2006年7月23日      作者:風尚音響

一.什麼是色差訊號?(Component Video or Color Difference Video)
     說到色差訊號就必須從黑白電視說起,在黑白轉彩色電視時為不影響黑白電視的訊號,而又能收到彩色訊號,因此電視訊號除了傳送原來的輝度訊號Y以外,再用次載波(3。58MHZ)來傳送色差訊號B-Y(讀做B減Y)及R-Y,而不是傳送RGB三原色訊號。現在我們分別用4種顏色(100%白,100%紅,100%藍,100%綠)來說明Y與B-Y及R-Y之間的關係。

──當100%白色時
我們由黑白攝影機攝得100%白色時我們得到1個單位的電壓;再把白光中的藍與綠用濾光鏡過濾掉得到純紅色的光,這時候黑白攝影機上感應到的電壓是0.3;以相同的方法分別得到純藍光及純綠光在黑白攝影機上感應到的電壓分別為0.11及0.59所以我們得到的Y及R-Y . B-Y訊號電壓分別為:
Y=1
 R=0.3
 G=0.59
 B=0.11
──100%白色時的色差訊號準位
Y=R+G+B=1
R-Y=0.3 – 1= - 0.7
B-Y=0.11 – 1= - 0.89

解調後的RGB訊號準位
Y+(R - Y)=R=0.3
Y+(B - Y)=B=0.11
Y – R – B=G=0.59

──100%紅色時的色差訊號準位
Y=0.3+0+0=0.3
R – Y=0.3 - 0.3=0
B – Y=0 – 0.3= - 0.3

 解調後的RGB訊號準位
Y+(R - Y)=R=0.3
Y+(B - Y)=B=0.11
Y – R – B=G=0

──100%綠色時的色差訊號準位
Y=0+0.59+0=0.59
R – Y=0 – 0.59= - 0.59
B – Y=0 – 0.59= - 0.59

 解調後的RGB訊號準位
Y+(R - Y)=R=0
Y+(B - Y)=B=0
Y – R – B=G=0.59

──100%藍色時的色差訊號準位
Y=0+0+0.11=0.11
R – Y=0 – 0.11= - 0.11
B – Y=0.11 – 0.11=0

 解調後的RGB訊號準位
Y+(R - Y)=R=0
Y=(B - Y)=B=0.11
Y – R – B=G=0

  在彩色電視中,我們以此種色差訊號來分別傳送輝度訊號Y及次載波(3.58MHZ)的上下旁波帶來分別用相位調變方式來載送B-Y及R-Y的彩色訊號;如此一來既不影響黑白電視的Y訊號的收視,又可將彩色訊號RGB訊號傳送給彩色電視的最佳方式。

 二.什麼是梳形濾波器?它的功能為何?

  在彩色的電視訊號是將R-Y及B-Y(或稱”Chroma”色度訊號)以3.58MHZ的次載波載送在Y訊號裡,這時我們稱之為複合訊號(Composite Video),這時我們需要一個濾波器將3.58MHz的 Chroma訊號由複合訊號中分離出來成為Y.C訊號(或稱S-Video),而這個濾波器由於內部的形狀長的像二個面對面的梳子,所以我們稱之為梳形濾波器(Comb filter),它的功能就是將複合訊號中的Y訊號及C訊號(B-Y.R-Y)分離; 分離的越好,畫面會越清晰,色彩更鮮明,所以一般越大尺寸的電視採用的梳形濾波器越高級越精密,以期得到更好Y/C分離訊號,相同的也可取得更精準的RGB三原色訊號。

 三.什麼是Y,Cr,Cb,  Y,Pr,Pb,  YUV?

  色差訊號Y,R-Y,B-Y訊號一般通稱為Y, Cr,Cb; 習慣上Y,Cr,Cb為數位(PCM)的色差訊號,類比的色差訊號則稱Y,Pr,Pb,所以我們常在DVD Player的內部看到Y,Cr,Cb而在DVD Player的外部看到色差輸出標示為Y,Pr,Pb或YUV;YUV則是在歐洲電視系統PAL中的色差訊號的通稱,包含數位及類比的色差訊號都稱YUV,所以當您看到YUV時您就要聯想到它是PAL系統中的Y,R-Y,B-Y訊號,它可能是數位(PCM)的YUV,也可能是類比的YUV。

四.什麼是複合訊號(或稱composite Video)?

