电视信号的接收和还原

导学

在本章中你将了解：

电视业的发展基础是与时俱进的科学技术；

摄像机为什么能摄取活动图像；

电视节目的制作流程大体是怎样的；

电视信号是如何传送和接收的。

电视是科技发明、发展的产物，是一项高新科技的应用技术。电视节目的拍摄、制作、传输、覆盖、接收等一系列环节都离不开科学技术。

电视拍摄经历了从电子管、晶体管到集成电路的过程。编辑制作经历了线性模拟编辑到电脑非线性编辑的过程。电视的传播、接收经历了中距差转、微波传送、卫星转发地面接收、有线电视、星网结合天地一体的过程。新闻、文艺、社教、电视剧等各类电视节目的录制和创作水平的与时俱进，都离不开科学技术的进步。可以说，没有科学技术的依托，就不可能有电视事业的今天。进入21世纪，电视在制作、传输、接收手段上，正在经历从模拟技术向全数字化技术的过渡。作为高技术、重装备的行业，电视始终与最先进的科学技术和最新的人文知识密切地联系在一起。

电视技术充分利用了人眼的视觉特性：视觉暂留效应

当有光脉冲刺激人眼时，视觉的建立和消失都具有一定的滞后效应，这称之为视觉惰性。视觉建立所需的时间非常短，几乎瞬间建立；而当光脉冲突然熄灭时，亮度感觉并不瞬间消失，有一个渐衰的暂留过程，这种现象称为视觉暂留。通常视觉暂留时间约为0．05～0．2秒，要比视觉建立的时间长得多。

这样，当一幅幅静止的连续画面以每秒多于20幅的频率轮幅映现在屏幕或荧光屏上时，人们会获得一幅连续画面的印象感觉。

课堂演示　教师在讲授“视觉暂留效应”时，可采用多媒体演示系统将本课程资料包中所附光盘上的有关段落向学生演示，让学生有感性认知。

电影和电视利用的都是人眼的视觉暂留效应：电影胶片的运动速度是24格／秒，电视屏幕的扫描速度是50（60）幅画面／秒。

彩色三要素（亮度、色调、色饱和度）

色度学中采用亮度、色调和色饱和度三个基本参量来确切地表示某一彩色光。因此彩色视觉是人眼对亮度、色调和色饱和度的总效应。

亮度反映光作用于人眼时引起的明亮程度。

色调反映彩色的类别。

色饱和度表示彩色光所呈现的深浅程度，也可以说饱和度是表示某一彩色掺进白色的程度。

彩色光的亮度、色调和色饱和度构成人眼对彩色光感觉的三个要素。通常把色调和色饱和度合称为色度，它既表示了彩色光的彩色区别，又反映了彩色光的深浅程度。

世间万物色彩无限丰富。科学家经过反复的光学实验，发现任何彩色都能分解为红、绿、蓝三种颜色，红、绿、蓝便被称为基色。

三基色原理（红、绿、蓝）

反之，选择红、绿、蓝三种独立的基色，将它们按不同的比例混合，就可以得到各种不同的颜色。由三基色光混合所得的彩色光的亮度等于三种基色亮度之和。

根据人眼的彩色视觉实验，用红、绿、蓝三色光相加混合得出的颜色最为多样，包罗的颜色范围最广、最丰富。因此，彩色电视技术即选用红、绿、蓝三基色利用相加混色法显现各种颜色，称之为显像三基色。

图2- 1　三基色示意图

课堂演示　教师在讲授红、绿、蓝“三基色原理”时，可采用多媒体演示系统将本课程资料包中所附光盘上的有关段落向学生演示，让学生有感性认知。

红光＋绿光＝黄光

红光＋蓝光＝品红光

绿光＋蓝光＝青光

红光＋绿光＋蓝光＝白光

青色、品红色、黄色分别是红色、绿色、蓝色的补色。

红光＋青光＝白光

绿光＋品红光＝白光

蓝光＋黄光＝白光

你知道吗？

在电视技术中，常用的相加混色方法有三种：

时间混色法：将三种基色轮流射到某一表面，只要轮换色度足够快，利用人眼的视觉惰性，就能得到相加混色的效果。它是顺序制彩色电视基础。

生理混色法：利用两眼同时分别观看两种不同颜色的同一景象，也可以获得混色效果。某些立体电视用的就是这种方法。

空间混色法：利用人眼空间分辨力有限的特性，把彼此相距很近的三基色发光点看成是相加的合成光。彩色显像管就是按这种方式工作的。

显像三基色不同于绘画中的三原色，我们在画水粉画的时候一定有过这样的经验：将等量的红、绿、蓝三种颜料调和在一起，就会调出黑颜色。而在电视技术中，三基色相加效果为白色。

电视视频信号可分为模拟视频信号（包括复合信号COMPOSITE、分量信号COMPONENT两种）和数字视频信号（包括标清数字视频信号SDI、高清数字视频信号HD SDI）两大类。其中模拟视频信号为了达到能兼容彩色和黑白电视接收机并便于传输的目的，在彩色电视系统中，把显像三基色信号分解为一个亮度信号Y和两个色差信号R-Y、B-Y，我们称之为传输三基色，它们与R、G、B的关系是：

这三个信号也被称为视频分量信号。对色差信号进行调频处理之后与亮度信号合在一起，就成了复合信号。

现在家用电视机通常都有复合输入端子和分量输入端子，分别用于输入（来自于DVD、VCD或录像机的）复合信号和分量信号。用分量信号还原的画面质量要远远高于复合信号。

思考与练习题

1．三种基色光中的任何一种可以用其他两种基色光混合得出吗？

2．你收看电视节目时，当发现彩色电视屏幕中的树叶颜色偏黄或其他景物色彩出现偏差时，请你尝试操作电视机面板上相关按钮进行色彩调整。

图2- 2　电视制作示意图

摄像机是前期素材采集的主要设备，其主要作用就是通过光电转换，把镜头获得的光学图像转换成电信号，该信号被称为视频信号，或是直接记录在磁带上成为节目素材带，或是通过摄像机上的视频输出端子提供给其他设备进行再处理。

