苗 平李 杉

1.2.長(zhǎng)春廣播電視臺(tái) 吉林省 長(zhǎng)春市 130061

長(zhǎng)春廣播電視臺(tái)16：9標(biāo)清電視節(jié)目制播實(shí)踐

苗 平1李 杉2

1.2.長(zhǎng)春廣播電視臺(tái) 吉林省 長(zhǎng)春市 130061

市級(jí)電視臺(tái)多數(shù)頻道仍處于標(biāo)清播出狀態(tài)，以4：3構(gòu)圖前期拍攝播出的電視節(jié)目，會(huì)在大多數(shù)習(xí)慣設(shè)置為16：9的電視機(jī)上產(chǎn)生圖像變形。為了使觀眾的觀看體驗(yàn)更舒適，長(zhǎng)春廣播電視臺(tái)以16：9構(gòu)圖進(jìn)行標(biāo)清拍攝并播出節(jié)目，取得了良好的效果。本文就此實(shí)踐中的技術(shù)應(yīng)用進(jìn)行論述。

16：9標(biāo)清 壓縮 變形

引 言

目前，國(guó)內(nèi)電視節(jié)目的播出處于標(biāo)清向全面高清的過(guò)渡期。有的電視臺(tái)還在傳送標(biāo)清電視節(jié)目，有的電視臺(tái)則實(shí)現(xiàn)了少量的高、標(biāo)清節(jié)目同時(shí)播出。絕大多數(shù)家庭購(gòu)置了16：9的寬屏電視機(jī)，但在收看標(biāo)清電視節(jié)目時(shí)，觀眾習(xí)慣于將電視機(jī)的比例模式調(diào)整為16：9，嚴(yán)重影響了收視效果。為此，長(zhǎng)春廣播電視臺(tái)決定在升級(jí)到高清播出之前，先行探索并實(shí)踐變形16：9標(biāo)清節(jié)目的制作與播出。

1 標(biāo)清與高清

本文中所指的“標(biāo)清”是“標(biāo)準(zhǔn)清晰度”的簡(jiǎn)稱。我國(guó)電視行業(yè)使用的標(biāo)清視頻幀的寬高比比例統(tǒng)一為4：3，電視臺(tái)（站）和電視接收設(shè)備生產(chǎn)廠商都遵循這一比例。即使是采用某種技巧使得標(biāo)清電視信號(hào)能夠以16：9的寬高比正常播放，電視臺(tái)發(fā)送的電視信號(hào)在本質(zhì)上依然是4：3。正因如此，我們使用“具有16：9效果的標(biāo)清”或“可以用16：9收視的標(biāo)清電視節(jié)目”。

本文中所指的“高清”是“高清晰度”的簡(jiǎn)稱。高清視頻幀的寬高比有多種，例如，4：3、14：9和16：9等。國(guó)內(nèi)電視行業(yè)使用的比例統(tǒng)一為16：9。

隨著生活水平的提高，大屏幕的電視機(jī)開(kāi)始走進(jìn)市民家庭，大尺寸的液晶電視機(jī)和等離子電視機(jī)已逐漸取代了傳統(tǒng)的老式電視機(jī)。傳統(tǒng)的老式電視機(jī)大都使用陰極射線管（CRT），只能顯示寬高比為4：3的電視畫(huà)面。

從2005年開(kāi)始，在全世界范圍內(nèi)已經(jīng)基本不再生產(chǎn)4：3的電視機(jī)，取而代之的是能收看高清電視節(jié)目的寬屏電視機(jī)，主流的寬高比是16：9。

現(xiàn)今的寬屏電視機(jī)都允許調(diào)整顯示比例，以兼顧那些仍然采用4：3畫(huà)幅的電視節(jié)目。在16：9的寬屏電視機(jī)上收看4：3畫(huà)幅的標(biāo)清節(jié)目，要想畫(huà)面不變形，只能是在屏幕上居中顯示一個(gè)寬高比為4：3的畫(huà)面，但屏幕的兩邊無(wú)法顯示畫(huà)面。絕大多數(shù)觀眾的收視習(xí)慣是看全屏畫(huà)面。以全屏16：9的方式收看4：3的電視節(jié)目，畫(huà)面將被水平拉伸并嚴(yán)重變形，人臉變寬，身體變胖，收視效果大打折扣。

2 基本原理

16：9收視效果的標(biāo)清電視節(jié)目要通過(guò)高清信號(hào)下變換得到。

以攝像機(jī)的攝取、記錄和屏幕還原為例，有兩種方式。

2.1 信封模式

如圖1所示，攝像機(jī)按16：9構(gòu)圖并獲得高清視頻信號(hào)，然后執(zhí)行按比例縮小到4：3視頻幀的下變換。經(jīng)過(guò)下變換之后，獲得的標(biāo)清視頻圖像是遮幅的，添加了上下兩個(gè)邊條（Sidebar），即所謂的信封（Letterbox）模式。

