1、演播室摄像机系统及其调整演播室摄像机系统及其调整演播室摄像机系统及其调整一堂堂-L本文作者赵贵华先生,中央电规台技术制作中心助理工程师;陈默先生,副主任高级工程师2000年1月4臼收到.一引言一般,演播室视频系统由摄像机,切换特技,录像机和同步,检测,信号分配等设备构成.而摄像机作为电视节目链路第一个环节中的重要设备,其技术性能直接关系到整个演播室系统的技术指标和录制的电视节目质量.为此,摄像机生产厂家开发了许多新技术,使目前演播室摄像机达到了很高的技术指标.高灵敏度,信噪比和分辨率使图像更加清晰;数字信号处理使彩色更加逼真,灰度层次更加丰富:已经普遍使用的CCD器件使图像的几何畸变小到几乎可
2、肚忽略;数字技术的采用使摄像机工作性能稳定,调节操作方便等然而,定期(和在节目录制前)对摄像机进行维护调整,对摄像机系统的正常运行和提高广播电视节目质量仍然具有十分重要的意义.本文以中央电视台1000m数字演播室为例,介绍演播室摄像机系统的构成和必要的维护调整方法,供大家参考.二演播室摄像机系统中央电视台1000数字演播室选用的是池上HK一388W数字摄像机,其中座机2台,便携式摄像机8台,另保留HL-43吊顶摄像机一台就演播室摄像机而20世界r樯电祝第十四卷阜二期言,其本身的连接并不复杂;围为1000/YI演播室系统构成方框图.由于该演播室和新建的一号演播厅共用一套视频设备,在两个演播厅交替
3、使用时为方便信号调配,在摄像机三同轴电缆传输系统中特设一个跳线板.吊顶俯拍摄像机是模拟的,其输出信号需经MD转换后才能进人视频切换台和矩阵系统.摄像机的寻像器返送视频信号是供摄像师监看的.一路按惯例来自演播室主节目输出;另一路由矩阵选切,用于叠化或色键处理,使摄像师能够看到与之配台的另一台摄像机的图像等.摄像机基站还连接演播室内部通话和系统同步输人.对于演播室摄像机系统,摄像机头与基站之间的传输很重要.在模拟摄像机中,一般采用基带信号调制传输,通过三同轴电缆其传送距离可达1000/YI以上.此外还可采用频分复用方式通过同轴电缆传输,最长距离也可达1000/YI左右.对于数字摄像机系统,除以上两
4、种方式(将信号先转换成模拟的)外,还可采用数字三同轴电缆和光缆传输使用数字三同轴电缆传输时,由于数字信号占用的频带远大于模拟信号,难咀在三同轴电缆上直接传输,一般先将Y,RY.BY码流打成数据包,然后使之与其它控制数据等信号一起,咀时分复用方式通过三同轴电缆传输.不过,其传输距离受到限制,一般只有200-.-400m.光缆传输系统因具有宽带和抗干扰性强等优点而在转播车上使用较多,其传输距离可达2000/YI.考虑到1000m演播室和一号演播厅主要用于制作综艺节目,缆线难免被踩踏,而光缆被折断后难以修复,再加上光缆系统价格较高,因此,数字摄像机头与基站之间仍选用模拟三同轴电缆传输.技术监测和调整
5、是演播室摄像机系统技术工作的重要组成部分,须定期或随时监测,调整摄像机工作状态,以保证视频图像的高质量;在演播室里一般设有三套监测系统:(1)监测系统一由连接于摄像机基站的操作控制盘(ocP)和波形监视器构成,安装于导演控制台技术区.操作控制盘用于摄像机的基本调整和节目录制中的光圈调节.为优化设备配置和便于坡形比较,要求波形监视器能同时显示l一000年二月数字电视的佳讯安达斯NDS电视广播技术及有关产品已正式纳入TandbergTelevision旗下.融合两大公司的科技NDeEiOn鼯号I场1座I楼蹭:f852)26219151演播室摄像机系统及其调整多个波形(一般为4个),否则应配备多波形
