高清技術在同步錄音錄像中的應用

周健飛

沈陽音樂學院附屬中等音樂學校 遼寧 沈陽 110000

前言

在當前的社會發展背景下,社會民主法治的推進以及民眾法律意識的強化提升,使得同步錄音錄像的應用范圍和應用價值更為顯著。需要借助同步錄音錄像的作用優勢進行重要信息發展過程的錄音與錄像。因此,高清技術在同步錄音錄像中的應用價值得以突顯。高清的實現包括HD制作、節目傳輸和接收顯示諸多環節,只有將這些環節理清應用,才能使高清技術在同步錄音錄像的三個組成部分的前端采集、傳輸過程以及存儲和輸出中應用價值充分顯現。

一、高清技術分析

(一)高清技術標準

高清技術中最為重要的是“高清”二字,也就是“高分辨率”。通常所說的高清,包含四個內容含義,如高清電視、高清格式、高清設備和高清電影。而目前現有的,已經實現的高清包括網絡高清和數字高清。網絡高清是目前最為普遍的應用于構建高清監控系統的方式之一。其主要是通過前端攝像機進行音頻視頻錄制,接著借助IP網絡進行數據信息傳輸到服務器存儲。其優缺點也較多,如優點一是可以將帶寬壓縮,便于在IP網絡上傳導運輸,并且會使視頻的存儲容量適當縮小,不會造成較大的存儲困難。二是因為網絡的開放性特點,使其優勢也變得更為顯眼,如視頻的收發、分享、共享更為便利。三是可以應用光纖、雙絞線或者無線等,組合成網絡,構建大型的、遠距離的、可控制的監控傳輸系統。缺點則是會導致音頻視頻信號有延時性,無法實現同步[1]。另一個較為明顯的缺點是編碼格式不一使得最終的監控系統維護擴容及兼容性差,進行升級改造的可選擇性較差。數字高清可以說是彌補了網絡高清存在的一些不足,與網絡高清相比較,數字高清也同樣具有一定的優缺點。優點一是可以確保數據信息非壓縮不失真,可以很好地保證了圖像的原始性以及完整性,最為重要是可以實現數據圖像的實時性目標,畫面清晰、完整、逼真。優點二是因采用專線式閉合式線路,可以使其在工作時免受外界因素干擾,安全性強。優點三是數字高清應用的系統和設備,其管理方式基本無變化,并不需要進行專門的操作技術學習,實現無波瀾升級。其缺點是無法實現海量存儲,只能使用同軸電纜、光纖傳輸等,傳輸方式較為單一,并沒有組建大型監控系統,更多應用于相對穩定的室內環境,并不具備防雷技術。

高清技術標準中,清晰度指標最高的是1920×1080/i。24P是一種應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量,是目前應用非常廣泛的高清交換標準。此外,碼率是高清技術中非常重要的一個技術參數,是制作與傳輸環節質量擁有保證的首要關注問題。碼率一般是指比特率,是指單位時間內傳送的比特數。通俗而言,在高清技術中,碼率也可以稱為取樣率,單位時間內取樣率越大,精度則越高,經過處理的文件也就越接近原始文件,也就是清晰度也越高。

(二)高清的實現包括HD制作、信號傳輸和接收顯示諸多環節

首先,HD制作。HD是英文High Definition的簡稱,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”。高清的實現,需要借助計算機CPU的技術優勢。若CPU的運算速度可以有效提高,則將會以其高速的運算能力完成高壓縮比或較為復雜的算法解碼工作[2]。在藍光盤、半導體以及硬盤存儲技術的高速發展下,大尺寸的高清媒體文件找到最適宜的存儲方式,存儲難題得以有效解決。在壓縮編碼技術的快速發展影響下,高清節目文件從其龐大的身軀逐步縮小為苗條的身材,變得更加適宜存儲和傳輸。高清技術在移動現場編輯領域也有了較為明顯的發展,如火線傳輸已經可以支持高清,這不僅可以極大地降低高清系統設備的組合成本,同時也大大提高工作人員的工作效率,保障工作質量,創新工作流程。

其次,高清信號的傳輸。在以上內容中提到,高清技術已經實現的有網絡高清和數字高清,而網絡高清存在實時性較差問題,所以高清信號的傳輸方式雖然可以采用虛擬的網絡高清傳輸方式,也可以采用數字高清傳輸方式,但更為有效的、可以保證時效性的還是數字高清傳輸方式。

