Что такое телевизионные линии

Опубликовано: 29.11.2022

My Account

  • Мой аккаунт
  • Оформление заказа
  • No products in the cart.

Поиск

Последние записи

  • Повысьте безопасность
    в отдаленных местах с помощью автономных решений Hikvision, работающих на солнечной энергии
  • Удаленное исправление. Больше не нужно беспокоиться
  • Hikvision заключает соглашение с Creative Specific Software
  • Основные сравнительные характеристики камер Hikvision DS-2CD2523G0-IS И DS-2CD2543G0-IS
  • Журнал Security назвал старшего директора Hikvision по кибербезопасности Чака Дэвиса одним из «лучших лидеров кибербезопасности 2021»

Последние комментарии

Категории

Что такое ТВЛ?

ТВЛ – это телевизионные линии. На этом можно было бы и закончить, но мы решили копнуть глубже.

Давным-давно, когда деревья были выше, трава зеленее, а техника ламповой, людям захотелось принести видеоизображение из кинотеатров в дома, аки Прометеев огонь. Вначале 20-х годов ХХ века в ряде стран (США, СССР, Япония) стали проводить эксперименты с передачей и приемом изображения на расстояние с помощью электронных лучей.

В 1933 году американскому инженеру Владимиру Зворыкину удалось изобрести катодную трубку, которая долгое время была главной частью большинства телевизоров, а в последствии и мониторов.

В 1936 году под руководством Зворыкина в лаборатории RCA был разработан первый электронный телевизор, пригодный для практического применения, а в 1939 – первый телевизор для массового производства.

Закончим с историей и перейдем к теоретической части.


Если без лишних подробностей, то кинескоп, он же ЭЛТ (электронно-лучевая трубка), состоял из источника электронного пучка (катода), магнитной отклоняющей системы, фокусирующей магнитной системы и экрана.

Звучит страшно, на деле все гораздо проще. С помощью кинескопа можно было целенаправленно подсвечивать определенную часть экрана и регулировать то, какую из частей нужно подсветить.

Вы спросите, зачем все это нужно? Согласны, управление и наблюдение за светящейся точкой – спорное развлечение, если только ты не кот.

Но так же, как на этой гифке, точка лазера смазывается, становясь линией, как смазывается для нашего зрения бенгальский огонь в темноте – быстро перемещаемый электронный пучок начинает выглядеть на экране как линия. А если прибавить к этому еще и возможность менять яркость, мы получим самое настоящее черно-белое изображение. Цвет добавляется отдельно, об этом в следующих материалах.

Если вы хоть раз снимали что-то на камеру перед экраном старого телевизора, то видели как сменяются на нем линии. Экран телевизора обновлялся не чаще 60 раз в секунду, 60 Гц. Эта частота не совпадает с частотой записи камеры – в записи 2500 кадров в секунду и это выглядит так:

Но ведь мы вам рассказывали о пучке, не так ли? А на изображении это скорее линия, движущаяся сверху вниз.

Но если замедлить воспроизведение еще сильнее и снимать на скорости 118830 кадров в секунду, та же отрисовка выглядит вот так:

Вот так раньше, в эпоху кинескопных “пузатых” телевизоров, строилась картинка. Естественно, мы упустили многие детали, но иначе текст получается бы слишком заумным.

Картинка выглядит несколько размыто, это связано с тем, что разрешение исходного видео (на телевизоре) всего 512 х 320 пикселей. Стоп! Мы ведь только что говорили о том, что телевизор кинескопный, да и статья о ТВЛ!

Будьте спокойны, мы не забыли, с чего начали. У каждого из старых видеоустройств существовало ограничение по качеству видео. Для камер – в записи, для телевизоров – в воспроизведении. Как и сейчас, оно сводилось к разрешающей способности. Но если сейчас разрешение выражено в пикселях и мегапикселях, то раньше речь шла о телевизионных линиях, ввиду специфики отрисовки изображения. Естественно, чем больше таких линий было, тем четче выглядело изображение.

Ниже представлена примерная таблица соответствия ТВЛ, картинки в пикселях и разрешения аналогичных камер в мегапикселях.

  • Видеонаблюдение
  • ЗАО Компания Безопасность
  • Инспекционно-досмотровые комплексы (ИДК)
  • Интегрированные системы безопасности
  • Конгресс-системы
  • Озвучивание и громкое оповещение
  • Оптоволоконная техника
  • Противопожарная безопасность
  • Решение математических задач (работы к.т.н. Корчагина И.Ф.)
  • Системы контроля и управления доступом (СКУД)
  • Статьи участников 52 научной конференции МФТИ

Разрешение (разрешающая способность) определяется как количество переходов от черного к белому или обратно, которые могут быть переданы камерой. Поэтому единица измерения разрешения называется ТВЛ (ТВ Линии). Разрешение по вертикали у всех камер (кроме безобразно плохих) одинаково, ибо ограничено телевизионным стандартом - 625 строк телевизионной развертки никак не могут передать больше 625 объектов. Основное различие камер состоит в разрешении по горизонтали - именно оно обычно указывается в технических описаниях. К сожалению, существующее определение разрешающей способности недостаточно приспособлено для современных CCD-камер.

На разрешение камеры влияют два фактора:

1. количество элементов матрицы

Дискретная точечная структура матрицы приводит к эффекту "биения" при наблюдении полосатой картинки. Например, если у матрицы 400 точек по горизонтали, то направив ее на тестовую таблицу, содержащую 200 черных и 200 белых линий, мы увидим четкую картинку из 400 линий. Однако, если сместить изображение на половину ячейки матрицы, то на каждую ячейку попадет половинка черной и половинка белой линии. Таким образом, эта камера может, в принципе, передать 400 линий, однако очень неустойчиво. Широко распространено мнение, что надежно в таком случае передается количество линий не превышающее 3/4 от числа ячеек. То есть камера с 400 ячеек имеет разрешение 300 ТВЛ. В настоящее время такой подход еще не закреплен в стандартах, так что нередко недобросовестные производители в рекламных целях указывают завышенное значение разрешения своих камер. Обратите внимание, что параметр "количество элементов" имеет отношение не только к ПЗС-матрице на камере, но и ко всем цифровым приборам, как то: мультиплексоры, квадраторы, цифровые синхронизаторы и т.д. Они также ограничивают общее разрешение системы видеонаблюдения.

2. полоса частот видеосигнала, выдаваемого камерой

Для передачи сигнала 300 ТВЛ необходима полоса частот 2.75 МГЦ (150 периодов на 55 мкс строки телевизионной развертки). В настоящее время хорошие полупроводниковые усилители не составляет проблемы, поэтому полоса пропускания усилителей камеры обычно значительно (в 1.5-2 раза) превосходит необходимую. Так что разрешение ограничивается именно дискретностью ПЗС-матрицы. Иногда факт применения хорошего электронного усилителя называют красивыми словами типа "resolution enhancement" или "edge enhancement". Надо отдавать себе отчет, что такой подход не улучшает собственно разрешение, таким образом улучшается только четкость передачи границ черного и белого, да и то не всегда.

Однако есть один случай, когда никакие ухищрения современной электроники не позволяют поднять полосу пропускания видеосигнала выше 3.8 МГЦ. Это композитный цветной видеосигнал. Поскольку сигнал цветности передается на поднесущей (в стандарте PAL на частоте около 4.4 МГЦ), то сигнал яркости принудительно ограничивается полосой 3.8 МГЦ. (Строго говоря, стандарт предполагает гребенчатые фильтры для разделения сигналов цветности и яркости, однако реальное оборудование имеет просто фильтры НЧ). Это соответствует разрешению около 420 ТВЛ. В настоящее время некоторые производители декларируют разрешение своих цветных камер 480 и более. Но как правило не акцентируют внимание, что это разрешение реализуется лишь если сигнал снимается с Y-C (S-VHS) или компонентного (RGB) выхода. В этом случае сигналы яркости и цветности передаются двумя (Y-C) или тремя (RGB) отдельными коаксиальными кабелями от камеры к монитору. При этом монитор, а также все промежуточное оборудование (переключатели, мультиплексоры, видеомагнитофоны) также должны обладать входами/выходами типа Y-C (или RGB). В противном случае, один-единственный промежуточный элемент, обрабатывающий композитный видеосигнал ограничит полосу пропускания упомянутыми 3.8 МГЦ и сделает все затраты на дорогие камеры бесполезными.


Игорь собирается установить AHD систему видеонаблюдения в свой магазин продуктов. Он знает, что система обычно содержит несколько мегапиксельных камер и один регистратор, но не может решить, какие камеры взять: 1,3 мегапикселя или 2 мегапикселя. Семён у нас - торговый представитель систем безопасности и видеонаблюдения. Его компания предлагает широкий выбор мегапиксельных камер видеонаблюдения с разным разрешением. Обычно он рекомендует своим клиентам систему видеонаблюдения с высоким разрешением, просто потому, что он лучше знает её особенности, и это выгоднее продавцу. У вас наверняка возникли аналогичные вопросы по выбору камер видеонаблюдения. В этой статье мы собираемся предоставить вам исчерпывающую информацию для выбора камер видеонаблюдения.

1. Что такое камера видеонаблюдения высокого разрешения?

Все форматы изображения с разрешением от 1280x720, считаются форматом высокой четкости (HD). В современном мире видеонаблюдения существуют два направления: аналоговое и цифровое. Соответственно, существуют аналоговые и сетевые (IP) HD-камеры. Разрешение 960H (NTSC: 960x480) не относится к категории HD. Текущие форматы разрешения HD включают в себя: 1.0 мегапиксель (720p), 1,3 мегапикселя (960p), 2 мегапикселя (1080p), 3 мегапикселя, 5 мегапикселей, 8 мегапикселей (4K UHD), 12 мегапикселей, 33 мегапикселя (8K UHD).
Как правило, сетевые HD камеры обеспечивают несколько лучшее качество изображения, чем аналоговые HD камеры того же разрешения (например, 720p).
Недавно назад один из наших клиентов сообщил, что установил систему видеонаблюдения на AHD камерах 720p (производитель заявил 1000ТВЛ) и остался недоволен: качество изображения этих 720p AHD камер оказалось даже хуже, чем у старых камер 960H. Почему это произошло, мы расскажем в четвёртой части статьи.

2. Преимущества высокой чёткости

По сравнению со стандартной чёткостью, технология HD увеличила детальность изображения. Качество изображения дополнительно улучшено благодаря различным технологиям улучшения, таких как прогрессивное сканирование, 2D/3D динамический шумоподавитель, широкий динамический диапазон (WDR) и т.д. Короче говоря, HD обеспечивает превосходное качество изображения. Обычная аналоговая камера стандарта 960H даёт разрешение 960H/WD1, что составляет 960x480 пикселей (для NTSC) или 960x576 пикселей (для PAL). После того, как сигнал будет оцифрован в DVR или гибридном видеорегистраторе, изображение будет состоять максимум из 552960 пикселей (0,5 мегапикселя).
Камера высокого разрешения может охватывать гораздо более широкую область, чем обычная камера. Возьмём для примера 12-мегапиксельная панорамную камеру с объективом типа ''рыбий глаз'' с углом обзора 360 градусов. Благодаря встроенному 12-мегапиксельному сенсору изображения и ePTZ (виртуальное панорамирование/наклон/масштабирование), а также возможности разделения изображения, она может заменить сразу несколько обычных камер видеонаблюдения, что значительно снизит затраты на установку и плату за последующее техобслуживание.
Отличная совместимость - еще одно преимущество HD. Независимо от того, совершаете ли вы покупки онлайн или ходите в местные магазины электроники, вы обратили внимание, что все телевизоры, видеокамеры и цифровые фотоаппараты поддерживают формат HD 1080p (FullHD). Соответственно, если вы хотите, чтобы это оборудование работало с вашей системой видеонаблюдения, вам следует выбрать систему видеонаблюдения, поддерживающую 1080p. Также мы понимаем, что 4K является текущей тенденцией, логично ожидать, что система видеонаблюдения 4K UHD станет популярной в будущем.

