家庭影院视频构造技术

视频调试基本步骤1白电平（对比度）107100。2黑电平（亮度）012。3灰阶0904色域5清晰度6信噪比A已知观看距离，计算屏幕宽度观看169高清节目时的推荐值最小0536观看距离最大0728观看距离B已知幕布尺寸，计算观看距离观看169高清节目时的推荐值观看距离与投影幕的宽度之比在137169之间，取平均值，可以认为是15，15倍屏幕宽度的距离进行观看C已知幕布尺寸，计算观看距离观看43高清节目时的推荐值可以认为是226，226倍屏幕宽度的距离进行观看THX视频（水平）视角标准169高清电影最小28最大402351高清电影最小28最大52THX视频（垂直）视角标准舒适观看角度15国际性组织的基本视频标准4P国际性的视频标准，通常是由国际性或者区域地方性的权威组织所发布。在家庭影院视频标准方面，主要有两大类别，一是与亮度、对比度有关的标准，二是与色彩相关的标准。两者都同样重要，不同的是，前者所涉及的内容并没有后者深入。对于部分专业的色彩标准，一般的消费者是较难理解的，但是最基本的方面必须注意，目前主流的高清视频标准是来自ITUR的REC709标准，只有满足这一标准的投影设备才能重现出最佳的高清视频表现。在亮度与对比度方面，通过了解以下的各种标准大家就会发现，并非投影设备中的标称数值越高就越好，还需要考虑种种的因素。在传输方面，目前HDMI已经一统天下，几乎所有最新的家庭影院设备都采用HDMI的音视频数字传输方式，当中最值得留意的是HDMI关于3D影像传输的相关标准，这是用户打造3D全高清家庭影院系统必须考虑的重要因素。国际计量委员会CIPM光度单位体系的相关标准图3对于家庭影院投影机是以光通量来表示输出光量，单位为流明LM在家庭影院视频系统当中最基本的莫过于光度单位体系的相关标准，国际计量委员会CIPM制定了一套反映视觉亮暗特性的光辐射计量单位，包括光量、光通量、光出射度、发光强度、光亮度与光照度。其中最为基础的是发光强度，单位是CD坎德拉。发光亮度定义为一个光源发出频率为5401012HZ的单色辐射，若在一给定方向上的辐射强度为1/683W/SR，则该光源在该方向上的发光强度为1CD。对于当中所牵涉的数值，大家无需深入研究，只需了解发光强度是具备一定方向性的即可。CD不仅是光度体系的基本单位，同时更是国际单位制SI的七个基本单位之一。在此单位体系中，最常见的莫过于光通量，单位为LM流明，定义为一个发光光源在单位立体角内发出的光通量，常用在家庭影院投影机之中，代表投影机的输出亮度大小。而根据不同的测量方式与制定标准又可以分为ANSI流明与ISO流明两大类。对于平板电视而言，由于发光规律与投影机存在差异，属于大面积的发光，因此采用光亮度作为亮度单位，计量单位是CD/M2。美国电影与电视工程师协会SMPTE关于投影机亮度的相关标准图5在选择光学照度计的时候，是否具备FL的测量能力也是必须考虑的因素在涉及投影机输出亮度的规定上，不得不提由SMPTE所提出的这一方面的标准，主要原因是在大多数视频调整系统中均是以这一系统为主。SMPTE所规定的光强度单位为FL，也就是FOOTLAMBERT的缩写，可以说是英制的亮度单位。SMPTE建议在专业电影院中，没有外界光源干扰的情况下，播放电影时投影画面应该达到1216FL的亮度表现。由于在家庭影院的情况下通常无法做到完全遮光，因此往往这一标准还要再加以提升至1624FL。通过投影机标称亮度流明/投影幕的面积平方英尺投影幕的增益就能得出投影画面的标称亮度FL，这也是SMPTE亮度标准与CIPM亮度标准的转换公式。美国国家标准化协会ANSI关于亮度与对比度的相关标准图7ANSI对比度与ANSI流明是衡量投影机性能的一个重要参数ANSI在专业影院和家庭影院投影设备中对于亮度与对比度有着相当重要的规定，大部分欧美系统DLP投影机均是采用这一标准。ANSI对比度根据测量方式的不同，可以分为以下两种。1ON/OFF开/关，即测试投影机输出的全白屏和全黑屏之间的亮度比值。2ANSI对比度的测定，采用16点黑白相间色块，8个白色区域亮度平均值和8个黑色区域亮度平均值之间的比值。由于投影画面中的中间部分画面拥有较高的亮度输出值，因此在第一种的情况只取中间亮度值，所得出的对比度会相对较高，可能达到数千甚至数万比一的数值。相对而言，ANSI对比度更为全面，而测量数值往往只有数百比一的水平。ANSI流明ANSI流明的具体测量方法是在投影机距幕布24米的距离下，投影幕的尺寸为60英寸，用测光仪器测量屏幕“田”字形九个交叉点上的各点亮度再乘以面积，就得到投影画面9个点的亮度，然后取平均值。ANSI流明相对于部分厂家所宣称的标称亮度更具可取性。国际标准化组织ISO关于亮度的相关标准由于ANSI流明测试方法并未针对测试部分因素进行相应的限制，包括测试距离、投影幕类型、投影机状态等方面，为此ISO在投影亮度上提出了ISO21118标准。ISO21118标准是由日本JAMIA日本商用机器信息系统工业协会早年制定的投影机性能标准JIS演变而来的，在2006年正式发布。ISO21118标准最重要的一项就是采用了与ANSI流明标准基本一致的测量方法，但在细节部分加以规定，并在计算方面采用了更严谨的算法，让投影亮度的测试结果更为准确，如色彩亮度方面。目前采用ISO21118标准的厂商包括索尼、三菱、松下、爱普生、三洋、夏普、NEC、日立、明基等等大部分的日本厂商。注意问题在选择投影机的时候，切勿单纯地以厂方标称的亮度与对比度参数作为唯一的参考数值，还需要注意究竟这样的数值是怎样的含义。在输出亮度方面，要注意是投影机的最大输出亮度，还是ANSI或者ISO标准的输出亮度，同时还需要注意有无给出单色的输出亮度，特别是对于采用色轮结构的单片式DLP机型更需要注意，有可能会出现单色色彩亮度较低的情况。在对比度方面，更是要加以注意，大部分投影机生产厂商并没有给出ANSI标准的对比值，而是给出投影机最高的对比度值，部分还是在采用动态光圈技术之后所产生的数值，并不能完全代表投影机的真实性能。LCOS投影机由于自身芯片的结构特殊，可以获得相对较低的黑位表现，所以投影机的原生对比度就占据一定优势。而对于DLP投影机来说，虽然并不能获得足够下潜的黑位表现，但凭借着广阔的动态表现，往往在ANSI对比度方面占据一定优势。国际照明委员会CIE色度体系的相关标准色彩标准是家庭影院视频系统中的核心部分，只有符合家庭影院色彩标准的投影设备才能重现出电影最真实的一面。在现代色度学方面，规定了颜色的三大属性，分别是明度、色调和彩度。明度是指人眼对物体明暗的感觉。发光物体的亮度越高，明度就越高。色调是指彩色彼此相互区分的特性，包括红、橙、黄、蓝、靛、紫等。彩度表示物体颜色的浓淡程度或颜色的纯洁性。在投影机之中色彩则表示彩度，色调选项就是调整色调参数。图12、13RGBCMY六种不同颜色的关系在色度学中是用三原色来表示颜色。匹配某种颜色所需的三原色的量称为三刺激值。在380780NM的可见光波长范围内，各种波长的辐射能量均能相等时，称为等能光谱色，由其构成的白光称为等能白光，等能白光的三刺激值是相等的，且均定位一个单位。用三刺激值可以表示各种颜色，用红、绿、蓝作为三原色时，颜色方程式的三原色量R、G、B就是三刺激值。