切換臺基礎(chǔ)講解.ppt

切換臺講解 一 視頻切換臺的基本概念二 視頻切換臺的基本構(gòu)成三 視頻切換原理四 視頻切換臺的功能特性五 AV HS5200 一 視頻切換臺的基本概念 一 視頻切換臺定義視頻切換臺能以某種方式從兩種或更多種節(jié)目源中選出一路或多路信號送出 實現(xiàn)節(jié)目多樣化 是一種可達到一定藝術(shù)效果的電視節(jié)目制作設(shè)備 該系統(tǒng)設(shè)備應(yīng)用于電視信號播出或節(jié)目后期制作 在電視中心 需要從多路節(jié)目源選出所需的信號進行播出 在后期節(jié)目制作中 為加強藝術(shù)效果 也需要從不同的節(jié)目源中選擇一路或多路實施組合輸出 要完成這些功能 必須使用視頻切換臺 視頻切換臺同時還用于技術(shù)人員調(diào)整和監(jiān)測電視中心設(shè)備 由于視頻切換臺能選擇輸出各路信號 技術(shù)人員可以隨時監(jiān)測并調(diào)整任一路或整個視頻通道中某些關(guān)鍵部位的信號質(zhì)量 發(fā)生故障時 便于探明故障所在部位 以便及時排除 二 視頻切換臺的分類視頻切換臺的切換方式可分為兩種 快切和特技切換 從多路輸入信號中交替選擇一路輸出 在電視屏幕上表現(xiàn)為一個畫面迅速變換成另一個畫面 這種切換方式通常稱為快切 又稱為硬切換 這是使用較多的一種方式 特技切換是從多路輸入視頻信號中輸出以某種特定方式混合或互相取代的組合信號 這種方式在后期制作中經(jīng)常應(yīng)用 從視頻切換臺的使用范圍來分類 又可分為播出用的切換臺和節(jié)目制作用的切換臺兩大類 對于播出用的切換臺 主要應(yīng)保證工作穩(wěn)定可靠 操作簡便 有應(yīng)急措施 對于節(jié)目制作用的切換臺 主要應(yīng)滿足特技效果花樣多 設(shè)備功能全等 三 對輸入切換臺的信號要求 對輸入模擬視頻切換臺的信號要求 三統(tǒng)一 即時間統(tǒng)一 相位統(tǒng)一和幅度統(tǒng)一 時間統(tǒng)一就是要求參加節(jié)目制作的各圖像信號源及加工過程中各圖像之間是完全 同步 的 具體來說是指行 場信號的頻率和相位要一致 對于兩個彩色信號的切換還應(yīng)保證它們的色同步嚴格同相 也即是相位統(tǒng)一 幅度統(tǒng)一指信號源的信號幅度應(yīng)該一致 根據(jù)國標規(guī)定 視頻信號幅度的最大值是1VPP 同步頂為 0 3V 白電平為0 7V 對于數(shù)字視頻切換臺來說 由于它對輸入信號的處理方式與模擬切換臺不同 對輸入信號的要求也不相同 目前的數(shù)字視頻信號幾乎采用分量信號 因此輸入數(shù)字視頻切換臺的數(shù)字信號不要求相位統(tǒng)一 另外 數(shù)字系統(tǒng)的數(shù)字再生能力很強 數(shù)字視頻切換臺也如此 所以對輸入信號的幅度要求也不高 輸入信號的幅度只要滿足數(shù)字切換臺要求的最低輸入幅度即可 在數(shù)字切換臺中 對輸入信號之間的時間差要求也有區(qū)別 具體要求由視頻切換臺的性能決定 一般來說 數(shù)字切換臺都有自動輸入定時補償功能 自動定時時間從十幾微秒到一行不等 因此 數(shù)字切換臺的輸入信號之間的時間差只要在自動定時時間范圍內(nèi)即可 四 對切換臺的技術(shù)要求 對模擬切換臺的技術(shù)要求主要是 具有足夠的視頻帶寬 對于PAL制而言 應(yīng)滿足6MHz帶寬 各信道間的串擾應(yīng)盡量小 非線性失真小 微分增益失真DG 0 5 微分相位失真DP 0 2 亮度色度增益差不超過 1 亮度色度時延差 10ns 介入增益為1 