Voor de meesten van ons is de werking van alledaagse elektronische apparaten zoals televisies, videorecorders en camcorders zijn mysterieus. Hoewel velen van ons misschien een vaag idee hebben van hoe een foto van de lens op de band komt, nemen de meesten van ons het als vanzelfsprekend aan dat er een foto op het scherm verschijnt wanneer we onze camcorder opstarten en op de opnameknop drukken.
Als lezer van Videomaker hebt u echter waarschijnlijk meer dan een voorbijgaande interesse in de manier waarop een camcorder werkt. U bent bijvoorbeeld misschien benieuwd waarom uw foto's er soms helder en ongerept uitzien, en waarom ze er soms troebel en korrelig uitzien.
Bekijk in dit artikel eens hoe een camcorder het licht dat de lens binnenkomt omzet in een signaal dat je televisie kan interpreteren. Volg dat signaal door de camcorder, naar de kabel en in wat voor soort uitrusting je ook kiest om het door te wringen. Behandel wel wat technische grond, maar maak je geen zorgen - we zullen niet te diep ingaan op de details. Probeer je gewoon zover te krijgen dat je een beter begrip hebt van het videosignaal en de elektronische paden, zowel binnen als buiten je camcorder, die de magie van video mogelijk maken.
Eerst komt licht en geluid
Voordat uw camcorder een signaal kan creëren om bewegende beelden en geluid weer te geven, moet hij eerst het licht en geluid verzamelen dat we normaal gesproken zien en horen met onze ogen en oren. In plaats van ogen heeft de camcorder een lens. In de praktijk werkt de lens op vrijwel dezelfde manier als uw oog:hij verzamelt het licht dat van het onderwerp weerkaatst en stelt het scherp in een scherp beeld op de CCD (Charge Coupled Device) van de camcorder, net zoals het licht dat uw oog binnenkomt, wordt gericht op je netvlies. In plaats van oren heeft de camcorder een microfoon, die ook ongeveer werkt als zijn menselijke equivalent. De microfoon pikt, net als een menselijk oor, variaties in luchtdruk op en zet deze om in een elektrisch signaal.
De twee apparaten die gebeurtenissen in de natuurlijke wereld omzetten in een elektrisch signaal - de CCD en de microfoon - behoren tot een klasse van objecten die bekend staat als transducers. Ze worden transducers genoemd omdat ze energie van de ene vorm in de andere omzetten of veranderen. Zo worden lichtenergie en luchtdruk fluctuaties in elektrische stroom, die uw videoapparatuur interpreteert en opnieuw creëert in beeld en geluid.
De rol van de CCD
Zoals hierboven vermeld, bevindt het Charge Coupled Device (CCD) zich in het midden van het beeldvormende apparaat van de camcorder. Het bestaat uit honderdduizenden lichtgevoelige pixels die in een rechthoekig raster zijn gerangschikt. Elk van deze pixels slaat een elektrische lading op in verhouding tot de hoeveelheid en de duur van het licht dat erop valt. Elke 60ste van een seconde (een half frame of een enkel veld video) leest de camcorder deze ladingen en combineert ze om een signaal te creëren.
Als een camcorder alleen de hoeveelheid en de duur van het licht dat op de CCD-pixels valt, heeft gemeten, dan zouden we nog steeds foto's in zwart-wit maken. Met andere woorden, een CCD is van nature een kleurenblind apparaat. Camcorders halen op twee manieren kleurinformatie uit monochrome sensoren. Deze verschillende benaderingen van kleurextractie splitsten het camcorderveld in twee kampen.
Single-CCD-camcorders gebruiken een enkele CCD-sensor om alle taken voor het maken van afbeeldingen uit te voeren. Een dergelijke camcorder ontleent kleurinformatie van de sensor door deze te bedekken met een reeks gekleurde lenzen, een mozaïekkleurenfilter genoemd. Dit betekent dat als je heel goed naar de voorkant van de CCD zou kijken, je zou zien dat deze bedekt is met rode, groene en blauwe lenzen. Met behulp van deze lenzen en een slimme elektronische verwerking kan de camcorder zowel een helderheids- (luminantie) als kleur (chrominantie) signaal afleiden van de enkele CCD-chip.
De andere en veel betere methode om kleur te extraheren is het ontwerp met drie chips. Drie-chip camcorders gebruiken een drietal CCD's, elk gespecialiseerd in een bepaalde kleur. Door een complex prismablok of een opstelling van spiegels en filters te gebruiken, splitst een 3-CCD-camcorder het licht dat door de lens komt in drie kleurcomponenten. Licht van elk van de kleuren (rood, groen en blauw) gaat naar zijn eigen sensor. De camcorder combineert de output van deze drie chips om een full-color videosignaal te creëren.
Single-CCD-beeldvormingssystemen zijn kleiner, lichter, minder complex en goedkoper. Drie-CCD-systemen, hoewel groter en duurder, leveren over het algemeen kleuren die nauwkeuriger zijn bij een hogere resolutie. Drie-CCD-ontwerpen kunnen ook een moeilijk te definiëren verbetering in beelddiepte en realisme opleveren. Drie-CCD-camcorders hebben vaak betere lenzen dan hun tegenhangers met één chip, om gelijke tred te houden met de verhoogde resolutie en kleurweergave.
