516_Mamchev, G. V. Televidenie Vysokoj Chetkosti

Он обладает высокой надежностью и может получать питание от источника питания напряжением 6…24 В, а это значит, что для питания прибора можно применять те же аккумуляторы, от которых работают видеокамеры. Потребляя всего 8 Вт, прибор выдает световой поток в 250 лм.

Накамерный световой прибор укомплектован съемными четырехлепестковыми шторками, которые могут поворачиваться на 45 . Удобный фиксатор позволяет легко заменять оптические насадки. В стандартной комплектации Reporter 8LEDim поставляется с рефлектором, смягчающим световой поток, что бывает важным при съемке средних и крупных планов интервьюируемого или телерепортера. Надежный кронштейн обеспечивает точное позиционирование прибора. При размерах накамерного прибора, равных 95 57 96 мм, масса составляет 0,4 кг (включая шторки).

6.3. Источники питания видеокамер

Залогом надежной работы видеокамеры, помимо нее самой, является источник питания, которым в подавляющем большинстве случаев внестудийной работы является аккумуляторная батарея (АКБ).

АКБ принадлежит к самым необходимым дополнительным устройствам, поскольку поддерживает электропитание всех блоков видеокамеры (нередко и аксессуаров). В зависимости от химической основы элементов питания выделяются три основных типа АКБ, используемых в профессиональной телевизионной технике: никель-кадмиевые (Ni-Cd), никель-металлогидридные (Ni-Mн) и литиево-ионные (Li-Ion).

Щелочные и свинцово-кислотные АКБ в настоящее время практически не применяются. Причина в том, что они громоздки, тяжелы, обладают относительно малой удельной емкостью и ненадежны в эксплуатации. Никелькадмиевые аккумуляторы наиболее дешевы, при правильной эксплуатации допускают большое количество циклов перезарядки и высокий ток разряда, относительно устойчивы к низким температурам и ударам. Главные недостатки заключаются в невысокой плотности заряда (достаточно большие габариты) и в возможном снижении емкости в процессе эксплуатации.

При использовании АКБ следует помнить о так называемом «эффекте памяти», который проявляется при неправильной эксплуатации батареи, то есть постановке ее на заряд в не до конца разряженном состоянии. Если такая ошибка допускается систематически, то емкость батареи уменьшается практически на величину недоразряда. Поэтому Ni-Cd-аккумуляторы необходимо полностью разряжать перед зарядкой, в противном случае АКБ отдает только заряд, полученный в ходе последней подзарядки вследствие «эффекта памяти». В Ni-Cd АКБ последних моделей явно этот эффект не проявляется. Однако некоторое снижение емкости может происходить при многократной подзарядке недоразряженной батареи, длительном хранении заряженной АКБ и перезарядке.

Аккумуляторы Ni-Mн-типа несколько дороже, но реже теряют емкость, имеют повышенную плотность заряда. Они требуют тщательного автоматиче-

ского контроля при зарядке, допускают меньшее количество перезарядок. Практически все Ni-Mн АКБ после работы в зимних условиях существенно теряют емкость. Li-Ion аккумуляторы – наиболее дорогие, но допускают подзарядку в любой момент времени, так как не подвержены вредному «эффекту памяти», имеют очень высокую плотность заряда (малые габариты), лучше других переносят понижение температуры.

Различные модели АКБ отличаются не только внешним видом, емкостью, напряжением и другими эксплуатационными параметрами, но и типом крепления. Выпускаются аккумуляторы с узлами крепления Gold-mount, V-mount, а также типа NP. V-образный узел крепления позволяет быстро и удобно устанавливать и снимать батарею. Поскольку в этом устройстве не требуется никаких внешних кабельных соединений, батареи можно присоединять и отсоединять одним быстрым движением. В целом данный узел крепления характеризуется высокой прочностью и надежностью и рекомендуется для использования в сложных условиях эксплуатации телевизионной журналистики.

