Color Bar 測試圖案的解讀與用法2010/06/10

 

開宗明義先提一下Color Bar 測試圖案嚴格來說是工程師用來對訊號的,它可以讓你快速檢查訊源端、傳送、接受端、顯示器的訊號黑位準、白位準、色解碼的問題並除錯,尤其主要是用來確認整個訊號流程裏的色解碼(Color跟Tint)正不正常,並不是拿這兩項控制來調色的。現在大部份機器除非刻意亂搞,不然訊源跟顯示器在這方面的調整值都不會太大,如果有人用這大幅調整兩項控制來調色,就是機器本身亂搞,不然就是那位肯定是大外行,這是最重要的觀念,務必先建立起來才能明白後面講的東西。

以下圖案除特別聲明外皆取自Digital Video Essential(DVE)

Color Bar 測試圖案有不少版本,原則上都是長這樣:

這是75%的Color Bar測試圖案,75%代表裏面主要色塊的訊號強度都是75%,偶爾會看到測試片有提供100%的。測試圖案內依序會出現WYCGMRB,然後下面會有100%->0%的灰階圖,然後右下角會有個2%跟4%灰條,右下角這兩條你可能會因為環境光太亮或是顯示器調整不佳而看不到。看不到不用太意,這項的檢查有更合適的測試圖案,主因是這個圖案的平均亮度過高,同時這兩條面積太小,又落在角落。

將訊源的Color Bar的影像訊號經由CVBS(複合影像訊號),就是一般AV端子傳的影像訊號送進向量示波器後會顯示出下面的照片,圖片上面會有有幾個特定的亮點,分別代表目前這個訊號的RGBCMY所點到的位置,在向量示波器的表面都會印出應該點到的正確位置,這時就可以檢查送來的訊號正不正確,再利用訊源端或接收端的Color調整大小跟 Tint調整角度,來讓訊號還原成原始的狀態,這樣我們可以確認訊源送來的訊號是正確的。

這是訊源端確認訊號的方式但我們要調的是顯示器並不是訊源,同時我們手上並沒有向量示波器這樣的東西,那要如何在顯示器端利用Color跟Tint控制確認最後的影像色解碼是對的呢?

接下來要建立一點混色的概念:

RGB是顯示器的三原色就不用多說了,所以其它顏色都是經由它們混出來的,混的方式如下:

W=R+G+B

C=G+B

M=R+B

Y=R+G

如果依Color Bar的順序排列就變成

W=R+G+B

Y=R+G

C=G+B

G=G

M=R+B

R=R

B=B

這時我們經過藍色濾片去看這個畫面,畫面中所有非藍的顏色都會被濾掉,於是只剩下下面的情況:

W=B

Y=K

C=B

G=K

M=B

R=K

B=B

其中K代表黑色,所以這時就會看到藍黑相間的條紋,這時我們要檢查幾件事:

1. 因為W在視訊裏就是亮度訊號,是單獨傳送的,所以裏面RGB各75%的強度不會因為色解碼出錯而改變,所以W裏面的B會變成比較基準,這時如果色解碼出來的純B,跟W裏面的B在濾片看來亮度不同的話,就代表Color控制有問題要調整。

2. C跟M是經過色解碼後才出來的顏色,而且因為是副色,所以會受到Tint控制的影響,如果正確解碼的話,裏面的B應該是相同,所以經過藍色濾片看過去時,兩者亮度都會相同,如果不同的話,就是需要調整Tint控制。

3. 就這樣來來回回調整Color跟Tint,經過藍色濾片比對下方小塊色塊跟上方大塊色塊的亮度,直到連成一氣,就是正確的色解碼了,但原則上這在CRT年代成立,現在的平面電視還要做更多,剩下的部份就在進階版再詳細說明。

當然現在還有設計更好用的測試圖案像是DVE裏面的這個圖案,如果知道上面的原理的話,一樣可以應用自如,這個圖案在現在的平面顯示器上會更好用,在進階篇會說明。

 

現在的電視廠商可能是有意或無意常在色解碼上動手腳,最常見的就是為了讓電視在賣場上顯眼,或是看起來很亮眼,把電視的色溫拉高到不合理的境界,這時因為整個畫面偏藍,於是又在色解碼上面動手腳,加大Color,讓Tint偏向紅色等,讓整個畫面咤看之下亮眼又不致於不正常,實際上這樣的畫面是錯的,這就是為什麼前面強調Colro Bar這個測試圖案是要拿來對訊號,不是拿來調色的原因。