De afgelopen jaren is er een trend geweest naar kleinere en kleinere beeldsensoren in camcorders, van 1/2-inch tot 1/3-inch tot de huidige kleine 1/4-inch ontwerpen. Een kleinere CCD betekent niet alleen een kleinere sensorassemblage; het betekent ook een kleinere lens. Elk aspect van een lensontwerp verwijst naar hoe groot een afbeelding moet zijn om te creëren. Als een lens een 1/4-inch sensor in licht moet baden in plaats van een 1/2-inch sensor, kunnen ontwerpers de lensconstructie aanzienlijk verkleinen. Dit vertaalt zich in kleinere, goedkopere en compactere camcorders.
Aangezien de gevoeligheid van een CCD evenredig is met het oppervlak van elke pixel, zal een kleinere sensor minder gevoelig zijn voor licht als alle andere variabelen gelijk worden gehouden. In werkelijkheid worden de variabelen echter niet gelijk gehouden. CCD-fabrikanten hebben manieren gevonden om meer licht op een kleinere sensor te verzamelen. Dit geeft de huidige kleinere CCD-ontwerpen een gevoeligheid bij weinig licht die vergelijkbaar is met die van grotere sensoren.
Sensorresolutie speelt tot op zekere hoogte ook een factor in de beeldkwaliteit. Zodra de resolutie van een sensor die van het opnamesysteem en het bandformaat overschrijdt, valt er weinig te winnen door het aantal pixels van de sensor te vergroten. Een CCD van 270.000 pixels levert voldoende resolutie voor een standaardformaat zoals 8 mm of VHS. Zal een sensor van 470.000 pixels resulteren in scherpere beelden in deze formaten? Waarschijnlijk niet. Waar extra pixels goed kunnen worden gebruikt, is met digitale zoom en beeldstabilisatie.
Signaalverwerking
Zoals we hebben gezien, is het de taak van de CCD om het licht te verzamelen, te meten en om te zetten in een elektronisch signaal. Als die taak eenmaal is voltooid, zijn er nog een paar hoepels waar het signaal doorheen moet springen voordat het wordt opgenomen op band of de camcorder verlaat via de uitgangsaansluitingen.
Onder de algemene noemer signaalverwerking vallen alle processen die resulteren in het masseren van de video- en/of audiosignalen. Deze processen omvatten onder andere titels, speciale effecten en gain. Laten we elk van deze een voor een bekijken.
Telkens wanneer u de titel van de camcorder gebruikt, of zelfs de tijd- en datumstempel, onderbreekt u het videosignaal en brengt u wijzigingen aan (toevoegen van alfanumerieke tekens). Dit creëert een kans voor ruis om het signaal binnen te komen.
Effecten in de camera onderbreken ook het videosignaal en brengen subtiele wijzigingen aan in uw opgenomen video. De meeste speciale effecten in de camera worden bereikt door het signaal frame (of veld) per keer te digitaliseren en te manipuleren terwijl het wordt gereduceerd tot een reeks cijfers. Ze voegen echter allemaal een beetje ruis toe aan het signaal.
Sommige camcorders hebben een functie genaamd Gain Up, die het spanningsniveau van het hele signaal verhoogt om het helderder te maken. Het doel van Gain is om opnamen te maken bij weinig licht, maar het voegt meestal een aanzienlijke hoeveelheid ruis toe aan het signaal.
De les die je hier kunt leren is eenvoudig:elke keer dat je een videosignaal manipuleert, hoe subtiel ook, wordt er meer ruis aan je afbeelding toegevoegd. Nadat de camcorder het signaal heeft verwerkt, is het klaar om op band te worden opgenomen.
Magische Magneet
Om het signaal op een videoband op te nemen, gebruikt uw camcorder magneten. Het bestaat uit een trommel die afzonderlijke koppen bevat die video-, audio- en besturingsinformatie op de band opnemen. Videoband, als je het nog niet wist, is van plastic, met een magnetisch actieve coating. Wanneer de koppen in contact komen met de tape, organiseren ze de deeltjes op de tape in afzonderlijke banen met behulp van de magneten. Een camcorder of videorecorder gebruikt ten minste twee opnamekoppen, één voor elk videoveld in een frame. Velen gebruiken vier of meer koppen om op te nemen, meestal om betere pauze- en stilstaande modi te bieden. Zoals u weet door het vergelijken van opnames die zijn gemaakt met Standard Play (SP) en Long Play (LP) instellingen in een camcorder, hoe sneller een band over de recordkoppen rolt, hoe beter het beeld dat u krijgt. Door de hogere snelheid is er meer ruimte op de band voor een bepaalde hoeveelheid signaal. Om de hoeveelheid ruimte die de koppen kunnen gebruiken bij het schrijven van een signaal te maximaliseren, gebruiken videobanden een systeem dat bekend staat als spiraalvormig scannen.
Spiraalvormig scannen werkt als volgt:de sporen op de band worden diagonaal gelegd (zie figuur 3a). Ook de trommel met de platenkoppen is schuin opgesteld. Als de band langs de koppen in de trommel gaat, is er altijd een nieuw stuk band klaar voor opname. Het afspelen is vergelijkbaar, maar zonder dat de koppen de magnetische deeltjes op de band reorganiseren. Bij het afspelen lezen de afspeelkoppen alleen de tracks. Het zet vervolgens de tracks op de band om in een ander videosignaal dat uit de camcorder kan gaan.
Buiten de camera
Als het signaal de camcorder verlaat, wordt het nog gevoeliger voor ruis. Het komt terecht in een wrede wereld vol verdwaalde elektromagnetische straling, die schijnbaar uit alle richtingen tegelijk komt.
Denk er eens over na:het signaal gaat door een lange draad, die eigenlijk niets meer is dan een grote antenne die alle fluctuaties oppikt die op een bepaald moment door het spectrum kunnen varen. Afscherming van uw video- en audiokabels is nuttig, maar lost het probleem niet volledig op.
Op dit moment is je videosignaal waarschijnlijk nog goed te bekijken; hoewel een beetje gedegradeerd ten opzichte van de oorspronkelijke vorm waarin het zich bevond toen het van de CCD van de camcorder kwam. Thuisvideografen zijn er echter berucht om dat ze hun videosignalen onderwerpen aan elke vorm van wreedheid die de mens kent voordat ze door iemand worden bekeken. Ze voegen titels, Special Effects Generators (SEG's), computers en andere apparaten toe aan het signaalpad, en vaak, in een poging een oogverblindende video te maken, introduceren ze veel ruis in hun signaal. Als ze klaar zijn, zien hun foto's er korrelig uit en klinkt hun geluid gedempt en onduidelijk.
Om te voorkomen dat dit met uw signalen gebeurt, kunt u verschillende voorzorgsmaatregelen nemen. Waarschijnlijk de eenvoudigste is om te voorkomen dat er te veel apparaten in het pad van uw signaal worden geplaatst. U moet bijvoorbeeld alleen titels en SEG's toevoegen als ze nodig zijn. En je moet signaalprocessors helemaal vermijden, want in hun poging om de kwaliteit van het signaal te verbeteren, creëren ze steevast het tegenovergestelde effect door ruis toe te voegen.
Denk niet dat je van de haak bent als je met een computer bewerkt. Elk digitaal systeem dat gebruikmaakt van analoge video-ingangen (inclusief composiet- en S-video-ingangen) onderwerpt uw afbeeldingen aan meer ruis en niet te vergeten compressieartefacten. Gebruik in dergelijke situaties waar mogelijk S-video-aansluitingen om de schade tot een minimum te beperken. Dit is waarom:gewone videokabels in RCA-stijl zijn composietkabels, wat betekent dat ze een signaal dragen dat een mengsel is, of een composiet, van de zwart-wit- en kleurenvideo-informatie. De meeste soorten videoapparatuur (inclusief uw camcorder) verwerken het zwart-witgedeelte van het signaal afzonderlijk van het kleurengedeelte van het signaal. Om een samengesteld signaal door de kabel te sturen, moeten de twee delen van het signaal een proces doorlopen dat modulatie wordt genoemd. Evenzo, voordat de apparatuur aan de andere kant het signaal kan interpreteren, moet het worden gedemoduleerd. Elke keer dat je het signaal moduleert of demoduleert, raad eens wat er gebeurt? Dat klopt:meer ruis.
S-videokabels houden het kleurgedeelte en het zwart-witgedeelte van het videosignaal gescheiden. Dit betekent dat u zich geen zorgen hoeft te maken over de extra ruis die voortkomt uit modulatie en demodulatie. U moet zich echter nog steeds zorgen maken over interferentie die het gevolg is van verdwaalde EMR die de kabel tegenkomt, dus een afgeschermde S-videokabel is de investering zeker waard.
FireWire-kabels dragen daarentegen een digitaal signaal dat zeer goed bestand is tegen ruis. Door een puur digitaal signaal uit te zenden, kunt u een beeld krijgen dat bijna net zo zuiver is als toen het van de CCD kwam. Dit betekent dat u uw videosignaal van een digitale camcorder naar een computer kunt verzenden, allerlei mooie titels en effecten kunt toevoegen en het vervolgens weer op digitale tape kunt dumpen met vrijwel geen verlies van signaalkwaliteit.
Als je volledig in een digitale omgeving werkt en je apparatuur aansluit via FireWire, dan heb je er weinig omkijken naar. Omdat uw video- en audiosignalen digitaal zijn, zijn ze bestand tegen meerdere kopieën zonder te bezwijken voor het kwaad van ruis.
Samenvattend
Als alles is gezegd en gedaan, zit er veel meer in uw camcorder dan op het eerste gezicht lijkt. Zelfs het meest basale model bevat een zeer geavanceerd beeldvormingssysteem dat niets minder is dan een wetenschappelijk wonder.