【摘 要】 阐述了电视图像拍摄指标优化技术应用背景。分析了分量信号转换为RGB信号时合法与有效的理论根据，以及利用菱形显示寻找图像 RGB色域的变化趋势。介绍了利用波形多功能监测仪等工具进行图像拍摄比对组实验方法，提供了获得优化指标的摄像单元组合参数实际有效成果。
【关键词】 菱形显示?有效?合法?RGB?YPbPr?色域?光圈?快门
目前，电视行业正在面临一场变革，从过去传统的模拟电视向数字化、高清化和网络化发展。在整个录制过程中，一方面要求画面清晰透亮、色彩柔和又艳丽、质感细腻、层次丰富；另一方面要求节目拍摄指标不出现超标现象，整个节目色调合理，信号幅度标准统一，由此产生了数字电视的图像拍摄指标检测手段和优化技术的新课题。在节目技术审查实践中，我们深切感受到前面所述的这种制作图像质量方面的矛盾：很多节目拍的很鲜亮，但往往都是指标超了，导致技术审查不能通过；而那些指标合格的节目，更多的是画面的主观感受比较差。自从使用泰克波形多功能监测仪后，在电视图像波形的检测方面手段更加先进，对上述问题的感受也更加深刻。
本文围绕着Tektronix公司的波形多功能监测仪以及广播级高/标清摄像机展开。笔者通过分析如下理论原理：为什么对于合法的YUV信号来说，在还原成RGB信号之后常常出现不合法的情况？哪种合法的数字YUV信号，在还原成RGB信号之后仍然有效。以此同时进行大量室内和室外图像拍摄及指标测试的实验，同时在实验比对组设置了许多项拍摄设备技术参数的变化。进而总结出能够既保证指标不超标（合法），又提高主观评价效果的有效优化图像拍摄质量的摄像单元技术参数设置方法。
一. 电视图像拍摄指标的分析
在当前为满足模拟传输通道和模拟播出的要求，广电总局制定的行业标准GY/T 223-2007《标准清晰度数字电视节目录像磁带录制规范》中规定了视频信号的等效模拟参数。
在电视摄像单元中，信号的转换过程大致为（忽略模数变换）：光电转换之后形成RGB信号，接着经线性矩阵变换成YPbPr信号，而后经复用变
换成并行的数据流送去记录单元，最后用移位寄存办法变换成SDI（或HD-SDI）信号输出。从R103-2000标准的规定来看，当YUV信号恢复为RGB信号后，只要R、G、B信号分别在-5%-105%的范围内（即上限为735mV、下限为-35mV），并且亮度信号在-1% to 103%（即上限为721mV、下限为-7mV），即被认可为合法信号。但是按照规定Y信号的最大和最小电平分别为763和-48mv，Pb和Pr的最大电平和最小电平是398和-398mv。实验也证明对任何SDI视频信号：Y的最大值不会超过763mv，最小值不会低于-48mv，Pb和Pr的最大和最小值也不会超标。所以在摄像单元中光电转换通道形成的RGB信号转换为YUV信号时，理论上是不会超标的，因此传统意义上对YPbPr的最大值和最小值的监测在数字领域没有任何意义，而有意义的是合法的YPbPr是否能产生最有效的图像。如果视频信号在其使用格式中，信号电压在规定容限之内，该信号合法。超出规定容限，则为非法信号。这是由于RGB信号与YUV信号各自彩色空间区域有较大差异所致，RGB信号是独立的，而YUV信号不是独立的，见图1。
从图1可见，在R'G'B' 域中，无论是超出上限还是超出下限的任一通道信号均代表无效信号，这是因为彩色落在有效色域之外，它也是非法的，因为有一个或多个分量超出了合法的容限。而在YPBPR域中，只有大约25%的取值可能存在于RGB彩色色域中，也就是说有约75%信号在转换后是无效的。所以有必要明确和强调合法和有效的定义。
所谓合法是指：信号在其使用的特定的格式中，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。 所谓有效是指：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，那么该信号就是有效的信号，否则就是无效的超标信号。
根据ITU-R BT.601规定 ，YPBPR信号的方程式为：
Y’ =0.299R’+0.587G’ + 0.114B’
R’-Y’=0.701R’-0.587G’-0.114B’
B’-Y’=-0.299R’-0.587G’+0.886B’
经转换为:
Y' = 0.587G' + 0.114B' +0.299R'
Pb = 0.564(B'-Y')
Pr = 0.713(R'-Y')
例如，如果对图2的YUV信号转换为RGB信号，就会出现无效信号。
R'=Y'+1.403Pr
R'(4)=0.37+1.403X(-0.3)=-0.05(mv)
G'=Y'-0.344Pb-0.714Pr
G'(5)=0.27-0.344X0.24-0.714X0.3=-0.027(mv)
B'=Y'+1.773Pb
B'(2)=0.56+1.773X(-0.35)=-0.06(mv)
这是因为图2中的YUV信号的亮度通道存在失真，其相对增益只有90%。当这种失真的信号转换为RGB格式时，却产生了一个非法信号：所有的三个分量均延伸至信号电平允许的最小值以下。由于这种失真的色差信号不能转换为合法的RGB信号，实验证明对所有的标准测试信号，也只有彩条信号是有效信号。数字视频信号源之Y,PB,PR, 在还原成R,G,B时也同样会产生无效信号,即非法彩色信号。 Y,PB,PR 仅仅是中间信号, 是由数学公式产生的信号,并非是最后还原图像的信号。R,G,B信号源之于图像, 最后由它还原成图像。防止非法彩色是提高数字视频质量的一个新课题。
