Видеокамеры данного формата представляют собой малогабаритный вариант S-VHC формата с использованием компактной кассеты.
Преимущества:
· улучшенное качество записи (400-420 линий по горизонтали);
· меньшие потери качества при перезаписи, чем у VHS;
· наличие разъема S-Video (у большинства камер), обеспечивающегоболее качественную передачу сигнала для записи и воспроизведения;
· запись стереозвука;
· возможность использования кассет VHS (с соответствующим снижением качества записи);
· небольшой вес, габариты и энергопотребление по сравнению с S-VHS.
Недостатки:
· небольшое время записи - 90 минут в обычном режиме и 180 мин. в Long Play; относительно высокая стоимость видеокамер.
Формат Video 8
Формат разработан фирмой Sony. С точки зрения способа кодирования изображения этот формат идентичен формату VHS - тот же способ обработки единого композитного сигнала, те же 240 строк в кадре, только пишутся видеоматериалы здесь на маленькую кассету с шириной пленки 8 мм. Поэтому камеры формата Video 8 значительно компактней, чем модели VHS. В свое время на рынок такие устройства продвигались под маркой Sony Handycam,
Преимущества:
· большая продолжительность записи на одну кассету - до 120 мин. в обычном режиме и 240 мин. в режиме Long Play;
· небольшой вес;
· многие камеры записывают стереозвук.
Недостатки:
· воспроизведение записей возможно только при подключении самой камеры к TV или использовании дорогостоящего видеоплеера /
видео-магнитофона формата Video8;
· невысокое качество изображения - 240-250 линий по горизонтали (фирма Sony выпустила усовершенствованный вариант данного формата - Video8 XR с увеличенным разрешением до 280 линий);
· значительное ухудшение качества при перезаписи.
Формат HI-8
Если VIDEO 8 является «уменьшенным» вариантом VHS, то формат HI-8 - это «маленький» S-VHS. Его автором также является SONY. Видеокамеры стандарта HI-8 используют улучшенный по сравнению с Video8 стандарт записи и кассеты с более качественной лентой (с теми же размерами и шириной).
Два раздельных сигнала цветности и яркости и 400 строк в кадре обеспечивают повышенную по сравнению с VHS и Video 8 четкость изображения. Наверное, из аналоговых бытовых видеокамер устройства формата HI-8 являются наиболее удобными и качественными аппаратами. Необходимость перезаписи материала при монтаже и кодировании компенсируется малыми габаритами камеры и довольно высоким качеством изображения. Многие модели оснащаются высококачественными объективами и имеют все важные настройки.
Преимущества:
· улучшенное качество записи (380-420 строк по горизонтали). Фирма Sony выпустила усовершенствованную модель- HI-8XR с увеличенным разрешением до 440 линий по горизонтали, меньшим уровнем помех цветности и яркости;
· увеличенное время записи - 180 мин. в обычном режиме и 360 мин. в режиме Long Play;
· запись стереозвука (у подавляющего большинства камер);
· возможность воспроизведения кассет формата Video8 (с соответствующим снижением качества изображения).
Формат Betacam
Только при переходе к сигналу, в котором все три составляющих — яркостных и два цветоразностных — передаются раздельно, можно достичь наиболее высокого качества аналогового видео. Такой сигнал используется в профессиональной аппаратуре формата Betacam, разработанном фирмой SONY, и позволяет получить разрешение до 650 строк в кадре.
Формат до сих пор в ходу у профессионалов. Это своеобразный high end мира видео. И хотя под напором цифровых технологий Betacam потеснился, но окончательно свои позиции не сдал.
Есть условия съемки, где на аналоговую камеру Betacam снимать предпочтительнее, чем на цифровую. Качество картинки при этом оценивается экспертами как эталонное. Но чтобы сохранить это эталонное качество при монтаже, необходима профессиональная, очень дорогая монтажная аппаратура. Камеры Betacam, как правило, обладают приличными размерами и весом.
Разработка цифровых форматов происходила почти параллельно с разработкой аналоговых форматов. Первые зачатки цифрового видео уже были и в формате Betacam. Начиная от микропроцессорного управления, до частичных цифровых обработок сигнала. Первый промышленный цифровой видеомагнитофон DVR-1000 формата D1 был создан фирмой SONY в 1986 году.
