视频色域及安全色.docx

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视频色域及安全色

原文位置：

视频色域及安全色整理：

默漠

1.一、色域

色域ColorGamut，指颜色的范围，颜色种类多少的总和。

具体讲，色域就是指特定设备如摄像机、显示器、电视机、打印机、印刷设备等在特定颜色格式下所能表现的颜色总和。

自然界中，可见光谱具有最大的色域范围，该色域范围包含了人眼所能分辨的所有颜色。

色域，也指对颜色进行编码的方法格式。

在工程技术领域，一个特定的设备系统，往往选定1-2个常用的颜色格式，量化界定其所能够表现的颜色总和。

为了能够直观的表示色域这一概念，CIE国际照明协会制定了一个用于描述色域的方法：

CIE-xy色度图。

在这个图坐标系中，各种显示设备所能表现的色域范围用RGB三点连线组成的三角形区域来表示，三角形的面积越大，就表示这种显示设备的色域范围越大。

目前，在不同的设备领域，还有一些不同的色域标准，而在广播电视领域，最常用到的则是NTSC色域标准。

NTSC色域标准，是NTSC电视制式的一部分。

因为NTSC色域标准使用比较广泛，所以已经成为衡量各种显示设备，特别是衡量电视机色域表现能力的一个标尺。

但是，NTSC色域范围仍然是一种局限性比较大的标准，其空间相对较小，因此也受到了其它色域标准的竞争压力。

NTSC，是NationalTelevisionStandardsCommittee（美国）国家电视标准委员会的缩写。

NTSC标准产生以来，除了增加了色彩信号的新参数之外没有太大的变化。

NTSC标准，定义帧速为30/S或60扫描场，并且在电视上以隔行扫描。

每秒29.97帧（简化为30帧），电视扫描线为525线，偶场在前，奇场在后，标准的数字化NTSC电视标准分辨率为720×486,24比特的色彩位深（24位深能够表现约1670万种不同的颜色。

由于普通人的眼睛仅能区分约1200～1400万种不同的颜色浓淡和色调，所以24位颜色也叫作“&ldquo；相片”彩色或真彩色。

通常，24位彩色通道都分配了8位数据，也就是说：

红，绿，蓝，这三种原色每一种都可以有256种变化。

），画面的宽高比为4：

3。

NTSC电视标准用于美、日等国家和地区。

色深，是一个容易和色域混淆的概念。

目前，就主流的液晶电视面板而言，大都采用的是RGB每种原色8bit的色深。

SONY推出10bit液晶面板驱动显示技术，有人就认为会带来更宽广的色域显示，而这恰恰是一个误区。

对特定原始信号而言，采用高bit驱动显示技术，好处是所显示色彩的精度会大大增加，但并不会提升显示设备所显示出的色域范围。

现在，由于平板电视机内部都是采用数字技术处理，所以每种色彩都会二进制数值来表示。

以8bit为例，一个8位的2进制数可以表示从0-255共256个数值，即某种色彩有256级差别；而采用10bit后，则表示的数值范围会扩展到从0-1023，可以描述出1024个色彩级别。

