视频处理——一种范式转移

Stan Moote

在我与工程师讨论视频处理时，他们的具体要求肯定是多样化的。但一个共同因素确实存在，即视频处理一般归结为两种类型：一次性设置和运行。一次性设置通常在设施试运行期或演播室设置期间完成，虽然一周内因节目调整可能有一些预设，但在初始配置后改动一般很少。第二种视频处理类型允许运行控制。在过去这一般需如处理放大器控制等的简单东西。

但数字转换令处理功能复杂化。尽管我坚持认为百分百数字化的确简单化（注意我指的是百分百），但混合模式、过渡时代使运行很难。容我举个简单的音频使用例子。

在模拟时，有许多“设备标准”，使得设备之间音频迁移很难。在数字时则很简单：满标度为0dBFS，不是+10dB，甚至也不是+4dB。一旦所有位设为1，则不再有变动范围，因此全部1被定为0dBFS（满标度）。这里的诀窍是从混录调音台开始，始终保持音频在数字域。当它重新到模拟域时，信号即需要通过A/D转换器，于是恶梦降临——电平和相位必然混乱。NTSC和PAL复合视频也是如此。A/D转换器在视频转换为数字前必须“修理”它，而在这之前，操作员的手指一般要放在输入处理上不动。

那么把目光放远一点到百分百数字化的未来设施。您将依然需要处理功能吗？当前，技术指导当然总是希望其节目看上去最好且处处微调，期许锦上添花，但要适可而止。一旦节目制作好，对标准电视发行来说，除了可增加一些本地化的标记外，就没有理由动它。关键在于设置。必须尽可能在你的设施内规格化，给操作人员修改不好的馈送节目的机会（这不应经常发生，除了在直播情形）。

具有某种类型的设施内数字视频一致性意味着视频处理（包括定时）可能越来越为一次性设置。技术发展令工程师无需每一个过程至始至终都得调整，实现无需动手的操作，从而产生一种清晰的台内设施设计范式转移（图1）。

服务器范式转移

以视频播出服务器为例考察此范式转移。采集的视频可以许多格式存储（480i、720p、1080i等）。这里的诀窍是在输出端确定需要什么格式。如果是720p，以480i存储的视频将被调整，改变色度和灰度，并且根据AFD码和用户预设参数进行信箱式拉伸，所有这一切都是自动的，无需动手。这种转换通过基于软件的视频处理实现，视频服务器内多个CPU使之实时化。某些情况下，加台标和多画面显示功能也进入服务器内。

矩阵范式转移

在模拟时代只使用一个矩阵切换台和一组接插板运行是不可想象的。尽管转换到数字使我们能够把所有的音频与视频放在一条同轴电缆上，但这是有代价的。重新看采用曲线，必须有外部的嵌入器、解嵌器和独立的AES矩阵来处理最初一波串行数字信号是很痛苦的，更不用说处理临时的音频分离的所有乐趣。

对于完全的高清数字设施，在一条同轴电缆上有你需要的每一个信号（包括时间码）是一个成真的梦想，尤其是在新品矩阵开始有分离音频能力时。下一逻辑步骤是向矩阵增加视频处理。这种类型的处理线路通常在矩阵的输入端（图2），使得一个信号源的所有输出同时得到校正，类似于在输入的矩阵信号上有一个处理放大器。像光电和电光转换这样的处理也作为I/O选件直接纳入矩阵内。

多画面显示器通常具有广泛的视频处理能力，能够把很多画面显示在很大的平板显示器上。矩阵内集成多画面显示技术利用内部矩阵，无需外部布线。这些多画面显示器许多用于使用外部主控切换的播出。为在播出前无缝混合信号，主控系统通常必须进行相当大的处理。由于大多数节目源一般来自矩阵，如直接包含在矩阵内的干净/安静切换台这样的新增功能（图3）对简单切换或主控备份非常理想。

模块化平台范式转移

单单我们的行业就开发了差不多数千种处理模块。这些模块通常为带某种集中控制器的独立模块，它们一般通过机架后的电缆连接以传递功能。某些情况下，厂家还制造一些进入机架的微型矩阵切换卡。由于摩尔定律的存在，在一块模块上可获得越来越多的复杂处理功能，某些情况下，甚至可获得运行在同一模块上的多路视频。

这种复杂性现在提高到另一水平。现在将传统演播室处理与传输和压缩功能相结合的更新平台设计者也在思考如何把视频矩阵和IP矩阵集成起来。互连模块不需外接电缆，使用内置的配置工具就能完成，由一堆模块提供完整的集成解决方案（图3）。

处理范式转移

还是由于每两年处理能力翻两番的摩尔定律，视频和音频处理被分布在软件和硬件之间，运行于独立和集成的应用。处理放大器控制实际上存在于一切操作中，但对处理放大器旋钮意味着什么？

对每个进入控制室的节目操作一个控制板的日子一去不复返了。控制系统功能和智能性很强，能够辨别交叉点信息、源ID和每个实体的元数据。操作员不再必须了解完整的信号路径。应由设施设计者负责保证不产生I/O循环，如一个操作员改变矩阵上的输入电平，而另一操作员通过改变输出电平校正它。这是我们必须牢记在心的避免信号质量下降的所有标准处理事项。

总之，无论你正在从事一全新的设施设计，增加新区域，升级，还是只转换到HD，注意此视频处理范式转移都是值得的。此转移是双向的，例如，在处理功能迁移入视频服务器和矩阵内的同时，信号分配也移入处理平台。完全数字化以及摩尔定律使这成为可能。尽管设施设计在功能级会越来越复杂，但这些新进展也正在令安装和重新配置更简单和环保！