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摘 要 本文介绍了高标清同播同制作中高清、标清信号上下变换的原理及幅型模式，并结合实际对上下变换的应用进行了讨论。
关键词 高清；标清；上下变换；幅型变换
中图分类号：TN915.43 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-132-02
1 背景
2009年9月28日，中央一套、北京卫视、上海东方卫视、江苏卫视、湖南卫视、广东卫视、浙江卫视、黑龙江卫视和深圳卫视等9个频道率先进行了高标清节目同步播出，标志着我国开始大规模发展高清电视。这9个高清频道的开播，极大地促进了我国高清电视节目和影视剧的制作，带动了高清电视设备的研发和生产，培养了高清电视市场，同时更是提高了广播电视的服务水平和竞争力，为高清电视发展奠定了良好的基础。
现阶段，我国的电视节目制作及播出正处在一个由标清向高清过渡的发展阶段。并非所有的电视台都开通了高清频道，而且现有的高清频道也不能保证百分之百的高清素材播出。目前大多数电视台还不能完全实现全部节目的高清化制作，相应的高清设备并没有普及到节目制作与播出的各个环节，标清制作与播出仍占据主导地位。而另一方面，现有的电视信号接收终端也并未完全高清化，还有很多家庭使用的是老式的电视机，并不能接收高清信号。这种情况下，高清标清信号的相互转换就显得尤为重要。
2 高、標清信号的上下变换
2.1 高清和标清信号格式
数字电视按清晰度区分，可分为标清电视和高清电视。我国广播电影电视行业标准将1080/50i确定为中国的高清电视信号源标准。1080/50i指的是图像分辨率为1920×1080，场频为50 Hz，隔行扫描。采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是它可与我国现行的标清信号源576/50i（分辨率720×576，场频50 Hz，隔行扫描）较容易地实现上下变换，从而为顺利地从标清过渡到高清提供了良好的条件。
2.2 高、标清信号上下变换的原理
格式变换是指视频信号从一种格式（指空间和时间分辨率）转换为另一种格式，如PAL制视频信号和NTSC制视频信号之间的转换，其目的是使不同电视制式下制作的节目可以相互交流。在我国电视高标清信号混合制作与播出的现阶段，高清信号和标清信号之间同样需要通过格式变换来便于互相应用。
通常，由标清信号转换为高清信号的格式变换称作上变换，由高清信号转换为标清信号的格式变换则称作下变换。高、标清信号由于扫描格式的不同，每行有效像素和每帧有效行数都不同，它们之间的上下变换主要是通过空间域的插值和抽取滤波器来实现行速率和像素的变换。
上变换时，首先将隔行标清信号通过去隔行变成逐行标清信号，然后将此逐行标清信号（一帧包含625行）通过上采样（内插）的方式变成一帧包含5625（625和1125的最小公倍数）行的逐行信号，对此信号进行滤波（防止混叠），再进行下采样（抽取）变成一帧包含1125行的逐行高清信号，最后通过隔行变成隔行高清信号。
下变换时，首先将隔行高清信号通过去隔行变成逐行高清信号，然后将此逐行高清信号（一帧包含1125行）通过上采样（内插）的方式变成一帧包含5625（625和1125的最小公倍数）行的逐行信号，对此信号进行滤波（防止混叠），再进行下采样（抽取）变成一帧包含625行的逐行标清信号，最后通过隔行变成隔行标清信号。
具体流程如图1所示。
图1 上、下变换原理图
2.3 上下变换的幅型模式
我国高清信号的画面宽高比为16：9，而标清信号则为4：3，在上下变换过程中，必然需要考虑到幅型变换的问题。
由标清（4：3）上变换至高清（16：9）有三种幅型模式，如图2所示。
①上下切边模式：将原4：3图像上下各切掉一部分，使图像充满整个16：9屏幕，画面比例保持不变，但损失一部分画面内容。
②左右加边模式：将原4：3图像垂直方向充满屏幕，水平方向左右各加一条黑边，画面比例保持不变，且保留全部画面内容。
③拉伸模式：将原4：3图像垂直方向充满屏幕，水平方向拉伸至充满整个16：9屏幕，虽然保留了全部画面内容，但画面产生横向变形。
由高清（16：9）下变换至标清（4：3）也有三种幅型模式，如图3所示。
①信箱模式：将原16：9图像水平方向充满屏幕，垂直方向上下各加一条黑边，画面比例保持不变，且保留全部画面内容，但清晰度有损失。
②切边模式：将原16：9图像垂直方向充满屏幕，水平方向左右各切掉一部分，画面比例保持不变，清晰度好，但损失一部分画面内容。
③压缩模式：将原16：9图像垂直方向充满屏幕，水平方向压缩至充满整个4：3屏幕，虽然保留了全部画面内容且清晰度好，但画面产生横向变形。
图3 下变换的三种幅型模式
3 上下变换在节目制作与播出中的应用探讨
