谈非线性编辑中的视频质量监控

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谈非线性编辑中的视频质量监控
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随着计算机软硬件技术与数字摄录技术的飞速发展，非线性编辑系统凭借其灵活的系统配置、高度的系统兼容与集成、功能强大又方便快捷的后期编辑制作方式等特点迅速普及，成为影视节目制作领域不可或缺的手段。可以预言，随着计算机软硬件技术的进一步发展和影视节目制播方式的数字化、网络化改革，非线性编辑的应用范围将会进一步扩大。
  众多的非线性编辑软件在提供了方便快捷的剪辑功能外，也大都集成了字幕制作、二维及三维特技合成等功能，使制作出来的影视节目具有丰富的画面效果。由于计算机的色彩信号处理范围与普通的电视播出及接收还原设备并不完全相同,存在部分由于计算机造成的颜色在电视还原设备上不能正常再现的现象，而在电视制作与播出领域，对广播级电视信号的指标要求非常苛刻，所以需要在编辑过程中随时注意信号指标是否符合播出的要求，其目的最终也是为了能够在观众的电视机上还原出色彩清晰逼真的图像。在非线性编辑制作过程中的视频信号技术质量与安全主要体现在显示范围与信号安全两个方面。
  Premiere是一款可以在PC机上运行的通用非线性编辑软件，它的功能较为全面，具有最广泛的兼容性，几乎兼容所有市面上的采集卡，另外拥有和兼容众多的第三方音视频插件，深受广大视频编辑专业人员和视频爱好者的好评。
; D! z1 H4 I  e+ J" Q' F0 }  2004年4月美国的Adobe公司推出了最新的专业非线性视频编辑软件Pemiere Pro 1.5，相对于以前的版本作了较大的改进，在这里我们较为关注的是其专业的色彩监控特性，本文将以该软件为例来介绍节目制作过程中视频信号质量与安全的监控方法。
: G- M5 W5 ~' ?# C7 R  1 显示范围的安全与控制
  产生显示范围安全问题的原因在于电视接收还原设备在显示视频信号时存在“过扫描”（Overscan）现象。所谓“过扫描”，简单地理解是指电视机中的扫描系统，在进行图像扫描再现时，场扫描和行扫描的幅度过大，超过了电视机画框的范围，从而使画面周围被截去一圈的现象。由于不同节目源（甚至电视台节目的每一个频道）画面的大小和中心位置多少有些不同，所以适量的过扫描是必须的。专业监视器的过扫描幅度是经过严格控制的，一般认为普通电视机的过扫描幅度应控制在5％以下。
  大部分非线性编辑软件都提供了安全框，为制作人员设计字幕或特技位置提供参照，避免因过扫描的存在而使观众看到的电视画面不完整。安全边框一般呈“回”字形，由与画面边缘距离不同的内外两个方框组成，它不会被记录或输出。
  在Premiere Pro的监视器窗口中，按下控制面板上的“安全边框”（Safe Margins）按钮后便会在监视器窗口中显示出安全边框。外围的方框称为“动作安全区”（Action?safe zone），是指超出该区域外的画面运动、转倡有可能不会被完整地显示出来；中间小的方框称为“字幕安全区”（Title?safe zone），表示该区域的字幕才可以正常地显示在观众的屏幕上。
  安全边框的大小并不是固定不变的，一般可以通过设置来改变。在Premiere中默认的动作安全区域外的范围为10％，字幕安全区域外的范围为20％，用户可以在其项目设置（Project Setting）的属性对话框中分别设置两类安全区域在水平与垂直方向上的非安全区域大小。值得注意的是，这里所说的安全区域外的10％、20％等数值，是指画面在每一条边上所占的比例，比如在水平方向上为10％，意味着画面的左右各有10％的非安全区域。
  对于Premiere Pro及其他大部分非线性编辑软件来讲，控制显示范围的方法基本上是相同的，也是比较简单的，那就是在设计过程中随时注意字幕或动作显示的位置，较为理想的方法是使用专业监视器或过扫描较标准的电视机来实时监视输出的视频信号，避免过扫描造成的画面缺失。
  在制作用于网络发布的视频节目时，由于显示方式和设备和编辑时是一致的，可以不必考虑安全区域的限制，在监视器窗口中看到的画面范围，也将是最终用户所看到的画面范围。
  2 信号安全
9 N; w0 b5 P, O9 ]7 \+ p, O  视频设备的动态范围是一定的，将信号的最小和最大幅度维持在限定范围内可以确保视频信号电平不会超出量化器的工作范围，保持正确的画面彩色平衡、对比度和亮度，可以保证画面中的亮部与暗部细节及色彩能够得到正常的还原。在节目编辑过程中保持视频信号幅度正常和相对统一也是很重要的，这样可以保证图像不会在编辑点前后引起严重的画面明暗或色彩的变化。因此，我们必须将视频信号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之内，尤其是在信号需要进行调制后再传送的情况下，调制过程将会放大原来信号的缺陷，造成更为严重的图像失真。
; J% A2 i' T. a  h- d  视频图像的质量是电视节目技术质量的首要指标，目前广泛使用的视频摄录设备提供了相当多的音视频电平自动控制电路来保证信号质量，这些自动控制电路是按预先设定的技术参数工作的，可以适应大多数拍摄环境。但这些自动功能或预先设置好的技术参数在一些特殊摄录环境下，拍摄的视频信号可能和期望的结果不一致，从而使摄录的信号可能会超出正常的要求。另外，由于摄录设备的信号通道与最终的信号传输通道存在差异，也需要在将视频信号送入传输通道前进行必要的检测或调整。