В аппаратах, которые выпускаются до сих пор, используется цифровая компонентная видеозапись по стандарту 4:2:2, полоса частот записываемого видеосигнала (в канале яркости) достигает 5,75 МГц, при отношении сигнал/шум 56 дБ. Полоса частот звукового сигнала 20 Гц- 20 кГц, при динамическом диапазоне более 90 дБ. Цветное изображение воспроизводится при скоростях перемотки, превышающих нормальную в 50 - 100 раз.
2. Цифровые форматы
В цифровых форматах записи видеоизображения на магнитную ленту аналоговые сигналы, поступающие со светочувствительных элементов (ПЗС-матриц), проходят через специальные устройства, называемые аналогоцифровыми преобразователями, и превращаются в поток данных, где информация о параметрах изображения хранится и передается в виде цифровых кодов. Причем хранить и передавать эту информацию стало возможно в сжатом виде. Системы правил, по которым изображение кодируется, хранится на носителе, а потом декодируется при воспроизведении, и называются цифровыми форматами видеозаписи.
Формат Digital Betacam
Это цифровой Betacam. Яркостный и два цветоразностных сигнала в этом формате оцифровываются раздельно. Так же, как и аналоговый Betacam, это сугубо профессиональный формат, используемый телевизионщиками. Камеры Digital Betacam очень дороги и доступны только для профессионалов. Формат D2. создавался в альянсе фирмами SONY и АМРЕХ, был предназначен для обработки, записи и воспроизведения полного (композитного) цветового видеосигнала стандартов PAL и NTSC.
Вслед за форматом D3, следует формат D5. Данный формат уже является компонентным, кодировка цветоразностных составляющих осуществляется в 10-битной форме, в соответствии с Рекомендациями ITU -R601. Данный стандарт определяет уровни и частоты квантования, матрицирование RGB/Y,R-Y,B-Y и характеристики фильтров. Видеомагнитофоны формата D5 имеют встроенные декодеры и могут воспроизводить сигналы формата D3. Они также способны формировать изображение в формате растра 4:3, так и 16:9.
Поскольку цифровая запись производится без компрессии сигнала, формат D5 обладает всеми преимуществами формата D1 и дает прекрасное качество изображения. При этом данный формат пригоден и для работы с ТВЧ сигналами при использовании компрессии 5:1.
Формат DV
В 1993г. компании Sony, Matsushita (Panasonic), JVS, HITACHI, MITSUBISHI, TOSHIBA, SANYO, SHARP, PHILIPS и другие создали консорциум DIGITAL VIDEO CASSETTE («Цифровая видеокассета») или DVC. Позже аббревиатура названия сократилась до DV. Совместными усилиями эти фирмы разработали бытовой цифровой стандарт видеозаписи на ленту шириной 6,35 мм (четверть дюйма). Этот формат обеспечивает разрешение 500 строк. Оцифровка при записи осуществляется с разрешением 720x576 (каждый кадр содержит 720x576 значений яркости и по 360x288 значений цветоразностных сигналов). Видеоизоб-ражение и звук в формате DV пишутся раздельно (рис. 15).
|
|
Формат MiniDV
На сегодняшний день это самый удобный и распространенный формат любительских и полупрофессиональных видеокамер. Сохраняя все характеристики DV, MiniDV значительно компактнее за счет того, что в данном формате используются кассеты меньших размеров, при этом ширина пленки в кассете осталась прежней. Монтаж отснятого материала может осуществляться на персональном компьютере, что очень удобно. При перезаписи и монтаже качество материала нисколько не ухудшается. Фильмы в цифровом виде могут храниться сколь угодно долго. При этом на одну кассету можно поместить 14,7 Гб информации. Это в двадцать раз больше, чем на CD! Различное качество и цена продающихся сегодня на рынке цифровых камер зависит уже не столько от формата, сколько от совсем других параметров, таких, как наличие и возможность ручных настроек, спецэффектов, количество и размер ПЗС-матриц и т.д.
