Разрешение.

Разрешение у цифровых и аналоговых устройств абсолютно одинаково, однако существуют некоторые различия в его определении. В аналоговых устройствах изображение строится за счет так называемых ТВ-линий, определилось это еще со времен зарождения телевидения. В цифровом оборудовании изображение строится иным способом – за счет квадратных пикселей.

Разрешение NTSC и PAL.
В аналоговом телевидении существуют два стандарта – NTSC и PAL. Стандарт NTSC (National Television System Committee – Национальный комитет по телевизионным стандартам) распространен в основном в Северной Америке и Японии, PAL (Phase Alternating Line – построчное изменение фазы) напротив используется в Европе и многих азиатских и африканских странах. NTSC имеет разрешение в 480 строк, а частота обновления картинки равна 60 чересстрочным полям или 30 кадрам в секунду. Новое обозначение для стандарта 480i60 определяющее количество строк и частоту обновления, а буква «i» обозначает чересстрочную развертку. Стандарт PAL выдает разрешение в 576 строк и частоту обновления в 50 полей или 25 полных кадров в секунду, а новое обозначение стандарта 576i50. Оба стандарта передают абсолютно одинаковое количество информации в секунду. При оцифровке аналоговой видеоинформации расчет максимального количества пикселей строится на основе количества телевизионных строк, поэтому есть строго определенный максимальный размер оцифрованного видеоматериала который определяется как D1 или 4CIF.

Если говорить о чисто цифровом, а не оцифрованном разрешении то тут все более гибко, и данные типы разрешения берут свои основы в компьютерной среде, а теперь стали мировыми стандартами. В данном разрешении нет никаких ограничений NTSC и PAL. VGA (Video Graphics Array – Логическая матрица видеографики) – это разработка компании IBM созданная специально для отображения графики на ПК. Разрешении VGA равно 640x480 пикселей. Все компьютерные мониторы поддерживают данное разрешение и его аналоги.

При использовании полностью цифровых систем на основе сетевых камер можно получить обеспечивающее дополнительную гибкость разрешение, которое возникло в компьютерной среде и является принятым стандартом во всем мире. Ограничения стандартов NTSC и PAL перестают иметь значение. VGA (Video Graphics Array – Логическая матрица видеографики) – это система отображения графики для ПК, разработанная корпорацией IBM. Ее разрешение равно 640х480 пикселей, такой формат обычно используется в не мегапиксельных сетевых камерах. Разрешение VGA, как правило, больше подходит для сетевых камер, так как видео на базе VGA использует квадратные пиксели, которые соответствуют пикселям компьютерных мониторов. Компьютерные мониторы поддерживают разрешение VGA или его аналоги. Данный тип разрешения более близок для сетевых систем видеонаблюдения.

Мегапиксельные разрешения.
Современные системы видеонаблюдения ушли далеко вперед и уже в значительной степени превосходят аналоговые по качеству изображения. Современные сетевые камеры способны работать в мегапиксельном разрешении, это означает, что их датчик передачи изображения содержит миллион, а порой даже больше пикселей. Мегапиксельные камеры показывают более детальную картинку, на них без труда можно рассмотреть лица людей или мелкие объекты. Способность работать в мегапиксельном разрешении это одна из возможностей в которой сетевые камеры превосходят аналоговые. Максимально возможное разрешение аналоговой камеры после оцифровки видеорегистратором – это D1 или 720х576. Это соответствует примерно 0.4 мегапикселям. Если сравнивать с мегапиксельным форматом, стандартное разрешение тут 1280х1024, что соответствует 1.3 мегапикселям. Такое разрешение превосходит аналоговые камеры более чем в три раза, но это еще не предел ведь существуют камеры работающие в двух и даже трех мегапиксельном разрешении. Помимо всего у мегапиксельного разрешения есть еще один значительный плюс. В таком разрешении формируется изображение с разным соотношением сторон (соотношение ширины и высоты изображения). Обычный телевизор работает в формате 4:3, а некоторые из мегапиксельных сетевых камер способны работать в формате 16:9. Преимущество этого формата – обрезание ненужной видеоинформации в верхних и нижних частях, что позволяет значительно сократить полосу пропускания и требования к пространству накопителя.

HDTV разрешение.
Данное разрешение почти в пять раз превосходит стандартные аналоговые системы, а также помимо этого HDTV имеет повышенную четкость цветопередачи и, конечно же, имеет возможность использования формата 16:9.
Существует два основных стандарта HDTV определенных обществом SMPE (общество кино- и телеинженеров):
SMPTE 296M (HDTV 720P) – данное разрешение стандартизовано как 1280х720 пикселей в высокой четкости цветопередачи и формате 16:9 с прогрессивной разверткой 25/30 Гц. Это соответствует примерно 25-30 кадрам в секунду, в зависимости от разных стран и 50/60 Гц соответствующим 50-60 кадрам в секунду соответственно.
SMPTE 274M (HDTV 1080) определяется как более высокое разрешение 1920х1080 пикселей с цветопередачей высокой четкости, форматом 16:9, чересстрочной прогрессивной разверткой 25/30 Гц и 50/60 Гц.
Видеокамеры, работающие в таких стандартах, обеспечивают высокое HDTV качество изображения, высокое разрешение, четкую цветопередачу и высокую частоту кадров. Данное разрешение основывается на квадратных пикселях, так же как и мониторы компьютеров. Если использовать HDTV с прогрессивной разверткой, отпадает необходимость в деинтерлейсинге видеоизображения.

