高清技術(shù)在同步錄音錄像中的應(yīng)用

周健飛

沈陽(yáng)音樂(lè)學(xué)院附屬中等音樂(lè)學(xué)校 遼寧 沈陽(yáng) 110000

前言

在當(dāng)前的社會(huì)發(fā)展背景下,社會(huì)民主法治的推進(jìn)以及民眾法律意識(shí)的強(qiáng)化提升,使得同步錄音錄像的應(yīng)用范圍和應(yīng)用價(jià)值更為顯著。需要借助同步錄音錄像的作用優(yōu)勢(shì)進(jìn)行重要信息發(fā)展過(guò)程的錄音與錄像。因此,高清技術(shù)在同步錄音錄像中的應(yīng)用價(jià)值得以突顯。高清的實(shí)現(xiàn)包括HD制作、節(jié)目傳輸和接收顯示諸多環(huán)節(jié),只有將這些環(huán)節(jié)理清應(yīng)用,才能使高清技術(shù)在同步錄音錄像的三個(gè)組成部分的前端采集、傳輸過(guò)程以及存儲(chǔ)和輸出中應(yīng)用價(jià)值充分顯現(xiàn)。

一、高清技術(shù)分析

(一)高清技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)

高清技術(shù)中最為重要的是“高清”二字,也就是“高分辨率”。通常所說(shuō)的高清,包含四個(gè)內(nèi)容含義,如高清電視、高清格式、高清設(shè)備和高清電影。而目前現(xiàn)有的,已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的高清包括網(wǎng)絡(luò)高清和數(shù)字高清。網(wǎng)絡(luò)高清是目前最為普遍的應(yīng)用于構(gòu)建高清監(jiān)控系統(tǒng)的方式之一。其主要是通過(guò)前端攝像機(jī)進(jìn)行音頻視頻錄制,接著借助IP網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)信息傳輸?shù)椒?wù)器存儲(chǔ)。其優(yōu)缺點(diǎn)也較多,如優(yōu)點(diǎn)一是可以將帶寬壓縮,便于在IP網(wǎng)絡(luò)上傳導(dǎo)運(yùn)輸,并且會(huì)使視頻的存儲(chǔ)容量適當(dāng)縮小,不會(huì)造成較大的存儲(chǔ)困難。二是因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)的開放性特點(diǎn),使其優(yōu)勢(shì)也變得更為顯眼,如視頻的收發(fā)、分享、共享更為便利。三是可以應(yīng)用光纖、雙絞線或者無(wú)線等,組合成網(wǎng)絡(luò),構(gòu)建大型的、遠(yuǎn)距離的、可控制的監(jiān)控傳輸系統(tǒng)。缺點(diǎn)則是會(huì)導(dǎo)致音頻視頻信號(hào)有延時(shí)性,無(wú)法實(shí)現(xiàn)同步[1]。另一個(gè)較為明顯的缺點(diǎn)是編碼格式不一使得最終的監(jiān)控系統(tǒng)維護(hù)擴(kuò)容及兼容性差,進(jìn)行升級(jí)改造的可選擇性較差。數(shù)字高清可以說(shuō)是彌補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)高清存在的一些不足,與網(wǎng)絡(luò)高清相比較,數(shù)字高清也同樣具有一定的優(yōu)缺點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)一是可以確保數(shù)據(jù)信息非壓縮不失真,可以很好地保證了圖像的原始性以及完整性,最為重要是可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)圖像的實(shí)時(shí)性目標(biāo),畫面清晰、完整、逼真。優(yōu)點(diǎn)二是因采用專線式閉合式線路,可以使其在工作時(shí)免受外界因素干擾,安全性強(qiáng)。優(yōu)點(diǎn)三是數(shù)字高清應(yīng)用的系統(tǒng)和設(shè)備,其管理方式基本無(wú)變化,并不需要進(jìn)行專門的操作技術(shù)學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)無(wú)波瀾升級(jí)。其缺點(diǎn)是無(wú)法實(shí)現(xiàn)海量存儲(chǔ),只能使用同軸電纜、光纖傳輸?shù)?傳輸方式較為單一,并沒(méi)有組建大型監(jiān)控系統(tǒng),更多應(yīng)用于相對(duì)穩(wěn)定的室內(nèi)環(huán)境,并不具備防雷技術(shù)。

