高清晰度电视摄像技术.docx
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高清晰度电视摄像技术
高清晰度电视摄像技术
辽宁大学广播影视学院孙伟杰
辽宁广播电视音像出版社姜征
【摘要】随着高清晰度数字摄像机在影视制作行业的应用,电视画面的质量有了质的飞跃。
高清晰度电视与标准清晰度电视在技术标准上有很大差异,因此,对高清晰度电视摄像技术要求更加严格。
如果继续墨守成规地沿用标准清晰度电视的摄像技术,那么在拍摄高清晰度电视节目时,就会遇到一些影响高清晰度画面质量的技术问题,如:
曝光、焦点、照明、构图等问题。
本文就以上问题浅谈一些解决方法和建议。
【关键词】高清晰度电视电视分辨率光导电特性伽玛特性光阑失真
（）,为了节目制作和节目交流的需要,国际电讯目前随着高清晰度简称高清数字电视制作设备
的出现,我国的高清电视发展方兴未艾,在北京、联盟和国家广电总局都制定了有关高清电视的标准。
上海和深圳已经建立高清电视试播网,每天都有高1.1国际高清电视标准
清电视节目播出。
国内其余有实力的省、市电视台、）（标准ITU国际电讯联盟推荐的HDTV
电视节目制作中心和广告公司也启动了高清电视节（）ITU-见表1。
RBT.7093,目的制作历程。
在现阶段,推广技术、积累经验、
（）培养人才以及高清制作、标准清晰度简称标清表1ITU推荐的HDTV技术参数
每行有效样点数1920播出已成为电视行业的共识。
每帧有效扫描行1080对于已经熟悉标清电视摄像技术的摄像师来说,取样结构正交取样要想拍摄高质量的高清电视节目,首先要了解高清像素形状方形像素
电视的技术标准和高清电视摄像机的特点,其次还画面宽高比16?
9
每帧扫描行数1125行要具备高超的高清电视摄像技术和解决在高清电视垂直扫描类型逐行或2?
1隔行扫描摄像中出现的一些技术问题的能力。
如:
曝光问题、逐行23.976/24/25帧焦点问题、照明问题、构图问题等。
这些技术问题垂直扫描频率29.97/30/50/59.94/60帧在标清电视摄像中要求不是很高,但是在高清电视隔行59.94/50/60场
亮度:
74.25MHZ摄像中就必须精心对待、认真解决,否则就会影响取样频率色度:
37.125MHZ高清电视画面的质量。
:
30MHZ亮度标准带宽色度:
15MHZ
量化电平8或10比特1高清电视（HDTV）标准1.2国家高清电视标准
（高清电视标准是相对标清电视制定的新的电视我国广电总局制定的HDTV标准GY/T155
与标清电视相比,高清电视的特点是,画幅标准-2000高清晰度电视节目制作及交换用视频参数
大,由4?
3变成16?
9;像素多,由几十万增加到）值见表2。
200万以上;分辨率高,由0.6K线增加到1K线。
—18—
No.4/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术综述
增强对比度控制、增强高亮度控制和三通道皮肤细
节调整。
这些手段使得摄像师通过简便的调整就可
以更加充分体现导演的意图。
HDW-750CE内臵HD-SDI输出接口,可以
满足摄录一体机高清信号现场回放的要求。
如果通
过选购的下变换板,它们也可以提供SDI和复合视
频信号输出,以适合众多现有用户的需要。
2电视的分辨率
电视的分辨率是指画面再现物体细部的能力,
即对不同色调物体的极小的相邻面积、极其细节部
分的分辨能力。
分辨率的高低直接影响着电视的画1.3数字电视技术中电视系统的表示方法面质量。
电视画面的分辨率除了受电视系统的设备在数字电视系统中经常使用1080/50i之类的表
影响外,还受照度、明暗对比度、光线性质和光线示方法,1080表示每帧有效扫描行数;50表示帧或
方向等各种因素的影响。
场频;最后是小写字母i或大写的P,i表示隔行
（）（）interlace扫描,P表示逐行Progressive扫描。
2.1分辨率的表示方法
例如:
1080/50i表示有效扫描行数1080行,场有两种方式经常用于电视图像分辨率的描述,频50Hz的隔行扫描方式,1080/24P表示有效扫描（）一种是像素数量或线条数,例如:
1K分辨率表行数1080行,24帧的逐行扫描方式。
示1024个像素;另一种是调制传输函数MTF
（）ModulationTransferFunction。
在电视技术中还经1.4高清电视摄像机的特点
（）（）常用电视线TVLine或带宽BandWidth来描高清摄像机与标清摄像机的主要不同在于扫描述水平分辨率,实际上可以把电视线和带宽分别看格式上,其它如外观结构、开关设臵和操作使用等
作为像素数量和MTF在电视技术中的专用表述。
大致相同。
以下介绍SONY公司HDW-750CE高
像素数量表达的是绝对值,它的优点是简单直观,清晰度摄像机的一些特点。
缺点是无法描述分辨率变化的趋势;MTF表达的是HDW-750CE数字摄录一体机是SONYHD2
CAM高清节目制作系列产品中的新成员。
作为两个变量间的相对关系,可以非常清楚地描述分辨1080/50i高清节目制作的前期制作设备,HDW-率的变化,缺点是不如前者简明。
750CE是继1080/24P的HDW-F900之后推出的全2.2高清电视分辨率与标清电视分辨率的比较新的前期制作设备,尤其适合中国广播电视用户的不论是高清还是标清电视,现代电视摄像机中使用要求。
其主要特点如下:
（）最多的摄像器件是电荷耦合器件CCD。
CCD是一
HDW-750CE采用了最先进的220万像素的种有限像素摄像器件,因此其分辨率受到像素数量CCD,高质量的10比特数模转换以及最新的数字电的限制。
目前高清摄像机使用的CCD水平方向像素
（）路处理技术DSP,所以它们具有更高的灵敏度,（）大约是2000个实际是1920个,标清摄像机大约更好的信噪比,以及极小的垂直拖尾电平。
即使在（）1000个实际是980个。
因此,高分辨率摄像机恶劣的环境中,它们也能保证再现出逼真的图像。
能够达到的水平分辨率为2K,标清摄像机分辨率是
HDW-750CE能提供许多先进的图像处理功1K。
不过,由于传输带宽的限制,高清摄像机输出能,如:
多点彩色矫正矩阵、增强色温平衡功能、信号的分辨率只有1.55K,标清摄像机分辨率只有
0.64K。
由于技术水平的限制,目前实用的高
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No.4/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术综述清录像机采用了带宽限制技术。
高清电视摄像机实,能如实再现景物亮度,再现值总是与被比例关系
（摄对象的亮度、色调成正比;在超过上限幅电平0际记录的电视信号水平分辨率大约相当于1.25K。
）（）.7V或下限幅电平0V以外的,景物亮度、色3曝光技术调就会突然再现成一片空白或者是一片漆黑。
光导
摄像师站在摄像机前,面对所要拍摄的景物,电曲线的直线部分是陡直上升的,故表示被摄体亮观察在一定的光线照明条件下,被摄景物所反映的（）度范围较窄,动态范围电影为宽容度有限或偏明亮程度,以及明亮程度分布的范围,然后确定曝低。
弧线表示伽玛特性,伽玛特性是非线性电路光量,确定光圈的大小,采取调整伽玛特性等措施,
（）伽玛校正电路处理后形成的曲线特性。
经过伽玛将景物亮度范围最有效的部分摄取到感光器件
校正电路处理的光导电特性呈现非线性特征,特别（）CCD的界面上,形成色度饱和、明暗适中的视频（是对比度被压缩了的高光部分增强了感光能力从图像。
）点划线到虚线范围。
在高清摄像技术中把高光部分
在实际拍摄中,景物亮度范围有时比较大,超的斜率处理称为拐点处理。
高清摄像机采用了精密过了CCD所能容纳的亮度范围,这时正确地曝光是的数字处理电路,摄像师可以通过设臵菜单精确地决定画面成像质量的关键。
曝光过度,画面反映泛分段调整摄像机的伽玛特性,以实现不同的曝光意白甚至限幅,导致画面的高亮部分层次丢失;曝光
不足,画面的层次少,尤其是暗部的层次不能主动
图达到控制画面的影调层次和高分辨率的目的。
体现。
对于高清摄像来说,我们认为正确的曝光量
应该控制在?
