Mi az a videojel

annak is az analóg fajtája, hogyan lesz egy képből villany a digitális világ előtti ősanalóg korban...

Amíg a klasszikus értelemben vett mozizásról beszélünk, tehát arról, hogy az a gyúlékony celluloid majd később az „éghetetlen film” lyukacsos szélű pvc szalagja ott tekereg a fogaskerekek között, akkor még könnyű megérteni, hogyan spájzoltuk be a látványt a dobozba, ott látjuk rajta/benne a sok-sok apró képkockát.  De hogyan lehet ezt dróton, villámdelej alakban továbbítani? 

A dróton elektromos jelek közlekednek, a képet tehát valami villamos, elektromos, feszültséges, áramos, áramkörös dologgá kell alakítani.  A videótechnika pattintott kőkorszakában kitaláltak egy olyan villannyal működő lámpát (üvegburába zárt vákumban ugráló elektronokkal működő elektroncső fajtát) amit nem világításra használtak, hanem arra, hogy a ráeső fényt, illetve a rá vetített képet feszültségingadozássá alakítsa át.  Ennek az elektroncsőnek az egyik oldala síküvegből készült, és úgy építették meg köré a kamerát, hogy az optika erre a lapos, fényérzékeny részre vetítette a képet.

Ahogy a hang digitalizálásánál itt is keressünk hasonlatot.  Ez most valami építőipari eljárás lesz, mondjuk egy drive-in mozi hatalmas vetítővásznát felújító festőbrigád, amint több emelet magasan beállványozza a munkaterületet. Vagy a manapság divatos videós kivetítős esti homlokzatfestés egy óriási gangos-lépcsőházas bérház oldalán.  A lényeg az, hogy szintekre, emeletekre azaz sorokra osztjuk/bontjuk a vetített képet.  (Vigyázat, itt szoktak keveredni a dolgok, az előbb a hang digitalizálásakor, a strandos-stéges példában is voltak lépcsőfokok, de azok, ott, akkor az egymást növekvő sorrendben követő, digitális számok értékeit reprezentálták.  Itt digitálisról szó nincs, ez a történet úgy kb a 36-os, Hitleres, berlini olimpia közvetítésével kezdődött, és az 50-es években szaporodott szét a világban.  Ugyan volt abban az időben már számítógép is a Földön, csak annak a rendszergazdáját majdnem Neumann Jánosnak hívták, és akkor még senkinek nem jutott eszébe azt a gépet kamerába építeni és képfeldolgozásra használni.)

Tehát szabványban meghatározott számú sorokra, emeletekre osztották vízszintesen a képfelület fekvő téglalapját, Amerikában jellemzően 486, Európában 625 sorra.  Ez azt jelenti, hogy ennyi emelet magas példánkban a házunk/festőállványzatunk.  Minden emeleten ragasszunk fel a falra egy emeletnyi magas papírcsíkot. 

A képalkotás kezdetekor egy segítőkész kolléga, a Hajlongó felszalad a legfelső emeletre és balról jobbra végigfut a szinten. A kezében egy ceruzát szorít a falon levő papírcsíkhoz úgy, hogy ha világos helyen jár akkor magasan tartja a kezét, ha sötét képtartományokban akkor pedig alul húz csíkot.  Tehát a pillanatnyi tartózkodási helyén tapasztalt fényerősségnek megfelelően, ha sok a fény magasan, ha kevés alacsonyan húzza a csíkot. A fényintenzitással arányos magasságú nyomot hagy maga után a falon.  Mivel az okos építőmester csak a szint bal oldali részére épített lépcsőházat ezért Hajlongónak vissza kell futnia az imént bemért soron a lépcsőkhöz, lejjebb szaladni egy szinttel és folytatni a csíkhúzást a következő emeleten.  És így lefelé mind a 480 ill. 576 emeleten át. 

