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1、北京信息技术应用研究所郑利民【摘 要】 我国电视字幕机在技术上日益成熟, 已完全占领了国 内市场, 文中主要介绍其硬件原理与特性、软件组成与功能, 探讨字幕机 的选型和发展。 【关键词】 字幕机 特技 动画【A bstrac t】 TV ch a rac te r gene ra to r s m ade in C h ina a re becom ing in2 c rea sing ly m a tu re in te rm s o f th e ir tech no lo gy, and th e dom e st ic m a rk e t h a s been com p le te
2、 ly o ccup ied by th em. T h is a r t ic le m a in ly in t ro duce s th e p r inc ip le and p rop e r t ie s o f th e ir h a rdw a re and th e a rch itec tu re and func2 t io n s o f th e ir so f tw are. T h e a r t ic le a lso exp lo re s th e se lec t io n and deve lop 2 m en t o f TV ch a rac te
3、r gene ra to r s .【Key words】 C h a rac te r gene ra to r E ffec t s A n i m a t io n九十年代以来, 我国电视字幕机随着微型 计算机技术的发展, 不仅技术指标迅速提高, 而 且功能得到不断增强和完善。 电视字幕机从单 纯产生字符图形的专用电视信号发生器、 处理 器发展到可以进行特技制作和动画制作, 在电 视节目制作和播出系统中发挥了更为重要的作 用。 尤其与其它电视设备不同的是, 电视字幕 机产生的汉字是中国独有的, 随着汉字字幕机 软件开发的日益成熟, 国产字幕机不仅质量越 来越高, 而且在数量上完全占领了我
4、国自己的 市场。 因此, 笔者想就我国广播级电视字幕机 的原理与特性, 选型和发展作一探讨, 供有关技术人员参考。M H z、100 M H z、120 M H z 和 133 M H z 等不同 档次; 内存有 4 M B、8 M B、16 M B、32 M B 和64 M B 等不同档次; 硬盘容量也从 200 M B 到1 GB 分为多个档次。主机频率越高, 内存容量 越大, 图文信号的处理速度和软件的运行速度 就越快; 硬盘容量越大, 存储图文文件的空间 就越大。典型广播级字幕机 (以索贝28000 型为例) 的配置为 486 机,主频 66 M H z,内存 16M B , 硬盘 5
5、40 M B。当字幕机为动画型时, 由于图文信号的计算量加大, 对微机的运算速度 和存储容量都提出了较高的要求, 硬件配置也 就随之提高, 典型配置 (以索贝29000 型为例) 为 586 机, 主频 75 M H z, 内存 32 M B , 硬盘 1GB。 除主机之外, 字幕机的微机系统硬件还包 括: 1 024768 彩色监视器、键盘、鼠标器和3 英寸磁盘软驱等。 为了增强字幕动画制作功字幕机的硬件原理与特性电视字幕机的硬件目前主要由微机系统和 图象卡两部分组成, 它们决定了字幕机的质量 档次。 此外, 作为功能补充, 字幕机还有分量 输出卡和双路视频处理卡等选件。111微机系统 微型
6、计算机是字幕机的工作平台。 我国普 及的微型计算机主要是 PC 机, 随着 PC 机的迅 速发展和降价, 广播级字幕机目前都采用 4861能, 较高档的字幕机还配有 驱动器和光盘材质库。112图象卡光盘(CD 2ROM )图象卡是字幕机连接电视信号和微机系统 控制、 处理信息的桥梁。 它具有视频输入与输 出、 解码与编码、 信号处理等功能, 同时还具 有与微机系统的通讯和接口功能。 字幕机的字 幕、 特技等各种功能都是在图象卡性能的基础或 586 中央处理器的微机, 主机频率(C PU )有: 50 M H z、60 M H z、66 M H z、75 M H z、90上开发出来的。 图象卡决
7、定了字幕机的分辨力、 颜色的多少、 图文的质量和处理表现形式。 因 此, 图象卡档次的高低成为字幕机档次高低的 决定性因素, 也是其视频质量高低、 功能范围 宽窄和成本高低的决定性因素。 目前广播级字幕机中使用最多的图象卡是 加拿大M a t ro x 公司的 illum in a to r2P ro 卡 ( 以 下简称 P ro 卡) , 该卡档次高、性能佳、功能丰 富、 价格也最贵。 经过广播电影电视部和中央具有 4 场补偿的时基校正功能, 使录象机 重放的带有时基误差的信号能够在机内与无时 基误差的图文信号稳定叠加混合, 省去了机外的专用时基校正器; 与此同时, 由于录象机磁 头阻塞或磁
8、带磁粉脱落引起的信号失落也得到 了补偿, 改善了输出信号的画面质量。 在一定 的方式下, 内置时基校正器还可完成独立的时 基校正器功能, 使录象机重放的信号通过它能够与机外的视频特技切换台联机锁相。 (4) 双帧存储器 一个图文帧存, 用于图形字幕的制作。 它 可分为一个 1 0241 02432 b it 的帧存或两 个 1 0241 02416 b it 的帧存。 前者 32 b it 帧 存是主要使用方式。 在该方式下, 图文帧存以 R 、G、B 、444 的格式存储信号, 图文分辨 率为 768 576 象素或 720 576 象素 (CC IR电视台的鉴定认可, P ro 卡代表了目