摄像机一般可以分为光学系统、光电转换系统、电路处理系统三部分，它们的核心分别是镜头、CCD（Charge Coupled Device，电荷耦合器件或称为图像传感器）和视频处理电路。

我们用图解的方式来看摄像机是怎样工作的：

图2- 3　摄像机的工作原理

通过调整摄像机镜头的焦距和光圈，获得具有合适明暗对比和适当画面构图的被拍摄景物光图像，透过分光棱镜分解为R、G、B三基色光后，分别投射到CCD上，经光电转换成为符合一定扫描标准的随时间而变化的电信号，再将它发送到视频处理电路进行各种技术处理，成为能够被还原成高质量画面、能够记录在磁带上的磁信号。

资料小贴士

1．摄像机的成像原理

彩色景物的光像由变焦距镜头摄取，通过中性滤光片（为得到适宜的光通量）和色温滤色片（将不同照明光源的色温转换为摄像所要的色温）后进入分色棱镜，被分解为三个基色光像，并分别投射到相应摄像管靶面而转换成电图像。管内电子束在聚焦系统与偏转系统的作用下，实现良好的聚焦与扫描，从而获得符合一定扫描标准的随时间而变化的电信号。然后，三路微弱的电信号经各自预放器放大，再用电缆送到摄像机控制台，在此对电信号进行一系列加工和处理（如电缆校正、黑斑校正、轮廓校正、彩色校正、γ校正、电平调节、黑色电平调整等等），最后将所得的三基色电信号R、G、B送给编码器。

2．镜头

人眼之所以能看到东西，是凭眼睛水晶体在视网膜上形成影像，镜头相当于摄像机的眼睛，选择一定的视野并产生这个视域的光学图像。摄像机应用的是变焦距镜头，由许多片凹凸不同的透镜片组合而成，在一定范围内通过改变透镜之间的位置就可以实现变焦，而成像面的位置不变。对于镜头而言，有两个重要的参数，其一是焦距，其二是光圈。

图2- 4　镜头的基本构造

图2- 5　镜头聚焦成像原理

理论上，任何一种镜头均可拍摄很远处的物体，并在摄像机的成像靶面上成一个很小的像，但受像素的限制，当成像小到小于图像传感器的一个像素大小时，便不再能形成被摄物体的像，即便成像有几个像素大小，该像也难以辨别为何物。

当已知被摄物体的大小及该物体到镜头的距离，则可根据下面的两式估算所选配镜头的焦距：

其中：f——镜头的焦距；

　　　h、v——CCD感光靶面的水平尺寸和垂直尺寸；

　　　D——镜头中心到被摄物体的距离；

　　　H、V——被摄物体的水平尺寸和垂直尺寸。

光圈像眼睛的瞳孔，控制着多少光通过镜头，它是由许多互相重叠的金属片组成的开度可调的圆形光阑，能在一定范围内变化镜头的有效孔径。表达光圈大小我们是用f值。光圈f值＝镜头的焦距／镜头口径的直径，从以上的公式可知要达到相同的光圈f值，长焦距镜头的口径要比短焦距镜头的口径大。完整的光圈值系列如下：f1，f1．4，f2，f2．8，f4，f5．6，f8，f11，f16，f22，f32，f44，f64。这里值得一提的是光圈f值越小。在同一单位时间内的进光量便越多，而且上一级的进光量刚好是下一级的一倍，例如光圈从f8调整到f5．6，进光量便多一倍，我们也说光圈开大了一级。

图2- 6　同等条件下正常光圈效果

图2- 7　同等条件下小光圈效果

焦距就是指从镜头的光学中心到成像面之间的距离。镜头拍摄影像的大小受焦距控制。在同一距离拍摄同一物体时，焦距越长，拍摄的景物范围就越小；焦距越短，获得的景物范围就越大。镜头最长焦距和最短焦距之比就是通常所说的光学变焦倍数，常用的倍数有14倍、16倍、18倍以及更大的倍数。

光圈像眼睛的瞳孔，控制着多少光通过镜头，它是由许多互相重叠的金属片组成的开度可调的圆形光阑，能在一定范围内变化镜头的有效孔径。光圈大小通常用f值来表示，f值数字越高，光圈的开口孔就越小，镜头传送的光也越少。

3．中性滤色片和色温滤色片

当摄像管在强光下工作时，应减小光圈。但有时为达到一定的艺术效果不允许减小光圈，这就需要在光路中加入减小光通量的衰减器，即中性滤色片。其常用透光率有100%、25%、10%和1．5%等数种，而光谱响应特性应当平直。

景物呈现的色彩不仅与本身特性有关，而且与照明光源的光谱成分（即光源色温）有关。这就使得经电视传送后由屏幕重现的色彩，也将随摄像照明光源的不同而有所不同。因此，为适应不同照明条件下的重现色彩正确，在变焦镜头与分色棱镜之间加入数片色温滤色片，利用它们的光谱响应特性来补偿因色温不同所引起的光谱特性变化。设计分色棱镜时假如以3 200K光源为基准，即该色温滤光片是无色透明玻璃。当光源色温为4 800K时，光谱中蓝光成分将增多，因此需加入4 800K色温滤光片来降低蓝光透过率，而使总的光谱响应特性不变，即色温又恢复到3 200K。4 800K滤光片呈浅橘色，7 500K滤光片呈橘色，2 850K滤光片是用以把色温提高到3 200K，故呈浅蓝色。

照度是光线照射在被拍摄物体上所产生的亮度。照度的单位是勒克斯（Ix），其数值越大，则照度越强。被照射物体表面的亮度，与光源的强弱有关，也与光源在空间的几何位置有关。

“色温”是摄像用光最常用的技术参数。在可见光谱内，光源的光谱与某温度的绝对黑体（理论上受到光照而不会有反光的物体）辐射的光谱一样时，则该绝对黑体的温度称为该光源的色温。色温并非光源本身的实际温度。简言之，就是指光源发光的颜色。色温的单位，用热力学温度的绝对温标值“K”（开尔文）来表示。不同的光源具有不同的色温，而光源的色温又影响到被摄物体颜色的还原。

4．分色棱镜

分色棱镜把由镜头射来的光束分解成红、绿、蓝三个基色光束，分别投射到三个摄像管的靶面上，从而产生红、绿、蓝三路电信号。

分色棱镜是由四块棱镜黏合而成的。在分离G路和B路的两块棱镜的表面上分别镀有多层薄膜。薄膜的厚度和折射率决定着棱镜的选色性能，即反射某些波长的光而透过另一些波长的光，从而起到分色的作用。薄膜的分色原理是基于光的干涉现象，所以这种薄膜也称为干涉膜。

5．CCD（电荷耦合器件）

CCD是Charge Couple Device的缩写，被称为光电荷耦合器件。它是一种金属氧化半导体（MOS）集成电路器件，是利用微电子技术制成的表面光电器件，可以实现光电转换功能。在摄像机、数码相机和扫描仪中被广泛使用。

摄像机中使用的是点阵CCD，扫描仪中使用的是线阵CCD，而数码相机中既有使用点阵CCD的又有使用线阵CCD的，而一般数码相机都使用点阵CCD，专门拍摄静态物体的扫描式数码相机使用线阵CCD，它牺牲了时间换取可与传统胶卷相媲美的极高分辨率。

CCD本身不能分辨色彩，它仅仅是光电转换器。实现彩色摄影的方法有多种，包括给CCD器件表面加CFA（Color Filter Array，彩色滤镜阵列），或者使用分光系统将光线分为红、绿、蓝三色，分别用3片CCD接收。CCD器件上有许多光敏单元，它们可以将光线转换成电荷，从而形成对应于景物的电子图像，每一个光敏单元对应图像中的一个像素，像素越多图像越清晰。

光电转换与信息储存

设在某一刻，三相CCD的其中一相为高电位，而其余两相为低电位，则在具有高电位的各极下形成较深的势阱。因此，当硅晶体受到景物光像投射而产生电子-空穴对后，少数载流子在电场作用下被吸引到较深的势阱中（故势阱也称为电荷包）。而且势阱中所捕获的电荷数目的多少，与该处投射光的强弱成正比。可见，景物的光像已经变成储存在CCD器件中的由积累电荷描绘的电子图像。这样就完成了光电转换与储存信息的过程。

信号的读出

为按扫描顺序取出各电荷包而形成图像信号，三相CCD系采用了三相驱动时钟脉冲（或称寻址转移信号）。当电荷积累过程结束后，第一相下降，而第二相变为最大，于是电荷包从电位为第一相的各电极向电位为第二相的各电极下的深势阱转移。当电荷包全部转移完毕后，第二相下降而第三相变为最大时，电荷又从第二相电极下转移到第三相电极下，并以此类推。每经过一定的周期（称为时钟脉冲周期），电荷包完成转移一个像素的全过程。这说明，三相时钟脉冲可保证电荷包作定向的转移。电荷耦合器件实质上也是一种移位寄存器。当电荷从器件始端依次传送到末端时，可通过反向偏置的P-N结来收集，并经放大后输出，从而可读出图像电信号。

6．聚焦和偏转系统

聚焦和偏转系统是保证摄像管和显像管正常工作的重要环节。通常有电聚焦和磁聚焦以及电偏转和磁偏转之分。具有多极电子枪的电视显像管常采用电聚焦、磁偏转。而在摄像管中，由于电子束上靶时能量较低，电子束与靶面稍不垂直，就容易在靶面上形成扩散，影响聚焦。为使扫描电子束获得良好聚焦，摄像管多采用由长线圈（长度大于直径）构成的长磁聚焦与磁偏转系统。这样做还能使管子内部结构简单，便于生产。

7．视频处理部分

该部分好比是摄像机的心脏，由CCD送出的信号不仅很弱，而且有许多缺陷，例如图像细节信号弱、黑色不均匀、彩色不自然等，所以还不能直接进行记录，需要在视频处理部分做进一步放大和补偿处理，主要包括杂散光校正、白切割、γ校正、彩色校正、轮廓校正等等。最后经过处理的信号送到编码器进行编码以后就可以变成相应的磁信号记录在录像带上。

现在，数字摄像机由于高质量的图像、高稳定性和丰富的功能，应用越来越广泛。采用数字技术以后，摄像机画面还原更准确、参数调整更方便、清晰度也越来越高。另外，实行数字记录，避免了在传输中引起的分辨率损失，大大提高了图像的质量，并为电视信号的网络传输提供了可能。

数字摄像机对CCD形成的电信号进行模／数转换，形成数字分量信号，在视频处理部分采用数字技术进行画面处理。它的数字视频处理部分称之为DSP，以先进的大规模集成电路（LSI）为基础，避免了以往非线性电路带来的失真。在数字领域内，可以有效而方便地实现γ校正、拐点压缩、彩色矩阵等功能，对画面细节、肤色等可进行精确而灵活的调整。同时摄像机的各种参数可以存储，例如SONY摄像机提供了记忆棒（Memory Stick）系统，能够方便地调用和存储参数，并且不会随时间、温度而变化。最后，数字分量信号经过编码压缩再输出数字信号流并记录在录像带上。

现在市场上不少新型的家用DV提供了一个符合IEEE1394标准的接口，IEEE1394是一种高性能的串行数据总线，通过它可以方便地与电脑连接，不需要模数转换，直接将数字信号高速输入电脑，这样就可以方便地利用电脑编辑软件进行编辑合成。

HDTV高清时代已经逐渐向我们走近，数字摄像机的技术也在不断发展，支持16∶9／4∶3格式转换和逐行扫描功能已成为基本所需。同时，为了使数字摄像机更为轻便灵活，各种新型的记录方式开始崭露头角，例如SONY公司的蓝光盘记录系统和松下公司的SD记忆卡系统。

按照性能和用途的不同，可以把摄像机分成三大类：

广播级摄像机——主要用于广播电视领域，图像质量最好，性能稳定，但是体积稍大，价格昂贵。其中还可以分为演播室摄像机（ESP，质量最好，不含录像功能，通常配备专用升降云台）、新闻采集摄像机（ENG，配有录像功能，俗称摄录一体机）。

