)變換。即在時間上和空間上，實現(xiàn)分辨率的變換及其組合。采樣結(jié)構(gòu)的變換主要是通過空間域上的插值和抽取濾波器來實現(xiàn)速率和像素的變換。下變換，即高清變換為標(biāo)清，可由高分辨信號通過抽取濾波變換為低分辨率信號;上變換，即標(biāo)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(nèi)插值變換。

高標(biāo)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)量依賴于所選用的算法類型和精度。上變換質(zhì)量方面我們應(yīng)該更關(guān)注噪聲和邊沿的處理，下變換方面應(yīng)更關(guān)注頻譜和細(xì)節(jié)。

應(yīng)用于上變換的去交織算法類型很多，主要有線性濾波和非線性濾波方式，線性濾波比較簡單，占用資源少，但是效果差一些;非線性濾波復(fù)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：主要是通過像素點普通線性或非線性插值來進(jìn)行重采樣，優(yōu)點是方法簡單，速度快，缺點是質(zhì)量不高。由于采樣精度的誤差(像素點的缺失，以及采樣像素的隨機(jī)性)，造成圖像模糊或有煙霧籠罩的感覺。同時對于高亮度細(xì)節(jié)變換較快的素材，容易產(chǎn)生閃爍現(xiàn)象。歸納起來也就是目標(biāo)圖像細(xì)節(jié)不夠，同時抗閃爍程度不高。

頻域變換：主要是通過對原始圖像進(jìn)行頻譜分析，對影響目標(biāo)圖像的頻率進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整與修改，從而達(dá)到細(xì)節(jié)保留與增強(qiáng)，同時也抗閃爍的效果。這個方法優(yōu)點是標(biāo)清圖像質(zhì)量穩(wěn)定，效果好，缺點是速度較慢，但隨著計算機(jī)性能的提高，以及多核時代的到來，速度問題將不再是瓶頸。目前大洋的高清非編系統(tǒng)均采用基于頻域下變換，在INTEL的八核心CPU平臺上已經(jīng)實現(xiàn)超實時下變換。

上下變換的模式

上變換，即標(biāo)清格式變換為高清格式有以下三種模式，如圖。

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

Pillar box：在畫面的左右兩側(cè)加黑邊，保留了全部畫面內(nèi)容，畫面比例正常;

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

下變換，即高清格式變換為標(biāo)清格式有以下三種模式，如圖。