但要修正這個問題不是單純的把電視裏的色溫選單切到低色溫或6500K那麼簡單,還要一併檢查色解碼,不然單純切過去的話,只會看到一個偏紅畫面,然後說一句「我不喜歡」。同時光切到6500K並不代表這時電視的色溫就是D65,事實上還差很遙遠,不然校正一次D65那需要帶那麼多裝備跟花那麼多時間,還收費那麼高,遙控器切一下需要花那麼多功夫嗎? 一個真正的D65是要從暗部到亮部的白色都要落在D65附近,同時色解碼要正確,當然還有其它要素都要一併確認過。

進階篇:

有些人看完了前面可能已經昏了,如果只是要調整的話,弄懂前面的就夠了,但如果能再加把勁,!只剩最後一點點就能打通任督二脈,完全弄懂這個東西,以後就百毒不侵了。

這個部份主要要講的是亮度訊號(白色)是單獨傳送的原因,先看一下最常見的CVBS(就AV端子上傳送的視訊訊號)在示波器的樣子,裏面Color Bar的波形:

看起來好像有複雜,不用理它,我拿這個波形主要是說明CVBS是一個亮度訊號為主,然後把顏色用調變的方式傳送,這樣的好處是當這訊號送進當時的黑白電視時,彩色訊號不會被解讀,電視只會看到色彩中間平均的亮度訊號而顯示出黑白畫面,相容於黑白電視,簡單來說就是亮度訊號(灰色)是單獨傳送的,Color跟 Tint控制主要就是補償在長距離廣播傳送後,色彩調變上所出現的問題,這是這兩項控制最重要的用途。

接下來我們再看一下CVBS訊號是進到機器後是如何處理的,請參考下圖,這是完整的視訊傳遞狀況圖:

我們從最左端CVBS(複合視訊)訊號看起,接下來會經過一個Y/C(亮度/色彩)分離器分離成Y、C兩個訊號,這就是我們所謂S端子傳送的訊號規格,然後C再經過Color Decoder(色解碼器)分離出B-Y跟R-Y的亮度訊號,與原來的亮度訊號組成YPbPr的色差訊號,這就是所謂色差端子傳送的訊號,最後再經過一個矩陣解碼器轉換成RGB顯示。YPbPr的色差訊號是類比時的稱呼,現在數位的色差訊號被稱為YCbCr,數位的矩陣解碼器還是需要處理YCbCr->RGB訊號的轉換。

其實Color 跟Tint控制在訊號處理成色差後就完全沒用了,如果用色差傳送,實際上只剩下最後的矩陣轉解碼器,把訊號解成RGB即可。

矩陣解碼器做的事情很簡單,理論上是個不會出錯的轉換,基本上完全不需要Color 跟Tint這兩項控制,但不曉得為什麼現在一堆用色差傳送,包含用HDMI的數位色差訊號的器材,裏面都還有這兩個很傳統的控制,其實現在的器材在用色差跟HDMI傳送時是要拿掉這兩樣控制才是。從這整個流程,我們可以很清楚的看出亮度訊號都是單獨一條路徑的,所以它不會因為色解碼調錯而造成改變,所以變成比濾色後亮度的基準。

其實以上的說明,在RG應該也是要成立的,只是現在的平面顯示器,因為RGB各色強度線性不佳、色域過廣、Color跟 Tint亂搞,RG已經不像以前CRT那麼單純,實際上都要一併檢查,但可能是因為RG純色濾片要做好相當難,像DVE附的RG濾片,基本上是會漏其它光的,所以目前一般人還是沒辦法用簡單的方式檢查RG。這時只剩下兩個方式,一個是現在比較高階的電視提供的純色模式,會分別過濾RGB三色,這時只要把測試圖案打上去,切換至各色就能調到夠準的程度。另一個方式就是用色度計量,方法在Kal的HCFR終極灰階及色彩校正手冊裏有寫,就不再贅述了。

像是DVE的色解碼的測試圖案在經過三純色過濾後需要看到下面的樣子才是正確的: