20 000 профессионалов proAV > 1500 компаний > 570 городов > 6 стран ближнего зарубежья > 1 сообщество

Присоединяйтесь!

Подписка на дайджест
Рубрикатор статей

Вся правда о масштабаторах сигналов: назначение и функции

masshtabator-signalov.jpg В любом более или менее сложном проекте, включающем современную аудио- и видеоаппаратуру не обойтись без коммутационного оборудования. Оно позволяет создавать разные варианты соединения источников и получателей аудио и видео информации, легко управлять ими, создавать новые интересные аудиовизуальные эффекты. Для решения этих задач относительно недавно был создан новый класс устройств, называемых масштабаторами или скейлерами1.

Назначение и функции масштабаторов

В связи с тем, что техника записи и воспроизведения изображения развивалась в нескольких направлениях, и работы в области видео вело множество фирм, расположенных в разных странах, на сегодняшний день существует довольно много стандартов передачи видеосигнала, конкурирующих между собой. К ним относятся классические телевизионные системы PAL/SECAM/NTSC, созданные еще в 50-60-х годах ХХ века (с чересстрочной разверткой2), которые отличаются как по разрешению изображения, так и по принципу кодирования цветовой информации и видеосигналы от компьютеров, спутниковых ресиверов, проигрывателей DVD, которые могут иметь значительно большие разрешения, формат с прогрессивной развёрткой3.

Для передачи видеосигнала от источника к устройству отображения (телевизору, монитору, проектору и т.д.) используются различные физические интерфейсы:

Задача масштабатора – получив на входе сигнал любого формата, максимально качественно преобразовать его к единому виду – выходному сигналу VGA, YUV или DVI/HDMI заданного разрешения.
  • Простейший, композитный выход работает всего с одной линией связи, по которой передаётся вся информация о синхронизации, яркости и цвете.
  • Выход S-video (другие названия YC, S-VHS) даёт улучшенное качество (по сравнению с композитным) за счёт передачи информации о цвете по другой линии связи.
  • Композитный видеовыход (YUV, Y Pb Pr) за счёт передачи цветоразностных сигналов по отдельным линиям связи обеспечивает очень высокое качество передачи. В отличие от композитного, такой интерфейс может передавать сигналы с разным разрешением и с прогрессивной развёрткой.
  • Видеовыход RGB – это также компонентный интерфейс, его разновидность VGA (XGA и т.д., другое название – RGBHV) используется в современных компьютерах для вывода изображения на монитор. Способность поддерживать множество разных разрешений экрана и частот развёртки, прогрессивную развёртку, полное отделение сигналов синхронизации от сигналов яркости/цвета делает его самым качественным и универсальным из аналоговых интерфейсов.
  • Цифровой интерфейс DVI-D позволяет передавать изображение вовсе без потерь и ухудшения качества и используется в видеокартах большинства современных компьютеров, а также в некоторых DVD-проигрывателях и других устройствах.

Задача масштабатора – получив на входе сигнал любого из вышеуказанных форматов, максимально качественно преобразовать его к единому виду – выходному сигналу VGA (RGBHV) заданного разрешения. Этот тип выхода масштабатора был выбран именно потому, что он обеспечивает максимальное качество передачи сигнала и максимальную универсальность. К тому же большинство современных проекторов, плазменных панелей и т.д. оборудованы таким входом. Кроме того зачастую масштабаторы могут формировать сигнал YUV (YPbPr) формата HDTV (телевидения высокой четкости) или цифрового формата DVI либо HDMI (номенклатура дисплеев с такими входами постоянно увеличивается).

Если выход масштабатора настроен на «естественное» разрешение проектора или панели, изображение на экране получается максимально качественным – поскольку этому устройству уже не нужно преобразовывать, масштабировать картинку под свою матрицу. Эту работу уже выполнил за него масштабатор.