Amint ezzel elkészült, nekünk nincs más dolgunk, mint leszedni a falról a papírcsíkokat, sorban egymás mögé ragasztani őket és készen is van az a grafikon, ami a videojelet magát ábrázolja.  Ha egy feszültségszint egy drótvégen e szerint az ábra szerint imbolyog, akkor az pontosan azt a képet reprezentálja amit Hajlongó háza falára vetítettünk.  Olyannyira, hogy az egyes papírcsíkok sorvégi ragasztási pontjainál keletkező kis szünetet a videomérnök sorvisszafutási, azt a nagyobbat ami a kép utolsó sora után következik, ami alatt fürgelábú Hajlongónk visszaüget a legfelső emeletre azt képvisszafutási köznek nevezi.

Lássuk az eljárás következményeit:

Szinkron:

Ez a kép végi hosszabb szünet arra is jó, hogy a videojel útjába kerülő berendezések felismerjék, a hosszú szünet után új kép kezdődik.  Képzeljük el amikor bekapcsolódunk egy ilyen jelbe, jönnek egymás után százával a sorok, honnan tudjuk, hogy hol tart a leképezés, a kép alján vagy a tetején járunk-e éppen? Könnyen belátható, hogy a kamera és a monitor között szükség van egyfajta szinkronizációra. Ugyanazon az emeleten, ugyanazon ajtószám előtt kell lennie Hajlongónak a kamerában, mint ahol a változtatható erejű fényforrással a kezében szaladgáló Lámpás Fürge világít a szemünkbe a monitorban, egyébként szét fog esni a kép.  Ezt a szinkront biztosítja a hosszú szünet, ebből tudja a monitor művezetője, most kell kurjantani a Lámpás Fürgének, a legelső sor következik, ugrás a legfölső emeletre, ott kell most kezdeni a futást.  Régi tévékészülékeknél gyönyörűen látszott is ez a szinkron-váltás a csatornaváltáskor.  Mivel a tv állomások nincsenek egymással szinkronban, a váltáskor egy pillanatra szétesett a kép, amíg át nem állt az új ritmusra a készülék.

Sorok és oszlopok, a későbbi pixelméret:

Ha egy olyan helyen halad át Hajlongó a sorban ahol az addig maximális fehérségű kép hirtelen a lehető legfeketébbre vált, mondjuk egy nyomtatott szöveget mutat a kamera valahol a betű, a tinta és a hófehér lap találkozásánál, ott van egy tehetetlensége: idő kell neki amíg az addig hófehér lapot reprezentáló magasan tartott ceruzával vásott dereka hajlításával leér a mélybe.  Ebből az idő-tehetetlenségből derül ki, hogy milyen a vízszintes részletgazdagsága a képnek.  Míg a függőleges finomságot a sorok/emeletek száma egyértelműen meghatározza, a vízszintes bontást Hajlongó tornáztatásával határozhatjuk meg.  Egy olyan ábrát vetítünk a falra, ami függőleges csíkokból áll.  És egyre jobban sűrítjük a csíkok számát, a sor jobb oldalához közelítve, egyre jobban vékonyítjuk a feketén-fehéren váltakozó csíkok szélességét.  Ezzel arra késztetjük a csíkhúzó Fürgét, hogy egyre gyorsabban hajolgasson le-föl.  És elérkezik így a vonalak olyan sűrű váltakozásához ahol már nem éri el a teljesen fehér vagy fekete szinthez tartozó magasságot, mert mire odaérne, már előtte indulnia kell vissza.  A ceruzája tehát ahogy a csíkok egyre vékonyabbak lesznek, imbolyogva a két végállapot között egyre kisebb hullámzást produkál, végül megállapodik valahol középtájt a szürke magasságában.  Az a vonalsűrűség, az a függőleges vonalvastagság amit még képes feketétől fehérig követni az átalakító, no ha abból rakjuk végig a vízszintes sort és megszámoljuk hány darab fér ki abból a vastagságból egy sorban, az a kamera vízszintes bontása.  Mivel semmi nem indokolja, hogy eltérjünk a függőleges bontás részletgazdagságától, ezért olyan hajlongót szokás választani aki egy emeletnyi magasság vízszintes megtétele alatt képes guggolásból lábujjhegyre váltani oda-vissza.  Ha függőlegesen mondjuk 600 emeletünk van, akkor a 4:3 képarány miatt vízszintesen egy sorban 800 emeletnyi a sor hossza.  (Ugyanis a nyolcszáz aránylik úgy a hatszázhoz mint a négy a háromhoz.  Lásd: Aspect ratio cikket.)  Azaz 400 darab fekete és 400 darab fehér, emeletnyi széles, függőlegesen egymás mellé váltakozóan lógatott csík tölti ki a képmezőt.  (Mai számítógépen szocializált világunkban ezt egy pixel széles függőleges fekete ill. fehér vonalak sokasága alkotta képnek mondanánk.)  Mivel a hasznos képméret kisebb 600-nál ezért 800 helyett (kis könnyítés a mérnöknek) a körülbelül 700 vonalas ábra hibamentes átvitelének megvalósítása volt a cél.   Az átvitt vonalak száma volt az eszközök osztályba sorolásának alapja: egy hajdani VHS magnetofon illetve kamera 200-300 oszlopot tudott megkülönböztetni az alsó hajóosztályban.  A high-end pedig a stúdiókamerák felső méregdrága kategóriája, csak ezek tudták a 700 függőleges sort leképezni.

Itt van egy kép egy 16 mm-es mérőfilmről, ezt vetítik be a kamerába.  Látható ahogy balról jobbra haladva egyre sűrűbbek a vonalak, és ott jön el az igazság pillanata ahol már nem látni a függőleges fekete és fehér vonalak váltakozását.  Ez a kép egy mezei lapszkennerrel készült, látszik, az utolsó két (vagy inkább három?) oszlop már egyforma szürke, itt a vége, az már sok volt a 9600 dot-per-inch-nek.  Pedig azok a függőleges vonalak ott vannak az emulzióban... 

Ugyanez a jelenség két kamerával: felül egy drága kamera képe és a hozzá tartozó videójel, alul pedig egy lomhább típus: az egyre sűrűsödő fekete objektumok egy átlag-szürke foltként látszanak a kialakult elektromos jelben.  Ez a magyarázata a puha rajzolatú képnek, nincsenek benne éles kontúrok, ha nem elég fürge az elektronika.

Ez pedig maga a mérőjel, nem kell hozzá semmi műszer, szabad szemmel ránéz a jó videómérnök, ahányadik oszlop a szürke annyiadik megahertznél fárad a gép...

A monitor

Nem nehéz elképzelni, a visszaalakítás folyamatát.  Egy ugyanolyan állványzat szükséges hozzá, mint amin a Hajlongó szaladgál, ugyanannyi emelettel. Az állványzat felénk eső oldalára kifeszítünk egy áttetsző homogén vásznat, csak erre most nem festjük fel sem az épp regnáló miniszterelnök képét, sem “az élet habos oldala” feliratot.  Hátul, a vászon mögött az emeleteken most nem a Hajlongó, hanem az előbb már említett Lámpás Fürge szaladgál: nézi milyen magasan van a csík a falon, ha magas a vonal felcsavarja a lámpást, ha alacsony akkor meg le.  Ha elég gyorsan csinálják összeáll a kép.  De mi az az elég gyors?

