Рис. 4 Схема организации студийного тракта
Для студий с большим количеством камер, а также при проведении прямых трансляций нужно применять полноценные базовые станции, которыми можно управлять с центрального пульта. При работе в стандартном разрешении рекомендуются кабели Triax. В ПТС более предпочтительны компактные базовые станции. В небольших студиях допустимо применение более простых систем. Следует помнить, что стойка с базовыми станциями должна хорошо охлаждаться.
1.3 Типы телевизионных камер
В классификации различают студийные камеры, предназначенные для работы в студии телекомпании, и внестудийные, для работы на выездных многокамерных съемках (например, в составе ПТС). Термин "внестудийная студийная камера" звучит немного странновато, однако он уже прочно укоренился в профессиональном жаргоне работников телевидения. В англоязычной терминологии все телевизионные камеры обозначаются единым термином "студийная камера" (studio camera). Однако имеются многочисленные градации, которые нужно рассмотреть подробнее.
Камеры для студии (cameras for studio)
Камеры для студии представляют собой полноценные системы из телевизионных камер, адаптеров, блоков управления, боксовых объективов и телесуфлеров. Все это располагается на массивных гидравлических пьедесталах с возможностью передвижения по полу студии ("на колесах"). Масса подобной системы составляет не менее 30-40 килограмм.
Новостные камеры (electronic news gathering cameras, eng cameras)
Несмотря на то, что новостными камерами чаще называют камкордеры, телевизионные камеры также попадают под это определение.
В отличие от мобильных камер, в данном случае используются либо разъемные модели камкордеров, либо моноблочные камкордеры в комбинации со специальными адаптерами для студийных задач.
Средства управления, в оперативном доступе к которым "на месте" регулярно возникает потребность, располагаются на самой камере в виде переключателей, а не в электронном меню.
В такой конфигурации используются в подавляющем большинстве беспроводные системы передачи данных или же кабели очень не большой длины
Эти камеры способны регистрировать и передавать звук, то есть имеют аудио тракт. Внестудийные ("полевые") камеры (electronic field production cameras, efp cameras)
Камеры EFP подобны камерам для студии и используются в составе многокамерных систем на выездных съемках. Основная особенность -- высокая гибкость и универсальность, что позволяет максимально быстро собрать съемочный комплект под "полевые" задачи, например, для установки на операторский кран, на тележку, для съемки сплеча и т.д. Обычно они используются в передвижных телевизионных станциях (ПТС).
Камеры для стандартных условий съемки ("стандартные камеры", "для обычных съемок")
В первую очередь, к этому типу относят телевизионные камеры, поддерживающие только вещательные стандарты SD или HD. Таким образом, указанное съемочное оборудование работает в форматах кадра и режимах кадросмен, определенных вещательными стандартами (576/50i, 480/59.94i, 720/50p, 1080/50iит.д.).
Камеры для скоростной съемки
Задача этих камер - зафиксировать изображение с увеличенной в несколько раз кадровой частотой для его дальнейшего воспроизведения в режиме нормальной скорости, то есть для создания эффекта замедленного движения ("рапида"). В большинстве случаев запись производится с утроенной скоростью по отношению к норме вещательного стандарта. Не смотря на то что необходимость в использовании эффекта замедленного движения присутствует не только для спортивных съемок, за этим оборудованием среди отечественных специалистов прочно закрепилось определение "камера для спортивных мероприятий", однако правильнее называть данные камеры "высоко скоростными" или "камерами для скоростной съемки".
Сейчас выпускаются студийные телекамеры стандартной четкости (SD), высокой четкости (HD) и мульти форматные (SD/HD). Градация по форматам определяет принадлежность оборудования к тому или иному телевизионному вещательному стандарту.
Глава 2. Устройство
студийный съемочный телевизионный камера видеокамера
Телевизионная передающая камера состоит из оптической головки, электронных блоков и видоискателя. Оптическая головка содержит объектив, цветоделительную систему и преобразователи света в электрические сигналы: передающие трубки или полупроводниковые матрицы. В настоящее время передающие трубки не используются в связи с их неудобством, хрупкостью и нестабильными характеристиками, зависящими от внешних магнитных полей. Для формирования цветного телевизионного сигнала в телекамерах используются три (в некоторых случаях четыре матрицы, наклеенные на призменный цветоделительный блок.
В более дешёвых и компактных телекамерах может быть использована одна матрица со встроенным массивом цветоделительных светофильтров. Такая конструкция применяется, главным образом, в промышленных и бытовых камерах.
