Мониторы в системах видеонаблюдения

Что можно ожидать от современных мониторов и чем вы рискуете, покупая CCTV-монитор без тщательной проверки качества его работы. Все наше внимание мы обращаем на CCTV-мониторы, мониторы с аналоговым композитным входом, которыми в последнее время интенсивно заменяют мониторы с ЭЛТ в системах охранного телевидения. Наше повествование мы будем сопровождать фотографиями с экранов некоторых, далеко не самых худших устройств.
Практически все фотографии сделаны с использованием тестовых изображений, формируемых генератором TPG-8D.
Это, во-первых, обеспечивает возможность честного сравнения изображений с различных мониторов, а во-вторых, позволяет значительно более отчетливо увидеть те недостатки, которые присутствуют на реальных изображениях и субъективно характеризуются словами «что-то плохо показывает», Кстати, иногда недостатки умышленно скрываются демонстрацией конкретного изображения, например такого, которое не имеет мелких деталей. К сожалению, это не очень профессиональные фотографии, несколько ухудшающие реальное качество, но они дают достаточное представление о разбросе уровней этого качества. К еще большему сожалению, не всегда удалось избежать появления муаров, которые обусловлены не плохим качеством мониторов, а биениями частот, вызванными тройной последовательной дискретизацией сигнала (в генераторе, в мониторе и в фотоаппарате).
Следует отметить, что основное внимание мы обращали не на параметры, которые зависят в основном от качества ЖК-панели, как, например, яркость, контрастность или угол обзора, а на качество реального воспроизводимого изображения, требуемого от монитора системы телевизионного наблюдения, в которой используются аналоговые телекамеры. Как известно, производителей качественных ЖК-панелей можно практически пересчитать по пальцам, и все панели очень похожи друг на друга. А вот производителей мониторов существенно больше, и каждый стремится либо сказать новое слово в мониторостроении, либо выпустить в продажу как можно более дешевое устройство. И не всегда это устройство, к сожалению, может иметь необходимые для монитора качества.
Чтобы можно было отчетливо видеть, к чему будет приводить торжество инженерной мысли, на Рис. 1 мы показываем реальное изображение родственницы нашей таблицы, разработанной Владо Дамьяновски, которая имеет те же основные элементы, что и таблица в нашем генераторе, и, что самое главное, с таким же качеством.

Рис 1.

Конечно, генератор телевизионного сигнала TPG-8D не является особенно прецизионным прибором и вносит свои погрешности при формировании телевизионного сигнала, но при сравнительном анализе этим можно пренебречь.
ЧТО ЖЕ МЫ МОЖЕМ ПОЛУЧИТЬ?
Что же мы можем получить от современного ЖК-монитора с композитным видеовходом? Давайте посмотрим на фотографию с экрана изделия от весьма достойного производителя, приведенную на Рис.2.

Рис 2.

Что мы можем сказать про это изображение. Изображение тоже достойное. Горизонтальное разрешение чуть-чуть более 500 ТВЛ, вертикальное разрешение – параметр, которым обычно пренебрегают, объясняя это меньшей чувствительностью человеческого глаза к уменьшению разрешения по вертикали, – соответствует стандарту разложения 625 строк без учета коэффициента Келла, так как тестовое изображение сформировано цифровым способом.
Контуры фигур достаточно четкие, только в центральной розетке при достаточном увеличении видны зубчатые края и всполохи. Физиономии ребятишек чистые и легко распознаваемые, отчетливо видно 10 градаций серого, но на самом мониторе можно увидеть и все одиннадцать.