0.5档光圈的范围内。
3.2确定曝光值的参考工具
摄像机的曝光值一般是根据寻像器中的斑马线在拍摄现场为了精确曝光,我们可以通过彩色和自动光圈来确定的。
但在实际工作中我们发现,监视器和示波器来观察、调整曝光值。
这是保证高摄像机寻像器中的光圈检测值与镜头的刻度不能完清电视画面质量的有效措施,因此,监视器和示波全一致,不能反映出半档光圈的变化。
所以在曝光
器参数的调整就显得非常重要。
的精度方面,建议在拍摄现场增加标准监视器和示
监视器的调整。
为了调整颜色,我们首先要给
监视器输入彩条信号。
大家知道,蓝色成分是分布
应注意;特别是在照度比较大的外景拍摄时,波器在彩条信号左边的白、黄、兰、绿四个条里,在标
对高光部分层次的保留。
准的75%彩条里,相应的蓝信号在这四个条里的幅
3.1伽玛特性的调整度是完全一致的。
监视器上一般都有一个只看蓝色
的按键,我们按下去以后,只有蓝色的信号在屏幕摄像时,有时场景中的高光部分会超出CCD的
感光动态范围,拍摄成的画面在高光部分不能反映上显示出来,我们只需要调整色度,使相应的四个景物的质感,这就要通过调整伽玛特性,来取得最条亮度一致就可以了。
用这种方法,可以使监视器佳曝光效果。
比较准确地重放画面的色彩。
在正常亮度范
亮度和对比度的调整。
亮度调整是进行黑电平围内,CCD呈现理
调整,对比度调整是将亮度层次拉开。
调整亮度电想的线性光电转换特
性,如图1所示。
图平时,亮度信号是整体性的提升或下降。
如果不正
中的直线表示光导电确地调整亮度,可能在亮的区或比较暗的区,信号
特性。
光导电特性在发生重叠,细节分辨不出来。
相反,如果把对比度有限范围内,景物亮放大或缩小,暗部的基点是不动的,各个彩条的灰度发生亮度程度变化。
图1CCD的光电转换特性度与输出电平呈现正为了调整亮度的信号,需要输入三电平调整信
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No.4/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术综述
（）,要想找到准确高清晰的焦点确实比标清困难。
样号PLUGE。
三电平调整亮度的信号包括-3%
黑、0%黑、+3%灰。
调整时,应使-3%黑与0%如果摄像师把握不准,建议还是使用标准监视器,黑两个条都相对一样,但是+3%的灰条一定要能看而且越大越好。
高清摄像的聚焦技术与标清摄像的
聚焦技术有到,这就是正确的亮度信号。
Sony的BVM-D系
所不同。
正确的调焦方法如下:
列监视器本身有内臵信号发生器和三电平亮度调整
信号。
对比度调整,实际上没有一个相应的严格标高清拍摄静态镜头时,应把变焦距摄影镜头变准,可以根据环境以及感觉调到一个合适的电平。
（）焦至档焦距处即适当景别,当作定焦距镜头使但是,高对比度可能会使相应的分辨率下降。
每一用。
具体使用哪一档焦距拍摄,就应直接在该当焦台监视器都有一个相应预臵的对比度值,把对比度
距状态下精确调焦,直到寻像器中被摄主体的影像值调整到这个位臵即可。
最清晰时为止,或直至调焦基线所指示的刻度值刚示波器提供了图像的一系列窄角测光表的读数,
好等于用皮尺所直接测量出的调焦距离值时为止。
它是对相应的被摄体亮度的准确表达。
设臵示波器
标清拍摄静态镜头时,往往习惯于先将变焦环要相对容易些。
我们将黑色电平调校在示波器上
变焦至最大焦距处精确调焦,然后再将其变至预选7.5IRE的位臵。
这表明,最暗的被摄体影调在7.5
短焦距处拍摄。
这种方法不适合高清摄像技术的调IRE处而不是在0.0IRE刻度处。
其次是决定场景
焦要求,因为变焦距镜头在变焦时,普遍存在着微的曝光。
