Полная версия

Главная arrow Техника arrow ВВЕДЕНИЕ В РАДИОЭЛЕКТРОНИКУ

  • Увеличить шрифт
  • Уменьшить шрифт


<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>

Телевидение и телевизионное вещание

Телевидение - это область науки, техники и культуры, связанная с передачей зрительной информации (подвижных и неподвижных изображений) на расстояние радиоэлектронными средствами, а также сам способ такой передачи. Наряду с радиовещанием телевидение является одним из наиболее массовых средств распространения информации (политической, культурной, научно-познавательной, учебной и т. п.). Это одно из основных средств связи, используемое в научных, организационных, технических и других прикладных целях (например, в системах управления и контроля в промышленности и на транспорте, в космических и ядерных исследованиях, в военном деле, системах наблюдения и т. п.).

Конечным звеном телевизионной передачи служит человеческий глаз, поэтому телевизионные системы строятся с учётом особенностей зрения. Реальный мир воспринимается человеком визуально в цветах, предметы - рельефными, расположенными в объёме некоторого пространства, а события - в динамике, движении, Следовательно, идеальная телевизионная система должна обеспечивать возможность воспроизводить эти свойства материального мира как можно в более полном объеме. В современном телевидении задачи передачи движения и цвета успешно решены и технически, и практически.

Первые опыты передачи неподвижного изображения были сделаны еще в эру электрического телеграфа. В 1856 году

Дж. Казелли[1] построил и продемонстрировал прототип электромеханической системы для передачи на расстояние изображений. Это устройство он назвал «Pantelegraph», как производное от слов «pantograph» (пантограф) - основной инструмент копирования и «telegraph» - способ передачи на расстояние.

Отправитель сообщения записывал его на оловянном листе чернилами, не проводящими ток. Далее лист крепился к выгнутой металлической пластине и сканировался маятниковым пером (разрешение - три строки на мм). На приёмной стороне изображение воспроизводилось специальными чернилами, которые вступали в химическую реакцию с бумагой, пропитанной железо-цианистым калием (см. рис. 9.2).

Изображение, переданное аппаратурой Дж. Казелли

Рис. 9.2. Изображение, переданное аппаратурой Дж. Казелли

Для синхронизации передачи и воспроизведения изображения маятники управлялись высокоточными часовыми механизмами[2]. Основной принцип преобразования двухмерного изображения в одномерный электрический сигнал не изменился до наших дней.

Вскоре изобретение Д. Казелли получило широкое распространение не только во Франции, но во всем мире. Оно было запатентовано в Европе в 1861 г. (Европейский патент № 2532) и в США в 1863 г. (патент США №. 37,563).

В основу изобретения Дж. Кзелли положен принцип поочерёдной передачи элементов изображения. Он был заново предложен в 1878 году А. Пайва[3]. Этот принцип лежит в основе всех современных систем телевидения.

Однако для передачи движущихся изображений требовался более быстрый способ преобразования изображения в электрический сигнал. Принципиальная возможность реализации скоростной передачи появилась благодаря открытию внешнего и внутреннего фотоэффекта, которые можно было использовать для преобразования света в электрический ток.

В 1907 году Б. Л. Розинг[4] разработал систему «катодной телескопии» (при которой для воспроизведения изображений использовалась электроннолучевая трубка). В июле 1907 г. он подал заявку на «Способ электрической передачи изображений на расстояние». По этой заявке 30 октября 1910 г. ему был выдан патент № 18076. В 1908-1909 гг. открытие нового способа приёма изображения в телевидении подтвердили патенты, выданные в Великобритании и Германии. В 1911 году усовершенствованное телевизионное устройство было запатентовано в России, Великобритании, Германии и США.

Б. Л. Розингу 9 мая 1911 г. удалось в своей лаборатории добиться приёма сконструированным им устройством изображений простейших фигур. Это была первая в мире телевизионная передача, ознаменовавшая начало эры телевидения. Однако чтобы довести телевидение до стадии практического применения, необходимо было решить еще множество сложных проблем, поэтому электронное телевизионное вещание появилось только через четверть века.

Возможность поэлементной передачи изображений по каналу связи основывается на свойстве человеческого зрения воспринимать пульсирующий свет как непрерывный, если частота пульсаций превышает критическую, которая зависит от яркости источника и составляет несколько десятков герц. Процесс последовательного преобразования элементов изображения в электрические сигналы при передаче и обратный процесс при приёме носят название развертки изображения. Процессы анализа и синтеза изображения должны совершаться синхронно (одинаково по частоте) и синфазно (одинаково по фазе). Закон развёртки определяется назначением телевизионной системы.

