如何看懂 SMPTE 彩條、EBU 彩條和 PM5544 測試圖

我們的電視螢幕測試提供三種測試圖，它們的歷史比大多數使用者的年紀還長：EBU 彩條、SMPTE 彩條和 Philips PM5544 測試圖。這些圖樣為類比電視而生，用來校正攝影棚的監看螢幕，也在節目之間的空檔播出。它們原本要測的許多東西，在現代螢幕裡已經不存在了。有些還在，還有幾個部分找到了新用途。

下面我們逐一說明它們的來歷、每個部分的設計用途，以及今天在電視、顯示器或投影機上，還有哪些地方值得看。我們查閱了標準和工程師當年發表的論文，出處列在文末。

彩條為什麼這樣排列

彩條幾乎總是依白、黃、青、綠、洋紅、紅、藍的順序排列，最後往往還有黑色。這不是隨意排的。三原色各自完全開啟或關閉，一共有八種組合，每條彩條就是其中一種。把每條彩條寫成綠、紅、藍三個開關，就是從白色的二進位 111 倒數到黑色的 000。產生器只需要三路方波就能畫出來：藍色每條切換一次，紅色每兩條切換一次，綠色每四條切換一次。

同一個倒數順序，也讓彩條依亮度排列。人眼感受到的亮度中，綠色占得最多，紅色其次，藍色最少。標準畫質視訊規範 ITU-R BT.601 的亮度訊號（luma）公式是：綠色乘以 0.587，加上紅色乘以 0.299，再加上藍色乘以 0.114。算出每條的值，就是白色 100%、黃色 89%、青色 70%、綠色 59%、洋紅 41%、紅色 30%、藍色 11%，黑色為 0。每條都比前一條暗，所以彩條也能當作灰階使用。

電子彩條產生器在彩色電視發展初期就出現了。RCA 工程師 Norbert Larky 和 David Holmes 於 1951 年為彩色測試圖產生器申請專利，1956 年獲准。

大多數彩條不會把各個顏色開到最大，原因很實際。ITU-R BT.471 用四個數字標示彩條訊號：白條的位準、黑條的位準，以及彩色條的最高和最低位準，全都以白位準的百分比表示。在滿幅彩條（100/0/100/0）中，黃色和青色的彩色視訊訊號峰值會比白色高出約三分之一。依 SMPTE 自己的背景指南，NTSC 的白色是 100 IRE，它們卻會達到 131 至 133 IRE。在 SMPTE 的 75% 彩條中，黃色和青色的峰值則恰好是 100。因此，一般使用的彩條把彩色部分設在 75%，讓測試訊號留在受測系統的範圍內。

EBU 彩條

EBU 彩條屬於 100/0/75/0 這一類：白色為滿位準，六種彩色為 75%，最後是黑色。EBU 這個名稱來自它們在歐洲廣播中的使用；ITU 標準只稱它們為 100/0/75/0。

我們的檔案在 4:3 畫幅中畫出八條等寬彩條，尺寸為 768 × 576，也就是 PAL 畫面使用正方形像素時的尺寸。在寬螢幕上，第八條黑色會和側邊的黑邊融為一體。這是正常的。

在現代螢幕上，可以看三點：

每條彩條都應該均勻。 從上到下應當是同一種顏色。影像本身完全均勻，因此，如果一條彩條內有色偏，或中央比兩端亮，顯示出來的就是面板或背光的狀況。
亮度應該逐級下降。 把電視的「色彩（飽和度）」調到最低，彩條就會變成由左至右逐漸變暗的灰階，每一級都應分得清楚。看完記得調回去。
顏色應該濃郁，不該像螢光色。 在鮮豔或動態影像模式下，黃色和青色常會亮得刺眼，彩條之間還會出現細細的亮邊或暗邊。那些邊是電視銳化出來的，並不在原圖裡。

EBU 彩條不適合下文的純藍檢查。它的白條為滿位準，彩色條中的藍色卻只有 75%，所以只看藍色時，白條總會比較亮。SMPTE 彩條以 75% 灰色開頭，因此，四條含藍色的彩條，藍色分量都相同。

