Новости

Вашему вниманию предлагается первый блок обучающего курса, позаимствованного из Руководства по проектированию .

В рамках сегодняшнего материала мы познакомимся с типами видеосигналов, а также поговорим о цифровых сигналах и методиках сжатия. В следующих уроках этой серии мы постараемся разобраться в типах интерфейсов, защите контента, целостности сигнала, стандарте EDID, формировании сигналов цветности, преобразовании цветов и потоковом вещании.

ТИПЫ ВИДЕОСИГНАЛОВ

Аналоговый

Цветной аналоговый видеосигнал содержит информацию о яркости (Y) и цветности (C). Когда эти параметры объединяются в один канал, результат принято называть композитным видео. Именно композитный сигнал некогда был наиболее распространенным типом видеосигнала в бытовом видеооборудовании. Как правило, для его передачи использовался одножильный кабель с желтым коаксиальным разъемом. Аналоговый сигнал также может передаваться по отдельным проводам кабеля, образуя двухканальный S-video (Y/C), а также 3, 4 и 5-компонентные видео-форматы. Качество изображения S-video немного выше, нежели у композитного сигнала, однако максимально возможное качество аналоговой картинки обеспечивает именно компонентное видео.

Наиболее распространенный тип компонентного сигнала делит видеосигнал на 3 составляющих. На большинстве аналоговых выходов различных устройств эти компоненты обозначены красным (Red), зеленым (Green) и синим (Blue) цветами. На компьютеры и прочие устройства с дисплеем RGB-сигнал чаще всего передается посредством 15-пинового VGA-разъема. Компонентное видео также может быть представлено одним сигналом яркости (Y) и двумя цветоразностными сигналами (часто обозначаемыми Pb и Pr). На некоторых видеоустройствах компонентный YPbPr сигнал передается при помощи кабеля, оканчивающегося тремя коаксиальными или байонетными разъемами. Сигнал синхронизации передается по одной линии с сигналом яркости (Y).

Работа современных аудиовизуальных систем, как правило, основана на комбинации аналоговых и цифровых сигналов, в то время как устаревшее оборудование оснащено лишь аналоговыми выходами. Именно по этой причине вся продукция RGB Spectrum позволяет использовать аналоговые входные платы, обеспечивающие обработку и распределение сигналов.

Цифровой

Цифровое видео состоит из серии растровых цифровых изображений (или кадров), отображаемых поочередно с высокой, но постоянной скоростью. Частота смены кадров отвечает за передачу эффекта движения и измеряется в кадрах в секунду (к/с) или циклах в секунду (Гц). Минимальная скорость, необходимая для передачи ощущения движения, составляет около 24 кадров в секунду.

Каждый кадр состоит из матрицы растровых элементов (или пикселей). Цвет пикселя представлен фиксированным количеством бит информации. Чем больше это значение, тем более сложные комбинации цветов можно передать. Этот параметр называется глубиной цвета. Как правило, компьютеры хранят и передают цвета при помощи 8-битных ячеек информации для каждого из трех компонентов RGB. Такой формат известен как 24-битный цвет или True Color. На самом деле, 8-битная глубина позволяет получить 16,78 миллионов цветов. Если же появляется необходимость в большем количестве цветовых комбинаций, в настоящий момент также существует глубина в 30 бит (1,073 млрд. цветов), 36 бит (68,71 млрд. цветов) и 48 бит (281,5 трлн. цветов). Чем большее количество цветов доступно для отображения, тем более реалистичной будет цветопередача.

Развитие цифровых технологий обусловило настоящую революцию в процессе работы с аудио и видеосигналами. Однако представление информации в виде групп двоичных чисел (основа цифровых технологий) требует огромной вычислительной мощности, в особенности это касается объема памяти и скорости обработки данных. К этим параметрам предъявляются еще большие требования, если речь заходит об одновременной работе с аудио и видео, поскольку системе необходимо переводить огромные массивы данных со светозвуковыми характеристиками в биты.

Появление цифровых звука и видео позволили создать совершенно новые отрасли как для потребительского, так и для профессионального/коммерческого сегментов рынка. Одним из наиболее важных отличий между этими сегментами является тот факт, что обычный потребитель, как правило, лишь воспроизводит контент, тогда как профессиональным пользователям необходима возможность обработки, управления и комбинирования контента с сигналами из других источников. Кроме того, им зачастую нужен совместный доступ к информации из любого количества источников для сотрудников, находящихся как в одном помещении, так и в разных уголках мира. Но цифровые технологии и сети сделали все эти задачи вполне реальными, а их реализацию – гораздо более эффективной по сравнению с аналоговой эрой.

Цифровые сигналы и необходимость в сжатии

Стремительное развитие цифровых технологий обусловило появление целого ряда новых задач, в значительной мере связанных с огромными объемами информации, необходимыми для цифрового видео. К примеру, один кадр изображения размером 1920 на 1080 пикселей и глубиной цвета в 24 бита при преобразовании займет около 6 МБ. А это значит, что при скорости воспроизведения в 60 к/с всего лишь одна секунда такого видео превращается в 3,6 ГБ информации – совершенно нереальную цифру для большинства нынешних сетей и систем хранения. Этот пример наглядно демонстрирует, почему технологии сжатия критически необходимы при работе с цифровыми сигналами.

Сжатие – это процесс, при котором несущественная видеоинформация сокращается и удаляется, чтобы таким образом цифровой файл или поток могли передаваться по сетям или храниться гораздо более эффективно. Алгоритм кодирования при этом применяется к исходному видео, создавая тем самым поток данных, готовый к передаче, записи или хранению. Для декодирования (воспроизведения) сжатого потока используется обратный алгоритм, а промежуток времени, в течение которого происходит сжатие, отправка, восстановление и, наконец, воспроизведение потока, называется задержкой.

Видео-кодек (кодер/декодер) использует два совместимых алгоритма. Процесс кодирования и декодирования должен быть идентичным и отличаться лишь последовательностью. Видео-контент, сжатый при помощи одного стандарта, невозможно восстановить посредством другого. При этом, различные стандарты используют разные методы сжатия данных, следовательно, результаты могут отличаться по скорости передачи (т.н. ширине полосы), задержке и качеству изображения.

Типы сжатия чаще всего классифицируются на основании объема данных, сохраняющегося после всех стадий обработки. «Lossless (Без потерь)» подразумевает метод, исключающий потерю данных при передаче видеосигнала от источника к дисплею. То есть, отображаемая в результате картинка будет абсолютно идентична исходной. «Visually lossless (Зрительно без потерь)» допускает утрату небольшого количества данных в процессе сжатия, однако визуально эти потери останутся абсолютно незаметными. Что касается «Lossy (С потерями)», то этот тип сжатия предполагает существенную потерю данных в процессе сокращения объема исходной информации, что зрительно может как ощутимо сказаться на качестве изображения, так и не сказаться вовсе.

В следующей части Обучающего курса мы поговорим об интерфейсах сигналов и рассмотрим плюсы и минусы каждого из них.