郑州电视台 技术部 刘 锐

高亮度背景显示系统在高清新闻演播室的应用

郑州电视台 技术部 刘 锐

郑州电视台高清新闻演播室采用的背景显示系统由高亮度投影机、光学背投屏幕、背投屏幕安装框架、背投反光镜和投影机安装支架等组成。高清新闻演播室的主要功能是进行高清新闻节目的现场直播和录播。高清新闻节目要求安全、高质量地制作和播出，其背景显示系统不仅要符合当前新闻工作者的使用习惯，并且要着眼于未来的发展需要。本文，笔者对郑州电视台高清新闻演播室背景显示系统进行简单介绍。

一、高亮度DLP投影机

1.HD10K-M高亮度DLP投影机主要技术参数。本背景显示系统采用美国Christie公司生产的HD10K-M高亮度DLP投影机，它可以提供9 500 ANSI流明的亮度，最大功率1 320 W，同时具有高效率、低成本的优势。其原始分辨率为1 920×1 080，采用3片DLP芯片。并且，根据所使用光圈的不同，系统对比度可在2 500∶1到10 000∶1之间进行调节，从而显示清晰和逼真的图像。

2.HD10K-M高亮度DLP投影机的优点。HD10K-M高亮度影机采用了同类产品中最小的底座和双汞灯，具有高亮度、高可靠性和低成本的优点。并且，它还具有2个可以输入4∶4∶4 HD信号的高清晰度输入通道，实现了色温调节的无级变化，使图像具有与演播室灯光环境相适应的3 200 K色温，彻底解决了传统DLP投影机色彩“偏蓝”的问题。同时，HD10K-M高亮度DLP投影机小于40分贝的噪声水平，较好地满足了演播室的环境要求。另外，其视频处理控制系统具有同步锁相功能，使大屏幕输出的图像场频与演播室系统的图像场频相一致，可以保证大屏幕图像的平滑播出。

3.HD10K-M高亮度DLP投影机的信息输入。HD10K-M高亮度DLP投影机的信号输入端口在设备的背面，可通过1套卡/插槽（SLOT）系统来更新配置，能够满足各种信号的输入要求。在郑州电视台高清演播室的实际应用中，接入的视频信号SLOT1是由高清演播室矩阵输出的HD信号，可以输入演播室系统的各种摄像机信号和总控播出送到演播室的各种外来信号；视频信号SLOT2是由演播室内1台计算机提供的DVI信号，可以输入不同新闻栏目的背景，在新闻直播中为不同新闻背景的切换提供了很大的便利。

二、DNP光学背投硬幕

1.光学屏幕的定义。包含1个或多个光学镜头系统的屏幕被称为光学屏幕。在光学镜头里，光线被折射，其方向也会发生改变。但只有背投屏幕能够控制光线的折射方向，因此只有背投屏幕才是真正的光学屏幕。光线的方向取决于屏幕材料的折射系数与镜头的剖面形状。

2.菲涅尔透镜。菲涅尔透镜是一种平面结构的凸透镜，它于19世纪由法国光学家菲涅尔发明，并于20世纪80年代首先被DNP公司创造性地引入光学屏幕领域，其表面的锯齿状同心圆可以实现对光线的会聚。在菲涅尔镜头中，只有曲面是真正起作用的部分。若将其他部分去掉并拉平有效的镜头部分，就可得到1个菲涅尔镜头。由于CAD/CAM加工中心采用了钻石切割技术，在1块屏幕上可以有10 000种不同的镜头剖面，因此生产背投屏幕模具投资巨大，DNP公司是唯一拥有自己的模具工厂的背投屏幕制造商，其每一种系列的产品都有自己不同的焦距。

3.柱状透镜介绍。目前，柱面透镜技术被广泛地应用于光学屏幕的制造。通过屏幕正面的柱面透镜结构，可以控制水平方向和垂直方向的光线分布，因而它具有扩大视角范围的功能。将菲涅尔与柱状镜头结合，可以达到180°的水平观视角，DNP屏幕广角系列因此在全球获得了巨大的市场占有率。DNP公司于2000年首先采用3M VikuitiTM技术研制出世界上首块BBSCREEN屏幕，它由4层结构组成，从里至外依次为菲涅尔镜头、玻璃微珠、环境光吸收层和具有防眩表面的丙烯酸层。玻璃微珠由数百万个玻璃微珠体组成，当投影机的光束投射到菲涅尔镜头上平行前进时，玻璃微珠层可将此平行光线聚集，并从其中的1个小点散发出来，然后通过中间的黑色吸收层射出。由于黑色吸收层对环境光（非平行光）的有效吸收，从而可以大幅提高画面的对比度，使得投影图像即使是在明亮的环境下也能够保持画面依然鲜亮锐利，从而不会被明亮的环境光所淹没。此外，当光线由黑色吸收层射出时，投射光还要经过正对观众的丙烯酸层。而光线从具有防眩表面的屏幕漫射出来，可以令画面更加舒适。在以上结构层组合的共同作用下，大大增强了屏幕的亮度和对比度，使观众无论是在亮光环境还是在其他环境中观看图像，都可以欣赏到饱满的色彩。

三、光学背投在演播室中的应用

1.光学背投屏幕。光学背投屏幕由于其独特的物理结构，在对投影光线的调制过程中，首先要求精密度要高于图像的分辨率。根据结构不同可由纹路间距和玻珠大小等数据来表示（但是点距过低会产生摩尔效应）。DNP的光学背投屏幕都有1个固有的分辨率，且远大于投影机目前所能提供的分辨率，确保了投影机投射的所有单个像素都可以清晰地显示在屏幕上。在郑州电视台高清新闻演播室中，背景屏幕采用丹麦DNP148光学背投广角屏幕，这种屏幕可以在宽阔的观看区域显示明亮、清晰的图像。广角屏幕是由2个有效透镜面组成的单层光学系统。凭借其优秀的光学透镜设计，DNP广角屏幕提供了优良的均匀度和对比度。而且，整个屏幕具有高分辨率、高亮度、高清晰度和对比度范围宽等优点，色彩还原真实、图像无失真、亮度均匀一致、单屏周边无眩光，完全能够在正常的演播室环境中显示清晰、明亮的图像。

2.光学背投屏幕的特性。光学背投屏幕兼具菲涅耳透镜的聚焦能力和柱面透镜的发散特性，因而可以达到最佳的图像观看效果。光学背投可显示明亮清晰的图像，并具有卓越的对比度，其亮度是普通前投或背投屏幕的4倍，很好地满足了高清摄像机对灵敏度和光线均匀性的要求。

（1）可靠性。对于高清新闻直播系统来说，设备的稳定运行是首要关注的问题。该背投显示系统具有稳定性高、全部显示区域均匀、系统可用性高、维护和控制时间短等优点。对于投影机最重要也是做薄弱的环节——光源部分，光学投影机采用了汞灯双灯结构，每只灯泡设计使用寿命为2 000 h。一旦第1个灯泡出现故障，第2个灯泡立即自动接替损坏的灯泡。在自动变更灯泡后，亮度锁定机制能够使图像保持相同的亮度，无需进行亮度调整。同时，自动切换模式还能使投影机依次使用2个灯泡，并确保使用2个灯泡的时间相同。在郑州电视台高清新闻演播室中，使用的汞灯双灯功率为370 W，灯泡操作模式为自动选择单个灯泡。自2010年10月正式启用高清新闻演播室至2012年1月灯泡1的使用时间为810 h，灯泡2的使用时间为840 h，实现了双灯系统的自动交替循环使用。由此可见，该套系统的安全机制健全，具有很高的稳定性，能够满足高清新闻演播室对可靠性的要求。

（2）兼容性。该套系统支持多种信号格式的同时显示，适应高清新闻演播室信号来源多样的特点，具有较高的灵活性。在输入方面，系统可接受标准的分量和符合条件的模拟视频格式，如NTSC、PAL、SECAM、SDI视频，600×1 200分辨率视频，模拟高清（HDTV）720P视频、1080i视频，HD-SDI视频和2 048×1 080数字电影图像视频等多种格式。能够同时输入2个信号源，从而产生画中画图像。画中画图像可在屏幕上移动和变换大小，还可以配对支持画中画图像转换效果或独立显示以及切换至背景图像。大屏幕对整个系统输入的视频，计算机信号的显示是完全实时的，这对直播演播室来说是十分重要的，同时，也大大提高了操作的准确性。

郑州电视台每天有4档新闻栏目在高清新闻室录制。其中，《项目建设要闻》和《政务直通车》是2档录播新闻栏目，《郑州新闻》和《民生政务》是2档直播新闻栏目。直播过程中，在这2档新闻栏目之间有2 min的广告时间间隙，需要更换主持人背景。背景信号是由演播室内1台计算机提供给投影机的DVI信号，各种不同新闻栏目的背景只需在计算机上调用即可，这在新闻直播中对不同新闻栏目背景的切换提供了很大的方便。