Построение типовой видеосистемы, состоящей из множества источников самых разных видеосигналов (видеомагнитофона, DVD-проигрывателя, спутникового или кабельного ресивера, компьютера и т.д.) резко упрощается – все сигналы просто заводятся на масштабатор, который заодно выполняет и роль коммутатора входов.

Масштабатор может стать прекрасной заменой электронной начинки недорогого проектора или панели, выведя качество их изображения на новый уровень (соответствующий куда более дорогим моделям).

Больше не надо заботиться о том, что картинки от разных источников будут выглядеть по-разному, не надо ломать голову над тем, как использовать максимально качественный выход от DVD-проигрывателя, если нужного входа нет у вашего проектора. К тому же фирменные алгоритмы масштабирования обеспечивают эффективный деинтерлейсинг (преобразование из чересстрочной развертки обычного телевидения в прогрессивную, используемую в современных устройствах отображения) без характерных для этого процесса артефактов («расчёска»), а строчная структура исходного материала становится практически незаметной. В результате вы получаете изображение, по субъективному качеству зачастую превосходящее исходное, поступающее от источника сигнала, и оптимально подстроенное под вашу панель или проектор (включая, при необходимости, и преобразование формата экрана в формат 4:3 или 16:9).

Вообще-то современные средства отображения информации способны и сами выполнять синхронную коммутацию источников по видео и звуку и делать стандартные настройки изображения и звука. Не стоит, однако, забывать, что качество реализации сложных алгоритмов обработки сигнала во встроенных видеопроцессорах телевизоров и проекторов, как правило, ниже, чем в специализированных приборах студийного уровня качества.

Построение видеосистемы, состоящей из множества источников самых разных видеосигналов резко упрощается – все сигналы просто заводятся на масштабатор.

Первые образцы масштабаторов, имевшихся на рынке, стоили чрезвычайно дорого, и были по карману только фирмам, профессионально занимающимся созданием и обработкой мультимедийной информации. Новое поколение масштабаторов отличается гораздо лучшим соотношением цены и качества. Приборы профессионального уровня теперь при цене от 1200 до 2500$ могут приобретаться и для мини-студий, и для домашнего использования. Такого предложения раньше на рынке просто не было. Новые поколения масштабаторов будут развиваться, в основном, в сторону увеличения функциональности и улучшения алгоритмов обработки.

Некоторые модели масштабаторов специально оптимизируются под домашнее использование. В первую очередь это касается их внешнего вида и удобства управления. Для них характерны изящные линии корпуса и передней панели, а также эргономические органы управления и меню. Лаконичный и строгий вид предыдущих профессиональных моделей масштабаторов, вполне уместный в студиях и профессио- нальных презентационных установках, не годится для уютной квартиры.

Одним из главных преимуществ масштабаторов служит удобство работы с одним устройством, в котором сосредоточены не только переключатели или электронные ключи, но и все узлы, ответственные за преобразования и настройки. Подключив к скейлеру-интегратору персональный компьютер или интегрировав его в систему «Умного дома», можно получить гибкую интеллектуальную систему домашнего кинотеатра, презентационного оборудования и пр. Программное обеспечение современных масштабаторов, записанное в ПЗУ прибора, легко интегрируется с любым программным обеспечением для «Умного дома», и есть возможность обновления прошивки.

В ассортименте выпускаемых изделий любого производителя внешний скейлер или видеопроцессор всегда служит демонстрацией возможностей компании. В нём обычно используют все самые новейшие разработки.

Масштабаторы прошли длинный путь технического развития – от элементарных «удвоителей» и «учетверителей» развёртки, механически повышавших разрешение экрана практически без обработки, до современных устройств, позволяющих произвольно пересчитывать любые входные сигналы до заданного разрешения и соотношения сторон экрана с использованием изощрённых алгоритмов деинтерлейсинга, интерполяции, сглаживания и фильтрации.