Современная АКБ – это не просто источник питания. Это целая техническая система, достаточно часто снабженная микропроцессором и позволяющая отображать на дисплее видоискателя камеры разнообразную информацию: степень разряда; время, оставшееся до полного разряда; количество циклов «заряд – разряд». Кроме того, на корпусе цифровых литиево-ионных батарей расположен специализированный дисплей, на который дополнительно выводятся данные об оставшемся времени работы аккумулятора под нагрузкой в часах, минутах, что является несомненным плюсом батарей данной серии.

Видеокамеры (камкордеры) обычно питаются от никель-кадмиевой АКБ с напряжением 13,2 или 14,4 В. Она крепится к задней стенке записывающего блока. Используются аккумуляторы разной емкости. Для получения увеличенного времени работы видеокамеры используется несколько батарей, соединенных параллельно и размещенных в аккумуляторном поясе оператора.

Большинство камкордеров потребляют от 15 до 45 Вт и запитываются от АКБ емкостью 4 Ач. Это обеспечивает от 1 до 2 часов непрерывной работы в зависимости от потребляемой видеокамерой мощности и использования накамерного света. На эффективность работы и срок службы аккумулятора, помимо принципа электрохимических процессов, решающим образом влияют метод зарядки, характер разряда и температура, при которой используется батарея.

Для примера в табл. 6.1 приведены основные параметры аккумуляторов, выпускаемых компанией SWIT Electronics (КНР), применяемых для автономного питания современных видеокамер и накамерных устройств [55].

В последнее время в связи с распространением компактных образцов видеотехники – камер, рекордеров, осветительных приборов и т.д. – стали широко применяться и АКБ соответствующих габаритов. Но проблема в том, что есть один класс устройств, практически не подлежащих миниатюризации, – это объективы. А ведь аккумулятор не зря крепится к задней части камеры, поскольку он играет роль не только источника питания, но и балансирующего противовеса. Поэтому если на компактную камеру, например Canon XL, установить тяжелый профессиональный вариообъектив, то и штатную АКБ, следует заменить более

тяжелой (для этого выпускаются соответствующие адаптеры), иначе будет очень неудобно работать, поскольку центр тяжести камеры существенно сместится в сторону объектива.

Таблица 6.1

Технические характеристики аккумуляторов SWIT Electronics для профессиональных видеокамер

6.4. Конструктивные особенности узконаправленных микрофонов

Большинство видеокамер имеет встроенный микрофон и гнездо для подключения внешнего микрофона. Встроенный микрофон «трубчатого» типа (микрофон «бегущей волны») размещается на конце телескопического стержня, который может выдвигаться вперед, перемещая микрофон на некоторое расстояние перед камерой. Пористый защитный чехол, надеваемый на микрофон, не только предохраняет его от пыли и механических повреждений, но и предотвращает запись от нежелательных внешних шумов, например, шума ветра.

Втелевидении такие микрофоны называются «пушками» потому, что их можно установить на дальнем расстоянии от источника звука (2...10 м) и как бы прицелиться. Расстояние, на котором можно установить «пушку», не выходя за рамки технических стандартов по разборчивости звука, определяется чувствительностью микрофона.

Длина корпуса «пушки» варьируется в пределах 15…1000 мм, и чем она больше, тем сильнее подавляются звуки, приходящие от источников, расположенных вне поля зрения камерного объектива. Эти качества незаменимы для «захвата» звука в строго ограниченной зоне, куда направлен объектив.

Вотличие от обычных микрофонов, «пушки» принимают звук не на плоскость мембраны, а вдоль линии корпуса – звуковода, совпадающей с направлением на источник звука (рис. 6.1) [56]. Звуковод – это акустически открытый «ствол», представляющий собой металлическую трубку диаметром 10...30 мм со специальными щелевыми отверстиями, размещенными круговыми рядами по всей его длине. Конденсаторный микрофонный капсюль установлен глубоко внутри. Поскольку скорость осевого распространения звуковых волн вне трубки и внутри не одинакова, очевидно, что по оси направленности волны, проникающие в звуковод через все щелевые отверстия, будут складываться по фазе.

