高亮度背景顯示系統(tǒng)在高清新聞演播室的應(yīng)用

鄭州電視臺(tái) 技術(shù)部 劉 銳

高亮度背景顯示系統(tǒng)在高清新聞演播室的應(yīng)用

鄭州電視臺(tái) 技術(shù)部 劉 銳

鄭州電視臺(tái)高清新聞演播室采用的背景顯示系統(tǒng)由高亮度投影機(jī)、光學(xué)背投屏幕、背投屏幕安裝框架、背投反光鏡和投影機(jī)安裝支架等組成。高清新聞演播室的主要功能是進(jìn)行高清新聞節(jié)目的現(xiàn)場直播和錄播。高清新聞節(jié)目要求安全、高質(zhì)量地制作和播出，其背景顯示系統(tǒng)不僅要符合當(dāng)前新聞工作者的使用習(xí)慣，并且要著眼于未來的發(fā)展需要。本文，筆者對(duì)鄭州電視臺(tái)高清新聞演播室背景顯示系統(tǒng)進(jìn)行簡單介紹。

一、高亮度DLP投影機(jī)

1.HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)主要技術(shù)參數(shù)。本背景顯示系統(tǒng)采用美國Christie公司生產(chǎn)的HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)，它可以提供9 500 ANSI流明的亮度，最大功率1 320 W，同時(shí)具有高效率、低成本的優(yōu)勢(shì)。其原始分辨率為1 920×1 080，采用3片DLP芯片。并且，根據(jù)所使用光圈的不同，系統(tǒng)對(duì)比度可在2 500∶1到10 000∶1之間進(jìn)行調(diào)節(jié)，從而顯示清晰和逼真的圖像。

2.HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)的優(yōu)點(diǎn)。HD10K-M高亮度影機(jī)采用了同類產(chǎn)品中最小的底座和雙汞燈，具有高亮度、高可靠性和低成本的優(yōu)點(diǎn)。并且，它還具有2個(gè)可以輸入4∶4∶4 HD信號(hào)的高清晰度輸入通道，實(shí)現(xiàn)了色溫調(diào)節(jié)的無級(jí)變化，使圖像具有與演播室燈光環(huán)境相適應(yīng)的3 200 K色溫，徹底解決了傳統(tǒng)DLP投影機(jī)色彩“偏藍(lán)”的問題。同時(shí)，HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)小于40分貝的噪聲水平，較好地滿足了演播室的環(huán)境要求。另外，其視頻處理控制系統(tǒng)具有同步鎖相功能，使大屏幕輸出的圖像場頻與演播室系統(tǒng)的圖像場頻相一致，可以保證大屏幕圖像的平滑播出。

3.HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)的信息輸入。HD10K-M高亮度DLP投影機(jī)的信號(hào)輸入端口在設(shè)備的背面，可通過1套卡/插槽（SLOT）系統(tǒng)來更新配置，能夠滿足各種信號(hào)的輸入要求。在鄭州電視臺(tái)高清演播室的實(shí)際應(yīng)用中，接入的視頻信號(hào)SLOT1是由高清演播室矩陣輸出的HD信號(hào)，可以輸入演播室系統(tǒng)的各種攝像機(jī)信號(hào)和總控播出送到演播室的各種外來信號(hào)；視頻信號(hào)SLOT2是由演播室內(nèi)1臺(tái)計(jì)算機(jī)提供的DVI信號(hào)，可以輸入不同新聞欄目的背景，在新聞直播中為不同新聞背景的切換提供了很大的便利。

二、DNP光學(xué)背投硬幕

1.光學(xué)屏幕的定義。包含1個(gè)或多個(gè)光學(xué)鏡頭系統(tǒng)的屏幕被稱為光學(xué)屏幕。在光學(xué)鏡頭里，光線被折射，其方向也會(huì)發(fā)生改變。但只有背投屏幕能夠控制光線的折射方向，因此只有背投屏幕才是真正的光學(xué)屏幕。光線的方向取決于屏幕材料的折射系數(shù)與鏡頭的剖面形狀。