圖1 攝像機(jī)16：9到4：3視頻幀的下變換

如圖2所示，信封模式的標(biāo)清視頻幀在傳統(tǒng)的4：3電視上呈現(xiàn)時(shí)，依然是遮幅效果。

對(duì)于寬屏電視機(jī)而言，可以調(diào)節(jié)圖像比例模式，因此，要想正確呈現(xiàn)原始的圖像，可以兩種方式進(jìn)行。

（1）將電視機(jī)調(diào)整為標(biāo)準(zhǔn)模式。在這種模式下，電視機(jī)不對(duì)視頻畫(huà)面進(jìn)行任何縮小或放大處理，而是居中顯示為兩側(cè)都有邊框的圖像，這稱為郵筒（Pillarbox）模式。由于原始的視頻信號(hào)是遮幅的，使得整個(gè)圖像的四周都有邊框。

（2）將電視機(jī)調(diào)整為邊緣放大框。在這種模式下，電視機(jī)將對(duì)視頻畫(huà)面進(jìn)行向四周擴(kuò)散的拉伸處理。此時(shí)，原始視頻畫(huà)面可以完整呈現(xiàn)。

圖2 寬屏電視機(jī)呈現(xiàn)原始圖像的兩種方式

2.2 壓縮模式

如圖3所示，先按16：9的寬高比構(gòu)圖，這對(duì)于具有16：9傳感器的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)很容易做到，而對(duì)于具有4：3傳感器的攝像機(jī)來(lái)說(shuō)，可以通過(guò)遮擋場(chǎng)景的上下部分進(jìn)行，或者加裝一個(gè)變形鏡頭。

在垂直方向拉伸攝取的圖像，使其寬高比變?yōu)?：3，即使其完全填滿4：3視頻幀。但因其實(shí)際是由16：9壓縮變形而來(lái)，故又稱變形16：9（anamorphic 16∶9）。

圖3 壓縮模式

如圖4所示，以壓縮方式得到的視頻幀，在傳統(tǒng)的4：3電視機(jī)上呈現(xiàn)時(shí)，畫(huà)面依然是變形的。當(dāng)它在寬屏電視機(jī)上呈現(xiàn)時(shí)，如果比例模式設(shè)置為標(biāo)準(zhǔn)，則圖像依然是變形的，且是兩側(cè)加邊的郵筒模式。

實(shí)際上，這種視頻幀最佳的收看方式是將電視機(jī)調(diào)整為拉伸模式。此時(shí)，圖像向兩側(cè)擴(kuò)展，但高度不變，于是得到一個(gè)具有16：9效果的正常圖像。

圖4 拉伸模式

電視行業(yè)，通過(guò)圖像變形技術(shù)實(shí)現(xiàn)具有16：9效果的標(biāo)清節(jié)目播出，在歐美國(guó)家出現(xiàn)較早，國(guó)內(nèi)很多電視臺(tái)也采用這種方式，比如，東方衛(wèi)視標(biāo)清頻道、天津衛(wèi)視標(biāo)清頻道、遼寧衛(wèi)視標(biāo)清頻道等。

電視觀眾的收視習(xí)慣是將圖像調(diào)整為16：9，再加上有很多頻道已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了具有16：9效果的標(biāo)清播出，在不改變用戶習(xí)慣的前提下，我臺(tái)認(rèn)為最佳的做法是采用壓縮變形的方式實(shí)現(xiàn)具有16：9效果的標(biāo)清制播。

3 制播實(shí)踐

以新聞生產(chǎn)環(huán)節(jié)為例，無(wú)非是前期拍攝、后期編輯，混以演播室、主持人的串聯(lián)視頻，再加上可能會(huì)有的廣告進(jìn)行錄播或直播。我們對(duì)新聞線全部前期ENG攝像機(jī)進(jìn)行了摸底，發(fā)現(xiàn)均可實(shí)現(xiàn)16：9拍攝。

同時(shí)，我們對(duì)演播室內(nèi)的攝像機(jī)進(jìn)行整理，發(fā)現(xiàn)絕大多數(shù)可以實(shí)現(xiàn)16：9拍攝并可以進(jìn)行壓縮方式下變換。

對(duì)于現(xiàn)有的視頻切換臺(tái)、矩陣、視頻分配放大器、幀同步設(shè)備、錄像機(jī)和非線性編輯系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，具有16：9效果的標(biāo)清視頻信號(hào)在本質(zhì)上依然是標(biāo)清視頻信號(hào)，因此，沒(méi)有任何影響。

