第3章视频切换与特技设设备Word格式.docx

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例如，以慢转换的方式完成由一个画面向另以一个画面的过度，使屏幕的一部分取自一个画面，另一部分取自另一个画面的分画面效果。

对图像信号进行这些电子艺术处理的设备就称为特技设备。

早期的视频切换与突击效果是由不同的设备（视频切换台与特技效果发生器）分别产生的。

在实际的电视节目制作过程中，特技效果往往是画面过度的常用形式，也是对整个画面效果进行艺术处理的基本手段，为了使用方便，目前已经将视频切换与特技设备合二为一，并成为视频切换器或切换器，也称为视频混合器或混合器。

国外有的地方称为特级切换器或特技发生器，以突出其特技功能，也有的称为特技混合器，主要强调在混合过程中可以加入特技效果。

虽然名称不同，但其功

能和效果是相仿的，都具有对多路输入视频信号任选一路或数路的组合信号输出的作用。

由于实际的电视图像可以看成是由许许多多像素构成的二维平面集合体，在传输环节，这些像素是按照顺序传送方式进行传送的，因此，从电视信号的传输与电视画面的重现过程来看，电视节目的播放过程实际上是不断传输和重现一个以时间为顺序的二维平面图像的过程。

首先，从纵向的时间序列来看，一个实际的电视节目是由许多镜头组接而成的，组接是由一个镜头转换为另一个镜头的过程，也称为画面过度。

画面过渡常用的技术手段主要有混合、扫换、切换等。

其次，从电视画面的横向空间构成来看，一幅二维的平面图像既可以是一个图像源的信号，也可以是两个或两个以上图像源合并组成的一个新的画面，并称为画面合成。

画面合成常用的技术手段有混合、扫换、键控、切换等。

混合、扫换、键控、切换等画面过渡和画面合成的技术手段是对模拟电视信号进行处理的过程中常用的视频效果，被称为模拟特级。

模拟特技的屏幕效果主要是两路或两路以上信号的各种幅度比例的混合，或以不同的形状、不同的大小不同的位置的分界线进行屏幕分割。

分割屏幕的分界线虽然可以移动，但这种移动仅局限于沿X轴、Y轴或由X轴、Y轴组成的平面内，它不涉及到对图像本身的处理，如图像信号的亮度、色度、尺寸和形状的变化。

所以，它所能实现的特技效果还不够丰富，局限性很大。

随着数字信号处理技术的不断发展，近年来在电视节目制作领域出现了柱子视频切换与特技设备。

由于数字信号可以在存取速度较快的半导体存储器中进行读/写操作，这样以来，在进行视频切换与特技处理时，如果把模拟视频信号变成数字信号并存储于帧存储器中，然后，通过对这些数字信号进行各种不同的读写处理，就可以得到各种在模拟状态下无法实现的特殊效果。

具体来说，数字特技能对图像本身进行尺寸、形状和亮色变化的处理，如扩大、缩小、旋转、多画面、随意轨迹移动和多重冻结等。

借助数字特技设备，电视节目制作人员在节目制作中可对各种画面素材进行更充分的艺术再创造，制作出更富有创造性、风格新颖、艺术完美的电视作品来。

3.2模拟特技效果及实现方式

3。

2。

1多路彩色全电视信号进行特技处理的条件

如上所述，实际的电视节目往往是由多个镜头组接而成的，根据电视节目制作艺术的需要，镜头与镜头之间的过渡除了采用简单的切换方式之外，还要采用各种必要的特技处理。

从技术的角度来说，无论是简单的切换还是复杂的特技处理，都要求画面在过渡过程及过渡后要保持稳定，彩色及亮度不能出现失真。

为了满足这些技术性指标的要求，除了对视频切换与特技设备本身的技术指标提出要求之外，还要求待处理的多路彩色全电视信号必须满足一定的条件，主要体现在以下几个方面。

1。

多路彩色全电视信号在进行特技处理时必须保持严格同步

这里所说的同步，是指进行特技处理的多路彩色全电视信号中的行同步信号、场同步信号、色同步信号及副载波信号的频率和相位必须保持严格的一致。

这就要求进行特技处理的多路彩色全电视信号必须来源于同一同步源，或者互相锁相的同步源，即处于同以同步源的同步锁定状态。

因为只有这样才能保证合成后的彩色全电视信号有惟一的行同步

、场同步、色同步和副载波信号，从而保证合成画面的稳定及彩色的正确重现。

如果待合成的多路彩色全电视信号不在同一同步源的锁定状态下，则由于接收机只能与其中的一路信号保持同步，而屏幕上对应于其他信号应当出现的部分，将无法保证行、场扫描的同步及彩色副载波的同步。