高清技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中,清晰度指標(biāo)最高的是1920×1080/i。24P是一種應(yīng)用于后期視頻制作的高清電視格式,可以在最大程度上確保圖像質(zhì)量,是目前應(yīng)用非常廣泛的高清交換標(biāo)準(zhǔn)。此外,碼率是高清技術(shù)中非常重要的一個(gè)技術(shù)參數(shù),是制作與傳輸環(huán)節(jié)質(zhì)量擁有保證的首要關(guān)注問(wèn)題。碼率一般是指比特率,是指單位時(shí)間內(nèi)傳送的比特?cái)?shù)。通俗而言,在高清技術(shù)中,碼率也可以稱為取樣率,單位時(shí)間內(nèi)取樣率越大,精度則越高,經(jīng)過(guò)處理的文件也就越接近原始文件,也就是清晰度也越高。

(二)高清的實(shí)現(xiàn)包括HD制作、信號(hào)傳輸和接收顯示諸多環(huán)節(jié)

首先,HD制作。HD是英文High Definition的簡(jiǎn)稱,指垂直分辨率大于等于720的圖像或者視頻,也可以成為高清圖像或者高清視頻,尺寸一般為1280×720和1920×1080?！案咔濉钡娜Q為“高清晰度”。高清的實(shí)現(xiàn),需要借助計(jì)算機(jī)CPU的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。若CPU的運(yùn)算速度可以有效提高,則將會(huì)以其高速的運(yùn)算能力完成高壓縮比或較為復(fù)雜的算法解碼工作[2]。在藍(lán)光盤、半導(dǎo)體以及硬盤存儲(chǔ)技術(shù)的高速發(fā)展下,大尺寸的高清媒體文件找到最適宜的存儲(chǔ)方式,存儲(chǔ)難題得以有效解決。在壓縮編碼技術(shù)的快速發(fā)展影響下,高清節(jié)目文件從其龐大的身軀逐步縮小為苗條的身材,變得更加適宜存儲(chǔ)和傳輸。高清技術(shù)在移動(dòng)現(xiàn)場(chǎng)編輯領(lǐng)域也有了較為明顯的發(fā)展,如火線傳輸已經(jīng)可以支持高清,這不僅可以極大地降低高清系統(tǒng)設(shè)備的組合成本,同時(shí)也大大提高工作人員的工作效率,保障工作質(zhì)量,創(chuàng)新工作流程。

其次,高清信號(hào)的傳輸。在以上內(nèi)容中提到,高清技術(shù)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的有網(wǎng)絡(luò)高清和數(shù)字高清,而網(wǎng)絡(luò)高清存在實(shí)時(shí)性較差問(wèn)題,所以高清信號(hào)的傳輸方式雖然可以采用虛擬的網(wǎng)絡(luò)高清傳輸方式,也可以采用數(shù)字高清傳輸方式,但更為有效的、可以保證時(shí)效性的還是數(shù)字高清傳輸方式。

最后,高清信號(hào)的接收。數(shù)字高清傳輸方式優(yōu)點(diǎn)中提到,只要不壓縮圖像與視頻,則圖像與視頻并不會(huì)失真,將會(huì)保持與原圖更為相近的清晰度,更完整、更逼真、也更安全。在高清信號(hào)傳輸過(guò)程中使用壓縮編碼,高清的基帶碼流可以達(dá)到每秒1.5Gb,這也就意味著,與標(biāo)準(zhǔn)清晰服務(wù)相比,高清信號(hào)需要更高的帶寬。高清信號(hào)被傳輸前,首先需要經(jīng)歷壓縮步驟,應(yīng)用較為實(shí)用的壓縮方法,從壓縮質(zhì)量和壓縮效率上找到平衡點(diǎn),確保當(dāng)前的計(jì)算機(jī)技術(shù)可以滿足當(dāng)前高清信號(hào)所需的帶寬和存儲(chǔ)量。在當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展的時(shí)代環(huán)境下,曾經(jīng)應(yīng)用的MPEG-2壓縮編碼,已經(jīng)被當(dāng)前發(fā)展起來(lái)的WMV9,H.264等更先進(jìn)的編碼壓縮技術(shù)所替代,可以將帶寬有效節(jié)省一半之多,這樣的技術(shù)發(fā)展變革,為高清信號(hào)傳輸與接收帶來(lái)巨大發(fā)展影響。