  色差訊號Y,Cr,Cb的色度訊號Cr,Cb也就是R-Y及B-Y的訊號經3.58MHZ的次載波用相位調變的方式將Cr與Cb合而為一的色度訊號C(Chroma),再加上單獨的Y訊號,兩種個別的訊號合而為一個的端子叫Y/C訊號也稱為S-Video;再進一步的將3.58MHZ的C訊號調變到Y訊號合而為一種訊號成為6MHZ頻寬的複合訊號以方便電視訊號的傳送,這種複合訊號我們稱為Composite Video或簡稱Video,一般Video的輸出或輸入都採用與音響相同的梅花形RCA端子並以黃色以區別於音響的紅色與白色的左右聲道。

 五.什麼是4:4:4取樣 , 4:2:2 取樣, 4:2:0取樣

  在色差訊號由類比轉換成數位的Y,Cr,Cb(或稱ITU-R BT.601訊號,簡稱Rec.601訊號)的過程中涉及了取樣(Sampling)技術;在Rec.601中,我們用13.5mhz的取樣頻率將4.75MHZ頻寬的Y訊號分成每秒13.5M次的8位員或10位元的PCM(pulse code Modulation)訊號來表示類比的振幅(Amplitude)大小。

  相同的,如果我們也採用13.5MHZ的取樣頻率來分別將B-Y及R-Y轉換成8 bit或10 bit的PCM訊號則稱為4:4:4, 但如此則data量太大了; 由於人的眼睛在結構上對於彩色訊號的解析辨識率低於黑白的輝度訊號,所以讓我們得以用較低的頻寬來表現色度訊號(Chroma),同時也可用較低的取樣頻率6.75mhz(13.5MHZ的一半)來取樣B-Y及R-Y;而這種以13.5MHZ取樣Y訊號及6.75MHZ取樣的Cr,Cb訊號我們稱之為4:2:2。

  在MPEG Ⅱ中為進一步壓縮,將B-Y及R-Y的頻寬再減一半,取樣頻率也由6.75MHZ再進一步減為3.375MHZ,也就是每取樣4次輝度訊號才分別取樣一次Cr或Cb訊號如下圖

Y/Cb
 Y
 Y/Cb
 Y
 Y/Cb
 Y
 …
Y/Cr
...
 
 Y
.....
 Y/Cr
....
 Y
...
 Y/Cr
....
 Y
.....
 …   
......      
這種取樣方式我們稱之為4:2:0,也就是MPEG Ⅱ中的Y,Cr,Cb的數位取樣方式.

六.16:9與4:3的優缺點

16:9的優點:
1. 大多數的電影都是21:9 ( 2.35:1 ) 的寬銀幕的製作,比16:9還寬,所以您以16:9的電視去看DVD時上下兩部分仍還有一點黑帶,比起4:3幾乎只一半高度(垂直的解析度只剩一半),可好了很多。
2. 在全面數位化後,電視台的設備也將更新為16:9的節目製作,所以將來勢必有越來越多的16:9的節目,反之4:3的節目也勢必越來越少了。
3. 人的視覺角度是16:9的,因為人是二個眼睛水平排列的,二視的明視角度是上下17°,左右27°;當您將4:3的電視換成16:9時或許不覺得怎樣,但當您一但從16:9轉為4:3時,您將會覺得二邊怪怪的,好像少了什麼一樣,很不習慣。
4. HD-DVD即將上市,HD-DVD的製作是採1280x720的解析度,也就是所謂的720P。在不久的將來,DVD片將會越來越多的HD影片出現,以實現家庭劇院的理想。
5. 若您接上小耳朵接收日本的衛星電視,那些全部都是16:9的製作。
4:3的好處
1. 目前台灣大多式的電視乃是4:3的製作,若用16:9看會覺得胖胖的.
2. 價格便宜,市場上隨手可得。

七.電漿電視的優點

1. 電漿電視都採先進的倍頻掃描方式,畫面穩定.不會閃爍,在人的視覺上解析度可提高約30~50%
2. 電漿是由將近200萬個個別發光體單獨發光所構成的,所以全畫面的每個角落都一樣清晰分明,不會像CRT有中間清晰四周模糊的現象,也不會有三個原色RGB分叉的情形。
3. 電漿是也沒有畫面扭曲變形的問題
4. 電漿的電磁波輻射只有CRT電視的1/100~1/1000
5.  16:9廣視角,豐富您的視野,滿足您的臨場感

八.什麼是色溫?

