Jak działają analogowe sygnały wideo

Zawsze zastanawiałem się, w jaki sposób tylko 1-żyłowa linia (sygnał i uziemienie) może sprawić, że obraz kolorowy będzie wyświetlany na ekranie pełnym tysięcy pikseli. Jak dokładnie działają te sygnały i jakie cechy sprawiają, że telewizory pokazują różne rzeczy?

Pracowałem w Panasonic nad systemami rozrywki pokładowej, więc wiem trochę o takich rzeczach. Ten opis nie będzie w 100% poprawny technicznie (niektóre nazewnictwo może być trochę nie tak), ale próbuję go napisać, aby każdy mógł go zrozumieć. Mam nadzieję, że to wyjaśnienie pomoże ...

„Magia” kryjąca się za tym może być kombinacją następujących rzeczy: amplitudy sygnału, częstotliwości i modulacji. Różne typy telewizorów i sygnałów działają inaczej. Właśnie dlatego stare telewizory musiały mieć konwerter, aby akceptować nowe sygnały cyfrowe, jeśli miały tylko tuner analogowy. Ale tak naprawdę opisuje to, jak dane są prezentowane w sygnale. Zasadniczo dane kolorów dla każdego piksela są wysyłane do telewizora linia po linii, piksel po pikselu, a telewizor odświeża ekran tyle razy na sekundę dzięki nowym danym. Mimo że wideo to tak naprawdę wiele nieruchomych obrazów aktualizowanych na ekranie, zmieniają się one wystarczająco szybko, abyśmy mogli je postrzegać jako ruchome, stąd stary termin „ruchomy obraz”.

Spójrz na typowy sygnał „paska kolorów” używany do testowania systemów wideo z Wikipedii .

Sam obraz jest podzielony na „linie” pikseli. Każdy ekran ma tyle kolumn i tyle linii, co stanowi całkowitą rozdzielczość ekranu. Każdy kolor na tym obrazie jest rozłożony na wiele pikseli tej samej linii. Towarzyszący przebieg oscyloskopu pomaga opisać, co się tutaj dzieje (Ten obraz pochodzi z Tektronix ):

Ten obraz pokazuje dane dla dwóch linii pikseli. Każda linia zaczyna się od „impulsu synchronizacji” w celu wyrównania ekranu i sygnału. Po tym impulsie (ujemna część przebiegu) następują dane dla każdego piksela linii. W rzeczywistości jest to wideo analogowe: dane pikseli są reprezentowane przez amplitudę i fazę sygnału. Możesz zobaczyć różne kolory jako napięcie analogowe o różnych napięciach maksymalnych i minimalnych. Po zakończeniu jednej linii kolejny impuls synchronizacji sygnalizuje początek następnej linii. Sygnał wideo i ekran muszą mieć dopasowaną rozdzielczość (liczbę pikseli na linię). Jeśli są dodatkowe dane, są usuwane. Jeśli nie ma wystarczającej ilości danych, piksele współużytkują dane (blokuje obraz).

Podziękowania dla Pete B za wspomnienie o tym:

Aby wyjaśnić jeden szczegół szczegółów dotyczących sygnałów kolorów, luminancja (jasność) piksela zależy od amplitudy sygnału; podczas gdy chrominancja (odcień) jest określona przez fazę sygnału podnośnego barwy.

Sygnały cyfrowe różnią się nieco tym, że sygnał to HI lub LO. Wartość HI może się różnić w zależności od systemu. Istnieją różne sposoby działania. Czasami znana liczba bitów danych stanowi pakiet przenoszący wszystkie dane pikseli (podobnie jak komunikacja sieciowa). Innym sposobem jest wydłużenie czasu, gdy sygnał ma wartość HI względem tego, jak długo LO reprezentuje inną wartość piksela. Jest to rodzaj działania pilotów IR TV, chociaż wysyłają „kody kontrolne” zamiast informacji o pikselach.

Jak możesz sobie wyobrazić, wszystko dzieje się bardzo, bardzo szybko. Popularny telewizor w Stanach Zjednoczonych jest aktualizowany (odświeżanie ekranu) 60 razy na sekundę (60 Hz) lub 30 Hz dla wideo z przeplotem. Chociaż telewizory nowoczesne i HD zwykle odświeżają się jeszcze częściej (powyżej 240 Hz). Ta częstotliwość odświeżania oznacza, że ​​każdy piksel na całym ekranie jest aktualizowany tyle razy na sekundę. Im bardziej się odświeża, tym więcej szczegółów jest dostępnych na zdjęciu, zwłaszcza gdy na wideo jest dużo szybko poruszających się obrazów (takich jak sekwencja pościgowa).

Różne kanały telewizyjne (AIR lub kablowe) są dostarczane do telewizora w ten sam sposób, tylko z różnymi częstotliwościami podstawowymi. Tuner telewizyjny wybierze jedną z tych podstawowych częstotliwości do wyświetlenia (wybór kanału) i zaktualizuje piksele na podstawie modulowanych częstotliwości w podstawowej nośnej. Częstotliwości reprezentujące dane koloru piksela są znacznie, znacznie szybsze niż rzeczywista częstotliwość odświeżania ekranu, ponieważ dane każdego piksela muszą być aktualizowane tyle razy na sekundę, a, jak powiedziałeś, tysiące pikseli.

Ponieważ ludzie słyszą dźwięk w zakresie od 20 Hz do 20 kHz, dane dźwiękowe można łatwo dodać do sygnału na górze wideo i odfiltrować przez telewizor, chociaż w przypadku „dźwięku wysokiej rozdzielczości” sygnał dźwiękowy jest przesyłany przez oddzielny przewód do telewizora, aby zmieścił się we wszystkich danych.

Aby naprawdę zrozumieć, co się dzieje, musisz zrozumieć częstotliwości sygnału, amplitudę, podział czasowy, modulację i analizę widma. Ale mam nadzieję, że ten rodzaj wyjaśnia niektóre z nich ...

Wszystkie analogowe standardy telewizyjne (NTSC, PAL, SECAM itp.) Są odmianami tematu, obejmującymi staranne połączenie multipleksowania z podziałem czasu (informacje synchronizacji i wideo) oraz multipleksowania z podziałem częstotliwości (luminancja, barwa i dźwięk).

Szczegóły są zbyt zaangażowane, aby się tutaj znaleźć, ale w sieci istnieje wiele dobrych referencji, poczynając od artykułu w Wikipedii na temat NTSC .