现阶段的节目制作，不仅有全标清、全高清制作，还有很大一部分是高标清混合制作。典型的例子就是由高清新闻演播室制作的新闻节目，所有主持人的场景都是高清信号，但新闻短片一般还是采取标清拍摄记录，这时就要求这些短片素材先上变换转换成高清信号，再与演播室各机位信号进行切换制作。还有一些高清纪录片或专题，在制作时需要使用以前用标清方式拍摄的素材或历史资料，这种情况下，也需要先将标清信号上变换至高清，再统一制作。在实际应用中，一般来说，我们基于图像比例正常、不变形，图像信息不损失（尤其是政治新闻类节目）的原则，选用左右加边模式进行上变换。
虽然我国已出现高清频道，但目前高清制作的节目大部分仍是在标清电视频道播出，为了照顾广大用户的收视体验，我们需要选择合理的下变换幅型模式。一般来说，新闻、体育、综艺类节目下变换时，使用切边模式，虽损失部分画面，但可保持画面比例并且保证清晰度；而电视剧、纪录片、专题片则采用信箱模式，这样既保留了全部画面信息，还可在黑边部分制作字幕，符合观众的观看习惯。
举例来说，使用高清转播车直播大型活动，播出平台为标清，节目中需要插入标清短片，并且需要同时制作高标清两版节目，高清用于保留素材，标清用于播出。这种情况下，我们需要先将标清短片以左右加边模式上变换为高清，然后和其他高清信号一起参与制作，录制高清素材带；另一方面，因为是标清播出，所以制作的高清信号在送播出前需采用切边模式下变换成标清。此时还要求摄像师在高清拍摄时采取4：3构图，节目字幕要全部做在4：3安全框以内，以保证画面的重要信息不会因为下变换而损失掉、影响播出效果，而原先以左右加边模式上变换为高清的标清短片也因为切边模式的下变换而保证了图像信息的完整度。
实际上，上下变换时幅型模式的选择并不是绝对的，还要根据不同节目制作和播出的要求来选择，具体问题具体分析。
4 结束语
在现今我国电视由标清向高清发展的这个过渡阶段，高标清信号的上下变换应用还将存在较长的一段时间。在这期间，我们不仅需要上下变换技术及产品有新的突破，另一方面也需要电视节目制作和播出人员能在实际工作中进行充分的考虑，采取合理的上下变换策略，以制作出更多受观众喜爱和认可的电视节目。
参考文献
[1]GY/T 155-2000.高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值[S]北京：中华人民共和国国家广播电影电视总局，2000.
[2]杨勇强，梁志强.高、标清上下变换器选用中的若干问题[J]现代电视技术，2007（01）：60-66.
[3]许钢鸣.高标清上下变换、幅型变换技术分析与相关考虑[J].现代电视技术，2009（10）：100-104.
关键词 高清；标清；上下变换；幅型变换
中图分类号：TN915.43 文献标识码：A 文章编号：1671—7597（2013）041-132-02
1 背景
2009年9月28日，中央一套、北京卫视、上海东方卫视、江苏卫视、湖南卫视、广东卫视、浙江卫视、黑龙江卫视和深圳卫视等9个频道率先进行了高标清节目同步播出，标志着我国开始大规模发展高清电视。这9个高清频道的开播，极大地促进了我国高清电视节目和影视剧的制作，带动了高清电视设备的研发和生产，培养了高清电视市场，同时更是提高了广播电视的服务水平和竞争力，为高清电视发展奠定了良好的基础。
现阶段，我国的电视节目制作及播出正处在一个由标清向高清过渡的发展阶段。并非所有的电视台都开通了高清频道，而且现有的高清频道也不能保证百分之百的高清素材播出。目前大多数电视台还不能完全实现全部节目的高清化制作，相应的高清设备并没有普及到节目制作与播出的各个环节，标清制作与播出仍占据主导地位。而另一方面，现有的电视信号接收终端也并未完全高清化，还有很多家庭使用的是老式的电视机，并不能接收高清信号。这种情况下，高清标清信号的相互转换就显得尤为重要。
2 高、標清信号的上下变换
2.1 高清和标清信号格式
数字电视按清晰度区分，可分为标清电视和高清电视。我国广播电影电视行业标准将1080/50i确定为中国的高清电视信号源标准。1080/50i指的是图像分辨率为1920×1080，场频为50 Hz，隔行扫描。采用1080/50i作为高清信号源标准的一个突出优点是它可与我国现行的标清信号源576/50i（分辨率720×576，场频50 Hz，隔行扫描）较容易地实现上下变换，从而为顺利地从标清过渡到高清提供了良好的条件。
2.2 高、标清信号上下变换的原理
格式变换是指视频信号从一种格式（指空间和时间分辨率）转换为另一种格式，如PAL制视频信号和NTSC制视频信号之间的转换，其目的是使不同电视制式下制作的节目可以相互交流。在我国电视高标清信号混合制作与播出的现阶段，高清信号和标清信号之间同样需要通过格式变换来便于互相应用。