5MP Resolution

3. Различные форматы разрешения HD

IP камеры высокого разрешения занимают главное место в системах видеонаблюдения. Они могут обеспечить более качественное видео с большей детализацией изображения и широким охватом, чем камеры стандартного разрешения. Вы можете подобрать нужный формат сетевых (IP) камер в соответствии с вашими требованиями. Например, для приложений распознавания лиц или автомобильных номеров выбирайте мегапиксельные сетевые камеры с разрешением 1080p и более. Чтобы узнать разрешение того или иного HD формата, обратитесь к следующей таблице:

Формат Разрешение (в пикселях) Соотношение сторон Развёртка
1MP/720P 1280x720 16:9 Прогрессивная
SXGA/960P 1280x960 4:3 Прогрессивная
1.3MP 1280x1024 5:4 Прогрессивная
2MP/1080P 1920x1080 16:9 Прогрессивная
2.3MP 1920x1200 16:10 Прогрессивная
3MP 2048x1536 4:3 Прогрессивная
4MP 2592x1520 16:9 Прогрессивная
5MP 2560x1960 4:3 Прогрессивная
6MP 3072x2048 3:2 Прогрессивная
4K Ultra HD 3840x2160 16:9 Прогрессивная
8K Ultra HD 7680x4320 16:9 Прогрессивная

4 Выбор HD камеры видеонаблюдения

Что ещё помимо разрешения изображения следует учитывать при выборе сетевых HD камер? Здесь мы поделимся информацией о том, как правильно выбрать HD камеры с точки зрения установщика.

Низкая освещённость (Low illumination)

Как известно, камера видеонаблюдения работает не так, как бытовой фотоаппарат - камера видеонаблюдения не может использовать вспышку при захвате изображения/видео. Если камера имеет слабые характеристики при низкой освещённости, её применение ограничено. При работе в условиях низкой освещённости такая камера ''слепнет'', несмотря на её очень высокое разрешение.

Высокое разрешение - палка о двух концах: производитель сенсоров не имеет возможности бесконечно увеличивать площадь кристалла, поэтому повышение разрешения связано с уменьшением размера самого пикселя при тех же размерах кристалла сенсора (обычно 1/3''), поэтому на каждый пиксель приходится меньшее количество света, что приводит к уменьшению чувствительности при возрастании разрешения (мегапикселей).

В настоящее время оптимальным значением для большинства областей видеонаблюдения является разрешение 2Мп (1080p/FullHD), именно под это разрешение существует большинство сенсоров из серии Low Illumination.

Задержка видео (Time lag)

Все сетевые (IP) камеры видеонаблюдения имеют некоторую задержку в сравнении с реальным временем, и стоимость или качество камеры не является определяющей величины этой задержки. Например, для того же изображения с разрешением 720p время задержки видео для некоторых камер составляет 0,1 с, а для некоторых других сетевых камер это время может составлять 0,4с, и даже больше 0,7с. Почему время задержки видео отличается? В отличие от аналоговой камеры, сетевая камера сжимает видео (этот процесс называется кодированием), а на пользовательских устройствах происходит декодирование видео для отображения, что приводит к задержке видео. Обычно, чем меньше время задержки, тем лучше возможности процессора обработки изображения. Это означает, что нужно выбрать сетевую камеру с наименьшей задержкой видео.

Тепловыделение

Когда камера видеонаблюдения работает, она выделяет тепло, особенно когда ночью включается инфракрасная подсветка. Это правило справедливо для любой камеры видеонаблюдения. Чрезмерное тепловыделение увеличивает вероятность перегрева и, как следствие, повреждения камеры. При выборе мегапиксельных камер обращайте внимание на:

Выбирайте камеру с меньшим энергопотреблением. Низкое энергопотребление означает, что камера экономит электроэнергию, выделяет меньше тепла. Обратная сторона: в зимнее время камера с малым тепловыделением может замёрзнуть (обычно это касается ИК фильтра), а также малое потребление означает, что установлена слабая ИК подсветка, это тоже следует учитывать.

Задумайтесь об использовании камеры с улучшенными характеристиками при низкой освещенности (без инфракрасного освещения или другого искусственного освещения). Такая камера в условиях слабой освещенности может снимать изображения даже в темноте (> 0,009 - 0,001 люкс).

Выбирайте камеру в корпусе с хорошим рассеиванием тепла. Металлический корпус предпочтительнее пластикового. Для обеспечения надёжной работы, сетевые камеры элитной серии используют ребристый радиатор на корпусе для максимального рассеивания тепла, что значительно помогает камере в обеспечении надежной работы.

''Высокая цена = это высокое качество'' - в большинстве случаев это правило верно. Основываясь на отчетах исследований можно сказать: потребитель часто полагает, что более высокая цена продукта указывает на более высокий уровень качества. Но цена - не единственный показатель хорошего качества, особенно при покупке продукции ''Сделано в Китае''. Я работаю в сфере видеонаблюдения более пяти лет и могу утверждать, что конечные пользователи, интеграторы и установщики могут получить высококачественные продукты от китайских поставщиков/производителей по очень конкурентоспособной цене. Высококачественные камеры могут иметь уникальный дизайн корпуса, предлагать особые функции, отсутствующие в других продуктах.

Техническая поддержка

В заключение хочу сказать, что сетевые камеры также должны иметь хорошую техническую поддержку. Несмотря на то, что IP камеры становятся все более простыми в настройке и эксплуатации, конечные пользователи могут столкнуться с техническими проблемами, которые потребуют сторонней помощи. Столкнувшись с такой проблемой, вы получите у нас техническую поддержку в течение 1-2 дней, это вполне приемлемо. Именно из-за этого лично я не советую покупать камеры видеонаблюдения на Aliexpress, так как в будущем вы вряд ли получите техническую поддержку от продавцов оперативную поддержку.


В системах, основанных на телевизионных форматах, типовое разрешение по вертикали определяется стандартом разложения. Горизонтальное разрешение ограничено двумя принятыми значениями – стандартным и высоким. Это обусловлено мировыми телевизионными стандартами и ассортиментом выпускаемых матриц тех немногих компаний, которые производят датчики изображений. Особенно это относится к CCD.

В рамках существующих значений числа эффективных пикселей производимых матриц высокого разрешения CCIR 440к/EIA 380к и стандартного разрешения CCIR 290к/EIA 250к производители телекамер стремятся получить максимально возможное горизонтальное разрешение. И если это не всегда удается осуществить в действительности, пытаются реализовать хотя бы на бумаге, в заявленных технических характеристиках. Продавцы идут тем же путем с еще большим энтузиазмом.


Предельно достижимое разрешение было определено еще на заре развития дискретных приемников изображения. Техническая общественность договорилась о значении полуэмпирического коэффициента пересчета числа пикселей в число телевизионных линий – Kell-фактора. Уже лет десять назад сложилась странная ситуация, когда серьезные бренды предлагали за много сотен долларов черно-белые камеры на 380 ТВЛ, а начинающие производители из Южной Кореи и Тайваня – аналогичную продукцию с разрешением 420 ТВЛ по цене меньше сотни "американских рублей". И все это на аналогичных матрицах.

В любом случае реальное повышенное разрешение не может быть излишним. Бурное развитие в последние годы IP-наблюдения, где формат изображения не ограничен стандартом, а его разрешение может быть совершенно различным в камерах одной системы, показало, кроме всего прочего, высокую востребованность изображения высокого разрешения. Можно считать, что изображение в 1,3 Мпкс в IP-системах уже стало типовым. На очереди более широкое применение изображений в 2,5, а также 3 и даже 5 Мпкс. Примечательно, что изображение в 1,3 Мпкс кардинально отличается от типового телевизионного, а вот рост до 2,5 Мпкс практически мало заметен. Возможно, это объясняется ростом количества нерабочих пикселей на матрицах бюджетного уровня, которые удаляются функцией Blemish, когда "битые пиксели" компенсируются за счет соседних.



Естественно, у IP-систем есть серьезные недостатки, а для некоторых задач просто непреодолимые. Прежде всего это принципиальная задержка демонстрации изображения, обусловленная пакетным способом передачи сигнала. В серьезных системах со скоростными поворотными камерами, требующими оперативного реагирования, такое управление просто невозможно. По этой же причине поддержание максимальной частоты смены кадров для адекватной передачи изображения движущегося объекта становится проблематичным, особенно для мегапиксельных камер. Провозглашаемое высокое качество изображения благодаря высокому разрешению с прогрессивной разверткой в результате неизбежного сжатия для уменьшения трафика ухудшается искажениями и неизбежными артефактами.

Для бюджетных моделей CMOS-камер при построчном экспонировании (Rolling Shutter) на больших выдержках при малой освещенности характерны большие сдвиговые геометрические искажения. Переход на матрицы с покадровым экспонированием (Global Shutter) увеличивает и без того серьезную стоимость оборудования.

IP-видеонаблюдение требует более высокой квалификации для монтажа и настройки оборудования, особенно при стремлении создать не столько бюджетную, сколько надежную и четко действующую систему. Вместе с тем возможность нестандартно высокого разрешения стимулирует высокий спрос во всех разделах видеонаблюдения. До последнего времени IP-системам здесь не было альтернативы.

Видеонаблюдение высокой четкости

Как естественный и ожидаемый ответ от аналоговых систем можно рассматривать создание нового направления видеонаблюдения – HDcctv. Альянс HDcctv, объединивший ряд известных компаний (CSST, Gennum, Stretch, AltaSens, blueCaps, Clinton Electronics, Comart, COP UK, EverFo-cus, theHDcctv.com, IDIS, Marshall Electronics, OmniVision, Ovii, Pixim, Speco Technologies и Win4NET), работающих в области видеонаблюдения, уже сформулировал стандарты, определяющие высокое качество изображения.

Альянс HDcctv сотрудничает с SMPTE (Общество инженеров кино и телевидения) по использованию семейства профессиональных видеоинтерфейсов, известных как HD-SDI, охватывающих передачу форматов с разрешением 720p (1280x720 пкс) и 1080i (1920x1080 пкс) на скорости потока около 1,5 Гбит/с (1,485 Гбит/с) и 1080р (1920x1080 пкс) на скорости потока около 3 Гбит/с (2,97 Гбит/с).

В соответствии с лицензионным соглашением с SMPTE альянс HDcctv разработал спецификации передачи цифрового видеопотока стандарта HD-SDI. Данные передаются построчно, без сжатия и разбиения на пакеты, поэтому при передаче нет задержек, связанных с буферизацией и обработкой данных. Помехоустойчивость обеспечивается с помощью линейного кодирования. Формат 720р обеспечивает в 3 раза большее разрешение по сравнению с аналоговым видеонаблюдением, а 1080р – в шесть раз большее.



Предполагалось, что переход на изображение высокой четкости с прогрессивной разверткой потребует замены только камер и регистраторов с максимальным сохранением уже созданной кабельной сети работающих систем. При этом будет обеспечиваться видеонаблюдение высокой четкости (HD) без задержек, графических артефактов, видимых искажений или дрожания. В этом случае могут сохраниться стандарты Plug-and-Play, характерные для аналоговых систем безопасности и оборудования.



Связь между камерами и регистратором может обеспечиваться стандартным коаксиальным кабелем (RG-59, RG-6 и RG-11) с соответствующим ограничением дальности в зависимости от качества применяемого кабеля. Есть данные по реальной модернизации систем видеонаблюдения, когда удавалось обеспечить HD-сигнал на дальности 260 м по RG-6 и до 80 м по RG-59. При этом на старых видеокабелях RG-59 низкого качества достижимая дальность может сократиться до 30–50 м.


