Rgb сигнал что это

Rgb сигнал что это

Сигнал RGB — видеосигнал, передающий красный, зеленый и синий цвета, основные цвета телевидения. Обычно называется компонентным видеосигналом, поскольку он разделен на составляющие цвета. Когда данные аналоговые сигналы передаются отдельно, достигается лучшее разрешение изображения. Сигналы RGB могут передаваться по отдельным коаксиальным кабелям, объединенных в мультикор или по независимым кабелям. Эти кабели могут быть: [Y, R-Y, B-Y] или [Y, Pb, Pr] или [YUV] или VGA, SVGA, SGA и т. д. Таким образом, обычно, для передачи компонентого сигнала используются три коаксиальных кабеля. Горизонтальные и вертикальные синхронизирующие сигналы (H и V) передаются, как правило, вместе с «зеленым» видеосигналом через зеленый коаксиальный кабель. Но для повышения контроля возможно использование еще одного коаксиального проводника для сигнала H, то есть всего 4 коаксиальных кабеля: RGBS или 5 коаксиальных кабелей (кабель для каждого сигнала): RGBHV.

Товары связанные с RGB Signal в каталоге:

• Как Купить
• Как Нас Найти
• Конфигуратор готовых кабелей
• Доставка

Что нужно знать для создания грамотной подсветки своего ПК

Системный блок компьютера – это не только про мощность, но и про эстетику. Важнейшим аспектом внешнего вида ПК является подсветка. В этом материале я разберусь с основными моментами, которые стоит учесть, если вы решили проапгрейдить свой системник или же только собираете конфигурацию.

Классификация RGB-подсветки

За основу для рассмотрения разновидностей RGB-подсветки я возьму вентиляторы, ведь они являются основными источниками света практически в любой сборке. В остальных комплектующих со встроенной RGB, наподобие видеокарты, материнской платы или ОЗУ, подсветка автоматизирована и, как правило, не имеет проблем с доп. подключением или совместимостью.

Итак, на данный момент можно выделить 3 основных вида RGB-подсветки:

• RGB. Классический и наиболее распространённый вариант. Этот тип может управляться как через ПО материнской платы, так и через внешние устройства (например, пульт от контроллера). Здесь все светодиоды могут настраиваться, но работают в едином режиме, то есть с одинаковыми цветом и яркостью.
• FRGB (Fixed – фиксированный). Упрощённый вариант подсветки, при котором режимы работы (цвет + яркость) «вшиты» в само устройство, то есть настроить их не получиться. Здесь диоды могут светиться разными цветами и разной яркостью, но только в том случае, если это предусмотрел производитель.
• ARGB (Addressed – адресованный). Наиболее функциональный тип подсветки, при которой каждый светодиод управляется отдельно. За счёт такой схемы получается тонко настроить режим работы и получить интересные мерцания, переливания света по всему системнику, отклик на музыку и многие другие функции, которые предусмотрены программным обеспечением.

Разъёмы и подключение

Наиболее сложный аспект при организации подсветки, так как каждый отдельный тип RGB имеет различные коннекторы и способы их подключения. Наиболее простой тип – FRGB. Такая подсветка не имеет дополнительных коннекторов, поэтому их работа обеспечивается обычным подключением к питанию: 3-pin, 4-pin или Molex, в зависимости от типа самого вентилятора.

Подключение через Molex будет также актуально, если необходимо подключить больше вентиляторов, чем предусмотрено разъёмов на материнской плате. В таком случае Molex-коннектор вентилятора должен обладать 2-сторонним (сквозным) подключением, чтобы к нему же можно было подключить остальные. Правда управлять режимом работы самих вентиляторов в таком случае не получится, что является недостатком для производительных систем – здесь либо тихая работа, либо эффективное охлаждение.

Подключение RBG

У остальных типов RGB всё несколько сложнее. Классическая RGB-подсветка вентилятора питается и управляется отдельным 4-пиновым коннектором на 12 Вольт. Такой коннектор обозначается как «4-pin (12V-G-R-B)». Смотрите, чтобы на вашей материнской плате был соответствующий разъём.

Если вентиляторов с подсветкой больше, чем имеет ваша плата, то ситуация аналогичная Молексу: помимо питания вентилятора и питания подсветки, должен быть третий «папа-коннектор» (с торчащими контактами). Соответственно первая подсветка подключается к материнской плате, а остальные поочередно подключаются к «папа-коннектору» предыдущей подсветки, образовывая цепь.

Заранее продумайте этот момент, так как некоторые вентиляторы с RGB имеют только 2 коннектора вместо 3. В таком случае придётся дополнительно покупать разветвитель, но о нём чуть позже.

Подключение ARGB

У ARGB-подсветки ситуация аналогичная. Отличается лишь сам коннектор подсветки: 3-пиновый разъём на 5 V, который называется «3 Pin (5V-D-G)».

Однако здесь тоже есть свой нюанс. Дело в том, что некоторые производители вентиляторов решили усложнить и одновременно упростить процесс подключения, заменив два коннектора (1 на питание вентилятора и 1 на питание подсветки) на один 6-пиновый. Удостоверьтесь, что он у вас есть. Если его нет, то придётся прибегнуть к покупке контроллера, о котором я расскажу далее.

В плане подключения нескольких вентиляторов ARGB к одному разъёму принцип не отличается, просто здесь вместо трёх стандартных коннекторов используется два 6-пиновых (мама+папа), которые нужно поочередно подключить друг к другу.

Если к одному разъёму на материнской плате подключается свыше 10 RGB-устройств, то рекомендую тщательно ознакомиться с документацией вашей платы, а именно с максимально выдаваемой мощностью на разъём подключения подсветки. Чаще всего максимальная мощность разъёма для RGB составляет около 25 Вт (1 вентилятор потребляет около 1.5 Вт). Оставляйте 30% — 40% запаса мощности на разъём, чтобы он не перегревался. Если плата располагает несколькими разъёмами для питания подсветки, то лучше распределить нагрузку равномерно.

