Видеоаппаратура

Экран цветного телевизора представляет собой матрицу с полумиллионным набором ячеек, каждая из которых, в свою очередь, состоит из трех точечных излучателей красного, зеленого и синего цветов. В зависимости от интенсивности свечения этих точечных излучателей, ячейка может приобретать заданную яркость и окраску. Кстати, такое устройство экрана находится в соответствии со строением сетчатки глаза, содержащей три типа рецепторов, чувствительных к красному, зеленому и синему цветам.

Изображение на телеэкране циклически разворачивается слева направо и сверху вниз со стандартными частотами горизонтальной (строчной) и вертикальной (полей и кадров) развертки путем последовательного «зажигания» ячеек матрицы. Длительность послесвечения ячейки выбирается такой, чтобы до следующего ее «зажигания» изменение яркости было не различимо. Для уменьшения мерцания используется чересстрочная вертикальная развертка, то есть поочередное развертывание всех четных и всех нечетных строк, образующих два поля полного видеокадра.

Видеоизображение на передающей стороне формируется путем сканирования со стандартными частотами горизонтальной и вертикальной развертки чувствительного элемента, на который проецируется посредством оптической системы реальная картинка. Чувствительный элемент видеокамеры представляет собой многоячеечную матрицу, каждый элемент которой воспринимает свой цвет. От количества этих ячеек (пикселов) зависит разрешающая способность видеокамеры. В таблице 1 представлен фрагмент многоцветной матрицы.

Пурпурная ячейка воспринимает красный и синий цвета, голубая — зеленый и синий, желтая — красный и зеленый, зеленая — только зеленый. Таким образом, соотношение элементов, чувствительных к красному, зеленому и синему цветам, составляет 1:2:1 соответственно. Это согласуется с тем, что глаз наиболее восприимчив к зеленому цвету, и информативность зеленого капала ближе остальных соответствует каналу яркости. Заметим, что требования к разрешению по яркости существенно выше, чем по цветности.

Таблица 1. Фрагмент чувствительного элемента

Выходное изображение видеокамер имеет пропорции 4:3. От матрицы из 570 000 пикселов можно ожидать разрешения по горизонтали не лучше 460 линий, а от 420 000 пикселов — 396 линий, от 320 000 — 346 линий'. Часть ячеек может использоваться для электронной стабилизации картинки, и тогда разрешение ухудшается еще процентов на десять, плюс часть изображения не отображается на телеэкране. В итоге 570 000 пикселов дадут около 420 линий разрешения по горизонтали без учета потерь в тракте магнитной записи.

В некоторых видеокамерах используются три матрицы (для каждого цвета — своя). В этом случае 320 000 пикселов дадут 489 строк по вертикали (или линий разрешения по горизонтали), а 420 000 пикселов — 561.

Системы цветного телевидения

В мире существуют три группы систем цветного телевидения:

• SECAM (от франц. Systeme Sequentiel Couleurs a Me moire — последовательная передача цветов с запоминанием), применяется в Восточной Европе, Франции, на Ближнем Востоке;
• PAL (от англ. Phase Alternation Line — строки с переменной фазой), применяется в Западной Европе, Африке, Азии;
• NTSC (от англ. National Television Standards Committee — Национальный комитет по телевизионным стандартам), применяется в Америке и Японии.

Внутри каждой группы имеются определенные отличия. Мы рассмотрим лишь те особенности систем цветного телевидения, которые учитываются при бытовой видеозаписи. Во всех системах телевидения отношение ширины к высоте изображения составляет 4:32. Для устранения мерцаний экрана используется чересстрочная кадровая (вертикальная) развертка (частота полей вдвое превышает частоту кадров). В SECAM и PAL частота кадров равна 25 Гц (количество строк — 625), в NTSC — 29,97 Гц (количество строк — 525). Примерно 10 % передаваемого растра на телеэкране не отображается.

Человеческий глаз различает цвет мелких деталей изображения намного хуже, чем сами детали в черно-белом виде, поэтому ширину пропускания канала цветности делают в 3-4 раза уже ширины пропускания канала яркости.

Кинескоп будет светиться белым (или серым) цветом (стандартная цветовая температура 6500 °С) с яркостью Е_y, если интенсивность свечения красного E_R, зеленого Е_G и синего Е_B люминофоров будет соответствовать соотношению E_Y = = 0,3E_R + b,59E_G + 0,11E_B.