Как работает масштабатор

Разделение информационных составляющих входного сигнала.

Самой сложной и ответственной операцией является преобразование масштаба изображения – то есть получение картинки с иным разрешением, видеостандартом и, возможно, соотношением сторон, чем в исходной.

Вначале сигнал (см. рис. 1), поступающий на один из входов масштабатора, преобразуется в формат RGB (декодирование), что позволяет при последующей обработке добиться минимальных потерь качества изображения.

masshtabator-signalov-1.jpg
Рисунок 1.

Преобразование входного сигнала в формат RGB.

Многие устаревшие источники видеосигнала выдают картинку с чересстрочной развёрткой, в которой за счет разложения каждого видеокадра на два чередующихся поля ширина полосы частот передаваемого сигнала уменьшается вдвое. В одном из полей передаются четные строки кадра, в другом нечетные. Чересстрочной развёртке присущи серьезные недостатки, в первую очередь – артефакты изображения, почти сводящие на нет её преимущества. В первую очередь это дрожание тонких горизонтальных линий на экране. Когда такая линия попадает, скажем, только на чётную строку, а в нечётной отсутствует – линия на картинке мигает с частотой 25 Гц, что хорошо заметно и сильно раздражает зрителя. Современные панельные устройства вывода на основе жидких кристаллов, плазмы, микрозеркал и даже 100-Гц телевизоры на обычных ЭЛТ очень чувствительны к чересстрочной картинке. На экране возникает неприятный эффект «размазывания» движущихся объектов, в обиходе называемый «расчёской» – чётные и нечётные строки разъезжаются, образуя характерные зазубрины на краях объекта.

Деинтерлейсинг – преобразование сигнала из чересстрочной развертки в прогрессивную.

Такую картинку необходимо преобразовать в прогрессивную развертку (процесс деинтерлейсинга), у которой все строки кадра передаются в одном, а не в двух полях. Прогрессивная развертка, во-первых, обеспечивает более высокое качество изображения, а, во-вторых, с ней легче работать. Преобразование развертки выполняется в особом блоке масштабатора, который называется блоком деинтерлейсинга.

Оконечный модуль масштабатора преобразует масштаб развёртки изображения и выдачу его на выход устройства. Выход можно настроить на любой нужный режим – от 640х480 до 1600х1200 при заданной кадровой частоте (масштабирование).

Рассмотрим работу основных блоков масштабатора подробнее.

Видеосигнал представляет собой сложную смесь различных информационных составляющих, поэтому на первом этапе все составляющие сигнала необходимо сначала разделить.

Например, из композитного сигнала, в котором «смешаны» вместе информация о синхронизации, яркости и цвете, масштабатор получает отдельные сигналы о яркости в каждом из основных цветовых каналов – R (красном), G (зелёном) и B (синем), а также информация о синхронизации (H, V).

Затем сигналы RGB переводятся в цифровую форму с помощью аналого-цифрового преобразователя. Дальнейшая обработка сигнала идет «в цифре». Сигналы со входа DVI-D такого преобразования не требуют, поскольку изначально являются цифровыми (см. рис. 2).

masshtabator-signalov-2.jpg
Рисунок 2.

Следующим этапом является собственно деинтерлейсинг (т.е. преобразование типа развертки — из чересстрочной в прогрессивную). При этом изображение в памяти масштабатора подвергается дополнительной обработке – цветокоррекции, гамма-коррекции; шумы на картинке отфильтровываются, яркость и контрастность приводятся к нужному уровню (см. рис. 3).

masshtabator-signalov-3.jpg
Рисунок 3.

После получения в бу- ферной памяти полноценного кадра изображения остаётся вывести этот кадр на внешнее устройство отображения с заданными параметрами разрешения. Для этого изображение из буферной памяти интерполируется (если разрешение повышается) или усредняется (если оно снижается). Для уменьшения «зазубрин» и «ступенек» на наклонных линиях используются специальные алгоритмы.