切換穩(wěn)定可靠 二 視頻切換臺的基本構(gòu)成 視頻切換臺主要由輸入切換矩陣 混合 效果放大器 特技效果發(fā)生器 下游鍵處理與混合器 同步信號發(fā)生器及控制電路等幾部分組成 下圖為最基本的視頻切換臺原理框圖 圖中由橫線和豎線組成的陣列通常稱為輸入切換矩陣 其中豎線表示輸入信號通路 橫線表示輸出信號通路 常稱為母線 豎線和橫線的交叉點代表視頻信號的通斷開關(guān) 稱為視頻交叉點 當某一視頻交叉點導(dǎo)通時 連到該交叉點的輸入信號就可以通過與該交叉點相連的母線輸出 送到混合 效果放大器 混合 效果放大器受不同信號控制可工作于混合或劃像或鍵控狀態(tài) 實現(xiàn)這三類特技切換 輸出的信號經(jīng)過選擇開關(guān) 節(jié)目 預(yù)監(jiān)混合電路后 進入下游鍵部分 完成字幕或其它畫面的疊加 最后輸出的信號便可用作錄制品或直接播出 三 視頻切換原理 一 快切快切 cut或take 是指從某一路電視信號源瞬間切換到另一路電視信號源的過程 在電視屏幕上表現(xiàn)為一個畫面迅速轉(zhuǎn)換到另一個畫面 它是電視節(jié)目制作中使用最多的切換方式 它是通過視頻開關(guān)實現(xiàn)的 為保證快切的播出質(zhì)量 避免畫面跳動 撕裂或出現(xiàn)切換雜波干擾 必須使切換在場消隱期間進行 也即是使視頻交叉點在場消隱期間發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換 因此 控制視頻開關(guān)的控制電壓包含兩種信號 一種是操作面板上送來的按鍵信號 另一種是場控脈沖 只有這兩個信號同時作用在視頻開關(guān)上 視頻開關(guān)才會出現(xiàn)狀態(tài)轉(zhuǎn)換 1 視頻開關(guān)的特點視頻開關(guān)是一種直流控制的電子開關(guān) 但又有別于普通的電子開關(guān) 其特點有以下幾點 1 開關(guān)特性好 導(dǎo)通時頻帶足夠?qū)?對于模擬視頻信號 要求開關(guān)的帶寬為6MHz 衰減小 線性好 能夠無畸變地傳送視頻信號 當斷開時 泄漏要小 2 輸入阻抗高 輸出阻抗低 3 輸出與輸入信號之間沒有直流電平的跳變 模擬視頻開關(guān)要求 4 開關(guān)速度快 視頻開關(guān)應(yīng)能夠以極為快速的速度進行切換 切換過渡過程以微秒級計算 由于串行方式的數(shù)字電視信號符號率很高 高達270Mbps 實際的數(shù)字切換臺中以比特并行方式為主 為了能正確切換 在進入視頻開關(guān)之前也需要對數(shù)字視頻信號進行相應(yīng)的處理 處理電路比模擬切換臺更復(fù)雜 下圖是SONY公司DVS2000的串行輸入信號處理電路的簡化框圖 2 切換控制電路 1 操作面板上送來的按鍵信號 產(chǎn)生一個直流電壓 2 場控脈沖 即是使視頻交叉點在場消隱期間發(fā)生狀態(tài)轉(zhuǎn)換的一種控制脈沖 二 混合混合 Mix 也稱為慢切換 是將兩路信號在幅度上進行分配組合 是以慢變的方式使電視屏幕上的一個畫面漸顯 另一個畫面則漸隱 可同時出現(xiàn)兩個畫面 轉(zhuǎn)換的速率可人為控制 也可以自動控制 如果停留在慢變過程之中的某一狀態(tài) 則可得到疊畫的藝術(shù)效果 可分為X切換和V切換 X切換 又名化入化出 即在慢轉(zhuǎn)換的過程中 一路視頻信號幅度由最大逐漸變小直至為零 與此同時 另一路視頻信號幅度則由零逐漸增至最大 在屏幕上表現(xiàn)為某一內(nèi)容的畫面由最強逐漸變?nèi)醵?