Для получения полной информации достаточно иметь сигнал яркости и два сиг-пала цветности (третье значение вычисляется из приведенного соотношения). Так как Ес составляет 59 % сигнала яркости, то при передаче исключают информацию именно о зеленом цвете.

В системе SEC AM полоса пропускания сигнала яркости составляет 6,5 МГц (амплитудная модуляция), а цветности (частотная модуляция в верхней части спектра яркости) — 1,5 МГц. Сигналы цветности D_R = -1,9E_R-Y и D_B = 1,5Е_B-Y передаются поочередно через строку. На приемной стороне прямой и задержанный (на период строчной развертки) цветоразностные сигналы и сигнал яркости подаются на суммирующую матрицу, где и выделяется зеленый компонент. Система SECAM является наиболее помехоустойчивой при работе в эфире. Искажения здесь проявляются в виде синей окантовки справа от ярких объектов или в виде желтой окантовки после темных объектов.

Система PAL совместима по каналу яркости с SECAM, то есть черно-белое изображение можно принимать телеприемником смежной системы. В системе PAL полоса пропускания канала цветности равна 1,3 МГц, передаются модулированные по фазе (используется комбинированная квадратурная модуляция) цветоразностные сигналы E_U = 0,877E_R-Y (фаза = 0°) и E_V = 0,493Е_B-Y (фаза = 90°) с изменением полярности через строку. Для синхронного декодирования в начале каждой строки передается вспышка поднесущей частоты цветности. Полная дешифрация на приемном конце для компенсации перекрестных искажений происходит после сложения сигналов цветности двух соседних строк (используется линия задержки).

В NTSC передача сигналов цветности аналогична предыдущему способу, однако здесь нет изменения фазы от строки к строке. В этой системе самая высокая четкость цветового компонента, так как информация о цветности дешифруется в каждой строке, но возможны искажения цвета из-за паразитной модуляции (лицо на свету зеленеет, а в тени — краснеет).

Выпускаемые для использования в Европе видеомагнитофоны и видеокамеры работают в основном в системе PAL, для Америки и Японии — в системе NTSC. Видеотехника, особенно видеокамеры, для системы SECAM встречается очень редко. Система MESECAM является упрощенным гибридом PAL и SECAM для мультисистемных видеомагнитофонов, поэтому хорошего качества не дает. Многие видеомагнитофоны позволяют воспроизводить фильмы, сделанные в различных системах, но запись осуществляют только в своей системе цветности.

Разрешение телевизоров по каналу яркости определяется по стандартной испытательной таблице, по краям экрана хорошего аппарата оно должно быть не хуже 450 линий, а в центре — 500 линий. Известно, что полоса пропускания шириной 1 МГц дает разрешение — 78 линий, следовательно, для 4,5 МГц (вещание в системе NTSC) максимально достижимое разрешение составит 351 линию, а для 6/6,5 МГц (вещание в SECAM или PAL) — 468/507 линий.

Видеозапись

В современных бытовых видеомагнитофонах и видеокамерах для расширения спектра сигнала используется наклонно-строчный способ записи видеоинформации. Головки (как минимум две) размещают диаметрально противоположно на вращающемся цилиндре с наклоненной осью, они прочерчивают на ленте наклонные дорожки. При сохранении низкой скорости протяжки магнитной ленты увеличивается относительная скорость движения магнитных видеоголовок, что позволяет повысить верхнюю частоту записываемого сигнала. Частота вращения равна частоте кадровой развертки, за один оборот записывается два полукадра (поля) видеосигнала, каждый — своей головкой. Угол охвата лентой блока вращающихся головок делают больше 180 ° для обеспечения перекрытия полей. Для предотвращения повреждений лента размещена в кассете и загружается в аппарат автоматически специальным механизмом.

Существует множество стандартов записи видеоинформации на магнитные носители, мы рассмотрим лишь те, которые применяются в быту.

