鄭州電視臺 技術部 劉 銳

高亮度背景顯示系統在高清新聞演播室的應用

鄭州電視臺 技術部 劉 銳

鄭州電視臺高清新聞演播室采用的背景顯示系統由高亮度投影機、光學背投屏幕、背投屏幕安裝框架、背投反光鏡和投影機安裝支架等組成。高清新聞演播室的主要功能是進行高清新聞節(jié)目的現場直播和錄播。高清新聞節(jié)目要求安全、高質量地制作和播出，其背景顯示系統不僅要符合當前新聞工作者的使用習慣，并且要著眼于未來的發(fā)展需要。本文，筆者對鄭州電視臺高清新聞演播室背景顯示系統進行簡單介紹。

一、高亮度DLP投影機

1.HD10K-M高亮度DLP投影機主要技術參數。本背景顯示系統采用美國Christie公司生產的HD10K-M高亮度DLP投影機，它可以提供9 500 ANSI流明的亮度，最大功率1 320 W，同時具有高效率、低成本的優(yōu)勢。其原始分辨率為1 920×1 080，采用3片DLP芯片。并且，根據所使用光圈的不同，系統對比度可在2 500∶1到10 000∶1之間進行調節(jié)，從而顯示清晰和逼真的圖像。

2.HD10K-M高亮度DLP投影機的優(yōu)點。HD10K-M高亮度影機采用了同類產品中最小的底座和雙汞燈，具有高亮度、高可靠性和低成本的優(yōu)點。并且，它還具有2個可以輸入4∶4∶4 HD信號的高清晰度輸入通道，實現了色溫調節(jié)的無級變化，使圖像具有與演播室燈光環(huán)境相適應的3 200 K色溫，徹底解決了傳統DLP投影機色彩“偏藍”的問題。同時，HD10K-M高亮度DLP投影機小于40分貝的噪聲水平，較好地滿足了演播室的環(huán)境要求。另外，其視頻處理控制系統具有同步鎖相功能，使大屏幕輸出的圖像場頻與演播室系統的圖像場頻相一致，可以保證大屏幕圖像的平滑播出。

3.HD10K-M高亮度DLP投影機的信息輸入。HD10K-M高亮度DLP投影機的信號輸入端口在設備的背面，可通過1套卡/插槽（SLOT）系統來更新配置，能夠滿足各種信號的輸入要求。在鄭州電視臺高清演播室的實際應用中，接入的視頻信號SLOT1是由高清演播室矩陣輸出的HD信號，可以輸入演播室系統的各種攝像機信號和總控播出送到演播室的各種外來信號；視頻信號SLOT2是由演播室內1臺計算機提供的DVI信號，可以輸入不同新聞欄目的背景，在新聞直播中為不同新聞背景的切換提供了很大的便利。

二、DNP光學背投硬幕

1.光學屏幕的定義。包含1個或多個光學鏡頭系統的屏幕被稱為光學屏幕。在光學鏡頭里，光線被折射，其方向也會發(fā)生改變。但只有背投屏幕能夠控制光線的折射方向，因此只有背投屏幕才是真正的光學屏幕。光線的方向取決于屏幕材料的折射系數與鏡頭的剖面形狀。

2.菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是一種平面結構的凸透鏡，它于19世紀由法國光學家菲涅爾發(fā)明，并于20世紀80年代首先被DNP公司創(chuàng)造性地引入光學屏幕領域，其表面的鋸齒狀同心圓可以實現對光線的會聚。在菲涅爾鏡頭中，只有曲面是真正起作用的部分。若將其他部分去掉并拉平有效的鏡頭部分，就可得到1個菲涅爾鏡頭。由于CAD/CAM加工中心采用了鉆石切割技術，在1塊屏幕上可以有10 000種不同的鏡頭剖面，因此生產背投屏幕模具投資巨大，DNP公司是唯一擁有自己的模具工廠的背投屏幕制造商，其每一種系列的產品都有自己不同的焦距。

3.柱狀透鏡介紹。目前，柱面透鏡技術被廣泛地應用于光學屏幕的制造。通過屏幕正面的柱面透鏡結構，可以控制水平方向和垂直方向的光線分布，因而它具有擴大視角范圍的功能。將菲涅爾與柱狀鏡頭結合，可以達到180°的水平觀視角，DNP屏幕廣角系列因此在全球獲得了巨大的市場占有率。DNP公司于2000年首先采用3M VikuitiTM技術研制出世界上首塊BBSCREEN屏幕，它由4層結構組成，從里至外依次為菲涅爾鏡頭、玻璃微珠、環(huán)境光吸收層和具有防眩表面的丙烯酸層。玻璃微珠由數百萬個玻璃微珠體組成，當投影機的光束投射到菲涅爾鏡頭上平行前進時，玻璃微珠層可將此平行光線聚集，并從其中的1個小點散發(fā)出來，然后通過中間的黑色吸收層射出。由于黑色吸收層對環(huán)境光（非平行光）的有效吸收，從而可以大幅提高畫面的對比度，使得投影圖像即使是在明亮的環(huán)境下也能夠保持畫面依然鮮亮銳利，從而不會被明亮的環(huán)境光所淹沒。此外，當光線由黑色吸收層射出時，投射光還要經過正對觀眾的丙烯酸層。而光線從具有防眩表面的屏幕漫射出來，可以令畫面更加舒適。在以上結構層組合的共同作用下，大大增強了屏幕的亮度和對比度，使觀眾無論是在亮光環(huán)境還是在其他環(huán)境中觀看圖像，都可以欣賞到飽滿的色彩。

