Ликбез: технологии в видеокамерах, статьи. Опции

[Николай Коломиец]

Ликбез: технологии в видеокамерах

В этой статье мы постараемся кратко и, по-возможности, просто рассмотреть некоторые из этих технологий, поскольку базовое понимание их сути, достоинств и недостатков, может сыграть не последнюю роль в выборе той или иной модели видеокамеры. Так что эту статью можно рассматривать в качестве дополнения к циклу статей, посвященному выбору видеокамеры.

CCD или CMOS?

Все большее количество видеокамер использует так называемые матрицы типа CMOS (по-русски эта аббревиатура пишется КМОП – Комплиментарная логика на транзисторах Металл-Оксид-Полупроводник) вместо широко распространенных матриц типа CCD (по-русски ПЗС – приборы с зарядовой связью). Сейчас на рынке встречаются как видеокамеры с CCD-матрицами, так и видеокамеры с CMOS-матрицами. В чем разница между ними? Что выбрать, чему отдать предпочтение?


В CCD матрице преобразование сигнала происходит одновременно для всех ячеек

В рамках этой статьи я не хотел-бы углубляться в недра самих технологий, каждый желающий может найти их подробные описания во многих местах (в том числе и в Интернете), а тут я остановлюсь на достоинствах и недостатках матриц на основе обеих технологий.

Основными достоинством матриц CMOS является низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек (в то время как считывание в CCD-матрице происходит со всех ячеек за один раз). В частности, благодаря различию в способах считывания, у CMOS-матриц отсутствует так называемый эффект «смиринга» (от английского smearing – размазывание), присущий CCD-матрицам и проявляющийся в том, что на кадре возникают вертикальные «столбы света» от точечных ярких объектов (к примеру – фонарей на вечерней улице). Кроме того, поскольку значительная часть электроники в CMOS-матрицах перенесена непосредственно на ячейку, появляются очень широкие возможности по управлению матрицей (и, соответственно, изображением).


В CMOS матрице преобразование заряда в сигнал происходит в каждой ячейке. Считывание сигнала происходит построчно, из-за чего может возникать эффект rolling shutter

Впрочем, при всех достоинствах, у этой технологии хватает и недостатков. Главные из них – малый размер светочувствительного элемента относительно всей площади пикселя. Большая часть этой площади занята электроникой, встроенной в пиксель. А малая площадь светочувствительного элемента – малая чувствительность. Кроме того, перенос значительной части электронной обработки (предусиление сигнала, преобразование заряда в напряжение) непосредственно на пиксель приводит к увеличению шумов на картинке. Именно эти обстоятельства долгое время препятствовали применению CMOS-матриц в фото-видеокамерах. Но времена меняются, технология совершенствуется, достигнув к данному моменту такого уровня, что может успешно конкурировать с CCD, в том числе и по чувствительности.

Еще одной особенностью, вызванной способом сканирования CMOS-матриц в современных видеокамерах, является так называемый эффект «бегущего затвора» (rolling shutter). Дело в том, что считывание сигнала в CMOS-матрицах современных видеокамер происходит построчно, строка за строкой. Это похоже на вертикальное движение шторок затвора фотоаппарата. А теперь представьте, что вы быстро движетесь в горизонтальной плоскости и снимаете на камеру неподвижный вертикальный объект (к примеру – дерево из быстро движущейся машины). При этом сначала считываются верхние строки матрицы, а в конце – нижние. Но за время, прошедшее от считывания верхних строк до считывания нижних вы уже проедете заметное расстояние… в результате чего дерево на полученном видео будет уже не прямое, а наклонное. Очевидно, что этот эффект проявляется только при очень быстром относительном движении оператора и объекта съемки (время сканирования матрицы очень небольшое – порядка 1/50 сек.). «Бегущий затвор» в CMOS-матрицах может производить и другие неприятные эффекты, например, горизонтальные полосы на полученной картинке в том случае, если за время сканирования матицы резко изменялось освещение.

Ну а в заключение этого раздела можно сказать, что в настоящее время, несмотря на отмеченные выше недостатки, матрицы типа CMOS уже составляют достойную конкуренцию по качеству изображения матрицам типа CCD, по крайней мере на рынке бытовых видеокамер. Так что выбирать видеокамеру только по критерию «CCD или CMOS» было бы неправильным – надо смотреть на конкретные результаты, показанные той или иной видеокамерой в тестах.

[Николай Коломиец]

Ликбез: технологии в видеокамерах

В этой статье мы постараемся кратко и, по-возможности, просто рассмотреть некоторые из этих технологий, поскольку базовое понимание их сути, достоинств и недостатков, может сыграть не последнюю роль в выборе той или иной модели видеокамеры. Так что эту статью можно рассматривать в качестве дополнения к циклу статей, посвященному выбору видеокамеры.

CCD или CMOS?

Все большее количество видеокамер использует так называемые матрицы типа CMOS (по-русски эта аббревиатура пишется КМОП – Комплиментарная логика на транзисторах Металл-Оксид-Полупроводник) вместо широко распространенных матриц типа CCD (по-русски ПЗС – приборы с зарядовой связью). Сейчас на рынке встречаются как видеокамеры с CCD-матрицами, так и видеокамеры с CMOS-матрицами. В чем разница между ними? Что выбрать, чему отдать предпочтение?


В CCD матрице преобразование сигнала происходит одновременно для всех ячеек

В рамках этой статьи я не хотел-бы углубляться в недра самих технологий, каждый желающий может найти их подробные описания во многих местах (в том числе и в Интернете), а тут я остановлюсь на достоинствах и недостатках матриц на основе обеих технологий.

Основными достоинством матриц CMOS является низкое энергопотребление и возможность произвольного считывания ячеек (в то время как считывание в CCD-матрице происходит со всех ячеек за один раз). В частности, благодаря различию в способах считывания, у CMOS-матриц отсутствует так называемый эффект «смиринга» (от английского smearing – размазывание), присущий CCD-матрицам и проявляющийся в том, что на кадре возникают вертикальные «столбы света» от точечных ярких объектов (к примеру – фонарей на вечерней улице). Кроме того, поскольку значительная часть электроники в CMOS-матрицах перенесена непосредственно на ячейку, появляются очень широкие возможности по управлению матрицей (и, соответственно, изображением).


В CMOS матрице преобразование заряда в сигнал происходит в каждой ячейке. Считывание сигнала происходит построчно, из-за чего может возникать эффект rolling shutter

Впрочем, при всех достоинствах, у этой технологии хватает и недостатков. Главные из них – малый размер светочувствительного элемента относительно всей площади пикселя. Большая часть этой площади занята электроникой, встроенной в пиксель. А малая площадь светочувствительного элемента – малая чувствительность. Кроме того, перенос значительной части электронной обработки (предусиление сигнала, преобразование заряда в напряжение) непосредственно на пиксель приводит к увеличению шумов на картинке. Именно эти обстоятельства долгое время препятствовали применению CMOS-матриц в фото-видеокамерах. Но времена меняются, технология совершенствуется, достигнув к данному моменту такого уровня, что может успешно конкурировать с CCD, в том числе и по чувствительности.

Еще одной особенностью, вызванной способом сканирования CMOS-матриц в современных видеокамерах, является так называемый эффект «бегущего затвора» (rolling shutter). Дело в том, что считывание сигнала в CMOS-матрицах современных видеокамер происходит построчно, строка за строкой. Это похоже на вертикальное движение шторок затвора фотоаппарата. А теперь представьте, что вы быстро движетесь в горизонтальной плоскости и снимаете на камеру неподвижный вертикальный объект (к примеру – дерево из быстро движущейся машины). При этом сначала считываются верхние строки матрицы, а в конце – нижние. Но за время, прошедшее от считывания верхних строк до считывания нижних вы уже проедете заметное расстояние… в результате чего дерево на полученном видео будет уже не прямое, а наклонное. Очевидно, что этот эффект проявляется только при очень быстром относительном движении оператора и объекта съемки (время сканирования матрицы очень небольшое – порядка 1/50 сек.). «Бегущий затвор» в CMOS-матрицах может производить и другие неприятные эффекты, например, горизонтальные полосы на полученной картинке в том случае, если за время сканирования матицы резко изменялось освещение.

Ну а в заключение этого раздела можно сказать, что в настоящее время, несмотря на отмеченные выше недостатки, матрицы типа CMOS уже составляют достойную конкуренцию по качеству изображения матрицам типа CCD, по крайней мере на рынке бытовых видеокамер. Так что выбирать видеокамеру только по критерию «CCD или CMOS» было бы неправильным – надо смотреть на конкретные результаты, показанные той или иной видеокамерой в тестах.

[Николай Коломиец]

Входы - выходы

Одним из вопросов, который часто возникает при выборе той или иной модели камеры, является вопрос наличия в ней всех нужных входов и выходов. Рассмотрим этот вопрос более подробно - какие коммуникационные интерфейсы могут быть на видеокамере и в чем состоит важность каждого из них.

Для начала поговорим о "выходах" и начнем с того, что на любой видеокамере есть аналоговый аудио-видео выход, причем видеовыход может быть представлен композитным ("тюльпан") или S-Video интерфейсом (или обоими вместе). Так что просмотреть отснятое видео на экране телевизора всегда можно непосредственно с видеокамеры. При этом просмотр через S-Video интерфейс обеспечит лучшее качество, правда не на всех телевизорах есть S-Video вход... Кстати, на HDV видеокамерах есть и компонентный видеовыход, обеспечивающий еще лучшее качество, нежели S-Video.

На большинстве цифровых камер miniDV и Digital8 имеется также IEEE1394 (DV, iLink, FireWire) выход, который предназначен для переноса отснятого видео в цифровой форме на другие устройства. При этом видео по интерфейсу IEEE1394 передается именно в том виде, в каком оно записано на ленте, безо всякой потери качества. А устройством приема видео в данном случае чаще всего выступает компьютер или DVD-рекордер (с DV-входом). Правда, в последнем случае надо учитывать, что рекордер, перед тем как записать видео на диск, будет производить конверсию DV -> MPEG2, так что качество немного пострадает... Также на большинстве цифровых видеокамер имеется интерфейс USB. Но тут надо учитывать, что чаще всего видео по USB шине передается с большой потерей качества, поскольку перед передачей по этой шине оно конвертируется из DV в другой формат (обычно MPEG1-2 или MPEG4), причем с меньшим разрешением и большей степенью компрессии, так что качество теряется очень заметно. Поэтому ответ на вопрос: "Почему после передачи видео на компьютер видео оказывается такого плохого качества?" чаще всего заключается в том, что передача видео осуществлялась по интерфейсу USB вместо интерфейса IEEE1394... Правда, тут есть два исключения. Первое заключается в том, что современные камеры (линеек 2005 года и выше), имеющие интерфейс USB 2.0, позволяют передавать по нему именно DV видео безо всякой конверсии и, соответственно, без потери качества. Второе исключение - MPEG2 камеры (DVD, флэш, HDD), они не имеют интерфейса IEEE1394 и передают цифровое видео по USB.

Теперь надо поговорить о "входах". В отличии от "выходов" они есть не на всех цифровых видеокамерах. Часто на дешевых камерах miniDV отсутствует как аналоговый, так и IEEE1394 (DV) вход (причем первое происходит гораздо чаще, чем второе). Много ли мы теряем из-за отсутствия цифровых и аналоговых входов? С помощью входа DV мы можем записывать отмонтированный DV материал (ваш готовый, после монтажа на компьютере, фильм в оригинальном формате DV) обратно на кассету miniDV без потери качества. При относительно низкой стоимости кассет miniDV такой способ хранения готовых фильмов остается весьма популярным среди видеолюбителей. Еще одним способом применения DV-входа на видеокамере является передача видео с компьютера на телевизор через камеру по схеме "выход IEEE1394 на компьютере - вход IEEE1394(DV) на камере - аналоговый выход камеры - телевизор" (то есть, в данном случае, камера выступает в роли цифрово-аналогового преобразователя). Таким образом можно выводить видео прямо с монтажной линейки видеоредактора на телевизор, напрямую контролируя результаты наших монтажных операций. А что дают нам аналоговые входы? А они дают нам возможность переводить наши старые аналоговые видеозаписи (записи VHS/S-VHS c видеомагнитофона, VHS-C/S-VHS-C или Video8/Hi8 с аналоговых видеокамер) в цифровой формат, сохраняя оцифрованное видео на кассете miniDV или непосредственно на компьютере (так называемая "сквозная оцифровка" на компьютер). При этом цифровая видеокамера выступает в качестве аналого-цифрового преобразователя, осуществляя оцифровку аналогового видео в формат DV. Правда, надо учитывать один важный момент - PAL камера сможет понять и оцифровать только входной аналоговый сигнал в формате PAL, если вы подадите ей на вход сигнал в формате SECAM (в котором вещают основные Российские телеканалы) - ничего хорошего у вас не выйдет. То-же самое произойдет в том случае, если вы подадите сигнал PAL на вход камеры NTSC (или наоборот).