Диапазоны яркости: о черном  и белом

       Кажется, что может быть очевиднее: черный - самый темный из возможных цветов; белый - самый светлый. Однако так их воспринимают не все аппаратные и программные средства для работы с видео. Очень часто в них допускаются значения темнее черного и светлее белого, что в ряде ситуаций обеспечивает большую надежность. Следовательно, в разных системах используются различные значения черного и белого.
      Такие различия создают множество сложностей для видеомонтажеров и художников, которые в процессе производства пользуются разнообразными инструментальными средствами. В изображении без всякой видимой причины могут сместиться относительные значения яркости и контрастности. Проблема усугубляется отсутствием точной информации о том, как нужно обращаться с такими смещениями. Но если их игнорировать, в конечном счете можно получить блеклое изображение или недопустимые цвета.
      Поэтому необходимо иметь представление о том, как в разных системах определяются значения черного и белого и как их следует преобразовывать друг в друга. Чтобы разобраться в этих вопросах, вначале понадобятся определенные умственные усилия, которые безусловно оправдаются в дальнейшем.

Уровни IRE и цифры

      Иногда путают цифровые значения яркости, о которых идет речь в настоящей статье, с аналоговыми величинами яркости, которые выражаются в единицах IRE (Institute of Radio Engineers). Действительно, и те и другие являются способами представления черного и белого. Но они относятся к разным областям, и их нельзя применять одни вместо других.
      Для аналоговых видеосигналов опорный электрический уровень, представляющий белое, обычно определяется как 100 IRE, причем сами электрические уровни практически одни и те же независимо от формата. Электрический уровень черного зависит от используемого видеоформата и даже от страны, в которой вы находитесь. В системах PAL и японской версии NTSC черное всегда определяется как 0 IRE. В Северной Америке для композитного видеосигнала NTSC используется электрический уровень 7,5 IRE, иногда называемый установочным. Для компонентного видеосигнала в Северной Америке черное может быть представлено значениями 0 или 7,5 IRE. Как показывает наш опыт, чаще встречается 7,5.
      Модули аналого-цифрового и цифро-аналогового преобразования вашей видеоплаты или деки в состоянии определить, как нужно преобразовывать значения яркости между этими двумя представлениями. Например, если установлена настройка 0 IRE, а выходной поток данных после оцифровки удовлетворяет спецификации 601, то видеосигнал с уровнем 0 IRE преобразуется в значение 16, а видеосигнал с уровнем 100 IRE - в 235. Там, где сигнал превышает 100 IRE, получатся значения больше 235.
      Если бы тот же поток данных оцифровывался с помощью аппаратуры, настроенной на 7,5 IRE, то значение 16 получилось бы для видеосигнала, равного 7,5 IRE, а значение 235 - для сигнала с уровнем 100 IRE. У большинства видеомонтажных систем имеется переключатель 0/7,5 IRE, но в некоторых из них (например, в Media100)  это опорное значение фактически изменяется только на выходе, а на входе всегда поддерживается уровень 7,5 IRE для систем NTSC.
      Некоторые ошибочно полагают, что диапазон яркостей от 16 до 235 означает, что использовалась настройка 7,5 IRE, но это не так. Например, значение 16 задает уровень черного в любой системе с настройкой 0 IRE, включая PAL и японский NTSC. Допустим, что видеозапись выполнена с настройкой 7,5 IRE, но потом оцифрована аппаратурой, в которой черным считается 0 IRE, а затем передана через кодек, в котором черный видеосигнал растягивается вниз до численного значения 0. Тогда в выходной записи, имеющей настройку 7,5 IRE, черное действительно примет значение около 16 - но лишь потому, что кто-то сделал ошибку.
      Можно представить себе, сколько разных комбинаций может возникнуть, если не следить за соответствием между диапазонами яркости сигнала в цифровом и аналоговом представлениях по всей производственной цепочке. Поэтому важно проверять, какое определение яркости используется в каждом звене этой цепочки, и в нужных случаях выполнять соответствующие преобразования.
      Если вы имеете дело с кодеком, в котором общепринятый внутренний диапазон значений 16-235 растягивается в диапазон 0-255 для программной обработки, нужно быть особенно осторожным при оцифровке ленты и проследить, чтобы в исходном материале не происходило регулярное превышение уровня 100 IRE, - иначе сигнал в таких местах будет позже просто обрезан кодеком. Для этого необходимо правильно настроить входной усилитель, который может быть как внешним, так и встроенным в саму монтажную систему.
      Как определить, при каком опорном уровне была записана видеолента - 0 или 7,5 IRE? Последите за осциллографом в процессе ввода и за индикаторами уровня сигналов цвета. Отметьте, до какого минимального уровня опускается сигнал изображения. Если в вашей системе осциллографа нет, можно воспользоваться таким ненаучным методом: посмотрите на цветовые полоски в тестовой картинке, а именно на три узкие полоски PLUGE (Picture Line-Up Generator) в правом нижнем углу. Средняя из этих трех полосок отображает опорный черный цвет. Соседние полоски соответствуют уровням на 4 IRE ниже и выше опорного черного.
      Теоретически вам нужно настроить монитор так, чтобы центральная опорная полоска и находящаяся рядом с ней более темная сливались друг с другом. Этим вы обеспечите соответствие черного в видеосигнале черному на экране монитора. На практике же многие мониторы, которые мне встречались, по умолчанию настроены на более высокую яркость. Поэтому если вы видите все три полоски, то вполне вероятно, что данная запись выполнялась при 7,5 IRE, а более темная полоска соответствует 3,5 IRE. Если же вы видите одну полоску двойной ширины и одну более светлую, то сигнал мог быть записан при 0 IRE, и тогда более темная полоска слилась со средней.
      Такой подход не очень надежен (вдруг ваш монитор на самом деле откалиброван правильно), но если других идей нет, какой-то ключ к отгадке может дать и она. Чтобы гадать приходилось меньше, мы стали помечать все свои записи как сделанные при 0 или 7,5 IRE. Это полезная практика. Вам не только стоит самому ее придерживаться, но и поощрять к этому тех, с кем вы работаете.

Superblack

      Видеоленты, а также удивительно большое число цифровых видеокодеков, не имеют отдельного альфа-канала. Это создает затруднения в том случае, когда вам нужно, чтобы маска сопровождала ваш видеоматериал, например, если вы подготовили титры и передаете их в видеомонтажную систему, где они будут накладываться на основной материал при композитинге.
      Для решения этой проблемы чаще всего используют дополнительную ленту или файл, где содержится только маска альфа-канала, или же выполняют предварительный композитинг изображения на синем или зеленом фоне, а затем, на более позднем этапе, вытесняют этот цвет кеингом. Однако можно воспользоваться и методом, который называется superblack и представляет собой разновидность яркостного кеинга.
      В этом методе черный цвет в той области изображения, которую вы хотите оставить, должен быть на самом деле светлее, чем абсолютно черный. Область же фона, которую нужно убрать, делают совершенно черной (или, если вам удобнее так это представлять, чернее черного, т. е. superblack). Оборудование, куда потом вводится такой материал, настраивают так, чтобы оно отсекало все яркостные значения темнее того черного, какой вы хотите оставить в изображении.
      Чтобы сделать это в цифровой форме, нужна видеомонтажная система, работающая в яркостном диапазоне 601 (т. е. практически любая), и кодек, который не растягивает автоматически яркостный диапазон 16-235 в диапазон 0-255. Иначе говоря, требуется система, позволяющая сохранить цвета темнее допустимого черного.
      Следует создавать графику либо сразу в диапазоне 16-235, либо сначала в диапазоне 0-255, а затем применить эффект Levels, установив параметры Output Black и White равными 16 и 235 соответственно. Затем выполняется композитинг на чистом черном фоне с уровнем 0. В программе After Effects это происходит автоматически, если изображение переднего плана имеет прозрачный альфа-канал, а позади него в композиции ничего нет. После импорта результата такого рендеринга в видеомонтажную систему не выполняйте никаких растяжений яркостей и настройте модуль яркостного кеинга монтажной системы так, чтобы он отсекал уровни ниже 16.
      Вы можете также записать на видеоленту изображение вместе с маской superblack. Для этого подготовьте изображение, как описано выше, следя за тем, чтобы видеосистема не обрезала и не удаляла значения черного меньше 16. Установите аппаратную настройку 7,5 IRE. Тогда при выводе из файла значения 16 превратятся в сигнал с уровнем 7,5 IRE, а фоновые значения 0 перейдут в уровень около 0 IRE, что позволит выполнять с ними кеинг на проходе.
      Маска superblack смотрится не очень хорошо: в ней практически нет сглаживания. Зато она быстро обрабатывается при рендеринге в системе нелинейного монтажа, а при линейном монтаже не требует наличия еще одной деки с синхронным воспроизведением записи. Рано или поздно большая часть монтажных работ будет выполняться в цифровой форме, а в большинстве систем нелинейного монтажа будет предусмотрена возможность работы с маской в виде записанного вместе с изображением альфа-канала, который воспроизводится в реальном времени. А до тех пор не удивляйтесь, если клиент попросит вас сделать маску superblack.