Инаоборот, звуковые волны, приходящие под некоторым углом к оси направленности микрофона, будут рассогласованы по фазе, так как в этом случае скорость их распространения внутри звуковода будет больше, чем осевая составляющая скорости звука снаружи. Именно поэтому чувствительность микрофо- на-«пушки» вне оси направленности – сбоку и сзади – минимальна.

Рис. 6.1. Конструкция микрофона «бегущей волны»

Однако одной «пушки», да еще зафиксированной на видеокамере, не всегда достаточно для записи звукового сопровождения, поэтому нормой является использование выносных микрофонов различного типа. Типы и виды их весьма разнообразны и должны определяться спецификой задач съемки.

Устранить проблему «привязанности» микрофона к видеокамере можно за счет радиосистемы. На камеру устанавливается приемник, принимающий сигнал с ручного радиомикрофона. При мощности передатчика радиомикрофона до 10 мВт обеспечивается стабильная работа и высококачественная передача звукового сигнала, а в открытом пространстве без специальных антенн и усилителей удается покрыть расстояние в несколько сотен метров.

Обычно в микрофонах, поставляемых с видеокамерами, имеются встроенные фильтры, ослабляющие частоты ниже 250 Гц. Это сделано для дополнительного ослабления шума ветра, так как поставить специальную ветрозащиту на камеру нельзя по конструктивным соображениям. При этом ослабляются и шумы дорожного движения.

6.5. Устройства беспроводной передачи аудиовизуальной информации от видеокамер

Для видеосъемки спортивных программ и актуальных сюжетов новостей, трансляции больших концертов, различных крупномасштабных общественных мероприятий, в системах видеонаблюдения (охранных системах) требуются не только мобильное съемочное телевизионное оборудование, но и оперативная доставка видеоматериалов на телецентр или пункт контроля. Этим требованиям удовлетворяют устройства беспроводной передачи аудиовизуальной информации (микроволновые радиопередатчики), закрепляемые непосредственно на видеокамерах.

Специалисты в различных странах называют такие системы по-разному: радиокамеры, беспроводные камеры, цифровые беспроводные камерные системы. В любом случае, беспроводная накамерная система выполняет простую задачу: передает сигналы изображения и звукового сопровождения от видеокамеры до устройства мониторинга или записи. Такая система используется в случаях, когда передача сигналов по кабелю по тем или иным причинам невозможна, например, при трансляции с борта вертолета.

В настоящее время используются как аналоговые, так и цифровые беспроводные накамерные системы передачи аудиовизуальной информации.

Как аналоговые, так и цифровые беспроводные накамерные системы за рубежом работают в частотных диапазонах 2,…2,7; 3,2…3,6 ГГц, реже встречаются системы, работающие в диапазонах до 8,5 ГГц и выше. Выходная мощность таких устройств – 3 мВт…1 Вт. Дальность работы может достигать 1 км при прямой видимости и хороших погодных условиях, обычно же стандартная дальность систем составляет 300…500 м. Это простейшие системы, использующие частотную модуляцию. В таких системах осуществляется передача композитных телевизионных сигналов и одного (реже – двух) сигналов звукового сопро-

вождения. Реальная ширина полосы видео – около 5 МГц, звука – до 15 кГц. Как правило, у аналоговых микроволновых накамерных систем имеется возможность выбора рабочих частот в пределах собственного рабочего диапазона. Обычно это четыре значения частоты: 2,412, 2,432, 2,452 и 2,472 ГГц [57].

