Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии
Рис. 4.23. Как правильно проводить измерения при помощи осциллографа
Рис. 4.24. Измерительный комплекс Tektronix 1781
Анализатор спектра
Как уже говорилось в связи с теорией Фурье, у каждого изменяющегося (по времени) электрического сигнала есть частотное представление. Частотная область описывает амплитуду сигнала по отношению к частоте, а не ко времени. Представление в области частоты позволяет лучше понять состав электрического сигнала. Большая часть видеосигнала приходится на низкие и средние частоты, в то время как мелкие детали передаются на более высоких частотах.
Инструмент, который показывает спектральный состав сигналов, называется анализатором спектра.
Анализатор спектра — дорогое устройство, не являющееся жизненно необходимым для специалиста по видеонаблюдению. Однако при корректном использовании, наряду с генератором тестовых шаблонов, позволяет получить немало ценных данных. Ослабление видеосигнала, корректное выравнивание кабеля, качество сигнала и т. д. — все может быть определено предельно точно. В вещательном ТВ анализатор спектра — необходимая вещь, помогающая удостовериться, что телесигнал не выходит за рамки неких предписанных стандартов.
Рис. 4.25. Анализатор спектра
Вектороскоп
Для измерения цветовых характеристик видеосигнала используется вектороскоп. Это электроннолучевой осциллограф с отображением сигналов на комплексной плоскости. На дисплее вектороскопа основные цвета занимают точно определенные позиции в полярных координатах. Вектороскоп редко используется в видеонаблюдении, но иногда, когда речь идет о воспроизведении конкретных цветов и условий освещения, он бывает необходим.
В большинстве случаев цветная ПЗС-камера имеет автоматический баланс белого, что, как мы уже говорили в разделе о цветовой температуре, компенсирует разницу цветовой температуры источников света. Тем не менее, когда используются камеры с ручной настройкой баланса белого, может понадобиться цветная испытательная таблица, и с помощью вектороскопа можно хорошо настроить цвета, которые должны оставаться в определенных пределах, отмеченных на экране в виде небольших квадратных окошек. Следует отметить, что вектороскоп по-разному показывает одно и то же изображение в формате NTSC и в формате PAL, что объясняется различиями кодировки цвета в этих двух системах. В PAL, как видно на фотографиях, цветовые векторы вертикально симметричны.
Рис. 4.26. Представление цветных полос системы NTSC и PAL на экране вектороскопа
Существует много других полезных инструментов (в действительности предназначенных для телевещательной индустрии), которые можно с успехом использовать в видеонаблюдении. Немного понимания и готовности учиться — и вы сможете количественно определить множество особенностей видеокомпонентов или системы в целом. Некоторые инструменты представляют собой несколько измерительных устройств в одном корпусе Если вы всерьез задумываетесь о видеонаблюдении, то эти устройства следует рассматривать как ценные, необходимые для вашей профессии инструменты.
Рис. 4.27. Измерительный комплекс Tektronix VM700
Телевизионные системы мира
Существует множество вариаций трех главных систем: PAL, NTSC и SECAM. В различных странах приняты полосы телевещания различной ширины, разные частоты цветовой поднесущей и звуковой несущей. Эти вариации обычно обозначаются при помощи суффикса, соседствующего с указанием системы, используемой в данной стране.
В приведенной ниже таблице 4.2 представлены варианты трех главных систем, а на следующих пяти страницах перечислено большинство стран мира и используемые в них стандарты.
Используя новые модели телевизоров и видеомагнитофонов, вы можете не беспокоиться о телевизионном стандарте, так как эти устройства автоматически находят нужный стандарт, но техническим специалистам, конечно, следует знать, какие используются стандарты.
Будем надеяться, что разновидностей новых цифровых стандартов в мире будет намного меньше.
Таблица 4.2
Телевидение высокой четкости (HDTV)
Эпоха телевидения высокой четкости (HDTV — High Definition Television) фактически уже наступила. В этой области проведены многочисленные эксперименты и испытания, и, что еще важнее, данная технология находится на таком этапе развития, когда возможно ее массовое производство. Во многих странах уже началось вещание HDTV, а охват старого аналогового ТВ постепенно сокращается. Предполагается, что окончательный переход к HDTV состоится в США к концу 2006 года, в Австралии — к концу 2008 года.