Наличие стабилизатора изображения для легких компактных камер является очень важным требованием, ведь с практически невесомой моделью в руке мы обладаем несравнимо большей свободой маневра, чем, например, с увесистой VHS камерой на плече, а значит, больше подвергаем риску получаемый видеоматериал. Все варианты камер формата DV и MiniDV записывают стереозвук, причем с качеством DV. Единственным недостатком аппаратов формата MiniDV является их высокая цена.
Преимущества:
· запись изображения и звука в цифровом виде;
· отсутствие потерь качества при перезаписи;
· возможность прямой передачи сигнала на компьютер;
· наличие разъемов S-Video, RCA, DV вход/выход;
· миниатюрные размеры самих видеокамер и кассет (66x48x12 мм с шириной ленты всего 6,35 мм);
· для увеличения плотности записи используется компрессия со средним коэффициентом 5.1, что позволяет достичь качества записи мало уступающего профессиональному Betacam SP;
· разрешение практически соответствует телевизионному (около 500 линий по горизонтали);
· цифровая запись практически лишена шумов цветности свойственной аналоговой записи;
· наличие видеокассет с памятью (только для видеокамер фирмы Sony) для дальнейшего монтажа записи простановка титров, сохранение перечня записей на кассете с последующим быстрым доступом к выбранному отрезку или фотокадру;
· оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания (уровень музыкальных CD), второй - резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании.
Недостатки:
· невозможность воспроизведения записей на обычных видеоплеерах и видеомагнитофонах (только при подключении самой видеокамеры к TV или использовании очень дорогих DV-видеомагнитофонов);
· очень высокая стоимость самих видеокамер и видеокассет;
· небольшое время записи на одну кассету - 60-80 мин. в обычном режиме и 90-120 мин. в режиме Long Play.
Формат DIGITAL 8
Видеокамеры формата Digital 8 были созданы для удешевления и более широкого распространения цифрового видео. Это тот же самый формат DV, только запись происходит на кассету с пленкой 8 мм. Камеры формата VIDEO 8 оснащены по минимуму. Обычно они имеют одну ПЗС- матрицу, оптика камер оставляет желать лучшего, нет настройки баланса белого, которая очень необходима при съемке в помещении, отсутствует оптическая стабилизация изображения. Однако при монтаже материала дефекты съемки можно нивелировать и получить прекрасный фильм. Такие камеры стоят меньше остальных своих цифровых собратьев.
Преимущества:
· цифровая запись звука и изображения с разрешением 500 линий по горизонтали;
· оцифровка звука возможна в 2 вариантах: 2 канала по 16 бит/48 кГц или 4 канала по 12 бит/32 кГц. Первый вариант позволяет достичь максимального качества звучания (уровень музыкальных CD), второй - резервирует 2 канала для наложения звукового и голосового сопровождения при редактировании;
· возможность использования кассет HI-8, Video8 и воспроизведения записей этих форматов, а также оцифровка аналоговых записей через аналоговые входы.
Недостатки:
· небольшое время записи на одну кассету - 60-80 мин. в обычном режиме и 90-120 мин. в режиме Long Play.
Формат DVCAM И DVCPRO
Это форматы профессиональных цифровых видеокамер. Любительских аппаратов, работающих в этих форматах, нет. По принципам обработки сигнала данный формат не отличается от DV, но он адаптирован под нужды профессионального телепроизводства: изменена скорость пленки и ее тип; на пленке используется другое расположение дорожек, есть и иные, не принципиальные отличия. Камеры форматов DVCAM и DVCPRO имеют прекрасную оптику, звук и множество настроек.
Цветовая четкость в DV/DVCAM/DVCPRO в 4 раза меньше яркостной, то есть, образно говоря, одним цветом окрашены 4 рядом стоящих пикселя. DV и DVCAM используют метод 4:2:0, a DVCPRO - 4:1:1. Ученые не могут дать однозначного ответа, что лучше выглядит, однако в любом случае, разница чисто визуально незначительна. Теория цифрового телевидения доказывает, что для абсолютно нормального восприятия видеоизображения достаточно цветовой четкости быть в 4 раза ниже яркостной, т.к. рядом стоящие пиксели реального видеоизображения не могут иметь глобального различия в цвете. История форматов видеозаписи берет свое начало в алгоритмах передачи телевизионного сигнала. Но кроме форматов записи на пленку, существуют форматы сжатия. Причиной рождения последних стал компьютер.