2.菲涅爾透鏡。菲涅爾透鏡是一種平面結(jié)構(gòu)的凸透鏡，它于19世紀(jì)由法國光學(xué)家菲涅爾發(fā)明，并于20世紀(jì)80年代首先被DNP公司創(chuàng)造性地引入光學(xué)屏幕領(lǐng)域，其表面的鋸齒狀同心圓可以實(shí)現(xiàn)對(duì)光線的會(huì)聚。在菲涅爾鏡頭中，只有曲面是真正起作用的部分。若將其他部分去掉并拉平有效的鏡頭部分，就可得到1個(gè)菲涅爾鏡頭。由于CAD/CAM加工中心采用了鉆石切割技術(shù)，在1塊屏幕上可以有10 000種不同的鏡頭剖面，因此生產(chǎn)背投屏幕模具投資巨大，DNP公司是唯一擁有自己的模具工廠的背投屏幕制造商，其每一種系列的產(chǎn)品都有自己不同的焦距。

3.柱狀透鏡介紹。目前，柱面透鏡技術(shù)被廣泛地應(yīng)用于光學(xué)屏幕的制造。通過屏幕正面的柱面透鏡結(jié)構(gòu)，可以控制水平方向和垂直方向的光線分布，因而它具有擴(kuò)大視角范圍的功能。將菲涅爾與柱狀鏡頭結(jié)合，可以達(dá)到180°的水平觀視角，DNP屏幕廣角系列因此在全球獲得了巨大的市場占有率。DNP公司于2000年首先采用3M VikuitiTM技術(shù)研制出世界上首塊BBSCREEN屏幕，它由4層結(jié)構(gòu)組成，從里至外依次為菲涅爾鏡頭、玻璃微珠、環(huán)境光吸收層和具有防眩表面的丙烯酸層。玻璃微珠由數(shù)百萬個(gè)玻璃微珠體組成，當(dāng)投影機(jī)的光束投射到菲涅爾鏡頭上平行前進(jìn)時(shí)，玻璃微珠層可將此平行光線聚集，并從其中的1個(gè)小點(diǎn)散發(fā)出來，然后通過中間的黑色吸收層射出。由于黑色吸收層對(duì)環(huán)境光（非平行光）的有效吸收，從而可以大幅提高畫面的對(duì)比度，使得投影圖像即使是在明亮的環(huán)境下也能夠保持畫面依然鮮亮銳利，從而不會(huì)被明亮的環(huán)境光所淹沒。此外，當(dāng)光線由黑色吸收層射出時(shí)，投射光還要經(jīng)過正對(duì)觀眾的丙烯酸層。而光線從具有防眩表面的屏幕漫射出來，可以令畫面更加舒適。在以上結(jié)構(gòu)層組合的共同作用下，大大增強(qiáng)了屏幕的亮度和對(duì)比度，使觀眾無論是在亮光環(huán)境還是在其他環(huán)境中觀看圖像，都可以欣賞到飽滿的色彩。

三、光學(xué)背投在演播室中的應(yīng)用

1.光學(xué)背投屏幕。光學(xué)背投屏幕由于其獨(dú)特的物理結(jié)構(gòu)，在對(duì)投影光線的調(diào)制過程中，首先要求精密度要高于圖像的分辨率。根據(jù)結(jié)構(gòu)不同可由紋路間距和玻珠大小等數(shù)據(jù)來表示（但是點(diǎn)距過低會(huì)產(chǎn)生摩爾效應(yīng)）。DNP的光學(xué)背投屏幕都有1個(gè)固有的分辨率，且遠(yuǎn)大于投影機(jī)目前所能提供的分辨率，確保了投影機(jī)投射的所有單個(gè)像素都可以清晰地顯示在屏幕上。在鄭州電視臺(tái)高清新聞演播室中，背景屏幕采用丹麥DNP148光學(xué)背投廣角屏幕，這種屏幕可以在寬闊的觀看區(qū)域顯示明亮、清晰的圖像。廣角屏幕是由2個(gè)有效透鏡面組成的單層光學(xué)系統(tǒng)。憑借其優(yōu)秀的光學(xué)透鏡設(shè)計(jì)，DNP廣角屏幕提供了優(yōu)良的均勻度和對(duì)比度。而且，整個(gè)屏幕具有高分辨率、高亮度、高清晰度和對(duì)比度范圍寬等優(yōu)點(diǎn)，色彩還原真實(shí)、圖像無失真、亮度均勻一致、單屏周邊無眩光，完全能夠在正常的演播室環(huán)境中顯示清晰、明亮的圖像。

