摄像机中锯齿波测试信号的用途

图1
摄像机中锯齿波测试信号的用途
◎ 中央电视台陈江疆
摄像机中有两种测试信号，彩条（Color Bar）信号，和
锯齿波（Sawtooth）信号，它们具有各自不同的作用。

正确使用好摄像机所提供的这两种测试信号，对于保持摄像机的最佳工作状态、拍出理想的画面具有非常重要的意义。

下面我就结合工作中的实际，以日立公司的SK-F38型便携式三同轴摄像机为例，谈一谈对于如何正确使用锯齿波测试信号来校准摄像机画面的一些想法。

一锯齿波测试信号简介
用波形示波器来观看摄像机中锯齿波测试信号，波形如图 1 所示。

其形状像一排锯齿，因此而得名。

它是由摄像机机头（Camera Head）和基站（Base Station）中专门的锯齿波发生器（Sawtooth Generator）所发生的。

图2 所示为SK-F38 摄像机机头（Camera Head）的信号流程框图，从中可以看出锯齿波测试信号发生器位于预放
（PRE AMP）电路板上，所发生的测试信号与预放器输出的图像信号相互间可通过开关切换选择，选择后的信号送入下一环节——处理 1 （PROC-1）电路板处理。

因为没有经过GAMMA 、KNEE 及白切割等处理电路，此时的锯齿波测试信号的波形还是线性的，如图2中所示，幅度为0.3V p-p，可通过电路做2 和5 倍处理。

基站（Base Station）中同样有一个锯齿波测试信号发生器，图 3 所示为 SK-F38 摄像机基站的信号流程框图，我们可以看到发生器位于信号解调制（DEMODULATOR）电路板上，所发生的测试信号与自动增益控制（AGC ）电路输出的信号可以通过开关切换选择。

选择后的信号送入下一个处理环节——编码器（ENCR ）电路板中处理。

此时的测试信号波形如图3 中所示，幅度为0.7Vp-p 。

把图2 和图3 连接起来，可以得到一个从CCD 到最终基站输出的摄像机信号的完整处理过程。

下面，将通过对摄像机中信号处理过程的分析，来看看锯齿波测试信号在整个摄像机通路中起到什么样的作用。

首先，能够最直观看到的一个作用是当摄像机发生故障时，锯齿波测试信号可以作为摄像机信号通路分段检测的测试信号。

例如，当摄像机出现输出信号异常时（有噪波、干扰甚至无信号输出），可以通过检查其通路中不同位置测试信号的波形情况来判断故障发生的大概位置和原因。

当然，这并非是它惟一的作用。

锯齿波信号在摄像机应用中还有很多重要作用。

二在摄像机信号通道校准时的作用
归根到底，电视是一个光—电、电—光转换的过程，摄像机要完成的任务就是将其所拍摄的景物在监视器上如实地还原出来。

而要做到能够如实地反映出拍摄的景物，摄像机在拍摄前有一些很重要的指标需要技术人员来调整，如光圈、底电平、黑白平衡、GAMMA 、KNEE 、白切割等等。

其中光圈、底电平、黑白平衡等是需要在每一次拍摄前和拍摄中实时调整的，而另外一些技术参数如自动黑白平衡基准、GAMMA 、KNEE 、白切割等则需要定期检查其数值是否正常。

在摄像机出厂前，调试工程师会根据不同的电路情况分别对每一台摄像机的指标进行校准，使每台摄像机都能
图2图3中心技术
工作在最佳状态。

同时这些数据将作为基准文件被存储在摄像机中专门的 ROM 里。

在以后的使用中，每一次做自动调整时，机器中的各部分电路的电气参数会自动的与 ROM 中的基准文件相比较、对齐，从而使摄像机恢复到最佳工作状态。

但是，在摄像机使用一段时间后，随着元器件的老化，有一些电气指标会发生变化，这会使得ROM 中所存储的文件与实际电路情况不符，会造成诸如即使摄像机做了自动白平衡画面仍然不白等的问题。

出厂时 ROM 里存储的这些数
据就失去了作为参照标准的意义。

此时，有两个办法可以用
来改变这一状况：
1. 升级 ROM 中的文件，改
变存储于其中的各项参数的值，
使之与实际的电路状况相符合，用
文件去适应电路。

2.对摄像机的通路做重新
校准，通过改变电路中一些电
位器的物理值来补偿这些电
气指标的变化，最终使得实际
电路重新与 ROM 中的文件情
况相符合，换句话说就是用电
路去适应文件。

两种方法的目的相同，都
是使 ROM 中的文件能够重新
起到基准的作用，因为只有这
样自动调整所得到的值才有
意义。

二者方法相比，要升级 ROM 只能在摄像机工厂来完
成，需要专门的设备，比较麻烦。

而摄像机通路的校准是可
以随时进行的，当然前提是摄像机通路中适当的位置有合适
的、标准的测试信号。

那么，摄像机中的锯齿波测试信号是
否符合要求呢？
现在回过头来分析一下图2。

首先看一下锯齿波测试信号发
生器的位置，可以看出电路中锯齿波发生器只有一个，它所发生
的锯齿波信号分成一模一样的三路，分别在通过预放电路后插入
到R、G、B 三个通道中。

其插入的位置在黑白
平衡、GAMMA 、KNEE 、白切割等处理电路之前。

这样的
电路结构对整个摄像机的信号通路来讲是非常有意义的：
惟一的信号发生器保证了三路测试信号源头的精确统一，
而测试信号的插入位置又确保了它对摄像机各项处理电路的
校调均有效。

然后，再看一下锯齿波测试信号的波形：其0.3Vp-p 值
的波形，插入到预放器后能够充分反映此后的摄像机通道的
动态范围；其具备的2 倍和5 倍处理的功能保证了白切割、
K N E E和G A M M A的调整；而它线性的波形使得K N E E和GAMMA 等电路的处理可以完全、直观的在测试信号波形上
得到体现。

综合上述分析，锯齿波测试信号完全符合作为摄像机通
道校准时的测试信号的要求。

实际上，这是锯齿波测试信号
的第二个、也是更为重要的一个作用。

下面我们简单的来看看摄像机通道校准的过程。

调整中，需要用到摄像机的集中控制单元（SCU）、波形示波器、
监视器。

摄像机中R、G、B 三路信号分别有独立的处理通道，最
后才在编码器上合成为复合信号。

通道校准的目的就是使
这三个通道中的各项处理电路状态一致，确保在编码器上
得到的R 、G 、B 三路测试信号具有相同的增益、GAMMA 、
拐点和白切割点。

而这些指标的好坏都可以在复合信号的
波形上反映出来。

指标好，复合信号的波形就细；不好，波
形就粗。

本着分段调整、从前向后的原则，按照增益（黑白平衡）、KNEE、GAMMA、白切割的顺序来分段校准各部分处理电路。

各步校准前先在SCU 上调出摄像机基准文件，同时用
波形示波器监看相关测试点的信号、以及基站输出的复合
信号波形。

具体步骤是：
1. 调整机头预放器（PRE-AMP）输出电路，将机头预放
电路板上的增益控制电位器RV1 、RV3 、RV5 都调整到标准
位置。

所谓标准位置是指在标准光圈（F8）、2000lux光照条
件下，拍摄反射率89.9% 的灰卡时，预放电路板上 TP1、TP2、TP3 三个测试点的信号幅度均为0.3Vp-p。