Алгоритмы и параметры этих преобразований подобраны так, чтобы максимально уменьшить нежелательные эффекты – при повышении разрешения можно сделать исходную строчную структуру картинки менее заметной, а при понижении разрешения – по возможности не потерять чёткость передачи мелких деталей (см. рис. 4).

masshtabator-signalov-4.jpg
Рисунок 4.

В результате описанных процессов изображение от любых источников, будь то классические видеосигналы или компьютерная графика, окажется приведённым к единому стандарту и уже в виде максимально качественного сигнала RGBHV, по единственному кабелю будут переданы на проектор или панель (см. рис. 5).

masshtabator-signalov-5.jpg
Рисунок 5.

Что еще может масштабатор

Цветокоррекция, гамма-коррекция; фильтрация шумов, приведение яркости и контрастности к нужному уровню.

Масштабатор становится центральным элементом видеосистемы, отвечающим за её функционирование как единого комплекса, объединяющим и «примиряющим» между собой все её элементы. Типичный масштабатор, кроме собственно преобразования разрешения и частот сигнала и коммутации входов, зачастую оснащен внушительным списком дополнительных возможностей.

  • Одновременная с видео коммутация соответствующих звуковых сигналов.
  • Плавные, с промежуточным затемнением или даже спецэффектами переключения между входами.
  • Стоп-кадр, вывод черного экрана или заставки.
  • Функция «картинка в картинке» для разных входов прибора (см. рис. 6).
  • Настройки изображения (цвет, гамма, яркость, резкость и др.) отдельно для каждого входа
  • Устранение трапецеидальных искажений (для проекторов). Эта функция лучше работает в самом масштабаторе (на этапе предварительной обработки), чем уже в проекторе.
  • Экранная лупа («зум»), инфракрасный пульт, экранное меню, разъем дистанционного управления, цифровой выход DVI/HDMI (в дополнение к VGA) — и другие приятные «вкусности».

masshtabator-signalov-6.jpg
Рисунок 6.

Специально разработанные для домашних кинотеатров, имеющие привлекательный внешний вид и богатые технические возможности, современные масштабаторы способны стать настоящим сердцем вашей видеосистемы. Любой из многочисленных источников видеоизображения (спутниковый или кабельный ресивер, видеомагнитофон, DVD-проигрыватель, компьютер, видеокамера, видеоигры) будет подключён в систему, его сигнал будет обработан и приведён к максимально возможному качеству, которое способно обеспечить ваше устройство отображения (панель, проектор, широкоформатный телевизор).

На рисунках 7 и 8 представлены схемы практических применений масштабаторов.