XnView - довольно мощная программа, сочетающая в себе множество функций по работе с изображениями. Это может быть и простой просмотр файлов, и их конвертирование, и незначительная обработка. Является кроссплатформенной, что позволяет использовать её практически в любой системе. Программа уникальна ещё и тем, что поддерживает около 400 различных форматов изображений, среди которых встречаются как самые используемые и популярные, так и нестандартные форматы. XnView может производить пакетную конвертацию изображений. Правда, сконвертировать их можно только в 50 форматов, но среди этих 50 форматов присутствуют все популярные расшир...

XnConvert – полезная утилита для конвертирования и первичной обработки фотографий и изображений. Работает с 400+ форматами. Поддерживает все популярные графические форматы. С помощью простых инструментов XnConvert можно регулировать яркость, гамму и контрастность. В приложении можно менять размер фотографий, накладывать фильтры и ряд популярных эффектов. Пользователь может добавлять водяные знаки и заниматься ретушью. При помощи приложения можно удалять мета-данные, обрезать файлы и вращать их. XnConvert поддерживает журнал, в котором пользователь увидит всю подробную информацию о своих недавних манипуляциях с изображениями.

Но пока мониторов, поддерживающих этот интерфейс, на рынке попросту нет. А что же есть? В этой статье будет рассказано о основных современных интерфейсах для подключения мониторов и ТВ-панелей, их особенностях и отличиях, а также даны советы, как выбрать интерфейс подключения под конкретные нужды и не прогадать.

Примечание: на картинке до ката – панель подключения монстро-монитора Dell UltraSharp U2711 .

Краткий ликбез

В соревновании аналоговых интерфейсов и цифровых вторые давно одержали убедительную победу. Цифровой сигнал доходит до выводящего устройства без особых искажений, что позволяет получать качественную картинку без помех. К тому же любая современная видеокарта выдаёт изначально только цифровой сигнал, и его преобразование в аналоговый - а на мониторе, если, конечно, речь не идёт о электронно-лучевом антиквариате, снова в цифровой - ведёт к значительной потере качества. Впрочем, аналоговое подключение на сегодняшний день всё ещё занимает своё место под солнцем.

Что касается пропускной способности и разрешения, то эти два параметра тесно взаимосвязаны. Чем больше пропускная способность, обеспечиваемая интерфейсом, тем больше и максимальное разрешение изображения. Если кто-то не понимает, что мы сейчас имеем в виду под термином «пропускная способность», то поясняем: это количество байт информации, которое интерфейс за секунду после получения сигнала способен передать на монитор. Очевидно, что интерфейсы, рассчитанные на обеспечение работы широкоформатных мониторов и ЖК/плазменных телевизоров с их большими разрешениями, обязаны иметь высокую пропускную способность.

4K2K, 3D-контент и способы его воспроизведения

4K2K - это современный стандарт, подразумевающий разрешение 3880×2160 точек - четыре кадра 1920×1080, стандарта, который долгое время правил бал среди видео высокой чёткости. Соответственно, каждый кадр в несжатом виде требует вчетверо более высокую пропускную способность видеоинтерфейса. А если учесть моду на 48 FPS и 3D-видео… (умножьте на два и ещё на два, если хотите по 48 кадров для каждого глаза, да ещё и в 3D).

Во-первых, 4K2K контента сейчас - кот наплакал. Поэтому наслаждаться в нативном разрешенении чем-либо кроме демороликов, идущих в комплект к вашему дорогущему телевизору, будет затруднительно. Для этого многие производители ставят специальный чип, позволяющий растягивать FullHD-контент до 4K2K по специальным алгоритмам: быть может, не так круто, как прямая трансляция 4K2K, но очень и очень хорошо для апскейла. Спросите у любого пользователя GT, кто имеет такой телевизор – соврать не дадут.

Во-вторых, 3D бывает двух разных видов - с пассивными и активными очками. В первом случае контент получает чересстрочную развёртку, а поляризационные очки, инерция, яркая картинка и интересное кино заставляет вас забыть о том, что полукадры идут с «нечестным» разрешением. Во втором же случае используется удвоенная частота кадров, и вот тут нас поджидает главная проблема: не все видеоинтерфейсы способны передать FullHD-картинку с 48 кадрами в секунду.

Современные способы подключения

Это единственный аналоговый интерфейс, всё ещё активно применяемый сегодня - его «коллеги» S-Video, YP b P r и цифро-аналоговый SCARТ уже не встречаются в новых современных устройствах. Почти все крупные производители компьютеров планируют полностью отказаться от VGA уже в этом году. В сущности, плюсов по сравнению с другими типами у него просто нет - это морально и технически устаревший стандарт, который вот-вот исчезнет с рынка. Максимальное поддерживаемое разрешение - 1280×1024 пикселей. Чаще всего встречается в офисных мониторах и разных проекторах .

Самые популярные цифровые интерфейсы на сегодняшний день - это DVI и HDMI .

