Предпрофильный курс «Видеооператор. Оператор видеомонтажа» А.В. Бурдаев, заместитель директора по ИТ МОУ Просветской СОШ м.р. Волжский Самарской области Занятие 2. Стандарты и системы телевещания

Содержание данного занятия почти не связано собственно с процессом видеосъемки и видеомонтажа, однако, надеюсь, будет полезно тем, кто хочет не просто нажать на кнопку видеокамеры и затем увидеть что-нибудь в телевизоре (компьютере), а и разбираться в основных характеристиках, применяемых для описания как видеокамер, так и видеоматериалов, получаемых с их помощью. Техника развивается бурными темпами, и, к настоящему времени, новинки в области создания, хранения и передачи видеоматериалов появляются чуть ли не каждый год. Разнообразие телевизоров, проигрывателей, видеокамер и носителей несколько сбивает с толку. Наверняка у кого-нибудь из вас бывала ситуация, когда при просмотре передачи или диска изображение было черно-белым, или неправильных пропорций или с помехами. При попытках редактирования видео число таких ситуаций много больше. Это происходит из-за несовпадения стандартов. Волей-неволей, приходится хотя бы немного разбираться во всяких PAL, SECAM, 16:9, 4:3, HDTV и тому подобном. Давайте попробуем немного упорядочить в голове разнообразие систем, стандартов и форматов хранения и передачи видео. Введение

Формирование видеоизображения Поэтому при разработке стандарта телевизионного сигнала, для более оптимального использования технических средств, картинку стали передавать с помощью яркостного сигнала (Y), содержащего информацию обо всех трех цветах, и двух так называемых цветоразностных сигналов: (Y- R) и (Y-В). Таким образом, яркость как бы привязывалась к зеленому цвету, что позволило сэкономить значительную часть полосы частот при записи и передаче изображения. Большинство цветов, воспринимаемых человеческим глазом, можно получить, смешивая в разных сочетаниях красный (R), зеленый (G) и синий (B). Модель RGB часто используется при сохранении неподвижных изображений. При передаче подвижной картинки такая схема слишком затратна, поэтому требуется несколько иной подход. Оказывается, наш глаз устроен так, что лучше всего он воспринимает перепады яркости и различает детали в изображении, выполненном в зеленом цвете.

Аналоговые и цифровые сигналы Аналоговые сигналы представляют собой непрерывный поток значений. Это означает, что форма аналогового сигнала на графике похожа на синусоиду. Следует отметить, что аналоговый сигнал более подвержен искажениям при передаче. Цифровым сигналам соответствуют дискретные значения. В отличие от аналоговых сигналов, в которых количество возможных значений почти бесконечно, цифровой сигнал может принимать лишь определенные значения в каждый момент времени. В зависимости от того, какой сигнал сохраняется на носителе, различают аналоговые и цифровые форматы хранения видео. Свет, отраженный от объекта съемки, поступив на светочувствительные элементы видеокамеры, далее может быть преобразован в аналоговый или цифровой сигнал. Основное различие между аналоговыми и цифровыми сигналами заключается в структуре сигнального потока.

Аналоговые и цифровые форматы При сохранении видео в аналоговом формате, яркостный и цветоразностные сигналы соединяются в один так называемый композитный. Передача изображения происходит непрерывно и построчно, а качество изображения зависит от количества строк на экране и частоты смены кадров. При создании цифрового видео, аналоговые сигналы, поступающие со светочувствительных элементов (ПЗС-матриц), превращаются в поток данных. Информация о параметрах отдельных точек изображения хранится и передается в виде цифровых кодов. Причем хранить и передавать эту информацию можно в сжатом виде. Системы правил, по которым изображение кодируется, хранится на носителе, а потом декодируется при воспроизведении, и называются цифровыми форматами видеозаписи. Цифровой формат предполагает раздельное сохранение яркостного и цветоразностных сигналов. Качество изображения зависит от количества точек (разрешения экрана), способа и степени сжатия данных.

