DV电视制作中如何监测数字视频的质量
2004-7-6 11:18 来源:北大新青年 作者:佚名 感谢
fanhallfilm 的投递
现在的视频设备包括相当多的音视频电平自动控制电路，这些自动控制电路都是按预先设定的技术参数工作的，只支持基本的常见的技术参数。由于摄像机拍摄视频的环境条件不同，拍摄的视频可能和期望的结果不一致。
在电视制作中，检测和控制视频的质量尤为重要，如果视频质量不好，轻则图像出现“雪花”干扰，重则出现不同步，图像翻滚或扭曲，颜色畸变。
监视和控制视频制作质量，有两种仪器是必需的：一是波形监视器，它用图形方式显示和测量视频的亮度或亮度等级；二是矢量示波器，它测量视频的颜色（色度）信息。
这两种仪器通常是独立的设备，但有时候两个可用在一个电视监视器或基于计算机的编辑系统的屏幕上显示被检测视频的一些参数。
以下讨论波形监视器和矢量示波器在检测电视视频信号中的一些最基本的使用，这些都是专业视频图像工作者应该掌握的。
1 用波形监视器监测视频信号的幅度
波形监视器是用于监测电视视频质量的示波器，它用来测量信号的幅度（电压），以及检测在单位时间内信号的所有脉冲扫描图形。
电视制作中视频信号幅度保持很重要，系统中有足够的视频幅度可以保证在处理视频信号时能用适量的量化电平还原满意的图像。
将最小和最大幅度偏移维持在限定范围内可确保视频电压幅度不会超出量化器的工作范围。除了保持正确的彩色平衡、对比度和亮度外，还必须将视频幅度控制在传输允许并能有效地转换到其他视频格式的极限内。
在非常苛刻的专业视频拍摄中，波形监视器用作测量场景视频质量；在编辑期间，它们用来监测和保证视频质量以及场景到场景的视频质量的一致性。
用波形监视器监测摄像机的视频信号质量时，摄像机输出的视频信号以电子图形的方式显示在波形监视器上。
电视视频电平在波形监视器上不能超过电平的100%，也不能低于电平的7.5%。过高的电平信号会被滤波电路削去，图像看起来为白色，有点模糊。太低电平信号的图像看起来几乎是黑色的。通常，肤色在70%范围内，有细节并具有轻微白色的视频将是在90%~100%内，并且阴影区比例低于30%。
波形监视器与测光表一起使用，是保证正确的摄像机曝光量和好的视频质量的主要手段。我们知道，测光表中的一个光圈数刻度在波形监视器上相当于20个IRE单位。
摄像机曝光不足（在阴极靶上没有充足的光照）导致视频信号电平降低，用波形监视器立即就会反映出来，其峰值视频信号电平在波形监视器刻度上可能只达到50左右，结果视频图像较黑，在暗区没有任何细节，灰度等级测试图中黑色区域没有细节。通常可以通过增加摄像机或视频设备的黑电平，或通过加大摄像机镜头光圈1档或1档以上来校正。
如果视频信号电平在拍摄时较低，后来通过一些方法将其提高，或在视频转录或传输过程中将其提高，由于视频噪声原因，图像就可能有细粒。
如果摄像机曝光过度（阴极靶上的光照太多），在波形监视器上显示的电平完全高于100的视频信号，如果不修正，这将在视频图像上造成严重的失真。这时候，一些摄像机电路削去视频信号的白电平，造成图像白色区域中的细节丢失，这可以在灰度等级测试图中看到白色区域中没有细节。这一问题可以通过降低视频信号电平（降低摄像机光圈2~3档）来克服。
视频质量的好坏一般是由光线超过摄像机的亮度控制范围所引起的。当强光、窗户、白色的墙等出现在场景中时，摄像机只能够还原其有限范围的亮度，常常必须记住：超过大约30:1（场景中的主要像素与亮度比）的亮度范围将产生问题，就会削去图像的明亮区域中细节，一些摄像机将自动地降低视频信号电平，以便它适应这一环境，但是，这种调节是有限的。