DVI существует в трёх разновидностях: DVI-D (только цифровой сигнал), DVI-A (только аналоговый) и DVI-I (оба типа сигнала). Данный интерфейс обеспечивает хорошее качество изображения, встроен практически во все современные мониторы и видеокарты. Его недостаток - сильная зависимость качества сигнала от длины кабеля.

Оптимальную передачу данных по DVI обеспечивают кабели длиной до 10 метров, чего иногда недостаточно (впрочем, для использования в станционарных домашних компьютерах обычно этого хватает с головой). Максимальное поддерживаемое разрешение - 1920×1080 для одноканальных и 2560×1600 для двухканальных моделей.

Здесь, кстати, кроется серьёзный минус HDMI - многие кабели старого производства никак не промаркированы, и многие возможности (в частности, поддержка 3D) HDMI версий 1.4 и старше просто не заработают, так как кабель запросто может оказаться устаревшим. Для корректной работы интерфейса необходимо совмещение версий всех трёх элементов подключения (вход, кабель, выход), в противном случае пропускная способность самого «младшего» элемента будет аналогична бутылочному горлышку. В заключение заметим, что, как и DVI, HDMI страдает от недостаточной рекомендуемой длины кабеля (до 5 метров).

Из более современных интерфейсов в первую очередь обращает на себя внимает DisplayPort . Этот вид подключения был разработан в 2006 году и планировался как замена DVI (но не HDMI, так как эти интерфейсы ориентированы на разные сегменты рынка).

Последние версии (1.2 и только начинающая набирать популярность 1.3) поддерживают режим FullHD 3D и ультравысокое разрешение 4K2K, обеспечивают высочайшую скорость передачи данных, позволяют подключать профессиональные экраны c 48-битным цветом, к тому же обеспечивают двойной уровень защиты передаваемого контента. Что немаловажно, DisplayPort позволяет подключать целые цепочки мониторов к одному разъёму при помощи технологии MutiStream , причём без потери качества картинки.

Максимальная длина кабеля ограничена тремя метрами для полного разрешения и 10–15 метрами для FullHD.

VGA, DVI, HDMI и теперь уже и DisplayPort - база интерфейсов для подключения мониторов и телевизоров на сегодняшний день. Однако есть и менее распространённые варианты, среди которых в первую очередь следует отметить продукт Apple и Intel - универсальный порт Thunderbolt и последнюю высокоскоростную версию USB - 3.1 с разъёмами Type-C.

Thunderbolt - интерфейс подключения, объединяющий в рамках одного коннектора разъёмы DisplayPort и PCI-Express. Скорости передачи данных очень высокие - 10 гигабит/сек для первого поколения и 20 гигабит/сек для второго. Видеосигнал передаётся по TB с использованием протоколов DP - соответственно, как и DisplayPort, Thunderbolt способен обеспечить разрешение 4K2K (в MacPro при помощи TB можно подключить сразу три монитора с таким разрешением), поддержку 3D и вообще всё, что умеют последние версии DP. Кстати, анонсированные не так давно мониторы с разрешением до 5120×2880 планируется оснащать именно Thunderbolt. Оба поколения интерфейса полностью совместимы друг с другом и с другими интерфейсами с помощью переходников.

Вообще, Thunderbolt выглядит крайне перспективным универсальным периферийным интерфейсом, по своим характеристикам способным обеспечить все потребности топовых мониторов и новейших телевизоров. Пока что, правда, его распространенность в гаджетах оставляет желать лучшего.

Максимальная длина кабеля - 20 метров, правда, стоит такой провод около пятисот долларов, поддерживает только вторую версию протокола и содержит в себе как медные линии, так и оптоволокно. Кабели более стандартных размеров - двух и трёхметровые стоят вполне разумных денег.

Экран без проводов

Miracast - самый распространённый стандарт передачи данных по беспроводной сети, использующий Wi-Fi. В отличие от многих конкурентов, не требует буферного устройства - передача осуществляется напрямую, что крайне удобно. Другое важное преимущество заключается в том, что передача идёт не файлами, а пакетами сырых данных. Miracast сравнительно «молод», но его уже внедряют в свои девайсы более 500 компаний-производителей, что даёт право считать его практически универсальным. Максимальное поддерживаемое разрешение - 1920×1200 пикселей. Конечно, по современным меркам это немного, но для беспроводной передачи - оптимальный вариант.

DLNA (Digital Living Network Alliance) - очень широко распространённая технология передачи данных по беспроводной сети. Она интегрирована во многие смартфоны, современные телевизоры, ноутбуки и даже в игровые приставки. Позволяет свободно осуществлять передачу данных между устройствами, подключёнными в единую сеть, в том числе и, конечно же, передавать видео с устройств на экраны. Серьёзным минусом DLNA являются специфические поддерживаемые стандарты кодировки - почти всегда программа запускает перекодирование перед воспроизведением, что тратит время и ресурсы устройств.

WiDi (Intel Wireless Display) - разработка Intel, по возможностям представляет собой аналог DLNA. Очень простой в настройке продукт, что делает его идеальным вариантом для создания домашнего кинотеатра или хранения коллекции фильмов. Основной минус - многие отмечают ощутимое время задержки сигнала, что делает WiDi неудачным выбором для игр на большом экране.

