För de flesta av oss är det vanliga elektroniska enheter som TV-apparater, videobandspelare. och videokameror är mystiska. Även om många av oss kanske har en vag uppfattning om hur en bild tar sig från lins till band, tar de flesta av oss bara för givet att en bild visas på skärmen när vi startar våra videokameror och trycker på inspelningsknappen.
Som Videomaker-läsare har du dock troligen mer än ett övergående intresse för hur en videokamera fungerar. Till exempel kan du vara nyfiken på varför dina bilder ibland ser klara och orörda ut, och varför de ibland ser grumliga och korniga ut.
I den här artikeln, ta en titt på hur en videokamera förvandlar ljuset som kommer in i linsen till en signal som din TV kan tolka. Tja, följ den signalen genom videokameran, ut på kabeln och till vilken sorts växel du än väljer att vrida igenom den. Tja täcker lite teknisk grund, men oroa dig inte - vi kommer inte att gå för djupt in i detaljerna. Försök bara att få dig till den punkt där du har en bättre förståelse för videosignalen och de elektroniska vägarna, både inuti och utanför din videokamera, som får videons magi att hända.
Först kommer ljus och ljud
Innan din videokamera kan skapa en signal för att representera rörliga bilder och ljud, måste den först samla ljuset och ljudet som vi vanligtvis ser och hör med våra ögon och öron. Istället för ögon har videokameran en lins. I praktiken fungerar objektivet på ungefär samma sätt som ditt öga gör:det samlar ljuset som studsar från motivet och fokuserar det till en skarp bild på videokamerans CCD (Charge Coupled Device), ungefär som ljuset som kommer in i ögat är fokuserad på din näthinna. Istället för öron har videokameran en mikrofon, som också fungerar ungefär som sin mänskliga motsvarighet. Mikrofonen, som ett mänskligt öra, fångar upp variationer i lufttrycket och omvandlar dem till en elektrisk signal.
De två enheterna som omvandlar händelser i den naturliga världen till en elektrisk signal – CCD och mikrofonen – tillhör en klass av objekt som kallas givare. De kallas omvandlare eftersom de omvandlar, eller ändrar, energi från en form till en annan. Således blir ljusenergi och lufttryck fluktuationer i elektrisk ström, som din videoutrustning tolkar och återskapar till bild och ljud.
CCDs roll
Som nämnts ovan sitter Charge Coupled Device (CCD) i mitten av videokamerans bildskapande apparat. Den består av hundratusentals ljuskänsliga pixlar arrangerade i ett rektangulärt rutnät. Var och en av dessa pixlar lagrar en elektrisk laddning i proportion till mängden och varaktigheten av ljuset som träffar den. Var 60:e sekund (en halv bildruta eller ett enda fält av video) läser videokameran dessa laddningar och kombinerar dem för att skapa en signal.
Om en videokamera bara mätte mängden och varaktigheten av ljus som träffade CCD:s pixlar, så skulle vi fortfarande ta bilder i svartvitt. Med andra ord är en CCD till sin natur en färgblind enhet. Videokameror extraherar färginformation från monokroma sensorer på ett av två sätt. Dessa olika tillvägagångssätt för färgextraktion delar upp videokamerafältet i två läger.
En-CCD-videokameror använder en enda CCD-sensor för att hantera alla bildskapande uppgifter. En sådan videokamera hämtar färginformation från sensorn genom att täcka den med en rad färgade linser som kallas ett mosaikfärgfilter. Detta betyder att om du kunde titta mycket noga på CCD:n, skulle du se att den är täckt av röda, gröna och blå linser. Med hjälp av dessa linser och lite smart elektronisk bearbetning kan videokameran härleda både en ljusstyrka (luminans) och färg (krominans) signal från det enda CCD-chippet.
Den andra och mycket överlägsna metoden för att extrahera färg är designen med tre chip. Tre-chips videokameror använder en trio av CCD, var och en specialiserad på en viss färg. Genom att använda ett komplext prismablock eller arrangemang av speglar och filter delar en 3-CCD-videokamera upp ljuset som kommer genom linsen i tre färgkomponenter. Ljus från var och en av färgerna (röd, grön och blå) går till sin egen sensor. Videokameran kombinerar utsignalen från dessa tre chips för att skapa en fullfärgsvideosignal.