SMPTE 彩條

大多數美國人聽到「彩條」時想到的就是 SMPTE 彩條。它起初是為了解決一個具體問題而設計的。1977 年，CBS Technology Center 的 A. A. Goldberg 在 NAB 工程會議上介紹了它。CBS 從 1975 年起就在研究攝影棚監看螢幕的漂移問題。通常，每場節目開始前都要檢查，讓整排螢幕的畫面一致。當時常用的方法是關閉紅、綠電子槍，憑眼睛比較藍色條，調整色彩和色調。這樣並不準確：要比較的彩條相隔很遠，螢幕兩側的藍色表現可能不同，而人眼對藍色也不太敏感。

Goldberg 做的改動很小。他在主要彩條下方，加了一條反向排列的色塊窄帶，讓每條需要比對的彩條，正下方都有對應色塊。他還在右下方的黑色區域加入了調整黑階位準用的 PLUGE 訊號。CBS 在紐約的廣播網路設施裡使用這個新圖樣六個月，發現目視調整的結果，和使用精密光度計的結果一樣準確。CBS 決定不申請專利，於是圖樣進入了公有領域。SMPTE 先以 ECR 1-1978 發布，後來又作為工程指南 EG 1-1990 發布。

我們的檔案沿用了這個配置：

上方三分之二： 七條 75% 彩條，從灰色開始，而不是白色。
中間的窄帶： 藍、黑、洋紅、黑、青、黑、灰。這是把上方四條含藍色的彩條倒序排列，中間用黑色隔開。
底部四分之一： −I、100% 白色方塊、+Q、黑色，以及右側黑色區域內的三條 PLUGE 條紋。−I 和 +Q 是在向量示波器上檢查解碼器用的 NTSC 彩色訊號；在電腦螢幕上，它們只是兩個暗色方塊，測不了什麼。

只看藍色，調整色彩和色調

將螢幕切換到純藍顯示。有些電視和投影機在專家或校正設定中提供純藍模式。把深藍濾色片放在眼前，也能發揮相同作用，以前有些校正光碟會附一片。這時，只有含藍色的彩條還亮著：灰、青、洋紅和藍，以及它們下方的對應色塊。

色彩（飽和度）： 調整到外側兩條，也就是灰色和藍色，與各自正下方的色塊一致。
色調（色相）： 調整到內側的青色和洋紅，也與下方色塊一致。

先調色彩，因為它會同時改變四條彩條，再調色調。兩項都調對後，每條彩條和下方色塊之間的界線就會消失。由電腦輸入畫面的電視，已經沒有會漂移的類比解碼器，但「色彩」和「色調」仍會改變畫面。在電影或 Filmmaker 模式的中性設定下，彩條和色塊原本就應該一致。如果不一致，表示某個設定被改過，或是影像模式自行加了顏色。

PLUGE 與黑階位準

PLUGE 是 Picture Line-Up Generating Equipment 的縮寫，構想來自 BBC。加拿大廣播公司（Canadian Broadcasting Corporation）的 S. F. Quinn 和 C. A. Siocos 於 1966 年在 Electronics Letters 發表一篇技術短文，說明它的原理。在黑色區域內放兩條細條，一條比黑略暗，另一條比黑略亮。降低亮度，直到較暗的細條融入周圍的黑色，較亮的那條仍然可見。此時，黑色已經盡可能深，又不會吞掉高於黑位準的細節。

Quinn 和 Siocos 還發現了一件今天依然成立的事。他們測量關閉的監看螢幕所反射的光，發現正確的 PLUGE 設定會隨反射光改變；到了明亮的控制室，他們給出的數值就不再適用。如今的國際 PLUGE 標準 ITU-R BT.814 也這麼說：調整結果很大程度上取決於觀看條件。應該在平常實際觀看的光線下設定黑階位準。

SMPTE 彩條的 PLUGE 有三條條紋，分別為 3.5、7.5 和 11.5 IRE。中間一條就是畫面的黑色。北美 NTSC 把黑位準設在 7.5 IRE，略高於訊號的消隱位準，因此才留得下那條低於黑位準的條紋。