同時另一內(nèi)容的畫面逐漸呈現(xiàn) 直至增強到取代前一畫面 V切換 又名淡入淡出 即在慢切換過程中 一路視頻信號幅度先由最大逐漸變小直至為零 然后另一路視頻信號才由零逐漸增至最大 在屏幕上表現(xiàn)為某一內(nèi)容的畫面由最強變淡直至消失 另一內(nèi)容的畫面才開始出現(xiàn)并逐漸增強 1 實現(xiàn)X切換的方法實現(xiàn)X切換 可用兩個可控增益放大器和一個相加器構(gòu)成 這種電路組合 通常稱為混合放大器 其方框圖下圖所示 該混合放大器的輸出表達式為 Uo KA UA KB UB KB 1 KA 0 KA 1 KA和KB的大小可通過移動拉桿電位器的拉桿來改變控制電壓Uk 使放大器A的增益由1減至零 同時使放大器B的增益由零增至1 或者兩者相反地變化 最后兩路信號混合輸出 2 V切換的實現(xiàn)方法在進行電視信號B取代電視信號A的V切換時 利用黑場信號使V切換轉(zhuǎn)換成進行兩次X切換 即先進行黑場信號取代電視信號A的第一次X切換 然后再進行電視信號B取代黑場信號的第二次X切換 三 劃像劃像 Wipe 又稱為掃換 電子拉幕或分畫面特技 它是使一個畫面先以一定的形狀 大小出現(xiàn)于另一個畫面的某一部分 接著按此形狀使其面積不斷擴大 最后完全取代另一畫面 也可以這樣說 劃像就是整個屏幕被A B兩個畫面所分割 分割的形狀由特技波形發(fā)生器提供的波形來決定 而且兩個分畫面的相對面積可通過拉桿電位器控制 1 實現(xiàn)劃像特技的基本原理為實現(xiàn)劃像特技 可以將視頻信號A和B分別通過兩個門控放大器后再相加 這兩個門控放大器所加的門控電壓又稱拉幕電壓 它們的波形相同 極性相反 頻率是行頻或場頻的整數(shù)倍 下圖示出了實現(xiàn)劃像特技的原理方框圖 四 鍵控特技鍵控 Key 又叫摳像 是在一幅圖像中沿一定的輪廓線摳去它的一部分而填入另一幅圖像的特技手段 在電視畫面上插入字幕 符號 或以某種較復(fù)雜的圖形 輪廓線來分割屏幕時 需要采用鍵控特技 鍵控特技實質(zhì)上也是一種分割圖像的特技 只是分割屏幕的分界線多為不規(guī)則形狀 例如文字 符號 復(fù)雜的圖形或某種自然景物等 摳 與 填 是鍵控技術(shù)實質(zhì)所在 正常情況下 被摳的圖像是背景圖像 填入的圖像為前景圖像 用來摳去背景圖像的電信號稱為鍵信號 形成這一鍵信號的信號源稱為鍵源 按照SMPTE制訂的推薦的實用標準RP157鍵信號 KeySignal 規(guī)定 鍵信號應(yīng)該被看作一個視頻信號 并且包含有與它所處理的視頻信號相同的所有信息 復(fù)合同步信號 復(fù)合消隱信號和色同步信號 黑電平表示全透明 白電平表示不透明 黑和白之間的值表示部分透明 電平級差與所處理的視頻信號的電平級差相同 鍵信號的色度分量應(yīng)該置0 歐洲廣播聯(lián)盟 EBU 也制訂了有關(guān)鍵信號的標準 根據(jù)EBUTechnicalStandardN16 1998 數(shù)字鍵信號 的標準 數(shù)字鍵信號的取樣頻率應(yīng)該與ITU R601標準中亮度信號的取樣頻率相同 且電平的量化級數(shù)也應(yīng)該與亮度信號一樣 8比特量化時在16 235級之間 其傳輸接口應(yīng)該像ITU RBT 656標準中的亮度信號一樣并行或串行傳輸 無用的色差信號置為消隱電平級 128級 8比特量化時 鍵信號根據(jù)鍵信號產(chǎn)生的方式不同 鍵控可以分為亮度鍵和色度鍵兩種 1 亮度鍵亮度鍵又稱為黑白鍵 它利用鍵源視頻信號中的亮度分量來產(chǎn)生鍵信號 按照鍵源視頻信號的來源不同 亮度鍵又分為內(nèi)鍵和外鍵兩種方式 內(nèi)鍵也叫自鍵 它是以參與鍵控特技的其中一路信號作為鍵信號來分割畫面的特技 