通常，由标清信号转换为高清信号的格式变换称作上变换，由高清信号转换为标清信号的格式变换则称作下变换。高、标清信号由于扫描格式的不同，每行有效像素和每帧有效行数都不同，它们之间的上下变换主要是通过空间域的插值和抽取滤波器来实现行速率和像素的变换。
上变换时，首先将隔行标清信号通过去隔行变成逐行标清信号，然后将此逐行标清信号（一帧包含625行）通过上采样（内插）的方式变成一帧包含5625（625和1125的最小公倍数）行的逐行信号，对此信号进行滤波（防止混叠），再进行下采样（抽取）变成一帧包含1125行的逐行高清信号，最后通过隔行变成隔行高清信号。
下变换时，首先将隔行高清信号通过去隔行变成逐行高清信号，然后将此逐行高清信号（一帧包含1125行）通过上采样（内插）的方式变成一帧包含5625（625和1125的最小公倍数）行的逐行信号，对此信号进行滤波（防止混叠），再进行下采样（抽取）变成一帧包含625行的逐行标清信号，最后通过隔行变成隔行标清信号。
具体流程如图1所示。
图1 上、下变换原理图
2.3 上下变换的幅型模式
我国高清信号的画面宽高比为16：9，而标清信号则为4：3，在上下变换过程中，必然需要考虑到幅型变换的问题。
由标清（4：3）上变换至高清（16：9）有三种幅型模式，如图2所示。
①上下切边模式：将原4：3图像上下各切掉一部分，使图像充满整个16：9屏幕，画面比例保持不变，但损失一部分画面内容。
②左右加边模式：将原4：3图像垂直方向充满屏幕，水平方向左右各加一条黑边，画面比例保持不变，且保留全部画面内容。
③拉伸模式：将原4：3图像垂直方向充满屏幕，水平方向拉伸至充满整个16：9屏幕，虽然保留了全部画面内容，但画面产生横向变形。
由高清（16：9）下变换至标清（4：3）也有三种幅型模式，如图3所示。
①信箱模式：将原16：9图像水平方向充满屏幕，垂直方向上下各加一条黑边，画面比例保持不变，且保留全部画面内容，但清晰度有损失。
②切边模式：将原16：9图像垂直方向充满屏幕，水平方向左右各切掉一部分，画面比例保持不变，清晰度好，但损失一部分画面内容。
③压缩模式：将原16：9图像垂直方向充满屏幕，水平方向压缩至充满整个4：3屏幕，虽然保留了全部画面内容且清晰度好，但画面产生横向变形。
图3 下变换的三种幅型模式
3 上下变换在节目制作与播出中的应用探讨
现阶段的节目制作，不仅有全标清、全高清制作，还有很大一部分是高标清混合制作。典型的例子就是由高清新闻演播室制作的新闻节目，所有主持人的场景都是高清信号，但新闻短片一般还是采取标清拍摄记录，这时就要求这些短片素材先上变换转换成高清信号，再与演播室各机位信号进行切换制作。还有一些高清纪录片或专题，在制作时需要使用以前用标清方式拍摄的素材或历史资料，这种情况下，也需要先将标清信号上变换至高清，再统一制作。在实际应用中，一般来说，我们基于图像比例正常、不变形，图像信息不损失（尤其是政治新闻类节目）的原则，选用左右加边模式进行上变换。
虽然我国已出现高清频道，但目前高清制作的节目大部分仍是在标清电视频道播出，为了照顾广大用户的收视体验，我们需要选择合理的下变换幅型模式。一般来说，新闻、体育、综艺类节目下变换时，使用切边模式，虽损失部分画面，但可保持画面比例并且保证清晰度；而电视剧、纪录片、专题片则采用信箱模式，这样既保留了全部画面信息，还可在黑边部分制作字幕，符合观众的观看习惯。
举例来说，使用高清转播车直播大型活动，播出平台为标清，节目中需要插入标清短片，并且需要同时制作高标清两版节目，高清用于保留素材，标清用于播出。这种情况下，我们需要先将标清短片以左右加边模式上变换为高清，然后和其他高清信号一起参与制作，录制高清素材带；另一方面，因为是标清播出，所以制作的高清信号在送播出前需采用切边模式下变换成标清。此时还要求摄像师在高清拍摄时采取4：3构图，节目字幕要全部做在4：3安全框以内，以保证画面的重要信息不会因为下变换而损失掉、影响播出效果，而原先以左右加边模式上变换为高清的标清短片也因为切边模式的下变换而保证了图像信息的完整度。
实际上，上下变换时幅型模式的选择并不是绝对的，还要根据不同节目制作和播出的要求来选择，具体问题具体分析。
4 结束语
在现今我国电视由标清向高清发展的这个过渡阶段，高标清信号的上下变换应用还将存在较长的一段时间。在这期间，我们不仅需要上下变换技术及产品有新的突破，另一方面也需要电视节目制作和播出人员能在实际工作中进行充分的考虑，采取合理的上下变换策略，以制作出更多受观众喜爱和认可的电视节目。
参考文献
[1]GY/T 155-2000.高清晰度电视节目制作及交换用视频参数值[S]北京：中华人民共和国国家广播电影电视总局，2000.
[2]杨勇强，梁志强.高、标清上下变换器选用中的若干问题[J]现代电视技术，2007（01）：60-66.
[3]许钢鸣.高标清上下变换、幅型变换技术分析与相关考虑[J].现代电视技术，2009（10）：100-104.