图2- 8　广播级数字摄录一体机

图2- 9　架在液压升降云台上的演播室摄像机

业务级摄像机——主要用于电化教育、闭路电视、工业、交通、医疗等领域。

图2- 10　业务级摄像机

家用级摄像机——主要用于家庭娱乐，性能虽然比不上上述两个等级的摄像机，然而价格相对低廉，小巧轻便。过去的VHS（Video Home System家用录像系统）格式模拟摄像机曾风靡全球，现在市场上的主流产品是数字DV（Digital Video）。

图2- 11　家用级数字摄像机

思考与练习题

1．请仔细观看（或自行点击）本课程资料包中光盘的多媒体演示片段，说说什么叫“视觉暂留效应”。这种效应对于电影、电视技术有什么意义？

2．观看光盘中相关的多媒体演示片段后，说说三基色原理与彩色电视有什么关系。

3．请你仔细阅读家用便携式摄像机使用说明书，了解摄像机的功能和开关、调节栓、相关配件的功能。试给摄像机电池充电，然后进行摄像机开启、关闭、开始录像、停止录像等功能键实践操作。（可自学本书第四章之“一”）

同学们如果有机会进入电视台参观，会看到台内工作室、机房、播控中心的许多专用设备。

在摄像机拍摄完毕，获得一手素材之后，就该进入电视节目的后期制作了。

所谓电视后期合成，就是按照节目创作构思（文案、剧本），将前期拍摄所得的素材镜头，经过剪辑、校色、特技合成、字幕、解说词配音、混音、修改等环节，形成完整的节目内容的过程。

要完成电视节目的后期制作，必须还要依靠一系列制作设备：录像机、监视器、切换台、特技机、编辑控制器、字幕机、同步机、示波器、调音台等。让我们来简单了解它们各自的功用。

1．录像机

对录像机，大多数人并不陌生。录像机可以用组合编辑的方式录节目（画面、声音、时间码同时记录，原有内容被新的内容所覆盖），也可以对磁带上记录的画面和声音分别加以修改（插入编辑）。

录像机种类很多，以磁带记录方式分为模拟方式和数字方式两大类。模拟方式是指把信号的模拟量（信号的幅度变化与电压或电流的振幅成比例）直接实现调频之后记录在磁带上。数字式录像机在记录与重放原理上与一般的磁带录像机相同，只不过记录在磁带上的不是模拟信号而是数字信号。由于这种数字信号编码用的是可以检出误差并可以校正的码型，可以保证信号在记录和传输过程中不会受损和失真。

广播级录像机无论是外观还是功能，都与家用录像机有着很大的不同。

图2- 12　广播级数字录像机

高质量的分量记录方式、精密的走带伺服系统、精确的时间码功能（就像是胶卷底片上的数字编号）、灵活的编辑功能（组合编辑、插入编辑），保证了广播级录像机能够高质量地记录、读取电视视频、音频信号。

目前广播级模拟录像机的视频信号采用的是模拟分量记录方式：亮度信号进行调频之后由亮度信号旋转磁头记录在亮度信号磁迹上；两个色差信号R-Y 和B-Y通过时间轴压缩变换，形成同一个色度信号，再经过调频之后送入色度信号旋转磁头记录在色度信号磁迹上。因为亮度信号与色度信号是分开记录的，也就消除了亮度与色度之间的相互干扰，而且两种信号均可采用较高的调制频率，因此图像质量很高。

广播级录像机分别有复合和分量的视频输入、输出接口，以适合不同的需求。由于复合信号在输入后记录之前和读取后输出之前，必须分别经过一个解调和调制的过程（全电视信号亮度信号＋色度信号），导致信号的劣化，因而它的图像质量远不如分量信号。

时间码是广播级录像机另一个重要的功能。在编辑过程中，为了迅速而准确地搜索记录在磁带上的视频信号的某一帧画面，就需要在视频磁带上记录一个特殊的时序数字码，该码对每帧画面都进行了专门的地址标定，并可以以时、分、秒、帧在录像机的计时器上显示出来，是一种绝对地址码，计时器的清零对它不起作用，只有录制时才能改变，我们称之为TC（Time Code）码。

还有一种时间码叫CTL（Control Time Code）码，CTL信号计数在编辑机上是可以任意位置清零的，便于计算每个镜头的长度，其实就是起到一个计数器的作用。这种功能在家用录像机上也有。

2．监视器

用于监看视频设备输出的视频信号。电视台用的监视器，视频输入通常有模拟复合信号、模拟分量信号、RGB信号、SDI数字信号等形式。

图2- 13　广播级监视器

3．切换台

视频切换台是视频制作、播出系统的核心，是用来选择信号源（录像机信号、摄像机信号、其他外来信号等）、特技合成（划像、叠化、抠像、特技信号叠加、校色等）、叠加字幕的设备。

图2- 14　大型数字视频切换台操控面板

视频切换台的基本功能不外乎下面三个：

从几个视频输入中选择适当的视频材料；

在多个视频来源中执行基本的转换（叠化dissolve、划像wipe、键叠加key等）；

创造和引入特技效果。

切换台可分为M／E型和LAYER型两种。在常规线性后期编辑系统中，在切换台中得以体现的可分前景、背景或上、下游信号。M／E型结构应用于画面的选择和简单的转场效果，直观而可靠。它兼顾播出与后期制作应用。绝大多数切换台都使用M／E方式。如图2-15即为一典型的M／E切换台。而LAYER方式主要应用于后期制作，其操作的灵活性和个性化程度远超过M／E型，但操作界面的直观性较差，所以LAYER方式的切换台使用较少。

图2- 15　三级混合／键控切换器

切换台一个重要的功能就是键控技术：以某一信号作为源，沿其一定的轮廓线抠去一部分图像，并镶入另一图像的一种技术。其分界线多为不规则的形状，如文字、符号、复杂图形或自然景物等。其控制信号（键信号）可以根据源图像的亮度差别（亮度键）或色调差别（色键）而获得。基于键信号还有键源信号（Key Source）和键填充信号（Key Fill）。

键控分为内键与外键两种：

内键也称自键，其工作原理如图2-16（a）所示。由图像A作为键源，根据其亮度差别形成键控信号，抠去图像B中与图像A对应的那一部分，然后把图像A填进去形成一幅新图像。

