3D試驗頻道已于2012年1月1日開始試播，現階段已經正式播出，每天播出13.5小時的3D節目。中央電視臺負責該頻道播出系統的搭建和運行。
3D播出系統采用的是單鏈路方案進行設計的，其方式為“左右拼”編碼方式，原理是采用空間壓縮的方法，將左右眼的兩個圖像壓縮在一路HD-SDI信號進入切換臺（Side-By-Side），3D播出系統中3D錄像機、服務器、字幕機等信號源設備，經過3D編碼卡將雙鏈路(左右眼)信號進行合并后，送播出切換臺及凈切換開關和技監矩陣設備，總控來的信號也采用單鏈路方式送至播出。3D播出系統中的關鍵設備切換臺、凈切換開關和技監開關均采用單鏈路方式，3D播出系統的末級主備路播出信號也以單鏈路方式，經過切換臺及凈切換開關分別至總控，由于是系統采用單鏈路方式，主要設備均與一般高清播出系統相同，只有3D視頻處理卡成為3D播出系統的關鍵設備，所以本文著重探討一下播出系統中3D視頻處理卡的原理、選型和應用。
一. 3D系統信號格式介紹
3D電視現在用的標準是兩路攝像單元模擬人的雙眼拍攝兩路圖像，或計算機生成兩路圖像，經過制作、播出、傳輸，最后顯示在時分或偏振等方式顯示的電視屏幕上，觀看者通過與電視機配套的眼鏡，讓左右眼分別觀看到左右攝像單元拍攝的圖像，從而在大腦中形成立體效果。綜上所述，3D信號是由左右眼信號組成。
現在高清視頻標準有3G帶寬和1.5G帶寬兩種，3D信號可在這兩種標準中運行。鑒于成本因素和兼容因素，本次3D播出系統采用1.5G的標準高清晰度電視標準，降低成本的同時，也能兼容播出高清的2D信號。
目前的3D技術制作模式，3D信號是由左、右眼信號組成，信號格式分為兩種：Dual link模式和Single Link模式。
Dual Link模式是由兩條高清鏈路組成，每路信號帶寬1.5G，分別傳送左眼和右眼的信號。
Single Link模式是由一條鏈路傳送左、右眼的合成信號，可以是3G帶寬或1.5G帶寬。因本次3D播出系統使用1.5G的標準高清晰度電視標準,因此需要將左右眼高清信號各壓縮一半后，拼接在一條1.5G帶寬的鏈路中傳送。（如下圖：3D系統信號格式圖1）
圖1 3D系統信號格式
二．3D系統中編解碼卡壓縮方式
3D試驗頻道播出時，信號源使用的方式為“左右拼”編碼方式，將左、右兩路立體高清圖像水平方向各自抽取1/2象素，再按Side-by-Side 方式拼接成一路高清電視圖像，目前國際上3D節目播出時大多采用Side-by-Side的雙拼方式，水平方向的圖像像素減少一半，實際為960x1080。因此，3D編碼卡是3D播出系統的關鍵設備，而3D系統信號格式又起到根本作用。
我們知道高清視頻的圖像像素是1920x1080的，到了3D時代，如果要按Side-by-Side方式排布畫面的話，其合成后的視頻文件水平分辨率將達到3840x1080，因此full Side-by-Side的3D文件一幀的畫面將是普通高清的2倍，無形中會大幅增加文件的存儲量，將導致播出及傳輸的帶寬也隨之增長，系統的壓力也隨之增大。為了減輕這一壓力，3D編碼卡使用half Side-by-Side方式在畫面合成時，將每一只眼的畫面水平分辨率壓縮到了原來的一半，即960x1080，這樣合成的3D文件一幀是1920x1080大小，在播出時會將每只眼的960x1080的畫面通過拉伸復原成1920x1080的畫面。因此，這樣的畫面質量雖然是有損失的，但對于一般人來說，half Side-by-Side就能滿足日常需求，也符合播出標準的質量。
3D信號是由左、右眼兩路高清（1.5G）信號組成，為了節省成本、簡化系統結構，系統選用Single-Link一路標準高清信號（1.5G）的傳輸形式，這就需要將兩路左右眼信號合成一路（1.5G）,并對信號進行壓縮編碼：現在主流的Single-Link編碼方式有如下幾種：（如下圖：Single-Link編碼方式圖2）
圖2 Single-Link編碼方式
從上圖中可看到3D信號合成拼接方式主要分為左右拼接和垂直拼接兩種：
Side-By-Side格式與Sensio 3D格式都是將左右眼的兩路信號水平壓縮一半左右拼接后在單鏈路中傳輸。
Over-Under模式是將左右眼的信號垂直壓縮一半拼接后在單鏈路中傳輸。此方式現在用的很少，大多數廠家支持Side-By-Side模式與Sensio模式。
目前，仍未能完全解決不同3D電視和電視機之間的不相容問題，因為問題在于現有許多不同Side-By-Side格式來執行，如最常見的 RealD 和Sensio 3D規格。
Side-By-Side格式與Sensio 3D格式壓縮方法的不同：（如下圖：壓縮方式圖3）
圖3 壓縮方式
具體而言這些方式在影像壓縮和解壓縮技術方面有著差異，使用任何糾錯技術，在許多情況下，這些差異都會在影像解析度和數據處理速度方面展現出不同之處。Sensio 3D格式壓縮和其他格式影像壓縮方法不同，Sensio 3D分別對左右眼原始影像進行取樣，并以棋盤格式對其壓縮，在解壓縮階段則采用無衰變像素消除了像素插值，該技術利用了人眼事實上對于對角線方向的解析度下降并不敏感的優勢，同時預留的無損像素也能成為高頻分量，從而實現更詳細的插值。
本次3D播出頻道系統內部選擇采用Side-By-Side方式，因此要保證進入系統的信號源都要經過編解碼卡轉化成Single-Link（1.5G）的Side-By-Side信號。同時，還要兼顧不同Side-By-Side格式來執行，因此 RealD 格式的Side-By-Side編解碼和Sensio 3D格式的Side-By-Side編解碼都需要進行考慮。
三．3D編解碼卡的選型
目前電視機廠家大多數只支持RealD格式的Side-By-Side編解碼，在設計3D播出系統時著重對3D視頻處理卡進行了論證，結合廠家提供的設備，在選型階段做了充分的比較，分別是3DX-3901視頻處理卡和SEL-2XD1視頻處理卡，以下是兩種設備按照需求所作的對比表格：
通過比較后，雖然3D播出系統的輸出采用RealD格式的Side-By-Side編解碼方式，但是考慮到以后節目的兼容性，還有鑒于現在一些主流的運動賽事節目（如世界杯、NBA、奧運會等）播送中均使用Sensio 3D格式壓縮方法。因此，在設備選型時沒有采用不支持Sensio 3D編解碼方式的SEL-2XD1視頻處理卡，而最終我們使用了3DX-3901視頻處理卡，做為3D播出系統信號源的編解碼卡。
下圖是3DX-3901視頻處理卡與機箱：（圖4）
圖4 3D視頻處理卡與機箱
四．3DX-3901視頻處理卡的功能
3DX-3901視頻處理卡是基于硬件的3D編解碼方式，編解碼卡集成了處理所有3D信號的基本功能。它能滿足3D信號制作和播出的需求，如應對采用雙機裝置攝像機拍攝的信號，同時也可以在3Gbps/HD的環境中傳送3D信號。
3DX-3901視頻處理卡上的處理芯片能提供高質量多種3D格式的轉換，包括雙路Dual 1.5Gbps (SMPTE-292M)，雙路3Gbps (SMPTE-424M)；單路Single 3Gbps (SMPTE-425M-B)以及單路Single 1.5Gbps (SMPTE-292M) ,同時它可以完成Side-By-Side編解碼方式和Sensio 3D編解碼方式。在顯示方面還提供了浮雕式、差異化以及左右眼的功能。
3DX-3901視頻處理卡具有支持水平、垂直的翻轉以及軸向的調整，用以糾正由于使用雙擊裝置攝像機帶來的誤定位。它還可以用于調整由于采用鏡像眼所帶來的用左右眼看上去的顏色丟失和改變，同時可對YUV/RGB進行顏色校正。
3DX-3901視頻處理卡還具有的水平圖像轉換（HIT）功能使得用戶可以自行調整深度位置，甚至可以支持將2D圖像模擬為3D的場景，它的輔助輸出提供了監看及3D處理效果的全面預監，3DX-3901視頻處理卡可進行左右眼畫面交換，還帶有光纖接口極大地方便了光纖的安裝和配置。（如下圖：3DX-3901視頻處理卡圖5）
圖5 3DX-3901視頻處理卡
3DX-3901視頻處理卡是高性能的3D信號處理器，具有穩定的處理延時。支持高速的3Gbps/HD的輸入、輸出，支持主流3D格式的處理，是理想的3D編解碼產品。3DX-3901視頻處理卡還提供輔助輸出，支持多格式轉換，有多種輸入和輸出模式，包括左眼信號、右眼信號、3D合成信號，支持 RealD side-by-side, SENSIO Hi-Fi 3D和over/under編碼格式。（如下圖：3DX-3901視頻處理卡輸入和輸出格式圖6）
圖6 3DX-3901視頻處理卡輸入和輸出格式
五．3DX-3901視頻處理卡的設置[page]
3D播出系統使用了Densité 3DX-3901視頻處理卡，編解碼卡通過機箱網口進行設置,機箱安裝了10塊3DX-3901視頻處理卡，分別對應系統相關的設備如3D錄像機、服務器、字幕機、2D轉3D。通過對每塊3DX-3901視頻處理卡設置后，可以對3D播出系統各個視頻信號源進行處理，滿足分別送到播出切換臺、凈切換開關和技監矩陣等設備的顯示方式。
現階段在3D播出系統中，3D的格式由3D視頻處理卡完成，因此需要根據不同的設備設備相應的編解碼。接下來，我們就了解一下3D視頻處理卡在實際系統中的設置。
首先，我們可以通過Miranda iControl_Solo軟件界面進行播出附屬數據中的3DX-3901視頻處理卡設置。進入軟件界面后如圖7所示，通過界面可以看到Densité 3DX-3901視頻處理卡選擇項表示在采集窗口中顯示采集信息。以及每塊3DX-3901視頻處理卡的工作狀態以及相應的屬性，每塊3DX-3901視頻處理卡前面顯示的小長方形的顏色指示表明其目前的工作狀態，紅色表明不在工作狀態，綠色表示工作正常。（如下圖：3D視頻處理卡軟件設置圖7）
圖7 3D編解碼卡軟件設置
接下來，我們對每塊3D視頻處理卡進行詳細定義，點擊每一塊板卡可以看到具體的板卡設置信息，左邊是操作選項，包括：Video Input/Output選擇該項：Video Input/Output:主要用來設置板卡的輸入和輸出，其支持格式：Single Link HD、 Dual Link HD、3Gbps lvl B-DS；3-D Processing選擇該項：用于設置3D畫面的調整，可以調節左右眼信號垂直和水平方向的相位，通過HIT選項可以調節3D赤信號的景深，以達到更好的3D立體效果以及基本YCbCr/RGB增益；Reference選擇該項：用于同步設置；可以設置板卡同步信號設定，如外同步、內同步、自同步。
Factory/Preset選擇該項：用于出廠設置/預設； Operating Mode選擇該項：用于開啟XVP模式（選件）； Alarm Config選擇該項：用于設定板卡的報警信息；選擇左邊操作選項后，在會右邊顯示出相應的設置表單，可以詳細的進行相應的參數設置。（如下圖：3D視頻處理卡參數設置圖8）
圖8 3D視頻處理卡參數設置
1.選擇顯示Video Input/Output輸入、輸出設置（如上圖）該項后，在會右邊顯示出相應的參數設置，上邊的六個小圓圈表示目前的板卡的輸入信號的狀態，下部對應參數設置可選項如下：
Input Select選擇該項：用于設置輸入信號的格式選擇；Input Format選擇該項：可以調整輸入信號的格式，有三種模式可以選擇，分別是 Single Link HD（1.5G帶寬的單鏈路模式）、Dual Link HD（1.5G帶寬的雙鏈路模式）、3Gb/s lvl B-DS（3G帶寬的單鏈路模式）；Display Format選擇該項： 可以調整輸入編碼格式，有三種模式可以選擇，分別是 Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side編碼格式)、Sensio 3D（Sensio編碼格式）；Output Select選擇該項：用于設置輸出信號的格式選擇；Output Format選擇該項：可以調整輸出信號的格式，有三種模式可以選擇，分別是Single Link HD（1.5G帶寬的單鏈路模式）、Dual Link HD（1.5G帶寬的雙鏈路模式）、3Gbps lvl B-DS（3G帶寬的單鏈路模式）；Display Format選擇該項：可以調整輸出編碼格式，Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side編碼格式)、Sensio 3D（Sensio編碼格式）；Aux Output Select（AUX輸出信號的格式選擇）：Output Format選擇該項：可以調整輔助輸出信號的格式1080i；Display Format選擇該項：顯示各種格式如Left（左眼信號）、Right（右眼信號）、Analog（模擬信號）、Full（全幅）、RealD SbS(Side-By-Side編碼格式)、Sensio 3D（Sensio編碼格式）；Swap eyes選擇該項：在物理接線不變的情況下，可通過此選項調換左右眼信號信息；Timing選擇該項：可以調節垂直和水平相位，以保證輸出信號同步一致性。