Как выбирать интерфейс для подключения

Понятное дело, даже если у вас на видеокарте и мониторе/телевизоре есть разъёмы VGA по соседству с каким-нибудь цифровым интерфейсом - брать кабели под аналоговый стандарт не надо. VGA - уже почти история, оставьте его доживать там, где он пока существует: в проекторах и самых плохеньких моделях мониторов. Ориентируйтесь только на цифровые интерфейсы.

Абсолютное большинство нынешних девайсов имеют разъёмы под DVI и HDMI, а топовые модели - и DisplayPort, поэтому выбирать придётся в первую очередь из этой троицы. Базовый совет такой - для вывода сигнала на настольные мониторы не в ультравысоком разрешении достаточно DVI, а для воспроизведения на плазму, проектор, Blu-Ray-проигрыватель и т.д. стоит использовать HDMI, так как кроме видео он может передавать и другие данные (звук, специальные субтитры и так далее). DisplayPort по возможностям передачи картинки кладёт на обе лопатки что DVI, что HDMI, но пока остаётся уделом профессиональной и околопрофессиональной техники. Кроме того, с выводом звука бывают проблемы: не вся техника поддерживает технологию audio/video interconnect. Его ближайший родственник Thunderbolt может ещё больше: прокинуть не только картинку, но и, скажем, USB-хаб.

Краткая памятка

DVI: встроен буквально в каждую современную видеокарту и монитор , что является его огромным плюсом. Существует в одно- и двухканальном вариантах, отличающихся по максимальному разрешению (1920×1080 и 2560×1600 соответственно). Поддерживает цифровой и аналоговый сигналы в зависимости от разновидности (DVI-A для аналога, DVI-D для цифры и DVI-I для того и другого). Подойдёт, если вы хотите играть и смотреть фильмы на большом хорошем мониторе. Существуют технологии подключения 4K2K экранов двумя кабелями, так что выбрасывать DVI на свалку истории рано.

HDMI: Идеальный выбор для подключения ТВ к ресиверу, компьютеру или ноутбуку, так как передаёт также аудиосигналы и некоторые виды субтитров. Имеется почти в любой современной воспроизводящей технике. Поддерживает FullHD 3D, максимальное разрешение 3840×2160 (4K2K), до 32 каналов аудио. Актуальная версия – 2.0. Для создания домашнего кинотеатра смело выбирайте HDMI.

DisplayPort: Данный стандарт почти во всём превосходит «потребительский» HDMI, но пока остаётся уделом профессионалов и гиков. Недорогих моделей мониторов с DisplayPort попросту не существует. Если вы дизайнер или моделлер, то это ваш выбор, так как данный интерфейс не только обладает высокой пропускной способностью и поддерживает 4K2K и Full HD 3D, но и позволяет без потери качества подключать в единую цепочку несколько мониторов, что удобно, если у вас ноутбук, и дополнительных разъёмов на него не поставить. Последняя на текущий момент версия DP – 1.3, но наиболее часто встречаются разъёмы и провода версии 1.2.

Thunderbolt: На данный момент это скорее также профессиональный интерфейс, чем массовый. Важнейший плюс – полная совместимость с DP и передача данных его же протоколом. Thunderbolt можно порекомендовать в первую очередь пользователям

Наше поколение живет в эпоху научно-технической революции, но поскольку мы находимся «внутри процесса», то не замечаем стремительной смены поколений окружающих нас технических устройств. Если раньше бытовая техника могла служить десятилетиями, то сейчас за два-три года она безнадежно устаревает – появляются новые идеи, новые технологии и материалы, которые позволяют эти идеи реализовать.

С момента создания первых искровых передатчиков радиоэлектронная аппаратура была аналоговой. Однако после Второй мировой войны, когда был изобретен биполярный и полевой транзистор, были разработаны первые интегральные микросхемы, цифровые технологии начали завоевывать себе место под солнцем. С точки зрения схемотехники цифровая аппаратура сложнее аналоговой, однако ее функциональные возможности гораздо шире, а некоторые из них принципиально недостижимы при аналоговой обработке сигнала. Несмотря на это, в области современных телевизионных технологий аналоговые видеосигналы применяются весьма широко и не собираются уходить в прошлое.

Проблема цифрового представления видеосигнала состоит в том, что ширина его спектра во много раз больше ширины спектра такого же видеосигнала, но в аналоговой форме. Современные системы цифрового телевидения, на которые постепенно переходят во всем мире, не способны работать с несжатым сигналом. Его приходится кодировать с помощью алгоритма MPEG, а это, как известно, алгоритм с потерей качества. Вот и выходит, что несмотря на развитие и совершенствование цифровых технологий, проще и дешевле для передачи видеосигнала на большие расстояния пользоваться аналоговыми видеоформатами: и ширина спектра сигнала вполне приемлема, и парк оборудования обширен, да и технологии отработаны до совершенства.

Цифровые интерфейсы DVI и его развитие HDMI – это, в общем, интерфейсы хоть недалекого, но будущего, да и предназначены они для решения других задач.

Аналоговый видеосигнал, используемый в современных телевизионных системах, может быть композитным и компонентным.

Композитный CV (composite video) – это простейший вид аналогового видеосигнала, в котором информация о яркости, цвете и синхронизации передается в смешанном виде. На ранних этапах развития видеотехники именно композитный сигнал передавался по коаксиальному кабелю, соединявшему видеомагнитофоны или видеоплееры с телевизорами.

Более совершенным вариантом композитного сигнала является сигнал S‑Video . Этот вид аналогового видеосигнала обеспечивает раздельную передачу сигнала яркости (Y) и двух объединённых сигналов цветности (C) по независимым кабелям, из-за чего этот сигнал называют еще YC. Поскольку сигналы яркости и цветности передаются раздельно, сигнал S-Video занимает значительно более широкую полосу частот, чем композитный. По сравнению с композитным видеосигналом, S-Video обеспечивает заметный выигрыш в чёткости и устойчивости изображения, в меньшей степени – в цветопередаче. S-Video широко используется в полупрофессиональной аппаратуре, вещательными студиями, а также при записи на 8-мм пленку в стандарте Hi-8 фирмы Sony.

Для телевидения высокой четкости и компьютерного видео эти интерфейсы не подходят, поскольку не обеспечивают необходимого разрешения изображения.

Компонентные видеосигналы

Для достижения максимального качества изображения и создания видеоэффектов в профессиональном оборудовании видеосигнал разделяется на несколько каналов. Например, в системе RGB видеосигнал делится на красный, синий и зеленый компоненты, а также сигнал синхронизации. Такой сигнал еще называют сигналом RGBS, наибольшее распространение он получил в Европе.

В зависимости от способа передачи сигналов синхронизации сигнал RGB имеет несколько разновидностей. Если синхроимпульсы передаются в канале зеленого цвета, то сигнал называют RGsB, а если сигнал синхронизации передается во всех цветовых каналах, то RsGsBs.

Для подключения сигнала RGBS используют кабели с четырьмя разъемами BNC или разъем SCART.

Кабель для видеосигнала RGBS с разъемами BNC.

Разъем SCART

Таблица 1. Назначение контактов разъема SCART

В системе YUV, получившей распространение в США, используют другой набор компонентов: смешанный сигналы яркости и синхронизации, а также красный и синий цветоразностные сигналы. Для каждой компонентной системы требуется свой тип оборудования, каждая обладает своими достоинствами и недостатками. Для объединения устройств различных видеоформатов необходимы специальные интерфейсные блоки. Разъёмы на концах кабелей обычно бывают RCA или BNC.

Компонентый сигнал YUV

Компонентый сигнал формата RGBHV

Путь формирования видеосигнала таков: изображение раскладывается на сигналы трех первичных цветов: красного (Red – R), зеленого (Green – G) и синего (Blue – В) – отсюда и название «RGB», к которым добавляются сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации (HV), а затем превращается в RGB-сигнал с синхроимпульсами в канале зеленого (RGsB), который далее преобразуется в: компонентный (цветоразностный) сигнал YUV, где Y=0,299R+0,5876G+0,114В; U=R–Y; V= В–Y, преобразуемый затем в сигнал S-Video и композитный видеосигнал. Композитный видеосигнал преобразуется в радиочастотный сигнал, сочетающий аудио- и видеосигналы. Затем он модулируется несущей частотой и превращается в эфирный телесигнал.

На приемной стороне радиочастотный сигнал в результате демодуляции преобразуется в композитный видеосигнал, из которого в свою очередь в результате ряда преобразований получают компоненты RGB и HV.

Компонентный сигнал YPbPr преобразуется в RGB + HV в обход многих цепей видеотракта. Разделение цветоразностных сигналов Pb и Pr по отдельным каналам существенно повышает точность передачи фазы цветовой поднесущей, а настройка цветового тона не требуется.

Сигналы телевидения высокой четкости (ТВЧ, HDTV) 720p и 1080i всегда передаются в компонентном формате, ТВЧ в композитном или s-video форматах не существует.

Когда зарождался формат DVD, было решено, что при оцифровке материала для записи на DVD именно компонентный сигнал будет переводиться в цифровой вид, а затем обрабатываться по алгоритму MPEG-2 сжатия видеоданнных. Сигнал RGB на выходе DVD-плеера получается из компонентного сигнала YUV.

Важно отметить различие между соотношением цветовых компонент в RGB и компонентном сигнале формата YUV (YPbPr). В цветовом пространстве RGB относительное содержание (вес) каждой цветовой компоненты одинаково, тогда как в YPbPr оно учитывает спектральную чувствительность человеческого глаза.

Соотношение компонент в цветовом пространстве RGB

Соотношение компонент в цветовом пространстве YPbPr

Ограничения по расстоянию передачи компонентных разновидностей видеосигнала от источников сигнала к приемникам сведены в таблицу 2 (для сравнения приведены и некоторые цифровые интерфейсы).

Видеосигналы VGA

Одна из широко распространенных разновидностей компонентного сигнала – формат VGA.

Формат VGA (Video Graphics Array) – это формат видеосигналов, разработанный для вывода на компьютерные мониторы.

По разрешающей способности форматы VGA принято классифицировать в соответствии с разрешением видеокарт персональных компьютеров, формирующих соответствующие видеосигналы:

• VGA (640х480);
• SVGA (800х600);
• XGA (1024х780);
• SXGA (1280х1024);
• UXGA (1600x1200).

В каждой паре чисел первое показывает число пикселей по горизонтали, а второе – по вертикали изображения.

Чем выше разрешение, тем меньше размеры светящихся элементов и более качественно изображение на экране. К этому всегда следует стремиться, однако с увеличением разрешения стоимость видеокарт и устройств отображения возрастает.

