3D電視節目制作系統的設備選型與應用探究

王 健，郝銀華

（遼寧師范大學 計算機與信息技術學院，遼寧 大連 116081）

近幾年，3D立體電視逐步走進家庭，索尼、松下等公司不斷推出民用級和廣播級3D攝像機、3D切換臺和3D監視器，AVID公司推出AVID MC 6.0立體視頻編輯軟件，寬泰公司推出立體在線編輯系統和立體高清電視制播網絡系統，為3D電視節目制作奠定了軟、硬件基礎。隨著我國3D電視試驗頻道的推出，3D電視空間感強、現場感明顯和高清晰度等特點備受歡迎，各大電視臺開始籌劃并開展3D電視節目制作，快速組建3D電視節目制作系統成為大家關注的焦點。

1 3D電視節目制作系統設備的性能對比

1.1 3D攝錄一體機的性能對比

3D攝錄一體機是將雙鏡頭3D攝像機和3D錄像機結合成一體，不需要支架型3D攝像系統進行頻繁的光軸調整，具有極好的靈活性、穩定性和性價比。

1.1.1 索尼公司PMW-TD300肩扛式3D攝錄一體機

采用2組3片1/2 in Exmor CMOS，7倍光學鏡頭。45 mm軸間距，可在更廣泛的拍攝區域內拍攝3D畫面，支持最短1.2 m的匯聚距離，靈敏度F11，信噪比54 dB；三環控制輪，可以單手進行變焦、聚焦和會聚調整操作，會聚面位置以長度單位米的形式顯示在尋像器上；一鍵自動會聚功能可以對聚焦目標進行實時跟進（-20%+20%）；內置4檔濾光鏡；采用XDCAM EX兩路高清視頻編碼格式，支持1920×1080（60i/50i/30p/25p/24p）全高清格式；左右眼各2個SxS卡槽，2張64 Gbyte SxS存儲卡可錄制6 h的3D內容；3.5 in 123萬像素裸眼3D液晶屏，具有混合/視差/匯聚提示/裸眼3D等6種模式；3D深度警告用直觀的圖形顯示立體深度警告信息；格子顯示能夠以豎線粗細和間距不同在尋像器上檢查左/右眼像差；雙HD-SDI、HDMI、鎖相接口、TC時碼輸入/輸出接口等，體積212 mm×269 mm×489 mm，重量5.5 kg，功耗32 W[1]。

1.1.2 松下公司AG-3DP1全高清3D攝錄一體機

采用2組3片1/3 in 220萬像素CMOS成像器件，軸間距56 mm，17倍變焦鏡頭。20 bit數字信號處理器，高靈敏度、低噪波圖像傳感器和高質量DSP電路，內置4檔濾光鏡，6模式伽瑪、自動聚焦、自動光圈、匯聚點調整、左右畫面自動補償和間隔記錄功能，可變幀拍攝支持慢動作/快動作記錄；單獨設置了匯聚轉盤；有近、正常、遠這3個3D模式選擇開關，可以優化每一個拍攝距離的鏡頭匯聚角度范圍；P2存儲卡實現雙槽記錄，AVC-Intra壓縮算法，10 bit 4∶2∶2高畫質，MPEG-4 AVC/H.264全高清記錄，支持108060i/50i/30p/25p/24p和72060p/50p/30p/25p/24p多種格式，3.2 in 92萬像素液晶屏，具備輔助聚焦功能；雙HD-SDI、HDMI 1.4輸出，同步輸入和TC IN/OUT接口；體積235 mm×270.5 mm×667.5 mm，重量為6.1 kg，功耗38 W[2]。