Freeze選擇該項：可以在信號中斷或丟失時候保留原有信號的最后一幀圖像。
2. 選擇顯示Factory/Preset選擇該項：用于出廠設置/預設；Factory/Preset出廠設置及預制：可以設定恢復板卡的出廠設置以及預存幾種板卡設置的模式，便于板卡靈活使用。
Load Factory：此項可用來加載出廠時的設置。
User：每個板卡可以預存5個User模式；可以在User Preset中選擇User模式，然后通過load加載板卡設置。（如下圖：3D視頻處理卡模式設置圖9）
圖9 3D視頻處理卡模式設置
3DX-3901視頻處理卡的設置是在線設置，在網絡連接狀態下，軟件中的設置改動會立即在板卡上生效，因此在設置軟件打開時的操作要格外小心，設置好的參數一定要存檔以備查及調用。
3.3D播出系統中3DX-3901視頻處理卡的具體設置信息：
從下面的列表中可以看出3D播出系統中的各個3D視頻處理卡的參數設置，同時每塊卡使用的存儲模式，其中同步數值的調整至關重要，是保證3D信號能否正常輸入3D播出系統中，以及切換臺在切換各信號源時是否平滑。
六．3DX-3901編解碼卡的實際應用
了解了3D視頻處理卡的結構和設置，接下來在實際的3D播出系統中，我們將這些板卡用于3D節目源的編解碼，系統中十塊3D視頻處理卡分別用于兩臺SR-3D錄像機、兩臺高清錄像機、硬盤服務器、3D字幕機、2D轉3D設備。
第1-2塊3DX-3901視頻處理卡用于外來信號的收錄，輸入信號是Dual Link格式或帶Sensio 3D的Side-By-Side格式信號，視頻處理卡轉換后信號輸出為Dual Link格式，接入兩臺SR-3D錄像機的輸入口進行節目的錄制（如奧運會、世界杯等）。
第3-9塊3DX-3901視頻處理卡用于將硬盤服務器、3D字幕機、2D轉3D等設備信號源的不同3D格式，轉成統一的Side-By-Side格式進入播出切換臺和應急切換矩陣，完成3D播出系統的播出任務。
第10塊3DX-3901視頻處理卡用于系統中的監看，將3D播出系統的矩陣輸出Side-By-Side格式信號轉成Dual Link格式信號，接入支持Dual Link格式信號輸入的監視器進行監看，同時輸入至多功能波形測試儀WFM8300進行3D信號的測試。
3DX-3901視頻處理卡的輸出可以是兩個雙鏈路的Dual Link輸出，也可以設置為4個單鏈路的Single Link輸出。這次的3D播出系統使用方式是4個單鏈路的Single LINK輸出。一路進入主切換臺，一路進入備切換矩陣，一路接入監看矩陣進行波形監看，一路接入多畫面分割器進行視頻源監看。綜上所述，因4個單鏈路的Single Link輸出口已夠用，其后就沒有再配高清視分板卡，從而簡化了系統配置，節約了設備成本。
在3D播出系統在搭建和調試過程中，發現重新開機后3D編解碼卡的輸出畫面時而有抖動現象發生，通過重新將板卡熱插拔或重啟后畫面不再抖動，通過和廠家工程師的交流后，感覺是3D視頻處理卡斷電或同步不好時所引啟的原因，為此我們將每塊3DX-3901視頻處理卡的Timing值都連接示波器進行微調，確保其輸出的相位正確性，同時保證信號同步一致性，還通過軟件將每塊板卡的設置進行存儲，方便在值班時發現3D視頻處理卡問題后的及時處理和更換。通過一個多月的在線運行，設備體現了較好的穩定性，而且設置操作簡單，支持熱插拔，更換方便，同時還支持大多數3D編解碼方式，現階段可以說是理想的3D編解碼設備，隨著3D電視節目的正式播出，相信3D設備的相關產品會有質的飛躍，3D技術的發展也會更上一層樓。B&P