Для получения нужной диаграммы направленности и коэффициента усиления приемо-передающие антенны накамерных систем могут иметь различную конструкцию. Самой распространенной является антенна с круговой диаграммой, которая крепится непосредственно на передатчике. Это наиболее универсальная антенна, но коэффициент усиления у нее невысокий. Направленные антенны с большим коэффициентом усиления применяются, когда точно известно взаимное расположение передатчика и приемника и оно практически не меняется в процессе съемки. При съемках статичных планов изображение будет стабильно, однако при резких движениях видеокамеры могут наблюдаться «подрывы» изображения, что объясняется видом модуляции и типом применяемой антенны. Для повышения надежности канала связи используется технология разнесенного приема, когда приемник снабжается несколькими антеннами, установленными прямо на нем или закрепленными в разных местах на расстоянии, допускающем подключение антенны к приемнику по кабелю. Эти антенны принимают сигналы как прямонаправленных, так и отраженных волн, в этом случае вероятность «подрывов» при приеме сигнала с движущейся камеры становится меньше, так как установленный в приемнике измеритель уровня выбирает наиболее мощный сигнал и подает его на демодулятор.

К преимуществам аналоговых устройств беспроводной передачи аудио- и видеосигналов следует отнести довольно малое время задержки, которым практически можно пренебречь. Поэтому совместное использование в рамках одной телевизионной трансляции сигналов от беспроводных камер и от подключенных по кабелю не представляет технической сложности. Объясняется малая задержка сигналов наличием в системе связи только передатчика и приемника.

Но переход на цифровые технологии неизбежен, а потому не только аналоговое наземное телевизионное вещание (равно как и другие его виды) уходят в прошлое, но и любые варианты передачи аналоговых сигналов отмирают. Это касается и беспроводных камерных систем. Они стали цифровыми, а наряду с их достоинствами появились и недостатки. Один из самых существенных – это время задержки. В некоторых беспроводных системах оно может достигать 1,5 с, что, в принципе, не так уж страшно, если речь идет о работе только одной камеры. Ведь зритель все равно не заметит, что разница между реально происходящим событием и изображением составляет более секунды. Но если надо совместить сигнал от беспроводной камеры с сигналом от подключенной по кабелю, то задержка станет очевидной.

Большое время задержки в цифровых беспроводных системах объясняется наличием на передающей стороне кодера компрессии, а на приемной – декодера. Именно они вносят существенный вклад в увеличение времени задержки. Сжатие необходимо для согласования вырабатываемого цифрового потока, скорость которого может достигать 270 Мбит/с, с каналом передачи. На сегодняшний день в накамерных радиосистемах применяют три хорошо известных стандарта

компрессии: MPEG-2, MPEG-4/AVC и Wavelet [58]. Стандарт сжатия MPEG-2 с

форматами кодирования 4:2:2 или 4:2:0, которые отражают соотношение частот дискретизации яркостного и двух цветоразностных сигналов при их раздельном кодировании, обеспечивает вещательное качество при скорости цифрового потока примерно 7 Мбит/с. Более эффективной является компрессия на основе Wavelet-преобразования, обеспечивающая выигрыш в коэффициенте сжатия в 1,3…1,8 раза, а также на основе стандарта MPEG-4/AVC с коэффициентом компрессии в три раза бóльшим по сравнению со стандартом MPEG-2 при одинаковом качестве изображений. Таким образом, в случае Wavelet-преобразова- ния вещательное качество телевизионных изображений достигается при скорости цифрового потока данных в 3,9…5,4 Мбит/с, а в случае стандарта компрессии MPEG-4/AVC достаточно передавать цифровые данные со скоростью 2,35 Мбит/с. В целом же можно сказать, что кодек MPEG-2 проще в реализации по сравнению с кодеками MPEG-4/AVC и Wavelet-компрессии, но проигрывает им в плане сжатия (особенно для изображений высокого разрешения).