如果逆光拍摄，场景中的亮度范围大大超过视频系统的能力时，背景由明亮的天空产生，使用摄像机自动光圈拍摄会导致场景中的主体的全部细节损失。 当摄像机的光圈采用手动设置，增加3档或以上时，主体的细节至少可有效地改善，当然天空中的细节将会消失，但假定这时我们更关注画面中的主体，而不是背景天空。
当拍摄明亮的物体时，给暗区增加一些灯光，或使亮区变暗一些，这样可获得更好的效果。
大部分的专业摄影机可以选择或关闭自动曝光以及手动光圈， 如果没有，使用摄像机的逆光控制将使处于窗户或明亮背景中的主体获得更多一些的细节。有时，拍摄穿白色或黄色衬衫的人往往产生问题。
在电视节目录制的过程中，需使用波形监视器监测视频的质量，如果视频信号幅度超过允许值的20％或30％，会造成白限幅，影响画面的层次感。黑电平过高会使画面有雾状感，清晰度不高；黑电平过低时，正常情况下虽突出图像的细节，但对于暗淡的夜色画面，就会使图像偏暗或缺少层次、彩色不清晰自然，肤色出现失真等现象。考虑到画面的综合质量，图像亮度信号瞬间峰值电平不应超过770 mV，叠加色度信号后的图像信号最高峰值电平不应超过800 mV，黑电平以0~50 mV为正常。
编辑制作中若发现原始画面太暗时，可将黑电平提高到40 mV左右，以此来提高画面的清晰度。
2 用矢量示波器监测视频信号的色度
我们知道，眼睛观察颜色是主观的，因此，需要一个精确判断颜色的可靠方法，使电视信号的颜色能准确还原，完成这一任务的设备就是矢量示波器。
矢量示波器的任务是测量彩色信息，在电视信号中，颜色和副载波与亮度信号一起被编码成复合电视信号，在这个副载波上的彩色信息可通过矢量示波器测量，它不是测量颜色的亮度，而是测量颜色的色饱和度和色调。在矢量示波器测试图的中心是无色的，某种颜色离中心越近，它的饱和就越小（或越接近白色）；离中心越远，颜色就越饱和（颜色较浓）。颜色可以是黑色和非常饱和的，或是明亮及不饱和的。不管是黑色还是白色，它们的颜色都位于测试图的中央。
在矢量示波器的测试图上标记有R，G，B，Mg，Cy和Yl的6个小方框，分别表示红色（red）、绿色（green）、蓝色（blue）、品红色（magenta）、青色（cyan）和黄色（yellow），它们是彩色电视的三原色和对应的补色。
当一台摄像机或任何一台视频设备有彩条信号输入到矢量示波器时，原色（红色、绿色和蓝色）和对应的补色（品红色、青色和黄色）应出现在矢量示波器对应的方框中。
如果没有矢量示波器，需要准确地调整颜色只能通过调整彩条信号中的黄色条为真正的黄色就可以了。
但是，有时情况没有那么简单。如果原色或补色彩条有较大的偏差，超出它们应该在矢量示波器区域的范围，就会有问题。有时情况也很容易克服（如只是简单调整对应的相位）。
色度增益和相位调试：将矢量示波器与视频设备的视频输出端连接，让视频设备播放彩条测试卡，调色度增益控制电位器和相位控制电位器，使彩条矢量点落在示波器对应的田字格内。
视频制作中，要求在录像带开头预留10 s空白，然后录制100／0／75／0的图像标准彩条信号60 s，这就可用矢量示波器检测它的视频质量是否正常。
矢量示波器除显示色调之外，还显示每一颜色的幅度和色饱和度（色纯度）。色饱和度是按百分比显示的，通过它距离测试图圆圈的中心多远来表明，离中心越远，该颜色就越饱和。
一般，专业的非线性编辑系统软件都有矢量示波器和波形监视器，可以对视频质量进行监视，根据需要进行场景到场景的调整。在编辑阶段，这是能正确地将各个场景编辑在一起的唯一方法。
当然，所有这些调节必须正确地显示在电视监视器上以便验证，所以电视监视器是否设置正确是观察视频图像是否正常的关键。
3 视频监视器的设置
确信你的视频监视器是正常的非常重要，并需要正确地设置视频监视器的颜色和对比度，以保证视频能够正确地显示。
视频监视器需要有SMPTE彩条，以及具有红色、蓝色和绿色信号切换开关，加上色度、色调、彩色/单色、亮度和对比度的控制。通常专业的彩色监视器都有这些控制。
在调整视频监视器时，首先将SMPTE彩条信号输入到视频监视器。彩条信号是检验视频通道传输质量的一种常用信号，尽管它无法用于通道的指标测量，但它可以方便地将复合电视信号的幅度、周期、色调、饱和度、色同步相位及其与各色条间的向量关系等显示得十分清晰而精确。
调整视频监视器时，应选择一个具有良好的颜色视觉的人观察，而且这个人不应该长时间凝视监视器，否则，眼睛会适应此环境的颜色，会产生颜色平衡的错觉。因此，观察一会就应该离开一会，然后回来再继续观察。
调整视频监视器按以下步骤进行：
（1）首先，关闭红色和绿色颜色，现在应该看到4个垂直的蓝色条形图，由3根黑线条分隔，每一蓝色条形图的底部有一个小的矩形区域。
（2）通过调整色调和色度控制，使4个垂直蓝色条形图的每一个都匹配它下面的小的区域。色调主要影响中间两个条形图，色度主要影响在外侧的两个条形图。继续这两个调整，直到获得最佳可能的匹配。
（3）打开红色、蓝色和绿色。
（4）注意，在屏幕上红色（第6个条形图）下面有3个窄的垂直灰色条，如果不清晰，调整亮度控制直到清晰地看到这3个条形图。
（5）切换彩色/单色开关至单色。
（6）减少亮度控制直到中心灰色条纹刚好从屏幕消失。
（7）调整对比度控制，直到屏幕左下的白色参考正方形足够的明亮，看起来是白色的，但并非很白，否则，会致使相邻的区域有“辉光”。亮度和对比度控制有互相影响，可能必须反复调整直到获得最佳效果。
（8）将彩色/单色开关切换回彩色，这样，监视器已设置好，可用于判断显示的视频的色度和亮度。
获得高质量的电视视频是广播电视各办台单位对内实行自动编辑和播出、对外走向市场面向社会的需要。电视节目的制作技术涉及的知识面广，特别是在各类摄录编设备日新月异的今天，要真正掌握电视节目的制作技术，提高电视节目制作的质量非常重要。
在电视制作中，检测和控制视频的质量尤为重要，如果视频质量不好，轻则图像出现“雪花”干扰，重则出现不同步，图像翻滚或扭曲，颜色畸变。
监视和控制视频制作质量，有两种仪器是必需的：一是波形监视器，它用图形方式显示和测量视频的亮度或亮度等级；二是矢量示波器，它测量视频的颜色（色度）信息。
这两种仪器通常是独立的设备，但有时候两个可用在一个电视监视器或基于计算机的编辑系统的屏幕上显示被检测视频的一些参数。
以下讨论波形监视器和矢量示波器在检测电视视频信号中的一些最基本的使用，这些都是专业视频图像工作者应该掌握的。
1 用波形监视器监测视频信号的幅度
波形监视器是用于监测电视视频质量的示波器，它用来测量信号的幅度（电压），以及检测在单位时间内信号的所有脉冲扫描图形。
电视制作中视频信号幅度保持很重要，系统中有足够的视频幅度可以保证在处理视频信号时能用适量的量化电平还原满意的图像。
将最小和最大幅度偏移维持在限定范围内可确保视频电压幅度不会超出量化器的工作范围。除了保持正确的彩色平衡、对比度和亮度外，还必须将视频幅度控制在传输允许并能有效地转换到其他视频格式的极限内。
在非常苛刻的专业视频拍摄中，波形监视器用作测量场景视频质量；在编辑期间，它们用来监测和保证视频质量以及场景到场景的视频质量的一致性。
用波形监视器监测摄像机的视频信号质量时，摄像机输出的视频信号以电子图形的方式显示在波形监视器上。
电视视频电平在波形监视器上不能超过电平的100%，也不能低于电平的7.5%。过高的电平信号会被滤波电路削去，图像看起来为白色，有点模糊。太低电平信号的图像看起来几乎是黑色的。通常，肤色在70%范围内，有细节并具有轻微白色的视频将是在90%~100%内，并且阴影区比例低于30%。
波形监视器与测光表一起使用，是保证正确的摄像机曝光量和好的视频质量的主要手段。我们知道，测光表中的一个光圈数刻度在波形监视器上相当于20个IRE单位。
摄像机曝光不足（在阴极靶上没有充足的光照）导致视频信号电平降低，用波形监视器立即就会反映出来，其峰值视频信号电平在波形监视器刻度上可能只达到50左右，结果视频图像较黑，在暗区没有任何细节，灰度等级测试图中黑色区域没有细节。通常可以通过增加摄像机或视频设备的黑电平，或通过加大摄像机镜头光圈1档或1档以上来校正。
如果视频信号电平在拍摄时较低，后来通过一些方法将其提高，或在视频转录或传输过程中将其提高，由于视频噪声原因，图像就可能有细粒。
如果摄像机曝光过度（阴极靶上的光照太多），在波形监视器上显示的电平完全高于100的视频信号，如果不修正，这将在视频图像上造成严重的失真。这时候，一些摄像机电路削去视频信号的白电平，造成图像白色区域中的细节丢失，这可以在灰度等级测试图中看到白色区域中没有细节。这一问题可以通过降低视频信号电平（降低摄像机光圈2~3档）来克服。
视频质量的好坏一般是由光线超过摄像机的亮度控制范围所引起的。当强光、窗户、白色的墙等出现在场景中时，摄像机只能够还原其有限范围的亮度，常常必须记住：超过大约30:1（场景中的主要像素与亮度比）的亮度范围将产生问题，就会削去图像的明亮区域中细节，一些摄像机将自动地降低视频信号电平，以便它适应这一环境，但是，这种调节是有限的。
如果逆光拍摄，场景中的亮度范围大大超过视频系统的能力时，背景由明亮的天空产生，使用摄像机自动光圈拍摄会导致场景中的主体的全部细节损失。 当摄像机的光圈采用手动设置，增加3档或以上时，主体的细节至少可有效地改善，当然天空中的细节将会消失，但假定这时我们更关注画面中的主体，而不是背景天空。
当拍摄明亮的物体时，给暗区增加一些灯光，或使亮区变暗一些，这样可获得更好的效果。
大部分的专业摄影机可以选择或关闭自动曝光以及手动光圈， 如果没有，使用摄像机的逆光控制将使处于窗户或明亮背景中的主体获得更多一些的细节。有时，拍摄穿白色或黄色衬衫的人往往产生问题。
在电视节目录制的过程中，需使用波形监视器监测视频的质量，如果视频信号幅度超过允许值的20％或30％，会造成白限幅，影响画面的层次感。黑电平过高会使画面有雾状感，清晰度不高；黑电平过低时，正常情况下虽突出图像的细节，但对于暗淡的夜色画面，就会使图像偏暗或缺少层次、彩色不清晰自然，肤色出现失真等现象。考虑到画面的综合质量，图像亮度信号瞬间峰值电平不应超过770 mV，叠加色度信号后的图像信号最高峰值电平不应超过800 mV，黑电平以0~50 mV为正常。
编辑制作中若发现原始画面太暗时，可将黑电平提高到40 mV左右，以此来提高画面的清晰度。
2 用矢量示波器监测视频信号的色度
我们知道，眼睛观察颜色是主观的，因此，需要一个精确判断颜色的可靠方法，使电视信号的颜色能准确还原，完成这一任务的设备就是矢量示波器。
矢量示波器的任务是测量彩色信息，在电视信号中，颜色和副载波与亮度信号一起被编码成复合电视信号，在这个副载波上的彩色信息可通过矢量示波器测量，它不是测量颜色的亮度，而是测量颜色的色饱和度和色调。在矢量示波器测试图的中心是无色的，某种颜色离中心越近，它的饱和就越小（或越接近白色）；离中心越远，颜色就越饱和（颜色较浓）。颜色可以是黑色和非常饱和的，或是明亮及不饱和的。不管是黑色还是白色，它们的颜色都位于测试图的中央。
在矢量示波器的测试图上标记有R，G，B，Mg，Cy和Yl的6个小方框，分别表示红色（red）、绿色（green）、蓝色（blue）、品红色（magenta）、青色（cyan）和黄色（yellow），它们是彩色电视的三原色和对应的补色。
当一台摄像机或任何一台视频设备有彩条信号输入到矢量示波器时，原色（红色、绿色和蓝色）和对应的补色（品红色、青色和黄色）应出现在矢量示波器对应的方框中。
如果没有矢量示波器，需要准确地调整颜色只能通过调整彩条信号中的黄色条为真正的黄色就可以了。
但是，有时情况没有那么简单。如果原色或补色彩条有较大的偏差，超出它们应该在矢量示波器区域的范围，就会有问题。有时情况也很容易克服（如只是简单调整对应的相位）。
色度增益和相位调试：将矢量示波器与视频设备的视频输出端连接，让视频设备播放彩条测试卡，调色度增益控制电位器和相位控制电位器，使彩条矢量点落在示波器对应的田字格内。
视频制作中，要求在录像带开头预留10 s空白，然后录制100／0／75／0的图像标准彩条信号60 s，这就可用矢量示波器检测它的视频质量是否正常。
矢量示波器除显示色调之外，还显示每一颜色的幅度和色饱和度（色纯度）。色饱和度是按百分比显示的，通过它距离测试图圆圈的中心多远来表明，离中心越远，该颜色就越饱和。
一般，专业的非线性编辑系统软件都有矢量示波器和波形监视器，可以对视频质量进行监视，根据需要进行场景到场景的调整。在编辑阶段，这是能正确地将各个场景编辑在一起的唯一方法。
当然，所有这些调节必须正确地显示在电视监视器上以便验证，所以电视监视器是否设置正确是观察视频图像是否正常的关键。
3 视频监视器的设置
确信你的视频监视器是正常的非常重要，并需要正确地设置视频监视器的颜色和对比度，以保证视频能够正确地显示。
视频监视器需要有SMPTE彩条，以及具有红色、蓝色和绿色信号切换开关，加上色度、色调、彩色/单色、亮度和对比度的控制。通常专业的彩色监视器都有这些控制。
在调整视频监视器时，首先将SMPTE彩条信号输入到视频监视器。彩条信号是检验视频通道传输质量的一种常用信号，尽管它无法用于通道的指标测量，但它可以方便地将复合电视信号的幅度、周期、色调、饱和度、色同步相位及其与各色条间的向量关系等显示得十分清晰而精确。
调整视频监视器时，应选择一个具有良好的颜色视觉的人观察，而且这个人不应该长时间凝视监视器，否则，眼睛会适应此环境的颜色，会产生颜色平衡的错觉。因此，观察一会就应该离开一会，然后回来再继续观察。
调整视频监视器按以下步骤进行：
（1）首先，关闭红色和绿色颜色，现在应该看到4个垂直的蓝色条形图，由3根黑线条分隔，每一蓝色条形图的底部有一个小的矩形区域。
（2）通过调整色调和色度控制，使4个垂直蓝色条形图的每一个都匹配它下面的小的区域。色调主要影响中间两个条形图，色度主要影响在外侧的两个条形图。继续这两个调整，直到获得最佳可能的匹配。
（3）打开红色、蓝色和绿色。
（4）注意，在屏幕上红色（第6个条形图）下面有3个窄的垂直灰色条，如果不清晰，调整亮度控制直到清晰地看到这3个条形图。
（5）切换彩色/单色开关至单色。
（6）减少亮度控制直到中心灰色条纹刚好从屏幕消失。
（7）调整对比度控制，直到屏幕左下的白色参考正方形足够的明亮，看起来是白色的，但并非很白，否则，会致使相邻的区域有“辉光”。亮度和对比度控制有互相影响，可能必须反复调整直到获得最佳效果。
（8）将彩色/单色开关切换回彩色，这样，监视器已设置好，可用于判断显示的视频的色度和亮度。
获得高质量的电视视频是广播电视各办台单位对内实行自动编辑和播出、对外走向市场面向社会的需要。电视节目的制作技术涉及的知识面广，特别是在各类摄录编设备日新月异的今天，要真正掌握电视节目的制作技术，提高电视节目制作的质量非常重要。