二、高清技術(shù)在同步錄音錄像中的應(yīng)用

(一)前端采集中應(yīng)用

組成一個(gè)最為簡(jiǎn)單的同步錄音錄像,包括前端采集,中端傳輸和后端存儲(chǔ)輸出三個(gè)部分。其中前端采集設(shè)備主要包括以下一些部分:視頻采集設(shè)備和音頻采集設(shè)備。根據(jù)應(yīng)用的環(huán)境不同,前端設(shè)備中還包括控制設(shè)備、電源、支架、云臺(tái)等。一般情況下,監(jiān)控區(qū)域還必須配備一個(gè)溫濕度顯示器與時(shí)鐘。通過(guò)對(duì)前端設(shè)備組成具體分析后,可以看到視頻采集設(shè)備主要應(yīng)用的是攝像機(jī),音頻采集設(shè)備主要應(yīng)用監(jiān)控麥克風(fēng),拾音器。這些設(shè)備的質(zhì)量將直接影響采集到的圖像、視頻以及音頻的質(zhì)量。同步錄音錄像主要應(yīng)用在特定的環(huán)境區(qū)域內(nèi),當(dāng)前應(yīng)用到審訊室、監(jiān)控區(qū)較多,這些區(qū)域?qū)︿浺?、錄像的全程性、完整性、?shí)時(shí)性以及清晰度要求都非常高。尤其是清晰度,若清晰度不高,即使保證了其他的幾點(diǎn)同步錄音錄像標(biāo)準(zhǔn)要求,也將難以獲得想要的資料信息。為此,將高清技術(shù)應(yīng)用在前端信息采集上是非常重要環(huán)節(jié)之一[3]。攝像機(jī)種類繁多,但其主要的工作原理是一致的,都是將光學(xué)圖像信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào),以便于存儲(chǔ)或者傳輸,當(dāng)拍攝目標(biāo)物時(shí),此目標(biāo)物上反射的光將被攝像機(jī)鏡頭收集,使其聚焦在攝像器件的受光面上,再通過(guò)攝像器件把光轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?即得到了“視頻信號(hào)”。光電信號(hào)非常微弱,需要通過(guò)預(yù)放電路進(jìn)行放大,再經(jīng)過(guò)各種電路進(jìn)行處理和調(diào)整,最后得到標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)可以送到錄像機(jī)等記錄媒介上記錄下來(lái),或者是通過(guò)傳播系統(tǒng)傳送到監(jiān)視器上顯示出來(lái)。由此可見,攝像機(jī)的工作運(yùn)行原理中涉及到高清技術(shù),并且高清技術(shù)的作用價(jià)值非常之重要。因此,在同步錄音錄像中,需要選擇高清攝像機(jī)。根據(jù)專業(yè)人士解釋分析,可以了解到常用的監(jiān)控?cái)z像機(jī)只有兩種等級(jí),低解330線左右,高解480線左右。而隨著生產(chǎn)技術(shù)的不斷提高,處理能力達(dá)到7MH的DSP高通濾波器使水平分辨率達(dá)到520線左右,進(jìn)而出現(xiàn)了更進(jìn)一步的高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)產(chǎn)品。實(shí)際上,同步錄音錄像中前端收集應(yīng)用的攝像機(jī),其圖像清晰度的影響因素中,不僅與采用的CCD技術(shù)指標(biāo)有直接關(guān)系,同時(shí)與后端信息處理技術(shù),如勾邊電路、信噪比、彩色還原性、選用的鏡頭、對(duì)比度、調(diào)焦是否準(zhǔn)確等因素都有直接關(guān)系,都會(huì)不同程度地影響最終的錄音錄像清晰度。

