【摘要】 写作本文的目的，是试图从理论上解释实际工作中遇到的一些色域超限现象，同时希望帮助同行技术人员找到解决问题的方法。
【关键词】 电视节目制播 色域信号R、G、B、色域超限 分量信号 色饱和度
在节目制播的过程中，经常有一些奇怪的现象困惑着电视工作者：在演播室得到的视频图像非常清晰，即使幅度并不大，但在观众的电视机上反映出来的画面却一片朦胧，毫无层次感；演播室的光照亮度会直接影响接收画面的层次感；在字幕机上做出精美鲜艳的图片，播出后却感觉彩色死板。随着电视信号制播的数字化，视频信号经常在模拟、分量、数字之间转换制作，这种现象越来越明显多见。是什么原因导致这些现象的发生，答案是拍摄、制作、播出、传输的某些相关设备发生了非线形失真，在信号转换的过程中出现一些信号分量丢失，或者是在制作节目的过程中，由于信号格式的改变导致色域超限，以至于用户家的电视机无法显示某些图像部分。
仔细分析目前的电视制播线路可以看到，从摄像机到电视显像管的信号传输过程中，电视信号在不同的格式之间进行转换，在RGB格式与色差信号格式中，信号都是分三路进行传输及处理的，SDI信号的本质也是由色差信号采样而来，在进行剪辑等后期制作时也要将色差信号分离后进行处理。
* 在图像fyyb@gdmc.edu.cn信号格式的各种转换中，依据的是几个众所周知的转换公式，RGB信号转变为色差信号：
Y=0.3R+0.59G+0.11B
R–Y=-0.7R–0.59G–0.11B
B–Y=-0.3R–0.59G+0.89B
色差信号转换为RGB信号：
R=Y（R–Y）
G=Y–0.51（R–Y）-0.19（B–Y）
B=Y（B–Y）
根据公式，从理论上讲，不会出现任何信号丢失的现象，但实际的电路制作只能尽量达到理论上的要求，而不可能完全一致。这样，在信号分解的时候，每一个处理信道容限内的误差都会带来各路分量信号的不同变化，当信号最后传输到用户接收终端显示的时候可能会出现局部色域R、G、B小于零或者太大的情况。
为了彻底了解问题产生的原因，首先让我们简单回顾一下色域、色差及模拟复合信号的各种信号容限，色域系统中，R、G、B的幅度上限为700mv，下限为0mv。色差格式时，亮度信号Y的允许范围是0mv至700mv，色差信号的范围是-350mv——+350mv。在色差格式范围内的信号，转换到色域系统中可能会出现大于700mv或为负的情况，这种信号实际上是无效的。
电视系统在传输黑白图像时，因色度信号为零，R、G、B相等；传输彩色图像时，色域中的三基色电压不会相同，若三个值都不为零，则说明该传送的彩色是非饱和色，因为其中必然包含有由相同的三基色量所组成的白色成分。若三个值中有一个或两个为零，则所传送的彩色为饱和色。R、G、B信号的电压数值直接代表着各种颜色，因此通常把色域当作是R、G、B信号电压的取值范围。R、G、B信号的电压数值接近所规定的电压范围即色域限制，尽管在给定的图像监视器上能够得到所希望出现的彩色值，然而在后续的信号处理传输接收过程中，可能会因某路信号受到限幅或压缩，从而导致接收电视机上的彩色显示失真。色域超限多发生在饱和色或接近饱和色的区域，我们以黄色为例，图像为饱和黄色时，R=G=1（对应700mV），B=0，其亮度信号和色差信号分别为：
Y=0.3×1+0.59×1+0.11×0=0.89
R–Y=1–0.89=0.11
B–Y=0–0.89=-0.89
如果剪辑等设备的亮度信道有些失真，其相对增益只有90%，而两个色差信道正常，此时，Y=0.89X0.9=0.801≈0.8（以0.8计），这时色差格式信号处于正常范围，但图像信号处理完后传输、经过译码矩阵转换为R、G、B信号，让我们看一看色域的值是多少：
R=Y+（R–Y）=0.8+0.11=0.91
B=Y+（B–Y）=0.8–0.89=-0.09
G=Y–0.51（R–Y）-0.19（B–Y）=0.8–0.51×0.11+0.19×0.89=0.913
显而易见，B已经为负数，不用对应具体的电压值，我们知道这种信号在电视机上是不可能正确显示的，以此类推，如果图像是这个色度区域的渐变色，我们只能看见一块没有层次的黄斑。
其实，在模拟复合信号系统中，也可能会出现这种现象，我们注意PAL彩色电视制式的全称：逐行倒相正交平衡调幅制。它是将压缩后的色差信号之一（V）逐行倒相，再分别（U、V）对应正交的两个副载波进行平衡调幅。模拟信号系统同样存在色差格式的信号，但是由于Y、R-Y、B-Y一般都是经过处理后叠加在一起，单一分量发生失真的可能性太小，所以以前没有考虑过这个问题。
同样，在制播信道中的模拟-数字转换也会带来这种变化。当色差信号幅度变得太大或者太小时，色差信号转换为SDI信号，由于采样的上下取样点的限制，当信号超出采样范围时，转换设备将以最边缘的门限幅度采样，也会引起图像失去层次，根据601采样标准规定各信号采样点电平门限如下：亮度信号最高采样幅度762.2mV,对应码字为3FB，最低-48.7mV，对应码字为004；色度信号最高采样幅度为395.3mV，最低-396.8mV。
模拟复合视频信号中有许多色饱和度太大的信号，即使不考虑信号信道的失真，使用同样的推算方法也会发现经过不同格式转换后色域信号超限。基于以上原因，在数字信号系统中：原模拟电视中除了百分之七十五的彩条信号之外的所有测试信号在经过模拟到串行分量数字信号的转换后都会出现色域超限导致信号丢失的现象，比如以前经常使用的多波群信号等。还有100%的彩条，在全模拟系统中，我们就发现通常实际景物很少出现100%幅度、100%彩色饱和度的情况，而且由这类信号组成的色度信号幅度太大，若再与亮度信号叠加，会造成信号动态范围过大，在传输中容易产生失真。因此，我国“彩色电视暂行制式技术标准”规定使用75%幅度、100%饱和度信号作为标准测试信号。到了数字时代，三个色差分量经常分开处理，100%的色度经过我们多次的实验证明，通常用的字幕机以及非编设备上的三基色色饱和度一般设定范围为：0-255，其255的设定值相当于100%彩条的色度信号幅度，如果其图像渐变色最终目标为255，在接收终端将看不见颜色的过度，而只能看见一块色斑。完全有效的最高设置是255×75%=191.25。这样，它的有效设定范围就是：0-191。
另外，有一个非常有趣的现象，在演播室，同样的灯光效果下，同一个播音员穿不同的衣服，会出现色域越限的现象。相反，不同的灯光效果下，同样的场景会有不同的表现，也可能出现色域越限的现象。
演播室中播音员经常穿的红色的外衣，当灯光加亮时肩部会出现不正常的橙色，甚至变白，我们实验的时候让摄像机拍摄一块纯红的背景，当灯光由全暗向超亮过度的时候，可以在向量示波器上看到波形为一条线从中心（黑点）向R方向延伸，出现色域超限后，它会向G方向稍微偏移，最后再向中心点（白点）收拢。从理论上讲，所有取得的信号都应该在色度图中心白点（W）与100%饱和度R点的联机上，它的色调不会发生变化，R、G、B的信号幅度波形应该是R从零开始到最大，然后G、B同时同量增加。但实际上PAL系统的色度三角形R、G、B顶点不在马蹄形的色度图的r、g、b等色调线上，R偏向g的方向，因此，我们总是看到G信号先增加，而且一直比B信号大一点，此时图像出现橙色，直到R、G、B等幅出现白色。
所以，演播室中应该注意根据不同的主持人及主持人不同的穿戴调节不同的灯光以避免色域超限；尽量不要将所有的灯光直射主持人、讲台等同一个位置。实际应用中泰克公司的WVR611A多功能波形监测仪是比较方便的设备，它能够直接对色域超限进行报警，便于现场灯光与信号的调整。