如果用第三路图像信号C（可以是活动图像）产生键控信号，并用以控制进行特技混合的两路图像信号A和B，这种方式称为外键。如图2-16（b）所示，作为键源的图像C是一个圆，对图像B、A键控后产生出一幅新图像，即在图像B中以圆为界的区域内镶入了图像A（图像C称为MASK遮罩）。

图2- 16　键控工作原理示意图

色键是按内键方式工作的，见图2-16（c）所示。它是利用图像A中幕布色与前景的色度差别枙要求前景不带有幕布色枛形成键控信号控制电子开关，当图像A信号中出现幕布色信号时，电子开关就接通图像B信号，于是，图像A幕布的位置就换为图像B而形成一幅新的图像。这样，就可以用各种外景来为演员或播音员提供生动的背景，使艺术效果大大提高。

切换台的控制方式可以分为GPI和EDIT两种。GPI是用外来的脉冲信号触发特定的切换台状态设置来进行的（比如，控制切换台的叠化，但不控制叠化时间的长短）；EDIT方式是指通过外接的控制器来编程控制切换台按照特定的方式工作（比如在控制切换台进行叠化时，既控制叠化的发生时间点，也控制叠化的长度等）。

LAYER方式都有其独特的优点，主要体现在以下三个方面：

LAYER方式中每一层都有其独立的键源和外部遮罩，而且对每路的键填充均有独立的修饰作用（主要是校色功能）。而M／E方式中只有一个共同的外部遮罩，而且对其键填充是不作任何修饰的，要修饰的话只能用传统的特技机来完成。

与M／E方式相比，LAYER方式具有真正意义上的时间线概念，每个层动作都可以调整其在时间线上的位置。所以就电视后期制作应用而言，LAYER方式的切换台较M／E型具有更丰富的处理效果，可创造性更高。

LAYER方式在非线编系统的应用中备受推崇，尤其在非线编软件中，借助于菜单显示，LAYER方式的操作界面更加直观。而且软件的应用，便于对每个层进行效果处理。其滤镜特技效果之多远非常规特技机可比。

4．特技机

数字视频特技机是用数字方式对视频信号（包括视频画面和键信号）进行尺寸、位置变化和亮、色信号变化处理的设备。

图2- 17　数字视频特技机主机和面板

（1）变化信号电平产生特技效果

油画效果

图2- 18　油画效果

在视频处理器中，亮度与色度信号要作A／D变换，它们的量化都为8bit均匀量化，共有256个灰度级或颜色层次，图像较为细致（也有10bit量化的，效果更好）。如将色度或亮度或两者信号的低几位bit强置为“0”，即减少它们的量化级数，形成假轮廓，图像看起来具有类似油画的感觉，形成特殊缺损效果，这就是油画效果。

马赛克效果

图2- 19　马赛克效果

这也是通过人为减少量化级数来实现的。例如将水平和垂直的读地址线低三位都置为零，水平和垂直方向就要经8个点才变一次地址，这8个点读出的是同一地址的图像内容，所以在8×8点的小方框内图像内容相同，形成亮度、颜色不变的小块，整幅图像就类似小窑砖的拼图，所以也称“马赛克效果”。

图2- 20　玻璃砖效果

另外，利用信号电平方法还可以叠加彩色边框或彩色背景，以及实现画面其他变形等。

（2）图像压缩和扩大及其特技效果

模拟电视特技中图像的缩小和放大只能通过摄像时改变焦距来完成。在图像信号数字化以后，就能按要求实时改变图像的大小和位置，从而提供了后期制作中改变前期拍摄手法的可能性。

图像压缩

图2- 21　画面缩小

一幅图像信号经A／D变换后，顺序地按空间位置与帧存器地址单元对应的关系写入帧存器中，如果再按一般时钟速度读出时，经D／A变换后可在屏幕上显示写入的原图像。若将水平和垂直方向的样点数缩减一半枙相邻样点和相邻行均匀地留一删一枛，再按正常时钟速度读出，则图像尺寸被压缩为原来的四分之一，位置也变到屏幕左下角四分之一处。

图像扩大

若把图像的一部分（例如四分之一）放大为满屏图像，最简单的办法就是每个样点在水平和垂直方向重读一次。

（3）时间线的应用

如果在时间线的不同节点上，对不同的功能进行不同的参数设置，当特技机受到触发后（GPI或EDIT方式），其输出的画面就会出现各种运动变化的效果，画面的大小、形状、位置、数量、颜色、虚实、节奏等等都会根据你的要求发生变化。

5．编辑控制器

编辑控制器是一种基于磁带的时间码，用EDIT和GPI方式遥控录像机、切换台和特技机，对节目进行编辑合成操作的设备。

它每一次编辑操作（组合、插入）的状态（放机编号、进点、出点、GPI信息、EDIT信息），都以EDL表（编辑信息列表）的形式被记录下来，可以被保存、复制、调用，从而大大方便了节目的修改操作。为了保证EDL表信息的准确性，时间码必须是TC码。

6．字幕机

字幕机是为节目提供字幕包装的设备，可以对字幕的字体、颜色、投影、边缘、材质、厚度、灯光、大小、位置、底图进行设置，并编制各种形式的播出方式和程序。

图2- 22　编辑控制器操作面板

现在一些好的字幕机还能提供多轨实时字幕动画功能，承担了一些过去必须用切换台和特技机才能完成的特效功能，大大优化了节目包装的效果，提高了制作效率。

图2- 23　字幕机的操作界面

7．同步机

对于电视视频制作系统来说，同步信号非常重要，它是所有视频设备的工作基准，能够保证节目制作过程中不会发生画面跳跃、偏色、滚屏等现象。可以用视频分配器把同步机产生的同步信号分成足够多的路数，分别送给需要的视频设备。

