3D試驗(yàn)頻道已于2012年1月1日開(kāi)始試播，現(xiàn)階段已經(jīng)正式播出，每天播出13.5小時(shí)的3D節(jié)目。中央電視臺(tái)負(fù)責(zé)該頻道播出系統(tǒng)的搭建和運(yùn)行。

　　3D播出系統(tǒng)采用的是單鏈路方案進(jìn)行設(shè)計(jì)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(gè)圖像壓縮在一路HD-SDI信號(hào)進(jìn)入切換臺(tái)（Side-By-Side），3D播出系統(tǒng)中3D錄像機(jī)、服務(wù)器、字幕機(jī)等信號(hào)源設(shè)備，經(jīng)過(guò)3D編碼卡將雙鏈路(左右眼)信號(hào)進(jìn)行合并后，送播出切換臺(tái)及凈切換開(kāi)關(guān)和技監(jiān)矩陣設(shè)備，總控來(lái)的信號(hào)也采用單鏈路方式送至播出。3D播出系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備切換臺(tái)、凈切換開(kāi)關(guān)和技監(jiān)開(kāi)關(guān)均采用單鏈路方式，3D播出系統(tǒng)的末級(jí)主備路播出信號(hào)也以單鏈路方式，經(jīng)過(guò)切換臺(tái)及凈切換開(kāi)關(guān)分別至總控，由于是系統(tǒng)采用單鏈路方式，主要設(shè)備均與一般高清播出系統(tǒng)相同，只有3D視頻處理卡成為3D播出系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，所以本文著重探討一下播出系統(tǒng)中3D視頻處理卡的原理、選型和應(yīng)用。

　　一. 3D系統(tǒng)信號(hào)格式介紹

　　3D電視現(xiàn)在用的標(biāo)準(zhǔn)是兩路攝像單元模擬人的雙眼拍攝兩路圖像，或計(jì)算機(jī)生成兩路圖像，經(jīng)過(guò)制作、播出、傳輸，最后顯示在時(shí)分或偏振等方式顯示的電視屏幕上，觀看者通過(guò)與電視機(jī)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(hào)是由左右眼信號(hào)組成。

　　現(xiàn)在高清視頻標(biāo)準(zhǔn)有3G帶寬和1.5G帶寬兩種，3D信號(hào)可在這兩種標(biāo)準(zhǔn)中運(yùn)行。鑒于成本因素和兼容因素，本次3D播出系統(tǒng)采用1.5G的標(biāo)準(zhǔn)高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn)，降低成本的同時(shí)，也能兼容播出高清的2D信號(hào)。

　　目前的3D技術(shù)制作模式，3D信號(hào)是由左、右眼信號(hào)組成，信號(hào)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(hào)帶寬1.5G，分別傳送左眼和右眼的信號(hào)。

　　Single Link模式是由一條鏈路傳送左、右眼的合成信號(hào)，可以是3G帶寬或1.5G帶寬。因本次3D播出系統(tǒng)使用1.5G的標(biāo)準(zhǔn)高清晰度電視標(biāo)準(zhǔn),因此需要將左右眼高清信號(hào)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(tǒng)信號(hào)格式圖1）

圖1 3D系統(tǒng)信號(hào)格式

　　二．3D系統(tǒng)中編解碼卡壓縮方式

　　3D試驗(yàn)頻道播出時(shí)，信號(hào)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(guó)際上3D節(jié)目播出時(shí)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(shí)際為960x1080。因此，3D編碼卡是3D播出系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備，而3D系統(tǒng)信號(hào)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(shí)代，如果要按Side-by-Side方式排布畫(huà)面的話，其合成后的視頻文件水平分辨率將達(dá)到3840x1080，因此full Side-by-Side的3D文件一幀的畫(huà)面將是普通高清的2倍，無(wú)形中會(huì)大幅增加文件的存儲(chǔ)量，將導(dǎo)致播出及傳輸?shù)膸捯搽S之增長(zhǎng)，系統(tǒng)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(huà)面合成時(shí)，將每一只眼的畫(huà)面水平分辨率壓縮到了原來(lái)的一半，即960x1080，這樣合成的3D文件一幀是1920x1080大小，在播出時(shí)會(huì)將每只眼的960x1080的畫(huà)面通過(guò)拉伸復(fù)原成1920x1080的畫(huà)面。因此，這樣的畫(huà)面質(zhì)量雖然是有損失的，但對(duì)于一般人來(lái)說(shuō)，half Side-by-Side就能滿足日常需求，也符合播出標(biāo)準(zhǔn)的質(zhì)量。