但，对特定原始信号而言，用更高色深来进行处理显示，只是相当于用更加精确的数量级来描述原始信号而已，它不会改变原始信号本身的色域范围。

所以，高色深只能让显示设备显示的色彩更加精确，色彩之间的过渡更加平滑，而对色域并没有什么提升作用。

广色域，是相对于目前主流的平板电视机而言的概念。

目前，市面上最常见的液晶电视机，所能表现的色域范围一般都不大，普遍在NTSC色域70%范围左右，还不能提供很好的色彩效果。

因此，为了提升电视机的画质，实现高质量的色彩显示，电视机厂商们想方设法开发各种新技术，增加电视机表现的色域范围，实现比正常NTSC色域70%高的色彩范围。

提到广色域，不得不说现在比较热门的一个标准，那就是xvYCC色域标准。

xvYCC，是ExtendedVideoYCC的简称，用于表示扩展影像的色彩范围。

自2005年日本电子信息技术产业协会（JEITA）把xvYCC规范提交给CIE国际照明协会后，就被采纳并成为新一代显示设备的色彩规范。

因此，现在在一些比较新的电视机上，都能看到对xvYCC色域的支持。

例如，索尼推出的X系列、W系列BRAVIA液晶电视等。

广色域电视机，现在还是一个比较笼统的称谓。

一般来说，只要色域范围达到NTSC标准80%以上的电视机，就可以称之为广色域的电视机。

相比普通的液晶电视机，广色域电视机的优势主要体现在所能呈现出来的色彩更加丰富、更加鲜艳，能大幅度提升用户的视觉感受。

因此，在实现了全高清分辨率之后，广色域成了广大电视机厂商所追求的热点。

如何实现电视机的广色域显示，目前业界的共识就是采用LED背光技术，并且认为这是提高液晶显示器色域范围的最佳办法。

LED（LightEmittingDiode），即发光二极管，是一种半导体固体发光器件。

LED的发光原理是：

利用固体半导体芯片作为发光材料，当两端加上正向电压，半导体中的载流子发生复合引起光子发射而产生光。

LED可以直接发出红、黄、蓝、绿、青、橙、紫、白色的光。

液晶显示器的液晶，本身是不会发光的，而是靠透过背光的光线来显示图像的。

因此，背光模板对色域具有决定性的作用。

目前，主流的CCFL（冷阴极背光灯）由于受到发光范围限制，无法让液晶显示器达到宽广的色域显示范围。

因此，目前主流的液晶显示器的色域范围还只有NTSC色域范围的70%左右，即使采用改善的设计令其拥有更大一些的色域范围，但效果并不是非常理想，同时还有可能带来降低灯管寿命的后果。

针对CCFL（冷阴极背光灯）的缺点，LED发光二极管就被寄与了厚望。

与CCFL冷阴极荧光灯相比，LED发光二极管具有宽色域、白点可调、高调光率及长寿命等优点。

目前，主要有反馈型LED背光源、结合型LED背光源两种。

LED背光源，可以经过lightguide分散，然后通过反射镜进行反射后达到一个统一的亮度，并可通过随机软件对色彩的背光进行全部控制，再也不需要对灯管的缺点进行补偿就可以达到一个真正完全的白色光源效果。

在内置传感器的帮助下，用户可以根据自己的需要在SpectraView中对背光进行调节，让色彩更加丰富，能够提供普通LCD不能呈现出来的色彩范围。

目前，采用LED背光的LCD色域范围都可以达到110%以上。

二、安全色

安全色，是电视广播显示领域的一个专业技术标准概念，它规定了用于电视广播显示标准的色阶范围，把符合电视广播显示标准色阶范围的颜色定义为安全色。

其实，安全色在这里是一个基于CRT传统电视机和标清电视广播显示系统的一个技术标准，这在历史上的昨天和今天还未淘汰的复合同步视频信号传输显示系统中是必须的。

为了定性量化分析安全色，专业技术人员引进了IRE概念。

IRE，是一个在复合同步视频信号中使用的测量单位，它是以创造这个词汇的组织——“无线电工程师学会”来命名的。

IRE把视频信号的有效部分——视频安全黑色（黑电平）到视频安全白色（白电平）之间平分成100份，定义为100个IRE单位，即0～100IRE。

根据IRE定义，NTSC制电视的安全色，从黑到白的色阶范围被量化限定在7.5～100IRE之间；PAL制电视的安全色，从黑到白的色阶范围被量化限定在0～100IRE之间。

IRE行业量化的视频色阶值，要通过专用的视频示波器才能准确的显示和读取。

视频示波器，以IRE定义的标准来进行动态波形显示，它是有效保证视频符合行业标准质量的有力工具。

目前，电视广播系统处于高标清同播时代，在传统标清系统的基础上要完全实现数字高清化，还需要一个更新换代的数字化过程，复合同步视频存续和老电视机还未彻底淘汰，决定了IRE还将在一些领域范围内存续和被使用，特别是用于电视广播播出的复合视频要以此标准来进行控制整理。

但是，这并不是说所有的视频都必须要严格按照IRE标准来控制整理。

其实，随着宽色域、高动态电视机、显示器及其系统的应用，我们完全没有必要拘泥于IRE定义标准的限制，一个实际存在和可行的情况就是在电脑等新型媒体上显示观看的视频，完全可以而且应该按照RGB色彩模式的标准来进行控制整理。