Самые совершенные на сегодня системы беспроводной передачи сигнала с компрессией по стандартам MPEG-2, MPEG-4/AVC характеризуются задержкой 40 мс, что составляет длительность одного кадра (при кадровой частоте 25 Гц). Это вполне допустимо, и сигналы от беспроводных камер без проблем смешиваются с сигналами от других камер, подключенных по кабелю. Наименьшая задержка (в пределах 20 мс) наблюдается в случае использования Wavelet-компрессии. Именно цифровые накамерные радиосистемы на базе этого типа компрессии характеризуются самыми высокими качеством изображения и технологическими параметрами, что способствует широкому распространению таких систем в телевизионном вещании.

Что касается вариантов применения беспроводных камерных систем, то они определяются, как правило, временем задержки передаваемого сигнала той или иной системы. К примеру, системы с большой задержкой могут использоваться для съемок различных событий одной камерой, а передаваемый сигнал либо сразу отправляется в эфир, либо записывается для последующего монтажа и обработки. Системы с малой задержкой более универсальны. Они могут эксплуатироваться в составе многокамерных комплексов, в которых камеры подключаются как по кабелю, так и по радиоканалу. Благодаря временнóй задержке длительностью не более одного кадра совмещение сигналов осуществляется без каких-либо ограничений.

Наибольшее распространение в накамерных цифровых радиопередатчиках получила модуляция OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing – ча-

стотное уплотнение с ортогональными несущими), ранее принятая для европейской системы цифрового наземного телевизионного вещания DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial – наземное цифровое видеовещание). При ис-

пользовании модуляции типа OFDM используют ортогональные несущие, они расположены в некотором диапазоне частот, отведенном для передачи данных путем модуляции и кратны некоторой основной частоте. Фактически данные передаются на 2000 или 8000 несущих (соответственно режимы 2k и 8k). От-

дельные элементарные несущие могут модулироваться тремя различными спо-

собами: QPSK, 16QAM, 64QAM. При использовании QPSK (Quadrature Phase Shift Keying – четырехпозиционная фазовая манипуляция) – модуляции в сочетании с алгоритмом коррекции ошибок обеспечивается скорость цифрового по-

тока 5,85...8,78 Мбит/с. В случае 16QAM (Quadrature Amplitude Modulation –

квадратурная амплитудная модуляция 16-позиционная) передаются потоки данных со скоростью 11,7...17,56 Мбит/с. Соответственно при модуляции типа 64QAM скорость цифрового потока достигает 23,4...35,12 Мбит/с.

Главным преимуществом модуляции OFDM является использование многократных отражений излучаемых сигналов от строений, стен и других препятствий с коррекцией возникающих при приеме искажений и ошибок, что позволяет эффективно использовать OFDM для связи в движении.

Цифровые системы передачи аудиовизуальной информации по сравнению с аналоговыми системами более устойчивы к ошибкам, обусловленным наличием отраженных волн, так как поток передаваемых данных распределен по большому количеству несущих.

Конструктивно большинство цифровых накамерных радиосистем представляет собой компактный передатчик мощностью 10…100 мВт с кодером, устанавливаемый чаще всего на батарейную площадку камеры, для чего на корпусе передатчика предусмотрено соответствующее стандартное крепление. Другой подход к реализации беспроводных систем, предложенный компанией Thomson, заключается в изготовлении радиопередатчиков в стандартном корпусе адаптера камерного канала.

Выпускаются одно- и двунаправленные радиосистемы. Однонаправленные служат только для передачи сигналов видео и звука от камеры. В этом случае вся работа по корректировке характеристик самой видеокамеры ложится на оператора. Очевидно, что в таком варианте трудно добиться совпадения изображений с двух камер по цветопередаче и другим параметрам, да и синхронизировать их сложно, разве что только через корректор временных искажений.

Двунаправленные системы имеют обратный канал связи, что дает возможность не только получать от камеры сигналы видео и звука, но и передавать на нее служебную информацию: команды управления, сигналы синхронизации и Tally, обеспечивать служебную связь с оператором и кроме того, двунаправленные системы позволяют использовать камеры без оператора, то есть работающие в полностью дистанционно управляемом режиме.