Аналоговое и цифровое видео Естественно, сигнал, получаемый видеокамерой, изначально всегда аналоговый. Камерой же он может быть либо передан/сохранен в аналоговом формате, либо преобразован в цифровой код, тогда передача и хранение будут осуществляться в цифровом формате.

Стандарты аналогового телевещания Стандартом телевизионного вещания принято называть совокупность числа строк разложения кадра и частоты смены кадров. Так как видеосигнал может быть передан в аналоговом или цифровом формате, стандарты телевещания также подразделяются на аналоговые и цифровые. В мире преобладают три стандарта аналогового телевещания: 625 строк, 25 кадров в секунду в Европе (PAL) 525 строк, 30 кадров в секунду в Америке и Японии (NTSC) 625 строк, 25 кадров в секунду во Франции, России, Китае и некоторых странах Ближнего Востока (SECAM) Кроме этого, в каждом стандарте есть до десятка вариантов передачи различных сигналов, без премудростей обозначаемых латинскими буквами от A до К.

Стандарты цифрового телевещания Качество цифровой трансляции видео значительно превосходит аналоговые видеостандарты, разрешение может достигать 720 или 1080 строк, при этом отсутствуют искажения изображения, а на одной частоте могут передаваться несколько каналов. Но сам по себе цифровой способ кодирования изображения еще не обязательно означает увеличение разрешения: цифровые каналы могут кодироваться в стандартной чёткости, соответствующей аналоговым, либо повышенной чёткости (HDTV), т.е. в высоком разрешении. Цифровое телевидение существует в стандартах DVB-T (европейское эфирное цифровое вещание), DVB-C (европейское кабельное цифровое вещание), DVB-S (европейское спутниковое цифровое вещание), ATSC (американское цифровое вещание), ISDB (японское и южноамериканское цифровое вещание), DMB-T/H (китайское цифровое вещание).

Системы цветного телевидения Под системой телевидения понимают способ кодирования информации о цвете. В настоящее время имеется три системы: Система NTSC - первая система цветного вещания, разработанная в США и принятая для вещания в 1953 году, характеризуется высокой четкостью цвета, однако чувствительна к искажениям в процессе передачи сигнала, что может повлиять на качество изображения. Система PAL разработана в начале 60-х годов XX века в Германии, более четко передает сигналы цветности, что исключает возникновение искажений, но при этом вдвое снижается вертикальная четкость цвета в два раза. Система SECAM, разработанная французскими исследователями при участии советских ученых, начала использоваться в СССР в 1967 году. Этот стандарт отличает большая помехоустойчивость при передаче сигнала. При этом информация о каждой строке запоминается до прихода следующей строки. Цветное изображение в стандарте SECAM, при переходе в систему PAL теряет свой цвет, но при обратном переходе первоначальная цветность сохраняется.

И немного о размерах экрана Изображение, передаваемое или сохраняемое в любом стандарте может обладать различными размерами и соотношением сторон. Если соотношене сторон, установленное на воспроизводящем устройстве, не совпадает с исходным, пропорции элементов изображения будут искаженными. Особенно это заметно владельцам широкоэкранных телевизоров. Изображение 4:3 Широкоэкранное изображение 16:9 Letterbox Anamorphic

Подведем итоги: При передаче видео используются три сигнала: яркостный и два цветоразностных. Видеосигнал может быть передан и сохранен в аналоговом (непрерывном) и цифровом (дискретном) форматах. При записи в аналоговом формате формируется единый композитный сигнал. При записи в цифровом формате яркостный и цветоразностные сигналы сохраняются отдельно в виде постоянных цифровых кодов, что позволяет избежать помех и потерь качества при многократной передаче/пересохранении. Сохранение в цифровом формате позволяет сжимать данные, обеспечивая передачу их большего объема по существующим каналам, что также позволяет повысить качество передаваемого изображения. Существует ряд стандартов и систем передачи изображения, несовпадение которых у передающей и принимающей сторон может снизить качество принимаемого изображения.