8．示波器

示波器是一种用于监看电视视频信号是否符合技术规范，进而帮助制作人员控制、调节设备的各项技术参数，以保障节目画面能呈现最佳艺术表现力的技术监视设备。

图2- 24　同步机主机

图2- 25　示波器（波形、矢量同屏显示）

如图2-26所示。标准彩条信号同时也是一个全电视信号，它还包含有复合同步信号、复合消隐信号和色同步信号，可以作为同步信号来使用。

图2- 26　标准彩条信号

9．话筒和调音台

录音师根据节目的不同要求和现场环境的不同情况，使用不同性能的话筒获得高质量的声音。

图2- 27　部分专业话筒

调音台用于对声音源信号（话筒、录像机、CD、电话等）进行频率补偿、幅度调节、混合、预听、辅路输出等处理。

图2- 28　大型调音台

电视编辑系统包括线性编辑和非线性编辑两大类。

线性编辑就是按照时间顺序，从头至尾将画面依次记录在磁带上的编辑方式，具有直观、快速、所见即所得等特点。

但是如果你想对已制作完成的部分进行局部的修改，那么只有以下两种选择：或者用新的内容覆盖原有内容，但必须考虑到两段内容长度是否完全一致；进、出点画面和声音的衔接是否顺畅；接点处如果是用特技方式过渡的，应保证两次特技完全一致。或者将接点后面的内容拷贝出来、等修改完成后再拷贝回新内容的后面，但经过两次拷贝的模拟画面质量会下降，而且浪费时间。

对编系统：是一种最简单的编辑系统，由一台编辑放像机、一台编辑录像机和两台监视器所构成。录机遥控放机，控制两台机器的全部操作功能并进行逻辑编辑（逻辑编辑指在日常工作中会使用到的组合编辑，视频、音频和时间码插入编辑等）。该系统常用于原始素材的初编剪辑工作。

图2- 29　一组对编设备

线性制作系统：是由多台放机（2～4台）、1台录机、编辑控制器、切换台、特技机、字幕机、同步机和若干监视器组成的电子编辑系统，在编辑控制器的协调控制下完成节目的剪辑、合成任务。

图2- 30　传统制作机房

其他线性系统

演播系统：在线性制作系统中加入摄像机和通话系统，就成了功能完备的演播系统，可以完成综艺节目的录像、合成任务；再辅以信号调度矩阵和应急备份措施，还可以完成晚会直播任务。

图2- 31　导控机房照片

新闻演播室：其系统构成与带直播功能的综艺演播室基本相同，但是在系统设计上也有其特点：增加了新闻文稿处理系统、口播提示系统，在机房布局方面更多地考虑到新闻直播的工作流程。

图2- 32　新闻演播室

转播车：电视转播车是一个较为复杂、功能又很完善的电视采集传输系统，通常由视频处理、音频处理、通讯、信号传输以及供电系统五部分构成，用于完成各种比赛、演出、重要会议、新闻等节目的录像、直播任务。

图2- 33　大型转播车

图2- 34　卫星直播车

非线性编辑是指可以对画面、声音进行任意组合而无需从开始一直顺序编到结尾的影视节目编辑方式，以视听信号能够随机记录和读取为基础，是一种基于计算机技术的电视制作方式。

非线性编辑系统以多媒体计算机为工作平台，配以专用的视频卡、声卡、高速硬盘及一些辅助控制卡组成，由相应的制作软件来编辑完成电视节目。视频、音频信号经过量化、编码之后，被存在硬盘里，在编辑过程中可以任意选取所需部分的图像及声音信号进行编辑并连续预演，在编辑过程中可随时改动，并可尝试多种编辑方案。

图2- 35　非线性编辑系统

伴随着计算机软、硬件技术的突飞猛进，非编系统的性价比也得到了极大的改善，不单是视频工作站系统，现在许多基于PC的非编系统也可以做到多层视频画面处理的实时进行。

非编设备可以单机工作（一台非编配一台录像机），也可以形成网络协同工作，以达到资源共享、提高工作效率的目的。

新闻直播技术手段目前已被国内外电视台普遍采用。新闻直播，就是将电视新闻节目主持人在演播室口述新闻内容同已经制作好的新闻节目录像、各种背景资料灵活组合，有机穿播，融为一体，直接播出。最具魅力的是，可以对正在某地发生、进行中的新闻事实同步报道，最大限度地达到新闻传播快速、及时、广泛、视听兼备的要求。

每晚看电视新闻，你是否能准确描述从新闻采集到整套新闻节目播出过程中，环环相扣的每一步骤？大家可以相互交流相互补充，尽可能把自己所知道的全部过程说完整。

现在，利用卫星和微波的传播技术在新闻直播中实现异地采访、多方对话的形式已经越来越普遍，新闻转播车也开始在城市的大街小巷中往来穿梭，及时报道突发事件和其他社会新闻，大大提高了新闻节目的时效性，增加了信息量。

图2- 36　新闻直播导控室现场

图2- 37　新闻直播演播室现场

大家一定不会忘记2002年12月上海申博成功的那个激动人心的夜晚。当晚的电视庆祝晚会就是一个成功的直播案例：上海的电视人早在两天以前就做好了一旦申办成功将举行的庆祝晚会的电视直播技术准备工作——试通了中心导控室与摩洛哥的卫星信号联机、与上海三个庆祝现场（复旦大学、南京路步行街、南浦大桥）的信号双向传送、与各直播点的通话指挥系统。

当电话中传来申办成功的消息后，总控机房立即切断各频道正在播出的节目信号，代之以从上视大厦中心导控室传来的庆祝宣传片画面，中心导控室内切割导演根据事先确定的播出预案，调度播出事先准备好的宣传片、申博历程回顾录像带、以及各直播现场的采访和文艺表演。

图2- 38　申博晚会直播示意图

市内的体育比赛转播，往往是用电视转播车。摄像机架设在场馆内的不同位置，导播在转播车内完成比赛的镜头切割，车内的硬盘录像机可以用慢动作的方式及时重放精彩镜头，电视信号通过预先敷设的光缆送回电视台，通过播出系统传到观众家里。如果比赛是在外地进行，则需要用卫星接收当地的比赛信号进行转播。

图2- 39　赛事转播示意图

纪录片的拍摄是有选择地真实记录自然界和人类社会活动的实况，没有表演，没有设计，有的只是最真实自然的生活状态。所以，纪录片拍摄者在开机拍摄前要做大量的案头工作，对采访拍摄题材的基本情况了然于胸，到了拍摄现场，往往会花大量的时间与主人公进行沟通，相互了解，让他真正地信任你，并对身边的摄像机熟视无睹。纪录片的故事内容、叙述方式不是事先决定的，而是拍摄者在跟踪拍摄时挖掘出来的，是在反复观看素材带的过程中体会出来的。

思考与练习题

1．说说电视节目的拍摄、制作一般流程。

2．请你带上家用摄像机，到户外选择光照较好的场所拍摄那里的景物。拍完后将素材镜头回放或连接电视机，观看所拍摄的电视画面是否理想。（拍摄前可自学本书第四章之“二”）

电视机是怎样接收这些来自四面八方的电视信号的呢？为什么只要按动电视机机身上的按钮或遥控器上的开关，就能接收到这么多频道的电视节目呢？看来，我们对电视有点“熟视无睹”，其实并不太了解电视节目播放、传输与接收的基本常识。

让我们在本章中了解一下电视的播放、传输和接收的全过程。

什么是“电视播出的心脏”？——答案自然只有一个：电视播控中心。顾名思义，电视播控中心是电视节目播出的控制中心，犹如一个严谨细致的管理者，每天井然有序地安排、对外播放所在电视台所有频道的电视节目。

图2- 40　电视播控中心

曾经听人说，电视播控中心安排所有电视频道每天要播出的节目，起码需要几百个工作人员日以继夜地不停忙碌——排时间表、找图像资料……真的是这样吗？

事实上，目前电视台播控中心的播出系统都是高度自动化的，整个系统的运作都由播控电脑控制。电视播出的整个过程也是相当流畅、一目了然的——矩阵在计算机的控制下，把某个频道当前需要的节目信号源“对号入座”切至指定的输出口，同时相应的某台录像机也在电脑的控制下同步开始播放。最后输出的信号再经过一些处理（比如叠加台标、插播移动字幕之类的），就可以传送到下一级的相关部门。

在播控电脑的统一控制下，切换设备（播出矩阵）和播放设备（录像机）协调地工作着，观众在电视机前看到的就是切换衔接紧密、播放流畅的电视信号了。工作人员不需要太多，关键是在播放电视节目之前，为了科学有序地安排播出，播控中心需要得到一张当日节目播出编排表和相关节目已制作完成的录像带。

时代的进步、科技的发展，让我们可以从电视机里将世界各地的风光一览无余。那么，电视信号是怎样从电视台传播到千家万户的电视机里呢？我们来了解一下电视节目信号的传输过程。

经过播出中心初步合成的原始信号称为“基带信号”，它并不适合在各种传送通道中直接传送。在通讯技术当中，要传输的信号必须和用于传输的信道特性相匹配，就好比马路上的机动车必须行驶在机动车道内而不能跑到非机动车道一样。这样，信号才能传送得比较远，传送中信号的失真才会减小到较低程度。为了达到这个目的，必须在传送前根据信道特性对电视信号进行一些处理。我们将各种处理方式统称为“电视广播模式”。

目前采用的电视广播模式主要分为无线地面广播、有线电缆广播和卫星广播。

1．无线地面广播

无线地面广播，就是通过近地面的开放空间作为传送信道。通常必须在市中心地带设立一座电视发射塔。在发射塔中，将从播控中心送来的电视信号调制到较高的频率上，这是为了使信号适应通道的特性。每个频道都占用一定的频带区间（这些区间是事先规定好的），然后用功率放大器给它加上很大的功率，再送到发射天线上，使信号发射到空间中，完全覆盖着要接收的地区。居民在家里只要给电视机装上专门的天线，就能收到电视信号了。

图2- 41　无线地面广播示意图

资料小贴士

为了尽可能地将信号传得远些，电视发射塔一般都造得很高。比如，上海的东方明珠广播电视塔，塔高468米，为亚洲第一、世界第三高塔。

2．有线电缆广播

有线电缆广播就是通常所说的有线电视。与无线地面广播不同的是，有线电视的传送通道并不是开放的空间，而是预先铺设的同轴电缆。信号在电缆中传输的好处是受外界的干扰较少，可以保证较高的接收质量。

在有线电视广播中，由播控中心来的信号被送往有线电视发射机房，通过一种叫做有线调制器的设备将信号频率搬移到指定的位置。当然和无线一样，每个电视频道的频率也是事先规定好的。由于有线信号在传输和分配过程中会有不同程度的衰减，所以在送往千家万户的路途之中，还会设置一些机房和设备，对信号进行放大等处理工作，最后才通过每家每户的进户电缆送到用户家中。我们只需将其接入电视机的射频输入端口就能收看到电视节目了。

3．卫星广播

卫星传播的特点是距离极远、范围极广，三颗地球同步卫星，就可将信号覆盖全球，并且丝毫不受高山大海等复杂地形的影响。20世纪70年代中期开始的电视大面积覆盖技术就是卫星电视技术。卫星电视可以克服时间和空间的障碍，实现跨洋、跨洲的电视信号传送。由于卫星技术具有覆盖范围大等优势，特别是随着数字压缩编码技术的应用，卫星转发器资源的利用率得到很大提高，数字卫星电视广播的DBS（Direct Broadcasting Satellite意为“直接卫星广播”）、DTH（Direct To Home意为“直达用户家庭节目”）发展很快，已成为竞争力很强的数字电视播送方式。

DBS和DTH两者的区别在于：

DBS卫星转发器功率大，接收天线口径可以很小，规划覆盖区域受ITU （International Telecommunication Union国际电联）保护，不受其他DBS和通信卫星干扰，有很强的国内覆盖特性；

DTH的服务区域通常是跨国界的，比DBS覆盖范围大，卫星转发器功率小，要求接收天线口径大。

卫星电视广播目前存在两种形式：

第一种是分配式卫星电视，即采用通信卫星将电视节目中继到各地方电视台，再通过有线电视网进入千家万户；

第二种是卫星电视直播，电视信号经过数字压缩后，经过QPSK（四项移位键控）调制发送到卫星上，由卫星转发器转发，然后直接进入众多家庭接收并还原电视信号，这就是卫星广播，一颗广播卫星可以广播几百套电视节目。

