Материал: Ответы ГОС экзамена

В высококачественных цветных видеокамерах обычно при­меняют не один, а три чипа ПЗС, каждый из которых восприни­мает один из трех основных цветов спектра - красный R, зеле­ный G,синий В.

Цветодслительная система ВК с тремя чипами показана на чипами ПЗС и двумя дихроичными зеркалами: 1 - дихроичное зеркало, отражающее синюю составляю­щую FB общего светового потока и пропускающее зеленую и красную составляющие FG +Fr; 2 - дихроичное зеркало, отражающее красную FR составляющую светового потока и пропускающее зеленую FG составляющую светового пото­ка; 3 - обычные зеркала; ER, Ео, Вв - электрические сиг­налы красного, зеленого и синего цветов на выходе ПЗС

Для разделения па основные цвета общего светового пото­ка F (см. рис.3.2), прошедшего через объектив видеокамеры, в ней применяется цветоделительная система с призмами или дихроичнымц зеркалами.

Дихроичное зеркало отражает только определенную часть спектра падающего на него света, а другую часть - пропускает. Его действие основано на интерференции света. В камере из сигналов R, G, В, преобразованных в электрическую форму, получают один черно-белый или яркостный сигнал (обозначает­ся буквой Y) и два раздельных цветоразностных сигнала (R-Y и B-Y), которые несут информацию о цвете изображения. Со­единяя кодированием два последних сигнала, образуют один цветовой сигнал С. Преобразование сигналов в видеокамере за­канчивается смешением яркостного Y и цветового С сигналов и один цветной композитный видеосигнал. К нему добавляю! синхро- и гасящие импульсы и получают так называемый пол ный телевизионный сигнал.

3.2. Аналого-цифровое преобразование видеосигнала

Способность передавать мелкие детали изображения, т.е. разрешающая способность видеосистемы, в структуре элек­тронного кино определяется полосой частот, которую занимаем видеосигнал.

Рассмотрим частоту тока видеосигнала при передаче ТВ -изображения с полной разрешающей способностью при раз л и жении на 625 строк и отношении сторон кадра 4:3.

Как известно, мелкие детали цветного изображения, которое передается видеосистемой, глаз различает плохо [7]. При уменьшении деталей изображения сначала исчезает цвет, а за тем исчезают границы между ними, т.е. разрешающая способ ность определяется черно-белым сигналом. Поэтому, определим полосу частот видеосигнала, рассматривают полосу частот cm нала яркости Y, который содержит черно-белое изображениг Частотные компоненты, ответственные за цвет, находятся Biiyi ри полосы яркости Y.

ПЗС может различить мелкие детали сфокусированного нн него изображении, если эти детали больше размеров пиксела. И противном случае в пределах пиксела происходит усреднение и на экране будет виден серый цвет.

Известно, что полоса частот видеосигнала вещателыкн и диапазона, при чнеле строк разложения 625, равна 6,5 МГц р Ч

Это предельная полоса частот видеосигнала, на которую должна быть рассчитана видеосистема.

Реальное изображение имеет не только детали черные и белые, но и полутона и различные цвета. Целые строки могут состоять из полностью освещенных или затемненных пикселов. Могут быть кадры сплошь черные (ночь) и т.д. В результате ви­деосигнал может содержать все частоты и быть заключен и по­лосе от 0 Гц до 6,5 МГц. Обычно нижней границей полосы час­тот видеосигнала считают частоту полукадров 50 Гц.

Аналоговый видеосигнал на выходе ПЗС соответствует распределению света вдоль каждой строки изображения. Его ре­гистрируют на магнитном носителе, предварительно применяя к видеосигналу частотную модуляцию (ЧМ) или импульс но-кодовую модуляцию (ИКМ).

ИКМ - способ импульсной модуляции, при которой ин­формация передается различной группировкой импульсов оди­наковой формы. ИКМ - это цифровое преобразование видеосиг­нала.

Цифровой сигнал представляет собой последовательность дискретных импульсов, форма которых не зависит от регистри­руемого изображения. Форма изображаемого сигнала определя­ется только временной или пространственной (на носителе) комбинацией импульсов.

Задача аналого-цифрового преобразования состоит в пре­образовании видеосигнала, возникающего на выходе ПЗС, в ко­довые импульсы, которые после дальнейшей обработки записы­ваются на носителе информации.

