【摘要】 寫作本文的目的，是試圖從理論上解釋實際工作中遇到的一些色域超限現象，同時希望幫助同行技術人員找到解決問題的方法。
【關鍵詞】 電視節目制播  色域信號R、G、B、色域超限  分量信號  色飽和度

    在節目制播的過程中，經常有一些奇怪的現象困惑著電視工作者：在演播室得到的視頻圖像非常清晰，即使幅度并不大，但在觀眾的電視機上反映出來的畫面卻一片朦朧，毫無層次感；演播室的光照亮度會直接影響接收畫面的層次感；在字幕機上做出精美鮮艷的圖片，播出后卻感覺彩色死板。隨著電視信號制播的數字化，視頻信號經常在模擬、分量、數字之間轉換制作，這種現象越來越明顯多見。是什么原因導致這些現象的發生，答案是拍攝、制作、播出、傳輸的某些相關設備發生了非線形失真，在信號轉換的過程中出現一些信號分量丟失，或者是在制作節目的過程中，由于信號格式的改變導致色域超限，以至于用戶家的電視機無法顯示某些圖像部分。
    仔細分析目前的電視制播線路可以看到，從攝像機到電視顯像管的信號傳輸過程中，電視信號在不同的格式之間進行轉換，在RGB格式與色差信號格式中，信號都是分三路進行傳輸及處理的，SDI信號的本質也是由色差信號采樣而來，在進行剪輯等后期制作時也要將色差信號分離后進行處理。
    * 在圖像fyyb@gdmc.edu.cn信號格式的各種轉換中，依據的是幾個眾所周知的轉換公式，RGB信號轉變為色差信號：
　　　Y=0.3R+0.59G+0.11B
　　　R–Y=-0.7R–0.59G–0.11B
　　　B–Y=-0.3R–0.59G+0.89B
色差信號轉換為RGB信號：
　　　R=Y（R–Y）
　　　G=Y–0.51（R–Y）-0.19（B–Y）
　　　B=Y（B–Y）
    根據公式，從理論上講，不會出現任何信號丟失的現象，但實際的電路制作只能盡量達到理論上的要求，而不可能完全一致。這樣，在信號分解的時候，每一個處理信道容限內的誤差都會帶來各路分量信號的不同變化，當信號最后傳輸到用戶接收終端顯示的時候可能會出現局部色域R、G、B小于零或者太大的情況。
    為了徹底了解問題產生的原因，首先讓我們簡單回顧一下色域、色差及模擬復合信號的各種信號容限，色域系統中，R、G、B的幅度上限為700mv，下限為0mv。色差格式時，亮度信號Y的允許范圍是0mv至700mv，色差信號的范圍是-350mv——+350mv。在色差格式范圍內的信號，轉換到色域系統中可能會出現大于700mv或為負的情況，這種信號實際上是無效的。
    電視系統在傳輸黑白圖像時，因色度信號為零，R、G、B相等；傳輸彩色圖像時，色域中的三基色電壓不會相同，若三個值都不為零，則說明該傳送的彩色是非飽和色，因為其中必然包含有由相同的三基色量所組成的白色成分。若三個值中有一個或兩個為零，則所傳送的彩色為飽和色。R、G、B信號的電壓數值直接代表著各種顏色，因此通常把色域當作是R、G、B信號電壓的取值范圍。R、G、B信號的電壓數值接近所規定的電壓范圍即色域限制，盡管在給定的圖像監視器上能夠得到所希望出現的彩色值，然而在后續的信號處理傳輸接收過程中，可能會因某路信號受到限幅或壓縮，從而導致接收電視機上的彩色顯示失真。色域超限多發生在飽和色或接近飽和色的區域，我們以黃色為例，圖像為飽和黃色時，R=G=1（對應700mV），B=0，其亮度信號和色差信號分別為：
　　　　　Y=0.3×1+0.59×1+0.11×0=0.89
　　　　　R–Y=1–0.89=0.11
　　　　　B–Y=0–0.89=-0.89
    如果剪輯等設備的亮度信道有些失真，其相對增益只有90%，而兩個色差信道正常，此時，Y=0.89X0.9=0.801≈0.8（以0.8計），這時色差格式信號處于正常范圍，但圖像信號處理完后傳輸、經過譯碼矩陣轉換為R、G、B信號，讓我們看一看色域的值是多少：
　　　R=Y+（R–Y）=0.8+0.11=0.91