Таким образом, HDcctv является реальной альтернативой для реализации высокоскоростного видеонаблюдения высокой четкости, особенно с применением скоростных поворотных камер, управляемых профессиональными операторами. Причем переход на новый стандарт не требует массовой переподготовки персонала. Более того, может быть использована существующая кабельная инфраструктура в системах с небольшими дальностями. Единственное отличие и преимущество состоят в том, что операторы знакомы с системой безопасности, при этом имеется большой выбор доступных разрешений, часть из которых являются исключительно высокими. Подобные системы наиболее применимы на ответственных объектах при большом объеме прямого наблюдения, например на спортивных сооружениях, в казино и развлекательных комплексах.

Разрешение традиционного видеонаблюдения

В технике традиционного видеонаблюдения, основанного на стандартах телевидения, также идет борьба за повышение разрешения, в данном случае горизонтального, поскольку вертикальное определяется стандартом чересстрочной развертки. Как уже указывалось выше, теоретический предел разрешения по горизонтали оценивается Kell-фактором от числа эффективных пикселей по горизонтали. Для камер черно-белого изображения его значение около 0,7–0,75. В матрицах черно-белого и цветного изображения количество пикселей неизменно. Они различаются только наличием в последних цветного мозаичного фильтра Байера. В CCD это фильтр структуры CMYG, когда один элемент яркости изображения формируется четырьмя пикселями, по два из соседних строк. Использование подобного фильтра приводит к 2-кратному росту пропускания световой энергии, а соответственно и чувствительности в сравнении с RGB-фильтром, используемым в матрицах CMOS. Использование двух пикселей для создания одного элемента изображения приводит к естественному снижению разрешения камеры цветного изображения. В этом случае Kell-фактор оценивается около 0,6–0,64. Другими словами, теоретический предел разрешения матрицы высокого разрешения для стандарта PAL с 752 пкс по горизонтали должен составить около 460–480 ТВЛ. Эти данные подтверждаются прямым наблюдением изображения телевизионной таблицы (рис. 3), полученного с помощью любой из типовых камер цветного изображения высокого разрешения. Изображение получено на черно-белом мониторе с разрешением 1000 ТВЛ в центре экрана. На мониторе черно-белого изображения используется полный спектр составляющей яркости композитного сигнала.



Вообще, существует некоторая проблема демонстрации высокого разрешения цветного изображения. Достаточно распространены мониторы цветного изображения с s-video-входом, обеспечивающим 450–500 ТВЛ, но, к сожалению, камеры видеонаблюдения весьма редко имеют s-video-выходы в силу их невостребованности. Типовые мониторы цветного изображения, имеющие композитный видеовход, из-за входной фильтрации сигнала обеспечивают только 330–350 ТВЛ. Цифровые регистраторы при оцифровке композитного видеосигнала обеспечивают разрешение около 500 ТВЛ благодаря квазигребенчатой фильтрации. Наличие VGA- и s-video-выходов (помимо композитного выхода) может обеспечить практическую реализацию этого разрешения при наблюдении. Существующие мониторы цветного изображения специального назначения, обеспечивающие до 600–750 ТВЛ, к сожалению, чрезвычайно дороги.

Обещания и реальность

В современных телекамерах широко используются цифровые процессоры обработки изображений (DSP). Кроме стандартных функций баланса белого, АРУ, регулировки электронного затвора и т.д., обычно они выполняют широко востребованные сейчас функции WDR, DNR, D&N и DSS или Sense-Up. С одной стороны, это позволило существенно улучшить характеристики камер и расширить их функциональность. С другой стороны, это расширило возможности манипуляций с достигнутыми параметрами. Достаточно открыть любой каталог производителя камер видеонаблюдения, чтобы удивиться. Оказывается, разрешение в цвете давно превышает 580–600 ТВЛ, а в ночном чернобелом режиме и все 700 ТВЛ. И это несмотря на использование типовой цветной стандартной матрицы 752х582 пкс в обоих режимах с одинаковым принципом формирования изображения.



Иногда даже вместо активных приводится полное количество пикселей. Как будто числа 795х596 помогут обосновать подобные обещания. Интересны также иллюстрации изображений в рекламных материалах по DSP, предназначенных для подтверждения правоты обещаний (рис. 2). Даже на рекламном изображении не просматриваются обещанные 580 ТВЛ. Мы специально удалили наименование производителя, поскольку не он один "играет в эту игру с покупателем". Кроме того, надо учесть, что правая и левая картинки таблицы перепутаны местами. Примечательно, что каждая следующая модель DSP "увеличивает" разрешение на 20–40 ТВЛ. Вместе с тем нельзя не отметить, что благодаря цифровой обработке визуальное разрешение все-таки увеличивается на 50–60 линий относительно типового значения 450–470 ТВЛ (рис. 4). Реально наблюдаемое разрешение может достигать 500–520 ТВЛ. Правда, это часто приводит к появлению артефактов, особенно в бюджетных моделях (рис. 6). Подобным маркетинговым преувеличениям можно уже не удивляться. Примером этому может служить популярный сейчас метод накопления заряда, или электронное увеличение чувствительности (DSS, или Sensе-Up). Все поставщики упорно приводят запредельные значения получаемой чувствительности, которые иногда не соответствуют даже кратности накопления. Но из курса приемников известно, что чувствительность при прямом (не гетеродинном) приеме растет, как корень квадратный из кратности накопления. Это, конечно, хорошо подтверждается опытным путем.

Увеличение разрешения в аналоговом видеонаблюдении

В настоящее время уже созданы условия для кардинального повышения горизонтального разрешения изображения в стандартном телевидении. Это система Effio от SONY из матрицы 960H Super HAD CCD и сигнального процессора CXD 4112GG. Телекамеры с подобным комплектом уже появились даже в среднем ценовом диапазоне. Увеличение разрешения в данном случае достигнуто естественным путем при помощи матрицы с 960 пикселями по горизонтали и соответствующего процессора (рис. 1). В данном случае в цвете обеспечивается реальное разрешение 600 ТВЛ и практически при полном отсутствии муара и артефактов (рис. 5). Как обычно, обещания в черно-белом режиме обеспечить 750 ТВЛ не имеют под собой реальных оснований. Используемый DSP обеспечивает весь классический набор функций, включая такие важные, как расширение динамического диапазона, шумопонижение 2–3 DNR и режим "день/ночь". В системе неизбежно растет ширина спектра телевизионного сигнала относительно типовых матриц (рис. 7).



По сути, для того чтобы полностью воспользоваться полученными возможностями, необходимо применение регистраторов с повышенной частотой дискретизации и наличием выхода VGA с повышенным разрешением. Вместе с тем применение подобных камер целесообразно и в традиционных системах, хотя бы в местах с высокими требованиями по детальности изображения. В этом случае результирующее разрешение системы будет определяться только регистратором, то есть около 500 ТВЛ. Естественно, при этом не следует применять типовые видеомониторы с композитным входом, чтобы не снизить разрешение наблюдаемого изображения до 330–350 ТВЛ. К сожалению, в настоящее время даже выход XGA (1024х768 пкс) не является типовым для цифровых записывающих устройств. Сейчас основная масса устройств обеспечивает 800х600 пкс.

В заключение можно сделать вывод, что пресловутая цифра 700 ТВЛ стала уже практически достижима в видеонаблюдении, прежде всего в системах IP и HDcctv. В традиционном CCTV также еще есть возможность роста. Однако нужно с большой осторожностью относится к безответственным обещаниям некоторых производителей и продавцов получить сверхвысокое разрешение на типовых матрицах. Информация не восстанавливается, и никакой DSP не в состоянии вернуть потерянное.

Профессиональный подход.
Разумность решений.

В этой статье мы попытаемся дать некоторое представление о том как формируется телевизионное изображение, что получается при его оцифровке на компьютере и как всю эту информацию надо учитывать при обработке видео на компьютере.

Необходимость написания этого материала возникла после того, как многие начинающие любители цифрового видео стали присылать кадры из своих видеофильмов, на которых отчетливо были видны искажения изображения и задавали резонный вопрос - а что я не так делаю, на телевизоре изображение нормальное, а на компьютере нет?
Телевидение было придумано десятки лет тому назад, задолго до появления электронных вычислительных машин, ни о каких цифровых преобразованиях тогда не могло быть и речи, поэтому все создавалось с целью удобной и дешевой передачи сигналов и последующего простого для уровня тогдашней техники отображения на экране. Поскольку видеоизображение на компьютере не может быть сформировано так же как в телевизоре, и возникают проблемы, вопросы по ним и т.д. Как ответы на большинство подобных вопросов и задуман этот материал.

Передача и формирование телевизионного изображения

Большинство смотрящих телевизор людей считают, что они видят изображение с частотой 25 кадров в секунду (здесь и далее информация будет относиться к телевизионным системам PAL/SECAM). Это не совсем так. На самом деле на экране меняется изображение 50 раз в секунду, но не все изображение, а только половина его. Сначала рисуется одна половина строк кадра изображения, затем другая. Каждая из половинок называется полем (field). Поэтому правильно считать, что на экране телевизора рисуется 50 полей в секунду. Эта технология хорошо иллюстрируется рисунками ниже:

Он же, но разделенный на два поля

Человек не замечает "половинчатости" каждого изображения как из-за инерции человеческого зрения, так и из-за послесвечения люминофора электронно-лучевой трубки телевизора. Тем не менее многие зрители легко отличают кинофильмы от телефильмов именно по большей дискретности перемещения объектов в кинофильме. Телефильмы снимаются на видеокамеры с теми же 50 полями в секунду, а кинофильмы на кинокамеру с 24 кадрами в секунду. При подготовке кинофильма к показу по телевидению каждый кадр преобразуется в два "половинчатых" поля, но, поскольку, движения в пределах одного кинокадра нет, эти поля, накладываясь друг на друга в глазах зрителя, просто восстанавливают исходный кадр с кинопленки.
Некоторые цифры, характеризующие передачу телевизионного изображения:

Максимальное количество вертикальных линий, которое можно отобразить на телевизоре, укладывая их по горизонтали - 768. Такое количество линий можно даже увидеть, подав на низкочастотный вход телевизора прямоугольный сигнал частотой 15625 Hz. Линии будут чередоваться - по 0 сигнала белая, по 1 черная. Таким образом, полный телевизионный кадр получится 768х625. После отбрасывания служебных строк и обратного хода кадровой развертки остается реальное разрешение 720х576. Такое разрешение указывается для полноэкранного видео на компьютере во всех программах редактирования видео.

Требуемая для передачи полного телевизионного изображения полоса пропускания считается просто: 768(линий по горизонтали)/2 (одна линия белая, другая черная) = 384*625 (число строк в кадре) =240000*25 (число кадров в секунду) = 6000000 Hz = 6 MHz

Частота строчной развертки 15625 Hz, тем самым длительность одной строки 64 микросекунды.

Частота кадровой развертки 50 Hz, длительность одного поля соответственно 20 миллисекунд.

Количество строк, рисуемых за 20 миллисекунд - 312.5 (0.020/0.000064). В целом кадре соответственно 312.5х2=625

Как учитывать специфику телевизионного сигнала

Именно из-за незнания специфики телевизионного сигнала часто у многих пользователей возникают недоуменные вопросы после сброса видео на компьютер. Эти же вопросы возникают при сжатии видео в различные варианты MPEG формата. Итак, наиболее часто встречающиеся вопросы и ответы на них:

Смотрю видео, захваченное с цифровой камеры, на компьютере и вижу, что изображение намного более темное, чем при просмотре того же фрагмента на телевизоре. Тем самым я не могу тщательно редактировать фильм, не имея представления о реальных цветах и яркости кадра. Почему это происходит и как исправить подобную ситуацию?
Это явление общеизвестно и возникает из-за особенностей DV кодеков, используемых для декомпрессии DV и отображения его на экране. Действительно, изображение на экране монитора выглядит очень темным, несмотря на то, что это же изображение, отправленное на камеру, будет совершенно нормально выглядеть на телевизоре. Никаких радикальных средств борьбы с этим явлением нет, но есть возможность существенно уменьшить различия между телевизионным и компьютерным изображением. Поскольку как видеоредакторы, так и просто проигрыватели Windows используют режим overlay для показа видео, можно отрегулировать контрастность (Contrast), яркость (Brightness), цветовой тон (Hue), цветовую насыщенность (Saturation) именно для окна overlay'я. Такую возможность предоставляют видеокарты на процессорах от NVidia. В параметрах настройки всех современных драйверов от этого производителя есть соответствующая закладка Overlay Color Control. К сожалению, другой именитый производитель процессоров для видеокарт, Matrox Graphics, возможности настройки в режиме Overlay не предоставляет. Настройки параметров окна overlay НЕ ВЛИЯЮТ ни на что, кроме вывода видео. Вид окна настройки представлен на рисунке:


Для настройки видеоизображения следует загрузить любой видеоклип в обычный проигрыватель Windows, нажать кнопку Стоп, затем вызвать панель настройки overlay, показанную выше и подобрать настройки по вкусу (еще разумнее смотреть то же изображение по телевизору).

При просмотре кадров, которые я взял и сохранил на диске со своего видеофильма, обнаружил артефакт, который можно назвать "гребенкой" - зубцы на движущихся объектах или неподвижных, но при движении камеры. На телевизоре при этом все нормально. Как можно избежать подобных искажений и можно ли как-то исправить уже снятые кадры?
Рассмотрим небольшой пример. Вот снимок людей, которые попали в кадр быстро поворачивающейся камеры:


На этом снимке видно, что края всех предметов на снимке искажены "гребенкой". Этот артефакт вызван наложением двух полей, изображения на которых смещены друг относительно друга. Смещение соответствует расстоянию, которая камера прошла за 1/50 секунды. Избежать подобных искажений при съемке обычными видеокамерами невозможно. Только камеры с прогрессивной разверткой позволяют существенно уменьшить, а при небольшой скорости объекта/камеры убрать совсем подобные искажения. Если же хотелось бы все-таки сохранить такой кадр для размещения на WEB странице или печати на принтере, то можно улучшить качество изображения применением фильтра Video/De-Interlaced в программе Adobe Photoshop или Ulead Photoimpact 8. Результат получится таким:


Следует только учесть, что разрешение по вертикали после такой операции падает в два раза, так как фактически одно поле удаляется и удваиваются строки другого поля.

Захватил видео с цифровой камеры программой Ulead MediaStudio Pro (Adobe Premiere, Vegas Video и т.п.) и обнаружил странную картину - плеер Windows показывает, что разрешение записанного мною видео всего 360х288, хотя должно быть 720х576. Почему это происходит и как посмотреть видео в полном разрешении?
Это действительно так. По умолчанию плеер Windows показывает DV Video в разрешении 360х288. Для перевода показа в полное разрешение нужно проделать следующее:

Запустить DV файл на воспроизведение и нажать Стоп. Затем в меню File/Properties (Файл/Свойства) выбрать Advanced (Дополнительно), далее DV Video Decoder, далее Properties (Свойства). В появившемся окне

выбрать Full (Полное), Далее ОК и снова ОК.

Версия Windows Media Player Версия Windows Параметры настройки
6.x 98
7.x 2000 Войти в меню Tools/Options (Сервис/Параметры), далее выбрать Performance (Быстродействие). Установите Video Acceleration (Аппаратное ускорение) в Full (Полное), Digital Video (DV) (Настройки цифрового видео) в Large (Крупно)
8.x XP Проделать то же самое, что и для Windows Media Player 7, но после установки Video Acceleration (Аппаратное ускорение) нажать кнопку Advanced (Дополнительно).

Переведя плеер Windows в режим показа полного разрешения, не следует забывать, что плеер будет отображать каждый кадр из 2-х наложенных полей, что приведет к "гребенке" на краях движущихся объектов. Это явление подробно описано выше. В режиме 360х288 показывается только одно полке и подобных искажений нет.

Что означает "камера с прогрессивной разверткой", "камера с обычной разверткой" - по идее телевизионное изображение всегда должно быть чересстрочным и никак иначе? И по этой же теме - как любая цифровая видеокамера делает "фотоснимок" - там же "гребенки" нет, причем на самой обычной, без "прогрессивных" способностей, камере?
Действительно, телевизор может показывать только чересстрочное изображение, но здесь на самом деле нет никакого противоречия с возможностями некоторых видеокамер снимать с прогрессивной разверткой, но для понимания этого следует подробно описать технологию съемки видеокамерой:

Съемка с чересстрочной разверткой

Рассмотрим процесс съемки обычной видеокамерой, использующей только чересстрочную развертку. При такой съемке камера реально снимает 50 раз в секунду, причем информация с ее CCD (ПЗС) считывается именно по четным или нечетным строкам - т.е. сначала считываются нечетные строки (1, 3. 623, 625), затем, через 1/50 секунды, четные строки (2, 4. 622, 624). Поэтому при перемещении объекта съемки относительно камеры, изображения на разных полях будут отличаться друг от друга, причем чем больше будет скорость перемещения объекта съемки, тем заметнее будут отличия и, соответственно, больше "гребенка". У этого типа съемки есть одно явное преимущество - плавный показ движущихся объектов, так как на телевизоре никакой "гребенки" явно видно не будет. Недостатки съемки в чересстрочном режиме ощутимо видны только при монтаже на компьютере - практически невозможно сделать качественные стоп-кадры движущихся объектов для печати фотографий и/или создания альбомов файлов с наиболее интересными кадрами.

Съемка с прогрессивной разверткой

Процесс съемки камерой с прогрессивной разверткой отличается тем, что камера делает снимок каждые 1/25 секунды и затем записывает с него два поля, как и положено по телевизионному стандарту. Понятно, что в этом случае никаких нарушений правил нет, но изображение на одном поле никогда не будет смещено относительно другого поля. Видеофильм, снятый на такой камере, при показе на телевизоре будет очень напоминать кинофильм, который, как всем известно, снимается с частотой 24 кадра в секунду. Способностью снимать с прогрессивной разверткой обладает небольшое количество отнюдь не дешевых видеокамер, поэтому не следует надеяться встретить такую возможность в недорогих видеокамерах.

Режим "фото" в цифровых видеокамерах

Режим "фото" во всех современных цифровых видеокамерах работает одинаково вне зависимости от остальных характеристик видеокамеры. Этот режим представляет собой частный случай съемки с прогрессивной разверткой. Разница только в том, что таким образом делается только один снимок раз в 6-7 секунд и запись собственно снимка сопровождается записью звука в течении этого времени. Но запоминается сам снимок точно также, просто записывается один и тот же кадр в течении всего времени "фотосъемки". Такой снимок тоже не будет иметь "гребенки" и его не нужно подвергать описанной выше процедуре в Adobe Photoshop.

Больной вопрос для многих начинающих любителей видео - как оценить качество съемки своей собственной камеры или той камеры, которую планируется купить. Одним из крайне важных параметров видеокамеры является разрешающая способность, которую обычно измеряют в ТВЛ (ТелеВизионные Линии). У большинства современных цифровых видеокамер значение этого параметра достигает 500 и более ТВЛ согласно паспортным данных на них. Наиболее популярный вопрос на эту тему - почему у камеры только 500 линий, в телевизионной картинке должно же быть 625 линий? На самом деле это совершенно разные понятия - строки, на которые раскладывается телевизионное изображение (их действительно 625) и ТВЛ, характеризующие качество изображения. Для понимания того, что есть ТВЛ, проще всего взглянуть на фрагмент обычной телевизионной испытательной таблицы:

Цифры, стоящие рядом с линиями, как раз характеризуют разрешающую способность. Если можно различить линии рядом с цифрой 500, например, то разрешение записывается как "не хуже 500 ТВЛ". Для примера можно посмотреть на два реальных снимка телевизионной таблицы: снимок камерой SONY Digital 8 и снимок неофициального чемпиона по разрешающей способности SONY DCR-TRV900, взятых с сайта John Beale.

Sony TRV7000 Picture

Sony TRV900 Picture

Следует учитывать, что максимальная разрешающая способность при передаче эфирного телевидения определяется полосой пропускания канала и не может быть улучшена, так как полосы пропускания давно стандартизованы.
Обычный бытовой VHS видеомагнитофон имеет максимальную разрешающую способность всего 240 ТВЛ, S-VHS видеомагнитофоны и видеокамеры - 400 ТВЛ.
Не все пользователи, читающие документацию на видеокамеру или рекламу к оным обращают внимание на примечание, которое зачастую сопровождает значение ТВЛ для цифровой видеокамеры. Обычно примечание гласит - значение указано только для записи/воспроизведения на видеомагнитофон камеры. Фактически в этом случае указывается характеристика качества кодера/декодера камеры, преобразовывающего аналоговый видеосигнал в цифровой и наоборот. Почему дается такое хитрое примечание? Дело в том, что у видеокамеры разрешающая способность зависит от многих факторов, перечисленных ниже:

Количество CCD (ПЗС), больше (3) - лучше

Количество светочувствительных элементов (пикселей) в CCD (ПЗС)

Качество DV кодера/декодера камеры

Качество оптики камеры

Так как в DV стандарте жестко оговаривается формат записи DV на ленту, то для магнитофона цифровой видеокамеры разрешающая способность при записи видео будет одинакова для любой DV камеры стоимостью и $650 и $4000. Собственно говоря, и само понятие "разрешающая способность" для цифрового магнитофона абсурдно - нет же понятия "разрешающая способность жесткого диска", например. Правильным же значением, определяющим и в целом качество видеокамеры, будет разрешающая способность на отснятом изображении, но такой параметр приводится не часто - он может быть существенно меньшим, чем значение ТВЛ для магнитофона видеокамеры.

Многие начинающие любители видео считают, что для вывода видео с компьютера на телевизор или видеомагнитофон достаточно иметь обычную хорошую видеокарту с видео выходом и все - результаты своего творчества можно будет легко таким образом сохранять на обычной VHS кассете. На самом деле такой способ вывода практически невозможно использовать из-за низкого качества видеоизображения на TV выходе любой, даже самой дорогой и лучшей видеокарты. Причин здесь несколько:

Видеоизображение всегда показывается только по кадрам, а кадр формируется наложением полей со всеми вытекающими отсюда последствиями в виде артефактов, одним из которых является упомянутая выше "гребенка".

Среди дозволенных видеокарте разрешений экрана разрешение 720х576 не значится, поэтому при правильном разрешении окна для видео оно будет окружено бордюром до разрешения видеокарты в 800х600 или 1024х768. В случае выбора режима полноэкранного просмотра изображение будет масштабироваться так, как видеокарта и ее драйвер считают нужным.

Разложение по полям для вывода по TV выходу видеокарта будет делать без всякой связи с оригинальным видеоизображением.

В настоящее время только видеокарты Matrox практически лишены указанных выше недостатков, но эти видеокарты довольно дороги, редко встречаются в продаже и имеют невысокие параметры в части работы с трехмерной графикой.

Сам же оцифрованный видеофильм хранится в на диске компьютера в оригинальном, т.е. разложенном по полям виде. Но правильное воспроизведение его на обычном телевизоре возможно только через:

Специальную плату для ввода/вывода видео (сам видеофрагмент, конечно, должен иметь формат, поддерживаемый этой платой)

Цифровую видеокамеру для вывода видео в DV формате. Это возможно благодаря тому, что любая цифровая видеокамера при поступлении на цифровой вход данных преобразует их в аналоговый сигнал, который может быть использован для просмотра DV на обычном телевизоре и/или записи на бытовой видеомагнитофон. К сожалению, таким образом нельзя использовать цифровые камеры с заблокированными входами, продаваемые в странах Европейского сообщества в силу их таможенных ограничений.

Кратко в статье приведено большинство "подводных камней", которые ожидают любителя видео при работе на компьютере, вызванных исторически сложившейся спецификой формирования телевизионного изображения. По мере поступления новых вопросов на эту тему этот материал также будет расширяться.

Читайте также: