4. Camere video digitale

4.1. Necesitatea camerelor video digitale

La inceputul anilor ’90, putini credeau ca o camera video va fi privita ca un echipament periferic PC si ca montajul video va deveni una dintre aplicatiile PC cu o dezvoltare fulminanta. Totul s-a schimbat odata cu introducerea de catre Sony a formatului DV in 1995 si respectiv odata cu adoptarea aproape universala a interfetei IEEE 1394, facand ca o camera digitala sa fie conectata la un sistem PC la fel de usor ca un mouse. Deodata entuziastii au avut acces la o tehnologie care le permitea sa produca imagini in format digital la un nivel care depasea de departe nivelul formatelor analogice disponibile la vremea respectiva – ca Hi-8 si S-VHS – si sa transforme aceste imagini in filme cu aspect profesional, folosind propriul PC.

Fig. 17 Camera video digitala (1)

Astfel, artistii independenti au primit o nesperata gura de oxigen, tehnologia digitala oferindu-le modalitati noi de creatie. Aceasta tehnologie se bazeaza pe imagini reprezentate sub forma de biti. In cazul unui semnal video digital nu exista variatii in semnalul original odata ce este capturat pe hard-disk. Rezulta ca imaginea nu pierde nimic din calitatile copiei initiale. Imaginea este copia exacta a originalului. Tehnologia digitala permite o postprocesare computerizata mult mai simpla, fara o conversie initiala. Odata montajul terminat, pot fi extrase clipuri scurte care pot fi trimise ca attachment pe e-mail sau expuse pe website-uri.

Fig. 18 Camera video digitala (2)

Camerele digitale care costa mai putin de 1000$ capteaza imagini de o calitate egala sau mai buna decat camerele profesionale in format analog care costa de 10 ori mai mult. Camerele digitale isi gasesc locul in lantul captura-playback fara sa disturbe celelalte elemente, fiind astfel usor de integrat in sistem.

De cativa ani se observa o convergenta a aparatelor foto digitale si a camerelor digitale. Multe dintre aparatele foto digitale pot capta pana la cateva minute de imagine, iar camerele video pot functiona ca si aparate foto de foarte buna calitate, cu o rezolutie de invidiat.

Fig. 19 Camera video digitala (3)

De asemenea, datorita formatului Mini DV, care utilizeaza casete de dimensiuni reduse, au aparut camere minuscule, pe care le poti strecura intr-un buzunar de la camasa.

4.2. Caracteristicile camerelor video digitale

4.2.1. Manevrabilitatea

Fig. 20 Reglajele camerei video digitale

Camerele digitale ofera un acces usor la toate comenzile si butoanele. Exista cel putin trei posibilitati de a incepe inregistrarea, prin plasarea butonului START/STOP REC corespunzator diferitelor pozitii de filmare, precum si prin telecomanda. Orice pozitie de filmare este accesibila.

4.2.2. Dispozitivul CCD (Charge-Coupled Device)

Fig. 21 Dispozitivul CCD

CCD-ul unei camere digitale colecteaza si proceseaza lumina (fotonii) care este captata de lentile si o converteste intr-un semnal electric. In timp ce camerele medii sunt echipate cu un singur CCD, modelele de varf au 3 CCD-uri. In acest caz, o prisma care este situata in obiectiv imparte lumina in cele trei culori primare, fiecare fiind preluata de un chip diferit. Rezultatul, pe langa o crestere semnificativa a pretului, este o excelenta reproducere a culorilor si calitate a imaginilor.

Fig. 22 Cele 3 dispozitive CCD

Suprafata CCD-ului este impartita ca o retea, in mici pixeli. Fiecare pixel reprezinta un pixel din imaginea capturata. Exista CCD-uri de diferite marimi si rezolutii. Cu cat este mai mare rezolutia, specificata in pixeli, cu atat imaginile vor fi mai detaliate. Cele mai multe camere folosesc CCD-uri de 1/4 sau 1/3 inch cu rezolutii intre 270.000 si 680.000 de pixeli. JVC a introdus la ultimul sau model profesional un sistem de 3 CCD-uri de 1/2 inch, fiecare de o rezolutie de 480.000 pixeli. Au aparut camere cu rezolutii de ordinul megapixelilor.