VHS. Запись осуществляется на магнитную ленту шириной 12,6мм, находящуюся в кассете. Разрешение при записи в этом формате низкое — 240 линий по горизонтали, и уже первая копня имеет плохое качество. Звук монофонический, записывается продольным способом. Стоимость минуты записи самая низкая. Длительность записи на одну кассету до 4 часов. Для архивов необходимо использовать особую пленку, которая будет стоить в 2 раза дороже. Видеокамеры формата VHS отличаются большими габаритами и высоким энергопотреблением (более 12 Вт). Съемка ведется с плеча. Кассеты можно воспроизводить на обычном видеомагнитофоне, что уменьшает износ видеоголовок камеры.

VHS-C. Разновидность предыдущего формата для компактных видеокамер, отличающаяся уменьшенным размером кассеты. Характеристики изображения и звука низкие, как и у VHS, но стоимость минуты записи высокая, примерно в 8 раз выше VHS. Длительность записи на одну кассету — 45 минут, пленка допускает архивирование. Энергопотребление малое или среднее (4-8 Вт). Возможно воспроизведение записей на обычном видеомагнитофоне с помощью специального адаптера для кассеты.

S-VHS. Улучшенный стандарт записи на кассету с магнитной лентой шириной 12,6мм. Разрешение по горизонтали — 400-420 линии. Звук стереофонический, записывается наклонно-строчным способом вращающейся головкой, качество звука высокое. Есть и продольная звуковая дорожка. В этом формате используется специальная видеопленка, допускающая архивирование. Длительность записи па одну кассету до 4 часов, стоимость минуты записи невысокая (в 3 раза выше VHS).

Воспроизведение на VHS-видеомагнитофоне невозможно, для этого стандарта предназначены S-VHS-видеомагнитофоны.

Видеокамеры S-VHS имеют большие габариты, плечевого исполнения, энергопотребление высокое (больше 10 Вт). Кассеты можно воспроизводить на магнитофонах S-VHS.

S-VHS-C. Модификация S-VHS для малогабаритных видеокамер (используется компактная кассета). Характеристики аудио- и видеотрактов такие же, как и в стандарте S-VHS. Длительность записи на одну кассету — А ГУ минут, стоимость минуты очень высокая — в 12 раз выше VHS. Возможно воспроизведение на S-VIIS-ВИДеомагнитофоне с использованием адаптера для кассеты.

Video-8. Формат разрабатывался специально для компактных видеокамер. Запись ведется на малогабаритную кассету с 8-миллиметровой пленкой. Разрешение и никое — 240-250 линий по горизонтали, для модификации Vitleo-8XR разрешение среднее— 280 линий. Звук стереофонический, высокого качества, записывается вращающимися видеоголовками в начале каждой дорожки после служебной информации (применяется импульсно-кодовая модуляция). Вращающаяся стирающая головка позволяет делать бесшумные вставки. Длительность записи на одну кассету— 90 минут, стоимость одной минуты невысокая (в 4 раза выше VHS). Видеомагнитофоны формата Vidcor8 дороги.

Hi8. Улучшенный стандарт формата Video-8. Разрешение по горизонтали хорошее — 380-420 линий, для модификации H18XR —420. Звук высококачественный, стереофонический. Длительность записи на одну кассету — 90 минут, стоимость одной минуты средняя (в 6 раз выше VHS). Видеомагнитофоны формата Hi8 очень дорогие (дороже видеокамер).

Digital-VHS. Видеомагнитофоны этого формата записывают видео па обычную кассету VHS с оцифровкой и сжатием по стандарту MPEG-2. Цифровой способ записи не дает потерь качества при копировании и хранении информации. Длительность записи зависит от заданного разрешения (степени сжатия информации) и может достигать при качестве VHS десятков часов. На Digital-VHS-видеомагнитофонах можно воспроизводить кассеты формата (S) VHS, то есть пользоваться обширными старыми архивамп.

Сведений о создании видеокамер формата Digital-VHS-(C) пока нет.

Видеокамеры цифровых форматов отличаются высокими характеристиками изображения и звука. Нет необходимости преобразовывать в аналоговый вид сигналы с матрицы чувствительного элемента. Не бывает потерь при перезаписи. Если имеется соответствующее программное обеспечение, видеокамеру можно непосредственно подключать к компьютеру через интерфейс IEEE 1394 (Fire Wire) с пропускной способностью 50-100 Мбайт/с, который устанавливается на новых материнских платах ПК. Встречаются форматы Mini-DV, Digitals и DVD для 3,5-дюймовых видеодисков. Ниже рассмотрены только два первых формата, так как последний пока имеет неудовлетворительное соотношение цены и качества.