Рис. 5 Цветоделение пучка белого света дихроической призмой
Фильтр Байера
Независимо от способа цветоделения, изображение на матрицах строится при помощи объектива, аналогичного объективам киносъёмочного или фотографического аппарата. Для передающих камер специально разрабатываются объективы, в подавляющем большинстве панкратические. В телекамерах стандартной чёткости со сравнительно низким качеством изображения и небольшим размером светочувствительного элемента, использовались компактные светосильные объективы с большим диапазоном фокусных расстояний. Современные камеры высокой чёткости используют оптику, сопоставимую по качеству с кинематографической. В профессиональных и вещательных камерах практически не используются системы автофокуса из-за сложности автофокусировки движущегося изображения. Фокусировка объектива производится оператором вручную по изображению электронного видоискателя. Следящий автофокус используется в редких случаях во время спортивных трансляций высокой чёткости, однако объективы, оснащённые такими системами, имеют огромную стоимость. Автофокус используется также в некоторых промышленных камерах, однако, в большинстве из них объектив фиксируется на гиперфокальном расстоянии, обеспечивающем резкое изображение всех объектов. Необходимость точного дозирования количества света, попадающего на светочувствительный элемент, заставляет использовать автоматическое управление экспозицией при помощи диафрагмы объектива и регулировки усиления получаемого сигнала. Современные студийные камеры предусматривают возможность как автоматической настройки диафрагмы, так и дистанционного управления большинством параметров с блока камерного канала видеоинженером.
Электрические сигналы, формируемые матрицами, усиливаются и кодируются в стандартный телевизионный видеосигнал, пригодный для записи или вещания. Этот сигнал может быть аналоговым или цифровым, в зависимости от типа камеры. Большинство современных телекамер формируют цифровой поток видеоданных.
Кроме видео усилителя, телевизионная камера оснащается синхрогенератором, позволяющим получать синхросигнал. Однако, при работе многокамерным методом, все камеры используют синхросигнал от внешнего студийного синхрогенератора (англ. Genlock). Это позволяет исключить сбои синхронизации при переключении камер. Генераторы кадровой и строчной развёрток согласуются с работой синхрогенератора и управляют считыванием заряда в матрицах.
Рис. 6 Массив цветных фильтров Байера
Кроме перечисленных частей телекамера содержит электронный видоискатель, представляющий собой компактное видеоконтрольное устройство на основе монитора. Первые телекамеры оснащались чёрно-белыми видоискателями, состоящими из небольшого кинескопа. Вплоть до конца 1990-х годов такая конструкция сохранялась даже в компактных типах камер, использовавших миниатюрные кинескопы. С появлением жидкокристаллических дисплеев высокого качества, большинство компактных телекамер оснащаются цветными LCD или LED видоискателями.
В отличие от видеокамер, большинство студийных телекамер не оснащаются микрофоном и звуковым усилителем, поскольку рассчитаны на работу в составе комплекса, в котором звукозапись осуществляется отдельной системой. Новый класс роботизированных PTZ-камер, предназначенных для работы без оператора, дополнительно содержит специальную панорамную головку и электроприводы панорамирования, управляемые дистанционно. Камеры, рассчитанные на работу вне студии обладают герметичным корпусом и даже стеклоочистителем.
Выбор и обоснование структурной схемы
Структурная схема разрабатываемой передающей камеры приведена на рисунке. Она содержит следующие каскады:
Видикон является одним из главных устройств передающей камеры. Он осуществляет преобразование световой энергии в электрический сигнал.
Видеоусилитель (противошумовой корректор, предоконечный усилитель, корректор нелинейных искажений, корректор апертурных искажений).
Рис. 7 Структурная схема передающей камеры
Противошумовой корректор
Противошумовой корректор предназначен для увеличения соотношения сигнал/шум яркостного сигнала, поступающего с первичного преобразователя. В качестве первичного преобразователя используется видикон, обладающий достаточно высоким соотношением сигнал/шум, но малым уровнем сигнала на нагрузке. Поэтому соотношение сигнал/шум в основном определяется собственными шумами противошумового корректора. Следовательно, в качестве противошумового корректора должен выступать видеоусилитель с малыми собственными шумами.
Предоконечный усилитель
Предоконечный усилитель предназначен для повышения видеосигнала до уровня, обеспечивающего нормальное функционирование последующих каскадов. Предоконечный усилитель должен обладать низкими значениями вносимых в видеосигнал искажений.