三、光學背投在演播室中的應用

1.光學背投屏幕。光學背投屏幕由于其獨特的物理結構，在對投影光線的調制過程中，首先要求精密度要高于圖像的分辨率。根據結構不同可由紋路間距和玻珠大小等數據來表示（但是點距過低會產生摩爾效應）。DNP的光學背投屏幕都有1個固有的分辨率，且遠大于投影機目前所能提供的分辨率，確保了投影機投射的所有單個像素都可以清晰地顯示在屏幕上。在鄭州電視臺高清新聞演播室中，背景屏幕采用丹麥DNP148光學背投廣角屏幕，這種屏幕可以在寬闊的觀看區(qū)域顯示明亮、清晰的圖像。廣角屏幕是由2個有效透鏡面組成的單層光學系統。憑借其優(yōu)秀的光學透鏡設計，DNP廣角屏幕提供了優(yōu)良的均勻度和對比度。而且，整個屏幕具有高分辨率、高亮度、高清晰度和對比度范圍寬等優(yōu)點，色彩還原真實、圖像無失真、亮度均勻一致、單屏周邊無眩光，完全能夠在正常的演播室環(huán)境中顯示清晰、明亮的圖像。

2.光學背投屏幕的特性。光學背投屏幕兼具菲涅耳透鏡的聚焦能力和柱面透鏡的發(fā)散特性，因而可以達到最佳的圖像觀看效果。光學背投可顯示明亮清晰的圖像，并具有卓越的對比度，其亮度是普通前投或背投屏幕的4倍，很好地滿足了高清攝像機對靈敏度和光線均勻性的要求。

（1）可靠性。對于高清新聞直播系統來說，設備的穩(wěn)定運行是首要關注的問題。該背投顯示系統具有穩(wěn)定性高、全部顯示區(qū)域均勻、系統可用性高、維護和控制時間短等優(yōu)點。對于投影機最重要也是做薄弱的環(huán)節(jié)——光源部分，光學投影機采用了汞燈雙燈結構，每只燈泡設計使用壽命為2 000 h。一旦第1個燈泡出現故障，第2個燈泡立即自動接替損壞的燈泡。在自動變更燈泡后，亮度鎖定機制能夠使圖像保持相同的亮度，無需進行亮度調整。同時，自動切換模式還能使投影機依次使用2個燈泡，并確保使用2個燈泡的時間相同。在鄭州電視臺高清新聞演播室中，使用的汞燈雙燈功率為370 W，燈泡操作模式為自動選擇單個燈泡。自2010年10月正式啟用高清新聞演播室至2012年1月燈泡1的使用時間為810 h，燈泡2的使用時間為840 h，實現了雙燈系統的自動交替循環(huán)使用。由此可見，該套系統的安全機制健全，具有很高的穩(wěn)定性，能夠滿足高清新聞演播室對可靠性的要求。

（2）兼容性。該套系統支持多種信號格式的同時顯示，適應高清新聞演播室信號來源多樣的特點，具有較高的靈活性。在輸入方面，系統可接受標準的分量和符合條件的模擬視頻格式，如NTSC、PAL、SECAM、SDI視頻，600×1 200分辨率視頻，模擬高清（HDTV）720P視頻、1080i視頻，HD-SDI視頻和2 048×1 080數字電影圖像視頻等多種格式。能夠同時輸入2個信號源，從而產生畫中畫圖像。畫中畫圖像可在屏幕上移動和變換大小，還可以配對支持畫中畫圖像轉換效果或獨立顯示以及切換至背景圖像。大屏幕對整個系統輸入的視頻，計算機信號的顯示是完全實時的，這對直播演播室來說是十分重要的，同時，也大大提高了操作的準確性。

鄭州電視臺每天有4檔新聞欄目在高清新聞室錄制。其中，《項目建設要聞》和《政務直通車》是2檔錄播新聞欄目，《鄭州新聞》和《民生政務》是2檔直播新聞欄目。直播過程中，在這2檔新聞欄目之間有2 min的廣告時間間隙，需要更換主持人背景。背景信號是由演播室內1臺計算機提供給投影機的DVI信號，各種不同新聞欄目的背景只需在計算機上調用即可，這在新聞直播中對不同新聞欄目背景的切換提供了很大的方便。