(二)中端傳輸過(guò)程應(yīng)用

中端傳輸應(yīng)用的簡(jiǎn)單的傳輸設(shè)備主要包括線纜,光端機(jī)等,根據(jù)不同的系統(tǒng)需求,可能還需要配備電腦主機(jī),網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī),無(wú)線發(fā)射機(jī)等。線纜是光纜和電纜等物品的統(tǒng)稱,用途非常廣泛,主要用于控制安裝、設(shè)備連接、輸送電力等多重作用,在日常生活中常見并且不可缺少的一種東西。線纜主要是由PVC塑料粒子加工護(hù)套絕緣以及各種規(guī)格的銅絲絞合成纜。為此,其材料和規(guī)格將直接影響其傳輸質(zhì)量。線材選型需要遵循以下原則:①視頻線。攝像機(jī)與監(jiān)控主機(jī)之間的距離若小于等于200米,則選用RG59視頻線,若攝像機(jī)與監(jiān)控主機(jī)距離大于200米時(shí),則選用SYV75-5視頻線。②云臺(tái)控制線。云臺(tái)與控制器之間的距離小于等于100米時(shí),選用RVV6×0.5護(hù)套線。云臺(tái)與控制器之間的距離大于100米時(shí),選用RVV6×0.75護(hù)套線。③鏡頭控制線,一般選用RVV4×0.5護(hù)套線。④解碼器通訊線。選用RVVP2×1屏蔽雙絞線[4]。⑤攝像機(jī)電源線。若同步錄音錄像系統(tǒng)中有20臺(tái)普通的攝像機(jī),并且攝像機(jī)與監(jiān)控主機(jī)之間的平均距離在50米,則應(yīng)選用BVV6m銅芯雙塑料作電源主線。

光端機(jī)是光信號(hào)傳輸?shù)慕K端設(shè)備。視頻光端機(jī)在中國(guó)的發(fā)展是伴隨著監(jiān)控發(fā)展起來(lái)的,其就是把1到多路的模擬視頻信號(hào)通過(guò)各種編碼轉(zhuǎn)換成光信號(hào),通過(guò)光纖介質(zhì)來(lái)傳輸?shù)脑O(shè)備,又分為模擬光端機(jī)和數(shù)字光端機(jī)。高清技術(shù)在同步錄音錄像中的中端傳輸中的具體應(yīng)用,主要在于光端機(jī),其中模擬光端機(jī)采用了PFM調(diào)制技術(shù)實(shí)施傳輸圖像信號(hào)。發(fā)射端將模擬視頻信號(hào)先進(jìn)行PFM調(diào)制后,再進(jìn)行電-光轉(zhuǎn)換,光信號(hào)傳到接收端后,進(jìn)行光-電轉(zhuǎn)換,然后進(jìn)行PFM解調(diào),恢復(fù)出視頻信號(hào)。但其還存在一定的技術(shù)難度沒(méi)有被突破,于是又出現(xiàn)一種數(shù)字光端機(jī),其與數(shù)字高清彌補(bǔ)模擬高清不足具有同樣的功用。圖像壓縮數(shù)字光端機(jī)一般采用MPEG‖圖像壓縮技術(shù),可以將活動(dòng)圖像壓縮成N×2Mbps的數(shù)據(jù)流通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的電信通信接口傳輸或者直接通過(guò)光纖傳輸。因?yàn)椴捎昧藞D像壓縮技術(shù),它能極大地降低信號(hào)傳輸帶寬。數(shù)字光端機(jī)具有的優(yōu)勢(shì)主要有①傳輸距離較長(zhǎng),可以達(dá)到80Km,最遠(yuǎn)甚至可達(dá)120Km。②支持視頻無(wú)損再生中繼,因此可以實(shí)現(xiàn)多級(jí)傳輸模式。③受環(huán)境干擾較小,因此傳輸質(zhì)量高。④支持的信號(hào)容量可以達(dá)到16路,甚至更多,如32路、64路、128路。高清技術(shù)在中端傳輸中的應(yīng)用,可以大大提升同步錄音錄像速度與質(zhì)量,保證最終的監(jiān)控效果。

