摘要
利用数字媒体技术，不仅可以降低制作和传输中的信号损耗，还能提高影视节目的质量、品质。本文所探讨的HD（高清晰度）标准，就是数字化技术在电视领域应用的一个范例。
关键词
HD HDTV SD
进入了新的千年，单向、被动接收、简单的广播模式已经不能满足人们在宽带网络时代对于信息的多样化、交互性和高质量的要求。因此，就需要提供全新的数字化、高清晰、宽屏幕的节目制作手段，来适应人们对于数字广播、电子电影的新需要。
而数字媒体技术的出现，为实现这一需求带来可能。利用数字媒体技术，不仅使我们的影视节目制作和传输实现极低的信号损耗，还使得我们的影视节目质量达到一个新的指标—数倍于前的解像度和音响的品质，HD（高清晰度）标准就是数字化技术在电视领域应用的一个范例。
尽管高清数字电视技术概念的提出只不过短短数年，但是它以惊人的速度成长并从实验室中走了出来，目前已有大量商品化的HD产品和应用。至今，最大的HD市场仍只属欧洲和北美地区的发达国家，HD设备高昂的价格成为其广泛普及不可逾越的障碍。但我们也应该看到，HD对SD（标准清晰度）的更迭是大势所趋。在不久的将来，随着HD技术和标准的完善和更多厂商加入竞争，HD产品的普及和完全化的HD节目的制作和播出即将到来。就是现在，HD离我们也不再是遥不可及，国内一些经济实力较强的地方电视台如北京、上海和深圳等地的电视台已部份购入了HD的节目制作设备。因此，及早对HD的技术和设备进行研究是有其必要性的。
索尼作为电视制作设备的领导厂商，其推出的产品在HD技术方面有一定的代表性。现将通过介绍索尼 XPRI 6.0后期非线性编辑系统，对HD技术的普遍原理以及HD节目的制作、信号的处理和转换的一般规律作一探讨。
通常对信号质量的评价是用码率来说明的，码率是在单位时间内系统所能达到的最大数据量。例如，我国现行采用的彩色电视PAL制式（主要是对应现有电视的分辨率量级，图像质量为演播室水平），其水平清晰度为625线，而场隔行扫描，场频为50Hz（625/50i）。在转换为SD数字电视信号时，水平清晰度转换为576条扫描线，两场隔行扫描，场频同样为50Hz（576/50i）。在ITU-R601数字电视标准中，采用10比特量化时，SD数字电视信号的码率是270Mbps（亮度信号码率+色差信号码率 =亮度信号的取样频率×量化比特数 +2个色差信号的取样频率×量化比特数=13.5（MHz）×10（Bit）+2×6.75（MHz）×10（Bit）），其有效码率为165.888Mbps。而数字HDTV（High Definition Television）的图像质量可达到或接近35mm宽银幕电影的水平。广电总局于2000年8月发布了高清晰度电视节目制作及交换用视频参数标准，标准规定每行有1920个图像样值、每帧扫描行数为1125行、有效扫描行数为1080行、画面宽高比为16:9、垂直扫描频率为隔行50场，逐行24帧、亮度取样频率为74.25MHz，色度取样频率为37.125 MHz、亮度带宽为30MHz，色度带宽为15MHz等。1080/50i（有效扫描行数为1080行，场频为50Hz，采用隔行扫描方式）被确定为中国的高清晰度电视信号源标准，1080/50i已经成为中国广播电视的行业标准。根据SMPTE 274M数字电视标准中，采用10比特量化时，HD数字电视信号的码率是1485Mbps（亮度信号的取样频率×量化比特数+2个色差信号的取样频率×量化比特数= 74.25（MHz）×10 （Bit）+2×37.125（MHz）×10（Bit）），其有效码率为829.44Mbps。因此，HDTV的绝对码率是旧的PAL制SDTV的5.5倍，有效码率是SDTV的5倍。通过有效码率的提高，在场频不变的前提下，可为电视画面带来更高的分辨率（高清有200万像素，标清只有40万像素）。在前期制作时，使用HD摄像器材拍摄的画面素材，其画面细节的丰富度和色彩还原能力比用标清器材大为提高。随着广播电视有线网络和电视网络宽带化，为高清电视的广泛实现提供了现实条件，在不久的明天，HDTV将走入寻常的百姓家庭。
由此，我们可以想像，进行高清数字素材的非线性编辑处理，其运算和存储能力必须有相应的提高。
下面，让我们看一下索尼 XPRI Version 6.0高清非编系统的硬件构成。该系统的硬件构成完全就是一台高性能的图形工作站，再加上丰富的电视专用转换接口，通过上下变换，完成高清信号和标清信号之间的转换。该系统拥有3.06GHz的双CPU，P4 Xeon蕊片和1GB DDR 266内存，具有强大的浮点运算能力和高可靠性；其Ultra320的SCSI磁盘阵列卡，使硬盘存储系统可通过Raid 0硬盘阵列扩展成多硬盘卷集，以满足存储大量素材的需要。如果索尼 XPRI 6.0配备10个73GB SCSI U320（10，000转/分）硬盘，可存储3小时HD压缩格式的视频信号、24小时（16×73GB）HDCAM图像信号、9小时SD非压缩方式的PAL、NTSC制式的视频信号、32小时（8×73GB）50Mbps MPEG压缩图像信号。
主板集成的1000M网卡，使本机可与其他图形工作站或存储服务器充当的素材库连接，以分布式运算的方法完成更为复杂和大量的高清数字编辑任务。
另外，XPRI通过扩充DMW-RT02（多格式系统）实时视频处理板，提供HDCAM实时的效果和为非压缩高清信号、非压缩的SD、MPEG IMX压缩提供高速渲染，并可以对三层视频信号进行实时渲染，支持SD/MPEG IMX信号3D实时效果；DMW-RT01板（为SD系统）支持非压缩SD、MPEG IMX 压缩；并且增加了80种实时模板效果，实时模板的设置的目的是在硬盘里处理HD、SD信号。
基于硬件的加速能力，令从事高清晰度电视及商业化后期产品制作的专业人士，即使是在处理高清晰度媒体时，也不必再把时间浪费在视频渲染上，他们可以更快地完成节目的制作，并把时间更多地投在挖掘系统的潜能，完成更具创新性挑战的工作上。
索尼 XPRI作为灵活而强大的非线性节目制作系统，主要面向高档的节目制作公司和大型的电视台用户，在应用软件的设计方面，不但支持非压缩的标清和压缩的50Mbps MPEG IMX码流信号，也可支持非压缩的和压缩的HDCAM格式高清信号，可以实现多种标清/高清格式的节目制作，包括1080/50i、59.94i和1080/24P（是一种专门用于后期制作的高清晰度电视格式，它采用的24帧逐行扫描方式与每秒24幅画面的电影胶片具有每帧电视图像与每幅画面一一对应的关系，因此在进行胶片与磁带的相互转换时不会产生因帧频变换而带来的图像质量损失。1080/24P是电影与电视结合的最佳桥梁，特别是采用胶片作为前期拍摄的节目制作公司接受为后期制作的标准，正在成为国际间高清晰度电视节目的交换标准），480i和575i。由此可见，XPRI可支持多种格式的电视信号，并且能支持标清与高清信号之间的转换，通过上下变换器既可将高清信号下变换成标清信号，也可以将标清信号上变换成高清信号，从而实现从标清到高清的平稳过渡。
XPRI以Windows 2000专业版为操作平台，配备了多种简便而实用的专用控制面板，利用业界通用的GUI操作介面，支持Avid shortcut方式，支持多种第三方插件、EDL（编辑决策表）和图像文件格式，支持多种压缩和非压缩的SD/HD格式节目制作、各种非压缩的HD信号、各种HDCAM格式压缩的HD信号、非压缩的SDTV信号，包括576/50i和480/60i、MPEG 4:2:2P@ML，I帧，50Mbps的MPEG比特流信号，完成纷繁复杂的、高品质的图像处理、色彩校正、多种创意独特的二维、三维特效，同时利用特殊SDTI接口，实现高速素材上载功能，并且具有网络连接和DTF数据流磁带备份能力。
另外，XPRI 6.0应用软件较其他同类应用软件具备的独特功能：
● 增强时间码显示选择：时间码可以以需要的大小和位置在显示器上显示出来，以方便操作者对画面进行精确编辑，特别是更方便旁观者对画面各参数的了解（长度、出入点位置等）。
● 对画面素材的管理方面，有两点改进：1. 素材采集到系统后，可以根据需要便利地设置和改变每组素材画面的特征帧，素材索引的建立更有科学性，使编辑人员能快速查找所需要的素材画面。2. 在一个素材片段里，还可在片段中设置多个段落标记，方便编辑人员快速找到和调用所需的画面段落。
● 能实现动态蒙板功能，比如马赛克跟踪（马赛克随锁定内容的运动而运动）、轨迹跟踪等，这种智能化的特技效果可大大减轻编辑人员的劳动量。
● 可对慢镜进行拖尾的效果设置，通常这种特技效果只有特技台才能做到。
● 保存成片时，不必同时保存素材和成片，可以只保留成片的图标及出入点等索引信息，通过abridge删除命令，删除成片的画面内容，从而节省空间。将来如果需要对成片进行修改，根据这些信息，在录像机中放入素材版磁带，就可对素材自动重新采集，恢复原来的成片。
● 有多轨视频、音频时间线，并对3轨以内的视频时间线素材进行实时渲染。
● 利用各种外部设备方便用户对不同的参数进行快速、直接的调整。
在处理视频信号时：可通过参数调整面板直接对视频信号进行各种颜色的参数进行微调，从而提高工作效率。
在处理音频信号时：可通过外挂音频调整面板，直接对音频信号的均衡、高频、低频等指标进行调整，使音频信号更加完美，更能满足使用者的要求。
与录像机的连接：在输入、输出视频信号时，通过RS 422接口能自动识别所有索尼系列录像机的型号，并实现对录像机的精确到帧的控制，使对录像机的操作更方便、更快捷。
由以上的介绍可见，索尼 XPRI Version 6.0高清非线性编辑系统确有其过人的特色。该系统可以将视频信号、音频信号、图像信号、电影格式信号和CG信号输入制作成Web、DVD、Broadcast、Movie和Game。此外，该系统也有其不尽人意的地方。首先英文界面成为其在中国普及的一种障碍，其昂贵的价格，在目前情况下并非所有用户都能承受。
此外，在利用HDCAM拍摄素材时，由于HD的宽高比是16:9，而SD的宽高比是4:3，所以用高清高端设备与低端设备间的图像变换通常有3种模式；切边模式（左右两边一部分的信息被去掉）；信箱模式（上下会的部分会出现黑边）；压缩模式（可能会使图形变形，但整个的信息都出现在屏幕中）。不同的电视台会采用不同的下变换模式。假如在使用高清摄像机拍摄后，用标清设备对素材进行后期制作时，必须在拍摄时对HD摄像机寻像器加标识框对来取景，否则取景的效果会不尽人意。
目前来说，高清的设备还是相对比较昂贵，为解决高清和标清不同的节目源带来的问题，索尼 XPRI 6.0后期非线性编辑系统采取通过一个矩阵系统配合上变换器来完成信号分配和共享功能，索尼的多比码流矩阵可以输入和输出任何比特率的数字视频信号。高清素材可以通过上下变换，用来做离线编辑，生成编辑决策表，再返回高清系统做联机编辑，制作出来的节目可以是应用于高清播出；或者下变换成为常规的标清应用。因此，目前使用标清（高清）高端设备，应用于现有的标准清晰度环境进行标清节目制作，将来要进行高清播出时，把设备升级来进行高清节目制作，这样可以延长设备的使用期，减少设备的投资。
索尼 XPRI能将动画、特技、甚至音频等其他编辑系统无缝集成，提供理想的工作环境，构成完整的工作流程（系统连接图如图1）。
综上所述，索尼推出的索尼 XPRI Version 6.0高清非线性编辑系统，为高清制作，标清播出的客户提供向高清过渡的解决方案。
HDTV是各大国、组织和厂商相研制及发展的重点领域，在这新的市场面前，各大厂商和组织竞相发表了自己研制的技术标准，出于本身利益或条件的制约，各国采用的数字高清标准也不尽相同。与高清有关的技术标准有两个，一个是节目源即信号源的标准，另一个是数字电视的传输标准。信号源标准也叫演播室信号源标准或基带信号标准，主要与节目制作和终端图像显示有关；而传输标准则主要与播出、机顶盒等发送和接收设备有关。索尼 XPRI Version 6.0高清非线性编辑系统的各项技术指标也正切合了我国的HDTV标准。通过对高清的部份技术和对该系统的简单介绍，相信对高清技术的研究有一定的借鉴意义。
