[图文]数字节目图像质量监测方法的探讨

本文作者王绍清先生，国家广播电影电视总局电影卫星频道节目制作中心技术部主任。

关键词：数字电视节目　图像质量　监测　色域越限　非法彩色

　　在电视节目制作技术标准中，既规定了主观评价标准，又规定了客观测试标准。为把握节目技术质量是否符合规定的要求，单凭主观评价是不够的，必须通过专用仪器进行客观测试。

　　在由模拟向数字系统的过渡中，记录节目信号的载体由模拟带转向数字带或硬盘。因此，数字节目技术质量的监测不能再沿用模拟节目的图像质量评测方法及监测仪器，而要按照新的技术标准，采用新的监测方法及监测仪器。

数字节目图像质量监测的新问题

　　在模拟节目制作及技术质量检验标准中，除主观评价外，只要在波形示波器上监测节目图像的全电视信号幅度和字幕的信号幅度不超过800mV、亮度信号幅度的最大值不超过770mV、底电平为0～50mV，在矢量示波器的度盘图上监测各个色条矢量的亮点都落在各自规定的田字小方格里，那么该节目图像质量的客观测试指标就是合格的。

　　而数字节目图像质量监测出现了新的问题。

　　亮度信号按传统方法和标准监测没有意义

　　在数字节目制作系统中，记录节目图像信号的设备是数字录像机等相关数字设备，节目信号从模拟转换到数字经过了取样、量化和编码三个数字化处理步骤。目前使用的数字录像机，一般量化指标是10b，最多1024个量化级。对亮度信号来说，量化后从最暗到最亮的范围就是1016个亮度级，幅度被限定在-48mV～+763mV，色差信号被限定在 -398mV～+398mV，所以亮度信号数字化后的最大幅度值被限定在763mV左右，即使信号电平再大也不再量化编码了，所以，亮度信号幅度仍按传统的不大于770mV标准检验，始终不会超标。可见，采用传统的监测标准和方法评价数字节目图像亮度信号质量已经没有意义。

　　数字节目制作中图像信号的“色域越限”、“合法”与“有效”

　　在分量信号中，不管是R、G、B，还是Y、R-Y、B-Y或者Y、Pr、Pb或者Y、Cr、Cb等，常常都要进行格式转换。例如：摄像机输出的R、G、B彩色分量信号要经过矩阵变换后转换成一个亮度信号Y和两个色差信号R-Y与B-Y，这样既便于通道传送和信号处理，又能与黑白电视兼容。因此很多演播室设备和传送系统都采用亮度信号Y和两个色差信号R-Y与B-Y的格式，而在监视器和电视机上观看图像则需要基本的R、G、B分量信号格式，因此中间环节无论怎样变换，最后还是要还原成R、G、B信号才能在用户端的电视机上显示图像。

　　然而，在这一系列格式转换过程中，极易出现信号“幅度”或“色域”超限的问题。例如：当节目信号由色差信号格式转换为R、G、B格式时，由于带宽的不同，会造成过渡上升时间的差异，致使信号幅度突变而瞬时超出R、G、B信号的有效范围，从而导致色域越限而成为非法的无效信号。因此，在数字节目制作中，信号的“色域越限”、“有效”与“合法”是不可忽视的新问题。

　　1.色域——被摄取的自然景物在电影和电视系统中再现的彩色色度范围被称为色域，在电视系统中就是视频分量信号所允许的电压范围。由于R、G、B信号的电压数值直接代表了信号的各种颜色，而且调整R、G、B信号大小就可以改变彩色色域中的任何颜色，因此，色域就是R、G、B信号电压的取值范围。如果信号电压超出这个范围，即超出色域，信号则为非法，结果有可能导致信号限幅、串扰或其它失真。

　　2.合法(Legal)——信号在特定的格式中，其电压幅度的最大值没有超出规定的容限范围，那么这个信号就定义为合法信号，否则为非法的超标信号。例如在分量信号格式中，Y的电压范围规定为700mV、R-Y与B-Y为525mV，只要Y、R-Y、B-Y信号幅度不超过这个范围，那么这个信号就是合法信号。

　　3.有效(Valid)——节目信号始终处于彩色色域之中，并且在转换为其他任意格式时始终保持是合法的信号，那么这个信号就是有效信号，否则就是无效的超标信