3D电视节目制作系统的设备选型与应用探究

王 健，郝银华

（辽宁师范大学 计算机与信息技术学院，辽宁 大连 116081）

近几年，3D立体电视逐步走进家庭，索尼、松下等公司不断推出民用级和广播级3D摄像机、3D切换台和3D监视器，AVID公司推出AVID MC 6.0立体视频编辑软件，宽泰公司推出立体在线编辑系统和立体高清电视制播网络系统，为3D电视节目制作奠定了软、硬件基础。随着我国3D电视试验频道的推出，3D电视空间感强、现场感明显和高清晰度等特点备受欢迎，各大电视台开始筹划并开展3D电视节目制作，快速组建3D电视节目制作系统成为大家关注的焦点。

1 3D电视节目制作系统设备的性能对比

1.1 3D摄录一体机的性能对比

3D摄录一体机是将双镜头3D摄像机和3D录像机结合成一体，不需要支架型3D摄像系统进行频繁的光轴调整，具有极好的灵活性、稳定性和性价比。

1.1.1 索尼公司PMW-TD300肩扛式3D摄录一体机

采用2组3片1/2 in Exmor CMOS，7倍光学镜头。45 mm轴间距，可在更广泛的拍摄区域内拍摄3D画面，支持最短1.2 m的汇聚距离，灵敏度F11，信噪比54 dB；三环控制轮，可以单手进行变焦、聚焦和会聚调整操作，会聚面位置以长度单位米的形式显示在寻像器上；一键自动会聚功能可以对聚焦目标进行实时跟进（-20%+20%）；内置4档滤光镜；采用XDCAM EX两路高清视频编码格式，支持1920×1080（60i/50i/30p/25p/24p）全高清格式；左右眼各2个SxS卡槽，2张64 Gbyte SxS存储卡可录制6 h的3D内容；3.5 in 123万像素裸眼3D液晶屏，具有混合/视差/汇聚提示/裸眼3D等6种模式；3D深度警告用直观的图形显示立体深度警告信息；格子显示能够以竖线粗细和间距不同在寻像器上检查左/右眼像差；双HD-SDI、HDMI、锁相接口、TC时码输入/输出接口等，体积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摄录一体机

采用2组3片1/3 in 220万像素CMOS成像器件，轴间距56 mm，17倍变焦镜头。20 bit数字信号处理器，高灵敏度、低噪波图像传感器和高质量DSP电路，内置4档滤光镜，6模式伽玛、自动聚焦、自动光圈、汇聚点调整、左右画面自动补偿和间隔记录功能，可变帧拍摄支持慢动作/快动作记录；单独设置了汇聚转盘；有近、正常、远这3个3D模式选择开关，可以优化每一个拍摄距离的镜头汇聚角度范围；P2存储卡实现双槽记录，AVC-Intra压缩算法，10 bit 4∶2∶2高画质，MPEG-4 AVC/H.264全高清记录，支持108060i/50i/30p/25p/24p和72060p/50p/30p/25p/24p多种格式，3.2 in 92万像素液晶屏，具备辅助聚焦功能；双HD-SDI、HDMI 1.4输出，同步输入和TC IN/OUT接口；体积235 mm×270.5 mm×667.5 mm，重量为6.1 kg，功耗38 W[2]。

1.1.3 松下公司AG-3DA1MC手持式3D摄录一体机

采用2组3片1/4 in CMOS成像器件，拥有2个独立的光学系统，支持全高清1920×1080（60p/30p/24p/25p/50i）拍摄格式。具备汇聚点调整功能和左右画面自动补偿功能，为富有表现力的3D影像摄录增加了灵活性；采用AVCHD专业高影像质量PH模式，MPEG-4 AVC/H.264全高清左眼和右眼影像同步记录在2张SDHC存储卡上；3.2 in 92万像素液晶屏，可切换显示Lch/Rch/覆盖；机身小巧轻便，内置立体声传声器，配备1个HDMI 1.4（帧和场序制输出）和2个HD-SDI输出接口；体积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摄录一体机