Enkel-CCD-bildsystem är mindre, lättare, mindre komplexa och billigare. Tre-CCD-system, även om de är större och dyrare, levererar i allmänhet färger som är mer exakta vid en högre upplösning. Tre-CCD-designer kan också ge en svårdefinierad förbättring av bilddjup och realism. Tre-CCD-videokameror har ofta bättre objektiv än sina motsvarigheter med ett chip, för att hålla jämna steg med den ökade upplösningen och färgrepresentationen.
De senaste åren har en trend sett mot mindre och mindre bildsensorer i videokameror, från 1/2-tum till 1/3-tum till dagens små 1/4-tums design. En mindre CCD betyder inte bara en mindre sensorenhet; det betyder ett mindre objektiv också. Varje aspekt av en linsdesign pekar tillbaka på hur stor bild den behöver skapa. Om en lins behöver bada en 1/4-tums sensor i ljus istället för en 1/2-tums sensor, kan designers krympa linsenheten avsevärt. Detta översätts till mindre, billigare och mer kompakta videokameror.
Eftersom en CCDs känslighet är proportionell mot ytan på varje pixel, kommer en mindre sensor att vara mindre känslig för ljus om alla andra variabler hålls lika. I verkligheten hålls dock variablerna inte lika. CCD-tillverkare har hittat sätt att samla mer ljus på en mindre sensor. Detta ger dagens mindre CCD-designer en känslighet för svagt ljus i nivå med den för större sensorer.
Sensorupplösning spelar också en faktor i bildkvaliteten, upp till en viss punkt. När en sensors upplösning överstiger inspelningssystemets och bandformatet, finns det lite att vinna genom att öka sensorns pixelantal. En CCD på 270 000 pixlar ger bra upplösning för ett standardformat som 8 mm eller VHS. Kommer en sensor på 470 000 pixlar att resultera i skarpare bilder i dessa format? Antagligen inte. Där extra pixlar kan användas är med digital zoom och bildstabilisering.
Signalbehandling
Som vi har sett är CCD:s uppgift att samla ljuset, mäta det och förvandla det till en elektronisk signal. När det jobbet är klart finns det fortfarande några ringar som signalen har kvar att hoppa igenom innan den spelas in på band eller lämnar videokameran genom utgångsjacken.
Under den allmänna rubriken signalbehandling inkluderar vi alla processer som resulterar i massage av video- och/eller ljudsignaler. Dessa processer inkluderar titlar, specialeffekter och vinst, bland annat. Låt oss ta en titt på var och en av dessa i tur och ordning.
När du använder videokamerans titlar, eller till och med dess tids- och datumstämpel, avbryter du videosignalen och gör ändringar (lägger till alfanumeriska tecken). Detta skapar en möjlighet för brus att komma in i signalen.
Effekter i kameran avbryter också videosignalen och utför subtila ändringar i din inspelade video. De flesta specialeffekter i kameran uppnås genom att digitalisera signalen en bildruta (eller fält) i taget och manipulera den medan den reduceras till en sträng av siffror. Alla lägger dock till lite brus till signalen.
Vissa videokameror har en funktion som kallas Gain Up, som ökar spänningsnivån för hela signalen för att göra den ljusare. Syftet med Gain är att tillåta fotografering i svagt ljus, men det tillför vanligtvis en avsevärd mängd brus till signalen.
Lärdomen att lära sig här är enkel:varje gång du manipulerar en videosignal, oavsett hur subtilt det är, läggs mer brus till din bild. När videokameran har bearbetat signalen är den redo att spelas in på band.
Magnetmagi
För att spela in signalen på ett videoband använder din videokamera magneter. Den består av en trumma som innehåller separata huvuden som spelar in video, ljud och styrinformation på bandet. Videoband, om du inte redan visste, är plast, med en magnetiskt aktiv beläggning. När huvudena kommer i kontakt med tejpen organiserar de partiklarna på tejpen i separata spår med hjälp av magneterna. En videokamera eller videobandspelare använder minst två inspelningshuvuden, ett för varje videofält i en bildruta. Många använder fyra eller fler huvuden för att spela in, vanligtvis för att ge bättre paus- och stillbildslägen. Som du vet genom att jämföra bilder som tagits med standarduppspelning (SP) och lång uppspelning (LP) i en videokamera, ju snabbare ett band rullar över inspelningshuvudena, desto bättre bild får du. Den högre hastigheten ger mer utrymme på bandet för en given kvantitet signal. För att maximera mängden utrymme som huvudena kan använda för att skriva en signal använder videoband ett system som kallas spiralavsökning.