也就是說鍵源與前景圖像是同一個圖像 內(nèi)鍵要求鍵源圖像每點的亮度必須比較均勻而且亮度對比度大 一般用于文字 符號或圖形的疊加 這是因為文字 符號是由基本上等亮度的筆劃組成的 符合內(nèi)鍵的要求 外鍵相對于內(nèi)鍵而言 外鍵的鍵信號由第三路鍵源圖像來提供 而不是參與鍵控特技的前景或背景圖像 從亮度鍵原理圖可見 C路視頻信號作為鍵源 則亮度鍵處理電路根據(jù)其亮度差別形成鍵信號 控制A B兩路信號的通斷 其結(jié)果是按圖像C的輪廓摳掉圖像A的一部分 并填入圖像B的對應(yīng)的圖像內(nèi)容 如下圖所示 2 色度鍵 1 基本原理色度鍵一般簡稱色鍵 它是直接利用鍵源三基色信號或利用鍵源視頻信號中的色度分量產(chǎn)生鍵信號的鍵控方式 3 線性鍵線性鍵技術(shù)通過調(diào)節(jié)鍵信號在上升下降時的斜率 使背景視頻信號和插入視頻信號出現(xiàn)一個寬窄可調(diào)的混合區(qū)域 從而不同程度地軟化背景圖像與前景圖像結(jié)合的邊緣 提高鍵控特技的藝術(shù)效果 4 其他鍵控特技陰影鍵和深度鍵 陰影鍵就是一種能給前景圖像任意添加陰影效果的鍵控技術(shù) 陰影鍵一般用于內(nèi)鍵或色鍵中 一種比較簡單的方法就是在前景圖像及鍵源進行處理后 產(chǎn)生出鍵信號及經(jīng)過鍵控處理的前景信號 接著用彩底或其它信號填充未被前景圖像占據(jù)的屏幕區(qū)域 然后調(diào)整由前景圖像生成的鍵信號 一般是對鍵信號的位置做適當?shù)恼{(diào)整后再與原鍵信號相加 這樣 摳出的前景圖像上除了圖像本身還有背景彩底 調(diào)節(jié)背景彩底的亮度 色度 就可得到各種不同的陰影效果 見下圖 深度鍵的鍵控圖像效果是使前景圖像可以以不同 深度 出現(xiàn)在背景圖像上 5 下游鍵下游鍵 DSK 處于視頻切換臺的最后一級 主要是利用鍵控技術(shù)進行圖形和字幕的疊加 一般不是對輸入的兩路視頻信號進行特技處理 下游鍵本身也是一個混合 效果放大器 只是控制門控放大器的門控電壓不與特技波形發(fā)生器相連接 因此不具備劃像功能 它主要的作用有以下幾點 1 利用混合特技換幕 在輸出圖像信號中淡入黑場 或彩場 信號 2 利用快切或混合特技在節(jié)目圖像和預(yù)監(jiān)圖像之間作快切或混合過渡 3 利用鍵控特技作圖形或字幕的疊加 如疊加臺標 時鐘 標題或解說詞等 五 其他一個完整的視頻切換臺除了具有上述的特技電路外 還包括復(fù)雜的系統(tǒng)控制和同步發(fā)生器等 1 系統(tǒng)控制系統(tǒng)控制用于對視頻切換臺的各部分功能電路進行控制操作 主要包括 1 控制視頻切換臺的主機和控制面板之間的通訊 2 具有記憶 存儲 單元的切換臺其系統(tǒng)控制單元又具有接受記憶 存儲 單元的指令和實行程序化自動操作的功能 3 為了遙控編輯方便 許多視頻切換臺都有與編輯機的接口 因此系統(tǒng)控制單元還能接受外部編輯機送來的遙控指令 實施遙控操作 2 同步信號發(fā)生器同步信號發(fā)生器在視頻切換臺中主要完成以下幾種功能 為黑場發(fā)生器 彩底發(fā)生器等提供基準信號 其中黑場和彩底信號可作為字幕 邊框著色或換幕等使用 受演播中心的同步機控制并與之同步鎖相 在沒有演播中心同步機的系統(tǒng)中 通過黑場發(fā)生器產(chǎn)生的黑場信號 為信號源的同步機 時基校正器等提供基準并與它們同步鎖相 有些視頻切換臺沒有同步信號發(fā)生器 需要外接同步機才能工作 在數(shù)字切換臺中 同樣需要模擬切換臺上的同步信號發(fā)生器 這是因為在數(shù)字系統(tǒng)中仍然使用的模擬同步信號作為時間基準 3 彩底信號發(fā)生器彩底信號發(fā)生器用于劃像特技時的邊框著色 在下游鍵中進行的換幕 另外 在利用外鍵特技將彩色字幕或圖形嵌入背景時彩底信號發(fā)生器可提供彩色背景 彩底信號發(fā)生器產(chǎn)生的彩色信號其色調(diào) 飽和度均可任意調(diào)整 4 提示 TALLY 電路提示 TALLY 電路是為節(jié)目制作 播出系統(tǒng)的完善性而設(shè)立的輔助電路 與視頻切換臺本身的特性無關(guān) 視頻切換臺有多路信號源 當操作人員按下輸入矩陣的按鍵 選擇出輸入信號時 該電路與之聯(lián)動 產(chǎn)生提示信號 一方面點亮信號源監(jiān)視器下的提示燈 提示操作人員參與制作的為哪幾幅圖像 另一方面通過提示系統(tǒng)點亮攝像機的提示燈 提示攝像師該路信號被選用 操作需細致 四 視頻切換臺的功能特性 一 實用的視頻切換臺舉例為了加強視頻切換臺的功能 往往使用多級M E放大器 增加處理畫面層次的能力 容易理解 每增加一級M E 就可增加處理一層畫面 例如三級M E加下游鍵可以處理五層畫面 下圖是傳統(tǒng)的視頻切換臺的簡化方框圖 傳統(tǒng)的M E視頻切換臺的每級M E均按照切 混 劃像 鍵等多功能設(shè)計 雖然具有一定的使用方便性 但并不能充分發(fā)揮它們的功能 實際使用時 經(jīng)常把某一級M E專做混合 劃像 其它兩級專做鍵控 這樣 一方面多功能M E的部分功能被浪費 另一方面幾級M E視頻切換臺還滿足不了日益增長的節(jié)目制作需要 為此 許多切換臺采用了專用的M E單元 一個M E單元能處理多層畫面 因此這種專用的M E單元又叫做多層畫面M E放大器 專用的M E單元是這樣構(gòu)成的 由前面所述的多級M E放大器組成 其中一級M E作混合 劃像使用 其它幾級作鍵控使用 這樣 一個專用的M E單元可以處理三到五層畫面 起到前面串接多級M E視頻切換臺的作用 見下圖 由于新型切換臺增加許多功能 與之對應(yīng)地有一些新提法 在以前的切換臺中提到處理一層畫面是指處理一層外輸入的視頻信號 不包括劃像控制信號 鍵控信號和邊界填充信號等等 現(xiàn)在 提到處理幾層畫面 一般將以上這些信號全包括在內(nèi) 如下圖 它是Abekas8100切換臺的一個專用的M E單元 若按以前的提法它只能處理3層畫面 即背景A 背景B和鍵填充信號 而按現(xiàn)在的提法 它能處理5層畫面 即除了背景A 背景B和鍵填充信號 還包括劃像信號和鍵控信號 ME雙節(jié)目輸出模式主 次PGM輸出操作PGM1 BKGDA B KEY1 2 3PGM2 BKGDA B orUTIL KEY1 2 4 二 視頻切換臺的功能特性視頻切換臺的功能主要是指它的節(jié)目制作能力 視頻切換臺的節(jié)目制作能力一般由以下幾個因素決定 1 輸入矩陣規(guī)模的大小包含兩方面含義 一是輸入信號源的路數(shù) 路數(shù)越多 可供選擇的圖像源越多 二是母線數(shù) 應(yīng)包括前景 背景母線 鍵源母線 輔助母線等等 母線數(shù)越多 可供制作的畫面層次數(shù)就越多 一個節(jié)目制作能力強的視頻切換臺 其輸入矩陣的規(guī)模相應(yīng)地就大 特別是母線數(shù)相應(yīng)地多 2 M E放大器的級數(shù)M E放大器的級數(shù)越多 視頻切換臺的規(guī)模越大 所能制作的節(jié)目內(nèi)容也越豐富 一般來說 M E放大器的級數(shù)與母線數(shù)成比例 母線數(shù)越多 相應(yīng)的M E放大器越多 3 M E級的制作能力從兩方面來考慮 一是多層畫面的M E放大器還是兩層畫面的M E放大器 前者較后者強大得多 二是否具備M E