该颜色方程为CCRRGGBB，该方程的含义是用R个单位的红颜色、G个单位的绿颜色、B个单位的蓝颜色混合相加，匹配成C个单位的C颜色。对于大部分用户来说，上面所提到的颜色方程式过于深奥，但是由于涉及到国际色度体系的建立，所以不能不提。简单的说来，目前主流的色彩标准均是基于红绿蓝三色所建立的，也就是说判断投影机色彩是否准确，就需要对红绿蓝三色进行详细的测量与分析。CIE规定的色度体系标准主要包括以下两个1931CIERGB，1931CIEXYZ。当中1931CIEXYZ是延伸至目前、应用面最为广阔的色度体系。1931CIERGB色度标准CIE规定1931CIERGB系统采用R波长700NM、G波长5461NM、B波长4358NM三种光谱色为三原色。此三原色匹配的等能白光的三刺激值相等，三原色R、G、B单位刺激值的光亮度比为100004590700601。假设某种颜色的三刺激值分别为R、G、B，色品坐标为R、G、B，则有RR/RGB、GG/RGB、BB/RGB。由于此色度标准存在测量无法得到的负值，因此就引伸出另外一个重要的色度标准1931CIEXYZ。1931CIEXYZ色度标准1931CIEXYZ色度系统是目前广泛使用的色度标准，规定了用三原色匹配等能光谱色时，三刺激值均为正；色品图上表示的实际不存在的颜色所占面积尽量小；用Y刺激值表示颜色的亮度。色品坐标的计算公式为X27689R17517G11302BY10000R45907G00601BZ00000R00565G55943B通过上述的色品坐标的计算公式，能够得到目前所有显示设备的色品坐标图。通过1931CIEXYZ让我们重新认识了熟悉的色温概念。图16图中的弧线曲线就是著名的黑体轨迹图17这是等温曲线群，可以清楚地表明某一色温在色品坐标下拥有无数的坐标值根据光谱功率分布，用色度学公式可以计算出该温度下黑体辐射发光的三刺激值及色品坐标，在色品图上得到一个对应点。一系列不同温度的黑体可以计算出一系列色品坐标，将各对应点坐标标在色品图上，连成一条弧形轨迹，就称之为黑体轨迹，也就是著名的普朗克轨迹。有兴趣的朋友可以查阅相关的资料，自行计算轨迹方程，以下就不作计算说明。最为重要的就是让大家对这条黑体轨迹有所了解，当某种光源的色品与某一温度下的黑色色品坐标相同时，则将黑体温度称之为光源的颜色温度，简称色温。CIE在标准照明体中推荐了几种具有特定相对光谱特性的照明体，作为在光度、色度计算和测量中的标准日光，它们成为CIE标准照明体D65、D55、D75，分别对应的色温为6504K、5503K以及7504K。CIE规定在可能的情况下应尽量使用CIE标准照明体D65来表示日光，在不能用D65时可选用D55和D75。讲到这里，就需要针对性地指出，D65并非代表色温，而是CIE规定的标准照明体标准，其所规定的色温仅为黑体轨迹上面的某一点坐标，并且在6504K的色温范围。要注意一点，在色品坐标中具备同一色温的值并非只有一个，而是多个，所以并不能用6504K表示标准的推荐色温值。国际电联无线电通信部门ITURREC709视频标准由ITUR所制定的REC709标准BT709也称作为HDTV标准，是目前国际上用于制作与国际节目交换的高清电视标准，最早的版本于1990年推出。对于家庭影院而言，所针对的播放源主要为高清节目源，因此家庭影院投影机必须符合REC709标准才能让投影机的性能发挥到极致。像数与帧率在REC709标准中，规定1035I30与1152I25用于HDTV系统中，后来1035I30被1080I与1080P所取代，而1152I25则从未进入商业用途，主要用户欧洲的某些实验室中。在帧率方面，对于50HZ系统，拥有25I、25PSF、25P、50P这几种。