Одно из первых устройств передачи элементов изображения, основанное на применении вращающегося диска с отверстиями, предложил П. Нипков[5]. В 1884 г. он получил патент на оптико-механическое устройство («электронный телескоп») для разложения изображения на элементы при передаче и приёме телевизионных сигналов. Оно применялось в ранних, ещё несовершенных электромеханических системах телевидения.

Первые опыты по передаче изображения с помощью механической системы провел 2 октября 1925 года Дж. Бэрд[6]. Публичная демонстрация состоялась 26 января 1926 года. Подвижное изображение было передано из его лаборатории со скоростью 12,5 кадров в секунду.

Первым в мире Дж. Бэрд продемонстрировал 3 июля 1928 года передачу цветного изображения. В том же году он демонстрирует стереоскопическое телевидение, а в 1932 г. первым осуществил передачу телевизионного сигнала в диапазоне УКВ.

С 1929 г. по 1937 г. компания ВВС (The British Broadcasting Corporation) вела регулярное телевизионное вещание. К 1931 г. в США проводили телевещание уже около 25 радиостанций. Во многих странах был начат промышленный выпуск телевизионных приёмников. В СССР первые серийные электромеханические телевизионные приёмники были выпушены в 1934 году. Однако регулярные телепередачи механического телевидения из Москвы были начаты уже 1 октября 1931 г. Эти передачи вначале предназначались для радиолюбителей, которые самостоятельно собирали телевизионные приёмники1. Их отзывы были учтены при переходе на серийное производство оптико- механических телевизоров. Малострочные телепередачи неподвижных изображений стали регулярными в Ленинграде, Одессе, Киеве, Харькове, Нижнем Новгороде, Смоленске, Томске. В 1932 г. осуществлена первая передача движущегося изображения (телекино), в 1934 г. - со звуковым сопровождением. На рис. 9.3 показан комплект электромеханического телевизионного приёмника Ленинградского завала им. Козицкого.

Отечественный электромеханический телевизионный приёмник

Рис. 9.3. Отечественный электромеханический телевизионный приёмник:

а - блок развертки Б-2, б - полный комплект на основе радиоприёмника «ЭЧС-2»2

Освоение электронных систем телевидения связано с именами многих изобретателей, прежде всего, с именем [7] [8]

В. К. Зворыкина[9]. Значительный вклад был сделан Ф. Фарнсуортом[10], В. П. Грабовским[11], С. И. Катаевым[12], Б. Л. Розингом, П. В. Тимофеевым[13], П. В. Шмаковым[14], и многими другими.

В современной телевизионной вещательной системе принята лилейно-строчная развёртка, при которой кадр изображения имеет горизонтально-строчную структуру. Для поддержания синхронизации развёрток в конце каждой строки и кадра передаются синхронизирующие импульсы. Тем самым, телевизионная станция управляет развёртками всех телевизоров в зоне своего действия. Структурная схема электронной системы телевизионного вещания показана на рис. 9.4.

Структу рная схема системы телевизионного вещания

Рис. 9.4. Структу рная схема системы телевизионного вещания

Для того чтобы воспринимать изображение как непрерывный процесс, нашему зрению достаточно 25 кадров в секунду. Однако мерцания экрана все же вызывают неприятные ощущения. Поэтому для передачи изображения в телевидение используют чересстрочную развертку. В современном телевизионном стандарте в секунду передается 50 (60) полукадров или 25 (30) полных кадров. Принцип формирования кадра при чересстрочной развертке показан на рис 9.5.

Формирование телевизионного кадра при чересстрочной развертке

Рис. 9.5. Формирование телевизионного кадра при чересстрочной развертке

Чем выше число строк, тем качественнее, чётче изображение и тем больше информации на экране. В то же время, чем выше число строк, тем шире должна быть используемая полоса частот (соответственно тем меньше можно создать телеканалов). Считается, что обычному кинокадру на 35 мм плёнке соответствовало бы телевизионное изображение с 900 строками.

Первый в мире канал электронного телевидения, вещающий регулярно, был запущен в 1934 г. в Германии. В 1938 г. экспериментальные передачи электронного телевидения осуществлены телецентрами Москвы и Ленинграда.

Регулярное электронное телевещание в Москве и Ленинграде началось в 1939 году. В Москве 10 марта 1939 г. был впервые показан по телевидению кинофильм, снятый по заказу телевидения студией «Союзкинохроника».

