Аналоговый видеосигнал: принципы передачи¶

Аналоговый видеосигнал — это электрический сигнал, параметры которого (амплитуда, частота или фаза) изменяются непрерывно во времени и пропорционально яркости и цветности элементов передаваемого изображения. В отличие от цифрового видеосигнала, который представляет изображение в виде дискретных битовых последовательностей, аналоговый сигнал передаёт информацию в форме непрерывной физической величины — напряжения или тока. Аналоговое видео исторически стало первым способом электрической передачи движущихся изображений и оставалось доминирующим стандартом в телевидении и видеозаписи на протяжении большей части XX века.

¶Принципы формирования

Формирование аналогового видеосигнала основано на разложении изображения на отдельные строки (горизонтальные линии развёртки). В телевизионной камере световой поток, проецируемый на светочувствительную мишень, преобразуется в электрический сигнал, амплитуда которого в каждый момент времени соответствует яркости конкретной точки строки. Для передачи движения используется принцип последовательной развёртки: кадр разбивается на строки, которые передаются одна за другой, а затем следует сигнал кадрового гасящего импульса, обозначающий начало нового кадра.

Стандартная структура аналогового видеосигнала включает три основных компонента:

• Видеосигнал яркости — основная составляющая, несущая информацию о яркости (светлоте) изображения;
• Синхроимпульсы — служебные сигналы, обеспечивающие согласованную работу передающего и приёмного устройств (строчные и кадровые);
• Гасящие импульсы — уровни сигнала, закрывающие электронный луч в моменты обратного хода развёртки.

¶Системы цветного телевидения

Для передачи цвета в аналоговом видеосигнале используются три основные системы, разработанные в середине XX века: NTSC, PAL и SECAM. Все они основаны на принципе совместимости: чёрно-белые телевизоры могут принимать цветной сигнал, игнорируя цветовую поднесущую.

• NTSC (National Television System Committee) — разработана в США в 1953 году, используется в Северной Америке, Японии и части стран Юго-Восточной Азии. Частота кадров — 30 (точнее 29,97), количество строк — 525.
• PAL (Phase Alternating Line) — разработана в Германии в 1963 году, используется в большинстве стран Европы, Азии, Африки и Австралии. Частота кадров — 25, строк — 625. Отличается фазовой коррекцией ошибок цветопередачи.
• SECAM (Séquentiel couleur à mémoire) — разработана во Франции в 1956 году, принята в СССР и странах Восточной Европы. Частота кадров — 25, строк — 625. Использует последовательную передачу цветоразностных сигналов.

¶Способы передачи

Аналоговый видеосигнал может передаваться по различным физическим средам. Наиболее распространённые интерфейсы:

• Композитный видеосигнал — передача полного видеосигнала (яркость, цветность, синхронизация) по одному коаксиальному кабелю (разъём RCA или BNC). Простой, но с ограниченным качеством из-за взаимных помех составляющих.
• Компонентный видеосигнал — раздельная передача сигнала яркости (Y) и цветоразностных сигналов (Pb, Pr или Cb, Cr) по трём кабелям. Обеспечивает более высокое качество, используется в профессиональном оборудовании.
• S-Video (Y/C) — раздельная передача яркости и цветности по двум линиям. Промежуточный вариант между композитным и компонентным сигналом.

Для радиочастотной передачи (эфирное и кабельное телевидение) аналоговый видеосигнал модулирует несущую частоту — используется амплитудная модуляция (АМ) для видео и частотная (ЧМ) для звукового сопровождения. В России и странах СНГ применяется стандарт вещания D/K с шириной канала 8 МГц.

¶Характеристики и параметры

Ключевые параметры аналогового видеосигнала:

• Разрешающая способность — определяется количеством строк развёртки (625 в PAL/SECAM, 525 в NTSC) и полосой пропускания видеотракта (обычно 5–6 МГц);
• Частота кадров — 25 (PAL/SECAM) или 30 (NTSC) кадров в секунду;
• Чересстрочная развёртка — каждый кадр делится на два полукадра (поля) с чётными и нечётными строками, что снижает заметность мерцания при ограниченной полосе пропускания;
• Размах видеосигнала — полный размах от уровня синхроимпульсов до уровня белого составляет 1 В на нагрузке 75 Ом.

¶Применение и устаревание

Аналоговый видеосигнал применялся в телевизионном вещании, системах видеонаблюдения, видеомагнитофонах (VHS, Betamax, Video 8), видеокамерах и мониторах с электронно-лучевыми трубками. С конца 1990-х годов начался постепенный переход на цифровые стандарты (MPEG-2, H.264, DVB), завершившийся полным отказом от аналогового эфирного вещания в большинстве стран мира. В России аналоговое эфирное телевещание было отключено в 2019 году. Тем не менее, аналоговые интерфейсы (композитный, S-Video, компонентный) до сих пор используются в некоторой бытовой технике, системах видеонаблюдения и профессиональном оборудовании для совместимости со старыми устройствами.

¶Источники

• Смирнов А. В. «Основы телевидения и видеотехники». — М.: Горячая линия — Телеком, 2009.
• Джакония В. Е. «Телевидение». — М.: Горячая линия — Телеком, 2002.
• Певзнер Б. М. «Аналоговое и цифровое телевидение». — М.: Радио и связь, 1999.