对于60HZ系统，则拥有23976P、23976PSF、24P、24PSF、2997I、2997P、2997PSF、30PSF、30P、5994P、60P。色彩标准图1920REC709色彩标准与国际上其他几种色彩标准的比较REC709所规定的色彩范围为白点03127，03290、R064，033、G030，060、B015，006。也就是说色温点在D65标准下的6504K色彩坐标的位置上。同时在Y值上，也就是R、G、B三色的色彩亮度比例为021260715200722。通过以上的数值就确定了投影机在色彩范围上应该严格按照REC709标准，以获得最准确的色彩表现。另外，REC709也规定了高清电视的灰阶过渡为8BIT，也就是0255。注意问题由于现阶段所有的高清视频节目均采用REC709标准进行拍摄，对于主要以观看高清节目为主的家庭影院视频系统来说，必须全面支持REC709标准。在伽玛校正值方面，建议在2226之间，越是全黑的环境，就可以选择相对较大的数值，以获得更佳的黑位层次表现。当然，如果你并非以高清节目为主要的用途，还进行游戏、唱K等其他娱乐，则还可以选择其他的色彩模式。HDMI关于3D影像传输的国际标准除了在画面亮度、对比度以及色彩方面的国际性标准之外，针对目前相当火热的3D家庭影院系统，HDMI组织在最新推出的HDMI14A标准中详细指出了在信号源、AV放大器、投影机以及线材之间的传输规格，为用户构建全高清3D家庭影院系统打下了坚实基础。HDMI14A标准关于3D视频传输规格上的首选视频输出格式包括三种FRAMEPACKING、SIDEBYSIDE以及TOPANDBOTTOM。所有符合HDMI14A标准的设备与线材均支持蓝光3D、3D游戏以及3D广播传输的要求，这是HDMI13系列标准所没有强制指出的，HDMI14A标准的推出大大促进了3D影像的发展。HDMI14A关于不同领域在3D影音传输中的不同规格3D应用领域传送格式分辨率以及刷新频率电影FRAMEPACKING1080P2398/24HZ游戏FRAMEPACKING720P50/5994/60HZSIDEBYSIDE1080I50/5994/60HZ电视广播TOPANDBOTTOM720P50HZ或5994/60HZ、1080P2397/24HZ目前符合3D影像传输要求的HDMI标准有两类，分别是HIGHSPEEDHDMICABLE与HIGHSPEEDHDMICABLEWITHETHERNET。HIGHSPEEDHDMICABLE高速HDMI线又称为CAT2，最高采样频率为340MHZ，带宽可达到102GBPS，完全支持3D影像信号传输的要求。而HIGHSPEEDHDMICABLEWITHETHERNET支持英特网的高速HDMI线只是在前者的基础上增加了网络连接传输功能以及声音回传通道功能，同样也支持3D影像传输的要求。此外，最新推出的3D蓝光播放机、支持3D传输的AV放大器以及3D家庭影院投影机均采用了HDMI14A标准的传输端子。各专业组织与公司的不同推荐标准与建议3P世界各地拥有众多专业的关于家庭影院视频领域的组织与公司，它们拥有不同的关于这一领域的推荐标准。当中最有名的几间公司机构包括ISF、THX、PMI与JKP。以下将注意力集中在这三间公司机构之中，分别介绍它们对家庭影院视频系统的部分推荐标准。如果想获得更加全面的关于这几家公司机构对于家庭影院视频系统的深入探索，建议有条件的朋友参加相应的专业培训，获得更加深入的关于高等级视频系统以及色彩校正方面的相关信息。