Запись видео- и звуковой информации ведется на магнитную ленту в цифровом коде наклонно-строчным способом с помощью блока вращающихся головок. Каждый видеокадр занимает 12 дорожек, на которых содержится видео-, аудио- и вспомогательная информация (код времени, индексы поиска, индексы стоп-кадра, данные трскмига). Разрешение — 500 линий по горизонтали, шумы цветности практически отсутствуют. Звук записывается или и.) 2 канала по 16 бит с частотой дискретизации 18 кГц (качество CD), или на 1 канала по 12 опт с частотой 32 кГц.

Mini-DV. Запись осуществляется па кассету размером 66 х 48 х 12 мм: с пленкой шириной 6,35 мм. Время записи на одну кассету — 60 минут (для LP — 90 минут). Стоимость минуты самая высокая, в 20 раз дороже VMS.

Digital 8. Запись осуществляется на кассету формата 1118 или Vidco-8 (при воспроизведении на той же камере), но с увеличенной в 1,5 раза скоростью. Время записи на одну кассету — 60 минут, стоимость минуты для кассеты 1П8 в 9 раз больше VHS. Можно воспроизводить архивные записи форматов Hi8 n VicleoS.

Качество изображения п звука определяется форматом видеозаписи. Для монтажа предпочтителен видеомагнитофон с запасом по качеству и дополнительными функциями. Лучше использовать аппарат с четырьмя головками, дающий стоп-кадр и замедленное воспроизведение без провалов и шумов.

Полезной является функция вставки и наложения звука па гоювую видеозапись. Существую! видеомагнитофоны (правда, дорогие), обеспечивающие запись с точностью до телевизионною кадра. .'Ото может быть полезно при наличии соответствующих возможностей у видеокамеры.

Видеофильм надо записывать только на пленку, пригодную для архивирования. Такая видеопленка может помечаться надписью «для домашнего видео». Нелегко отличить по цене, которая раза в три превышает обычную.

DVD-диски (стандарт MPEG-2) для домашних записей широко не применяются, так как существует соглашение о технических способах зашиты авторских прав, но просматривать на мониторе компьютера свои архивы в формате DVD можно уже сейчас. Опыта длительного хранения таких дисков еще нет. Video CD (стандарт MPEG-1) не дает хороших результатов по качеству изображения, их применять не стоит.

Характеристики видеокамеры

Система цветности видеокамеры должна соответствовать стандарту страны на видеозапись ii.ni кмевешапне. Для России такими стандартами являются PAL для видеозаписи п SECAM для телевидения.

Формат

Характеристики, зависящие от формата компактных любительских видеокамер, приведены в табл. 2.

При выборе аппаратуры необходимо учитывать, что видеокамеры формата Digital 8 воспроизводят'заппсп 1118 и Vidco-8, что дает возможность пользоваться соответствующими архивами без дополнительного оборудования. Аналогичным образом, камеры формата Digital VIIS-C (сведений о таковых пока пег), наверное, смогут воспроизводить записи VHS-C п S-VHS-C.

Таблица 2. Форматы малогабаритных видеокамер

* По отношению к VHS.

Оптическая система

Чем больше диаметр объектива, тем больше его светосила (выше светочувствительность видеокамеры) и меньше зависимость светосилы от положения трансфокатора, но и тем дороже и тяжелее объектив и насадки к нему. Разрешение видеокамеры не должно ограничиваться разрешением объектива.

Необходимую кратность трансфокатора можно оценить по требуемому диапазону изменения масштаба изображения. Кратность 12 обеспечивает изменение масштаба от дальнего плана до крупного. Кратность 18 обеспечивает изменение масштаба от дальнего плана до детального.

От отношения диагонали чувствительной матрицы к фокусному расстоянию объектива зависит угол обзора. Телеобъектив используется гораздо реже широкоугольного объектива. Поэтому для повседневного использования лучше выбирать камеру с углом обзора не менее 60°, то есть с объективом, имеющим эквивалентное фокусное расстояние F_24x36 (в пересчете на камеру с кадром 24 х 36 мм) не более 38 мм (при F_24x36 = 22 мм угол обзора составит 90°).