采用2个1/4 in Exmor R CMOS成像器，10倍光学变焦镜头。31 mm轴间距；动态光学防抖，采用摄像机三向稳定技术，可在3D拍摄时对上/下、左/右和滚动震动进行稳定处理，控制镜头的景别变换，保证画面的同步拍摄；MPEG-4 MVC记录格式，支持1920×1080（60i/50i/24p）3D拍摄；内置一个96 Gbyte固态存储单元，在3D扩展记录模式下，可记录7.5 h素材；存储卡插槽可让用户将影像素材记录到记忆棒和SD卡中；3.5 in 123万像素裸视3D液晶屏能够现场监视3D质量，调整好左右视差就能进行3D素材拍摄；体积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摄录一体机

采用2套全高清背照式CMOS传感器，5倍光学变焦，F1.2双镜头设计，使用JVC专利的Falconbrid™ LSI处理器，支持1920×1080全高清24p或60i的拍摄和记录，3D模式下34 Mbit/s码流记录。内置一个64 Gbyte的固态存储单元，也可以在2个SDHC/SDXC闪存卡上记录全高清双画面；内置时间码、3D静态数码照片拍摄、3D间隔拍摄和斑马纹功能；3.5 in 92万像素裸眼3D液晶触摸屏，标配指向性枪式话筒、1个HDMI接口、2个专业的XLR音频输入接口；体积134 mm×153 mm×234 mm，重量1 kg，功耗4.8 W[3]。

1.2 3D多格式切换台的性能对比

1.2.1 松下AV-HS450MC切换台

标配8路双通道3D输入，3路双通道3D输出，1级M/E。内置10 bit帧同步器、彩色校正、上变换功能；兼容多种高清（1080/60i/50i/24p，720/60p/50p）和标清（480/60i，576/50i）格式；色彩采用Primatte Chromakey，具备强大的3D效果（CUT，MIX，WIPE）、特技（划像、挤压、滑动、3D、2通道DVE模式）、2路DSK、2路画中画、快拍存储与画中画存储功能，内置独立双通道画面分割器，多画面显示功能可在2块屏幕上显示高达20幅图像；可选内、外同步系统，双路冗余电源；体积482 mm×88 mm×471 mm，重量11 kg，功耗170 W[2]。

1.2.2 索尼MCS-8M切换台

该机既是一款8通道（SDI/HMDI/DVI-I/Composite）输入/4通道（SDI/DVI-D/Composite）输出的视频切换台，又是一款6通道音频混音器。一个键控器、多种预设DME（PinP/Slide/Defocus/Mosaic）划像图案、一通道帧存储输出，每个信号源均具有一路输入静止功能，可通过USB端口输入静止画面；具备3D模式（L/R联动Cut，Mix，Side By Side输出）切换功能，全高清1920×1080信号处理，兼容处理标清和高清多种格式；内置的多画面显示处理器支持4分屏和10分屏多显示输出；选单设计延续了MVS系列切换台风格[1]。

1.2.3 松下AG-HMX100切换台

支持多种高清、标清格式，如1080/60i/50i/24p，720/60p/50p和480/60i，576/50i；能够以4∶2∶2∶4和12 bit量化处理视频，使后期视频制作和调色的视频具有更多的采样信息；可切换来自2台3D摄像机的影像，不支持特效，同时输出双HD-SDI和DVI-D 3D视频信号作为PGM，用于低成本高清3D立体影像制作。连接2台AG-HMX100设备，最多可以切换4个3D视频信号输入，产生4个PGM输出，用于动态3D影像现场切换大屏幕显示系统；支持双路同时和并排等类型的3D视频输出[2]。

1.3 3D高清录像机的性能对比

1.3.1 索尼SR-R1000多通道记录存储单元

可处理2D，3D，1080p和4K格式信号，包括多摄像机信号记录、即时重放片段、高速多通道采集、媒资管理存储等。搭载了HDCAM-SR编解码器，MPEG-4算法，支持不同码率编码，最高SR-HQ（880 Mbit/s）模式；支持4∶2∶2（10 bit）和 RGB 4∶4∶4（10/12 bit）记录，支持无压缩记录。强大的立体3D制作，最多可处理4个通道的1080p 3D信号，或RGB 4∶4∶43D信号。使用HD-SDI或3G-SDI记录4K画面（3840×2160，4096×2160）；每路A/V通道均带有一个双链路3G-SDI接口；支持16通道无压缩数字音频（24 bit，48 kHz），以及音频和视频的独立编辑能力。搭载4个可安装SR移动存储卡的插槽，每个插槽均可安装一个256 Gbyte，512 Gbyte或1 Tbyte容量的存储卡，最大存储容量可达4 Tbyte[1]。