1 c' J9 y) K3 M1 ^8 ~  在传统的电视节目制作系统中，电视制作者为了制作出符合播出要求的高质量视频信号，一般使用专门的仪器实时监视和控制视频摄录的质量。常用的仪器是波形监视器，它用图形方式测量和显示视频的亮度（亮度分量）等级；另外一种是矢量示波器，它实时测量视频的色度（颜色）信息。
8 U6 z+ h3 n% M- @; t  这些仪器通常是独立的设备，即使较为便宜的也在几万元，精度高的在数十万元，在很多情况下，节目编辑过程中借助于这样的设备随时进行监控是不现实的，而且由于非线性编辑系统的高度集成性，往往会忽略对视频信号质量的检测。
  值得庆幸的是，目前运行于计算机中的大部分非线性编辑软件都提供了波形示波器及矢量示波器窗口功能，可以让用户在不需要另外增加设备投资的情况下，利用软件随时监控视频信号的正常与否。根据与中高档示波器测量结果的比较，这些软件对视频信号质量的测试精度可以和价值十几万元的专业示波器相媲美，当然，在测量的项目及使用的方便程度等方面与专业示波器是有很大差距的，但对于非线性编辑过程中的视频信号监控，一般能够满足需要。
  在非线性编辑软件中，波形监视器和矢量示波器的监测信息可以有选择地显示在监视窗口中，也有些软件具备单独的波形和矢量信息监测窗口。掌握监测与控制视频信号的基本方法，对于制作高质量的电视节目是必需的。
  在Premiere Pro 1.5中可以通过单击监视器窗口下方的“输出”（Output）按钮，在弹出的菜单中选择需要监测的类型。Premiere Pro提供的信号电平监测类型有矢量示波器（Vectorscope）、YC波形示波器（YC Waveform）、YCbCr分量示波器（YCbCr Parade）和RGB分量示波器（RGB Parade）4种。
  结合不同的输出形式，为用户调整视频信号的质量与效果提供了精确的参照，将不再像以前那样只能根据画面结果“跟着感觉走”，而是朝着专业化的方向迈进了一大步。
5 _) t5 I: ?" J7 Z9 p4 g/ v（1）利用波形监视器窗口监测视频信号的幅度
  波形监视器主要是用于监测视频信号幅度的示波器，同时还可以检测在单位时间内信号的所有脉冲扫描图形，并能以平面图的形式显示出来，可以让用户看到当前画面中的亮度信号分布情况。在要求非常苛刻的专业视频拍摄中，甚至使用专业波形监视器对拍摄场景视频的质量作现场测量。在编辑期间，常用它们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。
  我国电视台和设备生产厂家常用的计量单位是伏特（V），这种方式适于用示波器直接计量。国家标准规定了PAL/D制全电视信号幅度的标准值是1.0 V（p-p值），以消隐电平为零基准电平，其中同步脉冲幅度为向下的-0.3 V，图像信号峰值白电平为向上的0.7 V。 Premiere Pro提供的YC波形示波器窗口可以监测当前视频信号的亮度信号及叠加色度信号后的全电视信号电平。窗口中的垂直方向表示电平的高低，计量单位为伏特（V）。水平方向表明了当前画面中的亮度信息分布情况，用户可以通过单击窗口顶部的“色度”（Chroma）复选框来决定是否叠加色度信息。
% K  w0 n, r/ N( |* ~. {  Premiere Pro PAL制波形监视器窗口中的消隐电平（即黑电平）为0.3 V，按照国家规定，正常的全电视信号白电平应小于1.0 V，这种方式与习惯上的以消隐电平为参考零电平的计量方式不太一致，但比较直观，易于描述。
  原广播电影电视部（现为广电总局）在1996年底下发的《广播电影电视部电视节目录制技术质量奖奖励办法（暂行）》和《电视节目录制技术质量奖评定细则》中规定，全电视信号峰值电平不大于800 mV，亮度信号峰值电平不大于770 mV。按照这一规定，可以将全电视信号峰值限制提高到1.1 V，亮度信号峰值电平限制提高到1.07 V。也就是说，在PAL制测量方式中，当叠加了色度信号后的全电视信号幅度小于1.1 V时，我们可以认为该视频信号是安全的，是符合标准的。
" P$ Z( P& B3 H- a0 L9 `. }: x5 X9 x$ P  当视频信号幅度超过允许值时会出现一系列的问题。如果视频信号幅度过高会造成白限幅，损失画面亮部图像细节，影响画面的层次感。如果黑电平过高会使画面有雾状感，清晰度不高，图像上本来该发黑的部分却变成灰色，缺乏层次感。黑电平过低时，虽可以突出图像的亮部细节，但对于暗淡的画面，会出现图像偏暗或缺少层次、彩色不清晰自然、肤色失真等现象。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1.07 V，叠加色度信号后的图像信号最高峰值电平不应超过1.1 V，黑电平以0.3~0.35 V为正常。
  当用户建立的项目文件为NTSC制时，Premiere Pro波形示波器使用的测量单位是IRE，IRE单位是国际无线电工程师学会制定的国际通用电视电平计算法，它以消隐电平为零电平基准点，向上将0.7 V（p-p值）的视频信号分为10等分，以100 IRE=700 mV为计量单位，向下将-0.3 V（p-p值）的同步信号分为4等分，每一单元为10 IRE，该计量方式以整数为单位，非常方便。
  当使用IRE为计量单位时，日本等国家正常的NTSC视频信号电平范围为0~100 IRE