2.光學(xué)背投屏幕的特性。光學(xué)背投屏幕兼具菲涅耳透鏡的聚焦能力和柱面透鏡的發(fā)散特性，因而可以達(dá)到最佳的圖像觀看效果。光學(xué)背投可顯示明亮清晰的圖像，并具有卓越的對(duì)比度，其亮度是普通前投或背投屏幕的4倍，很好地滿足了高清攝像機(jī)對(duì)靈敏度和光線均勻性的要求。

（1）可靠性。對(duì)于高清新聞直播系統(tǒng)來說，設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行是首要關(guān)注的問題。該背投顯示系統(tǒng)具有穩(wěn)定性高、全部顯示區(qū)域均勻、系統(tǒng)可用性高、維護(hù)和控制時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于投影機(jī)最重要也是做薄弱的環(huán)節(jié)——光源部分，光學(xué)投影機(jī)采用了汞燈雙燈結(jié)構(gòu)，每只燈泡設(shè)計(jì)使用壽命為2 000 h。一旦第1個(gè)燈泡出現(xiàn)故障，第2個(gè)燈泡立即自動(dòng)接替損壞的燈泡。在自動(dòng)變更燈泡后，亮度鎖定機(jī)制能夠使圖像保持相同的亮度，無需進(jìn)行亮度調(diào)整。同時(shí)，自動(dòng)切換模式還能使投影機(jī)依次使用2個(gè)燈泡，并確保使用2個(gè)燈泡的時(shí)間相同。在鄭州電視臺(tái)高清新聞演播室中，使用的汞燈雙燈功率為370 W，燈泡操作模式為自動(dòng)選擇單個(gè)燈泡。自2010年10月正式啟用高清新聞演播室至2012年1月燈泡1的使用時(shí)間為810 h，燈泡2的使用時(shí)間為840 h，實(shí)現(xiàn)了雙燈系統(tǒng)的自動(dòng)交替循環(huán)使用。由此可見，該套系統(tǒng)的安全機(jī)制健全，具有很高的穩(wěn)定性，能夠滿足高清新聞演播室對(duì)可靠性的要求。

（2）兼容性。該套系統(tǒng)支持多種信號(hào)格式的同時(shí)顯示，適應(yīng)高清新聞演播室信號(hào)來源多樣的特點(diǎn)，具有較高的靈活性。在輸入方面，系統(tǒng)可接受標(biāo)準(zhǔn)的分量和符合條件的模擬視頻格式，如NTSC、PAL、SECAM、SDI視頻，600×1 200分辨率視頻，模擬高清（HDTV）720P視頻、1080i視頻，HD-SDI視頻和2 048×1 080數(shù)字電影圖像視頻等多種格式。能夠同時(shí)輸入2個(gè)信號(hào)源，從而產(chǎn)生畫中畫圖像。畫中畫圖像可在屏幕上移動(dòng)和變換大小，還可以配對(duì)支持畫中畫圖像轉(zhuǎn)換效果或獨(dú)立顯示以及切換至背景圖像。大屏幕對(duì)整個(gè)系統(tǒng)輸入的視頻，計(jì)算機(jī)信號(hào)的顯示是完全實(shí)時(shí)的，這對(duì)直播演播室來說是十分重要的，同時(shí)，也大大提高了操作的準(zhǔn)確性。

鄭州電視臺(tái)每天有4檔新聞欄目在高清新聞室錄制。其中，《項(xiàng)目建設(shè)要聞》和《政務(wù)直通車》是2檔錄播新聞欄目，《鄭州新聞》和《民生政務(wù)》是2檔直播新聞欄目。直播過程中，在這2檔新聞欄目之間有2 min的廣告時(shí)間間隙，需要更換主持人背景。背景信號(hào)是由演播室內(nèi)1臺(tái)計(jì)算機(jī)提供給投影機(jī)的DVI信號(hào)，各種不同新聞欄目的背景只需在計(jì)算機(jī)上調(diào)用即可，這在新聞直播中對(duì)不同新聞欄目背景的切換提供了很大的方便。