  色溫的單位是”度K”, 也就是絕對溫度的單位,攝氏--273度C是絕對溫度0度K,所以說水的冰點是273度K,沸點是373度K。

  色溫是自然界的一種現象,當宇宙在沒有太陽,沒有任何發光體的恆星時,這時的溫度是0度K,就是如黑洞一般任何物質都是黑色的;當物質被加熱(如太陽燃燒到表面溫度的5000度K)時物質所輻射出的能量,其中就包含可現光的頻譜紅.澄.黃.綠.藍.靛.紫及紅外線.紫外線.γ.β射線等等不同的頻譜。

  以鎢絲燈泡來說,鎢絲被通電加熱到約2,200度K,其所產生的光線是近於紅色; 日光燈是用電子撞擊螢光體,其撞擊時所產生的色溫是約4500度K ;  CRT電視的P22螢光體被電子撞擊時所產生約7,300度K的色溫。

  以太陽來說,內部約30,000度K,表面約為5000度K,但射到地球後大部分的紫外線及紅外線都被大氣層拆射式繞射,所以射到地球上的頻譜就等於3,000度K(日落時)~27,000度K(日正當中)

  色溫是發光體表面的溫度,所產生出的頻譜與光源的強度大小無關,也就是說,此光源照到一張白紙時看起來的感覺; 如在鎢絲燈光下看一張白紙就是紅紅的,在日光燈下(4,500度K)就有點偏黃,在日正當中時有點偏紫,所以在赤道地區的風景海水特別的湛藍,藍到有點偏紫(約13000度K~15000度K) 

   九.電視或螢幕的色溫越高越好? 

  色溫是人眼對發光體或白色反光體的感覺,這是物理學.身理學與心理學的綜合複雜因素的一種感覺,也是因人而異的。

  色溫在電視(發光體)或攝影(反光體)上是可以用人為的方式來改變的,例如在攝影上我們用3,200度K的白炙熱燈(3,200度K),但我們在鏡頭上加上紅色濾光鏡濾通過一點紅光線使照片看起來色溫高一點;相同的道理,我們也可以在電視上減少一點紅色(但減太多多少也會影響到正常紅色的表現)讓畫面看起來色溫高一點。

  以液晶螢幕來說,它的發光是用冷陰極管,他的色溫約4800度K,我們可以用人為的方式讓他看起來像6500度K,但若硬ㄍ一ㄥ到9300度K則看起來反而怪怪的(紅色對比變差了)。所以液晶螢幕比起CRT螢幕看起來比較偏黃,若液晶的光原油冷陰極管改為LED,則可將色溫提高到11000度K了。

  在色溫上的喜好是因人而定的,這跟我們日常看到景物景色有關,例如在接近赤道的人,日常看到的頻均色溫是在11000度K(8000度K(黃昏)~17000度K(中午)),所以比較喜歡高色溫(看起來比較真實),相反的,在緯度較高的地區(平均色溫約6000度K)的人就比較喜歡低色溫的(5600 度K或6500度K),也就是說如果您用一台高色溫的電視去表現北歐的風景,看起來就感覺偏青;相反的若您用低色溫的電視去看泰國的景色,您會感覺有點偏紅,所以這也是攝影師要用他的攝影機去做一些色溫上的調和工作的時候了!

  一個好的攝影師會選擇濾光鏡及底片或VCAM攝影機上的色溫選擇並考慮到觀眾的顯示設備(如電視或電影放映機上的色溫)來做調和,便觀眾能到最接近實際景色的感覺!

  話說回來,電視的色溫是否越高越好呢?那就視個人而定,如果您經常看電視節目的話,在台灣的景色一年四季平均色溫約在8000度K~9500度K之間,而且電視台在節目的製作都以觀眾的色溫為9300度K去攝影的,但相反的如果您經常看HBO或電影台或歐美製作的電視影集的話,您就以5600度K~6500度K最適合,因為電影的製作是以放影機5600度K為參考值去製作的,歐美影集的製作是以歐美地區一年四季的平均色溫約6000度K為製作的參考的。 

   十.什麼是色再生能力(Color reproduction)什麼是色偏(Color shift)? 