1.1.3 松下公司AG-3DA1MC手持式3D攝錄一體機

采用2組3片1/4 in CMOS成像器件，擁有2個獨立的光學系統，支持全高清1920×1080（60p/30p/24p/25p/50i）拍攝格式。具備匯聚點調整功能和左右畫面自動補償功能，為富有表現力的3D影像攝錄增加了靈活性；采用AVCHD專業高影像質量PH模式，MPEG-4 AVC/H.264全高清左眼和右眼影像同步記錄在2張SDHC存儲卡上；3.2 in 92萬像素液晶屏，可切換顯示Lch/Rch/覆蓋；機身小巧輕便，內置立體聲傳聲器，配備1個HDMI 1.4（幀和場序制輸出）和2個HD-SDI輸出接口；體積158 mm×187 mm×474 mm，重量2.8 kg，功耗19 W[2]。

1.1.4 索尼公司HXR-NX3D1C手持式3D攝錄一體機

采用2個1/4 in Exmor R CMOS成像器，10倍光學變焦鏡頭。31 mm軸間距；動態光學防抖，采用攝像機三向穩定技術，可在3D拍攝時對上/下、左/右和滾動震動進行穩定處理，控制鏡頭的景別變換，保證畫面的同步拍攝；MPEG-4 MVC記錄格式，支持1920×1080（60i/50i/24p）3D拍攝；內置一個96 Gbyte固態存儲單元，在3D擴展記錄模式下，可記錄7.5 h素材；存儲卡插槽可讓用戶將影像素材記錄到記憶棒和SD卡中；3.5 in 123萬像素裸視3D液晶屏能夠現場監視3D質量，調整好左右視差就能進行3D素材拍攝；體積124.5 mm×165.5 mm×262.5 mm，重量1.15 kg，功耗5.4 W[1]。

1.1.5 JVC公司GY-HMZ1U手持式3D攝錄一體機

采用2套全高清背照式CMOS傳感器，5倍光學變焦，F1.2雙鏡頭設計，使用JVC專利的Falconbrid? LSI處理器，支持1920×1080全高清24p或60i的拍攝和記錄，3D模式下34 Mbit/s碼流記錄。內置一個64 Gbyte的固態存儲單元，也可以在2個SDHC/SDXC閃存卡上記錄全高清雙畫面；內置時間碼、3D靜態數碼照片拍攝、3D間隔拍攝和斑馬紋功能；3.5 in 92萬像素裸眼3D液晶觸摸屏，標配指向性槍式話筒、1個HDMI接口、2個專業的XLR音頻輸入接口；體積134 mm×153 mm×234 mm，重量1 kg，功耗4.8 W[3]。

1.2 3D多格式切換臺的性能對比

1.2.1 松下AV-HS450MC切換臺

標配8路雙通道3D輸入，3路雙通道3D輸出，1級M/E。內置10 bit幀同步器、彩色校正、上變換功能；兼容多種高清（1080/60i/50i/24p，720/60p/50p）和標清（480/60i，576/50i）格式；色彩采用Primatte Chromakey，具備強大的3D效果（CUT，MIX，WIPE）、特技（劃像、擠壓、滑動、3D、2通道DVE模式）、2路DSK、2路畫中畫、快拍存儲與畫中畫存儲功能，內置獨立雙通道畫面分割器，多畫面顯示功能可在2塊屏幕上顯示高達20幅圖像；可選內、外同步系統，雙路冗余電源；體積482 mm×88 mm×471 mm，重量11 kg，功耗170 W[2]。

1.2.2 索尼MCS-8M切換臺

該機既是一款8通道（SDI/HMDI/DVI-I/Composite）輸入/4通道（SDI/DVI-D/Composite）輸出的視頻切換臺，又是一款6通道音頻混音器。一個鍵控器、多種預設DME（PinP/Slide/Defocus/Mosaic）劃像圖案、一通道幀存儲輸出，每個信號源均具有一路輸入靜止功能，可通過USB端口輸入靜止畫面；具備3D模式（L/R聯動Cut，Mix，Side By Side輸出）切換功能，全高清1920×1080信號處理，兼容處理標清和高清多種格式；內置的多畫面顯示處理器支持4分屏和10分屏多顯示輸出；選單設計延續了MVS系列切換臺風格[1]。