最后,高清信號的接收。數字高清傳輸方式優點中提到,只要不壓縮圖像與視頻,則圖像與視頻并不會失真,將會保持與原圖更為相近的清晰度,更完整、更逼真、也更安全。在高清信號傳輸過程中使用壓縮編碼,高清的基帶碼流可以達到每秒1.5Gb,這也就意味著,與標準清晰服務相比,高清信號需要更高的帶寬。高清信號被傳輸前,首先需要經歷壓縮步驟,應用較為實用的壓縮方法,從壓縮質量和壓縮效率上找到平衡點,確保當前的計算機技術可以滿足當前高清信號所需的帶寬和存儲量。在當前網絡信息技術和科學技術迅猛發展的時代環境下,曾經應用的MPEG-2壓縮編碼,已經被當前發展起來的WMV9,H.264等更先進的編碼壓縮技術所替代,可以將帶寬有效節省一半之多,這樣的技術發展變革,為高清信號傳輸與接收帶來巨大發展影響。

二、高清技術在同步錄音錄像中的應用

(一)前端采集中應用

組成一個最為簡單的同步錄音錄像,包括前端采集,中端傳輸和后端存儲輸出三個部分。其中前端采集設備主要包括以下一些部分:視頻采集設備和音頻采集設備。根據應用的環境不同,前端設備中還包括控制設備、電源、支架、云臺等。一般情況下,監控區域還必須配備一個溫濕度顯示器與時鐘。通過對前端設備組成具體分析后,可以看到視頻采集設備主要應用的是攝像機,音頻采集設備主要應用監控麥克風,拾音器。這些設備的質量將直接影響采集到的圖像、視頻以及音頻的質量。同步錄音錄像主要應用在特定的環境區域內,當前應用到審訊室、監控區較多,這些區域對錄音、錄像的全程性、完整性、實時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同步錄音錄像標準要求,也將難以獲得想要的資料信息。為此,將高清技術應用在前端信息采集上是非常重要環節之一[3]。攝像機種類繁多,但其主要的工作原理是一致的,都是將光學圖像信號轉變為電信號,以便于存儲或者傳輸,當拍攝目標物時,此目標物上反射的光將被攝像機鏡頭收集,使其聚焦在攝像器件的受光面上,再通過攝像器件把光轉變為電能,即得到了“視頻信號”。光電信號非常微弱,需要通過預放電路進行放大,再經過各種電路進行處理和調整,最后得到標準信號可以送到錄像機等記錄媒介上記錄下來,或者是通過傳播系統傳送到監視器上顯示出來。由此可見,攝像機的工作運行原理中涉及到高清技術,并且高清技術的作用價值非常之重要。因此,在同步錄音錄像中,需要選擇高清攝像機。根據專業人士解釋分析,可以了解到常用的監控攝像機只有兩種等級,低解330線左右,高解480線左右。而隨著生產技術的不斷提高,處理能力達到7MH的DSP高通濾波器使水平分辨率達到520線左右,進而出現了更進一步的高清監控攝像機產品。實際上,同步錄音錄像中前端收集應用的攝像機,其圖像清晰度的影響因素中,不僅與采用的CCD技術指標有直接關系,同時與后端信息處理技術,如勾邊電路、信噪比、彩色還原性、選用的鏡頭、對比度、調焦是否準確等因素都有直接關系,都會不同程度地影響最終的錄音錄像清晰度。

(二)中端傳輸過程應用

中端傳輸應用的簡單的傳輸設備主要包括線纜,光端機等,根據不同的系統需求,可能還需要配備電腦主機,網絡攝像機,無線發射機等。線纜是光纜和電纜等物品的統稱,用途非常廣泛,主要用于控制安裝、設備連接、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塑料粒子加工護套絕緣以及各種規格的銅絲絞合成纜。為此,其材料和規格將直接影響其傳輸質量。線材選型需要遵循以下原則:①視頻線。攝像機與監控主機之間的距離若小于等于200米,則選用RG59視頻線,若攝像機與監控主機距離大于200米時,則選用SYV75-5視頻線。②云臺控制線。云臺與控制器之間的距離小于等于100米時,選用RVV6×0.5護套線。云臺與控制器之間的距離大于100米時,選用RVV6×0.75護套線。③鏡頭控制線,一般選用RVV4×0.5護套線。④解碼器通訊線。選用RVVP2×1屏蔽雙絞線[4]。⑤攝像機電源線。若同步錄音錄像系統中有20臺普通的攝像機,并且攝像機與監控主機之間的平均距離在50米,則應選用BVV6m銅芯雙塑料作電源主線。

光端機是光信號傳輸的終端設備。視頻光端機在中國的發展是伴隨著監控發展起來的,其就是把1到多路的模擬視頻信號通過各種編碼轉換成光信號,通過光纖介質來傳輸的設備,又分為模擬光端機和數字光端機。高清技術在同步錄音錄像中的中端傳輸中的具體應用,主要在于光端機,其中模擬光端機采用了PFM調制技術實施傳輸圖像信號。發射端將模擬視頻信號先進行PFM調制后,再進行電-光轉換,光信號傳到接收端后,進行光-電轉換,然后進行PFM解調,恢復出視頻信號。但其還存在一定的技術難度沒有被突破,于是又出現一種數字光端機,其與數字高清彌補模擬高清不足具有同樣的功用。圖像壓縮數字光端機一般采用MPEG‖圖像壓縮技術,可以將活動圖像壓縮成N×2Mbps的數據流通過標準的電信通信接口傳輸或者直接通過光纖傳輸。因為采用了圖像壓縮技術,它能極大地降低信號傳輸帶寬。數字光端機具有的優勢主要有①傳輸距離較長,可以達到80Km,最遠甚至可達120Km。②支持視頻無損再生中繼,因此可以實現多級傳輸模式。③受環境干擾較小,因此傳輸質量高。④支持的信號容量可以達到16路,甚至更多,如32路、64路、128路。高清技術在中端傳輸中的應用,可以大大提升同步錄音錄像速度與質量,保證最終的監控效果。

(三)后端存儲和輸出的應用

同步錄音錄像構成中的后端存儲和輸出,主要包括存儲中的電腦主機、硬盤刻錄機、刻錄機等;還包括輸出中的顯示器、喇叭(揚聲器、耳機),若想實現對講功能,則還需要麥克風等設備。高清技術在此處的具體應用,一來可以提升圖像、視頻的顯示清晰度;二來可以確保高清信號的實時性和完整性[5]。同步錄音錄像是對某一特定環境,若審訊室、精品錄播教室或者海關臨時詢問室等采用特定設備通過技術手段對環境現場進行音頻視頻同步記錄的系統。尤其是隨著我國法律制度的完善與健全,無論是社會大眾,還是公檢法,都非常重視對一些敏感區域的監控控制。另外,在精品錄播教室中,對最后的節目錄制效果要求也更為嚴格,因此,在同步錄音錄像的后端存儲和輸出中,高清技術的應用,顯得尤為重要。比如說,其中的顯示器。顯示器是屬于電腦的I/O設備,也就是輸入輸出設備,它是一種將一定的電子文件通過特定的傳輸設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并形成圖像,作用方式與電視接收機相同。顯示器主要的技術參數是分辨率、柵距和點距、帶寬、刷新率。分辨率就是構成圖像的像素和,也就是屏幕包含的像素是多少。一般表示為水平分辨率(一個掃描行中像素的具體數目)和垂直分辨率(掃描行的具體數目)的乘積。這也就意味著分辨率越高,畫面中包含的像素數就越多,圖像也就越清晰細膩。與此同時,需要注意的是,顯示器的分辨率會受到顯示器的尺寸、電路特性等方面影響。帶寬是顯示器中一個非常重要的參數,也是高清技術中常常提到的技術參數,能夠直接反映顯示器性能的好壞。帶寬實際上是顯示器視頻放大器通頻帶寬度的簡稱。一個電路的帶寬實際上反映該電路對輸入信號的響應速度和顯示器的解像能力,帶寬越寬,慣性越小,響應的速度越快,其允許通過的信號頻率也就越高,信號失真也就越小。由上分析可知,高清技術中提到的各項技術要求與標準,與同步錄音錄像所需的技術要求與標準具有非常多的相似之處,高清技術在同步錄音錄像中的有效應用,將會極大地提升監控質量,保障監控效能。

總結

綜上所述,高清技術在同步錄音錄像中的應用若想價值最大化,需要對高清技術進行整體分析,了解其具體原理與諸多環節的重要應用方式,從而使其在同步錄音錄像中充分發揮作用。不同市場需求的引導下,高清技術呈現不同的應用優勢,但究其根本,還是為人類科技發展帶來巨大推動作用。高清技術在同步錄音錄像中的有效應用,將會使傳統的錄音錄像技術上升到新的高度,開拓出新的發展路徑。