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HD影像信號的波形監視器測定技術


文 / 高平原



 

影像是依作品內容及眼睛所看到的感覺來進行評價的,為了想要能夠將充滿製作者感性的作品正確地傳送到收視的觀眾手中,傳達路線的管理是相當重要的,進化成數位式四信號之後,記錄系統或是傳達系統會讓信號變差的問題也幾乎全都解決了,但是,製作時的感覺(類比式)在轉換成數位方式時,如果不注意的話,還是無法將真正的感覺傳達出去。
即使是如此,通常是無法將確認畫質使用的大型監視器及收視裝備帶到拍攝現場的,因此,為了能夠維持更高度的調整及正確性,就必須將可表示測定信號波形的波形監視器及畫像監視器合併使用,尤其是使用會因機種及個體差別而影響到播放畫質的液晶監視器時更需要具備可以客觀地讀取數值的波形監視器。

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▲圖波形監視器的測定單位及位元(bit)的關係。


波形監視的必要性

使用30吋以下的CRT電視機來觀賞SD信號的時代,常會因其細微的特性讓傳送系統產生極嚴重的劣化情形,使得電視收視戶所看到的影像畫質和電視台的大型監視器有極大的差別,可是,自從進入了數位化的時代,幾近靜態畫像的影像,其發送信號及接收信號之間的畫質差異已經到微乎其微的地步,數位信號即使是全解析度時,色信號的傳送資料量只有亮度信號的1/2。
而且Bluray Disc的套裝媒體,以全解析度/4:2:0記錄方式的影像作品,現在大多數的人都用50吋左右的大型顯示螢幕來觀賞,由於視聽環境的多樣化,畫質管理也越來越重要了。人類為了順應環境,一旦視聽的環境產生變化,即使是用相同的監視器來觀賞,也會有不同的感覺。例如:較暗的影像在亮處觀賞時畫面看起來也會比較白,尤其是暗部(亮度較低的部份),即使只有1~2%的變化也是看得出來的,所以波形監視器是最重要的管理工具,用來監視是否有產生黑潰散或白模糊的現象。


影像和聲音Level的測定

影像的Level和聲音一樣也有基準Level及峰值Level(head room)。NTSC方式來說,IRE規格1Vp-pw有140%,影像部份中的100%同步信號分為40%做為標準單位,SD的情形就變成100IRE是1000×100/140=714mV。另一方面的HD影像則是以700mV為100%做為基準level。
HD規格的數位式信號則定義到109%。不過,利用電腦處理這些信號時,100%以上的信號有些機器是無法處理的,事前最好能夠確認一下。另外,有混合使用類比及數位方式的電視台為了安全起見,特別將峰值level控制在105%左右,攝影機的輸出信號利用Hi-Light的壓縮機能將基準值400~800%降低成90~109%,這個時候,為了確認信號是否正確顯示出來,必須要將波形監視器的波形擴大進行觀測。

光斑補正(flare)     

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▲標準狀態(Normal)均衡性沒有問題。                         ▲由於光斑調節過頭,Blackchip會去掉了,
                                                                                       在後製處理時還是無法補救。

     


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   ▲由於光斑調節不足,Blackchip部份變得很零亂,                ▲ 經過光斑調整,Black Level剛調整過的情形。
       出現不該有的黑色部份。  


一、黑色的層級(level)

「黑色的層級(Level)」是決定影像基準的重要層級,鏡頭關閉時,HD的規格是0%,另一方面的SD規格則是5%,而這兩種規格混合的Simultaneous播送方式則是採取兩者的中間值3%,影像製作方面,其階調的分解能是10位元,而電視廣播或套裝媒體則是8位元,8位元大約具備200階調0.5%的分解能力,因為監視器的亮度即使只有改變1~2%也會影響到收視效果,所以做為基準的黑色要慎重地決定進行管理。
還有,具備波形監視器,如果鏡頭或被攝體上面因為空氣層的往上浮而產生的光斑(flare),也可以馬上發現進行補正,經由光斑調整或Master Black(Pedesdal),黑色部份沒有產生潰散的範圍可以往下拉,具有改善對比度的效果,但是,這種調整方式每個場面的條件並不同,必須每個場面都調整到最適值,如果沒有用波形監視器一邊監看的話,將是一項相當危險的調整項目。
而且,如果RGB的Black level不正確,本來的顏色就會出現奇怪的黑色部份,為了避免發生這樣的情形,最好先關閉鏡頭,再來進行RGB Balance的調整,有時候就是在調整好的狀態之下拍攝,由於本來黑色的頭髮或衣服上有顏色時光斑的均衡性會被破壞,所以要一邊看著波形一邊將黑色去除來進行調整,這種調整也是如果沒有使用可擴大黑色部份表示的波形監視器,恐怕會比較困難。
聲音部份在調整時不要將峰值去除,才可決定標準的level,為了提高平均的level最好使用Complexer或Limiter,影像的部份最好能夠使用照明設備來進行調整。還有,攝影機方面要將光圈,ND濾鏡,快門速度等組合進行調整,標準的影像的Face Tone通常是設定在70%左右,而最近的戲劇節目較重視全體的Tone所以大部份都設定在50%以上,還有,每個鏡頭變化時畫質也會有明顯的不同,所以最重要的是要自然地連接,被照體的level也要正確地配合。

     158-82.JPG

二、Level調整的技術

1. 範圍擴大

如果考量到人類的檢知精確度是2%左右,色彩的分解能力也是2°左右,那麼Vedio Level的調整就要以1%、1°為目標,全規100%表示時想要正確地讀取1%較困難,最好用5倍的擴大規模(Scale)表示。

2. LPF(Low Pass Filter) 低透光濾鏡

攝影機影像和測試信號比較雜訊較多,亮度線也變粗很難讀取出正確的信號值(level),通常都是從亮度線的中心來讀取的,而一般的Video Level則是從低頻率部份決定,為了降低高頻率雜訊可以使用Low Filter,這樣亮度線就會變細,信號level就變得更容易讀取了。
由於HD影像的波形頻段較廣所以雜訊看起來更多,尤其是RGB的三個波形並列時,Bch的SN比看起來更糟,本來HD影像的RGB比是21:72:7,Bch大概只有Gch 1/10左右的信號量,而RGB 3波並列的狀態是以1:1:1來表示,因此,Bch大約是擴大10倍表示,SN比看起來當然會變差,但是實際上使用時,最終輸出是採原來的1/10,所以不會有問題的。
還有,將Chromakey的背景由藍色改為綠色來收錄是因為要減少key信號的雜訊所帶來的影響。

3. 線型選擇(Line Select)

波形監視器的水平軸(H)模式,其橫向的1080條的層級變化是用合成表示的。因此,特定的被攝體的層級(level)較不易得知,這個時候可以利用能夠個別表示每條掃描線的線型選擇模式,就可清楚地判別,選出來的位置在監視器輸出或是畫像模式上面以白色的水平線來表示,可以清楚地判別到底在觀測哪一條線,而Leader電子所推出的機器,還可將游標選出的位置的層級轉換成光圈值表示。


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                                            ▲ 攝影機的基本調整,是將RGB波形設定成同一個波形。

 

色彩的調整

最近的「波形監視器」除了具備波形顯示功能之外,大都還具備「向量範圍表示」及「畫像表示機能」,色彩信號的表示是以垂直的Pb、Pr信號的合成向量圖形來表示,這裡的角度(回轉方向)是代表「色相」,而中心的距離是代表「彩度」。
類比式攝影機為了合成TSC信號進行調整時缺少不了向量圖形表示,但是進化數位時代之後,這樣的調整幾乎是沒有必要了。
為了進行色彩均衡度調整的灰度規檢測圖表,白色層級的檢測圖表還有黑色層級的向量圖形監視器,上面的表示只有中央部份的點狀表示,為了讓調整更精確最好將增益設定到MAX(最大),讓亮點更集中。
RGB的色彩均衡度調整是攝影機調整的基本項目,與其用肉眼根據波形來調整還不如用向量表示會更正確。
可以讓色調更正確地表現出來的大型監視器,現在幾乎都從CRT方式變為液晶方式。但是,目前的液晶畫面也不見得比CRT精確,尤其是外景作業用的小型監視器更無法確保精確度,膚色附近的肉眼分解能有時候1~2°的變化,雖然後製作業時也可以進行高畫質的補正,但是考慮到製作成本及時間時,最好還是在拍攝現場就用監視器正確地進行確認及補正。
在進行矩陣列(Matrix)等攝影機上面的基本調整時,可以使用Mac Base的檢測圖表或者是在向量圖形上面有六角形表示的DSC Labs製的檢測圖表,依據圖表上面的表示點來進行確認,色彩調整時互相之間都具有關聯性,想要得到最適的條件是必須要靠經驗,還有,即使在向量圖表上是一樣的表示,可是伽瑪值及亮度成份不同,所顯示出來的顏色還是不大一樣,也就是說大型監視器及向量範圍儀在進行色彩調整時是不可或缺的工具。

Gamut(全域)

將Component信號轉換成NTSC信號時,高亮度及高彩度的部份,有可能會超出NTSC信號的領域,本來NTSC信號剛研發出來時,這麼高彩度的信號是無法播放出來的,在這裡做為基準信號的彩色條紋信號,其RGB決定為75%,在這種狀態之下Level較高的YL(黃色)、CY(紫紅)的副載波就決定為100IRE。
100%的RGB以133%為level over,不管是記錄或傳輸都會被去除,尤其是在PC上面做成的CG等作品也有可能彩度達到100%,需要特別留意一下。
電視播送到2011年還會有NTSC方式的播出,所以從HD影像進行轉換時要多注意一下,進行這種監看的機能就是Gamut Error表示機能,在Tetronix的機器中則有礸石表示及箭頭表示機能,而Level電子的機器則有5 Bar錯誤表示機能,在影像當中如果有信號機或是電飾等人工化高亮度、高彩度的被攝體時,就必須要注意了,最好的方法就是降低Level,是最快也是最有效果的方法。


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 ▲利用箭頭來進行全域(gamut)管理。                      ▲Eye Pattern表示,數位信號傳輸的情形                  ▲ 綜合的解析度特性表示,右端是相當於800條                                                                                   利用傳送波形來判斷。                                                是27MHz。
 

結  語

重視感性及直覺的影像世界,測定這種行為也許會令人覺得不自在,但是,所有的影像製作前輩都是像製作電影般不斷地重覆進行測光然後將影像資料構成一部完整的作品,電影的最終形式就是顯像,為了能夠在顯像時有最好的結果,記錄過程當然是相當重要的,由於可以即時地進行影像確認,所以拍攝時的風險也會隨著降低,不過因為記錄媒體的記錄容量有限,所以後製處理不見得可以完全支援,再加上顯示螢幕的多樣化,如果收錄時沒有確保影像的品質,最後播放時可能就會出現問題。因此,光是靠畫像監視器來進行影像管理恐怕還不夠,最好能夠再加上「波形監視器」,才能做到最精確的影像管理,所以「波形監視器」真的是高畫質化HD影像製作不可或缺的工具。

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