非线性编辑中的视频质量监控

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2019 年 11 月 27 日10:45:07非线性编辑中的视频质量监控已关闭评论 7858字阅读26分11秒

谈非线性编辑中的视频质量监控(Premiere)

  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。

  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Premiere 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。

  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

  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。

  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。

  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。

  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。

  (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。

  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。

  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,而美国等为7.5~100 IRE。在Premiere Pro中用户可以选择“设置7.5 IRE”(Setup 7.5 IRE)复选框将电平范围设置为7.5~100 IRE。

  (2)用矢量示波器监测视频信号的色度

  人类的眼睛在观察颜色时是主观的,并可能受到多种因素的干扰,因此,精确判断电视信号中的颜色是否被准确输出的方法就是使用矢量示波器进行测量。

  矢量示波器的主要功能是以矢量的形式测量电视信号中的色度信号或色度分量,是对彩条信号、视频信号及传输信道质量监测不可缺少的仪器之一,也是电视台内检验多路信号源在进入切换台等设备之前相位是否一致的主要手段。

  矢量示波器能将正交平衡调制的色度信号显示于极坐标中,可以借此监测色度信号的相位和幅度,并可测出微分增益DG、微分相位DP的失真情况,矢量示波器中的矢量大小(也就是距离中心的距离)代表饱和度,矢量的相位(与水平的B-Y轴所成的角度)代表色调。

  若某种颜色在矢量示波器上形成的斑点离中心越近,说明它的色度信号越弱,即饱和度就越小(或越接近白色);离中心越远,则说明颜色越饱和(颜色较浓)。颜色可以是黑色及非常饱和的,或是明亮及不饱和的,故不管是黑色还是白色,它们的颜色都位于测试图的中央。色度信号的饱和度过高将会引起色彩的溢出而影响画面色彩的真实感及清晰度,过低将使画面色彩变淡;色度信号的相位偏差将会引起偏色,从而影响色彩还原的准确性。

  有R,G,B,Mg,Cy和Yl的6个“田”字形小方框,分别表示彩色电视信号中的3种原色:红色(Red)、绿色(Green)、蓝色(Blue),及对应的3种补色:青色(Cyan)、品红色(Magenta)和黄色(Yellow)。当播放标准的75%彩条时,彩条中的原色和对应的补色等形成的斑点应出现在刻度盘对应的标有字母的方框中。各色点的矢量幅度和相位均以田字格内的十字交叉点为准,向外超出的表示有±5%的幅度和±3%相位误差,超出大角框表示有±20%的幅度和±10%相位误差。与标有字母方框相邻的方框,表示该种颜色具有100%的饱和度。正常的视频图像在示波器中形成的矢量幅度一般不应超出以上6个色点形成的多边形区域。

  当用矢量示波器监测正常的全电视信号时,显示在窗口中的图形像一团棉絮毫无规律,但实际上任一点与色同步之间的相位关系也是严格保持一定关系的,只不过彩色全电视信号的色调和饱和度是随图像内容在时刻变化而已。

  在非线性编辑系统中,矢量示波器的主要用途是用来检测由多台不同摄像机拍摄的画面在组接时的相位是否一致,这是能正确地将各个场景编辑在一起的重要方法,这就要求在每台摄像机拍摄的素材前,要先录制5秒钟的75%标准彩条信号,这样就可用矢量示波器检测它所记录的视频质量是否正常。

  另外,国家电视节目录制技术质量标准对制作好的节目录像带有明确的要求,磁带开头应预留10秒的空白,然后录制60秒标准75%彩条图像信号,同时应带有基准磁平的1 kHz正弦波声音信号,以便于在电视发射、传送和磁带录像等应用中校准整个系统的参数。

  3 信号安全控制与校正

  大部分专业非线性编辑软件都提供了广播级标准的信号控制与色彩校正功能,它们在使用方法上可能有所差异,但控制与校正的参数基本是相同或相似的。Premiere Pro1.5提供了多个内置滤镜来实现信号控制与色彩校正功能。

  3.1 利用Broadcast Colors滤镜控制视频信号的幅度

  Premiere Pro在视频滤镜(Video Effects)下的Video组中提供了一个名为广播色彩(Broadcast Colors)的滤镜,其主要功能是将一段素材的全电视信号幅度限制在广播级信号要求的安全范围之内,该滤镜共有以下3个参数供用户调节。广播区域(Broadcast Locale)下有NTSC和PAL两个选项,其默认值为NTSC,用来设置用哪种广播制式限制当前素材的信号安全范围,我国广播电视使用PAL制式,对此不再叙述。