ISF推荐的视频标准与建议图6、7目前不少品牌的投影机以及AV放大器等设备中，都具备了ISFDAY和ISFNIGHT模式ISF全称为IMAGINGSCIENCEFOUNDATION（影像科学研究所），是国际影像领域最具影响力的专业视频认证机构，创办人JOELSILVER曾多次到华进行专业的视频调校与色彩管理方面的培训。ISF目前与众多的产品公司与组织有合作关系，以共同提高与评估视频产品的表现，包括AMD、THEBBC、BARCO、BENQ、BOSE、CEA、CEDIA、CNN、DOLBY、DVDO、DNP、EPSON、HARMAN、HITACHI、HP、INFOCUS、INTEL、LG、JVC、LINN、MICROSOFT、MINOLTA、MITSUBISHI、MONSTERCABLE、NEC、NVIDIA、OPTOMA、PANASONIC、PIONEER、PIXELWORKS、RUNCO、SCREENRESEARCH、SENCORE、SIM2、SPECTRACAL、STEWARTFILMSCREEN、TEXASINSTRUMENTS、TOSHIBA、YAMAHA、XRITE等等，在业界拥有相当高的地位。图335MM电影胶片仅仅拥有1322线的水平清晰度，却能获得漂亮的画面表现ISF认为家庭影院的视频设备应该获得与专业电影院相同的视频效果，对于优秀的视频效果的定义，ISF认为35MM电影胶片的图像是优秀影像的标准。而35MM电影胶片仅仅拥有1322线的水平清晰度，却能获得漂亮的画面表现。ISF认为影像的分辨率并不是决定画面优异的唯一因素，还有动态范围DYNAMICRANGE决定画面的明亮程度，色饱和度COLORSATURATION决定色彩的浓度，色度COLORIMETRY决定画面色彩的真实，最后才是清晰度RESOLUTION决定画面的细节。由于35MM电影胶片的影像具备出色的动态范围、色饱和度以及准确的色度表现，因此在分辨率并非十分高的情况下，依然能够获得漂亮的画面表现。图4、5人眼是通过一亿个视感细胞与500万个视锥细胞来感知颜色对于灰阶部分，ISF认为错误的白电平会破坏图像的亮部细节，错误的黑电平会破坏图像的暗部细节。人眼是通过一亿个视感细胞与500万个视锥细胞来感知颜色。ISF建议20/20视觉敏锐度视力优秀的观众在观看169高清节目时的可视角度为33，标清节目时可视角度为25，这也进一步限制了投影机与投影幕的距离关系以及幕布的大小。由于高清影像信号为8BIT，从最亮到最暗之间有256个亮度层次，即0255。纯白色的值为235，黑色为16。因此对于所有的数字电视以及电影信号而言，包括用于标清信号的ITURBT601以及用于高清信号的BT709标准，有效范围在16235之间。用户在设定投影机参数的时候，要注意参数的设定。图8目前用高清节目制作与播放的标准为REC709BT709在色彩部分，由于可见光的波长范围在400700NM。ISF认为颜色是人类眼睛和大脑对光波的一种主观感觉。色彩的饱和度是指画面中颜色的总量。像素的增加能够提升颜色的密度和深度。对于动态范围来说，人眼视觉动态范围可以达到8001，暗视觉的化学状态更可达到12001。大部分电影的对比度为1001，部分则为1201。影院投影机通过内置光栅来提高对比度，而对于家庭影院投影机能够实现数百比一的帧内对比度。面对多房间的视频信号切换，ISF认为需要单独配备高带宽的切换器。对于AV放大器中内置的视频切换功能，经ISF的研究表明，它们大多数的切换功能并不理想，特别在长时间使用的稳定性上。