Per la maggior parte di noi, le operazioni dei dispositivi elettronici di uso quotidiano come televisori e videoregistratori e le videocamere sono misteriose. Anche se molti di noi possono avere una vaga idea di come un'immagine passa dall'obiettivo al nastro, la maggior parte di noi dà per scontato che un'immagine appaia sullo schermo quando accendiamo le videocamere e premiamo il pulsante di registrazione.
Come lettore di videomaker, tuttavia, probabilmente hai più di un interesse passeggero per il modo in cui funziona una videocamera. Ad esempio, potresti essere curioso di sapere perché le tue immagini a volte sembrano chiare e incontaminate e perché a volte sembrano torbide e sgranate.
In questo articolo, dai un'occhiata a come una videocamera trasforma la luce che entra nell'obiettivo in un segnale che il tuo televisore può interpretare. Bene, segui quel segnale attraverso la videocamera, fuori sul cavo e in qualsiasi tipo di attrezzatura tu scelga per strizzarlo. Copri bene un po' di terreno tecnico, ma non preoccuparti:non andremo troppo in profondità nei dettagli. Bene, cerca di portarti al punto in cui hai una migliore comprensione del segnale video e dei percorsi elettronici, sia all'interno che all'esterno della videocamera, che rendono possibile la magia del video.
Prima arriva luce e suono
Prima che la videocamera possa creare un segnale per rappresentare immagini e suoni in movimento, deve prima raccogliere la luce e il suono che normalmente vediamo e sentiamo con gli occhi e le orecchie. Al posto degli occhi, la videocamera ha un obiettivo. In pratica, l'obiettivo funziona più o meno allo stesso modo del tuo occhio:raccoglie la luce che rimbalza sul soggetto e la focalizza in un'immagine nitida sul CCD (Charge Coupled Device) delle videocamere, proprio come la luce che entra nel tuo occhio è concentrato sulla tua retina. Al posto delle orecchie, la videocamera ha un microfono, che funziona anche in modo simile al suo equivalente umano. Il microfono, come un orecchio umano, rileva le variazioni della pressione dell'aria e le converte in un segnale elettrico.
I due dispositivi che convertono gli eventi nel mondo naturale in un segnale elettrico – il CCD e il microfono – appartengono a una classe di oggetti noti come trasduttori. Sono chiamati trasduttori perché trasducono, o cambiano, l'energia da una forma all'altra. Pertanto, l'energia luminosa e la pressione dell'aria diventano fluttuazioni della corrente elettrica, che l'apparecchiatura video interpreta e ricrea in immagini e suoni.
Il ruolo dei CCD
Come accennato in precedenza, il Charge Coupled Device (CCD) si trova al centro dell'apparato di creazione delle immagini della videocamera. È composto da centinaia di migliaia di pixel fotosensibili disposti in una griglia rettangolare. Ciascuno di questi pixel immagazzina una carica elettrica proporzionale alla quantità e alla durata della luce che lo colpisce. Ogni 60esimo di secondo (mezzo fotogramma o un singolo campo video), la videocamera legge queste cariche e le combina per creare un segnale.
Se una videocamera misurasse solo la quantità e la durata della luce che colpisce i pixel del CCD, continueremmo a scattare foto in bianco e nero. In altre parole, un CCD è per natura un dispositivo daltonico. Le videocamere estraggono le informazioni sul colore dai sensori monocromatici in due modi. Questi diversi approcci all'estrazione del colore dividono il campo della videocamera in due campi.
I camcorder a CCD singolo utilizzano un unico sensore CCD per gestire tutte le attività di creazione delle immagini. Tale videocamera ricava le informazioni sul colore dal sensore coprendolo con una serie di lenti colorate chiamate filtro colorato a mosaico. Ciò significa che se potessi guardare molto da vicino la faccia del CCD, vedresti che è coperto da lenti rosse, verdi e blu. Con l'aiuto di questi obiettivi e di un'intelligente elaborazione elettronica, la videocamera può derivare sia un segnale di luminosità (luminanza) che colore (crominanza) dal singolo chip CCD.
L'altro, e di gran lunga superiore, metodo di estrazione del colore è il design a tre chip. Le videocamere a tre chip utilizzano un trio di CCD, ciascuno specializzato in un determinato colore. Utilizzando un complesso prisma o una disposizione di specchi e filtri, una videocamera con 3 CCD divide la luce che passa attraverso l'obiettivo in tre componenti di colore. La luce di ciascuno dei colori (rosso, verde e blu) va al proprio sensore. La videocamera combina l'uscita di questi tre chip per creare un segnale video a colori.
I sistemi di imaging a CCD singolo sono più piccoli, più leggeri, meno complessi ed economici. I sistemi a tre CCD, sebbene più grandi e costosi, generalmente forniscono colori più accurati a una risoluzione più elevata. I design a tre CCD possono anche fornire un miglioramento difficile da definire nella profondità e nel realismo dell'immagine. I camcorder a tre CCD hanno spesso obiettivi migliori rispetto alle loro controparti a chip singolo, per tenere il passo con la maggiore risoluzione e rappresentazione del colore.
Gli ultimi anni hanno visto una tendenza verso sensori di immagine sempre più piccoli nelle videocamere, da 1/2 pollice a 1/3 di pollice fino ai minuscoli design odierni da 1/4 di pollice. Un CCD più piccolo non significa solo un gruppo sensore più piccolo; significa anche un obiettivo più piccolo. Ogni aspetto del design di un obiettivo rimanda alle dimensioni dell'immagine che deve creare. Se un obiettivo deve inondare di luce un sensore da 1/4 di pollice invece di un sensore da 1/2 pollice, i progettisti possono ridurre considerevolmente il gruppo obiettivo. Questo si traduce in videocamere più piccole, più economiche e più compatte.
Poiché la sensibilità di un CCD è proporzionale alla superficie di ciascun pixel, un sensore più piccolo sarà meno sensibile alla luce se tutte le altre variabili vengono mantenute uguali. In realtà, però, le variabili non sono ritenute uguali. I produttori di CCD hanno trovato il modo di raccogliere più luce su un sensore più piccolo. Ciò offre ai modelli CCD più piccoli di oggi una sensibilità in condizioni di scarsa illuminazione pari a quella dei sensori più grandi.
Anche la risoluzione del sensore gioca un ruolo importante nella qualità dell'immagine, fino a un certo punto. Una volta che la risoluzione dei sensori supera quella del sistema di registrazione e del formato del nastro, c'è poco da guadagnare aumentando il numero di pixel dei sensori. Un CCD da 270.000 pixel offre un'ampia risoluzione per un formato standard come 8 mm o VHS. Un sensore da 470.000 pixel produrrà immagini più nitide in questi formati? Probabilmente no. Il punto in cui i pixel extra possono essere sfruttati al meglio è con lo zoom digitale e la stabilizzazione dell'immagine.
Elaborazione del segnale
Come abbiamo visto, il compito del CCD è raccogliere la luce, misurarla e trasformarla in un segnale elettronico. Una volta completato il lavoro, ci sono ancora alcuni cerchi in cui il segnale deve passare prima che venga registrato su nastro o lasci la videocamera attraverso i jack di uscita.
Sotto il titolo generale di elaborazione del segnale, includiamo tutti i processi che comportano il massaggio dei segnali video e/o audio. Questi processi includono titoli, effetti speciali e guadagno, tra gli altri. Diamo un'occhiata a ciascuno di questi a turno.
Ogni volta che si utilizza il titolatore della videocamera, o anche la relativa indicazione di ora e data, si interrompe il segnale video e si apportano modifiche (aggiungendo caratteri alfanumerici). Questo crea un'opportunità per il rumore di entrare nel segnale.
Gli effetti nella fotocamera interrompono anche il segnale video ed apportano lievi modifiche al video registrato. La maggior parte degli effetti speciali nella fotocamera si ottengono digitalizzando il segnale un fotogramma (o campo) alla volta e manipolandolo mentre è ridotto a una stringa di numeri. Tutti, tuttavia, aggiungono un po' di rumore al segnale.
Alcune videocamere hanno una funzione chiamata Gain Up, che aumenta il livello di tensione dell'intero segnale per renderlo più luminoso. Lo scopo di Gain è quello di consentire le riprese in condizioni di scarsa illuminazione, ma di solito aggiunge una notevole quantità di rumore al segnale.
La lezione da imparare qui è semplice:ogni volta che si manipola un segnale video, non importa quanto finemente, all'immagine viene aggiunto più rumore. Dopo che la videocamera ha elaborato il segnale, è pronto per essere registrato su nastro.
Magnete magico
Per registrare il segnale su una videocassetta, la videocamera utilizza i magneti. Consiste in un tamburo che contiene testine separate che registrano video, audio e controllano le informazioni sul nastro. La videocassetta, se non lo sapessi già, è di plastica, con un rivestimento magneticamente attivo. Quando le testine entrano in contatto con il nastro, organizzano le particelle sul nastro in tracce separate usando i magneti. Una videocamera o un videoregistratore utilizza almeno due testine di registrazione, una per ciascun campo video in un fotogramma. Molti usano quattro o più testine per registrare, di solito per fornire migliori modalità di pausa e fermo immagine. Come saprai confrontando i filmati girati con le impostazioni di riproduzione standard (SP) e di riproduzione lunga (LP) in una videocamera, più velocemente un nastro scorre sulle testine di registrazione, migliore sarà l'immagine che otterrai. La maggiore velocità consente più spazio sul nastro per una data quantità di segnale. Per massimizzare la quantità di spazio che le testine possono utilizzare per scrivere un segnale, le videocassette utilizzano un sistema noto come scansione elicoidale.
La scansione elicoidale funziona in questo modo:le tracce sul nastro sono disposte in diagonale (vedi Figura 3a). Anche il tamburo che contiene le testine del disco è posizionato ad angolo. Quando il nastro passa le testine nel tamburo, una parte nuova del nastro è sempre pronta per la registrazione. La riproduzione è simile, ma senza che le testine riorganizzino le particelle magnetiche sul nastro. Durante la riproduzione, le testine di riproduzione leggono solo i brani. Quindi converte le tracce sul nastro in un altro segnale video che può uscire dalla videocamera.
Fuori dalla fotocamera
Quando il segnale esce dalla videocamera, diventa ancora più suscettibile al rumore. Entra in un mondo crudele pieno di radiazioni elettromagnetiche vaganti, apparentemente provenienti da tutte le direzioni contemporaneamente.
Pensaci:il segnale viaggia lungo un lungo filo, che in realtà non è altro che una grande antenna che capta qualunque fluttuazione possa attraversare lo spettro in un dato momento. La schermatura dei cavi video e audio è utile, ma non elimina del tutto il problema.
A questo punto, il tuo segnale video è probabilmente ancora abbastanza guardabile; anche se un po' degradato rispetto alla forma originale in cui si trovava quando si è staccato dal CCD delle videocamere. I videografi domestici, tuttavia, sono noti per sottoporre i loro segnali video a ogni forma di crudeltà nota all'uomo prima di consentire a chiunque di vederli. Aggiungono titoli, generatori di effetti speciali (SEG), computer e altri dispositivi al percorso del segnale e spesso, nel tentativo di creare un video abbagliante, finiscono per introdurre una grande quantità di rumore nel loro segnale. Quando hanno finito, le loro immagini appaiono sgranate e il loro audio è attutito e indistinto.
Per evitare che ciò accada ai tuoi segnali, puoi prendere diverse precauzioni. Probabilmente il più semplice è evitare di mettere troppi dispositivi nel percorso del tuo segnale. Ad esempio, dovresti allegare titoli e SEG solo quando sono necessari. E dovresti evitare del tutto i processori di segnale, perché nel loro tentativo di aumentare la qualità del segnale, creano invariabilmente l'effetto opposto aggiungendo rumore.
Non pensare di essere fuori dai guai se modifichi con un computer. Qualsiasi sistema digitale che utilizza ingressi video analogici (inclusi ingressi compositi e S-video) sottopone le tue immagini a un aumento del rumore per non parlare degli artefatti di compressione. In tali situazioni, utilizzare connessioni S-video quando possibile per ridurre al minimo i danni. Ecco perché:i normali cavi video in stile RCA sono cavi compositi, il che significa che trasportano un segnale che è una miscela, o un composito, delle informazioni video in bianco e nero ea colori. La maggior parte dei tipi di apparecchiature video (compresa la videocamera) elabora la parte in bianco e nero del segnale separatamente dalla parte a colori del segnale. Per inviare un segnale composito lungo il cavo, le due porzioni del segnale devono passare attraverso un processo noto come modulazione. Allo stesso modo, prima che l'apparecchiatura all'altra estremità possa interpretare il segnale, deve essere demodulato. Ogni volta che moduli o demoduli il segnale, indovina cosa succede? Esatto:più rumore.
I cavi S-video mantengono separate le porzioni a colori e in bianco e nero del segnale video. Ciò significa che non devi preoccuparti del rumore aggiunto che deriva dalla modulazione e dalla demodulazione. Tuttavia, devi ancora preoccuparti delle interferenze che derivano dall'EMR vagante che incontra il cavo, quindi il cavo S-video schermato vale l'investimento.
I cavi FireWire, invece, trasportano un segnale digitale, che è altamente resistente al rumore. Trasmettendo un segnale puramente digitale, puoi ottenere un'immagine quasi immacolata come quando è uscita dal CCD. Ciò significa che puoi trasmettere il segnale video da una videocamera digitale a un computer, aggiungere tutti i tipi di titoli ed effetti fantasiosi, quindi scaricarlo nuovamente su nastro digitale senza praticamente alcuna perdita di qualità del segnale.
Se operi interamente in un ambiente digitale, collegando la tua attrezzatura tramite FireWire, hai ben poco di cui preoccuparti. I tuoi segnali video e audio, essendo digitali, saranno in grado di resistere a più copie senza soccombere ai mali del rumore.
In sintesi
Quando tutto è stato detto e fatto, nella tua videocamera c'è molto di più di quanto sembri. Anche il modello più elementare contiene un sistema di imaging altamente sofisticato che è a dir poco una meraviglia scientifica.