2. 调整机头的锯齿波测试信号。

将机头锯齿波测试信号
置为“ON”，调整预放电路板上的RV7 电位器，并监测TP1、TP2、TP3 三个测试点，使测试信号幅度均为 0.3Vp-p。

这一
步调整保证了锯齿波测试信号的准确。

3. 调整机头输出给调制单元（MU）的信号幅度。

将机
头锯齿波测试信号置为“ON”，用示波器监看机头编码板上
TP1 、TP2、TP3 点，调整处理1（PRO1）电路板上RV16、RV6 、RV17 三个电位器，使得机头输出的R、G、B 三路信号幅度一致。

4. 调整摄像机拐点KNEE处理电路。

将机头锯齿波测试信号置为“ON”，同样用示波器监看机头编码板上 TP1、TP2、TP3 点，在SCU 上将锯齿波置为×2，调整处理1（PRO1）电路板上的RV406、RV407、RV408 电位器，使得R、G、B 三路信号的拐点都在 95%。

5. 调整摄像机的 GAMMA。

在标准条件下，拍摄标准测
试卡，同样用示波器监看机头编码板上TP1、TP2、TP3 点，调整处理2（PRO2）电路板上的RV1、RV4、RV7 电位器，使三路GAMMA 值都是0.45 。

6. 调整摄像机的白切割电平。

将机头锯齿波测试信号置为“ON”，同样用示波器监看机头编码板上 TP1、TP2、TP3 点，在SCU 上将锯齿波置为×2，调整处理2（PRO2）电路板上RV3、RV6 和RV9 三个电位器，使R、G 、B 三路的白切割电平都在 115% 的位置上。

7. 调整基站编码器的彩条测试信号。

用示波器分别监测摄像机基站编码板（ENC）测试点 TP1、TP2、TP3，同时调整电位器 RV10、RV11、RV12，将彩条测试信号的 R、G、B 三路调标准，保证在源头有一个标准的彩条测试信号。

8. 调整基站编码板电路。

在SCU上将基站编码器上彩条
（BARS ）置为“ON”，调整编码板上的Y ，C 幅度和编码矩阵中的幅度控制（电位器都位于前面板上），将彩条信号的波形调整标准，保证编码器电路的标准。

9. 调整基站解调制（DEMO）电路。

在 SCU 上将基站锯齿波测试信号设置为“ON”，调整基站解调制（DEMO ）板上的RV42、RV22 和RV62 三个电位器（分别是R、G、B 三路的增益控制，见图3），将解调后输出的信号R、G、B 三路信号尽量调整重合，观测示波器上锯齿信号波形最细，这一步校准了摄像机基站的解调制电路。

10. 调整基站解调制（DEMO）板上的 AGC 控制电路。

在SCU 上将摄像机机头预放（PRE）电路板上锯齿波测试信号置为“ON”，将G A M M A、K N E E、白切割都置为“OFF”。

调整基站解调制（DEMO ）板上的RV38 、RV18 、RV58 三个电位器（分别是R、G 、B 三路解调制器的增益控制，因为这时涉及到机头与基站之间通过三同轴电缆的调制解调，信号会有一些滞后反应），将R、G、B 三路信号尽量调整重合，观测示波器上锯齿信号波形最细，这一步校准了从机头预放器输出到基站解调器这部分处理电路的信号增益。

经过上述步骤的调整，校准了摄像机的信号通道，使得摄像机的基准文件和实际电路相符合，这时只要调出基准文件，锯齿波的波形就会最细。

助。

图 4
图 5
中 心 技 术
三 在多台摄像机系统调整时的作用
在多台摄像机组成的系统中，对技术人员来说，拍摄时 除了调整好每一台摄像机的技术指标外，另外非常重要的 一点是保证系统中的各台摄像机所拍摄的画面在色彩上基 本一致，相互之间切换的时候不应该有人眼能够察觉到的 偏差。

