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 從HDR-FX1的畫質性能來探討HD影像信號之技術

文 / 邵寒冰


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 ▲檢測圖表是採用ESSER積分球方式的圖表,波形監視器是以D端子來連接進行YPbPr的類比式輸入,
監視器是採用BVM-D24機種進行YPbPr輸入方式。



         HD影像製作的發展,從世界第一部最低價的HDV攝錄機Sony HDR-FX1問世之後,Sony不斷的推出新的機種,HVR-Z1N、HVR-A1N到HDR-FX7、HVR-Z7N…等HDV攝影機如雨後春筍般的投入小型HD攝影機市場,做為業務用機在國內逐漸普及化,而SONY家用HDV攝錄影機HDR-FX1,在規格方面符合HD影像的全規格(1080×1920),是一部適合潮流所需的攝錄影機,而其最大的魅力應該就是低價化所帶來的衝擊。因此,本文以最早推出的HD攝影機來做為探討的方向。

        同時,以HDW-750為基準,針對HDR-FX1進行物理方面的測定。大家可以先參考之前本刊已經介紹過的HDR-FX1之特性,再來看看利用大型顯示畫面所表示出HD攝影機的拍攝實力。

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HD‧HDV格式的攝影機規格表

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HDV及各種HD規格之間的差異
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階調特性~膝點(Knee)及電影調伽瑪值 (Cinema Tone Gamma)



        HDR-FX1的階調特性乍看之下好像被壓縮處理得很低,但是從波形圖來看其實並不是這樣的。我們將照明條件設定為平面燈光(flat),結果拍攝出來的黑壓縮部份對比度較高,顯色情形也不錯,而且電影調伽瑪值(Cinema Tone Gamma),從的波形可以看出黑壓縮部份更明顯,還有高亮度部份自動膝點(Auto Knee)機能也有運作,接收到三倍左右的曝光量,而且膝點的曲線並不是呈現直線而是漂亮的S字型,感覺相當自然,可是,在對比度較強的拍攝環境下,會朝黑色部份壓縮,所以光圈通常會自動開啟。如此一來高亮度部份的亮度也會跟著增加,可以選擇Black Stretch風格的伽瑪值,這樣操作起來會更方便。



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Cinema Tone Gamma‧Normal                                                     Cinema Tone Gamma‧3倍模式。
(電影調伽瑪值‧標準模式)  

▲Cinema Tone Gamma(電影調伽瑪值)模式和一般模式比較,黑色階調和膝點部份有壓縮處理,呈現S字形的伽瑪曲線。

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▲利用自動膝點值調整機能(Auto Knee)將三倍的光量壓縮處理。

        我們為了檢測膝點的特性,實際上並沒有加上增益值,進行完全的夜間攝影,結果得到的畫質非常的優越,HDR-FX1的膝點曲線可說是經過精心的研究,一般廣播用機的增益值如果使用過度,影像的細部會看得太清楚,反而沒有夜間攝影的氣氛,HDR-FX1倒沒有這種問題。


增益後所帶來的雜訊


        很可惜的是沒有具備雜訊測定儀,所以無法提出正確的雜訊值報告,但是增益後所產生的雜訊的確不多,因為從取景器來觀看根本很難看出到底有沒有加上增益值。
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    暗部因為以S/N為優先,
    所以高頻部份會降低,
    加強信號(Enhance)也會減弱。




        由於影像製作最重要的還是畫面的優美,低階調部份的頻率數特性降低,Enhancer(增強功能)也較弱,從感度來看,夜間攝影雖然較困難,但是增益範圍在+9dB、+12dB時的雜訊倒是控制得很好。



解析度


        由於HD影像專用的檢測圖表(Chart)太過精細,反而很難判別照片或波形,所以這次改用SD影像用的檢測圖表來進行測試,解析度的定義是指畫面的縱向看得到幾條黑白的線條,這種定義HD/SD影像都是通用的,即使是使用SD影像專用的檢測圖表,只要配合縱向的畫像尺寸,就可以直接讀出解析度的數值。

我們看一下,

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▲利用HDR-FX1拍攝的SD影像專用解析度檢測圖表,從監視器的畫面可以清楚地看到共有800條。



        雖然在垂直方向的800條線看得不是很清楚,但是從監視器畫面倒是看得清楚,SD影像是400條的解析度,所以是SD影像的兩倍,而水平方向只有700條左右,明顯地解析度較低,這是因為從D端子進行類比式輸出,還有D/A轉換及監視器迴路特性的影響。如果拉到最廣角的畫面,從影像的細部可以明顯地看出和DVCAM模式的差別,但是單單用HDV/1080i方式來看,其實是很棒的影像。

HDR-FX1還具備了Enhance調整機能,可分為15個階段調整,其中的11個階段可以加強設定。

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▲輸入SD影像專用的Multy Burst(多元發射)信號後的波形圖,中心部份是5MHz,HD影像是1125/525,相當於2.14倍的10.7MHz,左圖是HDW-750,右圖HDR-FX1。

        的波形圖中邊緣部份雖然比較明顯,但是畫像檔案中的中央值是7,在主監視器中還是能夠看得很清楚,是一幅很自然樸實的影像。一般電影專業攝影師認為即使是設定在“0”狀態之下的影像,也可能表現出柔和,且不需要使用濾鏡的美麗影像,由於FX1的Enhance量可以自行調整,所以更能善用HD的高解析畫面,製作出具有透明感且精銳的影像。


以廣播用攝影機為基準所表現出的色彩再現性

        FX1的伽瑪特性和HDCAM比較之下,呈現較低且黑色部份被壓縮的傾向,所以著色性較強,但是配合ITU-709彩色檢測圖表拍攝的結果,向量範圍值竟然和HDW-750的幾乎一致,

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▲拍攝ITU-709檢測圖表所顯示出來的向量範圍表示,本機具有和廣播用攝影機相同水準的色彩再現性。


        而這個部份是由DSP(Digital Signal Processer數位信號處理迴路)所處理的,恐怕是因為這兩機所搭載的處理迴路都是數位式的所以結果也差不多。HD規格的攝錄影機都採用廣播用的3CCD三稜鏡片式光學系統以及DSP矩陣迴路,所以即使是家用機的HDR-FX1也能達到世界標準規格的色彩再現性,還有,高亮度部份的色彩處理也很恰當,連夜間攝影時的交通號誌的顏色或是招牌的顏色都沒有變模糊,表現得非常清楚。

        有關於色彩的再現性,採用Component(分離式)方式記錄的HDCAM,大家都知道其優點所在,隨著今後DVD及數位式播送的普及化,使用Component信號的機會也會越來越多,還有播放螢幕的大型化,不管是色彩再現或是解析度本身都會越來越重要,HDV影像素材的資料量比DV影像的還要龐大,當然有其存在價值。


HDR-FX1所搭載的蔡司12倍變焦鏡頭


        HDR-FX1所搭載的鏡頭是屬於廣播業務用鏡頭,最大的特點就是不會因為焦點的改變而引起畫角的變動,一般造價要新台幣60萬元的高級鏡頭,本機竟然可以擁有,而且窘迫光量均衡不會產生模糊,也不會發生色彩暈染(色暈)的現象,不愧是蔡司的12倍變焦鏡頭,但是有些變焦位置的開放F值會受到限制,也許這種裝置是為了避免開放光圈時的特性劣化。當然,變焦及對焦時的反應速度,對於一般的攝影作業是不成問題的。


MPEG壓縮動畫的特性


        其實,大家最在意的應該就是MPEG2壓縮處理後的動態影像,我們以幾種較難搞定的動態攝影來進行檢證,實際進行測試的鏡頭有追著行駛中的汽車進行搖攝加上快速變焦攝影,還有不自然的搖晃畫面等。
由於HDV-FX1這種1080i記錄方式的家用機之出現,使得家用的電視機及顯示螢幕也會加速地趨向1080i化,這樣不管是專業或業餘兩個世界都能享受到真正的HDV高畫質影像作品。







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