數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量檢測方法的探討

1、數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量監(jiān)測方法的探討關(guān)鍵詞：數(shù)字電視節(jié)目 圖像質(zhì)量 監(jiān)測 色域越限 非法彩色在電視節(jié)目制作技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)中，既規(guī)定了主觀評價標(biāo)準(zhǔn)，又規(guī)定了客觀測試標(biāo)準(zhǔn)。為把握節(jié)目技術(shù)質(zhì)量是否符合規(guī)定的要求，單憑主觀評價是不夠的，必須通過專用儀器進(jìn)行客觀測試。在由模擬向數(shù)字系統(tǒng)的過渡中，記錄節(jié)目信號的載體由模擬帶轉(zhuǎn)向數(shù)字帶或硬盤。因此，數(shù)字節(jié)目技術(shù)質(zhì)量的監(jiān)測不能再沿用模擬節(jié)目的圖像質(zhì)量評測方法及監(jiān)測儀器，而要按照新的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，采用新的監(jiān)測方法及監(jiān)測儀器。數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量監(jiān)測的新問題在模擬節(jié)目制作及技術(shù)質(zhì)量檢驗標(biāo)準(zhǔn)中，除主觀評價外，只要在波形示波器上監(jiān)測節(jié)目圖像的全電視信號幅度和字幕的信號幅度不超過800mV

2、、亮度信號幅度的最大值不超過770mV、底電平為050mV，在矢量示波器的度盤圖上監(jiān)測各個色條矢量的亮點都落在各自規(guī)定的田字小方格里，那么該節(jié)目圖像質(zhì)量的客觀測試指標(biāo)就是合格的。而數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量監(jiān)測出現(xiàn)了新的問題。亮度信號按傳統(tǒng)方法和標(biāo)準(zhǔn)監(jiān)測沒有意義在數(shù)字節(jié)目制作系統(tǒng)中，記錄節(jié)目圖像信號的設(shè)備是數(shù)字錄像機(jī)等相關(guān)數(shù)字設(shè)備，節(jié)目信號從模擬轉(zhuǎn)換到數(shù)字經(jīng)過了取樣、量化和編碼三個數(shù)字化處理步驟。目前使用的數(shù)字錄像機(jī)，一般量化指標(biāo)是10b，最多1024個量化級。對亮度信號來說，量化后從最暗到最亮的范圍就是1016個亮度級，幅度被限定在-48mV+763mV，色差信號被限定在 -398mV+398mV，所

3、以亮度信號數(shù)字化后的最大幅度值被限定在763mV左右，即使信號電平再大也不再量化編碼了，所以，亮度信號幅度仍按傳統(tǒng)的不大于770mV標(biāo)準(zhǔn)檢驗，始終不會超標(biāo)?？梢?，采用傳統(tǒng)的監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)和方法評價數(shù)字節(jié)目圖像亮度信號質(zhì)量已經(jīng)沒有意義。 數(shù)字節(jié)目制作中圖像信號的“色域越限”、“合法”與“有效”在分量信號中，不管是R、G、B，還是Y、R-Y、B-Y或者Y、Pr、Pb或者Y、Cr、Cb等，常常都要進(jìn)行格式轉(zhuǎn)換。例如：攝像機(jī)輸出的R、G、B彩色分量信號要經(jīng)過矩陣變換后轉(zhuǎn)換成一個亮度信號Y和兩個色差信號R-Y與B-Y，這樣既便于通道傳送和信號處理，又能與黑白電視兼容。因此很多演播室設(shè)備和傳送系統(tǒng)都采用亮度信號

4、Y和兩個色差信號R-Y與B-Y的格式，而在監(jiān)視器和電視機(jī)上觀看圖像則需要基本的R、G、B分量信號格式，因此中間環(huán)節(jié)無論怎樣變換，最后還是要還原成R、G、B信號才能在用戶端的電視機(jī)上顯示圖像。然而，在這一系列格式轉(zhuǎn)換過程中，極易出現(xiàn)信號“幅度”或“色域”超限的問題。例如：當(dāng)節(jié)目信號由色差信號格式轉(zhuǎn)換為R、G、B格式時，由于帶寬的不同，會造成過渡上升時間的差異，致使信號幅度突變而瞬時超出R、G、B信號的有效范圍，從而導(dǎo)致色域越限而成為非法的無效信號。因此，在數(shù)字節(jié)目制作中，信號的“色域越限”、“有效”與“合法”是不可忽視的新問題。1.色域被攝取的自然景物在電影和電視系統(tǒng)中再現(xiàn)的彩色色度范圍被稱為色

5、域，在電視系統(tǒng)中就是視頻分量信號所允許的電壓范圍。由于R、G、B信號的電壓數(shù)值直接代表了信號的各種顏色，而且調(diào)整R、G、B信號大小就可以改變彩色色域中的任何顏色，因此，色域就是R、G、B信號電壓的取值范圍。如果信號電壓超出這個范圍，即超出色域，信號則為非法，結(jié)果有可能導(dǎo)致信號限幅、串?dāng)_或其它失真。2.合法(Legal)信號在特定的格式中，其電壓幅度的最大值沒有超出規(guī)定的容限范圍，那么這個信號就定義為合法信號，否則為非法的超標(biāo)信號。例如在分量信號格式中，Y的電壓范圍規(guī)定為700mV、R-Y與B-Y為525mV，只要Y、R-Y、B-Y信號幅度不超過這個范圍，那么這個信號就是合法信號。3.有效(Va

6、lid)節(jié)目信號始終處于彩色色域之中，并且在轉(zhuǎn)換為其他任意格式時始終保持是合法的信號，那么這個信號就是有效信號，否則就是無效的超標(biāo)信號。例如：某一信號在Y、R-Y、B-Y格式中其幅度都在規(guī)定的范圍內(nèi)，則稱之為合法信號。當(dāng)它轉(zhuǎn)換為R、G、B格式時，信號不僅能夠正確重現(xiàn)色域圖內(nèi)的各個色點而沒有越限R、G、B的幅度范圍，那么這個信號就是有效信號。這就是說，有效信號始終能保證是合法的，而合法信號卻不一定都能保證是有效的。合法但并非有效的信號在其當(dāng)前格式下工作是沒有問題的，但如果轉(zhuǎn)換為另一種格式就可能出現(xiàn)問題。只有色域不越限、轉(zhuǎn)換為其他格式時幅度又不超標(biāo)的信號，才是既有效、又合法的圖像信號。從實際應(yīng)用來

7、說，只要在RGB色域中是合法的信號，那么該信號就是有效信號。 防止非法彩色有助于提高數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量對于“合法”信號來說，圖像信號幅度雖然沒有超標(biāo)，但節(jié)目圖像質(zhì)量不一定就是好的，即有可能產(chǎn)生色域越限而超標(biāo)。所以在數(shù)字節(jié)目圖像信號記錄時，防止非法彩色有助于提高數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量。根據(jù)上面所述，在數(shù)字節(jié)目圖像信號記錄和技術(shù)質(zhì)量審查時，不僅要監(jiān)測復(fù)合全電視信號幅度不超過標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，而且要確保分量信號R、G、B色域不越限超標(biāo)。這一點在進(jìn)行數(shù)字節(jié)目質(zhì)量監(jiān)測時已經(jīng)充分得以證明，即有些鏡頭的圖像信號在監(jiān)測儀的復(fù)合全電視信號幅度測量時并沒有超過800mV，但在R、G、B信號色域監(jiān)測時已經(jīng)越限超標(biāo)，而且實際觀看的圖

8、像也是明顯偏色的。這就是說，客觀監(jiān)測與主觀評價是一致的。數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量監(jiān)測方法及監(jiān)測儀器在數(shù)字域，除監(jiān)測復(fù)合全電視信號幅度不超標(biāo)外，還要監(jiān)測R、G、B信號色域不越限，這是迄今評價數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量的一種可行的方法。國外已經(jīng)采用這種方法評測數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量。例如：歐廣聯(lián)的EBU-R103標(biāo)準(zhǔn)中就明確規(guī)定R、G、B信號色域上限為735mV、下限為-35mV，而亮度信號Y的幅度上限為721mV(即103%)、下限為-7mV(即-1%)。隨著國內(nèi)數(shù)字化節(jié)目制作的普及，為了提高數(shù)字節(jié)目圖像質(zhì)量，盡快出臺統(tǒng)一的數(shù)字節(jié)目制作和交換標(biāo)準(zhǔn)是非常必要的，這既有利于規(guī)范化管理，又有利于節(jié)目交換，使得數(shù)字節(jié)目制作和技

9、術(shù)質(zhì)量檢驗有章可循。至于監(jiān)測儀器，根據(jù)上面所說的監(jiān)測方法，不僅要有復(fù)合全電視信號幅度監(jiān)測功能，而且應(yīng)具備R、G、B色域監(jiān)測功能。目前具有鉆石顯示和箭頭顯示功能的監(jiān)測儀，以及具有Five Bar顯示功能的監(jiān)測儀，都能用于判定R、G、B信號色域是否越限超標(biāo)，而且很容易區(qū)分是哪個通道色域超標(biāo)。這些顯示功能上/下限指標(biāo)均可以預(yù)置門限值，方便用戶根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)任意設(shè)定使用。不同的是：具有鉆石和箭頭顯示功能的監(jiān)視儀除上/下門限值可預(yù)置外，還具有超標(biāo)象素占整個畫面象素面積的百分比數(shù)值的設(shè)定，這給使用者一個寬限，即只有超標(biāo)象素面積占整個畫面面積達(dá)到或超過設(shè)定的百分比時才報警，確定為超標(biāo)；而具有Five Bar顯

10、示功能的監(jiān)測儀沒有此項面積百分比設(shè)定，即超標(biāo)象素不管占整個畫面象素面積的百分比多大，只要超標(biāo)幅度達(dá)到設(shè)定的門限值，就以紅色警示區(qū)顯示超標(biāo)。這兩種監(jiān)測R、G、B信號色域是否越限而超標(biāo)的監(jiān)測方法各有特點。鉆石和箭頭顯示圖1 鉆石和箭頭顯示點擊此處查看全部新聞圖片如圖1所示，菱形圖中間垂直方向矢量和箭頭圖左側(cè)垂直方向矢量都是顯示亮度信號幅度值，而在它們側(cè)向形成的色域塊(色域面積)伸展的大小則代表色度加亮度信號值，如果它們的圖跡越過門限值所顯示的邊框線以外，即為色域越限而超標(biāo)成為非法彩色。因此，信號只要在RGB域中是合法的，那么它就是有效信號。由于鉆石顯示是在RGB域，因此，可以根據(jù)鉆石顯示來判斷某信號是否有效或合法。箭頭顯示有一個特點，即雖然是在復(fù)合域中觀測的，但它卻是將信號放在3個域(亮度信號、色度信號、亮度加色度)分別進(jìn)行判斷的，3個域中，只要有一個域超出其規(guī)定容限，就可以說該復(fù)合信號是非法信號。Five Bar顯示圖2 具有Five Bar顯示的監(jiān)測儀點擊此處查看全部新聞圖片如圖2、圖3所示，它是由Y、G、B、R及復(fù)合全電視信號共個條構(gòu)成條柱形顯示，G、B、R三個基色是由Y、Pr、Pb信號通過計算后轉(zhuǎn)換而成的，最右邊的條是復(fù)