Формат MPEG-2
В 1988 году был учрежден международный комитет под названием MOVING PICTURE EXPERTS GROUP (MPEG). В 1993 году этим комитетом был разработан формат MPEG-1. Первоначально формат планировалось использовать в видеоконференциях для нужд бизнеса, но вскоре он стал применяться в спутниковом телевидении и первых видеодисках (VCD). Сжатое цифровое видео имело качество, сопоставимое с качеством бытового видеомагнитофона, но компакт-диски обладали рядом преимуществ. Максимальная скорость пересылки потока данных у MPEG-1 была 150 кбит/с. для записи одного видеофильма обычно требовалось 2 диска CD-ROM. Вскоре появился формат MPEG-2, в котором по сравнению с MPEG-1 изменились алгоритмы оцифровки сигнала и степень сжатия, битрейт увеличился до 9 Мбит/с. После изобретения цифрового многоцелевого диска (DIGITAL VERSATILE DISK) этот формат стал основным форматом сжатия видеоданных в DVD - системах. Поэтому MPEG-2 сейчас ассоциируется, в первую очередь, с DVD-дисками. При переходе на цифровое телевещание также планируется использовать формат MPEG-2.
В настоящее время некоторые компании производят цифровые видеокамеры, запись в которых осуществляется на маленький восьмисантиметровый DVD-диск в формате MPEG-2. Каждый такой носитель вмещает до часа высококачественной видеозаписи. Диски, используемые в этих камерах, перезаписываемые. Количество циклов перезаписи — около ста тысяч. DVD-камера может начать запись в любой момент, даже во время просмотра отснятого материала, а значит, вы избавлены от риска пропустить интересные кадры.
MicroMV
Формат записи для любительских видеокамер, использующий стандарт сжатия MPEG-2. Оригинальный дизайн MICROMV кассеты обеспечивает не только минимальный ее размер (он составляет всего 30% от размера Mini DV кассеты), но и надежную защиту поверхности пленки, а также равномерную и плавную ее подачу при записи и воспроизведении. Технологической новинкой MICROMV кассеты является встроенный блок 64 килобит памяти. Это позволяет иметь доступ к информации о видеозаписи, хранимой на пленке: когда были записаны последние кадры, какова продолжительность последнего сеанса видеозаписи и как много места для записи еще осталось на кассете. Функция многооконного поиска, использующая эту память, показывает до 11 кадров различных клипов. Вся 60-минутная кассета может быть просмотрена в режиме поиска менее чем за четыре минуты с использованием LCD-экрана, работающего как монитор. Для оперативного редактирования или просмотра отснятого изображения разработана функция MPEGMOVIE AD, которая позволяет записывать 280 секунд видео и звука прямо на встроенную флеш-карту Memory Stick. Затем информация с Memory Stick может быть перенесена на персональный компьютер, где ее можно редактировать, добавлять титры, прикреплять видеоклипы к письмам, пересылаемым электронной почтой и т.д., и т.п. При создании MICROMV корпорация Sony разработала специальные функции и средства интеграции видеокамеры с персональным компьютером, основанные на методе сжатия видеосигнала MPEG-2. Это существенно упрощает размещение отснятого новой видеокамерой материала в сети Интернет, так как данный открытый стандарт используется множеством различных приложений. При скорости передачи 12 Мбит/с MICROMV имеет почти в половину меньший поток данных, чем у DV, что дает значительную экономию места на жестком диске персонального компьютера без потери качества изображения при записи. Первые MICROMV видеокамеры (Sony DCR-IP7 и Sony DCR-IP5) предлагают широкий выбор средств связи с персональным компьютером, включая. LINK (MICROMV IN/OUT), Memory Stick и USB терминал (только DCR-IP7).
В последние годы наблюдается серьезный прогресс в нелинейных программных технологиях монтажа, когда видеоматериал цифруется и сохраняется на жестком диске персонального компьютера для редактирования или дальнейшего копирования. Формат MICROMV и новое поколение видеокамер делают доступными для своих владельцев все преимущества нелинейных технологий монтажа.
Формат MPEG-4
В 1998г. был разработан формат MPEG-4. На сегодняшний день это самый перспективный стандарт видеозаписи с очень высокой степенью сжатия цифрового потока. Но смотреть MPEG-4-фильмы можно только с помощью компьютера, причем довольно мощного — желательно, не хуже PENTIUM 3, 400 МГц, иначе изображение будет воспроизводиться «рывками». Качество кинокартин в MPEG-4, записанных на обычных дешевых CD, не намного хуже, чем фильмов на DVD, зато цена CD-дисков на порядок меньше. Многие современные видеокамеры формата MiniDV могут хранить короткие сюжеты на встроенной флэш-карте в формате MPEG-4.
Стандарт MPEG-7
MPEG-7 является стандартом ISO/IEC, разработанным MPEG (Moving Picture Experts Group), комитетом, который разработал стандарты MPEG-1, MPEG-2 и MPEG-4. Стандарты MPEG-1 и MPEG-2 сделали возможным интерактивное видео на CD-ROM и цифровое телевидение. Стандарт MPEG-4 предоставляет стандартизованные технологические элементы, позволяющие интеграцию парадигм производства, рассылки и доступа к содержимому в области цифрового телевидения, интерактивной графики и интерактивного мультимедиа.
MPEG-7 формально называется «Мультимедиа-интерфейс для описания содержимого» (Multimedia Content Description Interface), он имеет целью стандартизовать описание мультимедийного материала, поддерживающего некоторый уровень интерпретации смысла информации, которая может быть передана для обработки ЭВМ. Стандарт MPEG-7 не ориентирован на какое-то конкретное приложение, он стандартизует некоторые элементы, которые рассчитаны на поддержку как можно более широкого круга приложений.
(Текст составлен на основе статей: 1. Самохин В.И. Прощай, пленка // Стерео и видео. - №113. – 2004, – С.42-49 2. Горюнов М.А. Недорогие видеокамеры // Russian Digital. июль 2003, - С.63-65 3. Сравнительный тест. Видеокассета или DVD. //Стерео и видео. -№110.–2004, – С.89-108 4. http://www.cselt.it/mpeg)
Приложение № 6
Мультимедиа-проекторы
Мультимедиа-проекторы представляют собой устройства отображения на большом экране видеосигналов, формируемых любыми источниками: видеомагнитофонами, проигрывателями видеодисков, видеокамерами, цифровыми фотокамерами, тюнерами спутникового телевидения, персональными компьютерами и т.д.
Описание характеристик Мультимедиа-проекторов
Световой поток
Это переносимая в единицу времени через единицу площади энергия световых волн, субъективно оцениваемая по зрительному ощущению. Единица измерения светового потока - ANSI-лм - была введена в 1992 году Американским Институтом Национальных Стандартов (American National Standard Institute). Она характеризует среднюю величину светового потока на контрольном экране диагональю 1,02 м при минимальном фокусном расстоянии вариообъектива проектора.
Разрешающая способность
Качество изображения характеризуется количеством его элементов (точек) вдоль одной горизонтальной строки и количеством таких строк. Точки называются пикселями. Чем больше пикселей по горизонтали и вертикали может проецировать проектор, тем лучше качество воспроизводимого изображения, особенно содержащего мелкие детали. Это связано с тем, что при высоком разрешении меньше видна пиксельная структура экрана и, соответственно, повышается контрастность и резкость изображения. Разрешающая способность проекторов в последнее время увеличилась: SVGA (800x600), XGA (1024x768) и SXGA (1280x1024). Такие проекторы хорошо отображают сложные графические объекты и совместимы с профессиональной аппаратурой - графическими рабочими станциями.
Строчные и кадровые частоты
поддерживаемой графики
Частота строчной развертки выражается в количестве горизонтальных линий воспроизводимой картинки, сканируемых за одну секунду. Возможность проецировать более высокое разрешение с хорошей резкостью изображения определяется именно высокой строчной частотой.
Частота кадровой развертки выражается в количестве кадров, во время смены которых луч формирует изображение от верхней строки до нижней. Высокая кадровая частота снижает мерцание воспроизводимого изображения.
Коррекция трапецеидальных искажений
Если проектор установлен не перпендикулярно относительно плоскости экрана, возникают геометрические искажения изображения. Картинка в этом случае имеет вид трапеции (отсюда и название искажений - трапецеидальные). Бороться с ними позволяет система оптического сдвига изображения, применяемая в современных видеопроекторах. Кроме того, автоматически придать картинке «правильную» форму во многих моделях можно с пульта ДУ.
Среди разработанных на сегодняшний день технологий проецирования цветного изображения на внешний экран можно выделить четыре основные, получившие наиболее широкое применение в коммерческих продуктах ведущих производителей и различающиеся в первую очередь типом элемента, используемого для формирования изображения:
· CRT - Cathode Ray Tube;
· LCD - (Liquid Crystal Display)
· DLP - (Digital Light Processing);
· D-ILA - Direct Drive Image Light Amplifier.
В каждом случае свойства формирователя определяют основные достоинства и недостатки технологии, а, следовательно, и область применения созданных на ее основе проекционных аппаратов.
CRT -технология
Мультимедийные проекторы на базе электронно-лучевых трубок (CRT) выпускаются в течение уже нескольких десятилетий. Но, несмотря на появление более современных технологий, по качеству воспроизведения изображения (разрешение, четкость, точность цветопередачи), уровню акустического шума (менее 20 дБ) и длительности непрерывной работы (10 000 часов и более) они до сих пор не имеют себе равных. Ни одна другая технология пока не обеспечивает столь же глубокий уровень черного и столь же широкий динамический диапазон яркости изображения, благодаря которым CRT-проекторы позволяют различать детали даже при демонстрации затемненных сцен.
Физические характеристики флюоресцирующего покрытия экрана трубки исключают потерю информации при воспроизведении видеосигналов разных стандартов (NTSC, PAL, HDTV, SVGA, XGA и т. д.), а сходство технологии производства используемых в проекторах трубок с телевизионными обеспечивает точность передачи цветов без применения алгоритмов гамма-коррекции.
Обладая несомненными достоинствами, особенно при демонстрации видео, CRT-проекторы имеют и ряд существенных недостатков, ограничивающих сферу их применения. При значительных габаритах и массе в несколько десятков килограмм они проигрывают современным портативным
мультимедиа-проекторам в яркости. При характерном для них световом потоке в пределах от 100 до 300 ANSI-лм просмотр программ возможен лишь в отсутствие внешнего освещения. Для достижения наилучшего качества изображения при инсталляции CRT-проектора нужно выполнить множество тонких настроек (сведение лучей, баланс белого и т.д.), что требует привлечения квалифицированного персонала. Таким образом, к достаточно высокой цене самого устройства могут добавиться значительные эксплуатационные расходы.
Устройство CRT -проектора
Наиболее совершенные CRT-проекторы строятся на трех электронно-лучевых трубках с размером экрана от 7 до 9 дюймов по диагонали (рис.16). Каждая трубка воспроизводит один из базовых цветов RGB - красный, зеленый, синий.
Выделенные из входного сигнала цветовые составляющие управляют работой модуляторов соответствующих трубок, меняя интенсивность 
электронного луча, который под воздействием магнитного поля отклоняющей системы сканирует внутреннюю поверхность экрана трубки с фосфорным покрытием. Таким образом, на экране трубки формируется изображение одного цвета. С помощью линзы оно проецируется на внешний экран,
Рис. 16. где смешивается с проекциями от
двух других трубок для получе-
ния полноцветной картинки.