Видоискатель

С цветным видоискателем легче найти объект даже при большом наезде, можно проводить ручную регулировку баланса белого. Но для точной наводки на резкость цветной видоискатель должен иметь не менее 160 000 пикселов. Черно-белый видоискатель с электронно-лучевой трубкой обеспечивает более точную наводку резкости вручную. При наличии цветного монитора (дисплея) он предпочтителен.

Монитор позволяет вести съемку поднятой над головой камерой, что бывает необходимо при большой скученности людей или для получения «ракурса всадника». Люди ведут себя более естественно, когда оператор повернут к ним под некоторым углом, это легко осуществить, используя вместо видоискателя монитор. Но монитор потребляет дополнительную энергию. Оптимальный размер монитора — 3 дюйма (7,62 см) по диагонали, разрешение — 120 000 пикселов, а для наводки на резкость лучше выбрать не менее 180 000. Не лишними будут такие дополнительные характеристики, как возможность поворота вбок на 90°, вращение вокруг горизонтальной оси на 270° с автоматическим переворотом картинки, а также защита от пятен. Кроме того, должен быть запас регулировки по яркости и достаточный угол наблюдения.

Стабилизатор

Стабилизатор позволяет снимать без штатива при больших значениях фокусного расстояния и может понадобиться уже при F_24x36 > 50 мм.

Оптический стабилизатор не ухудшает разрешение видеокамеры, но потребляет энергию и не работает по углам вращения вдоль оптической оси (по крену) и при температурах ниже +5 °С. Принцип действия оптического стабилизатора основан на использовании инерционной призмы с переменным углом преломления. Призма представляет собой нежестко связанные стеклянные пластины, между которыми находится жидкость с высоким коэффициентом преломления.

Электронный стабилизатор дешевле оптического, работает по всем направлениям и углам смещения, не потребляет дополнительную энергию, применим при любой рабочей температуре. Принцип действия основан на межкадровой компенсации движения уменьшенной рамки кадра в пределах всей светочувствительной матрицы (используется встроенный процессор). Разрешающая способность видеокамеры понижается на 20 %, так как часть элементов светочувствительной матрицы используется стабилизатором. В матрице из 570 000 пикселов только 350 000 формируют окончательное изображение, а при отключенном стабилизаторе эффективны 520 000 ячеек.

В электронном суперстабилизаторе потери качества не происходит, так как здесь используются дополнительные элементы светочувствительной матрицы.

Источники питания

В качестве источников питания видеокамер используются аккумуляторные батареи. Важно выбрать камеру с минимальным потреблением энергии в сочетании с достаточной энерговооруженностью. Неплохими значениями являются 3 Вт и 2 ампер-часа соответственно.

Никель-кадмиевые аккумуляторы отличаются высокой надежностью, недороги, но имеют малую удельную емкость и требуют полной разрядки перед последующим зарядом («эффект памяти»).

Никель-металлгидридные аккумуляторы имеют среднюю удельную емкость, недороги, но капризны при зарядке. Встречаются редко.

Литий-ионные аккумуляторы имеют самую большую удельную емкость, не требуют предварительной разрядки, но дороже в 2 раза. Существует разновидность со встроенным микропроцессором для точного расчета оставшегося времени работы в аппаратуре, поддерживающей этот режим (на фирме Sony эти аккумуляторы обозначаю? Info-Lithium). Некоторые видеокамеры работают только с такими аккумуляторами.

Входы и выходы

Возможность некоторых видеокамер работать в режиме записывающего видеомагнитофона решает проблему архивирования готового видеофильма, так как пленки для камер отличаются улучшенным качеством. Кроме того, при компьютерном нелинейном монтаже можно обойтись без дополнительной дорогостоящей аппаратуры форматов Hi8 или MiniDV.

Большое значение имеет способ подключения.