　　　B=Y+（B–Y）=0.8–0.89=-0.09
　　　G=Y–0.51（R–Y）-0.19（B–Y）=0.8–0.51×0.11+0.19×0.89=0.913
    顯而易見，B已經為負數，不用對應具體的電壓值，我們知道這種信號在電視機上是不可能正確顯示的，以此類推，如果圖像是這個色度區域的漸變色，我們只能看見一塊沒有層次的黃斑。
    其實，在模擬復合信號系統中，也可能會出現這種現象，我們注意PAL彩色電視制式的全稱：逐行倒相正交平衡調幅制。它是將壓縮后的色差信號之一（V）逐行倒相，再分別（U、V）對應正交的兩個副載波進行平衡調幅。模擬信號系統同樣存在色差格式的信號，但是由于Y、R-Y、B-Y一般都是經過處理后疊加在一起，單一分量發生失真的可能性太小，所以以前沒有考慮過這個問題。
    同樣，在制播信道中的模擬-數字轉換也會帶來這種變化。當色差信號幅度變得太大或者太小時，色差信號轉換為SDI信號，由于采樣的上下取樣點的限制，當信號超出采樣范圍時，轉換設備將以最邊緣的門限幅度采樣，也會引起圖像失去層次，根據601采樣標準規定各信號采樣點電平門限如下：亮度信號最高采樣幅度762.2mV,對應碼字為3FB，最低-48.7mV，對應碼字為004；色度信號最高采樣幅度為395.3mV，最低-396.8mV。
    模擬復合視頻信號中有許多色飽和度太大的信號，即使不考慮信號信道的失真，使用同樣的推算方法也會發現經過不同格式轉換后色域信號超限。基于以上原因，在數字信號系統中：原模擬電視中除了百分之七十五的彩條信號之外的所有測試信號在經過模擬到串行分量數字信號的轉換后都會出現色域超限導致信號丟失的現象，比如以前經常使用的多波群信號等。還有100%的彩條，在全模擬系統中，我們就發現通常實際景物很少出現100%幅度、100%彩色飽和度的情況，而且由這類信號組成的色度信號幅度太大，若再與亮度信號疊加，會造成信號動態范圍過大，在傳輸中容易產生失真。因此，我國“彩色電視暫行制式技術標準”規定使用75%幅度、100%飽和度信號作為標準測試信號。到了數字時代，三個色差分量經常分開處理，100%的色度經過我們多次的實驗證明，通常用的字幕機以及非編設備上的三基色色飽和度一般設定范圍為：0-255，其255的設定值相當于100%彩條的色度信號幅度，如果其圖像漸變色最終目標為255，在接收終端將看不見顏色的過度，而只能看見一塊色斑。完全有效的最高設置是255×75%=191.25。這樣，它的有效設定范圍就是：0-191。
    另外，有一個非常有趣的現象，在演播室，同樣的燈光效果下，同一個播音員穿不同的衣服，會出現色域越限的現象。相反，不同的燈光效果下，同樣的場景會有不同的表現，也可能出現色域越限的現象。
    演播室中播音員經常穿的紅色的外衣，當燈光加亮時肩部會出現不正常的橙色，甚至變白，我們實驗的時候讓攝像機拍攝一塊純紅的背景，當燈光由全暗向超亮過度的時候，可以在向量示波器上看到波形為一條線從中心（黑點）向R方向延伸，出現色域超限后，它會向G方向稍微偏移，最后再向中心點（白點）收攏。從理論上講，所有取得的信號都應該在色度圖中心白點（W）與100%飽和度R點的聯機上，它的色調不會發生變化，R、G、B的信號幅度波形應該是R從零開始到最大，然后G、B同時同量增加。但實際上PAL系統的色度三角形R、G、B頂點不在馬蹄形的色度圖的r、g、b等色調線上，R偏向g的方向，因此，我們總是看到G信號先增加，而且一直比B信號大一點，此時圖像出現橙色，直到R、G、B等幅出現白色。
    所以，演播室中應該注意根據不同的主持人及主持人不同的穿戴調節不同的燈光以避免色域超限；盡量不要將所有的燈光直射主持人、講臺等同一個位置。實際應用中泰克公司的WVR611A多功能波形監測儀是比較方便的設備，它能夠直接對色域超限進行報警，便于現場燈光與信號的調整。