THX推荐的视频标准与建议图10THX建议在观看169的高清节目时，最大的可视角度为40，最小的可视角度28图11、12THX认为最适合的垂直观赏视角应该小于15，同时还应该避免后排观众受到前排观众遮挡的问题图13安装投影机的时候，要注意镜头的光学轴线应当指向投影幕的正中心THX是美国一家专门面向家庭影音娱乐的公司，特别在家庭影院方面有着深刻的研究。THX不但强调家庭影院声音方面的设计与研究，同样也十分注重家庭影院在视频方面的标准。THX认为，对于家庭影院的房间应该注意对屏幕光反射的控制。从投影幕反射出去的光线会射向周围的墙面和天花板，浅色的墙面会冲淡画面的对比度，应该使用较深的颜色。房间要求越暗越好，一方面能让黑白之间的动态范围得以最大化，另一方面也能降低投影的光输出量，延长投影机的灯泡寿命。此外，房间中的颜色以中性的灰黑色较为理想，画面周围的颜色能够影响人眼对画面的感知，因此房间应尽量不要采用鲜艳的颜色粉刷。关于投影幕的选择上，THX认为白幕依然是最佳的选择，当然视听室内的光学遮光条件要保证良好。带增益的幕布会减少离轴偏离中心的光线强度，并有可能出现高光位热点现象和颜色偏移。灰幕适合用于有光线的环境，但是应注意色染的问题。在观看距离与投影幕尺寸问题上，THX建议在观看169的高清节目时，最大的可视角度为40，最小的可视角度为28。观看2351电影节目时，最大的可视角度为52。在屏幕的高度问题上，THX认为最适合的垂直观赏视角应该小于15，同时还应该避免后排观众受到前排观众遮挡的问题。对于投影机的选择方面，THX认为应该尽量选择低噪音的投影机，或者采用完全隔离式的安装方式。在投影机的安装上要注意投影机镜头的光学轴线应当指向投影幕的正中心，避免变焦或镜头位移调整到极限的位置，应该预留空间，减低光损耗，因为一定的光学变焦和镜头位移都是以牺牲光输出量为代价的。PMI推荐的视频标准与建议图15垂直观看角度35屏幕顶部或者15屏幕中部较为适宜图16与THX强调的相同，后排的观众不应被前排观众遮挡PMI同样是一家来自美国的专业面向世界顶级家庭影院以及专业录音室设计的公司，在家庭影院设计方面拥有丰富的经验，当中包括音频与视频两大部分。针对家庭影院与专业电影后期审片室的不同，PMI在视频标准方面也做出了一定的变化。关于建议的投影幕观看尺寸大小，在电影后期审片室中，在中间位置拥有45的可视角度，而在房间尽头也能拥有不少于30的可视角度。但对于家庭影院而言，即便是高清视频节目，也无法与35MM胶片电影的效果相比，因此PMI建议如果是观看标清节目，水平可视角度应维持在20，高清节目则不能大于40。在观看的高度方面，PMI认为在垂直观看角度35屏幕顶部或者15屏幕中部较为适宜，但实际上人类最舒适的垂直观赏角度在12以下。另外还需要注意，后排的观众不应被前排观众遮挡。在屏幕亮度方面，对于一款拥有800流明单片式的DLP投影机投射100英寸的画面能够获得12FL的亮度，PMI认为最高的白电平100灰度的全白画面应该在16FL。PMI特别提醒，要注意切勿采用超高亮度的投影机，因为人眼在高亮度的情况下会变得相当灵敏，会发现更多画面闪烁的问题。另外还需要注意，对于电影后期审片室而言，房间中的黑白对比度在6001，动态范围达到55DB。之所以能得到如此高的数值，主要靠完善的遮光环境，因此在家庭影院环境下也应该注意遮光的问题，环境光尽可能维持在0025FL的超低水平上。另外房间也应该选择粉刷深色的墙面漆，并不要采用鲜艳的颜色。在投影幕的反射光均匀性上，注意不要采用增益过高的幕布，对于投影幕中区域与区域之间的最大亮度差异应该维持在20以内。有条件的用户，应该利用仪器进行相关的测试。PMI建议投影机的色温应该在6500K的水平上。JKP推荐的视频标准与建议图18JOEKANE在1982年创立JKP，是J