Совместимость

В силу различия коннекторов и принципов работы у RGB и ARBG-подсветки они не имеют совместимости ни в физическом, ни в программном планах. По этой причине стоит отдать предпочтения единому типу подсветки по всему корпусу.

Через ПО всё же можно настроить и задать один режим работы для 2 типов, однако в таком случае функциональность ARGB урежется до стандартной RGB подсветки. Если есть свободная тысяча рублей, то автоматизировать этот вопрос можно с помощью специального RGB-конвертора (преобразователя), который позволит одновременно управлять двумя типами подсветки.

Если на материнской плате нет соответствующих разъёмов, а вентиляторы с подсветкой уже куплены, то решить проблему может внешний контроллер. Не путайте контроллеры с разветвителями:

• RGB-контроллер – это устройство, которое позволяет управлять цветом и яркостью RGB-светодиодов, установленных в корпусе ПК. Он может иметь различные функции, такие как изменение цветовой гаммы, настройка эффектов освещения и т.д. RGB-контроллер обычно подключается к материнской плате или другому устройству через USB, SATA или другой разъем. Такие контроллеры также могут иметь функцию управления через пульт ДУ.

• RGB-разветвитель – это устройство, которое позволяет расширить количество RGB-устройств, подключенных к одному контроллеру. Он используется для создания более сложных конфигураций освещения, когда требуется большее количество устройств, чем имеется разъёмов на мат. плате. Он обычно подключается к RGB-контроллеру или материнской плате через специальный разъем.

Управление

Управление всей подсветкой осуществляется через ПО для контроллера (либо материнской платы, либо отдельного устройства, которое я рассмотрел выше). От производителей материнских плат существует 4 основных программы для управления подсветкой:

• GIGABYTE RGB Fusion
• ASRock RGB Sync
• MSI Mystic Light
• ASUS Aura Sync

Перед покупкой вентиляторов или прочих устройств с RGB-подсветкой смотрите на их совместимость программой контроллера своей материнской платы или другого внешнего контроллера. Важно, чтобы все устройства имели эту совместимость, поэтому лучше покупать девайсы от одного производителя.

Подведём итоги

RGB-подсветка может значительно улучшить внешний вид вашего системного блока, но лишь при её грамотной организации в единую систему. Заранее продумайте и узнайте совместимость приобретаемых устройств с вашей материнской платой, иначе добиться желаемого результата будет значительно сложнее.

Если устройства уже куплены, но не подходят, то решить проблему поможет внешний контроллер. А если совместимость и разъёмы уже есть, но хочется подключить больше устройств с подсветкой без кучи проводов, то выручит разветвитель.

Для тех, кто думал приобрести помощника робота-пылесоса, видеорегистратор для машины или телевизор, рекомендую посмотреть наши подборки:

• «Рейтинг видеорегистраторов c GPS-модулем 2023 года»;
• «Выбираем устройства для уборки дома: 6 робот-пылесосов с построением карты»;
• «Выбираем телевизор для дома: 10 моделей с функцией Smart TV с Яндекс Маркета».

Здесь точно найдете подарок для себя, а то и близким.

Видеосигналы VGA и компонентный: рассмотрим в подробностях

Наше поколение живет в эпоху научно-технической революции, но поскольку мы находимся «внутри процесса», то не замечаем стремительной смены поколений окружающих нас технических устройств. Если раньше бытовая техника могла служить десятилетиями, то сейчас за два-три года она безнадежно устаревает – появляются новые идеи, новые технологии и материалы, которые позволяют эти идеи реализовать.

С момента создания первых искровых передатчиков радиоэлектронная аппаратура была аналоговой. Однако после Второй мировой войны, когда был изобретен биполярный и полевой транзистор, были разработаны первые интегральные микросхемы, цифровые технологии начали завоевывать себе место под солнцем. С точки зрения схемотехники цифровая аппаратура сложнее аналоговой, однако ее функциональные возможности гораздо шире, а некоторые из них принципиально недостижимы при аналоговой обработке сигнала. Несмотря на это, в области современных телевизионных технологий аналоговые видеосигналы применяются весьма широко и не собираются уходить в прошлое.

Проблема цифрового представления видеосигнала состоит в том, что ширина его спектра во много раз больше ширины спектра такого же видеосигнала, но в аналоговой форме. Современные системы цифрового телевидения, на которые постепенно переходят во всем мире, не способны работать с несжатым сигналом. Его приходится кодировать с помощью алгоритма MPEG, а это, как известно, алгоритм с потерей качества. Вот и выходит, что несмотря на развитие и совершенствование цифровых технологий, проще и дешевле для передачи видеосигнала на большие расстояния пользоваться аналоговыми видеоформатами: и ширина спектра сигнала вполне приемлема, и парк оборудования обширен, да и технологии отработаны до совершенства.

Цифровые интерфейсы DVI и его развитие HDMI – это, в общем, интерфейсы хоть недалекого, но будущего, да и предназначены они для решения других задач.

Аналоговый видеосигнал, используемый в современных телевизионных системах, может быть композитным и компонентным.

Композитный CV (composite video) – это простейший вид аналогового видеосигнала, в котором информация о яркости, цвете и синхронизации передается в смешанном виде. На ранних этапах развития видеотехники именно композитный сигнал передавался по коаксиальному кабелю, соединявшему видеомагнитофоны или видеоплееры с телевизорами.

Более совершенным вариантом композитного сигнала является сигнал S‑Video. Этот вид аналогового видеосигнала обеспечивает раздельную передачу сигнала яркости (Y) и двух объединённых сигналов цветности (C) по независимым кабелям, из-за чего этот сигнал называют еще YC. Поскольку сигналы яркости и цветности передаются раздельно, сигнал S-Video занимает значительно более широкую полосу частот, чем композитный. По сравнению с композитным видеосигналом, S-Video обеспечивает заметный выигрыш в чёткости и устойчивости изображения, в меньшей степени – в цветопередаче. S-Video широко используется в полупрофессиональной аппаратуре, вещательными студиями, а также при записи на 8-мм пленку в стандарте Hi-8 фирмы Sony.

Для телевидения высокой четкости и компьютерного видео эти интерфейсы не подходят, поскольку не обеспечивают необходимого разрешения изображения.

Компонентные видеосигналы

Для достижения максимального качества изображения и создания видеоэффектов в профессиональном оборудовании видеосигнал разделяется на несколько каналов. Например, в системе RGB видеосигнал делится на красный, синий и зеленый компоненты, а также сигнал синхронизации. Такой сигнал еще называют сигналом RGBS, наибольшее распространение он получил в Европе.

В зависимости от способа передачи сигналов синхронизации сигнал RGB имеет несколько разновидностей. Если синхроимпульсы передаются в канале зеленого цвета, то сигнал называют RGsB, а если сигнал синхронизации передается во всех цветовых каналах, то RsGsBs.

Для подключения сигнала RGBS используют кабели с четырьмя разъемами BNC или разъем SCART.

Кабель для видеосигнала RGBS с разъемами BNC.

Разъем SCART

Таблица 1. Назначение контактов разъема SCART

Контакт	Описание
1.	Выход аудио, правый
2.	Вход аудио, правый
3.	Выход аудио, левый + моно
4.	Земля для аудио
5.	Земля для RGB Blue
6.	Вход аудио, левый + моно
7.	Вход RGB Blue (синий)
8.	Вход, переключение режима телевизора, в зависимости от типа телевизора – Audio/RGB/16:9, иногда включение AUX (старые телевизоры)
9.	Земля для RGB Green
10.	Data 2: Clockpulse Out, только в старых видеомагнитофонах
11.	Вход RGB Green (зеленый)
12.	Data 1 Выход данных
13.	Земля для RGB Red
14.	Земля для Data, дистанционное управление, только в старых видеомагнитофонах
15.	Вход RGB Red (красный) или вход канала С
16.	Вход Blanking Signal, переключение режима телевизора (композит/RGB), «быстрый» сигнал (новые телевизоры)
17.	Земля композитного видео
18	Земля Blanking Signal (для контактов 8 или 16)
19.	Выход композитного видео
20.	Вход композитного видео или канал Y (яркости)
21.	Защитный экран (корпус)

В системе YUV, получившей распространение в США, используют другой набор компонентов: смешанный сигналы яркости и синхронизации, а также красный и синий цветоразностные сигналы. Для каждой компонентной системы требуется свой тип оборудования, каждая обладает своими достоинствами и недостатками. Для объединения устройств различных видеоформатов необходимы специальные интерфейсные блоки. Разъёмы на концах кабелей обычно бывают RCA или BNC.

Компонентый сигнал YUV

Компонентый сигнал формата RGBHV

Путь формирования видеосигнала таков: изображение раскладывается на сигналы трех первичных цветов: красного (Red – R), зеленого (Green – G) и синего (Blue – В) – отсюда и название «RGB», к которым добавляются сигналы горизонтальной и вертикальной синхронизации (HV), а затем превращается в RGB-сигнал с синхроимпульсами в канале зеленого (RGsB), который далее преобразуется в: компонентный (цветоразностный) сигнал YUV, где Y=0,299R+0,5876G+0,114В; U=R–Y; V= В–Y, преобразуемый затем в сигнал S-Video и композитный видеосигнал. Композитный видеосигнал преобразуется в радиочастотный сигнал, сочетающий аудио- и видеосигналы. Затем он модулируется несущей частотой и превращается в эфирный телесигнал.

На приемной стороне радиочастотный сигнал в результате демодуляции преобразуется в композитный видеосигнал, из которого в свою очередь в результате ряда преобразований получают компоненты RGB и HV.

Компонентный сигнал YPbPr преобразуется в RGB + HV в обход многих цепей видеотракта. Разделение цветоразностных сигналов Pb и Pr по отдельным каналам существенно повышает точность передачи фазы цветовой поднесущей, а настройка цветового тона не требуется.

Сигналы телевидения высокой четкости (ТВЧ, HDTV) 720p и 1080i всегда передаются в компонентном формате, ТВЧ в композитном или s-video форматах не существует.

Когда зарождался формат DVD, было решено, что при оцифровке материала для записи на DVD именно компонентный сигнал будет переводиться в цифровой вид, а затем обрабатываться по алгоритму MPEG-2 сжатия видеоданнных. Сигнал RGB на выходе DVD-плеера получается из компонентного сигнала YUV.

Важно отметить различие между соотношением цветовых компонент в RGB и компонентном сигнале формата YUV (YPbPr). В цветовом пространстве RGB относительное содержание (вес) каждой цветовой компоненты одинаково, тогда как в YPbPr оно учитывает спектральную чувствительность человеческого глаза.

Соотношение компонент в цветовом пространстве RGB

Соотношение компонент в цветовом пространстве YPbPr

Ограничения по расстоянию передачи компонентных разновидностей видеосигнала от источников сигнала к приемникам сведены в таблицу 2 (для сравнения приведены и некоторые цифровые интерфейсы).

Тип сигнала	Полоса пропускания, МГц	Тип кабеля	Расстояние, м
UXGA (компонентный) HDTV/1080i (компонентный)	170 70	Коаксиальный 75 Ом	5 5-30
Компонентный UXGA (с усилением)	170	Коаксиальный 75 Ом	50-70
Стандарт (цифровой SDI) HDTV (цифровой SDI)	270 1300	Коаксиальный 75 Ом	50-300 50-80
DVI-D	1500	Витая пара	5
DVI-D (с усилением)	1500	Витая пара	10
IEEE 1394 (Firewire)	400(800)	Витая пара	10

Видеосигналы VGA

Одна из широко распространенных разновидностей компонентного сигнала – формат VGA.

Формат VGA (Video Graphics Array) – это формат видеосигналов, разработанный для вывода на компьютерные мониторы.

По разрешающей способности форматы VGA принято классифицировать в соответствии с разрешением видеокарт персональных компьютеров, формирующих соответствующие видеосигналы:

• VGA (640х480);
• SVGA (800х600);
• XGA (1024х780);
• SXGA (1280х1024);
• UXGA (1600×1200).

В каждой паре чисел первое показывает число пикселей по горизонтали, а второе – по вертикали изображения.

Чем выше разрешение, тем меньше размеры светящихся элементов и более качественно изображение на экране. К этому всегда следует стремиться, однако с увеличением разрешения стоимость видеокарт и устройств отображения возрастает.

Видеотехника развивается стремительно, и некоторые компьютерные форматы, такие как MDA, CGA и EGA ушли в прошлое. Например, формат CGA, считавшийся в течение нескольких лет самым распространенным, обеспечивал изображение с разрешением всего лишь 320х200 при четырех цветах!

Самый «слабый» из используемых в настоящее время видео форматов, VGA, появился в 1987 году. Количество градаций каждого цвета в нем увеличено до 64, в результате чего число возможных цветов составило 643=262144, что для компьютерной графики имеет даже более важное значение, чем разрешающая способность.

Внешний вид блочной части разъема VGA

Разводка контактов блочной части разъема VGA

Назначение контактов разъема VGA приведено в таблице.

Контакт	Сигнал	Описание
1.	RED	Канал R (красный) (75 Ом, 0,7 В)
2.	GREEN	Канал G (зеленый) (75 Ом, 0,7 В)
3.	BLUE	Канал B (синий) (75 Ом, 0,7 В)
4.	ID2	Идентификационный бит 2
5.	GND	Земля
6.	RGND	Земля канала R
7.	GGND	Земля канала G
8.	BGND	Земля канала B
9.	KEY	Нет контакта (ключ)
10.	SGND	Земля синхронизации
11.	ID0	Идентификационный бит 0
12.	ID1 or SDA	Идентификационный бит 1 или данные DDC
13.	HSYNC or CSYNC	Строчная H или композитная синхронизация
14.	VSYNC	Кадровая синхронизация V
15.	ID3 or SCL	Идентификационный бит 3 или такты DDC

Кроме собственно видеосигналов (R, G, B, H и V) в разъеме (по спецификации VESA) предусмотрены также некоторые дополнительные сигналы.

Канал DDC (Display Data Channel) предназначен для передачи подробного «досье» дисплея процессору, который, ознакомившись с ним, выдает оптимальный для данного дисплея сигнал с нужным разрешением и экранными пропорциями. Такое досье, называемое EDID (Extended Display Identification Data, или подробные идентификационные данные дисплея), представляет собой блок данных со следующими разделами: бренд-нейм, идентификационный номер модели, серийный номер, дата выпуска, размер экрана, поддерживаемые разрешения и собственное разрешение экрана.

Таким образом, из таблицы видно, что если не использовать канал DDC, то сигнал формата VGA представляет собой, по сути дела, компонентный сигнал RGBHV.

В профессиональной аппаратуре вместо кабеля D-Sub с разъемом DB-15 обычно используют кабель с пятью разъемами BNC, что обеспечивает лучшие характеристики линии передачи. Такой кабель лучше согласован с приемником и передатчиком сигнала по импедансу, имеет меньшие перекрестные помехи между каналами, а следовательно лучше подходит для передачи видеосигнала с высоким разрешением (широким спектром сигнала) на большие расстояния.

Кабель VGA с разъемом DB-15

Кабель VGA с пятью разъемами BNC

В настоящее время наиболее широко используются устройства отображения с соотношением сторон 4:3: 800×600, 1024×768 и 1400×1050, однако существуют форматы с необычным соотношением сторон: 1152×970 (около 6:5) и 1280×1024 (5:4).

Распространение плоских панелей подталкивает рынок к более широкому использованию широкоэкранных дисплеев с соотношением сторон 16:9 с разрешением 852×480 (плазменные дисплеи), 1280×768 (жидкокристаллические дисплеи), 1366×768 и 920×1080 (плазменные и жидкокристаллические дисплеи).

Требуемая ширина полосы линии связи для передачи сигнала VGA или видеоусилителя определяется как результат произведения количества пикселей по горизонтали на количество строк по вертикали на частоту кадров. Полученный результат следует умножить на коэффициент запаса, равный 1,5.

Ш [Гц] = Гор * Верт * Кадр * 1,5

Частота строчной развертки есть произведение числа строк (или рядов пикселей) на частоту кадров.

Вид сигнала	Занимаемый спектр частот, МГц	Рекомендуемое макс. расстояние передачи, м
Аналоговый видеосигнал NTSC	4,25	100 (кабель RG-6)
VGA (640×480, 60 Гц)	27,6	50
SVGA (800×600, 60 Гц)	43	30
XGA (1027×768, 60 Гц)	70	15
WXGA (1366×768, 60 Гц)	94	12
UXGA (1600×1200, 60 Гц)	173	5

Таким образом, сигнал UXGA требует полосу пропускания 173 МГц. Это огромная полоса: она простирается от звуковых частот до седьмого телевизионного канала!

Как удлинить компонентный сигнал

На практике часто возникает необходимость передать видеосигналы на расстояния большие, чем указано в вышеприведенных таблицах. Частичным решением проблемы является использование коаксиальных кабелей высокого качества, с малым омическим сопротивлением, хорошо согласованных с линией, имеющих малый уровень помех. Такие кабели довольно дороги и не дают полного решения проблемы.

Если устройство-приемник сигнала находится на значительном расстоянии, следует использовать специализированное оборудование – так называемые удлинители интерфейса. Устройства этого класса помогают устранить изначальное ограничение на длину линии связи между компьютером и элементами информационной сети. Удлинители сигналов VGA действуют на аппаратном уровне, поэтому они свободны от каких-либо проблем с совместимостью программного обеспечения, согласованием кодеков или преобразованием форматов.

Если рассматривать пассивную линию (т.е. линию без активного оконечного оборудования), то кабель типа RG-59 способен передать без видимых на экране искажений композитное видео, телевизионный сигнал стандартов PAL или NTSC только на 20-40 м (либо до 50-70 м по кабелю RG-11). Специализированные кабели, например Belden 8281 или Belden 1694A, позволят увеличить дальность передачи примерно на 50%.

Для сигналов VGA, Super-VGA или XGA, полученных с графических плат компьютеров, обычный кабель VGA обеспечивает передачу изображения с разрешением 640×480 на расстояние 5-7 м (а при разрешении 1024×768 и выше такой кабель не должен быть длиннее 3 м.). Высококачественные промышленные кабели VGA/XGA обеспечивают дальность до 10-15, редко до 30 м. Кроме того, линия связи будет подвержена потерям на высоких частотах (High frequency loss), которые проявляются в снижении яркости до полного исчезновения цвета, ухудшении разрешения и четкости.

Для устранения этой проблемы можно использовать линейный усилитель-корректор, включенный ПЕРЕД длинным кабелем. В нем используется схема компенсации потерь на высоких частотах, именуемая EQ (Cable Equalization, коррекция кабеля) или управление высокочастотной составляющей – HF (High Frequency) control. Схема EQ обеспечивает частотно-зависимое усиление сигнала для «спрямления» амплитудно-частотной характеристики (АЧХ). Регулятор общего усиления позволяет парировать обычные (омические) потери в кабеле.

Такие линейные усилители позволяют (при использовании кабелей максимального качества) передать сигнал с разрешением до 1600х1200 (60 Гц) на расстояния до 50-70 м (и больше, при меньших разрешениях).

Однако не всегда этого достаточно: иногда нужны большие расстояния, иногда на длинный кабель могут наводиться помехи, с которыми линейный усилитель бороться не может. В этом случае обычный коаксиальный кабель VGA можно заменить на иной, более подходящий носитель. Сегодня для этого чаще всего используют недорогой и удобный кабель витой пары, устанавливая на концах кабеля специальные преобразователи (передатчик и приемник).

Передающее устройство такого удлинителя преобразует видеосигналы в дифференциальный симметричный формат, наиболее подходящий для витых пар. На принимающей стороне восстанавливается стандартный видеоформат.

Используется обычный кабель для локальных сетей Ethernet, категории 5 и выше. Для видеосигналов лучше подходит неэкранированный кабель (UTP). За счет дешевизны такого кабеля весь тракт передачи сигнала обычно не удорожается, несмотря на необходимость установки дополнительных приборов.

Данный метод удлинения сигнала VGA хорошо работает на расстояниях до 300 м.

Аналогичные методы можно использовать и для удлинения компонентных сигналов других типов (YUV, RGBS, s-Video), промышленность выпускает соответствующие разновидности приборов.

Заметим, что для передачи компонентного видео YUV обычно хорошо подходят и приборы для сигнала VGA (и это оговаривается в их описаниях), если использовать их каналы R, G, B для передачи каналов Y, U и V (каналы синхронизации H и V можно не использовать). Обычно для этого достаточно использовать кабели-переходники для согласования типа разъемов.

Средой передачи в удлинителях могут также быть оптическое волокно и беспроводный радиоканал. По сравнению с витыми парами, оптоволокно значительно увеличит стоимость, а беспроводная связь не обеспечит достаточной помехозащищенности и надежности, да и получить разрешение на ее использование непросто.

• Главная
• Статьи
• Видеосигналы VGA и компонентный: рассмотрим в подробностях

• Распределение сигналов
• Советы экспертов
• Технологии

Цифровое представление цвета

Цвет — это очень субъективное понятие. В природе существуют световые волны разной частоты. Исследования показали, что определённый диапазон частот (видимый свет) воспринимается человеческим глазом. Но воспринимается не каждая волна по отдельности, а их совокупность. Причём есть три основных частоты, «смешивая» которые можно получить почти все воспринимаемые человеком цвета. Если эти частоты излучаются отдельно (например, лазером), то воспринимаются они как красный, зелёный и синий цвета. Отсюда родилась модель RGB. Она очень удобна для технической реализации в устройствах, которые свет излучают (мониторы и проекторы). Так как там из одной точки можно «посветить» тремя цветами разной интенсивности и таким образом, используя только 3 основных цвета, получать почти весь видимый спектр.

Надо понимать разницу между возможностью контролировать свет излучаемый и поглощаемый.

Если на белую стену посветить красным, зелёным и синим прожекторами, то на пересечении областей мы получим участки, которые «излучают» сразу два цвета: красный + зелёный = yellow, зелёный + синий = cyan, синий + красный = magenta. В данном случае мы контролируем излучаемый свет, тем самым добавляя основные цвета друг к другу в нужных пропорциях (аддитивная модель).

Но представим ситуацию, когда мы не можем излучать свет самостоятельно. Это случай журналов и картин. В природе естественным является белый свет — смесь волн разной частоты, но примерно одинаковой энергии (тепловое излучение). Когда этот свет попадает на поверхность, покрытую определённым веществом, волны одних частот от неё отражаются, волны других частот поглощаются веществом. Тогда можно взять три основных вещества (краски), которые по отдельности отражают только цвета cyan, magenta и yellow, и, смешивая их в определённой пропорции, получить почти все существующие цвета. Таким образом мы контролируем поглощаемый свет, вычитая из белого ненужные нам цвета (субтрактивная модель).

Например, смешивая cyan (голубой; поглощает красный, отражает зелёный и синий) и magenta (розовый; поглощает зелёный, отражает красный и синий) мы получаем поверхность, которая поглащает красный и зелёный и, соответственно, отражает только синий. Отсюда появилась цветовая схема CMYK, которая используется при печати. «K» означает четвёртую, чёрную, краску. Её используют по техническим соображениям.

• Color vision. «Eye, Brain, and Vision», Hubel D.

Цветовые модели [ править ]

XYZ [ править ]

XYZ — теоретическая модель, созданная CIE (Commission internationale de l’éclairage) на основе исследований человеческого цветовосприятия. Эта модель вмещает все видимые человеку цвета. Она разработана таким образом, что два компонента представляют цвет, а третий — яркость (Y).

xyY [ править ]

Для иллюстраций используют модель xyY, получающуюся из XYZ простыми преобразованиями. При этом трёхмерными изображениями обычно не заморачиваются и компонент яркости отбрасывается. Получающаяся диаграмма xy имеет одно замечательное свойство: если выбрать на ней три основных (primary) цвета, то внутри образуемого ими треугольника окажутся все цвета, которые можно представить при помощи этих праймари. Вообще, это распространяется на любой n-угольник. На этом свойстве и основана модель RGB.

RGB и YCbCr [ править ]

RGB удобна для захвата цветов камерой и воспроизведения их на мониторе или проекторе. Однако для передачи и кодирования сигнала она мало пригодна по нескольким причинам:

1. Считается, что человеческий глаз больше замечает изменения яркости, чем цветности. Модель RGB не позволяет это использовать.
2. Когда появилось цветное телевидение, необходимо было сохранить совместимость с чёрно-белыми телевизорами.

Поэтому для передачи цветного сигнала была разработана модель YUV, которая использовала один компонент (Y) для передачи яркости (чёрно-белое телевидение) и два дополнительных компонента (UV) для передачи цвета. В цифровом кодировании схожая модель зовётся YCbCr.

• CIE Color Space, Gernot Hoffman

Цветовые пространства [ править ]

Цветовое пространство (gamut) модели RGB определяется выбором праймари и точки белого. Часто выбор диктуется некими практическими соображениями, например, наличием в производстве соответствующего люминофора.

CIE RGB [ править ]

Это пространство основано на трёх монохроматических цветах. E — точка белого.

sRGB [ править ]

Стандарт, созданный HP и Microsoft в 1996 году. Данный стандарт применяется повсеместно: компьютерные мониторы, интернет, принтеры…

• ICC: Three component color encoding registry

RGB → YCbCr [ править ]

Преобразование из RGB в YCbCr выполняется по формуле:

Y = K R ⋅ R + K G ⋅ G + K B ⋅ B C B = 0.5 ⋅ B − Y 1 − K B C R = 0.5 ⋅ R − Y 1 − K R Y&=K_\cdot R+K_\cdot G+K_\cdot B\\C_&=0.5\cdot <1-K_>>\\C_&=0.5\cdot <1-K_>>\end>>

Коэффициенты K R > и K B > (matrix coefficients) зависят от используемого цветового пространства и отдельно определяются соответствующими стандартами. При этом стандарты, использующие одинаковые праймари и точку белого, могут декларировать разные коэффициенты преобразования, и наоборот.

Гамма-коррекция [ править ]

Воспринимаемая человеком яркость изображения (lightness) нелинейно зависит от «реальной» яркости (luminance): тёмные оттенки человек различает лучше чем светлые. Чтобы избежать неравномерных потерь при передаче и кодировании сигнала, линейные значения RGB или YCbCr должны быть преобразованы в нелинейные R′G′B′ или Y′CbCr. Такое преобразование называется гамма-коррекцией. Сама функция преобразования (transfer characteristics) определяется различными стандартами по-разному.

В теории гамма-коррекция должна производиться после конвертации RGB → YCbCr при записи данных, а обратное преобразование — перед конвертацией YCbCr → RGB при воспроизведении. То есть RGB → YCbCr → Y′CbCr → … → Y′CbCr → YCbCr → RGB. На практике же применяется цепочка RGB → R′G′B′ → Y′CbCr → … → Y′CbCr → R′G′B′ → RGB. Эта инженерная уловка использовалась для того, чтобы избежать двойного преобразования в ЭЛТ-мониторах. Яркость пикселя на таком мониторе нелинейно зависит от подаваемого напряжения, причём эта зависимость очень похожа на функцию обратной гамма-коррекции. Компонент Y′ (luma), полученный из R′G′B′, не соответствует теоретической яркости Y (luminance), получаемой из RGB. Это приводит к определённым артефактам, проявляющимся при использовании chroma subsampling (например, тёмная полоска на границе зелёный — маджента).

• Gamma FAQ, Charles Poynton
• Gamma FQA, Charles Poynton
• The rehabilitation of gamma, Charles Poynton
• Weber’s law

Chroma subsampling [ править ]

Как уже упоминалось, считается, что человек сильнее воспринимает изменения яркости, чем изменения цветности. Так как YCbCr кодирует яркость (Y) и цветность (CbCr) отдельно, то эта особенность человеческого восприятия позволяет сохранять компоненты цветности с меньшим разрешением, чем компонент яркости. Называется это chroma subsampling.

Расмотрим 2 строки по 4 пикселя в каждой. В обычном случае мы имеем по 4 значения Y для каждой строки, и по 4 значения Cb и Cr для каждой из двух строк. Это описывается соотношением 4:4:4.