9、前国际上 较新的视频图象处理水平, 可作为评比其它图 象卡的参考标准。P ro 卡对信号处理的原理框 图如图 1 所示, 它具有以下几个特点:标准) 的满屏分辨率。每个象素为 32 b it,其中R 、G、B 各 8 b it, 可同屏显示 224 = 16 777 216种彩色 (即真彩色) ; 另外 8 b it 为A L PHA 键 控信号, 控制图文具有 28= 256 级透明程度, 它不仅可以改善图文与背景视频叠加的效果, 而 且经过软件运算还可以实现字幕边缘的抗混叠(A n t i2a lia se) 处理: 通过对象素突变处插入不 同透明度的象素来平滑字幕的边缘, 消除斜线 锯齿
10、效应和单线闪烁现象, 极大地提高字幕边 缘的质量。图 1P ro 卡的信号处理原理框图 与其它字幕机图象卡不同, P ro 卡除了有(1) 全数字 422 信号处理格式内部信号的处理, 包括解码、 编码、 时基图文帧存之外还有一个特技帧存, 用于二维数 字特技的制作。 特技帧存是一个 1 0241 024 16 b it 的帧存, 以 Y、U 、V 422 的格式 存储信号, 通过对连续采集的输入图象信号进 行变换和处理, 就可实现特技窗口的连续线性变焦、 翻转以及特技活动画面的负象、 单色、 倒 象、 马赛克等二维数字特技效果。 特技帧存采集图象信号的速度是可以调整的, 因而能够实 现跳帧和
11、静帧效果, 在静帧状态下, 还可通过 微 机系统调入一幅图象作为图文帧的静止背 景。 由于特技帧存是独立于图文帧存之外的, 所 以 特技制作过程并不会破坏字幕图形的内容。特技帧存的使用, 极大地增强了字幕机的制作校正、数字特技、键控混合等,全部采用 CC IR 标准的 422 数字分量信号处理格式, 不仅 适合与目前普遍使用的模拟分量设备相配套, 而且有利于与数字分量设备接轨, 完全符合电 视设备分量化、 数字化的发展趋势。 (2) 广播级的数字解码、 编码器采用 P h ilip s 公司最新的数字解码器和编 码器, 带有梳状滤波器和数字降噪处理, 大幅 度降低了解码编码过程中的信号损失,
12、使输出 信号完全达到广播级标准, 从而确保了信号的 录制效果和多代复制性。 (3) 内置时基校正器(TBC )电视技术 1997 年第 5 期42效果。(5) 多层画面键控混合器 键控混合器相当于一个切换台。 在实时活动画面、 特技帧与图文帧之间, 它可以通过特 技窗口键、 图文A L PHA 键、蓝色键、亮度键 和无键等键控组合方式获得丰富的前后景键层 画面效果, 也可以通过硬切、淡入淡出、划象、 飞象等实现画面之间的切换过渡。 (6) 多制式多标准广播级输入输出接口加器; 具备内、外同步功能。与 P ro 卡相比, -16 卡图文帧存的容量比较小, 无法实现同屏真 彩色和图文透明度控制,
13、编解码器也比较简单,因此, 其性能指标都要略逊一筹。 尽管如此, 它 仍能满足广播级的应用要求, 价格只相当于P ro 卡的一半, 机的青睐。所以受到许多中档广播级字幕国产高速图文卡是国内著名字幕机厂家 ( 公司) 借鉴 P ro 卡的先进技术, 结合各公司自 己开发字幕机的经验改制而成的。 这类卡对信 号处理的原理框图如图 2 所示, 具有以下几个 特点:P ro 卡具有电视制式转换功能,可以输入PA L 、SECAM 、N T SC 3158、N T SC 4143 多种制式 信号, 输出 PA L 或N T SC 制信号。 为了与多种格式的录象机系统相配套,P ro 卡的输入输出信号也具
14、有多种标准: 输入信号有模拟复合信号、 Y C 半分量 (S2V ideo ) 信号、Y C R CB 分量信号和B B 黑场同 步信号; 输出信号有模拟复合信号、 Y C 半分量 (S2V ideo ) 信号、R GB 分量信号和键信号, 在 附加CA V OU T 卡 (分量输出卡) 时还可以输出 Y C R CB 分量信号。(7) 内置广播级同步机 可以选择外同步方式或内同步方式。 输出信号的行相位和副载波相位由软件进行调整。 因此, 字幕机能够方便地与摄象机、 录象机或 视频切换台联机锁相, 同步工作。 上述 P ro 卡的种种优越特性, 使它在技术 指标和功能上都胜过其它类型的图象卡
15、, 成为 高档广播级字幕机的首选部件。 但是它的价格 很贵, 达 315 万元人民币, 中档广播级字幕机只能转而寻求其它质高价低的图象卡, 其中比 较典型的有加拿大M a t ro x 公司的 illum in a to r216 卡 (以下简称216 卡) 和国产高速图文卡。图 2 国产高速图文卡的信号处理原理框图 采用 P ro 卡图文制作的核心电路,确保图文制作具有 768576 象素 (或 720576 象 素) 的满屏分辨率和高质量的信号编码技术指 标。 在对信号的处理方式上, 各公司有下述两种做法:北京大洋图象技术公司的 GT 卡和深 圳索贝科技有限公司的 P T 装置采用 1 024102416 b it 的图文帧存, 图文制作时, 采用 R 、G、B各 5 b it, 图文叠加 1 b it 的方式,同屏显 示 215= 32 768 种彩色;动画制作时采用 Y、U 、V 422 (即 8 b it4 b it4 b it) 方式, 具有R 、G、B 各 8 b it,同屏显示 1 67717 万种彩色 的效果。由于没有A L PHA 键控信号,它们对图文透明度的控制是通过模拟键控混合器来实现的,字幕抗混叠效果不及 P ro 卡好。 北京迈