1.3.2 索尼SRW 5800超高码流高清演播室录像机

支持所有HDCAM高清格式，如1080i/p，720p；4∶4∶4，4∶2∶2取样，记录码率可高达880 Mbit/s。1台录像机同时记录3D格式所需要的2路信号，采用MPEG-4 Studio profile近似无损的压缩，多达12通道的数字音频通道，支持杜比5.1多声道的视频内容制作和强大的格式转换能力。支持多种HD和SD输入/输出接口和音频输入/输出接口，支持SNMP的以太网接口以及差错记录能力和USB接口进行机器设置的能力，友好地与其他设备进行衔接，保证整个节目的完整录制[1]。

1.3.3 松下AG-HPD24MC存储卡便携式录像机

采用AVC-INTRA编解码器，10 bit高画质4∶2∶2全高清视频。支持多种高清格式和24PSF实现高端制作，例如1080p，1080i和720p，可以在60 Hz和50 Hz之间转换。2台录像机支持3D立体视频节目的录制，同样可进行完整的HD-SDI 3D或3D HDMI同步播放。可以在播放过程中高清和标清之间上下转换，或者在720p和1080i之间交叉变换，具有画面长宽比转换、具有波形和矢量示波器显示功能；P2卡支持高达64 Gbyte大容量；多种广播级视频制作功能和接口，支持高质量24 bit 4通道音频录制。2U半标准机架尺寸和电池供电[2]。

1.4 3D专业高清监视器的性能对比

1.4.1 索尼公司LMD-4251TD/LMD-2451TD专业3D/2D高清液晶监视器

42/24 in屏幕，采用专业微型圆偏振膜，精确的Chro⁃ma TRU彩色处理技术，保证精确的伽玛调整和稳定的白平衡；10 bit信号处理，16∶10宽高比，1920×1200分辨力，超高亮度、对比度和响应时间。3D图像监看时，具有水平翻转、左右眼图像棋盘格检查、左右眼图像视差偏置模拟检查、左右路信号切换、视点景深检查和上载信号标识显示功能；支持3G-SDI输入/输出，具有音频电平表、波形图显示、双画面显示、画中画显示、隐藏字幕显示功能；多种色温及色域选择，多种可选扫描模式[1]。

1.4.2 松下BT-3DL2550MC专业液晶显示器

25.5in屏幕，采用Xpol®圆偏振滤片，具有宽广的色域和10 bit 3D LUT，实现色彩真实再现。2个HD-SDI和1个DVI-D接口，支持1920×1200分辨力，支持1080i，1080p和720p的播放；支持同时（双SDI）、分行（line by line）和并排（side by side）等3种类型的3D视频输入；屏幕显示可切换到正常的3D图像显示（分行）、重叠显示、单通道（左/右）显示或比较显示功能，用于调整来自支架型3D摄像系统的影像。内置软件，可在不使用计算机的情况下，将指定的显示器色彩分析仪和测量探针连接到监视器，即可完成校准[2]。

2 3D电视节目制作系统的组成

2.1 3D电视节目直播系统

演播室直播是最容易实现的3D电视节目制作方式。3D电视节目直播系统一般由3D摄像机、3D切换台、3D录像机和3D监视器组成，根据系统的整体技术指标和设备的价格来选择相同档次的系统设备。3D摄像机可选择由2台广播级摄像机构成支架式高端双机位3D拍摄系统，也可以选择肩扛式或手持式3D摄录一体机。广播级摄像机可以采用2D/3D画面转换软件实现3D拍摄。对拍摄的视频进行视差调整和误差校正，通过2条SDI光缆对左右眼全高清视频图像进行传输。根据现场实际配置的3D摄像机数量选配3D切换台型号和特效功能，利用切换台对视频进行编码和现场切换，最终用录像机或硬盘记录单元将3D信号记录下来。通过专业3D高清监视器对具体画面进行精确调整，可以通过切换台上附带的换面分割器或专业的多画面处理器实现在少量监视器上显示多画面的监视效果。3D广播采用了“并排”技术，将切换台输出的信号转换为一种帧序制3D信号或分行3D信号，使用与普通高清广播相同的带宽传输3D内容，在用户终端高清电视显示2D图像，3D电视最终还原3D图像。