電腦螢幕上的 PLUGE

到了這裡，廣播系統的規則需要換個讀法。我們的檔案用 RGB 9、19 和 29 表示三條條紋，滿值為 255，分別相當於白色的 3.5%、7.5% 和 11.4%。電腦螢幕的黑色是 0，所以圖樣本身的「黑」其實是很深的灰色，就連「比黑更黑」的條紋也高於真正的黑色。如果把亮度降到左側條紋消失，真正的暗部細節就會被壓掉。

請改成這樣看：

三條都剛好可見： 在昏暗房間裡，設定合適的螢幕應該能分辨出三條條紋，最左邊那條只隱約可見。在寬螢幕上，兩側黑邊是真正的黑色，看起來會比圖樣本身的黑略暗一些。
左側條紋不見了： 如果它和中間那條融為一體，暗部就被壓黑了。可能是亮度太低、動態對比模式正在作用，或是訊號位準不一致（見下一節）。
三條都很明顯： 如果條紋很容易看清楚，兩側黑邊又呈灰色，就是黑位被抬高了。

高畫質版本

SMPTE 彩條最初是為 4:3 標準畫質設計的。針對 HDTV，日本 ARIB 在 2000 年發布了多格式彩條標準 STD-B28，SMPTE 於 2002 年將其採納為 RP 219，並於 2014 年修訂為 RP 219-1。它為 16:9 設計，相容於 HD 和 SD，也有自己的漸變訊號和 PLUGE。我們的測試顯示的是經典的 4:3 配置。

PLUGE 今天仍能查出的範圍不一致

電腦通常輸出 0 至 255 的 RGB，稱為完整範圍。電視則常按視訊位準接收，黑色為 16，白色為 235，稱為有限範圍；ITU-R BT.709 的高畫質視訊也使用這些碼值。Intel 的驅動程式指南指出，有限範圍在電視上最常見，並建議使用完整範圍。兩種範圍本身都正常。問題出在傳送端和接收端不一致，筆電透過 HDMI 連接電視時就經常遇到。

電腦輸出完整範圍，電視按有限範圍接收： 16 及以下的值都會顯示為黑色。左側 PLUGE 條紋與邊框融成一片黑，中間條紋也只比它高 3 階，電影和遊戲裡的暗部細節會消失。235 以上的值則全部截成白色。
電腦輸出有限範圍，電視按完整範圍接收： 黑色以 16 傳來，顯示成深灰色。整幅畫面灰濛濛、缺乏層次，圖樣兩側的黑邊也會變灰。

解決方式是讓兩端一致。電腦端的設定名稱是 Quantization Range（Intel）、Output dynamic range（NVIDIA）或 Pixel Format（AMD）。電視端可以找 HDMI Black Level、HDMI Video Range 或類似選項。螢幕顯示 SMPTE 彩條時，兩端一對上就看得出來：三條條紋都在，最左邊那條僅隱約可見。

Philips PM5544

PM5544 測試圖：灰底上的白色格線、邊緣的黑白方塊、兩側的彩條，以及圓內的彩條、中心十字、光柵和灰階 — PM5544 測試圖，4:3 畫幅，台名欄留白。

PM5544 就是那張圓形測試圖。在世界許多地方，頻道沒有節目可播時就會顯示它。1960 年代末，Philips 在哥本哈根附近的電視測試設備實驗室研製了它，其圖樣配置通常歸功於丹麥工程師 Finn Hendil。Philips 在 1970 年的季刊 Electronic Measuring and Microwave Notes 中介紹了它。

更早的測試圖通常是一幅擺在攝影機前的圖卡，或是刻在稱為單像管（monoscope）的專用攝像管裡。PM5544 則以電子方式產生整幅畫面。連圓形都是透過數位邏輯，從磁芯記憶體逐行畫出來的；直徑約為畫面高度的 83%，誤差小於 1%。Philips 寫道，當時沒有涵蓋綜合測試圖的國際建議，因此他們把預期能長期派上用場的測試訊號集合在一起。目標是不借助其他儀器，只看螢幕就能檢查和調整電視機、監看螢幕或解碼器。