Радиопередатчик, установленный на видеокамере, может быть оснащенным специальной схемой, которая контролирует положение передающей антенны относительно приемной антенны. В этом случае радиосигналы со следящих датчиков поступают на вышеназванную схему, которая затем управляет поворотными механизмами антенны. Как следствие, при этом увеличиваются вес и энергопотребление системы.

Взависимости от условий, в которых осуществляется передача сигнала,

срадиопередатчиками могут использоваться различные типы антенн, отличающиеся конструкцией, диаграммами направленности, поляризацией и усилением [59].

Спиральные антенны имеют прочную конструкцию и малый вес. Антенны заключены в корпус из стеклопластика с покрытием. Спиральные антенны отличаются высоким усилением: 6, 12 и 16 дБ. У всех антенн – правосторонняя круговая поляризация.

Всенаправленные антенны имеют прочную конструкцию, малый вес и защищены от влаги. Усиление подобных антенн – не менее 2 дБ, выпускаются также антенны с усилением 6 дБ.

Параболические антенны спроектированы с расчетом на эксплуатацию в полевых условиях. Они прочные и легкие, оптимально подходят для выездных трансляций и организации связи «точка-точка». Выпускается большое количество вариантов широкополосных параболических антенн с линейной или круговой поляризацией. Диаметр антенн составляет 14, 74 или 30 , то есть 356, 610 или 762 мм. Антенны выпускаются с различными вариантами крепления. Усиление параболических антенн в зависимости от диаметра и способа поляризации находится в пределах от 20 до 38,5 дБ.

Панельные антенны – это узконаправленные антенны с усилением 4 и 7 дБ. Антенны типа «Волновой канал» изготавливаются из неподверженной коррозии латуни и защищены кожухом из поливинилхлорида. Производятся

модели с усилением 10 и 16 дБ.

7.ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ

ИВИДЕОКАМЕР

7.1. Технические возможности современных передающих телевизионных и видеокамер

Большинство телевизионных и видеокамер, используемых в телевизионном производстве, выпускаются несколькими ведущими фирмами-произ- водителями, к которым, в первую очередь, относятся: Grass Valley (США), Hitachi, Ikegami, JVC, Panasonic, Sony (Япония), Thomson (Франция).

С целью оценки современного мирового уровня развития телевидения рассмотрим основные технические возможности наиболее известных моделей теле- и видеокамер, в том числе и ТВЧ-типа, выпускаемых различными фирмами.

Телекамеры компании Grass Valley. Парк студийных камер компании

Grass Valley в основном представлен моделями LDK 3000, LDK 4000 и LDK 8000 серии Elite. Выпускаются также высокоскоростные камеры LDK 8000 SportCam и LDK 8300 Live Super SloMo, предназначенные для внестудийной работы в основном на спортивных мероприятиях.

Мультиформатная модель LDK 3000, является передающей камерой начального уровня, способной работать в режимах 1080i 50/60 и 720р 50/60. Камера LDK 3000 характеризуется следующими параметрами и функциональными возможностями:

3 2/3 CMOS-сенсора разрешением 2,4 мегапикселей с интегрированными сдвоенными АЦП;

34-разрядная обработка сигнала;

цифровой тракт шумоподавления;

фирменная технология коррекции телесных тонов и контуров;

выбор цветовой матрицы;

средства помощи при фокусировке: регулятор для создания в видоискателе границ вокруг всех объектов в резкости; кнопка мгновенного электронного увеличения объекта фокусировки для наведения на резкость по мелким деталям;

полнофункциональный триаксиальный камерный канал;

адаптер SupereXpander LLA для установки полноразмерных тяжелых студийных объективов;

регулировки усиления и цветовой температуры;

постоянное автоматическое поддержание баланса по черному и по белому;

питание – от триаксиального адаптера или от источника 12 В;

потребляемая мощность – 40 Вт (с 2 видоискателем и камерным адаптером);

размеры – 241 164 373 мм (с триаксиальным адаптером);

масса – 5,5 кг.