Pro většinu z nás jsou operace každodenních elektronických zařízení, jako jsou televize, videorekordéry a videokamery jsou záhadné. Ačkoli mnozí z nás mohou mít mlhavou představu o tom, jak se obrázek dostane z objektivu na pásku, většina z nás prostě považuje za samozřejmé, že se obrázek objeví na obrazovce, když zapneme videokameru a stiskneme tlačítko nahrávání.
Jako čtenář Videomaker se však pravděpodobně více než letmo zajímáte o způsob, jakým videokamera funguje. Možná vás například zajímá, proč vaše obrázky někdy vypadají jasně a nedotčeně a proč někdy vypadají kalně a zrnitě.
V tomto článku se podívejte na to, jak videokamera proměňuje světlo, které vstupuje do objektivu, na signál, který může váš televizor interpretovat. Dobře sledujte tento signál přes videokameru, ven na kabel a do jakéhokoli typu zařízení, které se rozhodnete protáhnout. Dobře pokrýt nějakou technickou půdu, ale nebojte se – nebudeme zacházet příliš hluboko do specifik. Pokuste se vás dostat do bodu, kdy budete lépe rozumět videosignálu a elektronickým cestám uvnitř i vně videokamery, díky nimž se děje kouzlo videa.
Nejprve přijde světlo a zvuk
Než může vaše videokamera vytvořit signál reprezentující pohyblivý obraz a zvuk, musí nejprve shromáždit světlo a zvuk, které běžně vidíme a slyšíme našima očima a ušima. Místo očí má videokamera čočku. V praxi objektiv funguje téměř stejně jako vaše oko:shromažďuje světlo, které se odráží od objektu, a zaostřuje jej do ostrého obrazu na CCD (Charge Coupled Device) videokamery, podobně jako světlo, které vstupuje do vašeho oka. zaměřené na vaši sítnici. Místo uší má videokamera mikrofon, který také funguje něco jako jeho lidský ekvivalent. Mikrofon, stejně jako lidské ucho, zaznamenává změny tlaku vzduchu a převádí je na elektrický signál.
Dvě zařízení, která převádějí události v přírodním světě na elektrický signál – CCD a mikrofon – patří do třídy objektů známých jako převodníky. Říká se jim převodníky, protože převádějí nebo mění energii z jedné formy do druhé. Světelná energie a tlak vzduchu se tak stávají kolísáním elektrického proudu, který vaše video zařízení interpretuje a přetváří do obrazu a zvuku.
Role CCD
Jak bylo zmíněno výše, Charge Coupled Device (CCD) je umístěno uprostřed obrazového zařízení videokamer. Skládá se ze stovek tisíc pixelů citlivých na světlo uspořádaných do obdélníkové mřížky. Každý z těchto pixelů akumuluje elektrický náboj úměrně množství a trvání světla, které na něj dopadá. Každou 60. sekundu (polovina snímku nebo jedno pole videa) videokamera přečte tyto náboje a zkombinuje je, aby vytvořila signál.
Pokud videokamera měřila pouze množství a dobu trvání světla dopadajícího na pixely CCD, pak stále natáčíme černobílé snímky. Jinými slovy, CCD je od přírody barvoslepé zařízení. Videokamery získávají barevné informace z monochromatických snímačů jedním ze dvou způsobů. Tyto různé přístupy k extrakci barev rozdělují pole videokamer na dva tábory.
Videokamery s jedním CCD používají jediný CCD snímač, který zvládne všechny úkoly spojené s vytvářením obrazu. Taková videokamera odvozuje informace o barvách ze snímače tak, že jej pokryje řadou barevných čoček nazývaných mozaikový barevný filtr. To znamená, že pokud byste se mohli podívat velmi zblízka na přední stranu CCD, viděli byste, že je pokrytý červenými, zelenými a modrými čočkami. Pomocí těchto čoček a chytrého elektronického zpracování dokáže videokamera odvodit signál jasu (luminance) i barvy (chrominance) z jediného CCD čipu.
Další a mnohem lepší metodou získávání barvy je tříčipový design. Tříčipové videokamery používají trojici CCD, z nichž každý se specializuje na určitou barvu. Pomocí složitého hranolového bloku nebo uspořádání zrcadel a filtrů rozděluje 3-CCD videokamera světlo procházející objektivem do tří barevných složek. Světlo každé z barev (červená, zelená a modrá) jde do vlastního senzoru. Videokamera kombinuje výstup těchto tří čipů a vytváří plně barevný video signál.
Jedno-CCD zobrazovací systémy jsou menší, lehčí, méně složité a levnější. Systémy se třemi CCD, ačkoli jsou větší a dražší, obecně poskytují barvy, které jsou přesnější při vyšším rozlišení. Návrhy se třemi CCD mohou také přinést těžko definovatelné vylepšení hloubky a realismu obrazu. Videokamery se třemi CCD čipy mají často lepší objektivy než jejich jednočipové protějšky, aby udržely krok se zvýšeným rozlišením a zobrazením barev.
V posledních letech jsme viděli trend směrem k menším a menším obrazovým snímačům ve videokamerách, od 1/2" přes 1/3" až po dnešní maličké 1/4" designy. Menší CCD neznamená jen menší sestavu snímače; znamená to i menší objektiv. Každý aspekt návrhu čočky ukazuje na to, jak velký obraz potřebuje vytvořit. Pokud objektiv potřebuje zaplavit 1/4palcový snímač světlem místo 1/2palcového snímače, mohou konstruktéři značně zmenšit sestavu čočky. To znamená menší, levnější a kompaktnější videokamery.
Protože citlivost CCD je úměrná povrchu každého pixelu, menší snímač bude méně citlivý na světlo, pokud jsou všechny ostatní proměnné stejné. Ve skutečnosti však proměnné nejsou stejné. Výrobci CCD našli způsoby, jak shromáždit více světla na menší snímač. To dává dnešním menším návrhům CCD při slabém osvětlení stejnou citlivost jako u větších snímačů.
Rozlišení snímače také hraje roli v kvalitě obrazu, a to až do určité míry. Jakmile rozlišení snímačů překročí rozlišení záznamového systému a formátu pásky, lze jen málo získat zvýšením počtu pixelů snímačů. CCD s 270 000 pixely poskytuje dostatečné rozlišení pro standardní formát, jako je 8 mm nebo VHS. Povede snímač s rozlišením 470 000 pixelů k ostřejším snímkům v těchto formátech? Asi ne. Tam, kde lze extra pixely dobře využít, je digitální zoom a stabilizace obrazu.
Zpracování signálu
Jak jsme viděli, úkolem CCD je shromáždit světlo, změřit ho a přeměnit ho na elektronický signál. Jakmile je tato úloha dokončena, stále existuje několik obručí, kterými signál proskočil, než se nahraje na pásku nebo opustí videokameru výstupními konektory.
Pod obecný název zpracování signálu zahrnujeme všechny procesy, které vedou k masírování obrazových a/nebo zvukových signálů. Tyto procesy zahrnují mimo jiné titulkování, speciální efekty a zisk. Pojďme se postupně podívat na každý z nich.
Kdykoli použijete titulek videokamery nebo dokonce její časové a datumové razítko, přerušíte video signál a provedete změny (přidání alfanumerických znaků). To vytváří příležitost pro vstup šumu do signálu.
Efekty ve fotoaparátu také přerušují video signál a provádějí jemné změny v nahraném videu. Většiny speciálních efektů ve fotoaparátu je dosaženo digitalizací signálu po jednom snímku (nebo poli) a manipulací s ním, zatímco je redukován na řetězec čísel. To vše však přidává do signálu trochu šumu.
Některé videokamery mají funkci zvanou Gain Up, která zvyšuje úroveň napětí celého signálu, aby byl jasnější. Účelem Gain je umožnit fotografování za špatných světelných podmínek, ale obvykle přidává k signálu značné množství šumu.
Lekce, kterou se zde musíte naučit, je jednoduchá:pokaždé, když manipulujete s video signálem, bez ohledu na to, jak jemná, se do vašeho obrazu přidá více šumu. Poté, co videokamera signál zpracuje, je připravena k záznamu na pásku.
Magie magnetu
K záznamu signálu na videokazetu používá videokamera magnety. Skládá se z bubnu, který obsahuje samostatné hlavy, které nahrávají video, zvuk a řídicí informace na pásku. Videokazeta, pokud jste to ještě nevěděli, je plastová s magneticky aktivním povlakem. Když se hlavy dostanou do kontaktu s páskou, uspořádají částice na pásce do samostatných stop pomocí magnetů. Videokamera nebo videorekordér používá alespoň dvě záznamové hlavy, jednu pro každé pole videa v rámci. Mnoho z nich používá k nahrávání čtyři nebo více hlav, obvykle k zajištění lepších režimů pauzy a klidu. Jak víte z porovnání záběrů natočených při standardním přehrávání (SP) a dlouhém přehrávání (LP) ve videokameře, čím rychleji se páska přetáčí přes záznamové hlavy, tím lepší obraz získáte. Vyšší rychlost umožňuje více místa na pásce pro dané množství signálu. Aby se maximalizovalo množství prostoru, který mohou hlavy využít k zápisu signálu, používají videokazety systém známý jako helikální skenování.
Šroubové skenování funguje takto:stopy na pásce jsou položeny diagonálně (viz obrázek 3a). Buben, který obsahuje záznamové hlavy, je také nastaven pod úhlem. Když páska prochází hlavami v bubnu, nová část pásky je vždy připravena k nahrávání. Přehrávání je podobné, ale bez toho, aby hlavy reorganizovaly magnetické částice na pásce. Při přehrávání přehrávací hlavy pouze čtou skladby. Poté převede stopy na pásce na jiný video signál, který může vycházet z videokamery.
Mimo kameru
Když signál opustí videokameru, stane se ještě citlivější na šum. Vstoupí do krutého světa plného zbloudilého elektromagnetického záření, které zdánlivě přichází ze všech směrů najednou.
Přemýšlejte o tom:signál se šíří po dlouhém drátu, což ve skutečnosti není nic jiného než velká anténa, která zachytí jakékoli výkyvy, které mohou v každém okamžiku procházet spektrem. Stínění vašich video a audio kabelů je užitečné, ale problém zcela neodstraní.
V tomto okamžiku je váš video signál pravděpodobně stále docela viditelný; i když trochu degradovaný oproti původnímu tvaru, ve kterém byl, když vycházel z CCD videokamer. Domácí videotvůrci jsou však proslulí tím, že své videosignály podrobují všem formám krutosti, které člověk zná, než je nechají kohokoli vidět. Do signálové cesty přidávají titulky, generátory speciálních efektů (SEG), počítače a další zařízení a ve snaze vytvořit oslnivé video často nakonec vnesou do svého signálu velké množství šumu. Po dokončení vypadají jejich obrázky zrnité a zvuk zní tlumeně a nezřetelně.
Chcete-li zabránit tomu, aby se to stalo vašim signálům, můžete přijmout několik opatření. Pravděpodobně nejjednodušší je vyhnout se umístění příliš mnoha zařízení do cesty vašeho signálu. Například titulky a SEG byste měli připojit pouze tehdy, když jsou potřeba. A signálovým procesorům byste se měli vyhnout úplně, protože ve snaze zlepšit kvalitu signálu vždy vytvářejí opačný efekt přidáním šumu.
Nemyslete si, že jste z toho, že editujete na počítači. Jakýkoli digitální systém, který používá analogové video vstupy (včetně kompozitních a S-video vstupů), vystavuje vaše snímky zvýšenému šumu, nemluvě o artefaktech při kompresi. V takových situacích použijte připojení S-video, kdykoli je to možné, abyste minimalizovali poškození. Zde je důvod:běžné videokabely ve stylu RCA jsou kompozitní kabely, což znamená, že přenášejí signál, který je směsí nebo kompozitem černobílých a barevných video informací. Většina typů video zařízení (včetně vaší videokamery) zpracovává černobílou část signálu odděleně od barevné části signálu. Aby bylo možné po kabelu poslat složený signál, musí obě části signálu projít procesem známým jako modulace. Podobně, než zařízení na druhém konci může interpretovat signál, musí být demodulováno. Pokaždé, když modulujete nebo demodulujete signál, hádejte, co se stane? Správně:více hluku.
Kabely S-video udržují barevnou a černobílou část video signálu oddělené. To znamená, že se nemusíte starat o přidaný šum, který pochází z modulace a demodulace. Stále se však musíte obávat rušení způsobeného zbloudilým EMR naraženým na kabel, takže do stíněného kabelu S-video se vyplatí investovat.
FireWire kabely naproti tomu přenášejí digitální signál, který je vysoce odolný vůči šumu. Přenosem čistě digitálního signálu můžete skončit s obrazem, který je téměř stejně čistý, jako když vyšel z CCD. To znamená, že můžete přenášet svůj video signál z digitální videokamery do počítače, přidávat všechny druhy efektních titulů a efektů a poté jej uložit zpět na digitální pásku prakticky bez ztráty kvality signálu.
Pokud pracujete výhradně v digitálním prostředí a připojujete své zařízení přes FireWire, nemáte se čeho obávat. Vaše video a audio signály, protože jsou digitální, budou schopny odolat několika kopiím, aniž by podlehly zlu hluku.
V souhrnu
Když je vše řečeno a uděláno, je toho ve vaší videokameře mnohem víc, než se na první pohled zdá. I ten nejzákladnější model obsahuje vysoce sofistikovaný zobrazovací systém, který není ničím menším než vědeckým zázrakem.