6、发生器.图像监视选择一般由切换台辅助母线或视频矩阵提供.(2)监视系统二主要用于对摄像机基站输出信号的直接监看基站的PMI,WFMI和WFMREMV1分别输出图像,波形和控制信号到摄像机信号切换器(LSW).由辅助控制面板(CSP)来控制LSM选择某一台摄像机的信号至示渡器和图像监视器.为了更好地分辨细节而不受色度信号的干扰,图像监视器应选用精密的黑白监视器.同时,摄像机切换器另输出一路图像和波形信号给导演控制台的视频工程师(VE)监视.此外,摄像机切换器还输出控制信号到视频工程师的渡形监视器控制口,当OCP选择R,G,B信号监视时可并排显示在该示嫂器上,从而可对分量信号进行分析和22世界广播
7、电税第十四卷第二期比较.(3)监控系统三用于演播室摄像机系统的全面维护和调整基站的PM2,WFM2和MCPICCP口分别连接摄像机选择控制单元(CSU),由主控制盘(MCP)发出选择和控制指令,所选信号接至示渡器和图像监视器,控制指令则通过CSU传送到各摄像机基站.在MCP上可以调整所有摄像机的状态.由于监视系统二三通常设在立柜机房,为提高设备使用率,这两个系统可以共用监视器和示渡器,使用其A,B路输人端.三摄像机的调整为使演播室摄像机处于最佳工作状态,必须经常对其进行调整.黑电平过低,色还原差,画面失去灰度层次等都是摄像机调整欠佳的常见毛病.下面介绍及调整方法1.摄像机的调整项目a.黑.白平
8、衡校正(BB.WB)黑,白平衡校正的目的,是为了保持摄像机的红,绿,蓝信号通路在分别传输黑,白电平信号时的一致性此为避免彩色失真的最基本的调整.b.杂散光校正(FLARE)尽管摄像机镜头组中各镜片都镀了增透膜,但仍有少量的反射光.光线通过镜头时,多次反射使图像黑色部分的亮度提高,从而降低了图像的黑白对比度,使图像看上去如同蒙上了一层雾.当光圈或外部光强增大时,对图像的黑色部分影响更大.光的反射率与波长有关,波长较长的红光反射率最大,因此_p一.簟k1999年松下电器公司开始向全世界销售小型盒式多功能系列产品及相配套的板卡根据不同的用途要求选择相强大的功能可用于电视台的演播室体育转播会议会船格C
9、CDR寸水平清晰席最lE麈Agv”一E800233C)85C线50dB司松下电器广播电视系统经菅机构-京京市址一土1IT2羞0:11.0:l0】551c02l!-L29iTir:钔搓B.Ic0:l0236672I-0.0:56jE4后务目结?:京电=l00s4一j.o1cd一?上真l00J27266.?f屯c!0;4:,9真Z201066T4:9?日话35B9I5:1.I1自6演播室摄像机系统及其调整杂散光会使图像的黑色部分偏红,破坏了黑色平衡此外,在CCD内各层之间也有很小的反射率,这也会产生杂散光.杂散光校正的基本方法是对图像亮度信号的平均电平产生负反馈,调节反馈量,使之恰好抑制杂散光所引
10、起的黑电平变化.c.轮廓校正(DTL)对于CCD摄像机,由于CCD的感光单元面积较大,光学信息的传送是抽样方式进行的,这将导致于L阑效应,使高频信号的幅度减小,但没有相位失真轮廓校正电路就是对水平和垂直孔阑失真进行校正,分为瘦身轮廓校正(SLIMDTL),对角线轮廓校正(DI-AGONALDTL),肤色轮廓校正(SKINDTL)和软轮廓校正(SOFTDTL).d.彩色校正(MATRIX)摄像机分光棱镜的实际分光特性与理想差别较大,为使摄像机的输出信号具有较理想的光谱特性,使用彩色校正电路,电子方式模拟其差别,弥补分光棱镜的不足.摄像机内可队存储数种彩色校正矩阵系数队供选用,操作简单,校正精确=
11、在演播室里使用多台摄像机时,常采用线性矩阵以解决各摄像机之间的彩色平衡问题.e.黑电平(PED)在光圈关闭或拍摄图像的光反射率小于3%时,摄像机输出为黑电平.在消隐电平为零时,摄像机的黑色电平应为1435mV,即为标准幅值信号电平700mV的25%实际上消隐电平不一定是零电平,这时也称黑色电平与消隐电平之差为黑电平(PED).在摄箱机的MCP或OCP上有主黑底电平M.PED调节旋钮,其为总黑电平控制电压.用同时调节R,G,B三路的黑电平它由自动控制电路给出,可手动和自动调节其电平,调节时不影响黑平衡.f.Y校正(GAMMA)24世界广播电税第十四卷第二期在CCD摄像机中,Y校正电路用队对电视接
12、收机显像管的电压,特性的非线性进行反向预校正CCD摄像器件的光电变换时1.而显像管的电一光变换时22.要使显像管的亮度随拍摄罱物的亮度线性变化,在丫校正电路中丁应取前二者相乘的倒数,即045.实际上丁值的大小可以手动调节,咀获得最佳的校正效果.g.白压缩(KNEE)目前数字摄像机的光信号输入动态范围能达YU600%为保证图像高亮度部分的变化能够重现,通常在AID变换前对图像高亮度部分进行预拐处理,将图像信号压缩至200%(有的直接对600%的信号进行12b量化).在数字处理过程中,由于摄像机最终输出电平中高于110%的部分将被切割,为此采用白压缩将信号压缩在1lO%队内(如图2),压缩程度可咀
13、手动或自动设定.因白压缩以后拐点上的灰度层次不太鲜明,在入射光不很强时应将拐点位置提高,扩大正常亮度传输特性的线性范围.h.黑扩展(BLKSTRETCH)和黑压缩(BLKPRESS)摄像机在拍摄高反差图像时,若光圈大小适合于明亮部分,暗部分的图像层次就很难重现,此时若提高摄像机的黑电平,虽能使暗处的灰度层次重现,但同时又使灰色部分甚至白色部分的亮度提高,从而影响图像的正常对比度,甚至会出现亮度白切割.黑扩展只提高低亮度处的电平,使暗部图像层次重现,而对亮处图像信号电平甚至色度信号没有影响.若拍摄的场景中背景朦胧,对比度低,前景亮度正常,要提高对比度,可采用黑压缩,使暗处的灰度层次压缩,亮度降低
14、,而不影响亮处信号电平i.黑斑BLKSHADE)和白斑(wHITESHADE)校正在无光进入镜头时,CCD本应无输出,但由于分子的热运动,使CCD会产生很少的电荷,且在整个像面上所产生的电荷量不一致,从而引起黑色不均匀.为使无光照射时黑色信号变平,并消除暗电流信号,黑斑校正电路产生一个幅度与黑斑信号相同,但极性相反的行或场锯齿或抛物嫂,井叠加在图像信号上,队抵消黑斑信号(如图,).黑色设定(BLKSET)可队调节该黑校正信号电平由于镜头的透光率在整个像面上不均匀和分光棱镜存在色渐变现象,当拍摄均匀的白色画面时,因荧光屏上重现的白色不均匀而产生白斑效应如黑斑校正电路那样白斑校正电路也产生一个适当
15、的反向抛物或锯齿渡并叠加在图像信号上级,使白色电平变得均匀:演播室摄像机系统及其调整砰Z.Z珏Illl露旰lillllJI翻llllllJIf圈Jlll抖卅一iii【lllflll瞳llllllllIIJIIIII拦寺I142.演播室摄像机的日常调整在外出采录ENG摄像机的使用中,常常仅对摄像机进行自动黑(ABB),白平衡(AWB)调整.而对于演播室摄像机要使所摄图像达到高质量,还需要作上述部分项目的调节.下面谈谈对演播室摄像机的调整在调整过程中需要准备一些工具:两个照射灯,一块照度表,一块色温表灰度卡和外部设置卡(如围).调整时主要通过监视系统三,四来监视信号的图像和渡形.外部设置卡是厂家根