ТАК ПОЧЕМУ ЖЕ?
Так почему же все ЖК-мониторы, которые могут показывать замечательное компьютерное изображение, искажают телевизионный сигнал? Что же препятствует получению качественного аналогового изображения от источника композитного видеосигнала на экране ЖК-монитора?
Абсолютно не гарантируя полноту и глубину анализа, мы попробуем рассмотреть основные из этих факторов, не обращая внимания на давно привычные всем процессы, такие как АРУ, восстановление постоянной составляющей, компенсация уровня черного или калибровка каналов. Поскольку каждый производитель процессоров для обработки видеосигналов стремится реализовать свои собственные алгоритмы или в рекламных целях назвать давно уже известные алгоритмы другими словами, мы даже не можем гарантировать, что под разными словосочетаниями не скрывается описание одного и того же алгоритма.
Складывается впечатление, что достоверную техническую информацию можно обнаружить, только изучая теоретические статьи и патентную литературу, но вот определить, реализован ли этот алгоритм или патент в реальных устройствах и какие он претерпел изменения, практически невозможно.
Конечно, производителям мониторов и процессоров известны все технические подробности, но они совсем не стремятся делать их достоянием гласности. Правда, эти технические подробности для нас не особенно существенны, ведь нас, потребителей этой продукции, более интересует наличие качественного изображения на экране монитора. И все-таки попытаемся чуть-чуть вникнуть в эти подробности.
Как известно, существует три основные операции, которые необходимо совершить с композитным видеосигналом, чтобы отобразить его на экране ЖК-монитора и обеспечить при этом достойное качество. Это разделение яркостной и цветовой составляющих, операция деинтерлейсинга и масштабирование. Все эти операции совершаются в цифровом сигнальном процессоре, и, естественно, всему этому предшествует преобразование сигнала в цифровую форму.
Теперь ненадолго вернемся к режиму работы с компьютером. В настоящее время наиболее распространенным форматом передачи сигналов от компьютера к монитору является формат VGA, при котором на монитор передается аналоговый сигнал (три канала: R, G, B) и импульсы синхронизации.
Но этот аналоговый сигнал имеет явно выраженную дискретную структуру, обусловленную тем простым фактом, что рождается он в результате вычисления цвета и его интенсивности для каждого субпикселя в цифровой форме. На Рис. 23 показан вид такого сигнала для одного канала, состоящий из практически равномерных полочек, несущих информацию об уровне цветовой компоненты для каждого субпикселя, и переходных процессов при переходе от одного такого субпикселя к другому.

Естественно, если квантовать сигнал в моменты, соответствующие его полочкам, то мы будем получать честную информацию об уровне сигнала. Если же момент выборки будет попадать в зону переходов, информация об уровнях будет искажена, что сразу проявится на экране монитора. Поскольку длительность сигнала пикселя в реальной жизни очень мала и может достигать единиц наносекунд для современных широкоформатных мониторов, то точность и стабильность моментов оцифровки является очень важным фактором, который вносит определяющий вклад в качество изображения.
Для того чтобы обеспечить необходимую точность моментов выборки, монитор должен обеспечить их синхронизацию с частотой пикселей. Эту операцию выполняет цифровой модуль фазовой автоподстройки частоты, который синхронизирует частоту выборок со строчной частотой сигнала.
Более того, существуют специальные алгоритмы типа «Sum of pixel difference», которые обеспечивают поиск оптимального расположения импульса оцифровки в середине сигнала от пикселя. Такой алгоритм может не только улучшать качество изображения в нормальных условиях, но и при любом отклонении от этих условий, например при просмотре видеофрагмента с удвоенной скоростью.
Передать же три составляющие цвета (R,G, B) на соответствующие субпиксели (R, G,B) не является особо сложной задачей.
Вернемся к CCTV-мониторам. В настоящее время подавляющее большинство аналоговых телекамер CCTV формируют на выходе композитный видеосигнал. И хотя практически все они носят гордое название «цифровые», сигнал на выходе является абсолютно аналоговым. На Рис. 24 можно увидеть маленький фрагмент такого сигнала в одной строке, который отображает две узкие вертикальные линии и для исключения всяких проблем с оцифровкой, показан на настоящем трубочном осциллографе С1-81. В правом верхнем углу рисунка этот фрагмент показан так, как мы его видим на экране монитора. Достаточно отчетливо видны две вертикальные линии, каждая из которых вызывает соответствующий отклик в телевизионном сигнале. Учитывая, что длительность сигнала от пикселя составляет примерно 75 нс, можно утверждать, что левая линия имеет ширину 3-4 пикселя, а правая – 7-8, но выделить эти пиксели в сигнале абсолютно невозможно. Таким образом, модуль фазовой автоподстройки частоты может выполнить единственную операцию, произвести синхронизацию частоты выборок АЦП монитора со строчными импульсами телевизионного сигнала, обеспечивая процессору возможность действовать в соответствии с рекомендациями протокола BT.656, надеясь, что производитель телекамеры тоже руководствовался этим документом.

ВЫВОДЫ:
1. Если вы решились на замену ЭЛТ-мониторов на ЖК-мониторы в вашей действующей системе охранного телевидения, тщательно исследуйте возможности ЖК-мониторов при отображении сигналов тестовых изображений, формируемых в стандарте разложения вещательного телевидения.
2. Дополняйте эти статические испытания натурными, чтобы убедиться в возможности нормальной работы с движущимися объектами. Даже простое движение рукой перед подключенной к монитору телекамерой может очень много сказать по виду изображения на мониторе.
3. Если изыскания в интернете позволят вам выяснить, для каких целей разрабатывался этот монитор, то необходимо, чтобы главной целью этой разработки являлось качественное отображение композитного видеосигнала.

По материалам сайта "ОРБИТА-СОЮЗ"