Стандарты видеосигналов

О чём нам могут рассказать красный, синий и зелёный цвет? Ответить на этот вопрос тем, кто знаком с теорией цвета не составит труда. Эти цвета могут рассказать нам абсолютно обо всём. Несмотря на всё богатство цветов в реальном мире восприятие человеческого глаза трёхкомпонентное и состоит всего из трёх опорных цветов, а уже из них формируются все последующие комбинации. Поэтому все видеокамеры и технические датчики цветных изображений формируют три сигнала - R, G, B (Red, Green, Blue). В самих же мониторах, в которых мы видим изображение, экран в роли сканера обрабатывает эти три электронных луча, вызывая световые вспышки трёх опорных цветов. Главным правилом является прочерчивание строк электронным лучом слева направо и сверху вниз.

При разработке стандартов видеосигналов, было также обнаружено, что зрение менее чувствительно к пространственным изменениям цвета, зато прекрасно воспринимает такой параметр как яркость. Технически появилось эффективное решение кодировать цвет таким образом, чтобы изображение передавалось с меньшей пространственной четкостью (разрешением), а исходные RGB-сигналы перед передачей преобразовывались в один сигнал яркости и два разных цветовых сигнала. Таким образом появились конкретные методы кодирования сигнала, отличающихся определёнными характеристиками, такими как: число строк, частотой кадров, режимом развёртки и пр.

Типы подключений аналоговых видеосигналов: 
- композитный (цветной видеосигнал, передаваемый без звука по одному каналу, например, с помощью коаксиального кабеля);
- компонентный (способ раздельной передачи цветного видео по двум и более каналам/кабелям, например, через всем известный RCA / «тюльпан»);
- компонентные видеоинтерфейсы (например, четырёхконтактный S-Video и распространённый VGA-разъём)

Исторически стандарты видеосигналов требуется рассматривать именно со стандартов цветного аналогового телевещания, когда в 1953 году чёрно-белое телевидение сменилось на цветное и получило название NTSC (National Television System Color) - первый цветной стандарт видеосигнала, разработанный в США, с частотой вертикальной развёртки 60 Гц, совпадающей с частотой переменного тока сети электропитания в Америке (60 Гц). Система имела некоторые недостатки, такие как перенасыщенность красного цвета на лицах в тенях и зеленоватого на освещенных участках. За исправление искажений в канале передачи взялись сотрудники немецкой компании Telefunken и в 1963 году появилась система PAL (Phase Alternation Line), с частотой развертки 50 Гц (соответствует току в Европе 50 Гц), используемая в большинстве стран ЕС, Африки и Азии. Создаёт на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду. Немного позднее, несмотря на существование двух популярных систем телевещания, в 1967 Франция и СССР ввели ещё одну систему - SECAM (SEquentiel Couleur A Memoire), также с развёрткой 50 Гц, в которой использовалась поочередная передача цветоразностных сигналов (через строку) и частотная модуляция, вместо амплитудной, в результате чего цвет объекта перестал искажаться из-за разной освещенности, но был и минус, при резких переходах яркости возникали цветовые обводки объектов. Кроме ТВ-стандартов, существуют аналоговые стандарты видеосигнала со звуком на какой-либо носитель, например, всем знакомый VHS (видеокассеты).

До возникновения цифровых устройств вывода видеосигналов телевизоры поддерживали только один стандарт разложения. Сложность была в том, что для просмотра видеосигнала одного стандарта, требовался монитор того же стандарта, если это условие не выполнено, вместо изображения на экране появятся мелькающие полосы. Когда телестудии покупали видеозапись в чужом стандарте, либо ретранслировали телесигнал, качество изображения существенно ухудшалось, по понятной причине, так как при конвертации в свой формат использовали оптическое преобразование.

Цифровой формат более универсален и позволяет сжимать видеосигнал с помощью специальных кодеков и при этом достигнуть лучшего качества изображения. Первыми цифровыми стандартами являются DV (Digital Video) и MPEG (Moving Picture Experts Group). Первый формат имеет малый коэффициент сжатия видеосигнала, лишь 5:1, а вот семейство стандартов сжатия MPEG очень популярен и на сегодняшний день. Например, MPEG-2, который впоследствии получил широкое распространение в цифровых DVD-дисках. Ещё интереснее MPEG-4 (.mp4), который сжимает видеопоток лучше, чем MPEG-2, при этом, делая изображение качественнее. Это формат, получаемый с помощью известных кодеков таких как DivX, XviD, и в особенности одного из последних кодеков H.264, дающий высокое качество картинки.

В стандартах форматов видео выделяются следующие: SD, HD, Full HD, 4K и т.д. Подробно их можно рассмотреть в таблице ниже:

Современное цифровое телевидение основано на рекомендации ITU-R ВТ.709 Международного союза электросвязи. Телевидение высокой чёткости обеспечивает соотношение сторон экрана 16:9 с разрешением 1920×1080 пикселей. В зависимости от типа развёртки (чересстрочная или прогрессивная), такое изображение называется 1080i или 1080p. Для самого популярного видеохостинга в мире YouTube разрешение в 1920×1080 точек (пикселей) также является стандартом, несмотря на большое количество контента в 4К.

Основной стандарт цифрового подключения – это безусловно HDMI-кабель, вход для которого присутствует во всех современных мониторах и телевизорах. Мультимедийный интерфейс высокого разрешения способный передавать цифровой звук и видео стоит на первом месте для массового потребителя. Такие устаревшие стандарты как DVI (Digital Visual Interface, с возможностью передавать цифровое видео) уже вышли из обращения и ни на одном из современных видеоустройств не встречаются.   

Для профессиональных решений, к примеру, проведения онлайн-трансляций на мероприятиях, очень часто используется SDI-кабель. Это ещё один стандарт, использующийся для передачи цифрового изображения и звука, имеющий отличную пропускную способность. Сигнал возможно передавать на расстояние более 100 метров, а надёжное поворотное крепление к видеокамере является серьёзным аргументом в работе операторов, в отличие от HDMI.