　　3D信號(hào)是由左、右眼兩路高清（1.5G）信號(hào)組成，為了節(jié)省成本、簡(jiǎn)化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，系統(tǒng)選用Single-Link一路標(biāo)準(zhǔn)高清信號(hào)（1.5G）的傳輸形式，這就需要將兩路左右眼信號(hào)合成一路（1.5G）,并對(duì)信號(hào)進(jìn)行壓縮編碼：現(xiàn)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(hào)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(hào)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(hào)垂直壓縮一半拼接后在單鏈路中傳輸。此方式現(xiàn)在用的很少，大多數(shù)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(jī)之間的不相容問(wèn)題，因?yàn)閱?wèn)題在于現(xiàn)有許多不同Side-By-Side格式來(lái)執(zhí)行，如最常見(jiàn)的 RealD 和Sensio 3D規(guī)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(shù)方面有著差異，使用任何糾錯(cuò)技術(shù)，在許多情況下，這些差異都會(huì)在影像解析度和數(shù)據(jù)處理速度方面展現(xiàn)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(duì)左右眼原始影像進(jìn)行取樣，并以棋盤格式對(duì)其壓縮，在解壓縮階段則采用無(wú)衰變像素消除了像素插值，該技術(shù)利用了人眼事實(shí)上對(duì)于對(duì)角線方向的解析度下降并不敏感的優(yōu)勢(shì)，同時(shí)預(yù)留的無(wú)損像素也能成為高頻分量，從而實(shí)現(xiàn)更詳細(xì)的插值。

　　本次3D播出頻道系統(tǒng)內(nèi)部選擇采用Side-By-Side方式，因此要保證進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)源都要經(jīng)過(guò)編解碼卡轉(zhuǎn)化成Single-Link（1.5G）的Side-By-Side信號(hào)。同時(shí)，還要兼顧不同Side-By-Side格式來(lái)執(zhí)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(jìn)行考慮。

　　三．3D編解碼卡的選型

　　目前電視機(jī)廠家大多數(shù)只支持RealD格式的Side-By-Side編解碼，在設(shè)計(jì)3D播出系統(tǒng)時(shí)著重對(duì)3D視頻處理卡進(jìn)行了論證，結(jié)合廠家提供的設(shè)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(shè)備按照需求所作的對(duì)比表格：

　　通過(guò)比較后，雖然3D播出系統(tǒng)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(jié)目的兼容性，還有鑒于現(xiàn)在一些主流的運(yùn)動(dòng)賽事節(jié)目（如世界杯、NBA、奧運(yùn)會(huì)等）播送中均使用Sensio 3D格式壓縮方法。因此，在設(shè)備選型時(shí)沒(méi)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(tǒng)信號(hào)源的編解碼卡。

　　下圖是3DX-3901視頻處理卡與機(jī)箱：（圖4）

圖4 3D視頻處理卡與機(jī)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(hào)的基本功能。它能滿足3D信號(hào)制作和播出的需求，如應(yīng)對(duì)采用雙機(jī)裝置攝像機(jī)拍攝的信號(hào)，同時(shí)也可以在3Gbps/HD的環(huán)境中傳送3D信號(hào)。