1.2.3 松下AG-HMX100切換臺

支持多種高清、標清格式，如1080/60i/50i/24p，720/60p/50p和480/60i，576/50i；能夠以4∶2∶2∶4和12 bit量化處理視頻，使后期視頻制作和調色的視頻具有更多的采樣信息；可切換來自2臺3D攝像機的影像，不支持特效，同時輸出雙HD-SDI和DVI-D 3D視頻信號作為PGM，用于低成本高清3D立體影像制作。連接2臺AG-HMX100設備，最多可以切換4個3D視頻信號輸入，產生4個PGM輸出，用于動態3D影像現場切換大屏幕顯示系統；支持雙路同時和并排等類型的3D視頻輸出[2]。

1.3 3D高清錄像機的性能對比

1.3.1 索尼SR-R1000多通道記錄存儲單元

可處理2D，3D，1080p和4K格式信號，包括多攝像機信號記錄、即時重放片段、高速多通道采集、媒資管理存儲等。搭載了HDCAM-SR編解碼器，MPEG-4算法，支持不同碼率編碼，最高SR-HQ（880 Mbit/s）模式；支持4∶2∶2（10 bit）和 RGB 4∶4∶4（10/12 bit）記錄，支持無壓縮記錄。強大的立體3D制作，最多可處理4個通道的1080p 3D信號，或RGB 4∶4∶43D信號。使用HD-SDI或3G-SDI記錄4K畫面（3840×2160，4096×2160）；每路A/V通道均帶有一個雙鏈路3G-SDI接口；支持16通道無壓縮數字音頻（24 bit，48 kHz），以及音頻和視頻的獨立編輯能力。搭載4個可安裝SR移動存儲卡的插槽，每個插槽均可安裝一個256 Gbyte，512 Gbyte或1 Tbyte容量的存儲卡，最大存儲容量可達4 Tbyte[1]。

1.3.2 索尼SRW 5800超高碼流高清演播室錄像機

支持所有HDCAM高清格式，如1080i/p，720p；4∶4∶4，4∶2∶2取樣，記錄碼率可高達880 Mbit/s。1臺錄像機同時記錄3D格式所需要的2路信號，采用MPEG-4 Studio profile近似無損的壓縮，多達12通道的數字音頻通道，支持杜比5.1多聲道的視頻內容制作和強大的格式轉換能力。支持多種HD和SD輸入/輸出接口和音頻輸入/輸出接口，支持SNMP的以太網接口以及差錯記錄能力和USB接口進行機器設置的能力，友好地與其他設備進行銜接，保證整個節目的完整錄制[1]。

1.3.3 松下AG-HPD24MC存儲卡便攜式錄像機

采用AVC-INTRA編解碼器，10 bit高畫質4∶2∶2全高清視頻。支持多種高清格式和24PSF實現高端制作，例如1080p，1080i和720p，可以在60 Hz和50 Hz之間轉換。2臺錄像機支持3D立體視頻節目的錄制，同樣可進行完整的HD-SDI 3D或3D HDMI同步播放?？梢栽诓シ胚^程中高清和標清之間上下轉換，或者在720p和1080i之間交叉變換，具有畫面長寬比轉換、具有波形和矢量示波器顯示功能；P2卡支持高達64 Gbyte大容量；多種廣播級視頻制作功能和接口，支持高質量24 bit 4通道音頻錄制。2U半標準機架尺寸和電池供電[2]。

1.4 3D專業高清監視器的性能對比

1.4.1 索尼公司LMD-4251TD/LMD-2451TD專業3D/2D高清液晶監視器

42/24 in屏幕，采用專業微型圓偏振膜，精確的Chro?ma TRU彩色處理技術，保證精確的伽瑪調整和穩定的白平衡；10 bit信號處理，16∶10寬高比，1920×1200分辨力，超高亮度、對比度和響應時間。3D圖像監看時，具有水平翻轉、左右眼圖像棋盤格檢查、左右眼圖像視差偏置模擬檢查、左右路信號切換、視點景深檢查和上載信號標識顯示功能；支持3G-SDI輸入/輸出，具有音頻電平表、波形圖顯示、雙畫面顯示、畫中畫顯示、隱藏字幕顯示功能；多種色溫及色域選擇，多種可選掃描模式[1]。