  在上節我們提到人眼所能感知到的色彩是一種波長在800nm(10^ -9m)~400nm之間的電磁波頻譜所構成的可視光紅澄黃綠藍靛紫。而在我們的攝影機將這些光譜分成R.G.B三色來,接收後傳送到我們的電視,其再用RGB的發光體把他合成回原來的顏色,以下圖一是理想的攝影機及電視機的接受與再生的頻譜。

  理想是理想,但自然界的能找到的感光(R.G或B)物質,及發光的(R.G或B)物質的頻譜。都無法達到理想。在感光體上(攝影機)的頻譜,所能表現的頻譜,所能表現像對方理想可能如下(圖二)(粗線為實際頻譜虛線為可見光域)

  所以相對於可見光域(虛線部分)有很多的可見光在感光體上是無法感光的,縱使能感光的部分如紫色(如圖二)在攝影機上送出的訊號則是弱的藍色,所以美國NTSC就對攝影機能感光的色域訂定如圖三,△形RGB內就是攝影機所能感應到,並傳送到電視的光域(由RGB構成).

  相對應於攝影機所能傳送出由RGB△形內所構成的色域,在電視或LCD顯示器能否將RGB△形內的色域再100%的再生出來呢,這又關係到電視/LCD顯示器的發光體了。

  理想上發光體所發出RGB光的頻譜是希望如圖(一)一樣,但相同於攝影機,電視光的頻譜是希望如圖(一)一樣,但相同於攝影機,電視螢光體能發出RGB三色的頻譜不但無法理想化,而且與攝影機所感受的頻譜又不一致,以圖四來說,實線所表示電視的發光體(R.G&B)及攝影機上的感光體(R’G’&B’)的頻譜並不一致,也就是說在攝影機上攝到430nm波長的光(舉例並放大事實來說),攝影認為它是420nm波長(R’)將訊號送到電視,但電視又將他以410nm波長(R)將他表現出來,這就是所謂的”色偏color shife”,也就是說攝到紫光,但您在電視上看到的的,也就是說攝到紫光,但您在電視上看到的的卻是藍光。

  而電視發光體又無法如圖(一)的理想化,所以無法將攝影機傳送過來的NTSC色域的頻譜100%的再生,所以色再生能力就是指發光體能表現出NTSC色域圖的比率(如下圖五)。

  以上是理論數字上很明顯的差異,但還好,人的眼睛(因人而異)對色彩差異的敏感度很差,所以感覺上差異不會那麼大。

   十一.LCD與CRT哪一種色再生能力強?

  LCD的發光體是冷陰極管加上RGB濾光器分別濾出RGB的光譜如下圖六,粗線表示冷陰極管的頻譜,經過濾以後產生圖七的RGB三原色的頻譜,因為過濾出的頻譜並不很純正,所以色再生能力約在30%(Note Book)~50%(LCD Monitor),在AV專用的LCD面板方面,在冷陰極管及濾光鏡改良後色傳真度則可達75%~85%(of NTSC),傳統CRT則約在65%~75%之間。

  在SONY的CRT Monitor,如G420因為是for專業美工用的,所以色再生能力可達85%以上,色偏也很小,再加上後天上專業的校色則可達95%的色再生能力及更小的色偏,所以它是一切印刷與美工必備的色準依據!

  十二.  什麼是Gamma曲線?

  Gamma曲線是一種人的眼睛對光的一種感應曲線,其中包括了物理量、身理感官及心理的感知度。
  在物理量方面是比較單純的度亮單位cd/㎡; 但在”身理”上則因人而異,例如小孩、青年、中年人及老年人甚至色弱的人或色盲的人所看到的同一畫面都會不同,對應的曲線也會有所不同;在心理的感受上,則會更複雜的牽涉到環境的背景亮度。對一個正常人來說,人的眼睛對光的感應曲線是一”非線性”的曲線,而且對我們顯示器上的三種發光體RGB也分別感應出三種不同的曲線,所以在設計顯示器的RGB三個發光體的時,同時我們就做了三種的Gamma曲線來分別對應三種RGB的發光體,去分別對人的眼睛內的三種感光細胞,這就是發光體的Gamma值。

  在心理感知度上,由於我們常人的眼睛最大能分辨的差異(階層)是1/100,也就是說在100燭光的畫面中您最大可能分辨的是99燭光或101燭光,但當您在暗的環境下看暗的畫面 例如1燭光時,則此時您可以分辨出0.01燭光的差異,也就是說在一燭光以下我們常人還可以分出100個以上的階層,但由於顯示器無論是PDP或LCD在全暗的畫面時最低能表現的只有0.4~0.8燭光,所以我們所謂的對比,是指最亮除以最暗,也就是同樣的最亮是350 cd/㎡時,但最暗的是0.5 cd/㎡時,則此對比值是700:1,倘若顯示器最暗可暗到0.1cd/㎡時,則此對比值是3500:1,這時縱使您的亮度只有350 cd/㎡(實際景色在日正當中時約1700~2500 cd/㎡),但您仍在暗室中可以有高傳真的表現,因為您的對比很高,層次很分明