Cand fotonii ajung pe senzorul de imagine, se elibereaza un electron, iar senzorul adauga aceasta sarcina electrica la sarcina care a fost deja colectata, proces care se numeste “integrare”. Cu cat este mai puternica sursa de lumina, cu atat mai multi fotoni sunt disponibili senzorului.

Avantajele

calitate exceptionala,
fotodetectori optimizati,
zgomot si neuniformitate foarte reduse.

Dezavantajele CCD-urilor sunt:

nu pot integra alte circuite digitale sau analogice (pentru generarea ceasului, control, conversie A/D),
sunt neprogramabile,
sunt mari consumatoare de energie,
au numar limitat de frame-uri.

Fig. 23 Structura dispozitivului CCD

CCD-urile nu pot fi evaluate numai dupa rezolutie, ci si dupa iluminarea minima recomandata pentru a inregistra o imagine, adica lux rating. 1 lux este lumina de la o lumanare la o distanta de aproximativ 1 yard fata de subiect. Nivelele sunt intre 1 si 5, cu numere mai mici indicand o performanta mai buna in conditii de iluminare slaba. Desi camerele cu lux rating-uri de 2 sau 3 functioneaza in lumina putina, imaginea pierde din contrast si culoare.

O metoda prin care camerele isi amplifica nivelul luminos este prin amplificarea semnalului de pe CCD. Aceasta amplificare se numeste gain si face camera mai sensibila, dar introduce si zgomote care scad mult din calitatea imaginii. Legat de lux rating este si raportul semnal zgomot. Cu cat semnalul video care vine de la CCD este amplificat pentru a imbunatati lux rating-ul, se amplifica si zgomotul. Camerele performante au un raport semnal-zgomot mai mare pentru a se obtine imagini mai bune in lumina slaba. Camerele cu un raport semnal-zgomot scazut produc imagini in lumina slaba care arata granulate si sterse.

Fig. 24 Amplificarea semnalului CCD

Canon Obtura a fost prima camera care a incorporat un CCD progressive scan care imbunatateste imaginile video si face posibila capturarea de fotografii. CCD-ul capteaza o imagine video de un frame intreg cu o frecventa de 60 frame-uri/secunda. Dimpotriva, obisnuitul CCD interlace-type reproduce numai jumatate de frame, numit camp (field), in acelasi interval de timp. In timpul playback-ului, metoda interlace combina cele doua campuri, dar un decalaj de timp intre campuri poate cauza o imagine suparatoare care vibreaza pe ecranul TV cand redarea este oprita. Un CCD progressive scan elimina decalajul de timp dintre campuri prin inregistrarea unei imagini intregi, facand astfel posibila descarcarea, afisarea sau chiar tiparirea oricarui frame din cadrul unei imagini in miscare fara pierderi de rezolutie.

4.2.3. Optica

Obiectivele sunt probabil cele mai costisitoare componente ale unei camere si au o influenta covarsitoare asupra calitatii imaginilor filmate. Cele mai multe camere DV au obiective zoom satisfacatoare, dar nu exceptionale. Numai camerele profesionale ca JVC GY-DV5000U au obiective interschimbabile si au un control mai bun asupra lungimii focale si calitatii.

Fig. 25 Obiectiv zoom

Obiectivele zoom permit schimbarea lungimii focale. Plaja de lungimi focale pe care o acopera un obiectiv este specificata de obicei ca grade de marire. De exemplu, un obiectiv zoom 11X va mari sau reduce subiectul de 11 ori, depinzand de modul in care este zoom-at peste capacitatea maxima. Unele zoom-uri lucreaza la o viteza constanta, inclusiv zoom instantaneu, in timp ce altele permit o viteza variabila a zoom-ului. Aceste multi-viteze, adica variable speed zooms, te lasa sa alegi intre zoom-uri instant sau lente, depinzand de situatie.

zoom

Zoom

optic,
digital.

Zoom-ul optic modifica imaginea care se obtine prin lentile. Fiecare pixel din imagine contine date unice asa ca imaginea este detaliata si clara. Zoom-urile optice ajung pana la 29X.

Zoom-ul digital se realizeaza prin interpolare. Imaginea nu mai are atat de multi pixeli unici ca o imagine luata cu un zoom optic, deci este inferioara, adeseori aparand blocari si distorsiuni. Canon are un zoom digital de 440X care a fost calculate ca fiind echivalent cu un obiectiv de 15400 mm.

Fig. 26 Zoom optic si zoom digital

Stabilizarea imaginii minimizeaza efectul de imagine tremurata in urma filmarii fara trepied, iar cu valorile de zoom oferite de camerele digitale, aceasta facilitate devine o necesitate. Stabilizarea imaginii este realizata fie electronic, folosind circuite digitale, fie optic, folosind o prisma sau un grup de lentile din cadrul obiectivelor. Se considera ca stabilizarea optica a imaginii este mai buna.

Prisma cu unghi variabil de la Canon (VAP) este alcatuita din doua elemente de sticla conectate prin elemente mobile si este umpluta cu un lichid pe baza de silicon. Prisma redirectioneaza optic lumina din lentile pentru a compensa vibratiile camerei. Problema prismei este dimensiunea (destul de mare).

Fig. 27 Prisma cu unghi variabil

Mecanismul de permutare a lentilelor foloseste un grup de lentile intre grupurile de lentile care zoom-eaza si focalizeaza. Un detector de vibratii misca grupul de lentile pentru a contracara si a opri vibratiile parazite.

Stabilizarea electronica foloseste circuite digitale pentru a elimina vibratiile dupa ce imaginea a fost captata de CCD. Pentru aceasta, se modifica un numar semnificativ de pixeli pe senzorul de imagine si reduce calitatea imaginii.

Diafragma obiectivului sau irisul este deschizatura rotunda prin care lumina intra in camera dupa ce a fost focalizata de lentile. Diafragma cea mai deschisa (specificata ca f-stop) indica dimensiunea deschizaturii prin care intra lumina. Diafragme mai deschise (de exemplu, f 1,4) lasa sa intre mai multa lumina decat diafragmele mai inchise (de exemplu, f 1,8), pentru a putea folosi camera in lumina slaba si pentru a filma actiuni mai rapide. Cu cat scade valoarea lui f-stop, cu atat scade distanta de profunzime, adica spatiul in care se poate considera ca imaginea este clara.

In mod normal, distanta minima de la care putem avea imagine clara este de 40 cm, dar modul macro permite sa ne apropiem la distante foarte mici (5 cm). Unele camere schimba automat in modul macro in timp ce se zoom-eaza pe un obiect foarte mic, si acest mod este de preferat pentru ca nu mai trebuie sa treci intai in modul macro.

4.2.4. Ecranul LCD

Fig. 28 Ecranul LCD

Ecranele LCD au diferite dimensiuni, variind intre 2,5 inch si 4 inch. Mai mare inseamna de obicei mai bine, in special cand se doreste evaluarea critica a filmarii sau cand privesc mai multi oameni. Un alt aspect important este rezolutia. Cu cat are mai multi pixeli in raport cu dimensiunile sale, cu atat mai detaliata si mai clara va fi imaginea. Unele ecrane mici sunt mai bune decat ecranele mari pentru ca au mai multi pixeli.

Un ecran cu mai multe grade de libertate este un avantaj pentru ca permite pozitionarea camerei din unghiuri ciudate cand se filmeaza. Permite, de asemenea, vizualizarea scenei si urmarirea actiunii in timp ce camera este tinuta la nivelul solului sau deasupra capului. La unele camere ecranul se poate roti 180˚ pentru a filma in spate sau pentru a include operatorul in cadru.

Fig. 29 Ecran LCD mobil

Touch control panel iti permite focalizarea, zoom-area si controlul luminozitatii in timpul inregistrarii. Chiar si in playback, nu trebuie decat sa se atinga ecranul pentru a zoom-a in orice parte a imaginii. Sony are inclus pe ecran tot meniul si toate comenzile, care sunt accesate cu un creion special. Alte facilitati includ straturi care reduc reflexiile si amprentele si fac curatarea mult mai usoara precum si ajustarea manuala sau automata a luminozitatii in raport cu lumina ambientala.

In cazul JVC, LCD-ul TFT de 2,5 inch si 200.000 pixeli are o imagine de 440 linii de mare rezolutie in timpul filmarii sau playback-ului.

4.2.5. Conexiunile

Una dintre caracteristicile cele mai importante ale camerei este usurinta conectarii la o imprimanta, la un televizor, la un computer, la o alta camera digitala sau analogica sau la un VCR. Din cauza taxelor vamale, in Europa unele camere se vand cu functiile DV IN S-Video IN dezactivate. De aceea a aparut o adevarata industrie a activarilor software a acestor functii.

Conexiunea unei camere digitale la un calculator se face prin interfata IEEE 1394 (numita FireWire de Apple si i.Link de Sony).

Fig. 30 Interfata IEEE 1394

Aceasta este o solutie cross-platform ieftina, standardizata pentru transportul tuturor tipurilor de date digitale. Cablul usor de folosit si conectorul le permit utilizatorilor sa conecteze sau sa deconecteze camera in orice moment. In acest moment datele video compresate sunt transportate cu un transfer care se apropie de 1 Gb. Pe piata transferului de date video si audio IEEE 1394 este cea mai buna solutie disponibila.

Fig. 31 Cablul IEEE 1394

Cablul IEEE 1394 contine 6 fire de cupru: doua transporta energie, iar celelalte patru sunt grupate in cate doua perechi. Fiecare pereche este ecranata, ca si intregul cablu.

mentinerea continuitatii stratului fizic al unui echipament cand apar caderi de tensiune sau defectiuni;
alimentarea echipamentelor conectate la magistrala.

Deci cablul IEEE 1394 transporta atat date cat si energie, un mare avantaj pentru utilizator.

Fig. 32 Conexiunile camerei video digitale

Conexiunea in infrarosu transfera date la un televizor care are functia de transfer wireless in infrarosu, iar pentru aceasta unele camere au un adaptor optional.

Fig. 33 Cablul S-video

Cablul S-video este folosit pentru a viziona o imagine digitala pe un televizor obisnuit, sau pentru a transfera date video digitale pe o caseta analogica. S-video difera de compozit prin faptul ca transporta semnalele de luminanta si crominanta pe linii separate in acelasi cablu si da o imagine mai buna.

Cablul compozit nu este la fel de bun ca S-video, dar este mult mai frecvent la televizoare si VCR. Are o mufa de tip RCA simplu, de culoare galbena. Jack-urile audio stereo, de culoare rosu si alb, sunt folosite pentru a transmite semnalul audio catre un amplificator.

Analog line in permite conectarea unui TV, VCR sau unei camere analogice la camera digitala pentru a capta sau a transfera date video si audio de la casete analogice mai vechi catre un format digital. Nu lipsesc nici mufele jack pentru microfon extern si casti.

4.2.6. Focalizarea

Focalizarea determina care parte dintr-un cadru va fi cea mai clara. In mod normal, folosind functia autofocus, subiectul din mijloc va fi cel pe care se fixeaza clarul. Exista anumite situatii (lumina slaba, reflexe puternice care se misca, contraste puternice, asociatii de mai multe culori in planuri apropiate sau pe o suprafata mica, subiecte care se misca cu viteza) in care autofocusul nu functioneaza sau nu face altceva decat sa consume acumulatorul, nereusind sa se hotarasca pe ce sa focalizeze. In aceste situatii se foloseste, acolo unde este disponibil, focusul manual. Camerele video digitale au la acest capitol lacune, cu exceptia camerelor digitale profesionale. Focalizand manual, nu numai ca se pot filma corect anumite secvente “cu probleme”, dar se da o nota de autenticitate asupra imaginii finale; se pot obtine astfel efecte artistice.

4.2.7. Balansul de alb (white balance)

Ochiul uman reuseste sa se acomodeze la cele mai variate conditii de lumina si sa transmita o imagine corecta. Acomodarea este aproape instantanee. Camerele in schimb au dificultati atunci cand trec brusc de la iluminare naturala la iluminare de interior sau mai rau, atunci cand in cadru apar iluminari de mai multe temperaturi de culoare. Temperatura de culoare se masoara in grade Kelvin si se determina experimental prin aducerea la incandescenta a unui corp perfect negru pana la lumina alba. Valorile scazute de temperatura de culoare indica o tenta rosiatica a culorilor, iar valorile ridicate indica o nuanta de albastru sau de verde.

In fotografie, filtrele pentru balansul culorii sunt montate pe obiective pentru a ajusta culorile si pentru a elimina nuantele diferitelor tipuri de iluminare. In cazul camerelor digitale, aceasta se face prin ajustarea numita balans de alb (white balance), pentru a se inregistra corect albul. Reglarea se realizeaza prin ajustarea luminozitatilor relative de rosu, verde si albastru pentru ca cel mai luminos obiect din imagine sa apara alb. Acest reglaj asigura ca toate celelalte culori din cadru sunt redate corect. Se poate regla automat white balance, prin alegerea unor valori presetate (Indoors, Outdoors, Automatic), dar cea mai buna solutie este reglarea balansului de alb prin focalizarea pe o suprafata alba si apasarea pe butonul de white balance, pana la fixarea corecta a valorii de alb.

Temperatura de culoare (°K)	*Sursa de lumina*
1000	Lumanari
2000	Inainte de rasarit
2500	Bec cu incandescenta uzat
3000k	Bec cu incandescenta nou / unele reflectoare de studio
3000-4000	Rasarit / apus
4000-5000	Tuburi fluorescente
5000-5500	Blitz electronic portabil nou
5500-6000	Studio Electronic Flash nou
6000-7000	Lumina solara, cer senin
7000-8000	Cer usor innorat
8000-9000	Nori grei / umbra
9000-11000	Ploaie la altitudini joase / cer senin la altitudini de peste 2500 m
11000-18000	Cer innorat cu ninsoare la altitudini de peste 2500 m

4.2.8. Filtrul neutru de densitate

Pentru a face fata in conditii de iluminare extrem de puternica, (prea mult soare), camera ar trebui sa fie dotata cu un filtru neutru de densitate (ND). Acest sistem de filtrare electronic reduce lumina care intra printre lentile. Unei camere care nu are aceasta functie, i se poate atasa un set de filtre ND care se pot monta in fata lentilelor, asta in cazul in care obiectivul camerei este prevazut cu filet.

4.2.9. Sunetul

Fig. 34 Microfonul camerei video digitale

Pentru inregistrarea sunetului sunt disponibile doua canale audio de 48 MHz la o rezolutie de 16 biti sau patru canale de 32 MHz si 12 biti. Desi calitatea microfonului este unul dintre criteriile pentru alegerea unei camere, pentru rezultate de calitate exista posibilitatea montarii unor microfoane aditionale. La Canon GL2, pentru control complet sunt disponibile doua canale de reglare manuala a sunetului. Nivelul audio este monitorizat pe un VUmetru luminat exterior sau pe ecranul LCD.

Fig. 35 Adaptorul de microfon

Adaptorul de microfon MA-300 este echipat cu doua conectoare XLR pentru conectarea echipamentului audio profesional. Microfonul are incorporate doua perechi de elemente de captare, fiecare pentru stanga respectiv dreapta. Acest aranjament permite o abilitate superioara de directionare si captarea unui sunet mai plin, mai bogat. De asemenea, se pot schimba caracteristicile de frecventa ale microfonului pentru sincronizarea cu conditiile de captare (normala, voce, windscreen).

Fig. 36 Caracteristicile de frecventa ale microfonului

4.2.10. Mediul de stocare

Principalele formate pentru camerele digitale sunt:

A. Mini-DV

Este cel mai utilizat format. Banda Mini-DV este lata de 6,35 mm (cam a 12-a parte din dimensiunile benzii VHS) si ofera o capacitate de inregistrare de pana la 90 de minute in modul long-play la 500 linii de rezolutie, avand o capacitate de stocare de 11 GB de date. Banda are un strat de metal evaporat (ME) care este mai puternic si mai rezistent decat cele de la casetele anterioare.

straturi aplicate

stratul de baza are doua straturi magnetice de metal evaporat pentru o mai mare calitate a imaginii;
portiunea magnetica este acoperita de un strat dur de carbon cu rol protector;
un strat posterior reduce frecarile si da o miscare mai buna a benzii.

Banda este infasurata strans intr-un locas protector, fiind mentinuta de un sistem de blocare al rotitelor. O usita a benzii protejeaza banda de praf si defectari si se deschide doar atunci cand caseta este introdusa in camera. Caseta are un dispozitiv de blocare a inregistrarii care se deschide pentru a preveni orice inregistrare accidentala si se inchide pentru a permite inregistrarea. Pe latul casetei exista gauri de identificare pe care un dispozitiv de inregistrare sau de citire le foloseste pentru a determina anumite setari.

Mini-DV are incorporat un mic cip de memorie denumit memory in cassette (MIC). Producatorii camerei pot seta camera sa inregistreze orice informatii pe acest cip, incluzand lista continutului, timpul si data inregistrarii si setarile folosite de camera.

Fig. 37 Mini-DV

Camerele care folosesc acest format sunt adeseori atat de mici incat pot fi ascunse in palma.

B. DV Standard

Aceste casete sunt folosite de profesionisti si dureaza cam 4,5 ore. Totusi formatele nu sunt standardizate cu caseta mai mare, astfel incat aceste camere sunt incompatibile una cu alta. Formatele includ DVCAM, DVCPRO si DVCPRO 4:2:2.

C. Digital8

Introdus in 1999, Digital8 de la Sony poate fi considerat o tranzitie de la 8mm si Hi-8 la Mini-DV. Calitatea este cam aceeasi ca la Mini-DV, formatul fiind o alegere buna pentru cei care vor sa treaca la o camera digitala, dar vor sa poata rula in continuare si casetele 8mm sau Hi-8.

D. MICROMV

Fig. 38 Structura benzii DV

In 2001 Sony a anuntat noua gama MICROMV de camere digitale care folosesc MPEG-2 pentru a inregistra semnale de calitate DV pe casete care au 70% din dimensiunile Mini-DV. La 12 MB/s. formatul ultra compact MICROMV are o rata de bit mai putin de ½ din cea de la Mini-DV, facand editarea video pe un PC o sarcina mult mai putin consumatoare de resurse.

E. DVD

Intr-o dinamica care a ilustrat continua migrare a aplicatiilor AV catre domeniul PC, Hitachi a anuntat aparitia primei camere digitale capabile sa inregistreze pe mediul DVD, in acest caz pe varianta DVD-RAM (in vara anului 2000). Un avantaj important al formatului DVD este abilitatea de a indexa imaginea video si de a sari direct la anumite secvente a unei imagini inregistrate, salvand astfel atat timpul de inregistrare/editare, cat si consumul de energie.

4.2.11. Long Play si Short Play

Cele mai multe camere ofera posibilitatea alegerii intre modurile Long Play (LP) si Short Play (SP). In modul LP, timpul disponibil pentru inregistrare este extins cu 50%, deci 60 de minute devin 90 de minute. Calitatea video este aceeasi ca si in modul SP, pentru ca informatiile sunt salvate in acelasi mod. Banda insa se misca mai incet, deci aceeasi cantitate de date este stocata in mai putina banda. De aceea, inregistrarile in modul LP sunt mai predispuse la erori si probleme la redare. Aceasta face ca SP sa fie modul de inregistrare cel mai sigur, mai ales pentru pastrarea inregistrarilor pentru o mai lunga perioada de timp. Se pot alege casete de 60, 90 si 120 de minute. In general, cu cat mai multe imagini sunt pe caseta, cu atat mai mult va dura copierea acestora in PC si, in mod natural, analizarea scenelor in particular va fi mai dificila.