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键控技术的发展及其在电视领域的新应用(1)

2013-10-17 01:15 “键”（key）就是通常所说的抠像，在传统电视节目制作中使用很普遍。它的本质就是“抠”和“填”，“抠”就是由控制电平将画面沿一定的轮廓线抠掉（变成黑色），“填”就是将所要叠加的视频信号填到被抠掉的区域，键控特技的原理与分画面特技（扫换）相似，键控特技的效果也是参与切换的两路视频信号的图像在屏幕上分割画面，两者的区别在于，键控特技的分割形式可以是任意形状，可产生比分画面特技复杂得多的画面分割，创作出丰富多彩的 艺术 效果，不象分画面特技那样，仅仅为规则的几何形状。键控特技所需的门控信号称为键控信号或键信号，键信号不是由扫换波形发生器产生，而是由作为键源的视频信号通过键处理器产生。键控特技具有视频切换开关的性质，在有键信号的时候背景图像通不过，让前景图像通过，没有键信号的时候让背景图像通过，而前景图像通不过，用来控制视频切换开关的键信号的频率取决于键源视频图像的频率，大约在几十hz--几mhz，视频切换开关输出合成图像的背景和前景即是被抠图像和填充图像。

图1 为键控特技原理示意图。

 

一 . 键控特技的分类

1 . 按键源的性质分

1. 内键

    键源与填充（前景）信号是同一个图像信号，即用要填的图像信号一路经过键控信号处理器产生抠像电视信号，另一路作为“填充信号”填入被抠掉的部分。内键也称自键。内键特技以前常用于黑白字幕插入，键源信号通常是在黑底上的白色字符或图形，它的电平只有高低两种，且对应白色部分的电平高，如果填充信号记作a，背景信号记作b，则内键可简述为a抠b填a。这种技术现广泛地 应用 于色键特技。将叠加的全电视信号经消色电路和放大整形处理后，形成抠像键控信号，从而进行混合叠加。

（2）外键

    相对于内键特技而言，外键特技的键信号不是由填充（前景）信号或背景信号形成的，而是由第三路视频信号作为键源所形成的，外键的键源信号也是由黑底上的白色字符或图形，填充信号通常为单一色调的彩色信号，因此外键特技通常用于彩色字幕的插入。如果填充信号记作a，背景信号记作b，键源信号记作c，则外键可简述为c抠b填a。

    在 计算 机显示像素时，其rgb像素，一路通过电平合成得到抠像信号，另一路经过d/a变换，编码器编码产生填充信号，如图 2所示。其中存储器输出为数字rgb信号（各8位），经d/a变换成模拟rgb，然后经编码器合成成为填充信号，另一路经求和电平处理器产生抠像信号。图2的键控信号叠加器输出为0和1两种状态的电平信号，随着字幕机技术的 发展 ，现已有利用另一8位信号通道产生具有256级电平变化的alpha键，从而产生具有半透明渐变的效果（后文详述）。

 

　

2 . 按产生键信号的键源图象成分分

（1）亮度键

    它是利用键源图像中亮度成分来形成键信号，亮度键要求键源图像要有较高的亮度反差，即要求键源中作前景的图像部分要亮，其余部分要暗（黑），要形成明显的黑白反差，亮度键又称黑白键。图3为亮度键原理示意图。

 

（2）色度键

    又称色键，它是利用彩色幕布的前景图像（填充信号）的色度成分（主要是色度中的色调，也就是图像的颜色）与其后的彩色幕布的色调（幕布的颜色）差别来形成键信号，用键信号去抠背景图像，再填入彩色幕布的前景图像。色键也是内键的一种形式，所不同的是键信号的形成方式，内键是利用键源信号的黑底和白字符之间的亮度差别来形成键信号，而色键是利用键源信号的彩底（即彩色幕布）和前景图像（如演员图像）之间的色调差别来形成键信号，同时键源信号又作为填充信号。色键要求键源图像信号有较高的色度反差，即要求键源信号中作前景的图像不能含有其后作幕布（背景）的彩色色调相同或相近的色调，也就是要求键源信号的前景和背景的色调尽量分开，最好是补色关系，以保证两者之间的色调差别。

在电视制作中为了获得最佳视觉效果，使用色度键时应尽量满足下列要求：

. 背景应平坦，照明条件要好，颜色要均匀。

. 拍摄物体的照明要好，不能带有被键出的颜色。

. 视频必须以分量格式拍摄。

图4为色键原理示意图。

3 . 按键信号波形分

1. 硬色键

    键信号波形是前后沿很陡的矩形脉冲信号，硬色键合成输出图像的前景和背景的分界处有抖动和突变现象，使人感到生硬和不 自然 ，还存在分界处彩色闪烁和有幕布色镶边等现象。另外，对于自然景物中的半透明物体作为合成图像前景图像时，其后面的背景图像应该是部分地透明，但是硬色键在任何瞬间其键信号所控制的视频切换开关不是接通就是断开，键信号只有两种取值，不是高电平就是低电平，因此硬色键合成图像中前景图像不是全透过就是全不透过其后的背景图像，这与我们日常见到的自然景观是不同的，所以硬色键特技给人缺乏真实效果的感觉。在硬色键中，键信号为高电平时视频开关接通，前景图像全透过其后的背景图像，键信号为低电平时视频开关切断，前景图像全不透过其后的背景图像。

 

（2）软色键

    键信号波形是与前景图像透明度相关的斜坡形（梯形）信号，键信号在上升和下降期间有一定的斜率，软色键能够在很大程度上克服硬色键的上述缺点，软色键中将用于硬色键的脉冲门控混合电路改成了线性混合电路。

     目前 ，在软色键的基础上发展了线性键控特技（也称透明键或alpha键），线性键合成图像能线性地与前景图像的透明度成比例地透过背景图像。软色键和线性键扩大了色键特技的应用范围。线性键是具有半透明混合效果的键控特技，其键信号决定合成图像中前景图像（填充信号）后背景图像以什么样的透明度可见，即键信号根据前景图像的透明度而线性地成比例地决定前景信号与背景信号的合成比例或混合程度。线性键的数学模型可用下式表示：

vout= vf* k + vb*（1 - k）

    其中vout为前景（填充）信号和背景信号合成后的输出信号，vf为前景信号，vb背景信号，k为键信号，k值取值范围为大于等于0而小于等于1，从该式可知，当k=1时，vout= vf，此时线性键的合成输出就是前景（填充）信号，这种情况称为完全叠加。当k=0时，vout= vb，此时线性键的合成输出就是背景信号，这种情况称为完全不叠加。当大于0而小于1时，线性键的合成输出为前景（填充）信号vf和背景信号vb按照k值所决定的比例进行合成以后的图像，合成图像看上去是半透明的效果，透过前景可以看到背景，透明度的大小取决于键信号k的值。实际上，当k=0或k=1时，线性键就工作在硬色键方式，但反过来硬色键却不能达到线性键的效果，因为硬色键的键信号k的值只有0（低电平）和1（高电平）两个值，所以硬色键合成输出要么是前景信号，要么是背景信号，不可能出现半透明的混合效果。

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