2.2 3D电视节目制作系统

3D视频的剪辑和输出需要专门的3D编辑软件。AVID公司AVID MC 6.0非线性编辑软件能够实现对3D立体电视节目的采集、编辑、添加特效和输出。其立体制作过程是将左、右眼视频转化为立体视频，然后与2D编辑相似，对3D立体视频进行编辑并添加特效输出立体电视节目。宽泰公司Pablo 3D后期制作系统基于独特的硬件处理引擎、高速总线结构和帧魔法等技术，可同时播放2路2K信号，并翻新配备了专门的立体功能，具有分屏显示、深度调整及悬浮窗口等功能，可实现立体的剪辑、立体的调色配光、立体的合成特效和立体效果的调整。So⁃ny Vegas Pro和Avid Media Composer非编软件支持3D编辑，Apple Final Cut Pro和Adobe Premiere Pro需要3D编辑插件Cineform Neo3D才能实现对3D视频的剪辑和添加特效。

3 3D电视拍摄和制作中应注意的问题

3D电视的图像质量不仅涉及左右单眼图像的质量，还涉及左右眼图像的匹配程度、视差范围以及画面过渡等，对拍摄技术和后期制作有很高的要求。图像质量控制要准确计算视差，进行有效的视差管理，尽可能减少双路拍摄的图像匹配误差，避免左右眼的视野冲突。

3.1 前期拍摄应注意的问题

3D摄像机能够保证全分辨力的高清，3D景深效果明显、色彩丰富、中间灰阶层次细腻。前期拍摄应注意立体摄像机的选择、立体拍摄支架调整和同步记录设置。3D摄录一体机的电气特性、镜头匹配、聚焦匹配和焦点平面的一致性好，调整和拍摄效率较高，但摄像机的镜头间距比较小，拍摄没有近景物体的远景镜头时，很难呈现远景景物的立体层次。双机位组成的3D拍摄系统应注意镜头的匹配、变焦轴线一致和双镜头同步，应准确调整双机位的参数配置并保证机械跟踪一致，确保2个摄像机之间的光圈、焦距和亮度一致。3D摄像装置调整时间长，需要反复测试摄像机的运动走位，调整符合3D拍摄的灯光照度，使得3D拍摄进度缓慢。

拍摄3D需要左右眼信号的重叠，定视差时要考虑到后面的物体，通过物体大小的调整和距离的变化突出立体感。聚焦、变焦将影响视差变化，拍摄近景的时候视差会增大；当被摄物体远离摄像机时，视差也会变大；当摄像机的距离以及重合角变大的时候，视差随之增大。通常视差增大，立体感会增强，但不应超出人眼能够处理的极限。以往两眼视差的极限值指标，在拍摄近处为两眼间隔（成人65 mm左右，小孩50 mm左右）的3倍，拍摄远处为1倍，如果达到这个极限值，人的眼睛会非常累，所以一般需要控制在这个值之内[4]。可以边拍边用3D监视器进行监看，控制视差尽量别超过舒适体验，更不可超过安全指标，看其中感兴趣的点并对整个画面都做一个检测。

双机位的变焦是个难点，可以根据近景或者远景调整2个摄像机镜头之间的距离，或更换变焦镜头，来控制景深，调整汇聚点在屏幕前后的位置。在拍摄3D电视节目时应防止边框效应的出现，尽可能使被拍摄对象处于不会出现视觉冲突的区域，使主体都在边框内而不是边框将主体截开。有条件配备实时3D处理器，拍摄过程中一些偏差都可以检测出来，并进行调整和校正。3D摄像机机位比2D的摄像机位更靠近现场，更有震撼力，带给观众更多信息[5]。

拍摄时注意节奏控制和构图方式符合3D特点，机位设计充分考虑3D的特点，努力靠近舞台以获得更真实自然的立体感受，采用利于3D表现的道具和动作设计，轨道和摇臂使用来提升动态立体感，2D转3D使用恰当可以丰富镜头选择，灯光和舞美需要更充分理解3D的特点，舞台设计需要考虑3D空间的营造，增加更丰富的前后层次[6]。观众在每一次切换后，都需要时间来适应不同景深带来的画面，如果是很多3D镜头进行切换，观众视觉会比较疲累，所以不需要太多的3D机位。在拍摄时需要特别小心，要尽可能丢掉2D的拍摄语言，使用全新的3D的拍摄语言，不需要大幅度的推拉，只需要小幅度的推拉或移动镜头就会造成很强的立体效果。

