高标清同播时期的16:9标清可行性研究

王惠明 邓向冬 韦安明

（国家新闻出版广播电影电视总局广播电视规划院）

【摘要】 本文简述了现阶段我国高标清同播电视画面幅型面临的主要问题，介绍了当前业内呼吁采用的16:9标清方案，结合播出系统和收视终端的现状深入研究分析了“标清节目全部采用16:9”和“高清下变换到16:9标清”方案的可行性，给出了方案的各种预期画面效果及幅型改善程度。【关键词】 高标清同播16:9标清幅型比下变换 自2009年我国开始高标清同播以来，高清电视频道逐渐增多，高清机顶盒和高清电视机的保有量快速增长。一方面，高清电视的图像质量受到了广大用户的认可；而另一方面，高标清同播中画面幅型比不合理问题引起了观众的不满。业内人士对幅型比问题的解决途径各抒己见，其中呼声较高的解决方案主要是采用16:9标清。这些方案是否有效可行，本文将进行探讨。 1 高标清同播的幅型比问题高标清同播是指同一频道内容，同时采用高清和标清方式进行播出。在高标清同播系统链路中，高清与标清信号交叉出现，高清与标清设备普遍共存，导致用户电视画面的幅型千差万别，而且其中大多数画面幅型并不理想，典型的问题包括：加黑边、切边和变形三大类，如图1所示。

图1画面幅型比典型问题示意图

在现行高标清同播系统链路中，影响幅型比的环节主要有节目成品、播出系统、机顶盒和电视机，如图2所示。

图2影响画面幅型比的典型环节

在节目成品环节，节目类型繁多，包括纯高清、纯标清、下变换的标清、上变换的高清、高清遮幅电影、标清遮幅电影等等。不同的节目类型，其画面幅型和构图也不同。在播出系统环节，高标清同播频道的播出方式主要分为源分离式和输出分离式两种类型。前者是在系统输入端将节目成品处理成高清和标清两种信号分别送入高清、标清通道进行独立播出。后者是将节目成品处理成高清信号，经高清通道播出，在通道输出端进行下变换，输出同播的标清信号。在播出系统环节，节目成品不可避免要经历下变换或上变换，因此画面的幅型比也将发生改变。在机顶盒环节，标清机顶盒只能输出4:3标清信号；而高清机顶盒既能输出4:3标清，也能输出16:9高清，并且还可设置输出图像的幅型比，因此，用户如果使用不当，很容易出现不理想的画面幅型。在电视机环节，标清电视机屏幕宽高比通常为4:3，而高清电视机屏幕宽高比全部为16:9。高清电视机观看4:3标清节目时，画面要么被拉伸变形，要么左右加黑边，难以达到理想效果。现阶段高标清同播的幅型比问题错综复杂，难以彻底解决，业内对解决方案的讨论主要集中在如何缓解各环节的矛盾，提高观众对画面幅型的满意度，采用16:9标清就是其中呼声较高的解决方案。 2 16:9标清介绍在我国，高清电视幅型比为16:9，标清为4:3，这已经约定俗成，长期以来，电视制播系统中绝大多数标清设备都是按照4:3幅型比设计的，标清电视机也基本都是4:3的屏幕。实际上，标清幅型比并非只有4:3一种，还可以为16:9。据报道，香港地面数字电视在2009年就已采用了16:9标清节目^[2]，而CCTV 5频道也于2014年初开始采用16:9标清。对于16:9标清，有些人可能存在一个误区：认为4:3标清的分辨率为720×576，所以16:9标清的分辨率就不是720×576，而是720×405（或1024×576）。实际上，按照ITU-R BT.601-7的规定，4:3标清和16:9标清的分辨率相同，在我国为720×576；亮度取样频率均为13.5MHz；基带信号传输速率也相同。它们的区别主要在于逻辑像素的宽高比，4:3标清的像素宽高比为1.067:1，而16:9标清的像素宽高比为1.42:1，即16:9标清的像素更加细长^[3]。

图3 4:3标清和16:9标清示意图

16:9标清这个概念用在不同场合能体现不同的特征，在拍摄时，它能强调取景画面为16:9；在节目制播时，它能强调画面构图为16:9；在传输时，它能强调图像数据为标清数据；在终端显示时，它能强调显示幅型比为16:9。归根结底，要判断一个信号是否为16:9标清，主要依据以下三要素：一是画面构图为16:9；二是图像数据映射为720×576像素；三是画面显示幅型比标志（如果有）为16:9。只有满足这三要素，才可说其是16:9标清。 3 16:9标清方案可行性分析当前，业内所讨论的16:9标清方案包括两种：第一种是“标清节目全部采用16:9”；第二种是“高清下变换到16:9标清”。3.1高标清同播频道及设备现状在讨论具体方案之前，我们简单了解一下我国高标清同播的频道和主要设备的发展现状。3.1.1 电视频道现阶段我国电视频道类型主要分三种：高标清同播的高清频道和标清频道，以及非同播的标清频道。各地区的电视频道数量不尽相同，以北京为例，根据歌华官网数据，北京歌华 有线目前共有数字电视频道168套，其中高清频道22套，约占13%。国内其他地区的高清频道比重也不高。总体而言，标清频道在现阶段仍是主流。3.1.2 机顶盒近年来，随着高清电视的发展，高清机顶盒的数量也得到了快速增长，然而，标清机顶盒基数依然庞大，据格兰研究统计，截至2013年9月，我国机顶盒保有量已突破2.6亿台，其中高清机顶盒仅占15%，标清机顶盒仍占主要比重。3.1.3电视机在我国，电视机可以分为高清和标清两个类型，高清电视机绝大多数为平板电视，标清电视机则绝大多数为CRT电视。据中国电子商会消费电子产品调查办公室调查，截至2012年底，我国居民家庭平板电视机保有量达到1.7亿台。另有数据显示，目前我国CRT电视机保有量约3.5亿台。可见，标清电视机的用户数量明显多于高清电视机。3.2标清节目全部采用16:9方案“标清节目全部采用16:9”方案是指所有标清节目（包括同播和非同播频道的标清节目）均采用16:9 幅型比进行制作和播出，也就是将标清制播环境调整为16:9幅型比，以保证标清频道的所有节目都是16:9构图。机顶盒及电视机则暂不调整。如果采用该方案，则拍摄时高清和标清均为16:9构图；制作时均采用16:9监看；播出上变换或下变换时不需要幅型比变换；传输编码均采用16:9幅型比。电视信号到达机顶盒时，所有高清和标清节目的幅型比都是统一的16:9。因此，画面最终幅型主要取决于机顶盒及电视机，具体效果预期如表1所示。

