Владо Дамьяновски - CCTV. Библия видеонаблюдения. Цифровые и сетевые технологии (1089174), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Ее можно восстановить специальным ТВ-декодером строк и использовать всякий раз,когда необходимо, показывая маркировку камеры, а также время и дату записи конкретного сигналаи, например, постороннее вторжение в изображение.Видеосигнал и его спектрВ этом разделе рассматриваются теоретические основы ограничений видеосигнала, полосыпропускания и разрешения. Это сложный предмет, требующий знания высшей математики иэлектроники, но я постараюсь объяснить его на простом и доступном языке.Большинство искусственных электрических сигналов можно описать математически.
Для периодических сигналов, например, таких, как в линиях энергоснабжения, математическое описание оченьпростое. Периодическую функцию всегда можно представить в виде суммы синусоидальных колебаний, каждое из которых может иметь различную амплитуду и фазу. По аналогии со спектромбелого света, она называется спектром электрического сигнала. Чем более периодичен электрический сигнал, тем легче можно его представить и с меньшим количеством компонентов синусоидальных колебаний.
Каждый компонент синусоидального колебания можно представитьдискретным значением в спектре частот сигнала. Чем менее периодична функция, тем больше компонентов потребуется для воспроизведения сигнала. Теоретически, даже непериодическую функцию можно представить в виде суммы различных синусоидальных колебаний, но только в этомслучае придется суммировать намного больше этих колебаний, чтобы получить непериодическийрезультат. Другими словами, спектральное представление непериодического сигнала будет иметьполосу пропускания, более плотно заполненную различными компонентами.
Чем мельче деталисигнала, тем выше частоты в спектре сигнала. Очень мелкие детали видеосигнала будут представлены высокочастотными синусоидальными колебаниями. Это равнозначно информации высокогоразрешения. У сигнала, наполненного высокими частотами, более широкая полоса частот. Дажеединственный, но очень резкий импульс, будет иметь очень широкую полосу частот.http://www.
itv. ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»104CCTV4. Общие характеристики телевизионных системРис. 4.12. Спектр полосы пропускания композитного видеосигналаВсе вышесказанное является изложением, весьма упрощенным, очень важной спектральнойтеории Фурье, которая утверждает, что каждый сигнал во временной области имеет свое отображение в частотной области. Спектральная теория Фурье применима на практике — периодические электрические сигналы с широкой полосой пропускания можно исследовать более эффективнопри помощи анализа их спектра частот. Не будем углубляться в эту теорию, но заметим для пользователей систем видеонаблюдения: концепция анализа спектра частот очень важна для исследованиясложных сигналов, таких как собственно видеосигнал.
Видеосигнал — это, пожалуй, один из наиболее сложных электрических сигналов, и его практически невозможно точно описать математически,так как во временной области сигнал постоянно меняется. Видеоинформация (т.е. компоненты яркости и цветности) непрерывно меняется. Однако, поскольку мы формируем видеоизображенияпосредством периодического сканирования лучом, мы можем аппроксимировать видеосигналпериодическим сигналом.
Одним из главных компонентов в этой периодичности будет частота строк— для CCIR и SECAM 25x625=15625 Гц; для EIA 30x525=15750 Гц.Можно показать, что спектр упрощенного видеосигнала состоит из гармоник частоты строк, вокругкоторых есть сопутствующие компоненты, как на левой, так и на правой стороне (боковых полосах). Расстояния между компонентами зависят от содержания видеоизображения и динамики двигательной активности. Кроме того, очень важно обратить внимание, что такой спектр, составленныйиз гармоник и их компонентов, является сходящимся, то есть гармоники уменьшаются по амплитуде с увеличением частоты.
Но еще более важный вывод из спектральной теории Фурье состоит втом, что позиции гармоник и их компонентов в спектре видеосигнала зависят только от анализа изображения (соотношение 4:3, чересстрочная развертка 625). Энергетическое распределение видеосигнала между гармониками зависит от содержания изображения. Тем не менее,гармоники занимают точные положения, потому что они зависят только от частоты строк.Другими словами, динамика видеосигнала и амплитуда определенных компонентов в боковыхполосах меняются, но положения гармоник (как поднесущих частот) остаются постоянными.Рис.
4.13. Пример смещения частотных каналов в телевещании«CCTVФокус» — журнал по системам видеонаблюдения и охранному телевидениюhttp://www.cctvfocus.ruCCTV4. Общие характеристики телевизионных систем105Это очень важный вывод. В вещательном ТВ он помог найти способ уменьшить спектр видеосигнала до минимума без особой потери деталей. Конечно, всегда можно найти компромисс, но так какосновная энергия видеосигнала сосредоточена около нулевой частоты и нескольких первых гармоник, нет никакой необходимости передавать полный спектр видеосигнала.