　　3DX-3901視頻處理卡上的處理芯片能提供高質(zhì)量多種3D格式的轉(zhuǎn)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(shí)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(zhuǎn)以及軸向的調(diào)整，用以糾正由于使用雙擊裝置攝像機(jī)帶來(lái)的誤定位。它還可以用于調(diào)整由于采用鏡像眼所帶來(lái)的用左右眼看上去的顏色丟失和改變，同時(shí)可對(duì)YUV/RGB進(jìn)行顏色校正。

　　3DX-3901視頻處理卡還具有的水平圖像轉(zhuǎn)換（HIT）功能使得用戶可以自行調(diào)整深度位置，甚至可以支持將2D圖像模擬為3D的場(chǎng)景，它的輔助輸出提供了監(jiān)看及3D處理效果的全面預(yù)監(jiān)，3DX-3901視頻處理卡可進(jìn)行左右眼畫(huà)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(hào)處理器，具有穩(wěn)定的處理延時(shí)。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(chǎn)品。3DX-3901視頻處理卡還提供輔助輸出，支持多格式轉(zhuǎn)換，有多種輸入和輸出模式，包括左眼信號(hào)、右眼信號(hào)、3D合成信號(hào)，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(shè)置[page]

　　3D播出系統(tǒng)使用了Densité 3DX-3901視頻處理卡，編解碼卡通過(guò)機(jī)箱網(wǎng)口進(jìn)行設(shè)置,機(jī)箱安裝了10塊3DX-3901視頻處理卡，分別對(duì)應(yīng)系統(tǒng)相關(guān)的設(shè)備如3D錄像機(jī)、服務(wù)器、字幕機(jī)、2D轉(zhuǎn)3D。通過(guò)對(duì)每塊3DX-3901視頻處理卡設(shè)置后，可以對(duì)3D播出系統(tǒng)各個(gè)視頻信號(hào)源進(jìn)行處理，滿足分別送到播出切換臺(tái)、凈切換開(kāi)關(guān)和技監(jiān)矩陣等設(shè)備的顯示方式。

　　現(xiàn)階段在3D播出系統(tǒng)中，3D的格式由3D視頻處理卡完成，因此需要根據(jù)不同的設(shè)備設(shè)備相應(yīng)的編解碼。接下來(lái)，我們就了解一下3D視頻處理卡在實(shí)際系統(tǒng)中的設(shè)置。

　　首先，我們可以通過(guò)Miranda iControl_Solo軟件界面進(jìn)行播出附屬數(shù)據(jù)中的3DX-3901視頻處理卡設(shè)置。進(jìn)入軟件界面后如圖7所示，通過(guò)界面可以看到Densité 3DX-3901視頻處理卡選擇項(xiàng)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(tài)以及相應(yīng)的屬性，每塊3DX-3901視頻處理卡前面顯示的小長(zhǎng)方形的顏色指示表明其目前的工作狀態(tài)，紅色表明不在工作狀態(tài)，綠色表示工作正常。（如下圖：3D視頻處理卡軟件設(shè)置圖7）

圖7 3D編解碼卡軟件設(shè)置

　　接下來(lái)，我們對(duì)每塊3D視頻處理卡進(jìn)行詳細(xì)定義，點(diǎn)擊每一塊板卡可以看到具體的板卡設(shè)置信息，左邊是操作選項(xiàng)，包括：Video Input/Output選擇該項(xiàng)：Video Input/Output:主要用來(lái)設(shè)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(xiàng)：用于設(shè)置3D畫(huà)面的調(diào)整，可以調(diào)節(jié)左右眼信號(hào)垂直和水平方向的相位，通過(guò)HIT選項(xiàng)可以調(diào)節(jié)3D赤信號(hào)的景深，以達(dá)到更好的3D立體效果以及基本YCbCr/RGB增益；Reference選擇該項(xiàng)：用于同步設(shè)置；可以設(shè)置板卡同步信號(hào)設(shè)定，如外同步、內(nèi)同步、自同步。

　　Factory/Preset選擇該項(xiàng)：用于出廠設(shè)置/預(yù)設(shè)； Operating Mode選擇該項(xiàng)：用于開(kāi)啟XVP模式（選件）； Alarm Config選擇該項(xiàng)：用于設(shè)定板卡的報(bào)警信息；選擇左邊操作選項(xiàng)后，在會(huì)右邊顯示出相應(yīng)的設(shè)置表單，可以詳細(xì)的進(jìn)行相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置。（如下圖：3D視頻處理卡參數(shù)設(shè)置圖8）

圖8 3D視頻處理卡參數(shù)設(shè)置

　　1.選擇顯示Video Input/Output輸入、輸出設(shè)置（如上圖）該項(xiàng)后，在會(huì)右邊顯示出相應(yīng)的參數(shù)設(shè)置，上邊的六個(gè)小圓圈表示目前的板卡的輸入信號(hào)的狀態(tài)，下部對(duì)應(yīng)參數(shù)設(shè)置可選項(xiàng)如下：

　　Input Select選擇該項(xiàng)：用于設(shè)置輸入信號(hào)的格式選擇；Input Format選擇該項(xiàng)：可以調(diào)整輸入信號(hào)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(xiàng)： 可以調(diào)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(xiàng)：用于設(shè)置輸出信號(hào)的格式選擇；Output Format選擇該項(xiàng)：可以調(diào)整輸出信號(hào)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(xiàng)：可以調(diào)整輸出編碼格式，F(xiàn)ull（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(hào)的格式選擇）：Output Format選擇該項(xiàng)：可以調(diào)整輔助輸出信號(hào)的格式1080i；Display Format選擇該項(xiàng)：顯示各種格式如Left（左眼信號(hào)）、Right（右眼信號(hào)）、Analog（模擬信號(hào)）、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(xiàng)：在物理接線不變的情況下，可通過(guò)此選項(xiàng)調(diào)換左右眼信號(hào)信息；Timing選擇該項(xiàng)：可以調(diào)節(jié)垂直和水平相位，以保證輸出信號(hào)同步一致性。

　　Freeze選擇該項(xiàng)：可以在信號(hào)中斷或丟失時(shí)候保留原有信號(hào)的最后一幀圖像。

　　2. 選擇顯示Factory/Preset選擇該項(xiàng)：用于出廠設(shè)置/預(yù)設(shè)；Factory/Preset出廠設(shè)置及預(yù)制：可以設(shè)定恢復(fù)板卡的出廠設(shè)置以及預(yù)存幾種板卡設(shè)置的模式，便于板卡靈活使用。

　　Load Factory：此項(xiàng)可用來(lái)加載出廠時(shí)的設(shè)置。

　　User：每個(gè)板卡可以預(yù)存5個(gè)User模式；可以在User Preset中選擇User模式，然后通過(guò)load加載板卡設(shè)置。（如下圖：3D視頻處理卡模式設(shè)置圖9）

圖9 3D視頻處理卡模式設(shè)置

　　3DX-3901視頻處理卡的設(shè)置是在線設(shè)置，在網(wǎng)絡(luò)連接狀態(tài)下，軟件中的設(shè)置改動(dòng)會(huì)立即在板卡上生效，因此在設(shè)置軟件打開(kāi)時(shí)的操作要格外小心，設(shè)置好的參數(shù)一定要存檔以備查及調(diào)用。

　　3.3D播出系統(tǒng)中3DX-3901視頻處理卡的具體設(shè)置信息：

　　從下面的列表中可以看出3D播出系統(tǒng)中的各個(gè)3D視頻處理卡的參數(shù)設(shè)置，同時(shí)每塊卡使用的存儲(chǔ)模式，其中同步數(shù)值的調(diào)整至關(guān)重要，是保證3D信號(hào)能否正常輸入3D播出系統(tǒng)中，以及切換臺(tái)在切換各信號(hào)源時(shí)是否平滑。

　　六．3DX-3901編解碼卡的實(shí)際應(yīng)用

　　了解了3D視頻處理卡的結(jié)構(gòu)和設(shè)置，接下來(lái)在實(shí)際的3D播出系統(tǒng)中，我們將這些板卡用于3D節(jié)目源的編解碼，系統(tǒng)中十塊3D視頻處理卡分別用于兩臺(tái)SR-3D錄像機(jī)、兩臺(tái)高清錄像機(jī)、硬盤服務(wù)器、3D字幕機(jī)、2D轉(zhuǎn)3D設(shè)備。

　　第1-2塊3DX-3901視頻處理卡用于外來(lái)信號(hào)的收錄，輸入信號(hào)是Dual Link格式或帶Sensio 3D的Side-By-Side格式信號(hào)，視頻處理卡轉(zhuǎn)換后信號(hào)輸出為Dual Link格式，接入兩臺(tái)SR-3D錄像機(jī)的輸入口進(jìn)行節(jié)目的錄制（如奧運(yùn)會(huì)、世界杯等）。

　　第3-9塊3DX-3901視頻處理卡用于將硬盤服務(wù)器、3D字幕機(jī)、2D轉(zhuǎn)3D等設(shè)備信號(hào)源的不同3D格式，轉(zhuǎn)成統(tǒng)一的Side-By-Side格式進(jìn)入播出切換臺(tái)和應(yīng)急切換矩陣，完成3D播出系統(tǒng)的播出任務(wù)。

　　第10塊3DX-3901視頻處理卡用于系統(tǒng)中的監(jiān)看，將3D播出系統(tǒng)的矩陣輸出Side-By-Side格式信號(hào)轉(zhuǎn)成Dual Link格式信號(hào)，接入支持Dual Link格式信號(hào)輸入的監(jiān)視器進(jìn)行監(jiān)看，同時(shí)輸入至多功能波形測(cè)試儀WFM8300進(jìn)行3D信號(hào)的測(cè)試。

　　3DX-3901視頻處理卡的輸出可以是兩個(gè)雙鏈路的Dual Link輸出，也可以設(shè)置為4個(gè)單鏈路的Single Link輸出。這次的3D播出系統(tǒng)使用方式是4個(gè)單鏈路的Single LINK輸出。一路進(jìn)入主切換臺(tái)，一路進(jìn)入備切換矩陣，一路接入監(jiān)看矩陣進(jìn)行波形監(jiān)看，一路接入多畫(huà)面分割器進(jìn)行視頻源監(jiān)看。綜上所述，因4個(gè)單鏈路的Single Link輸出口已夠用，其后就沒(méi)有再配高清視分板卡，從而簡(jiǎn)化了系統(tǒng)配置，節(jié)約了設(shè)備成本。

　　在3D播出系統(tǒng)在搭建和調(diào)試過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)重新開(kāi)機(jī)后3D編解碼卡的輸出畫(huà)面時(shí)而有抖動(dòng)現(xiàn)象發(fā)生，通過(guò)重新將板卡熱插拔或重啟后畫(huà)面不再抖動(dòng)，通過(guò)和廠家工程師的交流后，感覺(jué)是3D視頻處理卡斷電或同步不好時(shí)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(jìn)行微調(diào)，確保其輸出的相位正確性，同時(shí)保證信號(hào)同步一致性，還通過(guò)軟件將每塊板卡的設(shè)置進(jìn)行存儲(chǔ)，方便在值班時(shí)發(fā)現(xiàn)3D視頻處理卡問(wèn)題后的及時(shí)處理和更換。通過(guò)一個(gè)多月的在線運(yùn)行，設(shè)備體現(xiàn)了較好的穩(wěn)定性，而且設(shè)置操作簡(jiǎn)單，支持熱插拔，更換方便，同時(shí)還支持大多數(shù)3D編解碼方式，現(xiàn)階段可以說(shuō)是理想的3D編解碼設(shè)備，隨著3D電視節(jié)目的正式播出，相信3D設(shè)備的相關(guān)產(chǎn)品會(huì)有質(zhì)的飛躍，3D技術(shù)的發(fā)展也會(huì)更上一層樓。B&P