键控技术的数字实现与发展

     通过对合成画面上每个像素Z值的计算和实际内容的需要用手控方式决定前景主持人和虚拟背景的相对关系，这种方法实现起来比较容易，缺陷是逼真度差，而且对主持人的要求较高。另一种获得Z值的方法是采用"自动主持人跟踪系统"。它主要是由一个固定在主持人身上的红外发射器和一套安装在演播室墙上的红外接收装置完成。它可以准确定位出主持人的三维位置，自动识别主持人和虚拟背景的相对位置关系。

(2)数字色键

     数字色键与模拟色键的最大不同在于它可以在数字领域的1千6百万种颜色中任选一种，这1千6百万种颜色得自计算机的32位机器字长，其中有8位专门用于表示每一种颜色的256种明暗（灰度）变化（即下文提到的ALPHA键），另外的24位可以表示224种（约为1千6百万种）颜色。当然这是由计算机的处理能力得出的，并不代表自然界真实存在的颜色，有很大一部分为非法色。模拟色键在做扣像时，可以不分级的连续选择无数色作为键出色，通常选择高饱和度的兰或绿色。高质量的数字色键针对画面的三个分量（Y，B-Y，R-Y）的每一路进行处理，并分别产生一个线性键。这种将一个色键分为三个键来处理的方法，可以允许保留更多的图象细节。

     由于色键处理是针对背景画面的某一种颜色分量进行键出覆盖，因此键源信号的质量高低决定了键信号的质量。为了对色度信号做尽可能细的区分，带宽的保证是必不可少的。众所周知，模拟或数字分量的NTSC或PAL制全电视信号的带宽为6MHz，而在ITU-601数字分量演播室标准内，采用对Y，（R-Y），（B-Y）3个信号分量分别编码的方式，取样频率为13.5 MHz，取样结构为4：2：2，假如以10bit 作为量化比特数，其编码后的总码率R=10*（13.5+6.75+6.75）=270Mbit/s。

     通常，信道带宽至少是数码率的0.5至1倍，数字化后的信号带宽就达到了（67.5--135）MHz（只有Y时）或（135--270）MHz。即使经过数据压缩之后，其带宽仍远远高于模拟或数字分量信号。因此，ITU-601数字分量演播室标准就为色度提供了更大可用的带宽。使得数字色键产品可以得到比模拟色键产品好得多的质量。但是数字色键也有它自身不可克服的缺陷，那就是由于数字图象的压缩，哪怕是极轻微的压缩，都有可能导致键错误的发生。尤其是在DCT分块处理的边界处。在新的数字电视标准中，已经将键信号规定为彩色图象除了Y，（R-Y），（B-Y）的第四个分量，其采样结构为4：2：2：4或4：4：4：4（此时为R，G，B处理），采样频率为13.5MHz。

（3）柔化键（Soft-key）

     在数字键控技术领域，提到柔化键，一般包括两层含义。一种是针对传统开关切换的硬色键而言的软色键，其键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，能够在很大程度上克服硬色键非0即1的缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。还有一层含义是指在一些数字色键处理过程中，为了得到精细逼真的画面效果，而将处理模块细化，比如Primatte色键处理软件，在处理兰屏前的物体与背景叠加时，将处理过程细分为背景彩色分量处理、柔化键彩色分量处理（针对前景物体的透明或半透明部分进行）、兰色溢出彩色分量处理与前景彩色分量处理。四个过程分别进行，然后再合成。此时的柔化键，已经是特指对前景物体的透明度所进行的软件运算了。

（4）线性键（linear-key）

     线性键是在柔化键中软色键技术的基础上发展而来的，它借用了计算机图象处理软件中的ALPHA通道分层技术的精髓，通过对键信号的分级来均匀地混合前景与背景。采用线性键技术合成的图像，可以根据前景图像的透明度线性成比例地透过背景图像，因此也被称为ALPHA键。

     线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：

VOUT = VF * K + VB *（1 - K）

    其中VOUT为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，VF 为前景信号，VB背景信号，K为键信号，K值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当K=1时，VOUT = VF ，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当K=0时，VOUT = VB ，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号VF 和背景信号VB按照K值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号K的值。

     从上述表达式可以看出，线性键并不是作完全的相加混合，在前景（填充）信号为半透明的情况下，要看到背景画面，必须削弱前景信号，这样势必会损失图象细节。实际上，当K=0或K=1时，线性键