依 Philips 的說明，下面是各個部分原本的用途，以及今天還能看出什麼。

圓形只有在長寬比和掃描都正確時才是正圓。今天看到橢圓，表示畫面被拉伸了，常見原因是電視的「寬螢幕」或「縮放」等畫面尺寸設定，或是螢幕為了填滿畫面而縮放了輸入解析度。我們的測試讓測試圖維持 4:3，所以原因不在瀏覽器。
格線也應該由正方形組成，理由相同。在 CRT 上，它也用來檢查會聚。在投影機上，它仍然有用：可以看梯形修正的狀況，以及角落能否保持清晰對焦。
邊緣的黑白齒狀方塊用來檢查過掃描，也就是電視把畫面邊緣切掉的情況。有些電視的 HDMI 輸入至今仍會這樣，除非開啟通常叫作 Just Scan、Fit to Screen 或 Full Pixel 的設定。在寬螢幕電視上，我們的測試圖占滿畫面高度，因此，頂部或底部的方塊若被切掉，就表示電視正在裁掉四邊，並重新縮放它顯示的所有內容。
中心十字的水平線，是用兩個交錯掃描圖場，以與格線相反的順序組合而成，因此，交錯掃描不正確時，兩種線條的寬度會明顯不同。在循序掃描的面板上，它就只是中心標記。
彩條上方的黑白方塊是位準為 75% 的 250 kHz 方波，用來觀察過衝和振鈴。今天，若邊緣出現亮邊或暗邊，表示電視在做銳化。
彩條採用 75% 彩條，作為飽和度參考。關閉紅、綠電子槍後，藍色條應該與正上方的 75% 灰色方塊一致，原理和 SMPTE 檢查相同。
光柵是五組正弦波條紋，PAL 版本的頻率分別為 0.8、1.8、2.8、3.8 和 4.8 MHz，用來觀察電視能傳遞多少精細細節。一般電視對前三組能維持完整對比，對最細的一組則只能保留少量對比。今天，每一組都應該呈現乾淨、均勻的條紋。閃動的摩爾紋或光暈，表示畫面正在被重新取樣或銳化：可能來自電視的縮放器、銳利度設定，或是沒有全螢幕顯示的視窗。
灰階從黑到白共有六階；我們的版本是 0、20、40、60、80 和 100%。每一階都應該能區分，每一塊灰都應中性，不偏藍、偏綠或偏粉紅。
黃底紅塊位於圓形底部，用來檢查色度和亮度是否同時到達。Philips 說，做了許多實驗才選定黃底紅色。數位視訊仍可能以低於亮度的解析度傳遞色度，也就是色度次取樣；但在這麼大的色塊上，只會表現為邊緣稍微模糊。
針狀脈衝是圓內靠近頂部和底部、黑白階梯旁的細線，用來檢查纜線和天線反射造成的重影。兩側的彩條帶有 PAL 色差訊號，用來檢查解碼器。在數位影像中，這兩個部分都已沒有可檢查的對象了。

這些測試圖不能告訴你什麼

它們供眼睛比對，不是測量儀器。它們能顯示畫面是否被拉伸、裁切，暗部是否壓黑、亮部是否截斷，以及銳化是否過度，也能讓一些色彩錯誤變得明顯。但它們無法替色準、峰值亮度或背光均勻度給出數值；這需要色度計和校正軟體。我們的顯示器校正頁面說明了哪些設定可以憑眼睛調整。這些圖也都是標準動態範圍影像。HDR 有自己的版本，BT.814 現在也包含 HDR 的 PLUGE 訊號，但瀏覽器顯示的這些測試圖仍是 SDR。

試試看

開啟電視螢幕測試，選擇「廣播測試圖」。點擊、輕點螢幕或按空白鍵，可以切換圖樣；按 Esc 離開。幾秒後，底部控制列和關閉按鈕會淡出，不再擋住圖樣；移動滑鼠或輕點螢幕即可讓它們重新出現。

在電視上，可以使用電視內建的瀏覽器，也可以透過 HDMI 連接電腦。投放瀏覽器分頁或鏡像手機畫面傳送的是壓縮視訊，會讓光柵變模糊，也可能改變 PLUGE 判讀所依據的近黑條紋。