  限制方式(How to Make Color Safe)下有4个选项,用来设置缩减全电视信号的方式。

  缩减亮度分量(Reduce Luminance)表示使用缩减图像信号中的亮度信号幅度使之变暗的方式来控制全电视信号的幅度,该方式将会使画面中超出安全范围的部分变暗而不影响其色彩饱和度,但如果这一部分图像的饱和度原来就很高,单纯的缩减亮度信号将会使该部分颜色抖动并影响清晰度。

  缩减色度(Reduce Saturation)表示使用缩减色度信号的强度使之转变为具有相同亮度的灰色的方式来控制全电视信号的幅度,该方式将会降低超出安全范围部分的色彩饱和度但不影响其亮度。

  抠除不安全区域(Key Out Unsafe)会使画面中超出安全范围的画面部分变为透明,而抠除安全区域(Key Out Safe)则会将画面中没有超出安全范围的画面部分抠掉,只留下超出要求的部分。这两种模式可以帮助用户确定当前画面中的哪一部分超出了标准要求,观察波形示波器(YC Waveform)的输出情况,从而确定缩减亮度还是色度。

  最高信号值(Maximum Signal Amplitude IRE)以IRE为单位,供用户设置对当前素材中信号进行限制的最高值,当设置100 IRE时对画面的影响较为明显;设置为120 IRE时引起信号超出安全范围的可能性比较大,其默认值为110 IRE。

  3.2 利用Color Balance (HLS)滤镜控制视频信号的相位与幅度

  Premiere Pro在视频滤镜(Video Effects)下的Image Control组中提供了一系列用于色彩控制与校正的滤镜。HLS色彩平衡(Color Balance HLS)的主要功能以HLS方式调整视频素材的色彩表现,结合录制的彩条及矢量示波器(Vectorscope),可以利用该滤镜精确调整素材的相位及幅度,对不同素材进行相位一致性调整。用户可以调整滤镜参数中的色调(Hue)数值来改变画面的相位,即在画面上表现出来的色调;设置亮度(Lightness)的数值可以方便地改变画面亮度,可以控制视频信号黑电平的数值;设置饱和度(Saturation)的数值可以降低或提高画面色彩的饱和度。

  利用该滤镜可以方便地校正视频色度信号的相位失真与幅度失真,可以调整视频信号的黑电平,也可以调出某种特殊的偏色效果。若遇到前期拍摄时白平衡出现偏差的素材,使用RGB色彩平衡(Color Balance RGB)结合RGB波形示波器(RGB Parade)进行调整会更方便。

  3.3 利用Color Corrector滤镜全面校正视频信号

  Image Control组中的色彩校正(Color Corrector)滤镜集成了多个色彩校正工具,简单易用,功能强大,是Premiere Pro 1.5版的重要改进功能之一。

  Color Corrector滤镜支持保存与载入参数设置,HSL分支集成并扩展了Color Balance (HLS)滤镜的功能,增加了对比度、Gamma校正及RGB增益等画面效果参数控制。Video Limiter分支则集成了Broadcast Colors滤镜的功能,在这里将色度与亮度信号的幅度限制独立开来进行控制,控制模式中增加了Smart Limit方式,避免由于只缩减色度信号带来的画面色彩饱和度降低与只缩减亮度信号而又造成色度信号过饱和色彩溢出的现象,最大程度地还原画面色彩原貌。Video Limiter分支起作用的前提是选择了Enable Limiter复选框。 Color Corrector滤镜的其他功能分支强调了对画面色彩效果的控制与校正功能,是在保证信号安全的前提下尽可能使画面表现更为完美,本文对此不再深入讨论。

  4 小结

  我们虽然可以利用非线性编辑软件提供的功能对素材进行多项调整和校正,但在节目制作过程中还应注意以下几个问题:

  (1)非线性编辑系统的调整与校正能力是有限的,提高画面主观质量的最有效方法仍是在前期拍摄中把好关,避免将简单问题留给后期调整而复杂化。

  (2)尽可能地避免只在计算机显示器中观察色彩效果,更不能只注意几个重要参数数值的调整而忽略了对画面的主观感受,参数只是起辅助作用,画面的主观感受才是最重要的,最好是随时将调整后的设置生成预览并输出到外接监视器上仔细观察,在监视器中看到的色彩变化才是最真实的。

  (3)字幕与背景尽可能不使用高饱和度的颜色,避免使用纯黑或纯白的颜色,使用RGB本色方式时单色值一般控制在16~235之间。

  (4)若用到一些非视频专用图形软件制作处理的图片与动画时,最好能为导入的图片或动画应用Broadcast Colors滤镜或Color Corrector滤镜,将其色彩转换到安全范围之内。

  总之,对节目的视频信号质量进行监测和必要的调整,只能保证视频信号不超出信号传输系统与还原设备的处理能力,但要制作出优秀的电视节目,除了必要的技术保证,还要在画面表现力和内容上下功夫,这才是观众最终所关注的

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