行、场的不同步将使这部分图像抖动、翻滚甚至杂乱无章。

副载波的不同步将使这部分图像产生严重的彩色畸变。

对于PAL制来说，PAL开关动作的不同步也将引起彩色的畸变，这种畸变从彩色矢量图上看，使变成u轴为对称的镜像颜色，最明显的是红色变绿色，绿色变红色。

色同步信号严重错乱时还会导致整个画面无彩色（实际的彩色电视接收机中设有自动消色电路，在副载波不同步时将会切断色度通道）。

总之，将多路不同步彩色全电视信号进行组合，会引起合成画面的错乱。

因此，在一般的切换系统中都设有同步比较器，当发现两个信号不同步时，将阻止它们组合，并向工作人员告警，或者自动地转换成简单切换方式。

另外，由于电缆对信号有一定的延时，且这种延时量和电缆长度有关。

例如，信号在72欧电缆中传输时，每米约产生5ns的延时。

对于副载波频率，这相当于有8度的相位差。

这样，即使待合成的多路彩色全电视信号来源于同一同步源，处于同一同步源的同步锁定状态，也不一定能保证它们到达混合点时的相位保持严格的同步。

因为将来自不同图像源的信号送到切换设备所使用的电缆长度不一定都完全相等，所以各路信号到混合点时，其同步信号的相位很难准确一致。

一般来说，将多路图像信号进行组合所要求的同步条件是：

行同步前沿误差不大于10ns，色同步相位差不超过3度。

为了达到这些要求，实际中常常插入延时网络来均衡各路信号的延时。

多路彩色全电视信号在进行特技处理时其黑电平必须保持一致

黑电平是指图像信号中与画面的黑色部分相对应的信号电平。

对于负极性图像西那来说，黑电平处于全电视信号总幅度的75%处。

如果待合成的各路彩色全电视信号的黑电平不一致，合成画面将呈现出底色不均匀或产生亮度畸变。

因此在对多路彩色电视信号进行特技处理之前，要对它们分别进行钳位，以取得相同的黑电平。

3.2.2模拟特技效果与实现方式

模拟特技主要包括切换、混合、扫换和键控4种形式。

1.切换

切换是最简单的画面过渡方式，是指由一个电视画面直接转换为另一个电视画面，在电视屏幕上表现为：

一个画面瞬间变换为另一个画面，其转换过程如图3。

1所示。

进行切换处理时，除了要求A、B两路信号要求处于同步锁定状态外，在切换动作过程中还要做到两点：

一是画面的取代速度要足够快，使切换过程干净利落；

二是切换时引起的干扰不能出现在电视屏幕上，保证切换前后的画面稳定。

为此，视频切换系统普遍地使用了动作快捷的电子开关，并要求从一路视频信号切换到另一路视频信号时，切换点应处于场逆程期间。

另外，对于切换来说，同一时刻只能有一路信号输出，为了保证在接通一路信号时，位于同一母线中其他各路均处于关断状态，视频切换系统对同一母线上的视频开关实现了自锁和各视频开关间的互锁。

（1）视频切换开关

由于切换是用一个电视画面迅速带另一个电视画面的过程，因此切换设备的核心就是切换开关。

由于普通的机械开关动作速度慢而且在断开状态时存在分布电路，这对于上限频率高达6MHz的视频信号来说是不可以忽略的。

具体表现为当一路图像信号被关断时，由于分布电容的作用会使该信号仍然漏出到输出信号中，有人将这种现象成为漏信，对于切换来说，漏信反映在屏幕上就是在A画面源被关断后，仍然显示出淡淡的一幅彩色图像并叠加在取而代之的B画面上。

这种现象尤其在图像的高频部分（如图像的轮廓）表现突出，一般来说，为了保证电视节目的质量，漏信号的峰值应控制在7mv（48dB）以下。

为了满足以下要求，提高视频切换开关（又称视频交叉点）的可靠性和灵敏度，目前都广泛地采用电子开关，由于电子开关是用直流电压去控制相应的开关电路，它具有开关速度快、分布电容小等非常宝贵的有点，尤其是利用集成电路制作成的多路电子视频切换开关更具输入阻抗高、输出阻抗低、可靠性高、一致性好等特点，因而在视频切换设备中得到了广泛地应用。

（2）场控切换

为了使切换时引起的干扰不出现在电视屏幕上，保证切换前后的画面稳定，要求切换动作必须在场消隐期间完成。

由于视频电子开关本身并不具备判断能力，人眼更无法从画面上捕捉这短短的20ms，随机地按下控制开关会使切换动作发生在正程和逆程期间的任意时刻，当在正程期间切换时，切换所产生的干扰脉冲会使电视图像分裂、跳变。

然后才进入稳定，这显然是不允许的。

为了实现逆程切换，视频电子开关的直流控制电压应在场逆程期间起作用，因此，需要在逆程期间产生一个控制脉冲，并使视频交叉点仅仅在控制脉冲和直流控制电压共同作用时，才能使电路变为导通状态，二者缺一不可，这个与场频一致的控制脉冲，通常称为场控脉冲，在它的控制下的切换称为场控切换，在实际电路中，通常采用双稳态电路作为交叉点的控制电路，当场控脉冲与切换的直流控制电压同时出现时，双稳态触发器输出的电平使交叉点导通。

二者缺一，双稳态电路状态不变。

另外，为了保证在接通一路信号时，位于同一母线中其他各路均处于关断状态，视频切换系统对同一母线上的视频开关实现了自锁和各视频开关间的互锁。

当按下信号母线上的某一按键时，控制电路使此路视频开关接通的同时，还送给“复位脉冲形成”电路一个信号，使它产生一个复位脉冲，去关断母线上其余各路视频开关（包括原来处于导通状态的视频开关），这样就保证了同一母线上视频开关在同一时刻只可能有一路处于接通状态，电路自动实现了自锁和互锁。

2.混合

与切换所不同的是，混合的转换过程较慢，在屏幕上表现为一个画面由强变弱至逐渐消失，而另一画面同时由强变弱至最终取代前一画面。

因此，混合也称为慢转换或淡变。

具体来说，混合又包括X形切换和V形转换两种形式。

X切换在电视屏幕上表现为在A画面逐渐消失的过程中B画面逐渐出现，最终取而代之。

也就是说，在整个切换的过程中，两个画面是同时存在的，只是原来的画面逐渐变弱，后一画面逐渐变强。

两路信号的变化过程如同字母x的形状，如图3。

2所示，因而形象地称为X切换。

在实际的X形切换电路中，通常让UA和UB两路信号分别通过可增益放大器，并将增益控制电压以相反的极性同时加到两个可控增益放大器上，使A放大器的增益由正常值逐渐减小为零，B放大器的增益从零开始增加到正常值，输出信号为两个放大器输出信号之和，其原理框图如图3。

3所示。

V切换是在A路信号UA逐渐消失之后，B路信号UB才逐渐出现。

在电视屏幕上表现为前一个画面逐渐变暗到完全消失之后下一个画面才逐渐出现。

两路心海的变化过程如同字母V的形状，如图3。

4所示，因而形象地称为V切换。

实现V切换的基本原理是，先让信号UA与黑色信号进行淡出的X形切换，然后再让UB与黑色信号进行淡入的X形切换，从而实现由画面A到B的V形切换，如图3。

5所示。

所谓黑色信号，是指行正程信号电平恒等于消隐电平的彩色全电视信号。

通常，黑色信号放大器的控制电压是由控制电压eA和eB形成的，以使此电路既能做X形切换，也能做V形切换。

当特技机上的两个推拉电位器联动时，产生互补（一个增大，另一个减小）的控制电压eA和eB，黑色控制电压发生器G的输出恒定地使黑色信号放大器增益为零，电路将完成信号UA和UB之间的X形切换。

当推拉电位器独立调整时，G将产生一个与正在进行调整的电压（eA和eB）互补的黑色信号控制电压，使黑色信号放大器参与工作，完成V形切换。

上述X形和V形切换是基本的相加混合方式，与其类似的还有切出淡入、淡出切入等。

3.扫换

扫换是一种分画面特技，所谓分画面特技，是指整个电视屏幕被A、B两个画面所分割，并且两个分画面的分界线还可以沿所需要的方向移动，A、B画面分割屏幕的分界线由特技效果发生器所提供的波形决定。

（1）扫换的基本原理

实现扫换的原理框图如图3。

6所示，

A、B两路彩色信号分别加到各自的门控放大器中，在门控放大器上，分别加上由门控脉冲电压形成电路产生的控制电压，控制电压的波形不同，产生的扫换效果亦不同，若控制电压为波形完全相同但极性相反的行频门控脉冲电压，则门控放大器A导通（或B导通）时，B截止（或A截止）；