Ученыеи инженеры использовали все эти факты, пытаясь найти компромиссное решение: они стремилисьрассчитать, насколько малую часть полосы пропускания следует использовать при передаче видеоизображения, чтобы не потерять слишком много деталей. Как мы уже упоминали, рассматриваяразличные ТВ-стандарты, полоса частот будет тем шире, чем больше строк сканирования используется в системе и чем выше разрешение сигнала.Принимая во внимание ограниченный размер электронного луча (который также определяет минимальные воспроизводимые элементы изображения), физический размер ТВ-экранов, расстояние отзрителя до экрана, сложность и издержки производства телесистем, можно заключить, что для качественного воспроизведения телесигнала достаточно ширины полосы пропускания в 5 МГц. Можноиспользовать более широкую полосу, но тогда будет очень низким коэффициент достижениякачества в сравнении с затратами.
Фактически, в телевещательных студиях камеры, записывающееоборудование и мониторы имеют намного более высокие стандарты, со спектрами до 10 МГц. Но онипредназначены исключительно для внутреннего пользования, для качественной записи и дублирования (перезаписи). Прежде чем такой сигнал будет модулирован и передан на радиочастоте, он сокращается до 5 МГц, к которым прибавляется около 0.5 МГц для левого и правого каналов звуковогосопровождения. На телепередатчике такой сигнал модулируется так, чтобы передавалась только егобоковая подавленная полоса частот вместе с полной полосой частот, включая буферную зону разделения, что в сумме равняется 7 МГц (для PAL).
Но обратите внимание, что фактически используемаяполоса видеосигнала в телевещании равна всего 5 МГц. Для читателей, которым это интересно, заметим, что в большинстве стран, использующих стандарт PAL, видеосигнал модулируется методамиамплитудной модуляции (AM), в то время как звук — частотной модуляцией (ЧМ).Аналогичные соображения учитываются при рассмотрении сигналов NTSC, где полоса частот втелевещании равна примерно 4.2 МГц.В большинстве систем видеонаблюдения мы не сталкиваемся с подобными ограничениями вотношении полосы частот, поскольку мы не передаем радиочастотно-модулированный видеосигнал. Нам не надо волноваться по поводу помех соседних видеоканалов. В видеонаблюдении мыиспользуем необработанный видеосигнал в том виде, в каком он выходит из камеры, это базовыйвидеосигнал.
Обычно его сокращенно обозначают CVBS (composite video bar signal — полныйвидеосигнал). Спектр такого сигнала, как уже упоминалось, колеблется в пределах от 0 до 10 МГц— в зависимости от качества источника.Спектральная емкость коаксиального кабеля как канала передачи гораздо шире. Самый распространенный коаксиальный кабель 75 Ом RG-59B/U, например, может легко передать сигналы сшириной полосы частот до 100 МГц.
Конечно, он используется для передачи информации нанебольшие расстояния — до двухсот метров, но для большинства систем видеонаблюдения этогодостаточно. Различные средства передачи имеют различные ограничения полосы частот. Одниимеют большую, чем коаксиальные кабели, ширину полосы пропускания, другие — меньшую, но убольшинства полоса все же значительно шире 10 МГц.Цветной видеосигналКогда появилось цветное телевидение, в его основе лежали определения и ограничения монохромного сигнала.
Сохранение совместимости между черно-белым и цветным ТВ имело принципиальную важность. Единственный способ, каким цветовая информация (хроматическая) может бытьпередана вместе с яркостью без увеличения полосы пропускания частот видеосигнала, состоял втом, чтобы модулировать цветовую информацию частотой, которая бы попадала точно между компонентами спектра яркости. Это означает, что спектр сигнала цветности перемежается со спектромсигнала яркости таким образом, что они не мешают друг другу.
Эта частота называется хромати-http://www.itv.ruITV— генеральный спонсор 2-го издания книги «CCTV. Библия видеонаблюдения»1064. Общие характеристики телевизионных системCCTVческой поднесущей. Было обнаружено, что наиболее подходящей для PAL является частота4.43361875 МГц. В NTSC используется тот же принцип: в данном случае необходима цветоваяподнесущая 3.579545 МГц.Здесь необходимо уточнить и подчеркнуть, что NTSC характеризуется именно 29.97 кадрами, а не30(!).
Это объясняется определением цветового сигнала в NTSC, который, как гласит видеостандарт RS170A, базируется в точности на частоте цветовой поднесущей в 3.579545 МГц. Частотастрочной развертки определяется умножением 2/455 на частоту цветовой поднесущей, что равняется 15734 Гц. Из нее выводится частота кадровой развертки; NTSC рекомендует высчитывать ееумножением 2/525 на частоту строчной развертки. В результате получается 59.94 Гц для частотыкадров, или скорости полей.
Однако для простоты и удобства в этой книге мы будем говорить, чтов NTSC сигналу соответствует 60 полей.Как мы уже упоминали в разделе «Цветное телевидение», основы воспроизведения цвета лежат ваддитивном смешении трех основных цветовых сигналов: красного, зеленого и синего. Так, дляпередачи полного цветового сигнала, теоретически, кроме информации яркости, требуются еще триразных сигнала. На заре цветного ТВ это казалось невозможным, особенно, когда для сохранениясовместимости с монохромными стандартами использовалась область между 4 и 5 МГц.Для этого требовалась сложная, но умная процедура. В рамках нашей книги объяснить такуюпроцедуру не представляется возможным, но чтобы читатели лучше понимали все сложностивоспроизведения цвета в ТВ, приведем следующие факты.Рис.4.14. Цветные полосы.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