1.4.2 松下BT-3DL2550MC專業液晶顯示器

25.5in屏幕，采用Xpol?圓偏振濾片，具有寬廣的色域和10 bit 3D LUT，實現色彩真實再現。2個HD-SDI和1個DVI-D接口，支持1920×1200分辨力，支持1080i，1080p和720p的播放；支持同時（雙SDI）、分行（line by line）和并排（side by side）等3種類型的3D視頻輸入；屏幕顯示可切換到正常的3D圖像顯示（分行）、重疊顯示、單通道（左/右）顯示或比較顯示功能，用于調整來自支架型3D攝像系統的影像。內置軟件，可在不使用計算機的情況下，將指定的顯示器色彩分析儀和測量探針連接到監視器，即可完成校準[2]。

2 3D電視節目制作系統的組成

2.1 3D電視節目直播系統

演播室直播是最容易實現的3D電視節目制作方式。3D電視節目直播系統一般由3D攝像機、3D切換臺、3D錄像機和3D監視器組成，根據系統的整體技術指標和設備的價格來選擇相同檔次的系統設備。3D攝像機可選擇由2臺廣播級攝像機構成支架式高端雙機位3D拍攝系統，也可以選擇肩扛式或手持式3D攝錄一體機。廣播級攝像機可以采用2D/3D畫面轉換軟件實現3D拍攝。對拍攝的視頻進行視差調整和誤差校正，通過2條SDI光纜對左右眼全高清視頻圖像進行傳輸。根據現場實際配置的3D攝像機數量選配3D切換臺型號和特效功能，利用切換臺對視頻進行編碼和現場切換，最終用錄像機或硬盤記錄單元將3D信號記錄下來。通過專業3D高清監視器對具體畫面進行精確調整，可以通過切換臺上附帶的換面分割器或專業的多畫面處理器實現在少量監視器上顯示多畫面的監視效果。3D廣播采用了“并排”技術，將切換臺輸出的信號轉換為一種幀序制3D信號或分行3D信號，使用與普通高清廣播相同的帶寬傳輸3D內容，在用戶終端高清電視顯示2D圖像，3D電視最終還原3D圖像。

2.2 3D電視節目制作系統

3D視頻的剪輯和輸出需要專門的3D編輯軟件。AVID公司AVID MC 6.0非線性編輯軟件能夠實現對3D立體電視節目的采集、編輯、添加特效和輸出。其立體制作過程是將左、右眼視頻轉化為立體視頻，然后與2D編輯相似，對3D立體視頻進行編輯并添加特效輸出立體電視節目。寬泰公司Pablo 3D后期制作系統基于獨特的硬件處理引擎、高速總線結構和幀魔法等技術，可同時播放2路2K信號，并翻新配備了專門的立體功能，具有分屏顯示、深度調整及懸浮窗口等功能，可實現立體的剪輯、立體的調色配光、立體的合成特效和立體效果的調整。So?ny Vegas Pro和Avid Media Composer非編軟件支持3D編輯，Apple Final Cut Pro和Adobe Premiere Pro需要3D編輯插件Cineform Neo3D才能實現對3D視頻的剪輯和添加特效。

3 3D電視拍攝和制作中應注意的問題

3D電視的圖像質量不僅涉及左右單眼圖像的質量，還涉及左右眼圖像的匹配程度、視差范圍以及畫面過渡等，對拍攝技術和后期制作有很高的要求。圖像質量控制要準確計算視差，進行有效的視差管理，盡可能減少雙路拍攝的圖像匹配誤差，避免左右眼的視野沖突。