B导通（或A导通）时，A截止（或B截止）。

这样，在输出的每一行电视信号中，一部分为A画面，另一部分为B画面，实现了A\B两路电视信号的分画面特技。

如果门控电压的跳变沿能图中箭头的指向前后移动，那么画面A、B在电视屏幕上的相对大小就可以变化了。

（2）门控电压的形成

实现分画面特技所需的门控电压必须根据分画面分界线的形状来产生。

分画面特技的种类很多，这就要求特技效果发生器能够产生适应各种分画面特技所需要的门控电压，图3。

7为门控电压形成的原理框图。

图3.7中，基本波形形成电路分别产生行、场锯齿波、三角波和抛物波，这是形成门控电压的基本波形，经转换开关输出不同形状和极性的行、场基本波，再用它们触发门控脉冲形成电路，得到一定形状的行、场矩形控制脉冲，将行、场矩形控制脉冲组合后，就得到各种特技图案的门控电压波形，很明显，主要调节门控脉冲形成电路的基准电压（调节拉杆电位器），就可以改变电路的触发时间，使形成的控制脉冲的跳变沿着图3

。

6中箭头所指的方向前后移动。

在行、场基本波形形成电路中，行、场锯齿波是将行、场同步脉冲分别积分后得到的，对行、场锯齿波再积分就得到行、场抛物波，用行、场同步脉冲分别去触发持续周期为TH/和2TV/2的单稳态触发器，就可得到行、场对称方波。

将方波再积分可得行、场三角波。

分画面特技的种类很多，大致可分为两大类，一类是在行和场的反响上，其门控脉冲电压是由行门控脉冲与场门控脉冲组合而成的，称为相加型；

另一类是将行、场基本波形相加后去触发同一门控脉冲形成电路，其门控脉冲的宽度在行、场的方向上不能单独改变，而是同时变化的，这种形成门控脉冲的方式称为调制型，对于同样的行、场基本波，如果形成门控脉冲的方式不同，则所产生的特技图案也不形同，有一个简便的方法可以区分相加型和调制型的分画面特技效果，即若特技图案的分界线是水平或垂直的线条，则属相加型；

反之，则属调制型。

4.键控

键控也是一种分割画面的特技形式，与扫换所不同的是，键控特技不是一种镜头组接的过渡手段，而是将两个电视画面的部分内容镶嵌在一起而同时出现在被分割的电视屏幕上，其画面分割线常常是不规则的文字、符号或自然景物等。

人们常常也将这种特技方式称为抠像，“抠”与“填”是键控技术的实质，“抠”就是利用前景物轮廓作为遮挡控制电平，将背景画面的颜色沿该轮廓线抠掉，使背景色变成黑色。

“填”就是将所要叠加的视频信号填到被抠掉的无图像区域，而最终生成前景物体与叠加背景合成的图像。

正常情况下，被抠的图像手段背景图像，填入的图像为前景图像，用来抠去图像的信号称为键信号，形成键信号的信号源为键源，由于键源信号不同，因而键控特技的分类方法也不同。

（1）按键源的性质分类

①内键

内键又叫自键，它是参与键控特技的其中一路信号作为键源信号来分割画面的特技，内键的键源与键填充是同一个图像信号，如果键源信号记作A，背景信号记作B，则内键可简称述为A抠B填A。

进行内键处理时，通常将键源信号分为二路，其中一路经键控信号处理器产生抠像信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分，内键特技一般用于文字、图形的叠加。

内键的键源信号只有高低两种电平，在键源信号为高电平时门控放大器输出键源信号本身，在低电平时门控放大器输出背景图像。

目前内键主要用于色键特技。

图3。

8为内键原理示意图。

②外键

相对于内键特技而言，外键特技的键源信号不是由参加键控特技处理的填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，如果填充（前景）信号记作A，背景信号记作B，键源信号记作C，则外键可简述为C抠B填A。

外键特技常用于彩色字幕的插入。

9为外键原理示意图。

（2）按产生键信号的键源图像成分分类

主要有亮度键和色度键两种：

①亮度键

它是利用键源图像的亮度差别来形成键信号的，亮度键要求键源图像有较高的亮度（黑白）反差，亮度键又成为黑白键，亮度键既可用于内键，也可用于外键。

10为亮度键用于内键的原理示意图，图3。

11为亮度键用于外键的原理示意图。

②色度键

色度键又称为色键，它是利用键源图像的色度差别来形成键信号的，色键的键源信号通常来自演播室，利用演播室内彩色幕布和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，用键信号去抠另一路背景图像，再填入彩色幕布的前景图像（如演员图像）。

色键也是内键的一种形式，色键要求键源图像信号具有较高的色度反差，即要求键源信号中不能含有于其幕布（背景）的彩色色调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别，由于人体肤色原因，传统的色键处理中背景画面的颜色一般选择高饱和度的蓝色或绿色，图3。