RGB，是工业界的一种颜色标准，通过对红、绿、蓝三个颜色通道的变化以及它们相互之间的叠加来得到各式各样的颜色。

R代表红色、G代表绿色、B代表蓝色。

这个标准，几乎包括了人类视力所能感知的所有颜色，是目前运用最多的颜色系统之一，被广泛应用于数字计算机等领域。

在RGB标准中，最常用的是RGB24，用24位来表示一个像素，RGB分量每个通道8位，取值范围0-255，最小值0，最大值是255，每个通道可以实现256个色阶级，三个通道的色彩空间可以表现256×256×256≈1670万种颜色。

假如，每个通道采用16位，就能在相同范围内实现更高、更精确的色彩密度。

IRE与RGB的对应关系是：

0IRE，对应RGB值16、16、16；100IRE，对应RGB值235、235、235。

很显然，RGB的色阶层次要比IRE的色阶层次丰富。

因此，当显示设备及其系统都达到新的要求了，我们还有什么理由死抱着IRE标准不放呢。

电视台的摄像和编辑人员确实应该按照标准来控制整理播出视频，但没有必要完全以电视台播出的标准来要求婚庆等显示观看的视频，因为婚庆等视频一般都不是为电视台播出而拍摄整理的。

EDIUS非编系统，内置有视频示波器。

在缺省值情况下，黑色色块0IRE，由于安全色约束范围的限制,对应RGB值16、16、16；白色色块100IRE，由于安全色约束范围的限制，对应RGB值235、235、235。

EDIUS非编系统，在缺省设置时是顾及了IRE安全色范围限制的。

RGB色彩模式，最小值是0，最大值是255。

所以，RGB在理论上可以做到比0IRE黑色块“更黑”的极限值0、0、0，也可以做到比100IRE白色块“更白”的极限值255、255、255，色阶层次更丰富。

在EDIUS编辑系统中，可以强行手动更改极限值。

但是，更改后就会有超标警告。

如：

当RGB值是255、255、255时，最白色的IRE值正超标：

达到109.1IRE；当RGB值是0、0、0时，最黑色的IRE值负超标：

达到-7.3IRE。

0IRE，是画面处于消隐期间的电平，被定义为零基准电平。

同步脉冲电平，通常是0值以下负40IRE。

因此，由于峰峰值的因素，“极度”白的电平值应为140IRE。

从视频电子学的角度来说：

PAL制视频就是以消隐电平为零电平基准点，向上将0.7V（pp值）的视讯信号分为10等分，以100IRE=700mV为计量单位，瞬间不超过0.8V（pp值）。

PAL制与NTSC制，标准是不同的：

NTSC制，从黑到白的范围限定在7.5～100IRE之间；PAL制，从黑到白的范围限定在0～100IRE之间。

因此，不同项目，要注意IRE允许范围。

以前的CRT电视，不能全方位地显示PAL制或N制所规定的IRE范围以外的“过黑”或“过白”图像。

所以，过低或过高的IRE会使细节丢失，这就是“安全色”要限制在0～100IRE范围内的原因之一。

目前，电视广播的播出标准还沿袭着这个限制标准，所以拍摄整理用于电视广播播出的视频时还要以此标准进行控制整理。

否则，超标后会出现如下问题：

视频信号幅度过高，将造成白限幅，即把高于100IRE的视频信号限制住，在示波器上显示为波形图削顶，在电视广播系统播放时会引起画面亮部细节的损失，从而影响画面的层次感。

黑电平过低，将造成黑限幅，即把低于0IRE的视频信号限制住，在电视广播系统播放时会造成画面有雾状，丧失清晰度，使本来有些发黑的细节却因限幅而变成灰色，层次感也丢失。

可见，不仅音频有0dB过载规格化的调整技术，视频同样有如此相似的技术。

暗部“安全色”在正常限度内，视频示波器暗部监视线在0IRE处，此处对应RGB值是16、16、16，表示此时此处的黑色为视频的安全黑色，即0IRE为视频安全的“全黑”色；