在广播电视系统中，还可以通过通讯卫星来实现电视信号的远距离传送。

在太空中飞行的通讯卫星都是与地球的自转同步的。因此，在地球上的人看来，某颗通讯卫星在天上的位置始终是固定的，如果相隔遥远的两个地点都能够看到同一颗卫星，那么这颗卫星就能够作为在两地间传送信号的中转站。

为了能够收发卫星信号，在世界各地都建有卫星地面站，拥有大型的收发天线。发端的地面站将待传送的信号调制到卫星专用的上行频率上，通过天线发向太空。在卫星上收到该信号后，通过转发器将信号重新调制到下行频率上（这是为了避免和上行信号产生冲突）发回地面，在地球上的另一个地方的地球站用天线收到信号后将信号解调出来，再传送给附近需要该信号的电视台。

利用人造地球卫星进行无线信息传播的科学设想是英国科学家阿瑟·C·克拉克于1945年10月提出的。他在一篇题为枟地球外的中继站枠的文章中提出，假如在倾角为零的地球同步轨道上放置3颗卫星，让这些卫星作为转发无线电波的中继站，那么无线电传播几乎可以覆盖整个地球。这便是著名的“卫星覆盖通信说”。克拉克的设想在13年后得以实现。1958年，美国发射了第一颗实验通信卫星。

1991年美军攻打伊拉克的海湾战争中，美国有线电视网（CNN）的战地记者通过小型卫星地面站，将电视新闻及时发回美国，电视台将收到的新闻配上资料，再与新闻主持人直播实况组合穿插，很快就播发了新闻。

上海的电视工作者运用卫星电视广播技术，成功地举办过上海东方明珠广播电视塔与法国巴黎艾菲尔铁塔、上海大剧院与澳大利亚悉尼歌剧院等多场大型音乐会、文艺演出的跨国越洋电视双向连线直播，效果令人满意。

图2- 42　卫星广播示意图

我国已经成为卫星大国，目前共发射卫星40多颗，形成了“天上一张网”的优势。我国深入千家万户的有线电视网络最适宜将地面网（包括电视网、广播网、计算机互联网、电信网）融合为一体，形成与天上网相联的最佳宽带网络。借助这个庞大网络，电视可以实时同步进行各种现场直播、全天候即时传播，随时更新节目内容，还可以在任何时间通过声音、图像、文字、图片等多种手段全面地、立体式向全球报道传播，不受时差限制，可供地球上任何人在任何时间随时互动点播和查阅。电视与互联网技术的融合的内容，在第3章的“互动电视”部分还将作介绍。

利用卫星远距离传送信号的能力，可以做很多有意义的事情，最常见的就是国际、洲际的卫星直播和信号传送。我们常常在电视中实时地看到正在国外举行的体育比赛，就是运用了卫星转播的功能：

本地电视台事先向比赛的主办方申请卫星转播权和专用卫星通道；

主办方通过当地卫星地面站将信号送上卫星；

本地的卫星地面站收到从卫星转发下来的信号后将其送往本地电视台的播出中心；

电视播出中心收到信号后会将其送入播出矩阵，在总编室事先编排好的时间段将信号切入特定频道的节目中，这就是卫星电视直播。

如果是不需直播的新闻素材，就直接将信号送往新闻制作部门进行收录后加以制作，然后在新闻时段的节目中进行播出。

资料小贴士

电视节目不同的传输介质比较：

思考与练习题

1．你知道世界上最高的电视塔是哪一座吗？

2．你参观过上海浦东的东方明珠广播电视塔吗？请说说这座建筑具备哪些功能。

3．天气对电视信号的传输有什么影响吗？

4．闭路电视就是我们所说的有线电缆广播吗？

电视机通过天线或有线电缆接收到电视信号后，对选中的频率的信号进行解调、滤波、放大、解码等电路处理，还原成为亮度和色差信号，并最终合成R、G、B信号送到显像管，由高能电子枪把三基色信号同时扫描到荧光屏上，激发荧光粉发光，从而把电信号还原成光信号，形成观众收看到的图像。

随着显示技术的发展，目前家电市场上除了传统的显像管（又称CRT）电视机外，还出现了液晶（LCD）电视机、数字光学处理器（DLP）背投影电视机、等离子（PDP）电视机等新型电视机，它们的接收功能孰优孰劣，我们不妨来做个简单比较。

图2- 43　普通电视机CRT

图2- 44　液晶电视机LCD

图2- 45　背投电视机DLP

图2- 46　等离子电视机PDP

资料小贴士

液晶

它是一种具有液体的流动性和晶体的各向异性的有机化合物，其分子按一定规律整齐排列，当给它加上电压后，其分子排列会被打乱以致改变它的光学特性，从而就可以在屏幕上显示出图像来。

背投影

所谓背投影就是将投影机安装在机身内的底部，让信号经过反射，投射到半透明的屏幕上显像。

荧光灯的原理

PDP采用的就是荧光灯的原理。它在两块平板玻璃基板之间填充惰性气体，施加电压使之产生离子气体并放电，与基板中的荧光体发生反应，产生红绿蓝三种有色光，形成彩色影像。

同学们，让我们走出校门，在老师的指导下，去进行一次社会调查吧。看看在你周围有多少人了解电视的播放、传输和接收过程，以及现在电视发展的趋势，请大家畅所欲言。当然，你也可以给大家做介绍。

回学校后，同学们之间再做些交流，再听听老师的点评。

思考与练习题

1．电视传输有哪些方式？各自有什么特点？

2．电视接收机主要根据什么原理工作？电视接收机与摄像机的主要功能差别是什么？

3．如果条件允许，老师可带领学生到电视制作专业单位（如市级电视台、区县有线电视中心、高等院校电教馆等）实地观看专业人员如何编辑制作电视节目。参观后，请学生口述电视节目制作的一般流程。

[1]学生如有机会参观电视台，实地观看相关设备及使用情况，本节内容可详读；否则仅作一般了解即可。

[2]学生如有机会参观电视台，有条件观看新闻直播、纪录片编辑制作或有条件观看晚会直播或者体育赛事转播，此节内容应详读。否则仅作一般了解即可。

[3]学生如有机会参观电视台节目播控中心，对本节内容应详读。否则仅作一般了解即可。