表1 “标清节目全部采用16:9”方案的预期效果

由表1可见，对于高清电视机用户，只要电视机选择16:9屏显模式，则电视画面均为16:9全屏、无变形的画面。而对于4:3标清电视机用户，观看到的均为4:3全屏、挤压变形的画面。该方案对高清电视机用户来说是最理想的，但却会导致广大4:3标清电视机用户（约占用户总数67%）的观看体验下降。从照顾现有观众的角度出发，该方案不适用。另外，该方案需要对电视系统制播链路中几乎所有环节的标清设备进行调整或改造，同时还需调整节目拍摄和制作方法等，设备和工程成本太高，不具可行性。3.3 高清下变换到16:9标清方案“高清下变换到16:9标清”方案的核心内容是在高清节目下变换到标清时，采用挤压变形的方式，使得该标清节目在高清电视机上能被左右拉伸为16:9全屏、无变形的画面。CCTV 5高标清同播频道目前采用的就是这种方式。该方案的具体实施步骤主要包括：1）高清节目在拍摄和制作时采用16:9画面构图；2）高清节目成品在高标清同播频道播出时，采用挤压变形方式下变换，将16:9构图的高清信号下变换成16:9标清信号（在4:3屏幕显示为挤压变形）进行播出；3）对于高清机顶盒用户，将机顶盒的图像宽高比设置为“全屏”；4）对于高清电视机用户，选择电视机的屏显模式为“16:9”。由于该方案只对高清下变换环节做调整，因此，画面幅型的改善程度因播出信号类型和观看设备的差异而不同，预期效果如下：3.3.1 高清电视机+高清机顶盒对于高清电视机+高清机顶盒的用户，在正确设置相关参数的情况下，电视画面预期效果如表2所示。根据预期效果，可以看出，方案实施后，对于同播的标清频道和非同播的标清频道，画面的幅型将得到不同程度的改善，而高清频道则不受影响。

表2 高清电视机+高清机顶盒的画面幅型预期效果

3.3.2 高清电视机+标清机顶盒对于高清电视机+标清机顶盒的用户，由于标清机顶盒只能接收标清频道，无法接收高清频道，因此，用户只能观看同播的标清频道和非同播的标清频道，电视画面的幅型效果与高清电视机+高清机顶盒对应频道的效果相同，因此，方案实施后画面的幅型同样将得到改善。3.3.3标清电视机+高清机顶盒对于标清电视机+高清机顶盒的用户，电视画面的预期效果如表3所示。根据预期结果，可以看出，方案实施后，高清频道的画面无变化，而标清频道的画面幅型虽有变化，但没有本质上的改善。

表3 标清电视机+高清机顶盒的画面幅型预期效果

3.3.4标清电视机+标清机顶盒对于标清电视机+标清机顶盒的用户，只能观看标清频道，方案实施后，电视画面的预期效果与标清电视机+高清机顶盒对应频道的效果相同，因此，画面的幅型也没有本质的改善。通过上述不同收视终端组合的分析可见，“高清下变换到16:9标清”的解决方案改善了高清电视机用户观看标清频道的效果，但没有改善标清电视机用户的观看效果。对于高清电视机普及率较高的地区，如北京、上海等地，采用该方案可在一定程度上提升高清电视用户的观看体验，随着我国高清电视的进一步发展，高清电视机的保有量会逐渐提高，到时，该解决方案的效果将更加显著。另外，该方案的实施无需更换现有制播系统和设备，而是在节目拍摄、节目制播、高清下变换等环节做小幅调整，适当改变制播策略，实施成本较低，因此，该方案具有可行性。 4 总结幅型比问题是现阶段我国高标清同播发展过程中遇到的一个现实问题，在高标清频道同播、高标清机顶盒共存、高标清电视机同在的期间，幅型比问题难以得到彻底解决，本文所讨论的两种解决方案中，“标清节目全部采用16:9”的方案由于各种因素，不适合采用；而随着纯高清节目播出率的提高以及高清电视机的进一步普及，“高清下变换到16:9标清”的方案可显著改善画面幅型比问题。因此，当高标清同播发展到一定程度、高清电视机普及率达到一定比例后，可考虑采用“高清下变换到16:9标清”方案。 参考文献[1] ITU-R BT.601-7.Studio encoding parameters of digital television for standard 4:3 and wide screen 16:9 aspect ratios[S].2011.[2]杨继伦.香港数字地面电视广播及TVB高清电视制作之发展[J].现代电视技术,2010;(3):26-32.[3] 从容.16:9标清节目大放送——兼谈画面比例及显示应对措施[J].卫星电视与宽带多媒体,2011;(4):34-41. 编辑：中国新闻技术工作者联合会