Helixscanning fungerar så här:spåren på bandet läggs på ett diagonalt sätt (se figur 3a). Trumman som innehåller skivhuvudena är också uppställd i vinkel. När bandet passerar huvudena i trumman är en ny del av bandet alltid redo för inspelning. Uppspelningen är liknande, men utan att huvudena omorganiserar de magnetiska partiklarna på bandet. Vid uppspelning läser uppspelningshuvudena bara spåren. Den konverterar sedan spåren på bandet till en annan videosignal som kan gå ut ur videokameran.
Utanför kameran
När signalen lämnar videokameran blir den ännu mer mottaglig för brus. Den går in i en grym värld fylld av elektromagnetisk strålning som verkar komma från alla håll samtidigt.
Tänk på det:signalen går längs en lång tråd, som egentligen inte är något annat än en stor antenn som tar upp alla fluktuationer som kan kryssa genom spektrumet vid varje givet ögonblick. Avskärmning på dina video- och ljudkablar är bra, men det eliminerar inte problemet helt.
Vid det här laget är din videosignal förmodligen fortfarande ganska bevakningsbar; även om den var lite försämrad från den ursprungliga formen den var i när den lossnade från videokamerans CCD. Hemvideografer är dock ökända för att utsätta sina videosignaler för varje form av grymhet som människan känner till innan de låter någon se dem. De lägger till titlare, specialeffektgeneratorer (SEG), datorer och andra enheter till signalvägen, och ofta, i försöket att skapa en bländande video, kommer de att introducera en hel del brus till sin signal. När de är klara ser deras bilder korniga ut och ljudet låter dämpat och otydligt.
För att detta inte ska hända med dina signaler kan du vidta flera försiktighetsåtgärder. Det enklaste är förmodligen att undvika att placera för många enheter i vägen för din signal. Till exempel bör du bara bifoga titlar och SEG när de behövs. Och du bör undvika signalprocessorer helt och hållet, för i deras försök att höja kvaliteten på signalen skapar de alltid motsatt effekt genom att lägga till brus.
Tro inte att du är på väg att redigera med en dator. Alla digitala system som använder analoga videoingångar (inklusive komposit- och S-videoingångar) utsätter dina bilder för ökat brus för att inte tala om kompressionsartefakter. I sådana situationer, använd S-videoanslutningar när det är möjligt för att minimera skadorna. Här är varför:vanliga videokablar i RCA-stil är kompositkablar, vilket innebär att de bär en signal som är en blandning, eller en komposit, av svartvitt och färgvideoinformation. De flesta typer av videoutrustning (inklusive din videokamera) behandlar den svartvita delen av signalen separat från färgdelen av signalen. För att skicka en sammansatt signal ner i kabeln måste de två delarna av signalen gå igenom en process som kallas modulering. På liknande sätt, innan utrustningen i andra änden kan tolka signalen, måste den demoduleras. Varje gång du modulerar eller demodulerar signalen, gissa vad som händer? Just det:mer brus.
S-videokablar håller färgen och de svartvita delarna av videosignalen åtskilda. Detta betyder att du inte behöver oroa dig för det extra bruset som kommer från modulering och demodulering. Du behöver dock fortfarande oroa dig för störningar som orsakas av att EMR stöter på kabeln, så en skärmad S-videokabel är väl värt investeringen.
FireWire-kablar, å andra sidan, bär en digital signal, som är mycket motståndskraftig mot brus. Genom att sända en rent digital signal kan du få en bild som är nästan lika ren som den var när den lossnade från CCD:n. Det betyder att du kan överföra din videosignal från en digital videokamera till en dator, lägga till alla möjliga tjusiga titlar och effekter och sedan dumpa den tillbaka till digitalt band med praktiskt taget ingen förlust i signalkvalitet.
Om du arbetar helt i en digital miljö och ansluter din utrustning via FireWire, har du väldigt lite att oroa dig för. Dina video- och ljudsignaler, eftersom de är digitala, kommer att kunna motstå flera kopior utan att ge efter för brusets ondska.
Sammanfattningsvis
När allt är sagt och gjort, finns det mycket mer i din videokamera än vad man kan se. Även den mest grundläggande modellen innehåller ett mycket sofistikerat bildsystem som är inget mindre än ett vetenskapligt under.