A flicker

Azt mindenki tudja, hogy a vetített mozgókép az állóképek gyors egymásutánja, amit a szem, az agy a maga tehetetlensége miatt folyamatos mozgássá olvaszt össze, annak érzékel.  Ahhoz, hogy valamit így mozgásnak érezzünk elég a másodpercenként 16-18 kivetített állókép.  De ha csak ezt a másodpercenkénti 18 képet látjuk, ugyan kialakul a mozgás érzete, de marad egy villogásérzet amit flicker érzetnek mond a művelt filmes.  Ez a jelenség a némafilm korszakban is előállt, ugyanis a filmvetítő leárnyékolja a fény útját addig míg a filmtovábbító mechanika arrébb rántja a filmszalagot a soron következő kockára, hogy a továbbítás szétkenődő mozdulata ne látszódjék a vásznon.  Ez a flicker érzet akkor múlik el az érzékelésünkből, ha a másodpercenkénti villanások száma eléri a 40 körüli értéket.  Negyven különálló képkockát átküldeni kamerán, vetítőgépen pazarlás lenne, ha már 16 is elég a mozgásérzethez.  Így azt találták ki, hogy ugyanazt a kockát kétszer, háromszor is rávillantják a vászonra, azaz a filmtovábbítás kényszerű kitakarásán kívül még legalább egyszer megszakítják a fény útját.  Azután a képhez megjött a hang is.  Ahhoz, hogy minőségi hangot tudjanak a filmszalag szélére rögzíteni emelni kellet a filmszalag sebességét, ekkor alakult ki a ma is használatos 24 kocka per másodperc.  Itt tart a világ amikor a TV is képbe kerül. A TV ami árammal működik, amit ezért a váltóáramú konnektorba kellett dugni.  A világ egyik felén 50 a másikon 60 periódusú váltóáram volt abban a konnektorban, ennek a periódusnak a fele a 25 illetve a 30.  Innen ered a televízió képfrissítési frekvenciája.  Az, hogy miért van az, hogy a periódus, azaz a másodpercenkénti szaporaság egész számú többszörösét, vagy a felét, negyedét használják a gépek, arra legyen elég annyi, hogy már a finom elektronikus világ előtt az egyszerű villanymotorok fordulatszámának megválasztása sem volt véletlen.  A szövőgyárak nagy villanygépei is 3000-es vagy 1500-as percenkénti fordulattal mennek.  3000 percenként, osztva a percenkénti 60 másodperccel az annyi mint 50 azaz ötven fordulat másodpercenként.  Ha nem a fele, negyede akkor nagyon nehézzé válik a berendezésépítő dolga, hogy függetlenítse a tápfeszültséggel érkező és a feldolgozandó, a munka tárgyaként kezelendő rezgést egymástól.  Ha együtt, egyformán rezeg a kettő az nem olyan nagy baj, az harmónia.  Ha az egyik 24 a másik 25 az olyan mint a hamis, félrehangolt hangszer, mindenféle rázkódás zavar keletkezik ami ellen nagyon nehéz és drága védekezni.  A TV vevők a hőskorban nagyon drágák voltak még így is, ha még tovább bonyolítják a szerkezetét ilyen rezgésfüggetlenítő extrákkal akkor nem válhatott volna tömegcikké.  A mozi filmkockáinak a televízió berendezéseibe való bevezetésekor ezen a problémán egy rém egyszerű döntéssel emelkedtek felül.  A Tv-kamerákba való vetítéshez olyan mozigépeket építettek amelyek az addig megszokott másodpercenkénti 24-es sebesség helyett 25-öt vetítenek.  Ez a 4 %-os sebességnövekedés egy kicsit magasította a zene meg a beszélők moziban vetítetthez viszonyított hangmagasságát, de ez az abszolút hallásúakat meg még talán a populáció 2 %-át zavarta, a többieket nem.  A moziban 100 perces film a Tv-ben csak 96 percig tart.

Ez tehát a 24 és a 25 közti különbség oka, de ez még mindig nem az a kb 40 per másodperces villogásszám, ami a fickerérzet elfedéséhez kell.  Mivel a TV nem egységes egészként, vetíti a képet a képernyőre, nem egyszerre villantja az összes elemi képpontot, hanem egy gyorsan futó ponttal rajzolja ki azt soronként, ha 25 helyett 50-szer akarunk rajzolni, arra az a megoldás, hogy a Hajlongó meg a Lámpás Fürge is kétszer akkora sebességgel rohanja végig az emeleteket.  No olyan készüléket amiben a két mihaszna ilyen sebességgel tekerne nem volt képes olcsón előállítani az akkori tömeggyártás.  Inkább kitalálták a félképes letapogatási rendszereket.  A maga nemében zseniális, amolyan kecske is, káposzta is megoldás ez.  Az a szabály, hogy először csak minden második soron/emeleten szalad végig a Hajlongó, és vele együtt a vételi oldalon a Lámpás Fürge, így fele annyi idő alatt leér a kép aljára, visszafut felülre és a második menetben az imént kihagyott sorokon szalad végig.  A rendelkezésre álló egy képnyi idő alatt így kétszer szalad végig a képrajzoló pont a kép teljes felületén, kétszer villantja meg az egész képernyőt úgy, hogy mindeközben a rajzolás sebessége ugyanakkora marad.  Ezt a sorok közötti technikát ángilusul interlaced-nek azaz váltott-soros letapogatási módnak nevezik, jele az i.  A sorbanhaladó másikat amikor sorban egymás után, emeletről emeletre halad a letapogatás/képfelépítés az a progresszív-nek nevezett módszer jele a p.  És a másodpercenkénti számossággal együtt így nyer értelmet a videojel tulajdonságait jelölő számok között a 25p, az 50i Európában, és a 30p, a 60i Amerikában.  Látható, hogy két félkép ad ki egy egészet, ezért szinte mindig kétszer annyi “i” van mint amennyi “p”.  És ez az 50 illetve 60 másodpercenkénti villanás-szám már biztonsággal felette van a flickerérzet 40-es értékének, a probléma tehát megoldódott.

Van egy nagyon fontos következménye az interlaced módnak.  Melyik sor az első?  A páros vagy a páratlan?  Ezt a paramétert félképsorrendnek, fieldominanciának nevezik a szakik, ángliusul ugyanis a félképet field-nek nevezik.  Nos tehát melyik félképet először?

Az előbbi példában az emeleteket alulról kezdtük számozni a ház-hasonlat könnyebb megértése miatt.  A videókép sorainak számozása a valóságban viszont felülről kezdődik az 1-es számú sorral.  (A Hajlongó és a Lámpás Fürge tulajdonképpen egy sokemeletes szuterénbe, légópincébe szaladgál lefelé, csak hát szerintem nehéz elképzelni azt, hogy a föld alatt a fekete szénfalra vetít valaki...)  Az analóg videózásban nulladik sor nincs, korábbi dolog ez a digitális világ nullával induló számsorainál, és mivel felülről lefelé haladva az első sor feljebb van mint a második, így a félképeket a népdalokhoz hasonlóan kezdősoruk szerint:

első – páratlan – odd – upper – felső, valamint

második – páros – even – lower – alsó

félképnek nevezzük el.

A progresszív videó lejátszásakor nincs probléma, ott nincsenek félképek: minden kép az első sorral kezdődik és az utolsóval ér véget.  Az interlaced videónál viszont kell tudnia a lejátszónak, hogy melyik az első adat.  Másképp fogalmazva: egy teljes frame (kép) megjelenítésekor melyik félképpel (field-del) kell kezdeni a kép felépítését?  Melyik soron kezdte a letapogatást a kamera?  Filmkocka digitalizálásakor ugyanarról az állóképről készül a szkennelés, tehát ott ugyanaz az időpillanat jelenik meg mindkét félképen.  A videokamerában viszont a másodikként rögzített félkép 1/50-ed másodperccel későbbi pillanatot fagyaszt meg.  Focimeccsen a labda ezalatt több métert is megtehet.  A felvételt rossz félképsorrenddel lejátszva a későbbi pillanat jön korábban a képfolyamban másodpercenként legalább ötvenszer, ami zavaró remegésként látszik a mozgásokon.  A labda tehát nem szabadon száll a képen, hanem az ív mentén előre-hátra rezegve halad a pálya felett.

Túl az Óperencián:

Nagyon fontos volt, hogy ugyanazt az állványrendszert használja a kamera és a monitor.  Ezért nem értették eleinte az amerikai videojelet az európai monitorok, mert belegabalyodtak az eltérő számú szintbe: még rajzolták volna a képet, mikor már jött a képközi szünet: akkor most mi van, még nem vagyunk az alján!  És emiatt a kép közepére került a képközi fekete csík, hol ide hol oda, összetöredezett használhatatlan felismerhetetlen katyvasz lett az egész.

Ha már a kép közi fekete szóba került:  az amerikai képméret 486 az európai 625 soros, de ebből a hasznos képtartomány 480 illetve 576 sor.  A maradékban olyan technológiák, szolgálati közlemények jelei bujkálnak mint timecode, a teletext vagy ide lehet mérőjelet is becsempészni.  A kép szélén egy sor színcsík pontosan ugyanúgy szenvedi meg a jeltovábbítás fáradalmait mint a hasznos kép, pontosan ugyanúgy torzul, gyengül.  A néző nem látja a kép szélét, őt nem zavarja, de a technikus az átviteli út végén ezt a sort műszerrel figyelve tud világosítani, kontrasztot állítani ha kell.