  顯示器若要完整的表現出高傳真的畫面(無論是高亮度的畫面或低亮度的畫面),則顯示器的對比很少必須5000:1以上,而我們的顯示器由於成本的考量,我們只能做出500~1000:1時,我們就必須”有所得有所失”的用Gamma修正其做”得與失”的選擇,也就是在較暗的影片我們選擇較高的Gamma值(如2或3,甚至4),以犧牲部分亮部的層次來獲取更多的暗部層次;相反的在一些較亮的影片(外景較多)則我們則選擇較低的Gamma值(如0,-1甚至-2)以犧牲部分的暗部層次,來使得亮部層次(如雲彩)能更分明。

  在實際的景色環境中,您極少可能從很亮的畫面瞬間進入很暗的畫面,但在電影或電視上則您卻經常從很亮的畫面進入很暗的畫面,或從很暗的畫面進入很亮的畫面,但在顯示器的經濟效益上,若把對比亮度做的很高,則付出的成本代價可能要好幾倍,所以我們設計了此”Gamma修正”來同時滿足低成本與高傳真(雖然您要經常的去做選擇)要求。

  十三.  zoom?

  zoom從字眼上看就知道放大,在傳統的類比電視中不管如何放大,由於解析度低(356x480),再怎麼放大也只是把顆粒放大而已,所以zoom應用在一般傳統的電視,用了也是白用的;但在HDTV則全然不同,由於HDTV如日本的NHK所播放的HI—Vision是1080i,也就是解析度高達1920x1080,而我們的PDP的本體解析是852x480,所以當您把畫面(可選擇中間或周圍8個角落)放大4倍時(2x2),則是真的把您本體的解析度852x480全部用來表現您所要放大的部分,所以放大的部分是真的更清晰且更細緻的喔!

  十四.  DPMS(Display Picture Management System)?

  PDP如果長時間顯示同一個畫面時,(同一個發光體以不超過2小時為基本要求),則容易造成Burn-in(烙印)現象,例如您在PDP上顯示一個大大的A字,則當您關機後,您在PDP的表面乃可看到那個A字的陰影,以後您在開機時那個A字的部分仍會有點陰影在上面,嚴重一點可能永遠無法消去,這種現象我們叫Burn-in(烙印)現象。

  為避免PDP造成Burn-in,在電路設計上我們的PDP會定時的去比對畫面,如果這個畫面長時間固定不變,則首先此PDP會將此畫面上下左右的(每5~20秒)移動(約4個像素),若在15分鐘(預設值)後,畫面仍無所變化則此PDP會自動關機,以保護此PDP的銀幕,使其不致於造成Burn-in現象,所以當您的PDP在顯示固定畫面(如暫停或電腦畫面)時,您會發現,首先畫面會定時的上下左右的移動,最後會忽然間關機(約15分鐘後),這是DPMS的功能正常運作,若非必要,請勿將此功能設定在off。

  十五.對比與亮度?

  在規格上對比與亮度是很不客觀的,各廠牌的標示都沒有統一。
  由於PDP上有一紫外線濾光鏡,加上此濾光鏡後一般來說,亮度會下降的45~55%,對比也會下降約10~20%,再加上環境燈光的反射,對比值會更為降低(暗不下去),所以一般對比後面都會有註明是在全暗的環境下測得的。

  以亮度來說,有些標示的是最大亮度,但此種標示方式是有點曖昧不清的,因為最大是在100台內只測到一台還是100台有99台都有此亮度很難講。總之,亮度與對比值的標示方式很曖昧不清,所以最好您自己去看樣品。一般來說LCD Monitor的對比大約是250cd/㎡~350 cd/㎡電視大約是400~550 cd/㎡,自然界的景致在日正當中時約1700 cd/㎡~2500 cd/㎡。

  在對比方面,LCD Monitor的對比大約是350:1~500:1,電視大約是500:1~900:1,自然界景色最大的差異約在5000:1,以上供您在看規格與畫面時作為您的參考依據。
 





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