• Обычный RCA-выход дает 10-15 % потерь четкости (то есть до 60 линий) по сравнению с S-Video-подключением, в котором отдельно передаются сигналы яркости и цветности.
• Инфракрасное беспроводное диета! щпоиное управление видеокамерой от компьютера или другой видеотехники предоставляет дополнительные удобства в работе. Для этих же целей используются проводные линии интерфейсов Control-L (LANC), Control-M (5-pin Edit), несовместимых между собой.
• DV-интерфсйс (i.LINK или IEEE 1394) обеспечивает передачу без потерь цифровой аудио- и видеоинформации, а также управляющих данных.
• Интерфейс JLIP служит для передачи оцифрованных фотокадров на последовательный порт RS-232 компьютера.

Ручные регулировки

Ручные регулировки позволяют избежать ошибок автоматики. Они необходимы для съемок в сложных условиях, а для полупрофессиональной работы никогда не бывают лишними.

• Ручная регулировка экспозиции должна обеспечить, по крайней мере, изменение диафрагмы при автоматической выдержке. Она требуется при избыточно контрастном освещении для правильного отображения сюжетно важного элемента.
• Ручная регулировка баланса белого необходима при нестандартном освещении или в случае, когда большие площади кадра заняты одним цветом (например, при съемке для многослойного монтажа).
• Ручная фокусировка встречается практически во всех камерах. Ее используют при недостаточном контрасте пли при съемке многоплановых сцен.
• Хорошей альтернативой ручным регулировкам является перемещаемая вручную контрольная зона (Flex Zone), относительно которой осуществляется автоматическая регулировка перечисленных параметров. Перемещение названной зоны взглядом (применяется в некоторых видеокамерах) и дорого, и неудобно.

Цифровые эффекты

Во многих видеокамерах есть встроенные цифровые эффекты, такие как титры (субтитры), затемнения, мозаика, сепия и т. д. Конечно, они не могут помешать съемке, но при наличии цифрового оборудования для вилсомонтажа никакой пользы от них нет. Кроме того, лучше никогда не пользоваться цифровым трансфокатором, а кадры, помеченные датой и титрами (субтитрами), ограничены в применении. Единственное исключение — режим съемки «пастель», имитирующий рисованный мультфильм, но такие кадры тоже не годятся для универсального архива. Таким образом, наличие цифровых эффектов не должно определять выбор камеры.

Продление срока службы видеокамеры

Самыми уязвимыми мечтами видеокамеры являются механические узлы и механизмы. Из электронной части чаще всего выходят из строя плоские межблочные кабели и разъемы. Чтобы не пришлось досрочно менять видеокамеру, надо учитывать следующие факторы.

• Всякое надеине камеры, даже с небольшой высоты, должно стать недопустимо. Поэтому повеселевшим дядям и тетям надо освобождать пространство от подключенных кабелей заранее, и видоискатель не самое удобное транспортировочное приспособление (правда, и ушки для ремешка иногда отрываются).
• Песок и пыль, как абразивы, и влага, как средство для прилипания, создают условия ускоренного износа блока вращающихся головок и всего лентопротяжного механизма. 11ляж — место, где эти факторы сочетаются в агрессивной пропорции. При увеличении относительной влажности с 30 до 80% износ головок увеличивается линейно, а далее — катастрофически, случаи функционирования видеокамер при 100-процентной влажности не зарегистрированы.
• Магнитная пленка, механические узлы видеокамеры, аккумуляторные батареи и даже электроника отказываются служить при температуре ниже нуля. После возвращения домой с мороза конденсат будет высыхать около двух часов, лучше нагревать прибор при комнатной температуре в герметичном полиэтиленовом пакете.
• По истиранию головок новая магнитная пленка опережает пленку, имеющую четыре прогона, в 10 раз. Дальнейшие прогоны практически не меняют абразивных свойств кассеты. II все же многократное использование видеокассеты для съемки — вредная привычка: во-первых, увеличится число выпадений кадров на пленке, во-вторых, исчезнет возможность что-либо переделать в готовом фильме.
• Излишняя освещенность приводит к растеканию электрических зарядов в светочувствительной матрице и, как следствие, к потере четкости изображения. Кроме того, прямые солнечные лучи приводят к выцветанию и этой матрицы, и видоискателя.
• В парниковых условиях (в закрытом автомобиле пли па подоконнике) в солнечный день температура корпуса видеокамеры может подняться выше температуры размягчения пластмассы.

Наконец, пожелаем, чтобы проявления ощутимого износа вашей камеры совпали по времени с ее полным моральным старением.