16、据其摄像机的有关性能而提供的灰度测试卡是日常调整和维护中最常用的,主要用于对摄像机的Y特性,黑伯平衡,杂散光,灵敏度,自动电子束进行调整或校正,并可用于观察拐点位置.灰度测试卡的背景呈均匀灰色-可用于检验5O%信号电平处的彩色平衡和底色的均匀度.灰度卡上有两条反射率比为40:1灰度层次相反排列的灰度条.灰度条可用于Y校正特性和通道的传输特性.灰度条中央的白窗口(反射率大于085)可用来测试摄像机的灵敏度.黑,自窗口用来检验黑,白电平和杂散光校正.在标准测试条件下拍摄灰度卡在示渡器上可观察到相互交叉的阶梯波形.理想状志下,彩色摄像机的输出信号中红,绿,蓝通道应该对景物亮度产生线性响应,在示波器上
17、观察阶梯波形交叉位置(即测试卡灰底色)应在50%电平处.Y校正调整欠佳等原因籽影响系统线性.比如Y小于标准值.交叉位置高于50%电平.若红绿,蓝通道线性响应不一致,灰度阶电平水平线将变粗.演播室摄像机的定期维护调整包括:黑斑校正,黑电平设置,白斑校正,RGB增益,杂散光,和白切割电平等.进行黑斑和自斑调整时,主要拍摄外部设置卡时在波形监视器上显示的波形顶部和底部平坦为准.在对杂散光Y和白切割电平进行设置时,一般杂散光为7I2%,Y为5659%,白切割电平值为105110%.在日常使用中.在节目制作前只需根据已存储的基本数据对演播室摄像机进行自动设置.为此必须保证基本数据文件的准确性:摄像机的日
18、常自动设置有两种:全自动设置和电平设置.全自动设置(FULL)指摄像机自动地按基本文件数据对所有能自动设置的项目进行调整,包括黑设定,主黑电平,增益,Y,杂散光,白切割,拐点,白斑和黑斑补偿.这种设置只能在MCP上进行.电平设置(LEVEL)用于对摄像机的常规设置,它与全自动设置的区别在于没有黑斑和白斑补偿,而且其在MCP和OCP上都可以进行.在演播室调试时,对于无内卡的摄像机,有时来不及使用外卡,可以采用快速设置(QUICK)来代替电平设置,这二者的操作方法和调整项目完全相同,只是快速设置时不需要将GGAIN通过光罔调到100%罢了.在完成垒自动设置或电平设置(包括快速设置)后,还要进行自动
19、黑平衡(ABB)和自动白平衡(AWB).在进行AWB时,被摄白色物体至少应占整个画面的10%,调节光罔使自信号电平为7O瑚O%,而且画面中不能有比自信号电平幅度更高的光源存在,否则不能正常调整AWB.以上介绍了演播室摄像机系统及其使用调整.其实在节目制作过程中,还要根据节目的特点和实际需要对摄像机进行辅助调节.如在拍摄细密物体时为使边缘更清晰,在MCP上可打开频率增强轮廓,并设高频率;在光线较强时采取手动设置拐点.降低拐点位置(POINT).使重现图像在高亮处仍能显示出灰度层次;在拍摄施放烟雾的歌舞节目时降低主黑电平等:只有这样,才能使摄像机工作在最佳状态,从而使拍摄的罔像更加完美.唧._.一
20、.一上接第14页.一个网络在广域的互操作性,因此要求开发准确并有效的标准.大多数非压缩数字电视标准是为独立的演播室环境而开发的,必须将其加以修订咀支持长途传输网络SMPTE目前正在修订这些标准,融合了设计传输网络时提出的,尤其是在抖动管理和密集渡分复用支持等方面的思想Febman,2000在效能方面,要求全球馈送网包含应用所需的所有特性.主要特性包括多通道数字和模拟音频嵌入,站点之间控制信号的低速数据传输,允许交流意见的内部通信连接诊断问题位置的错误处理机制.不是每一位用户都会要求全部特性,但必须为需要的用户设计支持所有这些特性的网络.五结论本文着重提出一些咀全球馈送网为棱心的应用,问题和准则.本文的下一部分将探讨通过地面光纤网传输非压缩视频的必然趋势及其新技术.唧tnternatioalBroadcasttnforracaionV.et4No225