Видеотехника развивается стремительно, и некоторые компьютерные форматы, такие как MDA, CGA и EGA ушли в прошлое. Например, формат CGA, считавшийся в течение нескольких лет самым распространенным, обеспечивал изображение с разрешением всего лишь 320х200 при четырех цветах!

Самый «слабый» из используемых в настоящее время видео форматов, VGA, появился в 1987 году. Количество градаций каждого цвета в нем увеличено до 64, в результате чего число возможных цветов составило 643=262144, что для компьютерной графики имеет даже более важное значение, чем разрешающая способность.

Назначение контактов разъема VGA приведено в таблице.

Кроме собственно видеосигналов (R, G, B, H и V) в разъеме (по спецификации VESA) предусмотрены также некоторые дополнительные сигналы.

Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для передачи подробного «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись с ним, выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разрешением и экранными пропорциями. Такое досье, называемое EDID (Extended Display Identification Data, или подробные идентификационные данные дисплея), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный номер модели, серийный номер, дата выпуска, размер экрана, поддерживаемые разрешения и собственное разрешение экрана.

Таким образом, из таблицы видно, что если не использовать канал DDC, то сигнал формата VGA представляет собой, по сути дела, компонентный сигнал RGBHV.

В профессиональной аппаратуре вместо кабеля D-Sub с разъемом DB-15 обычно используют кабель с пятью разъемами BNC, что обеспечивает лучшие характеристики линии передачи. Такой кабель лучше согласован с приемником и передатчиком сигнала по импедансу, имеет меньшие перекрестные помехи между каналами, а следовательно лучше подходит для передачи видеосигнала с высоким разрешением (широким спектром сигнала) на большие расстояния.

Кабель VGA с разъемом DB-15

Кабель VGA с пятью разъемами BNC

В настоящее время наиболее широко используются устройства отображения с соотношением сторон 4:3: 800x600, 1024x768 и 1400x1050, однако существуют форматы с необычным соотношением сторон: 1152x970 (около 6:5) и 1280x1024 (5:4).

Распространение плоских панелей подталкивает рынок к более широкому использованию широкоэкранных дисплеев с соотношением сторон 16:9 с разрешением 852x480 (плазменные дисплеи), 1280x768 (жидкокристаллические дисплеи), 1366x768 и 920x1080 (плазменные и жидкокристаллические дисплеи).

Требуемая ширина полосы линии связи для передачи сигнала VGA или видеоусилителя определяется как результат произведения количества пикселей по горизонтали на количество строк по вертикали на частоту кадров. Полученный результат следует умножить на коэффициент запаса, равный 1,5.

Ш [Гц] = Гор * Верт * Кадр * 1,5

Частота строчной развертки есть произведение числа строк (или рядов пикселей) на частоту кадров.

Таким образом, сигнал UXGA требует полосу пропускания 173 МГц. Это огромная полоса: она простирается от звуковых частот до седьмого телевизионного канала!

Как удлинить компонентный сигнал

На практике часто возникает необходимость передать видеосигналы на расстояния большие, чем указано в вышеприведенных таблицах. Частичным решением проблемы является использование коаксиальных кабелей высокого качества, с малым омическим сопротивлением, хорошо согласованных с линией, имеющих малый уровень помех. Такие кабели довольно дороги и не дают полного решения проблемы.

Если устройство-приемник сигнала находится на значительном расстоянии, следует использовать специализированное оборудование – так называемые удлинители интерфейса. Устройства этого класса помогают устранить изначальное ограничение на длину линии связи между компьютером и элементами информационной сети. Удлинители сигналов VGA действуют на аппаратном уровне, поэтому они свободны от каких-либо проблем с совместимостью программного обеспечения, согласованием кодеков или преобразованием форматов.

Если рассматривать пассивную линию (т.е. линию без активного оконечного оборудования), то кабель типа RG-59 способен передать без видимых на экране искажений композитное видео, телевизионный сигнал стандартов PAL или NTSC только на 20-40 м (либо до 50-70 м по кабелю RG-11). Специализированные кабели, например Belden 8281 или Belden 1694A, позволят увеличить дальность передачи примерно на 50%.

Для сигналов VGA, Super-VGA или XGA, полученных с графических плат компьютеров, обычный кабель VGA обеспечивает передачу изображения с разрешением 640x480 на расстояние 5-7 м (а при разрешении 1024x768 и выше такой кабель не должен быть длиннее 3 м.). Высококачественные промышленные кабели VGA/XGA обеспечивают дальность до 10-15, редко до 30 м. Кроме того, линия связи будет подвержена потерям на высоких частотах (High frequency loss), которые проявляются в снижении яркости до полного исчезновения цвета, ухудшении разрешения и четкости.

Для устранения этой проблемы можно использовать линейный усилитель-корректор, включенный ПЕРЕД длинным кабелем. В нем используется схема компенсации потерь на высоких частотах, именуемая EQ (Cable Equalization, коррекция кабеля) или управление высокочастотной составляющей – HF (High Frequency) control. Схема EQ обеспечивает частотно-зависимое усиление сигнала для «спрямления» амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Регулятор общего усиления позволяет парировать обычные (омические) потери в кабеле.

Такие линейные усилители позволяют (при использовании кабелей максимального качества) передать сигнал с разрешением до 1600х1200 (60 Гц) на расстояния до 50-70 м (и больше, при меньших разрешениях).

Однако не всегда этого достаточно: иногда нужны большие расстояния, иногда на длинный кабель могут наводиться помехи, с которыми линейный усилитель бороться не может. В этом случае обычный коаксиальный кабель VGA можно заменить на иной, более подходящий носитель. Сегодня для этого чаще всего используют недорогой и удобный кабель витой пары, устанавливая на концах кабеля специальные преобразователи (передатчик и приемник).

Передающее устройство такого удлинителя преобразует видеосигналы в дифференциальный симметричный формат, наиболее подходящий для витых пар. На принимающей стороне восстанавливается стандартный видеоформат.

Используется обычный кабель для локальных сетей Ethernet, категории 5 и выше. Для видеосигналов лучше подходит неэкранированный кабель (UTP). За счет дешевизны такого кабеля весь тракт передачи сигнала обычно не удорожается, несмотря на необходимость установки дополнительных приборов.

Данный метод удлинения сигнала VGA хорошо работает на расстояниях до 300 м.

Аналогичные методы можно использовать и для удлинения компонентных сигналов других типов (YUV, RGBS, s-Video), промышленность выпускает соответствующие разновидности приборов.

Заметим, что для передачи компонентного видео YUV обычно хорошо подходят и приборы для сигнала VGA (и это оговаривается в их описаниях), если использовать их каналы R, G, B для передачи каналов Y, U и V (каналы синхронизации H и V можно не использовать). Обычно для этого достаточно использовать кабели-переходники для согласования типа разъемов.

Средой передачи в удлинителях могут также быть оптическое волокно и беспроводный радиоканал. По сравнению с витыми парами, оптоволокно значительно увеличит стоимость, а беспроводная связь не обеспечит достаточной помехозащищенности и надежности, да и получить разрешение на ее использование непросто.

1. Введение.

В связи с увеличением объемов поставок IP-оборудования и увеличением рабочих форматов классических (аналоговых) систем видеонаблюдения всё чаще возникают вопросы, связанные с правильным определением формата изображения. Применяют различные обозначения качества изображения, такие как CIF-форматы, VGA-форматы, обозначение количества мегапикселей, количество ТВЛ, обозначение формата как количество точек по вертикали, перемноженное на количество точек по горизонтали. Все это многообразие обозначений указывается различными производителями для определения качества изображения камеры, причем каждый производитель использует их без каких-либо единых правил. Например, на одни камеры указаны только количество ТВЛ, на другие только формат HDTV, на третьи только количество Megapixel.

В данной статье произведена попытка объединить данные из различных источников о форматах, разрешениях, пикселях изображения и свести эти данные в единую таблицу соответствия, дополнив собственными комментариями.

2. Описание обозначений.

Разрешение.

Разрешение отражает насколько детальным является данное изображение. Термин «разрешение» используют для изображений в цифровом виде. Более высокое разрешение означает более высокий уровень детализации изображения.

Разрешение также показывает количество пикселей (точек) изображения по горизонтали и вертикали. Например, разрешение 800х600 указывает на 800 горизонтальных точек и 600 вертикальных, а суммарно на 480000 точек в данном изображении.

Формат.

Формат в видеонаблюдении - стандартизированное обозначение вертикального и горизонтального разрешения в пикселях в YCbCr-последовательностях в видеосигнале.

В характеристиках камер используются различные обозначения форматов, такие как CIF , VGA , HD.

ТВЛ - разрешающая способность по вертикали, максимальное количество телевизионных линий, которые способна передать телекамера. Это число ограничено стандартом CIR/PAL до 625 горизонтальных строк и 470 строк в EIA/NTSC. Если принимать во внимание кадровые синхроимпульсы, уравнивающие строки и пр., то максимальная разрешающая способность по вертикали оказывается равной 575 строк в CCIR/PAL и 470 строк в EIA/NTSC.

При этом значение ТВЛ не зависит линейно от разрешения и формата изображения. Данное обозначение использовалось для определения качества изображения аналоговых камер, но продолжает использоваться некоторыми производителями современных IP-камер.

3. Различие форматов.

3.1 Форматы CIF

Изначально CIF был спроектирован для простого конвертирования между стандартами PAL и NTSC с заявленным разрешением 352 x 288.

NTSC = 352 x 240, 30 Гц

соответствует

CIF = 352 x 288, 30 Гц

соответствует

PAL = 352 x 288, 25 Гц

Со временем формат CIF перестал удовлетворять возрастающие требования к качеству изображения и, с созданием новых CMOS\CCD матриц камер и новых чипов видеозахвата появились новые форматы на основе CIF.

В данной таблице описаны стандартные виды формата CIF.

В современных системах видеонаблюдения наибольшую популярность приобрёл формат 4CIF, который долгое время считался эталоном при определении качества изображения, т.к. при оцифровке аналогового видеосигнала максимальное количество телевизионных линий ограничено разрешением матрицы камеры (чипа видеозахвата).

Формат 4CIF предполагает разрешения 704х576, 720х576, 768x576. Данный разброс разрешений зависит от типа используемого оборудования.

На данном рисунке показаны отличия в размерах между видами формата CIF.

