Телевидение

Более 90 % населения нашей страны имеет возможность принимать программы центрального телевидения. К концу XII пятилетки предусмотрен практически повсеместный прием двух программ.

Эффективное решение этой проблемы требует не только количественного наращивания мощности телевизионной сети, но и качественного скачка: необходимо создать рентабельные средства трансляции телевизионных изображений на территорию с малой плотностью населения, нужно обеспечить существенное повышение качества изображения в отдаленных районах, расширить сферу услуг связи, предоставляемых населению. С этой целью предусматривается дальнейшее развитие единой автоматизированной сети связи страны на базе новейших достижений науки и техники. Применительно к телевидению это означает дальнейшее развитие спутниковых линий связи, внедрение цифровых систем, рациональное использование телевизионных и телефонных каналов, внедрение оптических волоконных линий связи и многое другое. Телевизионная сеть Советского Союза связана с международными сетями Интервидение, Евровидение, Интерспутник, обеспечивающими зарубежные и межконтинентальные связи.

Роль телевидения не ограничивается телевизионным вещанием. В настоящее время нет такой отрасли народного хозяйства, науки или техники, где не применялось бы телевидение. Без телевидения был бы невозможен прогресс современной науки и техники: освоение космоса, решение технологических задач в атомной энергетике, автоматизация многих производственных процессов, создание уникальных инструментов научного исследования, развитие радиолокации и гидролокации. Телевидение играет важную роль в решении одной из основных задач, поставленных XXVII съездом КПСС: ускорение темпов научно-технического прогресса.

Перед телевидением стоит много проблем теоретического плана дальнейшее развитие общей теории телевидения, включающей оценку статистических свойств изображения, создание математических моделей и разработка на их основе алгоритмов обработки изображений с целью сокращения избыточности и повышения качества изображений, лучшего использования канала связи.

Развитие телевидения немыслимо без квалифицированных специалистов, для подготовки, которых необходимы соответствующие учебники. В 1979 г. вышло в свет первое издание настоящего учебника, получившее высокую оценку студентов, преподавателей, специалистов в области телевидения.

Во второе издание учебника включен новый раздел Развитие телевизионных систем, в котором обсуждаются технические возможности и методы передачи дополнительной информации по телевизионным каналам, цифровой обработки и передачи телевизионных сообщений, создания систем телевидения повышенного качества и высокого разрешения. Внесены коррективы, отражающие новые достижения телевизионной техники, а также коррективы, методического характера, подсказанные опытом использования книги в учебном процессе.

Поток массовой информации в XX в. возрос настолько, что передать его только средствами печати и радио уже невозможно. Необходимость подключить к общей системе связи зрительный аппарат, с помощью которого человек воспринимает свыше 80 % информации об окружающем мире, привела к широкому развитию телевидения.

Термин телевидение впервые применил русский инженер К. Д. Перский в 1900 г. на Международном электротехническом конгрессе в Париже. В настоящее время этот термин определяет область науки, техники и культуры, связанную с передачей на расстояние изображений подвижных объектов при помощи радиоэлектронных устройств. В более узком смысле термин телевидение обозначает способ такой передачи.

Для создания телевидения необходимо было решить три важнейшие проблемы:

преобразования лучистой (в частности, световой) энергии в электрический сигнал;

передачи электрических сигналов на расстояние;

преобразования электрических сигналов в световые.

Решение этих проблем оказалось возможным благодаря успехам физики конца XIX — начала XX ст. Вот некоторые из них:

1873 г.— открытие У. Смитом (США) светочувствительности селена;

1873 г.— изобретение А. Н. Лодыгиным (Россия) электрической лампочки;

1887 г.— открытие Г. Герцем (Германия) внешнего фотоэффекта;

1888—1890 гг.— установление А. Г. Столетовым (Россия) основных закономерностей фотоэффекта;

1895 г.— изобретение А. С. Поповым (Россия) радио;

1897 г.— изобретение К. Брауном (Германия) катодной (электронно-лучевой) трубки;

1906 г.— создание Л и-де Форестом (США) трех-электродной лампы.

Идея создания первой телевизионной системы предложена в 1875 г. Дж. Керри (США).

Мозаика из селеновых фотоэлементов (рис. В. 1), на которую проецируется передаваемое изображение, при помощи множества проводов соединяется с соответствующими электрическими лампочками на приемном экране. Спроецированное на мозаику изображение вызывает в каждом проводе ток, пропорциональный освещенности элемента мозаики, и заставляет светиться соответствующую лампочку на приемном экране с яркостью, пропорциональной току. Совокупность свечения всех лампочек дает мозаичное изображение передаваемого объекта. Примечательно, что в этом первом проекте была заложена прогрессивная идея разложения (разбиения) изображения на отдельные элементы и передачи средней яркости каждого элемента. Метод поэлементной передачи изображения — основа всех последующих телевизионных систем. Главный недостаток предложения Дж. Керри — необходимость использования большого числа каналов связи (примерно 500 000 для современного телевидения), что нереально.

С 1877 по 1880 г. независимо друг от друга предложили проекты одноканальных систем телевидения М. Санлек (Франция), де-Пайва (Португалия) и П. И. Бахметьев (Россия). Все проекты были основаны на учете инерционности зрительного восприятия, благодаря которой оказывается возможным передача информац ии о я ркости всех элементов изображения не одновременно, а последовательно (поочередно). Последовательное преобразование яркостей отдельных элементов изображения в электрический сигнал называется разверткой изображения.

Практически проблема последовательной передачи элементов была решена в проекте П. Нипкова, который в 1884 г. получил германский патент на оптико-механическое устройство, известное под названием диска Нипкова (рис. В. 2).

Непрозрачный диск содержит ряд отверстий, расположенных по спирали Архимеда у его внешнего края. Размер отверстия определяет величину элемента изображения. Каждое отверстие смещено по радиусу к центру диска относительно предыдущего на высоту отверстия.

На рис. В.З приведено устройство системы с диском Нипкова. Подлежащее передаче изображение 1 проецируется с помощью объектива 2 через рамку 3 на диск Нипкова 4. Световой поток, прошедший через отверстие диска, попадает на фотоэлемент 5. Сигнал с выхода фотоэлемента через канал связи 6 поступает в приемник и вызывает изменение яркости свечения безынерционной лампы 7, перед которой также установлен диск Нипкова 8. В случае согласованного (синхронного и синфазного) вращения дисков 4 и 8 яркость точек, наблюдаемых через отверстия приемного диска, будет пропорциональна яркостям соответствующих элементов передаваемого изображения. При достаточной скорости вращения дисков движущаяся светящаяся точка будет восприниматься как слитное изображение. Согласованное вращение дисков достигается, например, применением синхронных двигателей 9, питаемых от общей сети переменного тока.

Первые практические системы телевидения с механической разверткой были осуществлены в 1925 г. Дж. Бердрм в Англии, Ч. Ф. Дженкинсом в США и в 1926 г. Л. С. Терменом в СССР. С 1931 по 1935 г. сначала в Москве, а затем в ряде других городов велись регулярные телевизионные передачи с числом строк 30 (1200 элементов разложения).

Пионером электронного телевидения по праву считается наш соотечественник Б. Л. Розинг, получивший в 1907 г. патент на способ передачи изображений на расстояние. Отличие этого способа от всех предложенных ранее заключалось в применении электронно-лучевой трубки в приемном устройстве, что означало принципиально новое направление в построении телевизионных устройств. Б. Л. Розинг впервые предложил способ модуляции электронного луча в трубке Брауна, превратив ее таким образом из осцилло-графической в приемную телевизионную трубку, способную воспроизводить изображение с полутонами. Б. Л. Розинг не только сформулировал принципы телевидения, но и добился первых практических успехов в этом направлении, продемонстрировав в мае 1911 г. первую в мире передачу на расстояние изображения в виде чередующихся полос.