Корректор нелинейных искажений
Корректор нелинейных искажений необходим для коррекции нелинейных искажений, вносимых в сигнал первичным преобразователем. В общем случае для сохранения подобия передаваемого и воспроизводимого изображения необходимо обеспечить прямую пропорциональность между яркостью элементов передаваемого и принимаемого изображения. Следовательно корректор является звеном с кусочно-линейной характеристикой.
Корректор апертурных искажений
Апертурные искажения изображения возникают первичных преобразователях конечных поперечных размеров электронного луча и аберрации в оптических системах. Наибольшее применение из всех схем коррекции получила схема дифференциальной и разностной коррекции. Он основан на алгебраическом сложении сигнала и его четных производных.
Блок формирования сигнала (смеситель, каскад восстановления уровня черного).
Смеситель предназначен для получения из видеосигнала и синхросмеси полного телевизионного сигнала. Смеситель должен иметь низкие уровни вносимых искажений.
Каскад восстановления уровня черного
Данный каскад предназначен для восстановления уровня постоянной составляющей полного телевизионного сигнала утраченного после прохождения сигнала через линейные цепи усиления и коррекции.
Синхрогенератор предназначен для формирования импульсов, синхронизирующих системы развертки на передающей и приемной стороне. Он должен обладать высокой стабильностью задающего генератора для уменьшения вносимых искажений.
Генератор разверток луча
Генераторы развертки луча предназначены для отклонения развертывающего луча при помощи пилообразных токов, пропускаемых через отклоняющие катушки первичного преобразователя. Генераторы развертки луча управляются синхрогенератором. Основное требование к генераторам развертки - высокая степень линейности пилообразного сигнала.
Глава 3. Видеокамеры
3.1 Принципы построения видеокамер
Видеокамеры по назначению можно подразделить на профессиональные (студийные, для внестудийного производства и для телевизионной журналистики), полупрофессиональные и бытовые (любительские). Главные различия здесь заключаются в качестве получаемого изображения (у студийных камер оно должно быть самым высоким) и, кроме того, в функциональных возможностях, степени автоматизации, удобстве в работе, массогабаритных показателях, потреблении электроэнергии и др.
К оптической части видеокамер предъявляются те же основные требования, что и к фото-, кино- и телекамерам: высокая светосила объектива; высокая разрешающая способность (для матриц ПЗС - приборов с зарядной связью - это связано с количеством элементов); больший диапазон изменения фокусного расстояния (для объектива с переменным фокусным расстоянием ОПФ).
Очень распространены в видеокамерах система автоматической фокусировки и система автоматического управления диафрагмой. Достигнутые в настоящее время в видеокамерах высокая светосила объектива и высокая чувствительность преобразователя свет / сигнал на ПЗС позволяют производить видеосъемку в условиях очень низкой освещенности объекта съемки - порядка нескольких (2…7) люкс. Разрешающая способность лучших видеокамер достигает 700 твл и более, отношение сигнал/шум по изображению - 60…62 дБ.
Многие камеры оснащены так называемой системой «электронный затвор» с возможностью изменения «выдержки». Выбор коротких (1/2000…1/1000 с) выдержек позволяет уменьшить смазывание изображения при видеосъемках быстродвижущихся объектов. При движении видеокамеры качество изображения по устойчивости может быть улучшено за счет применения встроенной электронной системы стабилизации изображения.
Функциональные возможности видеокамер в настоящее время расширяются благодаря успехам микроэлектроники. Появились встроенные системы синтеза титров, электронного монтажа, дополнительного озвучивания и др. улучшились сервисные возможности видеокамеры, вплоть до встроенных систем диагностики неисправностей.
Прогрессивная развертка
Прогрессивная развертка - самый простой вид телевизионной развертки.
Процесс образования такой развертки состоит в следующем: на пару отклоняющих пластин подается пилообразное напряжение от генератора строчной частоты fz. Под действием этого напряжения электронный луч с постоянной скоростью перемещается слева направо (прямой ход строчной развертки) и затем быстро возвращается справа налево в исходное положение (обратный ход строчной развертки).
Рис. 8 Образование растра на экране электроннолучевой трубки
На пару отклоняющих пластин подается пилообразное напряжение от генератора кадровой частоты fn. Под действием этого напряжения электронный луч постепенно опускается сверху вниз (прямой ход кадровой развертки) и затем быстро поднимается вверх в исходное положение (обратный ход кадровой развертки).
Так как строчная частота много выше кадровой (fz» fn), на экране трубки возникает сетка из параллельных почти горизонтальных светящихся строк, которые образуют прямоугольную фигуру, так называемый растр.