По телевидению стали показывать концерты, театральные спектакли и телеспектакли. В 1940 г. поступили в продажу электронные телевизоры 17ТН-1/3. Работы по развитию телевидения были прерваны войной. Не смотря на это Московский телецентр 15 декабря 1945 г. первым в Европе возобновил регулярное вещание (2 раза в неделю); в 1947 г. начал работать Ленинградский телецентр. На рис.9.6 показан рабочий момент прямой студийной передачи.

Телевизионная студия 50-х годов XX века (СССР)

Рис. 9.6. Телевизионная студия 50-х годов XX века (СССР)

С конца 1948 г. введено в эксплуатацию внестудийное вещание. Первая внестудийная передача в СССР - трансляция футбольного матча - проведена в 1949 году. В 1954 г. на Центральной студии телевидения созданы редакции (отделы) пропаганды, промышленности, сельского хозяйства, наук и спорта.

К концу XX века в телевещании использовалось несколько стандартов. Европейские стандарты основаны на разработанном в СССР в 1944 г стандарте с разложением на 625 строк (реально воспроизводится примерно 575). В США использовался стандарт с 525 строками (из которых воспроизводится примерно 480 - отсюда стандарт VGA). Во Франции существовала система с В19 строками, которая уже прекратила свое существовании.

Массовое производство телевизоров «Москвич Т-1», «Ленинград Т-2», «КВН-49» началось с конца 40-х гг. XX века. На рис. 9.7 модели одних из первых отечественных телевизионных приёмников.

Первые модели отечественных телевизионных приёмников

Рис. 9.7. Первые модели отечественных телевизионных приёмников:

а - 17ТН-1/3 (1939), б - КВН-49 (1949)

Принципы цветного телевидения основаны на методах, разработанных еще в средние XV в. для цветной печати (см. раздел 1.3). В 1928 г. Д. Бэрд продемонстрировал передачу цветного изображения электромеханической телевизионной системой. Он использовал по 3 диска Нипкова в передающей и приемной камерах. В передающей камере перед каждым диском стоял фильтр, пропускающий только один из трёх основных цветов, а в телевизоре за каждым диском была установлена соответствующего цвета лампа.

В 1938-1950 гг. в США радиовещательной компанией CBS (The Columbia Broadcasting System) была разработана последовательная система цветного телевидения электронного типа. С 1951 г. по 1953 г. она использовалась в США в качестве стандартной системы телевизионного вещания. Аналогичная система была разработана в СССР в 1948-1953 гг. В 1954-1956 гг. в Москве по этой системе проводилось опытное вещание. Опытную цветную передачу можно было посмотреть в Политехническом музее.

Основными недостатками последовательной системы цветного телевидения являются необходимость, во-первых, использования трех телевизионных каналов, а во-вторых, её несовместимость со стандартным черно-белым телевещанием. Проблемы удалось решить с использованием принципов уплотнения информации. Создание совместимой системы цветного телевидения стало возможным благодаря тому, что были приняты во внимание особенности зрения человека.

Регулярное цветное телевизионное вещание было начато в США в 1953 г. по системе NTSC (англ. National Television Standards Committee - Национальный комитет по телевизионным стандартам).

В 1958 г. в СССР была создана собственная система (кстати, самая лучшая в мире по качеству изображения), совместимая с системой черно-белого телевидения, которая использовалась с 1959 г. для опытного телевизионного вещания. Однако позднее было принято правительственное решение о разработке совместно советско-французской системы SECAM-1I1 (от фр. Sequentiel couleur avec memoire, позднее Sequentiel couleur a memoire -последовательная передача цвета с запоминанием). Она была введена в эксплуатацию одновременно в СССР и Франции в октябре 1967 года. С 1967 г. началось цветное телевизионное вещание в ФРГ, Великобритании, Нидерландах и других странах Западной Европы, а также в Австралии по системе PAL (англ. Phase Alternating Line - построчное переключение фазы), разработанной в 1962-1966 гг. в ФРГ. Эти три системы цветного телевидения в различных модификациях существуют по сей день. Современные телевизионные приёмники способны принимать изображение, переданное любой системой.

Цифровое телевидение (англ. Digital Television - DTV) - система передачи сигнала изображения и звука в цифровой форме с использованием сжатия для передачи данных. Основой современного цифрового телевидения является стандарт сжатия MPEG (англ. Motion Picture Experts Group - Экспертная группа по вопросам подвижного изображения).

Основное преимущество цифрового телевидения заключается в улучшенном качестве изображения и звука. Кроме того, цифровое телевидение предоставляет широкие возможности для получения дополнительных сервисов. На одном частотном канале, на котором раньше передавалась одна телевизионная программа, теперь можно передавать сразу несколько.