3.2 后期制作应注意的问题

拍摄的3D素材中画面人比较小、清晰度比较灰、层次上不去、缺乏表现力在后期节目制作时更难处理，很多效果难以把控。不管是3D立体视频的直播还是专题制作，都需要遵循剪辑规律符合人的观赏心理。节目制作涉及2路3D信号同步切换、双码流同步记录和双路编辑，坚持以“安全3D”作为制作的首要原则，合理利用3D空间。对图像质量的影响因素主要有：视野冲突（画面切换的空间跳跃、图文叠加的遮挡关系矛盾、焦点平面与会聚平面矛盾）、视频压缩编码、左右眼图像的拼接以及3D图像的视觉安全性调整[7]。

把3D素材放在编辑线上，需要快速地挑选镜头并进行简单的粗编，对每个挑选出的镜头做立体修复，使左右眼画面能够良好地匹配。做完粗编后需要进一步对镜头进行完善，调整立体焦平面位置、双眼画面同时调整色彩（多级校色）、立体合成、立体字幕制作等[8]。3D制作最费时间的就是3D效果的调整，光凭制作人员的经验是不准确的，而且制作效率较低。专业的3D编辑工具提供3D效果参考图，让制作人员可以准确判断画面的3D属性。在制作视频时要注意立体深度的跳切，如位于屏幕的后面切到画面的前面，汇聚点发生很大的变化，观众很难立即恢复立体影像。镜头之间的深度剪接，就是把两个深度不一致的镜头连接起来。将切出镜头的关注点移到银幕界面上，然后切入下一个镜头，其焦点也放置在完全相同的深度位置上，最后将切入镜头的汇聚点移到其正确的位置上，观众会跟随汇聚的转移而不用眨眼睛[9]。影片编辑结束之后，还需要对立体影片进行精细的调色处理和深度微调，立体影片在2D调色的基础上进行全局微调，深度微调将镜头传到特效部门，对镜头的汇聚点进行调整。

3.3 监视显示应注意的问题

3D信号的监测需要立体监视器、3D视觉安全性检查等。影响3D电视图像质量的主要因素有3D显示器类型、屏幕尺寸、显示性能和3D眼镜性能。一般来说，大屏幕能够增强观看的临场感和真实感，且可减弱边框效应。显示器的技术指标不仅会影响左眼和右眼图像的单路图像显示质量，同时也影响立体效果，建议使用前进行专业调校。市场上主流的3D显示器通常采用时分快门或偏振式技术，如果3D眼镜的分光效果不理想，会导致左右眼图像串扰；3D眼镜的左右两镜片光学性能若存在差异，可能导致左右眼图像匹配不协调。时分快门式3D眼镜与显示器屏幕之间如果同步有误差，会导致3D图像质量下降[7]。

4 小结

3D立体电视必将成为未来电视的发展趋势，3D电视节目制作系统设备的选配要结合经济条件和功能需求，在拍摄和制作中需要进行严格的图像质量监控，才能保证制作出相对安全、舒适的3D电视节目。3D电视节目制作要以视觉为中心，精益求精地拍摄，精雕细刻地制作，不断提高技术和艺术水准，推动技术的创新与进步，在享受科技带给生活创新的同时，更要重视人们的健康。

[1]索尼中国专业系统集团网站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//pro.sony.com.cn.

[2]松下电器（中国）有限公司专业视听网站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//panasonic.cn/products/pro_av.

[3]JVC专业网站[EB/OL].[2012-03-20].http∶//pro.jvc.com/prof.

[4]王羽.制作更好的3D节目还原真实世界[J].世界广播电视，2011，25（1）：26-28.

[5]杜卉.索尼3D现场制作系统设计——新理念新挑战[J].现代电视技术，2010（8）：70-72.

[6]王亚明.3D转播车/EFP系统解决方案及应用[EB/OL].（2012-03-28）[2012-04-08].http∶//www.gbds.com.cn/zt/3dyth/201203/t20120328_1257937.shtml.

[7]董文辉.《3D电视技术指导意见》解读及跟进研究[EB/OL].（2012-03-28）[2012-04-08].http∶//www.gbds.com.cn/zt/3dyth/201203/t20120328_1257936.shtml.

[8]殷琦.中央台立体频道宽泰SQ高清系统——破译SQD后期网络制作 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电影制作[M].黄裕成，刘志强，译.北京：人民邮电出版社，2011.