Автор статьи рассказывает о том, как с помощью осциллографа и вектороскопа можно проконтролировать параметры видеосигналов, сравнить их составляющие и временные показатели.
Оценка яркости видеоизображения с помощью осциллографа
Индикатор формы сигналов или контрольный осциллограф отображает изменение амплитуды видеосигнала во времени: горизонтальная ось соответствует времени, а вертикальная - амплитуде сигнала, которая выражается в вольтах для аналогового сигнала и уровнем декодированного сигнала для цифрового. Чем выше расположена линия, которую "рисует" сигнал на экране, тем ярче видеоизображение. На контрольном осциллографе (рис.1б) отображается Y-составляющая видеосигнала, которая определяет яркость всего изображения.
Оценка яркости видеоизображения с помощью осциллографа
Индикатор формы сигналов или контрольный осциллограф отображает изменение амплитуды видеосигнала во времени: горизонтальная ось соответствует времени, а вертикальная - амплитуде сигнала, которая выражается в вольтах для аналогового сигнала и уровнем декодированного сигнала для цифрового. Чем выше расположена линия, которую "рисует" сигнал на экране, тем ярче видеоизображение. На контрольном осциллографе (рис.1б) отображается Y-составляющая видеосигнала, которая определяет яркость всего изображения.
Рис. 1а - 1г. Изображение и его представление на экранах контрольных осциллографов Final Cut Pro 3. Каждый осциллограф настроен таким образом, что отображает определенную составляющую видеосигнала.
Конечно, все не так просто. В композитном видеосигнале содержится информация не только о яркости, но и о цветности. Хрома-составляющая, которая определяет яркость, кодируется в виде модулируемого поднесущего сигнала, смешанного с люма-сигналом, и отображается в виде высокочастотной синусоидальной волны или размытости, на фоне строго очерченной трассировочной линии. Чем выше степень насыщенности цвета на отдельном участке изображения, тем больше будет размытость. На рис. 2а показано ступенчатое изменение яркости (люма-составляющей) при полном отсутствии информации о насыщенности цвета (хрома-составляющей), а также ступенчатое изменение насыщенности цвета при постоянной яркости, наложенное на временную диаграмму прохождения сигналов. Однако контрольный осциллограф, на котором отображается хрома-составляющая, не дает исчерпывающей информации о цвете, а просто констатирует, что он существует.
Конечно, все не так просто. В композитном видеосигнале содержится информация не только о яркости, но и о цветности. Хрома-составляющая, которая определяет яркость, кодируется в виде модулируемого поднесущего сигнала, смешанного с люма-сигналом, и отображается в виде высокочастотной синусоидальной волны или размытости, на фоне строго очерченной трассировочной линии. Чем выше степень насыщенности цвета на отдельном участке изображения, тем больше будет размытость. На рис. 2а показано ступенчатое изменение яркости (люма-составляющей) при полном отсутствии информации о насыщенности цвета (хрома-составляющей), а также ступенчатое изменение насыщенности цвета при постоянной яркости, наложенное на временную диаграмму прохождения сигналов. Однако контрольный осциллограф, на котором отображается хрома-составляющая, не дает исчерпывающей информации о цвете, а просто констатирует, что он существует.
Рис. 2а--г. В различных режимах контрольный осциллограф Magni Monitor отображает сигналы, наложенные на исходное изображение
Цветовой поднесущий сигнал можно подавить так, чтобы на экран осциллографа выводился только сигнал Y. Некоторые модели контрольных осциллографов позволяют также подавлять сигнал Y, в этом случае отображается только хрома-составляющая, или сигнал С. В некоторых устройствах предусмотрена возможность представления смешанного сигнала - и сигнала Y, и сигнала С (см. рис. 2б). Два последних сигнала выглядят как отдельные Y/C сигналы, используемые при подключениях типа S-Video.
Осциллографы для компонентных сигналов позволяют оценить степень насыщенности хрома-составляющей композитного сигнала, хотя они и не предназначены для работы с композитным видеосигналом. Для этого им приходится синтезировать хрома-сигнал из аналоговых R-Y и B-Y или цифровых Cr и Cb цветоразностных сигналов, а затем смешивать его с сигналом Y. К чему все эти хлопоты? Мы все еще живем в мире компонентных сигналов, они широко применяются и для передачи информации, и для вещания, поэтому величина амплитудных колебаний таких видеосигналов представляет большой интерес. К тому же контрольные цветные полосы настолько четко отображаются во временных диаграммах прохождения компонентного сигнала, что, увидев, как представлен такой сигнал, можно быстро проверить степень усиления его Y- и C-составляющих.
Осциллографы для компонентных сигналов позволяют просматривать и цветоразностные сигналы, часто с одновременным представлением сигналов Y, R-Y и B-Y, что напоминает рассмотренное выше представление композитных сигналов Y/C. Цветоразностные сигналы заслуживают того, чтобы на них обращать внимание, чтобы зафиксировать, когда они приблизятся к предельным значениям, которые соответствуют ограничению сигналов цветности и образованию недопустимых цветов.
В процессе производства обычно задается временная шкала - горизонтальная скорости развертки, причем можно сделать так, что по всей ширине экрана будет отображаться длительность одной строки развертки. В этом режиме амплитудные изменения каждой строки развертки (или, по крайней мере, всех строк развертки одного поля кадра) изображения будут налагаться друг на друга. Такой режим представления позволяет увидеть изменение яркости по всему полю изображения при максимальном увеличении деталей.
В других режимах на дисплей можно выводить два поля кадра или две строки (см. рис. 2в), что может оказаться полезным в тех случаях, когда возникает необходимость проверить длительность горизонтального гасящего импульса и горизонтальной синхронизации, так как они располагаются точно посередине экрана осциллографа. В двух полевом режиме, изменения отображаются сверху вниз (см. рис. 2г), а не слева направо, как при представлении сигнала яркости. Некоторые модели контрольных осциллографов позволяет отслеживать кривую для одной строки развертки. Но этот режим чаще используют при проведении технических работ, чем в процессах видеопроизводства.
Вертикальная шкала проградуирована или в единицах IRE для стандарта 525 строк/ 29,97 кадров в секунду, или в милливольтах для стандарта 625 строк/25 кадров в секунду. В единицах IRE уровень, при котором сигнал отсутствует, принимается за 0%, а уровень сигнала, соответствующий максимальной яркости -- за 100%.
И белому, и черному цвету могут соответствовать значения IRE, которые превышают максимально допустимые, а большинство цифровых форматов допускают запись при яркости выше 110 IRE и уровне немного чернее черного. Но обычно подобные сигналы, обрезаются в процессе подготовки материала к трансляции или записи на DVD. Контрольные осциллографы позволяют зафиксировать присутствие таких сигналов и принять соответствующие меры в процессе постпроизводства, например, уменьшить коэффициент усиления или провести мягкое усечение изображения.
Видеоинженеры часто используют контрольные осциллографы для определения освещенности сцены и яркости осветительных приборов, а операторы -- для согласования изображений, полученных с разных камер. Достойное применение они нашли и в постпроизводстве, где позволяют быстро и точно проверить и настроить изображение.
Информация, выводимая на экран вектороскопа
Мы уже говорили, что в компонентном сигнале информации о цвете содержится в двух цветоразностных сигналах. На экране вектороскопа компоненты B-Y или Cb отображаются по горизонтальной оси координат, а компоненты R-Y или C - по вертикальной. Цветоразностные сигналы являются биполярными, т.е. они могут иметь как положительные, так и отрицательные значения, поэтому начало координат, соответствующее полному отсутствию сигналов, расположено в центре экрана.
Наличие какого-либо цвета в снимаемой сцене проявляется в виде точки на экране вектороскопа, расстояние, на котором эта точка располагается от центра, показывает степень насыщенности цвета, а угол между линией, соединяющей точку с центром и вертикальной осью - его оттенок. Таким образом, вектороскоп указывает на те участки цветового спектра, которым соответствуют цвета снимаемой сцены (см. рис. 1в).