В настоящее время используются три базовых стандарта цифрового телевидения: европейский (DVB - Digital Video Broadcasting - цифровое видео вещание), американский (ATSC - Advanced Television Systems Committee -Комитет по перспективным телевизионным системам) и японский (ISDB - Integrated Services Digital Broadcasting - цифровое вещание единого обслуживания). Каждый из стандартов имеет несколько модификаций. В России осуществляется программа перехода на цифровое телевидение.

В настоящее время осваивается телевидение сверхвысокой чёткости (англ. Ultra High Definition Television - UHDTV), которое включает в себя два цифровых стандарта (2160 пикселей) и (4320 пикселей), принятых Международным союзом электросвязи в августе 2012 года. Японская национальная государственная телерадиокомпания (NHK) первой реализовала на практике систему телевидения с разложением изображения по стандарту 7680x4320 пикселей.

Более подробно о современных телевизионных системах вам расскажут в специальных дисциплинах на старших курсах.

  • [1] Джованни. Казелли (итал. Giovanni Caselti, 1815-1891) - итальянский физик.Он в тоже время изучал теологию ив 1836 г. был возведен в сан католическогосвященника.
  • [2] Поскольку изображение на приемном аппарате выглядело одинаково с исходным, вскоре появился термин факсимиле (лат fac simile - дословно, «делай подобное»).
  • [3] Андриано де Пайва (портг. Adriano de Paivа, 1847-1907) - португальскийученый, один из пионеров телевидения (тогда его называли /electroscope). Известен исследованиями свойства селена с целью использования его для воспроизведения изображения. Благодаря его работам было открыто явление фотопроводимости селена.
  • [4] Борис Львович Розинг (1869-1933) - русский физик, учёный, педагог, изобретатель электронного телевидения, автор первых опытов по телевидению, закоторые Русское техническое общество присудило ему золотую медаль и премию имени К. Г. Сименса.
  • [5] Пауль Нипков (нем. Paul Julius Gottlieb Nipkow, 1860-1940) - немецкий инженер и изобретатель. Изобретённый им диск, получивший название дискаНипкова, послужил основой для появления механического телевидения в 1920-хгг. XX века.
  • [6] Джон Лоуги Бэрд (англ. John Logie Baird, 1888-1946,) - шотландский инженер, получивший известность за создание первой механической телевизионнойсистемы. Его первые опыты - важный шаг в развитии телевидения.
  • [7] Завод им. Козицкого наладил выпуск комплектов деталей для сборки телевизоров Б-2.
  • [8] Радиоприёмник сетевой ламповый "ЭЧС-2" с 1-го квартала 1931 г. выпускалМосковский электротехнический завод «Мосэлсктрик».
  • [9] Владимир Козьмич Зворыкин (1888-1982) - русско-американский инженер,родившийся и получивший образование в России и впоследствии эмигрировавший в США. В 1923 году подал патентную заявку (US Patent № 2141059 от20.12.1938) на телевидение, осуществляемое полностью на электронном принципе. Ему принадлежат более 120 патентов на различные изобретения.
  • [10] Фило Тейлор Фарнсуорт (англ. Philo Taylor Farnsworth, 1906-1971,) - американский изобретатель. Известен изобретением диссектора - передающей электронно-лучевого прибора без накопления заряда.
  • [11] ' Борис Павлович Грабовский (1901-1966) советский физик и изобретатель,который 26 июля 1928 г. впервые в мире передал по радио движущееся изображение с помощью полностью электронной системы телевидения.
  • [12] Катаев Семён Исидорович (1904-1991), советский учёный и изобретатель вобласти телевидения и радиоэлектроники, заслуженный деятель науки и техники (1968). 24 сентября 1931 года, на полтора месяца раньше В.Зворыкина, подает заявку на изобретение иконоскопа и 30 апреля 1933 г. получает авторскоесвидетельство СССР № 29.865.
  • [13] Пётр Васильевич Тимофеев (1902-1982) - советский учёный в области электроники и вакуумной техники. В 1933-1936 гг. изобрёл несколько передающихтелевизионных электронных трубок, в том числе супсриконоскоп - телевизионную передающую трубку с накоплением заряда и переносом изображения с фотокатода на диэлектрическую мишень.
  • [14] Павел Васильевич Шмаков (1885-1982)- советский ученый в области телевидения и электроники. Внёс фундаментальный вклад в практику телевизионного вещания. Руководил созданием голографической TB-установки, создал подводную телевизионную систему.
 
<<   СОДЕРЖАНИЕ ПОСМОТРЕТЬ ОРИГИНАЛ   >>