3.1 前期拍攝應注意的問題

3D攝像機能夠保證全分辨力的高清，3D景深效果明顯、色彩豐富、中間灰階層次細膩。前期拍攝應注意立體攝像機的選擇、立體拍攝支架調整和同步記錄設置。3D攝錄一體機的電氣特性、鏡頭匹配、聚焦匹配和焦點平面的一致性好，調整和拍攝效率較高，但攝像機的鏡頭間距比較小，拍攝沒有近景物體的遠景鏡頭時，很難呈現遠景景物的立體層次。雙機位組成的3D拍攝系統應注意鏡頭的匹配、變焦軸線一致和雙鏡頭同步，應準確調整雙機位的參數配置并保證機械跟蹤一致，確保2個攝像機之間的光圈、焦距和亮度一致。3D攝像裝置調整時間長，需要反復測試攝像機的運動走位，調整符合3D拍攝的燈光照度，使得3D拍攝進度緩慢。

拍攝3D需要左右眼信號的重疊，定視差時要考慮到后面的物體，通過物體大小的調整和距離的變化突出立體感。聚焦、變焦將影響視差變化，拍攝近景的時候視差會增大；當被攝物體遠離攝像機時，視差也會變大；當攝像機的距離以及重合角變大的時候，視差隨之增大。通常視差增大，立體感會增強，但不應超出人眼能夠處理的極限。以往兩眼視差的極限值指標，在拍攝近處為兩眼間隔（成人65 mm左右，小孩50 mm左右）的3倍，拍攝遠處為1倍，如果達到這個極限值，人的眼睛會非常累，所以一般需要控制在這個值之內[4]。可以邊拍邊用3D監視器進行監看，控制視差盡量別超過舒適體驗，更不可超過安全指標，看其中感興趣的點并對整個畫面都做一個檢測。

雙機位的變焦是個難點，可以根據近景或者遠景調整2個攝像機鏡頭之間的距離，或更換變焦鏡頭，來控制景深，調整匯聚點在屏幕前后的位置。在拍攝3D電視節目時應防止邊框效應的出現，盡可能使被拍攝對象處于不會出現視覺沖突的區域，使主體都在邊框內而不是邊框將主體截開。有條件配備實時3D處理器，拍攝過程中一些偏差都可以檢測出來，并進行調整和校正。3D攝像機機位比2D的攝像機位更靠近現場，更有震撼力，帶給觀眾更多信息[5]。

拍攝時注意節奏控制和構圖方式符合3D特點，機位設計充分考慮3D的特點，努力靠近舞臺以獲得更真實自然的立體感受，采用利于3D表現的道具和動作設計，軌道和搖臂使用來提升動態立體感，2D轉3D使用恰當可以豐富鏡頭選擇，燈光和舞美需要更充分理解3D的特點，舞臺設計需要考慮3D空間的營造，增加更豐富的前后層次[6]。觀眾在每一次切換后，都需要時間來適應不同景深帶來的畫面，如果是很多3D鏡頭進行切換，觀眾視覺會比較疲累，所以不需要太多的3D機位。在拍攝時需要特別小心，要盡可能丟掉2D的拍攝語言，使用全新的3D的拍攝語言，不需要大幅度的推拉，只需要小幅度的推拉或移動鏡頭就會造成很強的立體效果。

3.2 后期制作應注意的問題

拍攝的3D素材中畫面人比較小、清晰度比較灰、層次上不去、缺乏表現力在后期節目制作時更難處理，很多效果難以把控。不管是3D立體視頻的直播還是專題制作，都需要遵循剪輯規律符合人的觀賞心理。節目制作涉及2路3D信號同步切換、雙碼流同步記錄和雙路編輯，堅持以“安全3D”作為制作的首要原則，合理利用3D空間。對圖像質量的影響因素主要有：視野沖突（畫面切換的空間跳躍、圖文疊加的遮擋關系矛盾、焦點平面與會聚平面矛盾）、視頻壓縮編碼、左右眼圖像的拼接以及3D圖像的視覺安全性調整[7]。

把3D素材放在編輯線上，需要快速地挑選鏡頭并進行簡單的粗編，對每個挑選出的鏡頭做立體修復，使左右眼畫面能夠良好地匹配。做完粗編后需要進一步對鏡頭進行完善，調整立體焦平面位置、雙眼畫面同時調整色彩（多級校色）、立體合成、立體字幕制作等[8]。3D制作最費時間的就是3D效果的調整，光憑制作人員的經驗是不準確的，而且制作效率較低。專業的3D編輯工具提供3D效果參考圖，讓制作人員可以準確判斷畫面的3D屬性。在制作視頻時要注意立體深度的跳切，如位于屏幕的后面切到畫面的前面，匯聚點發生很大的變化，觀眾很難立即恢復立體影像。鏡頭之間的深度剪接，就是把兩個深度不一致的鏡頭連接起來。將切出鏡頭的關注點移到銀幕界面上，然后切入下一個鏡頭，其焦點也放置在完全相同的深度位置上，最后將切入鏡頭的匯聚點移到其正確的位置上，觀眾會跟隨匯聚的轉移而不用眨眼睛[9]。影片編輯結束之后，還需要對立體影片進行精細的調色處理和深度微調，立體影片在2D調色的基礎上進行全局微調，深度微調將鏡頭傳到特效部門，對鏡頭的匯聚點進行調整。

3.3 監視顯示應注意的問題

3D信號的監測需要立體監視器、3D視覺安全性檢查等。影響3D電視圖像質量的主要因素有3D顯示器類型、屏幕尺寸、顯示性能和3D眼鏡性能。一般來說，大屏幕能夠增強觀看的臨場感和真實感，且可減弱邊框效應。顯示器的技術指標不僅會影響左眼和右眼圖像的單路圖像顯示質量，同時也影響立體效果，建議使用前進行專業調校。市場上主流的3D顯示器通常采用時分快門或偏振式技術，如果3D眼鏡的分光效果不理想，會導致左右眼圖像串擾；3D眼鏡的左右兩鏡片光學性能若存在差異，可能導致左右眼圖像匹配不協調。時分快門式3D眼鏡與顯示器屏幕之間如果同步有誤差，會導致3D圖像質量下降[7]。

4 小結

3D立體電視必將成為未來電視的發展趨勢，3D電視節目制作系統設備的選配要結合經濟條件和功能需求，在拍攝和制作中需要進行嚴格的圖像質量監控，才能保證制作出相對安全、舒適的3D電視節目。3D電視節目制作要以視覺為中心，精益求精地拍攝，精雕細刻地制作，不斷提高技術和藝術水準，推動技術的創新與進步，在享受科技帶給生活創新的同時，更要重視人們的健康。

[1]索尼中國專業系統集團網站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//pro.sony.com.cn.

[2]松下電器（中國）有限公司專業視聽網站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//panasonic.cn/products/pro_av.

[3]JVC專業網站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//pro.jvc.com/prof.

[4]王羽.制作更好的3D節目還原真實世界[J].世界廣播電視，2011，25（1）：26-28.

[5]杜卉.索尼3D現場制作系統設計——新理念新挑戰[J].現代電視技術，2010（8）：70-72.

[6]王亞明.3D轉播車/EFP系統解決方案及應用[EB/OL].（2012-03-28）[2012-04-08].http∶//www.gbds.com.cn/zt/3dyth/201203/t20120328_1257937.shtml.

[7]董文輝.《3D電視技術指導意見》解讀及跟進研究[EB/OL].（2012-03-28）[2012-04-08].http∶//www.gbds.com.cn/zt/3dyth/201203/t20120328_1257936.shtml.

[8]殷琦.中央臺立體頻道寬泰SQ高清系統——破譯SQD后期網絡制作 全 流 程 [EB/OL].（2012-03-28）[2012-04-08].http∶//www.gbds.com.cn/zt/3dyth/201203/t20120328_1257941.shtml.

[9]MENDIBURU B.3D電影制作[M].黃裕成，劉志強，譯.北京：人民郵電出版社，2011.