但監(jiān)視墻和畫(huà)面分割器存在顯示比例問(wèn)題。我臺(tái)的演播室較多，大部分監(jiān)視墻是近年新建的大屏幕，由畫(huà)面分割器提供監(jiān)視窗口，且大都以標(biāo)清4：3模式顯示，需要重新設(shè)置畫(huà)面分割器，將大屏分割為16：9的窗口。對(duì)于少量CRT監(jiān)視器，只能維持現(xiàn)狀，等待將來(lái)按高清標(biāo)準(zhǔn)重新建設(shè)。

電視臺(tái)在播出的過(guò)程中會(huì)積累下大量的影像資料，且會(huì)在之后的節(jié)目中使用。這些歷年來(lái)積累下來(lái)的標(biāo)清素材都是沒(méi)有經(jīng)過(guò)壓縮變形的，要想在新的制播形態(tài)中使用，需要進(jìn)行轉(zhuǎn)換。原則上可以通過(guò)非線性編輯系統(tǒng)解決，但生成需要花費(fèi)時(shí)間。因此，可以考慮先將存檔的標(biāo)清素材通過(guò)硬件上變換為16：9高清，再進(jìn)行下變換為16：9標(biāo)清，如圖5所示。

圖5 4：3標(biāo)清素材轉(zhuǎn)換為16：9標(biāo)清素材

在上下變換的過(guò)程中，兩側(cè)加入邊條的部分可以做為垂直字幕區(qū)使用，效果比單純的邊條更好。

考慮到現(xiàn)行使用的標(biāo)清格式遵循ANSI/SMPTE標(biāo)準(zhǔn)，數(shù)據(jù)流的比特率是270Mbps，高清信號(hào)的比特率是1.485Gbps或2.97Gbps。音頻信號(hào)是嵌入在SDI視頻數(shù)據(jù)流的輔助數(shù)據(jù)區(qū)，在上述轉(zhuǎn)換的過(guò)程中，可能因數(shù)據(jù)的重組和變換操作而帶來(lái)不同程度的聲音延時(shí)，可以用相關(guān)軟件進(jìn)行解決。

2017年初，我臺(tái)提出16：9效果的標(biāo)清節(jié)目播出要求，經(jīng)一系列調(diào)研，最終于2017年5月正式實(shí)施，播出效果良好。

4 影像留存問(wèn)題

在實(shí)施全流程16：9效果標(biāo)清播出后，也需要保留大量影像資料待之后使用?？紤]到將來(lái)的高清播出，這些標(biāo)清影像資料在高清播出中使用，我們做了如下準(zhǔn)備。

如圖6所示，首先，16：9效果標(biāo)清制播得到的是經(jīng)過(guò)壓縮的影像資料，這些素材可以通過(guò)拉伸變換為標(biāo)清16：9。再將標(biāo)清16：9素材進(jìn)一步上變換為高清16：9格式，從而在未來(lái)的高清播出中應(yīng)用。

圖6 標(biāo)清素材轉(zhuǎn)化為高清素材

在標(biāo)清16：9轉(zhuǎn)換為高清16：9的過(guò)程中，應(yīng)加入AFD信息，也就是有效格式描述符（Active Format Description），用來(lái)描述一個(gè)視頻編碼幀中的活動(dòng)圖像區(qū)域。

SMPTE-2016-1和中國(guó)廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)GY/T 283-2014都建議新制作的節(jié)目（直播信號(hào)和文件）都要攜帶AFD信息，以滿足節(jié)目用于高標(biāo)清同播上變換時(shí)自動(dòng)進(jìn)行正確幅型變換的需要。就以上轉(zhuǎn)換過(guò)程而言，應(yīng)當(dāng)在標(biāo)清16：9到高清16：9的轉(zhuǎn)換過(guò)程中加入的AFD編碼為1010。

參考資料

［1］Widescreen with SD video.http∶//www.sandelinmedia.com/widescreen/index.html

［2］廣播電影電視行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)-GY/T 283-2014：《高標(biāo)清混合制播圖像幅型比變換規(guī)范》

［3］Standard Definition Broadcast in 16x9：https∶//www.dslreports.com/r0/download/2184670～541c7b49ace772ab2c60c839d51e4075/combined_16x9sd_v3.pdf

［4］What is an anamorphic lens.http∶//www.projectorcentral.com/anamorphic_lenses.htm

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2096-0751（2017）10-0017-05

苗 平 長(zhǎng)春廣播電視臺(tái) 高級(jí)工程師李 杉 長(zhǎng)春廣播電視臺(tái) 高級(jí)工程師

審稿人：杜中 內(nèi)蒙古廣播電視臺(tái) 正高級(jí)工程師

王學(xué)敏