При аналого-цифровом преобразовании осуществляются три основные операции: дискретизация исходного аналогового сигнала по времени, его квантование по уровню и кодирование. Этот процесс показан на рис.'З.З.

Осуществляется такая процедура с помощью специальной интегральной микросхемы - аналого-цифрового преобразовате­ля (АЦП). Процесс преобразования непрерывного аналогового сигнала в последовательность его мгновенных значений (отсче­тов) называется дискретизацией.

Определение численного значения величины каждого от­счета назыиаегся квантованием. Для этого весь диапазон воз­можных изменений амплитуды преобразуемого сигнала делится на множество уровней квантования, количество которых опре­деляется разрядностью используемого при этом двоичного чис­ла

Квантование представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением из набора фиксированных вели­чин уровней квантования. Другими словами, квантование - это округление величины отсчета.

Чем больше число разрядов квантования, тем меньше рас­стояние между уровнями квантования (шаг квантования) в тем выше получается точность преобразования.

На рис.3.3 для упрощения показаны всего лишь восемь квантованных значений сигнала. Поэтому для передачи значе­ний каждого отсчета достаточен трехбитный код (23).

В результате дискретизации непрерывный аналоговый сиг­нал заменяется на ряд коротких импульсов - отсчетов, амплиту ды которых равны значениям аналогового сигнала в дискретные моменты времени. Отсчеты следуют с частотой дискретизации /= 1/Гр, 1\де TD- период дискретизации.

Выбор частоты дискретизации имеет важное значение. Эта частота определяется теоремой Котельникова, в соответствии I которой она должна быть по меньшей мере в два раза выше максимальной частоты fe аналогового сигнала.

При аналого-цифровом преобразовании для передачи веща­тельного стандарта (625 строк) каждый отсчет (выборка) пред­ставляется 8-разрядным кодом (2 ). Но в практике цифрового преобразования некоторые фирмы применяют 12-разрядное (и

более) квантование.

Правильный выбор числа необходимых квантованных уровней напряжения видеосигнала является весьма важным, т.к. это определяет контрастность экранного изображения [2\. Од­нако увеличение числа квантованных уровней приводит к росту количества единиц информации (бит и байт), расходуемых на образование цифрового видеосигнала, заметно возрастает циф­ровой поток, который поступает на дальнейшую обработку,

33. Необходимость применения цифровой формы записи

видеосигнала в электронном кино

В настоящее время аналоговые системы позволяют регист­рировать сигналы изображения с высоким качеством в весьма широкой полосе частот. Эти системы отвечают требованиям ие-редачи видеочастот не только действующего ТВ-стандарта (по­лоса 6г5 МГц), но и телевидения высокой четкости - ТВЧ (поло­са 20-30 МГц).

Однако такие аналоговые системы не позволяют исключить погрешности, связанные с движением носителя записи» напри­мер временные4 искажения, из-за которых ухудшается разреше­ние изображения в целом.

В этом плане цифровая видеозапись практически не под­вержена влиянию погрешностей, обусловленных движением элементов тракта записи - головок и носителя (диска или маг­нитной ленты). При аналоговой видеозаписи эти погрешности приводят к нестабильности- изображения, ухудшают его рез­кость. К нарушению резкости контуров и границ приводит не­равномерность вращения диска или блока видеоголовок.

Кроме того, всегда имеет место деформация носителя -дискового или ленточного в процессе записи-воспроизведения. Это «микроскопическая деформация», представляющая собой гибко-упругий элемент. Из-за этой деформации возникают вза­имные смещения записанных участков.

Таким образом, с одной стороны, аналоговая видеозапись позволяет, получить высокое разрешение, а с другой стороны, из-за эксплуатационных причин - не позволяет его реализовать, в связи с нарушением резкости из-за смешения пикселов и строк.

При цифровых способах записи происходит подавление вредных эффектов, связанных с движением носителя и головок. Например, временная нестабильность коротких импульсов - от­счетов, которые получены в результате дискретизации аналого­вого сигнала, не сказывается на передаче сигнала, так как она происходит в пределах допустимого временного окна - шага квантования То, с большим запасом допустимой нестабильно­сти. Кроме того, цифровые записи легче обрабатываются по­средством программирования, их можно последовательно копи­ровать без потери качества. Такие записи лучше сохраняются.