masshtabator-signalov-7.jpg
Рисунок 7. Масштабатор в конференц-зале

masshtabator-signalov-8.jpg
Рисунок 8. Масштабатор в домашнем кинотеатре


1 Скейлер – от англ. Scaler, масштабатор.
2 Чересстрочная развертка (англ. INTERLACING) — система развертки изображения, разработанная для телевидения с целью размещения большего числа каналов в вещательном диапазоне. В ней за счет разложения каждого видеокадра на два чередующихся поля ширина полосы частот передаваемого сигнала уменьшается вдвое. В одном из полей передаются четные строки кадра, в другом нечетные.
3 Прогрессивная развертка (англ. PROGRESSIVE SCAN) — способ развертки изображения, в котором в отличие от чересстрочной развертки все строки кадра передаются в одном, а не в двух полях. Позволяет снизить дрожа- ние изображения.
Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против» Как охлаждать будем? Жидкость или воздух: «за» и «против»
Системы охлаждения для видеостен на основе проекционных кубов.
Поверхность для проекции 4К и Ultra HD: тестирование и сравнение Поверхность для проекции 4К и Ultra HD: тестирование и сравнение
При проецировании контента с разрешением 4К+ чрезвычайно важно правильно подобрать проекционное полотно.
Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница! Отображать 4К контент или быть 4К устройством? Есть разница!
В данной статье будут рассмотрены особенности разрешения в формате 4К, на которые следует обратить внимание.
Топ-5 ошибок при создании интерактивных Digital Signage Топ-5 ошибок при создании интерактивных Digital Signage
Какие недочеты могут привести к большим проблемам? Взглянем на топ-5 ошибок при создании интерактивных систем Digital Signage.
Привлечь и удержать: хитрости применения AV-технологий Привлечь и удержать: хитрости применения AV-технологий
Как извлечь максимальную выгоду из вложений в такие мероприятия как, например, презентации на выставках?
Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV? Передача аудио- и видеосигналов по IP: что это дает proAV?
Часто мы слышим фразу "передача аудио- и видеосигнала по IP-сетям". Но каково ее истинное значение для коммерческих AV-с...
Все статьи
Видео
Вебинар «Решения BenQ для аудиторий и переговорных»
Вебинар "Все об аудио оснащении переговорных комнат"
Все видео
Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке Направленный звук и проекции для Океанариума во Владивостоке
Компания ВИАТЕК спроектировала и оснастила комплексом аудиовизуальных средств "Приморский океанариум" на острове Русский...
Удобный, функциональный конференц-зал для научного института Удобный, функциональный конференц-зал для научного института
«Хай-Тек Медиа» реализовала проект по оснащению малого конференц-зала ФГБНУ ВНИИСБ комплексом мультимедийного оборудования.
Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ Комплексное аудио-видео оснащение холла 2-го корпуса КФУ
Компания ИКТ-Казань завершила комплексное оснащение  холла 2-го корпуса КФУ современными аудиовизуальными системами.
Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет Мощное оснащение конференц-зала на небольшой бюджет
Разворачивание ведомственной системы ВКС, комплексное оснащение конференц-зала и переговорной комнаты ТФОМС СК.
Оригинальное аудиорешение для ''Экспофорума'' в Санкт-Петербурге Оригинальное аудиорешение для ''Экспофорума'' в Санкт-Петербурге
Была поставлена задача: установить экран для видеопроекции и кинопоказа,разработать и внедрить систему звукоусиления (СЗУ)...
Реконструкция и оснащение ККЗ «Октябрь» на Сахалине Реконструкция и оснащение ККЗ «Октябрь» на Сахалине
В Южно-Сахалинске после реконструкции открылся киноконцертный зал «Октябрь» - главный кинотеатр город еще с советских времен.
Все кейсы
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
ELEMENT ONE: каталог выдвижных моторизованных мониторов
Модельный ряд мониторов с подробным описанием, 16 полос, А4, рус-eng.
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
BOSCH: Каталог конференц-систем 2016/ноябрь
Каталог конференц-систем и оборудования для синхронного перевода, формат А4, 50 полос.
Все файлы
Акустика в залах совещаний: идеальный звук – совсем не сложно
Стюарт Стивенс
“Проектный менеджер компании Shure Distribution UK, Стюарт Стивенс - о различных методах улучшения акустики в залах для совещаний.”
Стюарт Стивенс
Проектный менеджер Shure Distribution UK
Case Study – лучший инструмент AV-интегратора
Гари Кей
“Я преподаю маркетинг в InfoComm вот уже несколько лет. Мой СОВЕТ№1 для слушателей: публикуйте Case Study.”
Гари Кей
Основатель портала rAVe
Распределенные звуковые системы. Не так просто, как кажется
Аджигитов Максим
“Задача этой статьи - развенчать миф о том, что проектирование системы фонового звука не стоит серьезных временных и умственных затрат.”
Аджигитов Максим
Ведущий инженер по акустике ГК DIGIS
Все мнения
http://www.avclub.pro/news/proizvoditel/novyy-shirokougolnyy-obektiv-dlya-vivitek-du9000/