暗部“安全色”超标时，视频示波器暗部监视线明显低于0IRE这条线，-7.3IRE处即RGB值为0、0、0的最黑色，视频负超标。

亮部“安全色”在正常限度内，视频示波器亮部监视线在100IRE处，此处对应的RGB值是235、235、235，表示此时此处的白色为视频的安全白色，即100IRE为视频安全的“全白”色；

亮部“安全色”超标时，视频示波器亮部监视线高于100IRE这条线，109.1IRE处即为RGB值是255、255、255的最白色，视频正超标。

EDIUS编辑系统中，除了内置有视频示波器，还内置有矢量图测量仪。

在调整视频色彩时，应特别注意矢量测试仪中6个田字格方块，应确保色彩指标在田字格形成的圆圈包围之内，尽量不要超出这些田字格，确保所编辑的视频色彩符合电视广播播出标准。

对视频进行安全监视有必要吗？

是有必要的。

专业的编辑系统，都会监视IRE超标的情况。

毕竟，电视广播播出级的视频要求要适应到千家万户。

广播级的视频编辑、发行，有严格的规定，必须在正常信号之前，录制（尤其是磁带）几秒钟的标准彩条信号以及1KHz音频信号，用以使设备检测相位的正确性，使其同步以及协调。

目前，整理播出的视频影像，包括素材、字幕、特技等，还应遵循NTSC或PAL的IRE规定，若以RGB值为参考最好限制在16～235之内，即控制在0～100IRE范围内。

视频安全色，最黑色是RGB值为16、16、16时的0IRE，最白色为RGB值235、235、235时的100IRE。

按照视频安全色标准拍摄整理的视频，可以保证在CRT电视机上显示出正常的颜色。

但，在PC监视器上，100IRE不是很白，0IRE也不是很黑，整个画面感觉发灰，而在CRT电视机上显示正常。

因此，用电脑显示器来监视显示用于电视机显示的视频画面时，要把画面的RGB值控制在16～235的范围，让画面的直观感觉偏灰一点。

否则，在电脑显示器上看着正常的视频画面，在电视机上显示就会出现画面过亮和过黑的情况，影响电视画面层次的再现。

所以，拍摄整理视频作品，一定要明确最终的显示媒体，没必要盲目跟标。

要保证用于电视广播播出的视频效果，除了充分利用矢量测试仪、视频示波器之外，可以配合利用广播色彩、安全区域等滤镜的方式来调整；还可以通过白平衡、特效等参数来调节优化；也可以通过色彩校正的方式来调整。

在视频拍摄整理实战中，有时也需要故意的“超标”。

如：

在进行动态视频遮罩的转换时，黑白蒙板必须要超标，即为最黑或最白的颜色，这样才能实现最佳效果。

否则，遮罩蒙板的透明度就不是全黑或全白，对视频遮罩会有影响。

对于新型LCD大屏幕电视机、高清晰大屏幕电视机，全高清的分辨率支持，可以直接接PC的，可以不必按0～100IRE标准限制整理。

所以，最终的播出媒体是决定RGB值是16～235还是0～255的依据。

高清视频，拍摄、整理、播放都是针对高清系统的，如果针对老电视系统而言是超标的，没有必要将其压缩至0～100IRE以内。

当然，无论高清还是标清，尽可能地保留原始信息，这在拍摄阶段是必要的，可以用于以后的优化。

商业视频拍摄整理，如婚庆，是针对客户的，要慎重，要顾及到过度超标带来的影响，也要考虑到客户的实际播放环境。

所以，给客户的视频和提供给电视台播出的视频，要关注示波器波形，尽量不要超出播出（放）的标准要求。

安全色，本质上就是YUV和RBG的区别。

RGB适用于电脑显示器，YUV适用于传统电视广播播出及CRT电视机显示。

但，就目前情况来看，随着新型电视机的普及，这种差异已经在逐步消失，唯一的问题就是电视台的信号源目前还依旧沿袭着以前的标准。

所以，如果是用作电视广播播出的视频，最好还是要按照IRE安全色标准要求来控制整理；如果只是用作自己或小范围内播放观看的视频，如婚庆、寿庆，完全可以依据自己的播放环境来进行控制整理。

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