(三)后端存儲(chǔ)和輸出的應(yīng)用

同步錄音錄像構(gòu)成中的后端存儲(chǔ)和輸出,主要包括存儲(chǔ)中的電腦主機(jī)、硬盤刻錄機(jī)、刻錄機(jī)等;還包括輸出中的顯示器、喇叭(揚(yáng)聲器、耳機(jī)),若想實(shí)現(xiàn)對(duì)講功能,則還需要麥克風(fēng)等設(shè)備。高清技術(shù)在此處的具體應(yīng)用,一來(lái)可以提升圖像、視頻的顯示清晰度;二來(lái)可以確保高清信號(hào)的實(shí)時(shí)性和完整性[5]。同步錄音錄像是對(duì)某一特定環(huán)境,若審訊室、精品錄播教室或者海關(guān)臨時(shí)詢問(wèn)室等采用特定設(shè)備通過(guò)技術(shù)手段對(duì)環(huán)境現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行音頻視頻同步記錄的系統(tǒng)。尤其是隨著我國(guó)法律制度的完善與健全,無(wú)論是社會(huì)大眾,還是公檢法,都非常重視對(duì)一些敏感區(qū)域的監(jiān)控控制。另外,在精品錄播教室中,對(duì)最后的節(jié)目錄制效果要求也更為嚴(yán)格,因此,在同步錄音錄像的后端存儲(chǔ)和輸出中,高清技術(shù)的應(yīng)用,顯得尤為重要。比如說(shuō),其中的顯示器。顯示器是屬于電腦的I/O設(shè)備,也就是輸入輸出設(shè)備,它是一種將一定的電子文件通過(guò)特定的傳輸設(shè)備顯示到屏幕上再反射到人眼的顯示工具,具有多種類型。顯示器需要接收電腦的信號(hào)并形成圖像,作用方式與電視接收機(jī)相同。顯示器主要的技術(shù)參數(shù)是分辨率、柵距和點(diǎn)距、帶寬、刷新率。分辨率就是構(gòu)成圖像的像素和,也就是屏幕包含的像素是多少。一般表示為水平分辨率(一個(gè)掃描行中像素的具體數(shù)目)和垂直分辨率(掃描行的具體數(shù)目)的乘積。這也就意味著分辨率越高,畫面中包含的像素?cái)?shù)就越多,圖像也就越清晰細(xì)膩。與此同時(shí),需要注意的是,顯示器的分辨率會(huì)受到顯示器的尺寸、電路特性等方面影響。帶寬是顯示器中一個(gè)非常重要的參數(shù),也是高清技術(shù)中常常提到的技術(shù)參數(shù),能夠直接反映顯示器性能的好壞。帶寬實(shí)際上是顯示器視頻放大器通頻帶寬度的簡(jiǎn)稱。一個(gè)電路的帶寬實(shí)際上反映該電路對(duì)輸入信號(hào)的響應(yīng)速度和顯示器的解像能力,帶寬越寬,慣性越小,響應(yīng)的速度越快,其允許通過(guò)的信號(hào)頻率也就越高,信號(hào)失真也就越小。由上分析可知,高清技術(shù)中提到的各項(xiàng)技術(shù)要求與標(biāo)準(zhǔn),與同步錄音錄像所需的技術(shù)要求與標(biāo)準(zhǔn)具有非常多的相似之處,高清技術(shù)在同步錄音錄像中的有效應(yīng)用,將會(huì)極大地提升監(jiān)控質(zhì)量,保障監(jiān)控效能。

總結(jié)

綜上所述,高清技術(shù)在同步錄音錄像中的應(yīng)用若想價(jià)值最大化,需要對(duì)高清技術(shù)進(jìn)行整體分析,了解其具體原理與諸多環(huán)節(jié)的重要應(yīng)用方式,從而使其在同步錄音錄像中充分發(fā)揮作用。不同市場(chǎng)需求的引導(dǎo)下,高清技術(shù)呈現(xiàn)不同的應(yīng)用優(yōu)勢(shì),但究其根本,還是為人類科技發(fā)展帶來(lái)巨大推動(dòng)作用。高清技術(shù)在同步錄音錄像中的有效應(yīng)用,將會(huì)使傳統(tǒng)的錄音錄像技術(shù)上升到新的高度,開拓出新的發(fā)展路徑。