При цифровой форме записи видеосигнала отсутствует эф­фект накопз!ения искажений, присущий всем аналоговым систе­мам. Аналоговая форма записи допускает лишь единичное коли­чество перезаписей, в то время как при цифровом способе визу­альное качество изображения не изменяется и после десятков

перезаписей. Недостатком цифровой записи является заметное расшире ние полосы частот, передаваемой системой, более чем на поря­док, по сравнению с аналоговой записью. Например, чтобы пе­редать видеосигнал с частотой 6,5 МГц в аналоговом магнито­фоне требуется записывать и воспроизводить полосу частот около 12 МГц. В цифровом магнитофоне для передачи такого же сигнала требуется записывать и воспроизводить полосу частот более 120 МГц.

Полоса частот цифровой видеозаписи линейной импульсно-кодовой модуляции (ИКМ)

Как было ранее рассмотрено, при аналого-цифровом пре­образовании каждый отсчет мгновенного значения аналогового сигнала (рис.3.3) передается «и»-битными словами. Вели пере­дача происходит без какого-либо сжатия частотного спектрн сигнала - без его компрессии, то такую ИКМ называют линей­ной. Определим требуемую полосу частот при записи ИКМ-

сигнада. Количество отсчетов в секунду задается частотой дискре тизации /о, а каждый отсчет передается «п»- битами, т.е. в ин­тервале времени от одного отсчета до другого надо передан. ««» бит, а всего » секунду fD-n бит. Это значение называется скоростью передачи данных, а также потоком информации или пропускной способностью канала передачи сообщений.

Полоса частот каналов оптической и магнитной записи в герцах численно равна пропускной способности или потоку ин­формации в битах на секунду.

Найдем поток информации, записываемый в режиме линей­ной ИКМ на видеомагнитофонах цифрового профессионального формата магнитной видеозаписи Д1 [2].

В видеомагнитофоне Д1 используется компонентный фор­мат цифровой видеозаписи с цифровой записью звука, а также 1Ч-мм видеокассеты. Сигнал яркости Y и оба цветоразностных сигнала R-Y и B-Y имеют одинаковые полосы частот 3,375 МГц. Частота дискретизации сигнала яркости в 4 раза больше верхней частоты этого сигнала и равна 4x3,375 МГц - 13,5 МГц. Частоты дискретизации каждого цветоразностного сигнала R-Y и B-Y в 2 раза больше верхних частот сигналов и равны 2x3,375 МГц=6,75 МГц. Соотношение частот дискретизации всех трех компонентов видеосигнала равно 4:2:2. Это компо­нентный формат видеозаписи с 8-битовым квантованием.

Записываемый поток видеоинформации при 8-битовом квантовании составляет (13,5 + 2x6,75)МГц х & бит = 216 Мбит/с. Если еще учесть поток аудиоинформации, равный 3,07 Мбн?/с, то получается огромный ноток данных, которым трудно управ­лять. Нужны высокие скорости записи и большие значения ин­формационной емкости носителя.

2. Формат DV PRO. Достоинства. Недостатки. Применение.

Формат DVCPRO отличают широкие возможности сетевого использования. SDTI терминалы позволяют передавать компрессированные данные быстрее, чем в реальном времени. Также возможна передача по оптическим каналам связи и использование ATM. Panasonic разработал DVCPRO терминал, который совместим с интерфейсом IEEE1394 для малогабаритных систем производства. Это позволяет осуществлять гибкий выбор интерфейса для обмена данными. Сегодня на рынке существует полная линейка оборудования DVCPRO для использования на любом этапе процесса вещания и видеопроизводства. Этот профессиональный цифровой формат удовлетворяет потребностям не только сегодняшнего дня, но и дает вещателям базу для использования цифровых технологий, которые придут завтра.

Качество DVCPRO

Алгоритм компрессии, который обеспечивает превосходное качество после монтажа создания копий.

В области видеопроизводства качество картинки имеет ключевое значение, особенно после процесса обработки, монтажа и создания копий. Системы цифровой записи со сжатием компрессируют и декомпрессируют изображения, что, безусловно, влияет на конечное качество видеоматериала. Степень сжатия – один из важнейших факторов, влияющих на качество изображения.