С момента появления первого VideoBlaster’а сингапурской фирмы Creative Labs, ознаменовавшего начало эры массового распространения видеоплат ТВ-ввода для PC и де-факто определившего стандарт на их функциональные возможности, считается, что подобные устройства должны обеспечивать следующие потребительские свойства:
- прием низкочастотного видеосигнала (получемого с видеокамеры, магнитофона или после телевизионного тюнера) на один из программно-выбираемых видеовходов (числом не менее 3);
- отображение принимаемого видео в реальном времени в масштабируемом окне среды Windows ( VGA-монитор можно использовать вместо TV для просмотра и контроля);
- стоп-кадр (замораживание кадра) оцифрованного видео в собственном буфере,
- сохранение захваченного кадра на винчестере или другом доступном устройстве хранения информации в виде файла в одном из принятых графических стандартов (* .tif, * .tga, * .pcx, * .gif и другие).
Эти видеоплаты называют у нас захватчиками изображений, устройствами видеоввода, ТВ-грабберами (от английского термина grab - захватывать) или имидж-кепчерами (image capture - захват изображения).
Наиболее важными характеристиками данных устройств являются:
- виды принимаемых низкочастотных видеосигналов,
- поддерживаемые телевизионные стандарты,
- частота и глубина оцифровки.
- возможность регулировки оцифрованного сигнала.
Как уже отмечалось, низкочастотный телевизионный видеосигнал является композитным, т.е. представляет собой результат сложения яркостного сигнала Y, двух цветовых поднесущих, модулированных сигналами цветности U и V, а также синхроимпульсов, причем частоты цветоразностных сигналов лежат в пределах полосы спектра яркостного сигнала. Но из-за строчной структуры телевизионного разложения в спектральной области все они имеют гребенчатую структуру, расстояния между соответствующими пиками которых равны строчной частоте. При этом частоты поднесущих выбраны так, чтобы спектральные пики сигналов цветности оказались между пиками яркостного сигнала. В результате путем использования специальных гребенчатых фильтров возможно эффективное разделение этих сигналов. Однако, подобные фильтры весьма сложны и дороги, а потому в основном используются в профессиональной научной аппаратуре высокого разрешения. В сравнительно дешевых массовых устройствах ограничиваются более простыми полосовыми фильтрами, заметно снижающими четкость изображений. Так в видеомагнитофонах и камерах классов VHS (Video Home System) и Video-8 используются только композитные видеосигналы, при этом разрешение ограничено 240-280 телевизионными линиями. Кроме того, даже полное использование всех различий сигналов все равно не позволяет идеально разделить их. Поэтому более эффективным оказывается использование не единого композитного сигнала, а двух композитных сигналов Y/C: Y, как и ранее, несет яркостный сигнал и синхроимпульсы, а C (Chrominance) - модулированные цветовые сигналы. Такой сигнал называют S-Video, он используется при записи/воспроизведении в аппаратуре классов S-VHS и Hi-8. Считается, что при этом обеспечивается разрешение в 350-420 линий. Следующим шагом к повышению качества является переход к компонентному сигналу YUV. Он используется в профессиональной аппаратуре класса Betacam и связан с поддержкой разрешения до 600 линий. И, наконец, последним в этой череде является RGB-представление: отсутствуют какие-либо кодирование и модуляция, наиболее простая и точная передача сигнала. Однако, в силу вышеуказанных особенностей зрительного восприятия человека достигаемое здесь повышение качества уже становится визуально несущественным. Поэтому, подобное представление реально используется только в высокоточной научной измерительной аппаратуре.
Таким образом, для современных видеоплат захвата ТВ-кадров нормой считается наличие одного-двух композитных входов и одного S-Video, причем для S-Video выполняется параллельная оцифровка Y и C сигналов.
Полезной характеристикой является возможность регулировки принимаемого видеосигнала по яркости, насыщенности, контрастности и другим телевизионным параметрам. Это позволяет учитывать конкретные условия съемки и до сохранения изображения в определенных рамках компенсировать его недостатки. При этом визуальный контроль процесса настройки можно осуществлять по формируемому изображению в ТВ-окне VGA-монитора.
Частота оцифровки видеосигнала определяет получаемое горизонтальное (строчное) разрешение. В теории цифровых стандартов кодирования за базовую частоту принимается 3.375 Мгц, а частоты оцифровки составляющих определяются умножением базовой частоты на соответствующую цифру. Так, запись 4:1:1 означает, что результирующая частота оцифровки яркостного сигнала составляет 13.5 МГц, а сигналов цветности - в четыре раза ниже. В современных микросхемах декодирования входных сигналов разложение входного электрического сигнала на составляющие YUV обычно выполняется уже после оцифровки, в связи с чем оцифровка должна осуществляться в два раза чаще - на 27Мгц. К сожалению, получаемый при этом элемент изображения - пиксел – оказывается неквадратный. Дело в том, что в телевидении в качестве стандарта принято отношение ширины телевизионного изображения к его высоте как 4:3. При 576 активных (видимых) телевизионных строках это предполагает выделение 768 элементов в каждой строке. В противном случае геометрические пропорции будут нарушены - квадрат станет прямоугольником. При частоте 13.5 Мгц, соответствующей рекомендации МККР (CCIR) 601, будет получено всего 720 элементов, а для 768 частота должна быть увеличена до 14.75 МГц (а частота декодера – до 29 МГц).
Еще одной важной характеристикой установленного на видеоплате декодера является глубина оцифровки, задаваемая числом бит на отсчет. Здесь 7-бит эквивалентны 2 млн. цветовых оттенков, в то время как для получения полноценного изображения считается необходимым 16 млн. (так называемый режим True Color - реальные цвета), что требует уже 8 бит. Таким образом, качественный декодер должен принимать с возможностью регулировки как композитный, так и S-Video сигналы стандартов PAL/SECAM/NTSC и осуществлять их 8-битную оцифровку 4:2:2 на частоте 14.75 Мгц. Все это обеспечивают, например, Philips SAA7110 или Brooktree Bt848/878.
В используемом видеоплатой для оперативного хранения оцифрованных изображений буфере памяти (для этого может использоваться как часть памяти компьютера, так и установленная на видеоплате дополнительная память) данные могут храниться как в RGB, так и в YUV представлениях. Более эффективной является YUV кодировка, при которой двух байт на пиксел (4:2:2) достаточно для полноценного хранения.