TV-OUT, часть 1. Стандарты

Цветность

Как уже говорилось, человеческий глаз менее чувствителен к изменению цвета, чем к изменению яркости. Поэтому, в большинстве телевизионных сигналов цвет передаётся в меньшем разрешении, чем сам сигнал. Внутри компьютера эти сигналы представлены в цифровом виде, и эти особенности аналоговых сигналов вылились в несколько возможных форматов цвета. Формат цвета у цифрового сигнала обозначается набором из трёх цифр, например 4.2.2, или 4.2.0. Эти странные цифры часто ставят в тупик новичков, и о том, что они означают, многие имеют самое общее представление. Несмотря на то, что некоторые знают (или читали где-нибудь), что они показывают насколько меньшее разрешение имеет сигнал цветности, как именно это происходит, часто остаётся непонятым. На самом деле, всё достаточно просто. С тем, что обозначают цифры, можно ознакомиться на схеме:

Светлыми треугольниками обозначены точки, на которых происходит изменение яркостного сигнала, что всегда происходит в полном разрешении, а чёрными треугольниками точки, на которых меняется сигнал цветности, для которого возможны варианты. Как видно из схемы, первая цифра относится к яркостному сигналу, и именно поэтому она 4 практически во всех реально используемых форматах, ведь обычно, как уже говорилось, яркостный сигнал передаётся в полном разрешении. Каждая следующая цифра отвечает за две строчки, 1 и 3, или 2 и 4. А значение этой цифры определяет, сколько точек в каждой из линии меняют своё значение. 4 означает, что меняются по 4 точки в каждой из линий; 2 означает, что меняются только 2 точки (то самое половинное разрешение, про которое говорилось выше), а 1 означает, что меняется всего одна точка в каждой из строк. Наиболее популярным форматом на сегодня является 4.2.2, потому что при его использовании человеческий глаз почти не в состоянии отличить картинку от 4.4.4.

Изображение на телевизионном экране формируется в результате свечения люминофора, обстреливаемого электромагнитными пушками, точно так же, как и на любом CRT устройстве. Всего их три, по одной на каждый из опорных цветов. Картинка на телевизоре рисуется построчно, причём за один проход рисуются чётные строки, а за второй нечётные. Опять же, из-за особенностей человеческого зрения, его инерционности, и времени послесвечения люминофора, это незаметно, и картинка воспринимается как единое целое. Тем не менее, на самом деле, каждый полный кадр делится пополам, на два полукадра, называемых полями. Одно поле состоит из чётных строк, другое их нечётных. Такое изображение называется черезстрочным или interlaced. Именно устройствами с черезстрочной развёрсткой являются подавляющее большинство телевизионных приёмников, которые можно встретить в домах уважаемых читателей.

Кроме чрезстрочных устройств вывода изображения, есть устройства с прогрессивной развёрсткой, коими являются, например, компьютерные мониторы. В отличии от чрезстрочных устройств, прогрессивные устройства выводят весь кадр целиком, что является, безусловно, более правильным. И первые телевизионные приёмники, и телевизионный сигналы, которые передавались на заре телевидения были именно прогрессивными. Но изображение, показанное на CRT экране с частотой обновления 25-30 герц, мерцает настолько сильно, что заметит это даже слепой. Уровень техники в то время не позволял эффективно бороться с этим печальным явлением, поэтому разработчикам пришлось просто разделить один телевизионный кадр на два, и пускать по очереди половинку каждого кадра. Таким образом. получалась частота регенерации в 50-60 герц, что смотрелось уже гораздо лучше. Только теперь, с развитием электронной техники появились и возможности обрабатывать чрезстрочное изображение в реальном времени, и устройства для вывода изображения с только прогрессивной развёрткой (плазменные или LCD панели). Но мы несколько отвлеклись.

Сегодня есть несколько видов сигналов, в которых может подаваться телевизионный сигнал, и которые могут вам встретиться. Это:

Композитный сигнал. Именно он присутствует в VHS, VHS-C, Video-8, и именно его мы получаем через телевизионную антенну, именно с его помощью вещают в эфире. Это один единственный составной видеосигнал, в котором совмещены и яркостный сигнал, оба цветоразностных, и синхроимпульсы. Для подачи такого сигнала надо всего два провода. Из плюсов этого сигнала можно отметить его стандартность (есть практически везде), и наименьшие требования к пропускной способности канала, по сравнению с другими сигналами. Из минусов – наихудшее качество изображения из всех, что обусловлено тем, что сигналы, из которых он состоит, ограничиваются по ширине полосы. А это приводит к снижению чёткости изображения, реальное разрешение получается в районе 230 - 280 ТВЛ.

S-Video. Этот сигнал используется в S-VHS, S-VHS-C и Hi-8. Здесь уже подаётся два сигнала, яркостный (Y), в который входят и синхроимпульсы, и цветности (Chrominance, или С), в который входят оба цветоразностных. Такие сигналы используются, как правило, на видеовоспроизводящей аппаратуре хорошего качества. Требования к пропускной способности канала здесь гораздо либеральнее (ведь через эфир его подавать не надо), поэтому, сигналы не ограничиваются по ширине, и качество изображения получается очень хорошее, реальное разрешение в районе 400 - 500 ТВЛ. Внешне разъёмы для этого сигнала выглядят, обычно, как miniDIN, на 4 или, что реже, на 7 ножек.,

RBG+Sync. Все четыре сигнала подаются по отдельности. Иногда сигнал синхронизации добавляется к G сигналу. Такой сигнал подаётся на SCART выход. Это такой длинный разъём на 21 контакт, который есть на многих современных телевизорах. Кроме этого, RGB выход может иметь вид маленькой фишки (миниждек) с 8 ножками. С его помощью можно добиться максимально возможного качества изображения. Формат изображения подаваемый через RGB всегда 4:4:4. Из других плюсов такого сигнала можно отметить, что он не обрабатывается встроенным в телевизор тюнером, а сразу подаётся на экран. Это благотворно влияет на качество изображения, но имеет и оборотную сторону. Из за такой схемы на многих телевизорах, при работе с RGB сигналом изображение не регулируется средствами самого телевизора. Источником для RGB сигнала может служить либо компьютер, либо DVD плеер, или другая техника подобного класса, потому что в домашних условиях больше негде найти источник сигнала такого качества. К сожалению, современный компьютер нельзя просто так подключить к телевизору по RGB, несмотря на то, что на выходе видеокарты компьютера можно найти все те же сигналы, отдельно R, G, B и Sync. Главная проблема в том, что компьютер работает на слишком высоких частотах, и со слишком большим разрешением. Большинство современных телевизоров просто физически не способны показать такую картинку.

Что такое ТВЛ? Если без излишних подробностей, то это количество строк, которые реально показывается на телевизоре. Ведь теоретические значения недостижимы, во многих случаях даже в теории. Основной причиной этого являются ограничения по пропускной способности сигнала. К примеру, на композитный сигнал формата VHS приходится всего-навсего 3 MHz, во что физически, в самых идеальных условиях, невозможно впихнуть больше 300 строк. Для S-Video частота поднимается до 5-6 MHz, поэтому и реальная разрешающая способность получается выше, в такую полосу можно «впихнуть» и 500 линий, в идеальных условиях

Все вышеперечисленные сигналы передают старый добрый YUV, который состоит из трёх независимых сигналов, яркостного сигнала Y с синхроимпульсами и двух независимых цветоразностных сигналов, U и V. Для YUV сигнала уже не существует понятия системы, в которой он кодирован, PAL, SECAM, NTSC или что-то ещё. Именно YUV сигнал получается в телевизионных приёмниках в результате декодирования любого другого сигнала, закодированного по любой системе. Качество YUV сигнала считается профессиональным, и именно с YUV сигналом работает профессиональная видеоаппаратура. И компьютер. Таким образом, почти любые сигналы, которые описаны выше, легко переводятся один в другой, для чего не надо никакой дополнительной аппаратуру. Разве что пара конденсаторов или сопротивлений, чтобы привести электрические характеристики сигнала в соответствии с тем, что должно быть на соответствующих входах. Но, самом собой, любые трансформации сигнала не приведут к тому, что результат станет лучше исходника. Однако, обычно телевизор пропускает сигнал через встроенный в него тюнер, и не работает с YUV сигналом напрямую. Исключение составляет только RGB+Sync. Во всех остальных случаях, сигнал, подаваемый на телевизор, должен соответствовать тому или иному стандарту.

Телевидение развивалось очень быстро и, в какой то степени, спонтанно, поэтому сегодня существует множество разных телевизионных стандартов, которые хоть и основаны на абсолютно одинаковых общих принципах, но имеют весьма существенные различия. При работе с видео на компьютере Вам придётся сталкиваться с одним или другим стандартом, а то и с несколькими, поэтому рассмотрим их поподробнее. Наиболее распространёнными являются всего три: