«625»
«Звукорежиссер»
«ТТК»
Коммутационно-распределительное оборудование
Очень часто словосочетание «коммутационно-распределительное оборудование» связывается с большими матричными коммутаторами и видеомикшерами, которые, без сомнения, служат ядром любой телевизионной системы. Однако есть и другие «бойцы» фронта распределения сигнала, которые практически не видны, но без них работа какого бы то ни было комплекса зачастую просто невозможна. Это вспомогательные коммутационные и распределительные устройства: усилители-распределители, коммутационные панели, процессоры, преобразователи, адаптеры и т. д. Именно они позволяют создать оптимальную и достаточно разветвленную инфраструктуру телевизионного комплекса и обеспечить подачу сигнала туда, куда предусматрено технологическим процессом телевизионного производства и вещания. Причем подачей сигнала задача не ограничивается. Необходимо еще поддержать качество сигналов при их передаче на различные расстояния.
Усилители-распределители
Усиление и распределение (коммутация) сигналов — самые распространенные в области электроники функции. Поэтому категория приборов, называемых усилителями-распределителями, является одной из наиболее обширных.
Усилитель-распределитель — это не просто комбинация усилителя и коммутатора: обычно он содержит множество усилительных ступеней — по числу выходов, а также входной буфер, ограничивающий влияние межкомпонентных кабелей. Вход всегда один, количество выходов может быть в пределах от 2…20, иногда больше. Наиболее распространенные варианты — 1×3, 1×5, 1×10. Иногда встречаются модели с двумя входами, представляющие собой спаренный усилитель-распределитель, например 2×(2×10) с возможностью перехода в режим 1×(1×20).
 |
| Упрощенная структурная схема усилителя-распределителя |
Усиление, как правило, в таком случае происходит по напряжению, а не по мощности и имеет целью скомпенсировать затухание сигнала, произошедшее на предыдущих участках тракта, особенно в длинных кабелях.
Основная область применения усилителей-распределителей — видеостудии, вещательные комплексы, ретрансляционные узлы сетей кабельного телевидения, презентационные комплексы, системы MultiRoom (с раздачей сигнала нескольким потребителям, расположенным в разных помещениях одного здания). Различные модели усилителей-распределителей могут быть предназначены для работы с композитным (полным телевизионным) сигналом, а также с сигналами S-Video (цветность и яркость передаются по отдельным каналам), компонентными (цветоразностные сигналы и сигнал яркости передаются по трем раздельным каналам), RGB (сигналы трех основных цветов, передаваемые по трем раздельным каналам, плюс синхросмесь, подмешанная к сигналу G), RGBS (то же, но синхро-смесь передается по отдельному четвертому каналу), RGBHV (то же, но синхронизирующие импульсы передаются по двум каналам, отдельно кадровые и строчные). Модели, предназначенные для тех или иных сигналов, оснащаются соответствующими разъемами: BNC для композитного, компонентного и RGB, а также vibi-DIN для S-Video. Популярные в бытовой аппаратуре разъемы RCA в профессиональных компонентах не применяются, поскольку BNC обеспечивают лучшее согласование с коаксиальным кабелем 75 Ом (иногда 50 Ом).
Корректное обращение с видеосигналами требует значительной полосы пропускания, которая обычно должна быть не уже 300 МГц, иногда значительно больше. В последнем случае прибор подходит и для передачи цифрового видеосигнала SDI, представляющего собой оцифрованный полный телевизионный сигнал, передаваемый, как и аналоговые, по коаксиальной согласованной линии. Рабочий диапазон усилителя видеосигналов должен начинаться с нулевой частоты, дабы он был способен пропускать постоянную составляющую (такой усилитель называют УПТ, или усилитель постоянного тока), либо в нем должна присутствовать схема восстановления постоянной составляющей.
Поскольку видеосигналу обычно сопутствует звук, выпускаются и звуковые усилители-распределители. В зависимости от их конструкции и разъемов они могут работать с несимметричными звуковыми сигналами либо с симметричными. В первом случае используются разъемы RCA или клеммные блоки, во втором — такие же блоки, но с тремя контактами (фаза, противофаза, земля) либо специальные разъемы XLR. Сигналы могут подаваться на усилитель-распределитель по обычной двухпроводной линии, по витой паре, а также экранированному коаксиальному кабелю.
Чаще всего видео- и звуковая части оказываются интегрированными в одном корпусе усилителя-распределителя, и группы выходов видео и звука переключаются синхронно. Иногда предусматривается возможность работы не с одним, а с несколькими сигналами (чаще всего композитный + S-Video). Преобразования из одного стандарта в другой внутри усилителя-распределителя не происходит.
Особую группу усилителей-распределителей составляют приборы с коррекцией параметров сигнала, которые гораздо более эффективны и позволяют осуществлять оперативные регулировки. В простейшем случае это регулятор уровня громкости в звуковой части прибора, иногда частотная коррекция по высоким и низким частотам. В видеочасти обеспечиваются регулировки цветности и яркости. Очень полезной оказывается и коррекция по ВЧ с изменяемой глубиной: поскольку ослабление высоких частот спектра сигналов видео зависит от длины кабеля и качества согласования (что на экране осциллографа видно по заваленным фронтам и закругленным верхушкам прямоугольных импульсов), в каждом случае глубина такой коррекции может оказаться различной. Восстановление постоянной составляющей видеосигнала также является весьма востребованной функцией: многие включенные в видеотракт устройства изменяют ее уровень, который полностью восстанавливается в усилителе-распределителе.
Существуют также аналоговые усилители-распределители радиочастотного сигнала, способные работать в соответствующей их назначению высокочастотной области.
Усилители-распределители также широко применяются в сфере передачи цифровых сигналов: в локальных компьютерных сетях (LAN), интегрированных сетях управления, в цифровом телевидении, цифровых звуковых и видеостудиях и т. д. Основное требование к таким устройствам — широкая полоса пропускания, поскольку на выходы прибора должен подаваться полноценный цифровой сигнал, состоящий из прямоугольных импульсов с крутыми фронтами, которые по мере прохождения по длинным линиям передач становятся более пологими, из-за чего возникает неопределенность момента перепада уровней (джиттер). Таким образом, прибор восстанавливает не только размах цифрового сигнала, но и его частотный спектр. Размерности цифровых усилителей-распределителей обычно 1×2, 1×4, 1×8, 1×16 и т. д. Существуют модели с двумя выбираемыми входами на 20 выходов, например концентраторы для интерфейсов Firewire, а также специальные устройства для интерфейса RS-232. Особую группу составляют усилители-распределители цифрового видео DVI, которые помимо своих основных функций должны «уметь» выполнять все операции, связанные с реализацией HDCP-совместимости с другими устройствами.
Усилители-распределители являются активными приборами по определению, и поэтому нуждаются в электропитании. Последнее может быть сетевым или от адаптера (постоянное напряжение). Существуют стационарные модели усилителей-распределителей, устанавливаемые в стандартную 19" стойку, и малогабаритные, «врезаемые» по месту в нужный участок кабельной сети. Управление может быть дистанционным: с пульта ДУ, по интерфейсу RS-232, RS-485 и т. д.
Коммутаторы
Данная категория электронных приборов — пассивных и активных — чрезвычайно широка и разнообразна. Чаще всего коммутатор имеет несколько входов и один выход, что отражается в его размерности (например, 4×1). В простейшем случае эти устройства реализуются на обычных переключателях, кнопочных или поворотных. Однако коммутировать приходится не только постоянное напряжение и низкочастотные (звуковые) сигналы, но и видео, высокоскоростные цифровые потоки, поэтому часто обращаются к более сложным модификациям коммутаторов, содержащим буферные усилители-повторители (усилители с коэффициентом усиления, равным 1) для развязки, реле или электронные ключи, сложные схемы управления с индикацией состояния и т. д. Как и в случае с усилителями-распределителями, в моделях коммутаторов часто бывает совмещенный аудиовидеотракт, обеспечивающий синхронную коммутацию звука и изображения от различных источников. При этом звуковой тракт может быть моно или стерео, симметричным или несимметричным, а видео — от композитного до компонентного (а также цифрового). Иногда присутствует сразу несколько звуковых и видеоформатов с соответствующими разъемами. В сложных моделях коммутаторов переключение видеосигнала осуществляется не в произвольный момент времени, а синхронизируется с гасящим кадровым импульсом, предотвращая подрывы и помехи на экране.
 |
| Принцип работы простого и матричного коммутаторов |
Все больший спрос в последнее время находят программируемые коммутаторы-сканеры на множество входов (например, 20×1), позволяющие производить «опрос» подключенных к прибору телекамер в нужной последовательности с заданным интервалом времени (это чаще всего бывает необходимо в системах охранного видеонаблюдения). Иногда коммутаторы оснащают простеньким встроенным устройством масшабирования (scaler), позволяющим привести к общему знаменателю сигналы с компьютера (VGA) и видеомагнитофона (либо иного накопителя). Такие приборы очень удобны, в частности в презентационных комплексах оборудования.
Поскольку цифровые сигналы самого разного происхождения приходится коммутировать не менее часто, чем аналоговые, существует целая группа соответствующих коммутаторов: для интерфейсов DVI, FireWire, RS-232, RS-485 и т. д. В цифровых коммутаторах обычно производится операция перетактирования (reclocking), то есть переноса цифровых данных на новую, сверхстабильную тактовую частоту, которая вырабатывается с помощью встроенного тактового генератора с кварцевой стабилизацией. При этом устраняются временные ошибки, привнесенные в сигнал джиттером (дрожание фаз).
Помимо собственно коммутаторов, производятся комбинированные модели коммутаторов/усилителей-распределителей.
Контроллеры, панели и пульты управления
Приборы, входящие в данную категорию, предназначены для управления как отдельными компонентами системы, оснащенными интерфейсами внешнего управления, так и всей системой в целом. Встречаются специализированные контроллеры, разработанные под определенную модель коммутатора или усилителя-распределителя либо группу сходных моделей, а также универсальные перепрограммируемые устройства. В качестве таковых могут служить кнопочные и сенсорные панели управления со встроенными или выносными процессорными блоками, а также обычный персональный компьютер, в котором установлено необходимое программное обеспечение.
Видео/аудиопроцессоры
 |
| Пример корректировки параметров изображения при помощи процессора |
Функции, выполняемые данной группой приборов, сложны и разнообразны, как и сами приборы. Обычно процессор имеет четкую ориентацию в отношении видео или звука, и в соответствии с этим может называться видео- или аудиопроцессором. Видеопроцессоры выполняют целый комплекс глубоких преобразований видеосигнала, попутно — микширование и коммутацию сигналов звука. Напротив, аудиопроцессор сосредоточен на обработке звука, его видеофункции сводятся, как правило, к коммутации. Бывают и исключения: более совершенные модели универсальных процессоров, осуществляющих интерполяционное повышающее преобразование частоты дискретизации (up-sampling), цифровую обработку многоканального звука и декодирование форматов Dolby, DTS, MPEG и пр., предлагая при этом широкий набор видеоопций, включая транскодирование, конверсию форматов, обширные настройки и регулировки.
Современные процессоры осуществляют обработку видео в цифровой среде, поэтому оснащены аналого-цифровыми и цифро-аналоговыми преобразователями, а также цифровыми входами и выходами видео (SDI, DVI, HDMI). Из аналоговых форматов видео в той или иной модели процессора может быть представлен какой-то один (композитный, компонентный, S-Video, разновидности RGB) либо несколько, при этом процессор оснащается соответствующими разъемами. Существуют и универсальные модели процессоров, оборудованные всеми типами разъемов и преобразующие форматы по принципу «любой на входе — любой на выходе». Еще более универсальные модели предполагают транскодирование, иногда по сходной схеме: любой из стандартов цветности (NTSC, PAL, SECAM и их модификации) может преобразовываться в другой. Наконец, в некоторых процессорах осуществляется удвоение строк и преобразование чересстрочной развертки в прогрессивную, часто с применением адаптивных алгоритмов коррекции движений, а также интерполяционное масштабирование и управление пропорциями экрана (16:9, 4:3 и пр.). Для таких приборов указывается набор значений разрешения, соответствующих различным форматам (SDTV, HDTV), стандартам цветности и виду развертки, между которыми возможны взаимные преобразования (как в сторону увеличения разрешения, так и в сторону уменьшения). Многие процессоры дают возможность выбрать различные значения частоты строчной и кадровой разверток. Преобразование переведенных с киноленты в стандарт NTSC программ с чересстрочной разверткой в прогрессивную осуществляется со стяжкой 3:2 (при этом лишние полукадры отбрасываются). Специальный детектор самостоятельно опознает такие сигналы и запускает алгоритм протяжки.
Как правило, в универсальных приборах предусматривается оперативная коммутация входов и распределение сигналов, часто с внешней или внутренней синхронизацией (Time Base Correction, или TBC) для предотвращения подрывов изображения при переключении источников. Производится также ресинхронизация сигналов R, G и B, которые при передаче на длинную дистанцию могут слегка «разъехаться» из-за реактивных параметров коаксиального кабеля и небольших рассогласований, имеющих место в случае конструктивных дефектов кабелей и разъемов. Кроме этого, некоторые модели обладают функцией мультиплексирования видеосигналов, реализующей деление экрана на несколько частей с независимыми изображениями либо помещение фрагмента одного изображения поверх другого с возможностью произвольного передвижения данного фрагмента в пределах экрана (различные варианты опции «картинка в картинке» — PIP). Часто предусматривается и возможность коррекции геометрических искажений растра, возникающих при размещении проектора не на центральной оси к экрану.
Мощная вычислительная платформа, характерная для современных видеопроцессоров, обеспечивает необходимое для работы в реальном времени быстродействие, позволяющее осуществлять не только описанные выше преобразования, но и оперативно изменять параметры видеосигналов. Пользователь получает доступ к управлению уровнем черного, шириной динамического диапазона, гамма-коррекцией, коррекцией цветовых переходов, а также регулировке насыщенности цвета, яркости, контрастности, резкости, оттенка (в стандарте NTSC), цветовой температуры, уровней цветовых составляющих по отдельности. Практически все видеопроцессоры оснащены цифровым гребенчатым фильтром для лучшего разделения сигналов цветности и яркости при «распаковке» композитного сигнала, а также цифровыми системами шумопонижения с несколькими градациями степени воздействия на сигнал.
Цифровые видеопроцессоры обычно обладают достаточным для запоминания различных комбинаций настроек объемом памяти. Как правило, в память записывается несколько готовых предустановок, каждая из которых может быть оперативно выбрана пользователем и содержит комплекс готовых заводских настроек.
Управление процессорами осуществляется через экранное меню с помощью пульта ДУ. Процессоры, оснащенные интерфейсами RS-232 и RS-485, могут интегрироваться в общую систему управления и управляться с центрального процессора или компьютера.
Прочие устройства
Помимо всех описанных выше устройств широкое применение находят и пассивные устройства, например коммутационные панели. При кажущейся простоте они выполняют важные функции распределения сигнала. Поэтому и подход к разработке и изготовлению этих устройств — такой же тщательный.