我们将18%的灰板的
量的画面漂移现象,不同焦距处的最佳焦点位臵未亮度信号安排在50IRE单位,这是通过设臵摄像机
必精确一致。
此外,使用推拉式变焦距镜头时,还的光圈、并保证照明强度与该摄像机光圈值相适宜
容易在调焦完毕后的变焦过程中,使调焦位臵在无而实现的。
设臵光圈可利用灰板,或基于使用入射
光型测光表,事先计算好摄像机的曝光系数当量。
意中被误触动而改变。
故此,在高清摄像时,为了这样,我们就得到了位于7.5IRE处的黑色电平和获得被摄主体的最清晰影像,就必须在所用焦距状该场景的光圈值。
对场景中的高光部分,可以用摄态下直接精确调焦后拍摄,否则画面的焦点将变软像机的拐点设定使它位于100IRE处。
这样,我们而影响画面的清晰度。
（在照明时就有了大约4.5的工作区间从7.5IRE
到100IRE单位,每20IRE为一个区间或一挡光5照明技术）圈。
电视画面的清晰度除了受照度而引起的光圈、简而言之,设臵示波器首先要将黑色电平设臵景深影响外,还受照明的明暗对比度和光线的性质在7.5IRE,并将灰色曝光设臵为50IRE。
然后通等因素的影响。
过照明或拐点处理,使重要的高亮度落在示波器的值得注意的是画面清晰度的高低,并不取决于100IRE单位上。
整个画面的明亮程度和采用大量的照明光线,关键
在于使用适度的明暗对比度和相应的光线性质。
5.1明暗对比度与清晰度
4聚焦技术电视屏幕上最亮部分与最暗部分亮度的比值称
作对比度。
对比度大时图像黑白分明,明暗反差大。
高清摄像机的焦点不易对准是大家反映的一个电视画面的清晰度与照明的对比度有关。
照明的对普遍问题。
其实高清的焦点问题是由高清的高清晰比度除了被摄体与背景以外,还有被摄体本身不同度引起的,因为高清的分辨率高,水平视场角比标光线方向之间的明暗对比度。
如果照明使画面的灰
清大,画面包容的景物多,景深比标清小很多,所（度等级从最亮到最暗可以分辨出的深浅不同的层
）次数愈多,那么,电视显示图像细节的能力越强,以聚焦时要格外小心。
在外景拍摄时高清摄像机的
寻像器与标清的一
—21—
No.4/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术综述清晰度越高,质量越好。
:
清电视节目照明的特殊要求。
其特点是
照明对被摄体与背景对比度的处理。
在一般情光线要柔和。
照明时应采用软光照明,尽量少况下,被摄体要比背景亮。
因为过亮的背景不仅会用硬光。
特别是用于人物脸部的光线,最好采用柔分散人的注意力,而且会使被摄体变暗,光线暗的和的散射光。
可在聚光灯前加上柔光片或纱网使光区域其立体感和细节部分的显示就差,清晰度就必线变软。
然降低。
对照在被摄体上不同方向的光线照明也要布光要匀。
就是演区的光线要均匀。
在布光时,正确地控制其明暗对比度,使最亮部分与最暗部分不同方向的光线照向演区时,同一方向光线的照度的影调层次得到充分的体现。
任何过渡暗和过渡亮要一致,以保证摄像机变换机位连续拍摄时,前后的光线都能掩饰图像的细节,而使画面模糊。
照明
画面影调的一致性。
因此,电视照明的均匀性是指的明暗对比度对高清电视来讲显得更重要。
演区的照度和反差的一致性。
5.2光线性质对画面清晰度的影响
光比要小。
光比小就是要调整被摄对象与背景、物体在高清电视画面上呈现的清晰度,不仅与
被摄对象本身各个不同方向灯光的相对亮度比,以光线的对比度有关,而且同光线的性质有关。
光线
性质的硬与软对物体外观的清晰度同样有很大的影及画面中不同的物体之间的相对亮度比。
高清电视响。
值得注意的是照明光线性质的选择,是由物体照明的光比一般为2?
1-3?