这就要求技术人员在每一次拍摄前要根据现场的灯 光状况，在灯光师的配合下对每台摄像机各项技术指标做 仔细的调整。

色温），不加任何滤色片做自动白平衡调整后，摄像机 R 、 G 、B 三个通道的信号增益应该为 1 ：1 ：1 ，GAMMA 值也是 1 ：1 ：1 。

这时拍摄一个反射率 89.9% 的灰卡时，在示波 器上看摄像机输出的 R 、G 、B 单路的波形幅度相同、弯曲 度相同，三路信号重合最好，编码器相加后得到的复合信号 波形如图 4 所示；同时在监视器上会得到一个正确的灰卡图 像，没有偏色的现象发生。

而当白平衡不好的情况下，拍 摄一个灰卡时，在示波器上看 R 、G 、B 单路信号波形的幅 度、曲度就会不相同，在编码器相加后得到的复合信号波形
场地条件限制很多。

某些情况下，要么转播场地根本就没 有灯光师的配合，要么拍摄前没有时间让技术人员从容地 调整机器。

在这些情况下，要保证摄像机拍摄前的调整， 在节目中拍出好的画面来，就必须另想办法。

在多年的电视转播工作中，我们逐渐摸索出一套在外 界灯光条件不具备的情况下，调整系统中多台摄像机的黑 白平衡以及相互间的色彩匹配的方法。

这时候同样要用到 摄像机中的锯齿波测试信号。

具体的方法是通过调整摄像机中的锯齿波测试信号波形， 调整摄像机在 3200K 色温条件下的白平衡，然后通过选择使 用摄像机中与外界照明条件相符合的滤色片，来保证拍摄时 白平衡基本完好。

这样，拍摄前只需要调整好系统中的每一 台摄像机锯齿波信号的波形，就能够保证拍摄时多台摄像机 的白平衡基本正确且相互间的颜色匹配完好。

在理论上，摄像机中都配备了几档常用的滤色片，如 4700K 、5600K 、6300K 等。

滤色片的原理是通过改变光线中 不同色光所占的比例，达到不同色温条件下白平衡的目的。

也就是说，如果在3200K 的灯光条件下摄像机调好了白平衡， 那么在 5600K 的灯光条件下也就不需要再调整了，直接将滤 色片转换为 5600K 的就可以。

当摄像机在标准条件下（光圈F8、2000lux 光照、3200K
而由第二部分中摄像机通道校准的前两步可以看出，当 完成摄像机的通道校准后，完全可以用机头的锯齿波测试信 号来替代标准光圈（F8 ）、2000lux 光照条件下，拍摄反 射率 89.9% 的灰卡时预放器的输出信号。

这也就意味着我们 可以用在示波器上判断摄像机锯齿波测试信号波形的好坏的方 法来判断 3200K 色温条件下摄像机的白平衡正确是否。

这样，如果摄像机在 3200K 色温条件下白平衡正确，那 么根据滤色片的原理，我们就可以通过选择与外界照明条件 相符合的一档滤色片，来保证实际拍摄时白平衡基本正确。

因为毕竟不是在实际光照条件下做的调整，白平衡难免 会有一点偏差，但这样调整却可以保证系统内的摄像机色色 彩还原上的一致。

实际上，人对色温是不敏感的，不同人 群对色温的感觉是不一样的。

在亚洲人眼里认为偏蓝（色温 偏高）的图像，欧洲人完全可能认为正合适；而在欧洲人 看来偏黄的图像在亚洲人眼里看来却很好。

图像和声音一 样，最怕的是比较。

在一个多台摄像机组成的系统中，整 体上色温略有偏差，人不会很敏感，而如果摄像机间颜色有
偏差，反而会很容易被发现，让人感觉不舒服。

上面，通过分析摄像机信号通道，并结合我们工作的实 际，提出了一些对于摄像机调整和测试信号的使用方面的观 点，希望对诸位的工作有所帮 也会相应较粗，见图 5 ；这时在监视器上得到的将是一个带 颜色的图像，色彩还原不正确。

对于演播室来说这不是问题，但对于外出转播，这个 要求有时却很难达到。

外出转播与演播室拍摄比起来，受。