Шесть отметок в виде рамок (R, Mg, Yl, B, G и Cy) указывают места, куда должны попадать правильно откалиброванные контрольные цветные полосы. При использовании Y/C или композитного сигнала короткая горизонтальная линия, уходящая влево, соответствует сигналу цветовой синхронизации - опорному сигналу, применяемому для настройки фазы и степени усиления цветовой информации. Две короткие линии, расположенные под углом 45° напротив сигнала цветовой синхронизации, называют "пэтчами I и Q" - такие сине-пурпурные пэтчи располагаются с каждой стороны белого квадрата внизу контрольных полос SMPTE. (Очень часто эти пэтчи могут не появляться на RGB-контрольных полосах, а если и появляются, то расположены неправильно. Они представляют собой чистый цветовой сигнал, не имеющий яркости, и им могут соответствовать отрицательные RGB-компоненты!). I и Q -- это реальные цветовые векторы, используемые в NTSC для создания цветовой поднесущей. В стандарте PAL используются векторы U и V, которым также соответствуют калибровочные пэтчи на экранах вектороскопов, предназначенных для этого стандарта.
Вектороскоп - это очень полезный инструмент для проведения диагностики, без него нельзя обойтись при проведении съемок с использованием нескольких камер и при копировании видеопленок, при калибровке усилителей и другого оборудования для обработки данных. Вектороскопы продолжают использовать и при монтаже. Отсутствие большого информационного пятна в мертвой точке может свидетельствовать о том, что в обрабатываемом изображении неправильный баланс белого или черного. Небольшие различия в цветах, которые могут появиться при съемках разных фрагментов или неудачно настроенными камерами, можно легко обнаружить с помощью вектороскопа, потом они в полной мере проявятся на экране контрольного монитора. А заказчик, уж поверьте, обязательно обратит на это внимание!
Вектороскоп способен подсказать, какие настройки следует зафиксировать, чтобы согласовать цветопередачу двух изображений - провести точную настройку балансов R-Y или B-Y, подстроить тон, фазу или насыщенность цвета. Пытаться, глядя лишь на экран контрольного монитора, угадать, какой из параметров следует подстроить, - совершенно бесполезная затея, если, конечно, вы не являетесь колористом с огромным опытом работы. Хотя именно колористы чаще, чем другие специалисты опираются на данные вектороскопов, чтобы определить, что же на самом деле происходит.
Помните, что вектороскоп не дает никакой информации о яркости изображения и служит прекрасным дополнением к контрольному осциллографу. Первый предоставляет подробную информацию о цвете, а второй -- о яркости. Эти приборы часто можно увидеть, стоящими бок о бок на рабочем месте специалистов, хотя уже есть приборы, которые объединяют возможности обоих инструментов.
Представление сигналов в системе RGB
Представление сигналов в системе RGB часто используют при обработке изображения в процессе телекинопроизводства и цветокоррекции (см. рис. 1г) для оценки яркости RGB-составляющих в процентах.
Видеосигнал сигнал Y состоит из красного (R), зеленого (G) и синего (B) компонентов. При урезании сигнала Y, значения R, G или B составляющих могут превосходить допустимые, возможно также получение такого сигнала Y, в котором один из цветовых компонентов будет выходить за допустимые пределы и урезаться (особенно часто это происходит с синей составляющей, доля которой в суммарном сигнале Y составляет всего 11 %). В результате такой обработки появляются ошибки в тоне и насыщенности цвета в зоне, где проводилось урезание сигнала.
Одного взгляда на его представление в системе RGB достаточно, чтобы определить неправильную цветопередачу в изображении. Правда, исправить ее без внесения дополнительных искажений не удастся, но зато вы сэкономите время и будете выглядеть опытным специалиста перед заказчиком!
Цветовой поднесущий сигнал можно подавить так, чтобы на экран осциллографа выводился только сигнал Y. Некоторые модели контрольных осциллографов позволяют также подавлять сигнал Y, в этом случае отображается только хрома-составляющая, или сигнал С. В некоторых устройствах предусмотрена возможность представления смешанного сигнала - и сигнала Y, и сигнала С (см. рис. 2б). Два последних сигнала выглядят как отдельные Y/C сигналы, используемые при подключениях типа S-Video.
Осциллографы для компонентных сигналов позволяют оценить степень насыщенности хрома-составляющей композитного сигнала, хотя они и не предназначены для работы с композитным видеосигналом. Для этого им приходится синтезировать хрома-сигнал из аналоговых R-Y и B-Y или цифровых Cr и Cb цветоразностных сигналов, а затем смешивать его с сигналом Y. К чему все эти хлопоты? Мы все еще живем в мире компонентных сигналов, они широко применяются и для передачи информации, и для вещания, поэтому величина амплитудных колебаний таких видеосигналов представляет большой интерес. К тому же контрольные цветные полосы настолько четко отображаются во временных диаграммах прохождения компонентного сигнала, что, увидев, как представлен такой сигнал, можно быстро проверить степень усиления его Y- и C-составляющих.
Осциллографы для компонентных сигналов позволяют просматривать и цветоразностные сигналы, часто с одновременным представлением сигналов Y, R-Y и B-Y, что напоминает рассмотренное выше представление композитных сигналов Y/C. Цветоразностные сигналы заслуживают того, чтобы на них обращать внимание, чтобы зафиксировать, когда они приблизятся к предельным значениям, которые соответствуют ограничению сигналов цветности и образованию недопустимых цветов.
В процессе производства обычно задается временная шкала - горизонтальная скорости развертки, причем можно сделать так, что по всей ширине экрана будет отображаться длительность одной строки развертки. В этом режиме амплитудные изменения каждой строки развертки (или, по крайней мере, всех строк развертки одного поля кадра) изображения будут налагаться друг на друга. Такой режим представления позволяет увидеть изменение яркости по всему полю изображения при максимальном увеличении деталей.
В других режимах на дисплей можно выводить два поля кадра или две строки (см. рис. 2в), что может оказаться полезным в тех случаях, когда возникает необходимость проверить длительность горизонтального гасящего импульса и горизонтальной синхронизации, так как они располагаются точно посередине экрана осциллографа. В двух полевом режиме, изменения отображаются сверху вниз (см. рис. 2г), а не слева направо, как при представлении сигнала яркости. Некоторые модели контрольных осциллографов позволяет отслеживать кривую для одной строки развертки. Но этот режим чаще используют при проведении технических работ, чем в процессах видеопроизводства.
Вертикальная шкала проградуирована или в единицах IRE для стандарта 525 строк/ 29,97 кадров в секунду, или в милливольтах для стандарта 625 строк/25 кадров в секунду. В единицах IRE уровень, при котором сигнал отсутствует, принимается за 0%, а уровень сигнала, соответствующий максимальной яркости -- за 100%.
И белому, и черному цвету могут соответствовать значения IRE, которые превышают максимально допустимые, а большинство цифровых форматов допускают запись при яркости выше 110 IRE и уровне немного чернее черного. Но обычно подобные сигналы, обрезаются в процессе подготовки материала к трансляции или записи на DVD. Контрольные осциллографы позволяют зафиксировать присутствие таких сигналов и принять соответствующие меры в процессе постпроизводства, например, уменьшить коэффициент усиления или провести мягкое усечение изображения.
Видеоинженеры часто используют контрольные осциллографы для определения освещенности сцены и яркости осветительных приборов, а операторы -- для согласования изображений, полученных с разных камер. Достойное применение они нашли и в постпроизводстве, где позволяют быстро и точно проверить и настроить изображение.
Информация, выводимая на экран вектороскопа
Мы уже говорили, что в компонентном сигнале информации о цвете содержится в двух цветоразностных сигналах. На экране вектороскопа компоненты B-Y или Cb отображаются по горизонтальной оси координат, а компоненты R-Y или C - по вертикальной. Цветоразностные сигналы являются биполярными, т.е. они могут иметь как положительные, так и отрицательные значения, поэтому начало координат, соответствующее полному отсутствию сигналов, расположено в центре экрана.
Наличие какого-либо цвета в снимаемой сцене проявляется в виде точки на экране вектороскопа, расстояние, на котором эта точка располагается от центра, показывает степень насыщенности цвета, а угол между линией, соединяющей точку с центром и вертикальной осью - его оттенок. Таким образом, вектороскоп указывает на те участки цветового спектра, которым соответствуют цвета снимаемой сцены (см. рис. 1в).
Шесть отметок в виде рамок (R, Mg, Yl, B, G и Cy) указывают места, куда должны попадать правильно откалиброванные контрольные цветные полосы. При использовании Y/C или композитного сигнала короткая горизонтальная линия, уходящая влево, соответствует сигналу цветовой синхронизации - опорному сигналу, применяемому для настройки фазы и степени усиления цветовой информации. Две короткие линии, расположенные под углом 45° напротив сигнала цветовой синхронизации, называют "пэтчами I и Q" - такие сине-пурпурные пэтчи располагаются с каждой стороны белого квадрата внизу контрольных полос SMPTE. (Очень часто эти пэтчи могут не появляться на RGB-контрольных полосах, а если и появляются, то расположены неправильно. Они представляют собой чистый цветовой сигнал, не имеющий яркости, и им могут соответствовать отрицательные RGB-компоненты!). I и Q -- это реальные цветовые векторы, используемые в NTSC для создания цветовой поднесущей. В стандарте PAL используются векторы U и V, которым также соответствуют калибровочные пэтчи на экранах вектороскопов, предназначенных для этого стандарта.
Вектороскоп - это очень полезный инструмент для проведения диагностики, без него нельзя обойтись при проведении съемок с использованием нескольких камер и при копировании видеопленок, при калибровке усилителей и другого оборудования для обработки данных. Вектороскопы продолжают использовать и при монтаже. Отсутствие большого информационного пятна в мертвой точке может свидетельствовать о том, что в обрабатываемом изображении неправильный баланс белого или черного. Небольшие различия в цветах, которые могут появиться при съемках разных фрагментов или неудачно настроенными камерами, можно легко обнаружить с помощью вектороскопа, потом они в полной мере проявятся на экране контрольного монитора. А заказчик, уж поверьте, обязательно обратит на это внимание!
Вектороскоп способен подсказать, какие настройки следует зафиксировать, чтобы согласовать цветопередачу двух изображений - провести точную настройку балансов R-Y или B-Y, подстроить тон, фазу или насыщенность цвета. Пытаться, глядя лишь на экран контрольного монитора, угадать, какой из параметров следует подстроить, - совершенно бесполезная затея, если, конечно, вы не являетесь колористом с огромным опытом работы. Хотя именно колористы чаще, чем другие специалисты опираются на данные вектороскопов, чтобы определить, что же на самом деле происходит.
Помните, что вектороскоп не дает никакой информации о яркости изображения и служит прекрасным дополнением к контрольному осциллографу. Первый предоставляет подробную информацию о цвете, а второй -- о яркости. Эти приборы часто можно увидеть, стоящими бок о бок на рабочем месте специалистов, хотя уже есть приборы, которые объединяют возможности обоих инструментов.
Представление сигналов в системе RGB
Представление сигналов в системе RGB часто используют при обработке изображения в процессе телекинопроизводства и цветокоррекции (см. рис. 1г) для оценки яркости RGB-составляющих в процентах.
Видеосигнал сигнал Y состоит из красного (R), зеленого (G) и синего (B) компонентов. При урезании сигнала Y, значения R, G или B составляющих могут превосходить допустимые, возможно также получение такого сигнала Y, в котором один из цветовых компонентов будет выходить за допустимые пределы и урезаться (особенно часто это происходит с синей составляющей, доля которой в суммарном сигнале Y составляет всего 11 %). В результате такой обработки появляются ошибки в тоне и насыщенности цвета в зоне, где проводилось урезание сигнала.
Одного взгляда на его представление в системе RGB достаточно, чтобы определить неправильную цветопередачу в изображении. Правда, исправить ее без внесения дополнительных искажений не удастся, но зато вы сэкономите время и будете выглядеть опытным специалиста перед заказчиком!
Информационный источник: http://www.digitalvideo.ru/archiv/031/3102.htm