12为色度键原理示意图。

根据键信号的波形又可将色键分为硬色键和软色键两种。

硬色键的键信号波形是前、后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不自然，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象，另外，当自然景物中的般透明物体作为前景图像时，其后面的背景图像应该是部分的透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉，在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。

软色键的键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）键信号在上升和下降的期间有一定的斜率，软色键能狗在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了现行混合电路，目前，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称为透明键或ALPHA键），线性键的合成图像能线性的于前景图像的透明度成比例地透过背景图像，软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围，线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号可根据前景图像的透明度而线性的成比了地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。

（3）按键信号的波形分类

①图形键。

图形键利用由波形产生器产生的规则波形形成键控信号，又称为波形键控。

②图像键。

图像键的键源是一种复杂的自然景物，它利用景物图像信号的某些特征，例如，亮度电平的突变，或者色调的突变来形成键控信号，亮度键和色度键控（色键）就属于这种方式。

3.2.3模拟特技机的基本构成及工作原理

１．模拟特技机的基本组成机工作原理

一台完整的模拟特技机，往往是由用视频开关构成的开关矩阵、1~4个混合效果放大器以及各种特技效果发生器组合而成，不同的组合方法和组合数量可获得不同规模和用途的特技机。

（1）开关矩阵

开关矩阵的作用时从多路视频信号源中选取若干个图像送到一个或几个混合效果放大器去进行加工。

由于每个混合键控放大器可同时加工两路视频信号。

因此，要能同时从m个视频信号中选出n个信号送到这些混合键控放大器中取，就需要一个m×

n的开关矩阵。

m表示信号源数，n表示可同时加工的信号源数。

（2）混合效果放大器（M/E放大器）

混合效果放大器时特技机的核心，时对图像信号进行加工和处理的单元，它在一台特技机中所使用的数量、复杂程度和连接方法决定了特技机的图像制作能力。

将1~3个混合效果放大器串接起来，可构成二级混合效果特技机、三级混合效果特技机等，图3。

13为可同时或顺序地对4个图像源进行特技处理的三级混合效果特技机的原理构图。

（3）特技效果发生器

混合效果放大器提供了进行特技加工的可能，但是如果不配备特技效果发生器它仍然指能进行慢转换，特技效果发生器有扫换图形发生器、色键合成器、键控波形发生器、非相加混合器、四分画面发生器等。

每个M/N配备了这些效果装置才可以对从开关矩阵选出的两路信号作混合、扫换、色键、内键、外键、非相加混合和四分画面等特技效果处理。

SEG-2550P模拟特技机的结构及应用

（1）SEG-2550P的基本结构

SEG-2550P是SONY公司SEG-2000P特技机改进产品，它体积小巧、价格合理，是为了适应演播室节目制作或后期编辑对视频特技效果的切换需要而研制的。

SEG-2550P有173种切换图案，具备完整的下游键控功能，多种遥控方式，具有8路播出指示和内部通话功能，可将特技储存在E-FILE系统。

SEG-2550P可单机放在操作台上或装入标准机上使用，也可与色键发生器CRK-2000K连成系统使用。

SEG-2550P有4条母线（即A、B、PGM、PST），但仅有3排按钮，结构与SEG-2000P类似，有1级M/E，1级下游键、8路视频输入和1路背景信号，如图3。

14所示。

A、B母线通过切换开关选择两路视频信号通过各自的母线进入混合、切换或外键特技电路进行特技效果处理。

扫换电路之后还可以给扫换边界线加彩色镶边或使扫换边界产生柔化效果。

经特技电路处理后的视频信号，由效果母线送往节目预监切换开关，节目切换开关的作用使选择一路视频信号经下游键从节目母线中输出；

预监切换开关的作用使预先选出下一个要输出的画面，从预监母线中输出。

预监母线中的信号输出要线经过相位指示电路（用以观察视频信号的行同步、副载波是否已被基准同步信号锁相）再到下游键，最后从预监母线中输出。

SEG-2550P的控制版面

整个面板大体可分为9个部分：

1A/B、PGM/PST母线信号选择键按钮组；

2拉杆电位器的推拉杆；

3特技模式和基本图案选择按钮键组；

4附加特技效果控制和电平调整部件；

5背景色控制部分；

6下游键控制部分；

7指示方式选择开关（INDICATION）；

8内部通话部件（INTERCOM）；

9E-FILE操作键。

SEG-2550P后面板的信号接口，主要包括视频信号输入部分（VIDEOIN）、锁相部分、节目输出部分（PGMOUT）、预监输出部分（PSTOU