Будем надеяться, что вскоре такой же переход случится и в сфере видеонаблюдения.
Концепция высокой четкости требует примерно вдвое большего разрешения (горизонтального и вертикального, что дает повышение детализации в четыре раза) и нового формата изображения 16:9 (соотношение сторон кадра), в отличие от существующего формата изображения 4:3. Изменение формата изображения диктуется необходимостью совместимости с большинством киноформатов. Разрешение телевидения высокой четкости обеспечивает качество изображения, близкое к 35-мм фотопленке, а качество звука приближается к качеству компакт-диска.
Рис. 4.28. Сравнение HDTV и аналогового SDTV
Разработка HDTV велась уже более двух десятилетий, и первые тестовые передачи проводились в Японии, Европе и США.
В 1993 году была создана группа организаций и компаний, в которую вошли AT&T™, General Instrument Corporation™, Massachusetts Institute of Technology (MIT), Philips™, David Sarnoff Research Centre™, Thomson™ и Zenith™ и другие. Эта группа получила название Grand Alliance. Основной задачей, которую поставила перед собой группа Grand Alliance, была оценка существующих технологий и выбор ключевых элементов, которые составили бы основу будущей оптимальной системы HDTV.
В 1995 году группа Grand Alliance одобрила использование кодирования видео, звукового и системного мультиплексирования в том виде, как это реализовано в MPEG-2, то есть тот же формат, что и BDVD.
Были предложены два режима визуального отображения: чересстрочная и прогрессивная (нечересстрочная) развертка.
В настоящее время HDTV является одним из стандартов цифрового телевидения (DTV — Digital Television), который предлагает самое высокое качество изображения. Всего существует 18 форматов DTV, из которых шесть — это форматы HDTV, из которых пять — это форматы с прогрессивной разверткой, а один — с чересстрочной. Еще восемь форматов — это телевидение стандартной четкости (четыре широкоэкранных формата 16:9, и четыре формата со стандартным соотношением сторон 4:3).
Оставшиеся четыре формата — это компьютерные форматы VGA (VGA — video graphics array).
Каждая телевизионная станция сама выбирает удобный формат для вещания. В HDTV используются следующие форматы:
— 720i — 1280x720 пикселов (чересстрочная развертка)
— 720р — 1280x720 пикселов (прогрессивная развертка)
— 1080i — 1920x1080 пикселов (чересстрочная развертка)
— 1080р — 1920x1080 пикселов (прогрессивная развертка)
Чересстрочная развертка здесь означает, что используется такой же тип развертки, как в аналоговом телевидении или видеонаблюдении (о чересстрочной развертке мы уже подробно рассказывали).
Впрочем, с появлением современных телевизоров с большим экраном повышенной яркости инерционность человеческого зрения привела еще к одной проблеме, так как глаз стал замечать мерцание.
Прогрессивная развертка выводит все изображение построчно одна линия за другой, что дает 50 или 60 полных кадров в секунду (в зависимости от региона). Это позволяет получить более плавное обновление изображений, но требует большей полосы пропускания. Для HDTV рекомендуемое расстояние между зрителем и экраном равняется четырехкратной высоте экрана, что позволяет достичь оптимального эффекта.
В качестве алгоритма сжатия изображения в HDTV принят стандарт MPEG-2, а для сжатия звука используется АС-3. Предложенная техника модуляции передачи — квадратурная амплитудная модуляция с частично подавленной боковой полосой. Выбранная звуковая технология — 8-канальная цифровая система «объемного звука» Dolby с CD-качеством.
Цифровое наземное телевещание (DTTB — Digital terrestrial transmission broadcast) разрывает ставшую нам привычной связь одного телевизионного канала с одной частотой. DTTB может передавать либо один канал HDTV, либо шесть сервисов (каналов) телевидения стандартной четкости (SDTV), или даже до 10 сервисов с меньшим разрешением. Также как в случае с компьютерными технологиями, здесь можно выбирать скорость потока данных, ширину канала и качество изображения, которые взаимосвязаны.