В общем виде записывается как J:a:b, где J — ширина рассматриваемой строки (всегда равна количеству Y-сэмплов в каждой из строк), a — количество Cb и Cr сэмплов в первой строке, b — количество Cb и Cr сэмплов во второй строке.

Например, «4:2:0»: 4(сэмпла яркости на каждую строку):2(сэмпла цветности на первую строку):0(сэмплов цветности на вторую строку — используется тот же цвет, что и в первой строке). Таким образом, на блок из четырёх пикселей приходится только один сэмпл цветности. Это наиболее используемый и поддерживаемый тип сабсэмплинга.

Несмотря на то, что визуально chroma subsampling почти не заметен, в некоторых случаях при преобразовании обратно в RGB могут возникать видимые артефакты. Проявляются они либо на видео низкого разрешения с текстом (в этом случае перед кодированием стоит сделать апскейл), либо при переходах между некоторыми цветами (чёрный-красный, зелёный-маджента), либо на специальных тестовых изображениях.

• Chroma subsampling notation, Charles Poynton
• Chrominance Subsampling in Digital Images, Douglas A. Kerr
• Towards Better Chroma Subsampling, Glenn Chan
• Color subsampling, Glenn Chan

Уровни [ править ]

Для передачи цифрового сигнала чаще всего используется 8 бит на сэмпл. То есть Y, Cb и Cr могут принимать значения 0..255. Однако, из-за аналоговой природы большинства телевизионных стандартов, для видео используется не весь диапазон значений.

Согласно стандартам (BT.601, BT.709) чёрному цвету должно соответствовать Y = 16, белому Y = 235. Для Cb и Cr базовыми являются значения 16 и 240. Таким образом, яркость имеет 220 уровней (quantization levels), цветность — 225. При этом сигнал может содержать и значения 1..15 — footroom, и 236..254 (241..254) — headroom. Значения 0 и 255 — служебные.

Соответственно, нормализованные значения R, G, B, полученные из такого сигнала, могут выходить за пределы отрезка [0; 1], образуя так называемые области BTB (Blacker Than Black — чернее чёрного) и WTW (Whiter Than White — белее белого). В некоторых случаях это происходит из-за того, что при мастеринге видео уровень белого был намеренно выбран ниже максимального значения исходного сигнала (или/и уровень чёрного выше минимального).

Если для передачи сигнала используется больше 8-ми бит, то дополнительные биты являются младшими. Например, для 10-ти битного сигнала базовыми значениями Y (уровнями чёрного и белого) будут 16 ⋅ 2 10 − 8 = 64 =64> и 235 ⋅ 2 10 − 8 = 940 =940> , разрешёнными — 4..1019. Нулевой уровень цветности будет приходиться на 128 ⋅ 2 10 − 8 = 512 =512> .

• Legal, valid, and sensible colors Poynton’s Vector
• Poynton’s forum post

Full range [ править ]

Некоторые, изначально цифровые, стандарты (JPEG, M-JPEG, Fraps) используют полный диапазон значений. То есть чёрному соответствует 0, белому — 255 (точнее, 2 B i t D e p t h − 1 -1> ). Нулевому уровню цветности — 128 ( 2 B i t D e p t h − 1 > ). В H.264 для такого сигнала предусмотрен флаг Full range.

Воспроизведение [ править ]

Для корректного воспроизведения видео должны быть выполнены следующие шаги:

1. Выбор базовых уровней входящего сигнала.
2. Chroma upsampling.
3. Конвертация YCbCr → RGB с использованием правильных коэффициентов.
4. Дополнительная коррекция изображения для конкретного устройства вывода.

• EBU Tech 3320 «User requirements for Video Monitors in Television Production» Annex A
• Тема на iXBT

Выбор уровней [ править ]

В некоторых случаях входящий сигнал может содержать полезную информацию в областях BTB/WTW. Студийные мониторы должны корректно отображать такие цвета. Однако к домашнему оборудованию и условиям просмотра предъявляются гораздо более мягкие требования, и более комфортным может оказаться отображение только уровней 16..235. Иначе говоря, нужно определиться, будете ли вы масштабировать сигнал 16..235 в 0..255 или будете сохранять области BTB/WTW (в которых ничего полезного может и не быть), жертвуя контрастом.

При выполнении преобразования YCbCr → RGB в ffdshow есть возможность как автоматического выбора между Full range и TV-диапазоном (учитывая и флаг H.264), так и ручной установки уровней Y (количество уровней CbCr изменяется пропорционально).

Также в ffdshow имеется фильтр Levels, позволяющий динамически изменять диапазон при появлении BTB/WTW. Но, так как этот фильтр работает с 8-битными значениями, его использование может привести к появлению banding’а.

Полностью сохранить сигнал в областях BTB/WTW можно также, установив входные уровни YCbCr равными 16..235(240) и уровни вывода RGB равными 16..235. При этом стоит убедиться, что уровни 1..15 и 236..254 нигде не обрезаются.

То, что уровни могут быть изменены сразу в нескольких местах (рендерер, декодер, промежуточные фильтры, настройки видеокарты, шейдеры), может привести к нежелательным последствиям, например, к двойному преобразованию 16..235 → 0..255.

• ffdshow: RGB conversion
• AVS Forum thread

Ресайз [ править ]

Ресайз (resize — изменение размеров) при просмотре видео выполняется по нескольким причинам:

• chroma upsampling;
• соотношение сторон пикселя (Sample Aspect Ratio) отличное от 1:1;
• несоответствие разрешения видео разрешению монитора.

То есть, даже если вы смотрите 720p на соответствующем мониторе, вам всё равно необходим качественный метод ресайза для компенсации chroma subsampling. Ресайз, как правило, выполняется рендерером. Наиболее продвинутым в этом плане является madVR. VMR9, EVR Custom и Haali renderer также позволяют в некоторой степени изменять метод ресайза.

YCbCr → RGB [ править ]

Коэффициенты преобразования YCbCr → RGB могут отличаться для контента различной природы. Так, для SD-видео обычно используются коэффициенты описанные в стандарте BT.601, а для HD — BT.709. При использовании неверных коэффициентов происходит слабо заметное искажение цветов. Например, лица людей становятся розовее или желтее.

Многие форматы (H.264, MPEG-2, VC-1, Theora, JPEG SPIFF) поддерживают указание matrix_coefficients в виде метаинформации. Однако наиболее распространён метод выбора коэффициентов на основании разрешения видео. Например, рендереры VMR7 и VMR9 используют BT.601, если высота кадра < 720, а BT.709, если высота ≥ 720. Таким образом, видео 720p, кропнутое по высоте, будет воспроизводиться с неправильными коэффициентами. ffdshow использует более разумные критерии:

• если установлен флаг в потоке H.264, то используются соответствующие коэффициенты;
• для Fraps используется BT.709;
• для JPEG и M-JPEG — BT.601;
• если высота ≥ 600 или ширина > 1024 — BT.709;
• если высота < 600 и ширина ≤ 1024 — BT.601.

Также компенсировать неверный выбор коэффициентов можно используя шейдеры в MPC-HC.

Преобразование в RGB подразумевает предварительный chroma upsampling. Качественно его могут выполнять, например, ffdshow и madVR. Первый делает это программно, второй — нещадно используя ресурсы видеокарты.

Говорят, что информация о праймари, коэффициентах и гамме может содержаться не только в метаданных, но и в самом потоке: «Some digital video signals can carry a video index (see SMPTE RP 186—1995) which explicitly labels the primaries, transferFunction, and matrix of the signal.»

• Chroma upsampling comparison
• Colorimetry, avisynth.org
• Color coefficients and Colormatrix usage summary, summary of Doom9’s discussions.

Дополнительный рендеринг [ править ]

В некоторых случаях может понадобиться дополнительная коррекция изображения. Например, изменение цветового пространства и гаммы в соответствии с параметрами монитора. Это можно сделать с помощью yCMS (madVR, AviSynth) или ICC-профиля.

Необходимо понимать, что на восприятие человеком изображения влияет множество вторичных факторов, среди которых:

• Эффект Стивенса (Stevens effect) — воспринимаемая контрастность увеличивается с увеличением яркости.
• Эффект Бартлесона — Бренемана (Bartleson-Breneman effect) — более тёмная окружающая обстановка уменьшает воспринимаемую контрастность.
• Эффект Ханта (Hunt effect) — насыщенность увеличивается с увеличением яркости. Например, цветы при дневном свете (около 30000 cd/m 2 ) выглядят красочнее, чем при сумеречном (около 300 cd/m 2 ). Если изображение снято днём, но отображается на мониторе яркостью 300 cd/m 2 без модификации данных RGB, то будет казаться, что оно было снято в сумерках.

Традиционно для компенсации этих эффектов при воспроизведении используется несколько большее значение гаммы, чем было использовано при съёмке камерой. Так, студийные мониторы, предназначенные для просмотра в тёмном окружении, используют γ ≈ 2.4, в то время как при съёмке используется кривая с показателем 1/γ ≈ 1/2. Для мониторов, используемых в светлых помещениях, подойдёт γ ≈ 2.2 (sRGB).

• Perceptual uniformity, picture rendering, image state, and BT.709, Charles Poynton
• Color II, MIT lecture presentation
• Color Context

Кодирование [ править ]

Ресайз [ править ]

Для правильного ресайза должны использоваться линейные, а не гамма-корректированные значения компонентов. При ресайзе в большее разрешение это не существенно, однако при уменьшении разрешения неверный ресайз может приводить к заметным проблемам.

Встроенные функции Avisynth этого не учитывают, а кроме того, имеют ряд багов chroma shift, часть из которых не исправлена и в версии 2.6a3.

Ресайз над линейными компонентами можно производить при помощи Dither Tools (пример) или ResampleHQ. Однако в последнем присутствуют некоторые баги.

• Avisynth known issues, avisynth.org
• Weird chroma placement, Doom9 thread
• Gamma error in picture scaling, Eric Brasseur

Коррекция коэффициентов [ править ]

Если при создании рипа производится ресайз из HD в SD, то следует скорректировать значения YCbCr так, чтобы при воспроизведении цвета не искажались из-за ошибочного выбора коэффициентов (для SD традиционно используются BT.601, для HD — BT.709). В Avisynth это можно сделать выполняя ресайз при помощи Dither Tools или ResampleHQ, а также плагинами ColorMatrix и t3dlut. Сама по себе коррекция коэффициентов не требует преобразования в RGB.

При кодировании следует указывать используемые коэффициенты в метаданных (параметр —colormatrix для x264). Эта информация может использоваться либо когда конвертация в RGB производится декодером, либо отдельными связками декодер + рендерер (LAV Video + madVR). В большинстве же случаев флаг colormatrix игнорируется и коэффициенты выбираются на основе разрешения видео. Тем не менее, выставленный флаг позволяет понять, корректировались ли коэффициенты.

Стандарты [ править ]

V = < 1.099 ⋅ L c 0.45 − 0.099 , for 1.33 >L c ≥ 0.018 4.500 ⋅ L c , for 0.018 > L c ≥ − 0.0045 − ( 1.099 ⋅ ( − 4 ⋅ L c ) 0.45 − 0.099 ) / 4 , for − 0.0045 > L c ≥ − 0.25 1.099\cdot L_^-0.099,&<\mbox>1.33>L_\geq 0.018\\4.500\cdot L_,&<\mbox>0.018>L_\geq -0.0045\\-(1.099\cdot (-4\cdot L_)^-0.099)/4,&<\mbox>-0.0045>L_\geq -0.25\end>>