3.2 Форматы VGA

Формат VGA разрабатывался для графического дисплея компьютера в разрешении 640х480 при частоте обновления экрана 60Гц и 256 различных цветов. В дальнейшем формат VGA получил повсеместное развитие по разрешению (до 1600х1200 и выше) и цветовой битности (до 16-, 24- и 32-битной) глубины цвета.

В таблице представлены стандартные виды формата VGA.

3.3 Форматы Мегапиксельные

С созданием новых сетевых камер, обеспечивающих мегапиксельное разрешение для получения изображения, появились дополнительные требования к форматам изображения систем видеонаблюдения, принципиально отличные от формата CIF.

На данный момент основное отличие форматов изображения IP-камер определяется максимальным рабочим разрешением. Увеличение количества пикселей на CMOS\CCD матрице, т.е. большее разрешение и чувствительность сенсора, предоставляет новые возможности для извлечения деталей в конкретной области изображения и для получения более качественного видеоизображения. Это является большим преимуществом, особенно при использовании в видеонаблюдении для идентификации людей и объектов или для просмотра бо льшой области изображения.

По информативности новая 5Mpixel IP-камера способна заменить 12 аналоговых камер, нацеленных на одинаковую территорию.

На фото ниже показаны отличия в реальном изображении активно вошедшего в современные проекты видеонаблюдения формата 4CIF и нового формата Мегапиксельной IP-камеры.

3.4 Форматы HD

В 2010 году новые линейки IP-камер различных производителей начали поддерживать форматы HDTV 720p и HDTV 1080p.

Организацией SMPE для HD видеопотоков разработаны следующие стандарты:

• SMPTE 296M (HDTV 720P) - разрешение 1280×720 с соотношением сторон 16:9, прогрессивная развертка, 25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек, и 50/60 Гц т.е. 50/60 кадр/сек.
• SMPTE 274M (HDTV 1080p) - разрешение в 1920×1080 с соотношением сторон 16:9, чересстрочная прогрессивная развертка, 25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек, и 50/60 Гц т.е. 50/60 кадр/сек.

В современных линейках камер также часто встречается:

• (HDTV 720P) - разрешение 1280х800 с соотношением сторон 16:10, прогрессивная развертка, 25/30 Гц т.е. 25/30 кадр/сек.

Камеры, соответствующие стандартам SMPTE, обеспечивают качество HDTV и предоставляют все преимущества HDTV: высокое разрешение, четкость передачи цвета и высокую частоту кадров.

4. Сводная таблица.

В данной таблице сопоставлены Формат изображения с соответствующим этому формату Разрешением при соответствующей CMOS\CCD матрице видеокамеры. Также произведена попытка дополнить таблицу обозначением количества ТВЛ.

• SQCIF 128×96 0,012 Mpixel, до 100 ТВЛ
• QCIF 176x144 0,025 Mpixel, до 150 ТВЛ
• QVGA 320×240 0,076 Mpixel, до 200 ТВЛ
• CIF 352x288 0,101 Mpixel до 250 ТВЛ
• WQVGA 400×240 0,096 Mpixel, до 250 ТВЛ
• HVGA 640×240 0,153 Mpixel, до 300 ТВЛ
• 2CIF 704x288 0,207 Mpixel, до 330 ТВЛ
• nHD 640×360 0,230 Mpixel, до 380 ТВЛ
• VGA 640×480 0,307 Mpixel, до 450 ТВЛ
• WVGA 800×480 0,384 Mpixel, до 480 ТВЛ
• 4CIF (D1) 704x576 0,405 Mpixel, до 576 ТВЛ
• SVGA 800×600 0,480 Mpixel,
• WSVGA 1024×600 0,614 Mpixel,
• XGA 1024×768 0,786 Mpixel,
• XGA+ 1152×864 0,995 Mpixel,
• WXGA 1280×768 0,983 Mpixel,
• HDTV 720p 1280x720 1 Mpixel,
• HDTV 720p 1280x800 1 Mpixel,
• SXGA 1280×1024 1,31 Mpixel,
• WXGA+ 1440×900 1,29 Mpixel,
• WXGA++ 1600×900 1,44 Mpixel,
• SXGA+ 1400×1050 1,47 Mpixel,
• 16CIF 1408x1152 1,62 Mpixel,
• XJXGA 1540×940 1,54 Mpixel,
• WSXGA 1600×1024 1,64 Mpixel,
• WSXGA+ 1680×1050 1,68 Mpixel,
• UXGA 1600×1200 1,92 Mpixel,
• HDTV 1080p 1920×1080 2 Mpixel,
• WUXGA 1920×1200 2,3 Mpixel,
• QXGA 2048×1536 3,1 Mpixel,
• QWXGA 2048×1152 2,4 Mpixel,
• WQXGA 2560×1440 3,7 Mpixel,
• WQXGA 2560×1600 4,1 Mpixel,
• QSXGA 2560×2048 5,2 Mpixel,
• WQSXGA 3200×2048 6,6 Mpixel,
• QUXGA 3200×2400 7,7 Mpixel,
• WQUXGA 3840×2400 9,2 Mpixel,
• HSXGA 5120×4096 21 Mpixel,
• WHSXGA 6400×4096 26 Mpixel,
• HUXGA 6400×4800 31 Mpixel,
• WHUXGA 7680×4800 37 Mpixel.