Videokuva ilman viivettä?

Joskus tulee tarvetta reaaliaikaisen videokuvan siirtoon. Todella reaaliaikaisen. Eli täysin ilman viivettä. Mutta mihin tarvitaan viiveetöntä kuvaa ja onko sen tuottaminen edes mahdollista?

Television alkuaikoina kuvan välittäminen oli todellakin reaaliaikaista. Se siirtyi valon nopeudella satoja kilometrejä studiosta kotivastaanottimen kuvaputkelle. Teknologia ei yksinkertaisesti mahdollistanut kuvan viivästämistä: kameraputken valonherkälle pinnalle muodostunut kuva luettiin elektronisäteellä, välitettiin studion järjestelmien kautta lähettimelle ja lopulta elektronisuihku piirsi sen kuvaputken pintaan.

Tämä viiveetön signaaliketju katkesi ensimmäisen kerran vasta 1980-luvulla, kun kehitettiin CCD-kamerakenno. Kuva “valotetttin”puolijohdekennon pintaan ja luettiin sitten pikseli kerrallaan sarjamuotoisesti ulos kennolta. Seurauksena pieni viive, joka oli lähes 0 millisekuntia kuvan vasemmassa ylänurkassa ja kasvoi siitä pidemmäksi kuvan alareunaan mentäessä. Yksi “pyyhkäisy” tällaisessa kennossa kesti n. 1/50 sekuntia, eli 20 millisekuntia. Keskimääräinen viive kuvan keskellä on siis luokkaa 10 ms.

2000-luvun tuotantovälineet ovat viiveen suhteen hankalia. Tyypillinen viiive kamerasta kuvamikseriin on luokkaa 7 framea, joten reaaliaikaisen monitoroinnin rakentaminen moderneilla laitteilla on täysin mahdotonta. Tv- tuotannoissa kuvan ja äänen synkronisuudelle on tullut vaatimuksia 2010-luvulla, tämä uusi normi pyrkii takaamaan sen, että kuva ja ääni välittyvät studiosta katsojalle riittävällä tarkkuudella läpi koko tuotantoketjun. Teknisesti näihin vaatimuksiin voidaan vastata viivästämällä ääntä sopivasti. Tämä työskentelytapa on mahdollinen ohjelman lähettämisessä, mutta tilanteessa missä tarvitaan reaaliaikaista kuvamonitorointia, äänen viivästäminen ei ole mahdollista.

Videokuvan (SD) yksittäinen kuva (frame) muodostuu kahdesta puolikuvasta kentästä (Field). Parittomat kentät alkavat vasemmasta ylänurkasta, parilliset keskeltä kuvan yläreunaa. Kentät lomittelevat ja tällä idealla saadaan kuvan välkkymistä pienennettyä merkittävästi. Koko kuva (frame) käsittää 625 juovaa, (joista tosin osa on aina mustia ja kuva-alueen ulkopuolella). Puolikuva (field) sisältää vain puolet tästä juovamäärästä. Koko kuvan välittäminen kestää 40 ms, puolikuvan välittäminen vain 20 ms.

Litteät näytöt ja televisiot tuottavat kuitenkin huomattavasti pidemmän viiveen. Kuva kootaan ensiksi näytön välimuistiin (pariton ja parillinen field tarvitaan), joten tämä kestää 40 ms. Muistista  kuva puretaan LCD-näytölle juova kerrallaan, lomittelemattomana, mikä sinänsä voi tapahtua hyvinkin nopeasti. Muistiin tallennettua kuvaa tarvitaan mm. pikselien kirkkauden säätöön ditherointiprosessilla: LCD- elementin kontrastinsäätöalue ei ole kovinkaan laaja.  Mutta jos näytön resoluutio ei olekaan yhteensopiva kuvan resoluution kanssa? silloin väliin kytkeytyy vielä skaalauselektroniikka. Viiveen pituus kasvaa taas usean frame:n verran, kokonaisviive saattaa yltää lähelle 100 millisekuntia eli 1/10 sekuntiin.

Viiveettömälle televisiokuvalle on käyttöä erityisesti oopperatuotannoissa. Näyttämön eri puolille asennetut televisiomonitorit antavat näyttelijöille aikakriittistä informaatiota esityksen ajoittamiseen, ruudussa näkyy kapellimestarin käsi. Nollaviive on toivottava, 20 millisekuntia on vielä siedettävissä ja sen kanssa voi opetella työskentelemään, mutta esim. 100 millisekuntia on lähes kuudestoistaosanuottia tempolla 160 bpm.  Keski-Euroopassa muutama oopperatalo päätti uudistaa videomonitoroinnin, mutta joutui välittömästi palaamaan vanhaan järjestelmään koska tuotantoja ei voitu toteuttaa viiveellisellä systeemillä.

Viiveetön televisokuva on helposti toteutettavissa esim. Audiopajan vintage- varastosta löytyvällä kalustolla. Kameraksi JVC KY-2000 (kolmiputkinen VIDIKON- kamera joka edustaa putkikameroiden pisimmälle kehitettyä sukupolvea 1980-luvun alusta). Videojakovahvistimet ja tv-modulaattoriot ovat luontaisesti viiveettömiä: näillä kuvasignaali voidaan siirtää joko koaksiaalikaapelissa sellaisenaan tai pidempiä matkoja talon antenniverkossa. Kuvaputkitelkkarit vai kuvaputki-videomonitorit näytöiksi. Järjestelmään voidaan sekoittaa mukaan kuvamikserillä vaikkapa tekstityksiä ym. esityksen toteuttamista helpottavia tietoja ilman, että nolla-latenssiominaisuus kärsii.