LCD -технология
В мультимедийных проекторах, выполненных по технологии LCD (Liquid Crystal Display), функции формирователя изображения выполняет LCD-матрица просветного типа. По принципу действия такие аппараты напоминают обычные диапроекторы с той разницей, что проецируемое на внешний экран изображение формируется при прохождении излучаемого лампой светового потока не через слайд, а через жидкокристаллическую панель, состоящую из множества электрически управляемых элементов - пикселов. В зависимости от величины приложенного к каждому такому элементу переменного напряжения меняется его прозрачность, а, следовательно, и уровень освещенности участка экрана, на который проецируется данный пиксел. LCD-технология позволила существенно удешевить проекционные аппараты, уменьшить их габариты и одновременно увеличить излучаемый ими световой поток (в наиболее мощных моделях он достигает и 10000 ANSI-лм). Она естественным образом адаптирована к воспроизведению видеосигналов от компьютерных источников, а также сохраненных в цифровом формате видеофайлов. LCD-проекторы просты в обращении и настройке и сохраняют свои параметры после транспортировки. Именно поэтому они широко применяются в бизнес-сфере для проведения презентаций и демонстрации шоу-программ. Вместе с тем, из-за ограниченности собственного оптического разрешения, определяемого числом пикселов в жидкокристаллической матрице формирователя изображения, LCD-проекторы воспроизводят без искажения сигналы только одного, как правило, компьютерного стандарта SVGA, XGA и т.д. Для воспроизведения сигналов иных стандартов, в том числе телевизионных, применяются специальные алгоритмы преобразования графической информации к естественному для данного проектора цифровому формату. Наличие непрозрачных промежутков между отдельными пикселами в жидкокристаллических матрицах приводит к появлению на экране сетки, различимой с близкого расстояния. С переходом на полисиликоновые матрицы с более плотной структурой пикселов и разрешением XGA и выше этот недостаток становится практически незаметным, а постоянное совершенствование алгоритмов формирования цветного изображения значительно улучшает его качество по сравнению с моделями более ранней разработки. Принцип работы жидкокристаллических матриц, используемых в LCD-проекторах в качестве формирователей изображения, основывается на свойстве молекул жидкокристаллического вещества менять пространственную ориентацию под воздействием электрического поля и оказывать поляризующий эффект на световые лучи.
В многослойной структуре матрицы, представляющей собой прямоугольный массив множества отдельно управляемых элементов (пикселов),
| слой жидких кристаллов помещается между стеклянными пластинами, на поверхности которых нанесены бороздки. Благодаря им, во всех элементах матрицы удается сориентировать молекулы идентичным образом, причем, вследствие взаимно перпендику-лярного расположения бороздок двух пластин, ориентация молекул меняется по мере удаления от одной из них и приближения к другой на 90°. |
Пропущенный через такой слой жидко-кристаллического вещества поляризованный свет также меняет плоскость поляризации на 90°. Находясь под воздействием электрического поля, молекулы жидкокристаллического слоя меняют свою ориентацию, и угол поворота плоскости поляризации светового потока заметно уменьшается. В этом случае большая часть светового потока поглощается выходным поляризатором. Таким образом, управляя уровнем электрического поля, можно менять прозрачность элементов матрицы. В LCD-панелях с активной адресацией пикселов, выполненных с применением подложек из аморфного кремния, каждый элемент работает под управлением отдельного тонкопленочного транзистора (TFT - Thin Film Transistor). Сам транзистор и соединительные проводники, занимая значительную часть поверхности матрицы, снижают ее световую эффективность, препятствуя увеличению разрешения, определяемого числом пикселей.
Переход на полисиликоновую технологию (p-Si), широко применяемую в современных LCD-проекторах, позволил перенести элементы схемы управления в слой поликристаллического кремния и заметно уменьшить размеры проводников и управляющих транзисторов. Тем самым, удалось повысить световую эффективность матриц и обеспечить условия для увеличения их разрешения. Дополнительный выигрыш по световому потоку в некоторых LCD-матрицах обеспечивает микролинзовый растр - каждый элемент матрицы снабжается собственной микролинзой, направляющей световой поток через прозрачную область. Подобные матрицы сегодня применяются во многих LCD-проекторах.
Устройство LCD -проектора
Современные LCD-проекторы выполняются на базе трех полисиликоновых жидкокристаллических матриц, размером, в основном, от 0.7 до 1.8 дюймов по диагонали. Структурная схема такого проектора представлена на (рис.17). Световое излучение лампы с помощью конденсора преобразуется в равномерный световой поток, из которого дихроичные зеркала-фильтры выделяют три цветовые составляющие (красную, синюю и зеленую) и направляют их на соответствующие LCD-матрицы. Сформированные ими цветные изображения объединяются в цветосмесительном призматическом блоке в одно полноцветное, которое затем через объектив проецируется на внешний экран.
Рис. 17.
DLP -технология
Первый цифровой проекционный блок, запатентованный под торговой маркой DLP (Digital Light Processing), фирма Texas Instruments представила весной 1996 года. Его основу составляет микрозеркальный чип DMD (Digital Micromirror Device), выполняющий функцию модулятора света. Микрозеркала размером не более 16x16 мкм, количество которых зависит от разрешения проектора, крепятся на подложке DMD с помощью механических подпружиненных подвесов, позволяющих им поворачиваться и занимать крайние положения, соответствующие попаданию отражаемого ими света в проекционный объектив, или нет. Каждый пиксель содержит управляющий и пару адресных входов (рис.18).
|
|
напряжений отклоняет зеркало к од ному
из крайних положений, соответствующих состояниям «включено» и «выключено». Время оптического переключения состояний микрозеркал не превышает 2 мкс, а управление их положением осуществляется широтно- импульсной модуляцией (ШИМ).
Главное преимущество по сравнению с формирователями иного типа заключается в высокой световой эффективности, обусловленной двумя факторами: более эффективным использованием рабочей поверхности формирователя (коэффициент использования - до 90%) и меньшим поглощением световой энергии работающими «на отражение» микрозеркалами, которые к тому же не требуют применения поляризаторов. В силу этих причин, а также относительно простого решения проблемы отвода, тепла, DLP-технология позволяет создавать как мощные проекционные аппараты с большим световым потоком (в настоящее время достигнут уровень 18000 ANSI-лм), так и сверхминиатюрные проекторы (ультрапортативные) для мобильных пользователей. Именно в этих классах продуктов DLP-технология сегодня доминирует.
Современные DLP-проекторы строятся по схеме с одним, двумя и тремя DMD-кристаллами. Как и LCD-аппараты, они характеризуются собственным оптическим разрешением, определяемым числом микрозеркал в DMD-матрице, и наилучшим образом приспособлены для воспроизведения графической и видеоинформации, хранящейся в цифровом формате (компьютерные файлы, записи на DVD-дисках). Используемый в них принцип формирования полутонов (а также полноцветного изображения в устройствах с одной DMD-матрицей) основывается на свойстве человеческого глаза усреднять визуальную информацию за короткий промежуток времени и требует применения сложных алгоритмов пересчета входных данных в управляющие микрозеркалами ШИМ-последовательности (сигналы с широтно-импульсной модуляцией). Качество алгоритмов во многом определяет достигаемую точность цветопередачи.
Таким образом, принципиальной особенностью любого DMD-кристалла является наличие в его структуре подвижных механических элементов. В DLP-проекторах DMD-кристалл выполняет функции формирователя изображения. В зависимости от положения микрозеркала отраженный им световой поток направляется либо в объектив (на экране формируется светлое пятно), либо в светопоглотитель (соответствующий участок экрана остается затемненным).
Для воспроизведения полутонов применяется метод широтно-импульсной модуляции (ШИМ) сигналов, управляющих переключением зеркал. Чем больше времени в течение усредняемого глазом интервала в 1/60 секунды микрозеркало проводит в состоянии «включено», тем ярче пиксел на экране.
Устройство DLP -проектора
Современные DLP-проекторы строятся по схеме с одним, двумя и тремя DMD-матрицами. В одноматричном DLP-проекторе (рис.19) световой поток лампы пропускается через вращающийся фильтр с тремя секторами, окрашенными в цвета составляющих пространства RGB (в современных моделях к трем цветным секторам добавлен четвертый прозрачный, что позволяет увеличить световой поток мультимедийного проектора при демонстрации изображений с преобладающим светлым 
фоном). В зависимости от угла поворота фильтра (а, следовательно, и цвета падающего светового потока) DMD-кристалл формирует на экране синюю, красную или зеленую картинки, которые последовательно сменяют одна другую за короткий интервал времени. Усредняя отражаемый
|
Дата: 2019-03-05, просмотров: 189.