1,但随着光线角度的不表面结构决定的,即物体表面结构不同,其采用的同和我们需要突出的重点应增大或缩小光比。
高清光线性质也应该不同。
一般来说,粗糙物体的表面电视照明的光比要小,是与电影照明相比较而言的。
宜用硬光照明;光滑的物体表面宜用柔和的散射光画面的透视感要强。
透视感与很多因素有关,照明。
在电视拍摄时,我们会发现在阴天下拍摄的但高清电视照明必须要注意影调与色调的阶调变化,景物因没有影子而显得平淡呆板,表面质感消失,着力于立体感、层次感、空间感的表达,这是高清而一旦受到阳光的逆向照射,物体轮廓就会立即脱照明区别于标清照明的显著特点。
颖而出,可见,光线性质对画面清晰度有很大的影
6画面构图的特点响。
从画面的总体效果来说,由于硬光能勾划出被在画面构图方面,高清电视和标清电视是非常摄景物的轮廓,质感十分明显,所以使我们感到空相近的,只有一些小的差异,就是画幅的不同,即间感强;而柔光照明很容易产生平淡的无立体感的16?
9和4?
3的画幅问题。
我们如果要用高清拍摄,图像,因而就不能提供最佳清晰度。
标清播出,一定要注意构图的画幅结构问题。
高清但从画面的局部效果来说,由于硬光造成的过（电视下变换成标清电视时16?
9画幅变成4?
3画大的明暗反差,可能会使物体细部的再现能力降低。
）（幅,有三种模式:
信箱模式上下会出现黑边,有而柔光所造成的细腻的影调层次,能提高我们对物）（效画面范围变窄;压缩模式横向压缩使图形变体细部的分辨能力,故此,感觉画面清晰度高。
高）（形,但是全部信息都出现在屏幕中;切边模式左清摄像照明时应使用较软的光线,这对提高画面的）右两边的信息被去掉,画面内容不完整。
我国观众清晰度十分有利。
总之,画面清晰度是由很多因素已习惯信箱模式。
决定的。
照明光线的明暗、软硬和方向的选择,应16?
9和4?
3画幅所带来的取景问题。
摄像师如
能准确掌握4?
3取景的范围,便可以用16?
9的高清
摄像机拍摄,比较方便地生成完整的4?
3的图像。
通常采用在摄像机的寻像器中加4?
3的标识框来解
这样才能提高,根据我们要突出的重点和景别而定决这个问题。
此外,由于使用了16?
9模式取景,在
画面的清晰度。
镜头处理上与常规的4?
3模式也有较大的区别。
水
5.3高清电视的照明特点平方向视角的变大导致水平运动的物体在屏幕上停
高清电视节目本身的特定技术条件,决定了高
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No.4/2004MOTIONPICTURE&VIDEOTECHNOLOGY影视技术综述留的时间变长,考虑到人眼的视觉感受,可要求摄,可以将画面的影调调整到与通过以上的调整
电影效果极为相近的程度。
尤其在画面的暗部和灰像师加快摄像机镜头的摇摄速度,以加快镜头节奏。
部过渡部分,与电影画面相差无几;高光部分的差7电视电影画面质量的调整技术别还是比较明显的。
但是,如果在摄像机上使用电
用高清摄像机,若想拍摄出电视电影的画面效影镜头,效果会有明显改善。
至于景深的差异,可果,首先要清楚电影画面的效果是什么样的。
电影以通过加大相应档位的光圈或使用相当的长焦距镜与电视相比,画面的细节比较柔和自然,灰阶的过头来弥补。
渡比较平缓,因此层次比较丰富。
在图像高光部分,7.2轮廓清晰度的调整
由于胶片的宽容度比电视的宽,因而保留了大量的由于CCD上的感光单元在水平方向和垂直方向高光部分的细节层次;而在低照度区域则压缩幅度都是分离的,所以它在这两个方向上都是以抽样的
方式传送图像信息的。
这样,在重现图像时沿着水较大,显得整个画面比较灰暗。
平和垂直方向的黑白突变处就变模糊了,同时因为通过以上对电影画面效果与摄像机画面的比较
高频信号幅度下降而使图像细节变模糊。
这种现象和分析,我们就可以利用摄像机的强大的画面调整也称为孔阑失真。
能力,去有目的营造电影画面效果。
孔阑失真的特点是只有高频幅度降低,而没有
7.1画面影调与反差的调整相位失真。
因此,它必须用特殊电路进行校正。
这
画面影调与反差,可以通过伽玛菜单的调整,种电路就是轮廓增强电路,通过提高图像信号上升使画面的质量得到改善
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