Идея развертки изображения электронным лучом оказалась плодотворной. Уже в 1908 г. английский инженер А. А. Кембелл-Суинтон высказал мысль о возможности применения электронного луча в передающем устройстве, а в 1911 г. дал принципиальную схему полностью электронной системы передачи изображений.

Во всех этих телевизионных устройствах свет от элемента изображения воздействует на фотоприемник лишь в течение малого интервала времени соответствующего передаче данного элемента изображения. Они обладают малой чувствительностью, так как представляют собой устройства мгновенного действия.

Бурное развитие электронного телевидения началось после создания высокочувствительных передающих телевизионных трубок, использующих эффект накопления световой энергии в виде электрических зарядов.

В 1925 г. А. А. Чернышев (СССР) предложил передающую трубку с мозаичным полупроводниковым фотослоем, в которой были заложены возможности использования эффекта накопления световой энергии.

В 1928 г. Ч. Дженкинс (США) сформулировал принцип накопления света применительно к телевидению, а также предложил схему с накопительными емкостями и коммутатором. В 1930 г. А. П. Константинов (СССР) изобрел первую передающую трубку с накоплением зарядов. В 1931 г. С. И. Катаев (СССР), а затем В. К. Зворыкин (США) независимо друг от друга предложили проект более совершенных передающих телевизионных трубок с накоплением зарядов (иконоскопов). В 1932—1934 гг. иконоскоп изготовлен сначала в США, а затем в СССР.

В 1933 г. П. В. Шмаков и П. В. Тимофеев (СССР) изобрели супериконоскоп.

В 1938 г. Г. В. Брауде (СССР) изобрел двустороннюю мишень, на основе которой разработан суперортикон.

Появление высокочувствительных передающих трубок позволило уже в 1937 г. создать первые в стране телевизионные центры — в Ленинграде со стандартом 240 строк и в Москве со стандартом 343 строки. В 1941 г. был принят стандарт 441 строка и начались работы по переоборудованию Московского телецентра. После окончания войны Московский телецентр возобновил работу по старому стандарту, а с 1948 г. работает по нынешнему стандарту — 625 строк.

Параллельно с развитием черно-белого телевидения шла разработка цветных телевизионных систем.

В 1899 г. А. А. Полумордвинов (Россия) предложил первый проект цветной телевизионной системы. Разложение изображения осуществлялось диском Нипкова, перед которым вращался еще один ди ск с кр асным, зеленым и фиолетовым светофильтрами, поочередно прикрывающими вырез в ограничивающей рамке.

В 1926 г. И. А. Адамин (СССР) предложил трехцветную последовательную систему на основе трехспирального диска Нипкова. В 1928 г, Дж. Вэрд (Англия) продемонстрировал передачу цветных изображений при помощи аналогичной системы.

В 1929 г. в лаборатории Вэлла (США) демонстрировалась трехканальная телевизионная система с одновременной передачей цветов.

В 1950 г. в США и в 1953 г. в СССР были приняты для вещания поочередные системы цветного телевидения, от которых пришлось отказаться из-за их несовместимости с системой черно-белого телевидения.

Первая совместимая система цветного телевидения принята в США в 1953 г.— National Television System Commitee (NTSC). В настоящее время эта система принята также в Японии, Канаде и в ряде других стран американского континента.

В 1954 г. Анри де Франс (Франция) предложил систему, которая с 1959 г. называется SECAM (Sequence de Couleurs Ave с Me moire — поочередность цветов и память). Последний советско-французский вариант SECAM — III В принят для вещания в СССР, Франции и других европейских странах. В СССР и Франции вещание по этой системе со стандартом разложения 625 строк ведется с 1967 г.

В 1963 г. в ФРГ под руководством Вальтера Бруха разработана система PAL (Phase Alternation Lines — строка с переменной фазой). По системе PAL с 1967 г. ведется регулярное вещание в ФРГ и, Англии со стандартом 625 строк.

В последующем тексте, в соответствии с принятой терминологией, эти системы будут обозначаться соответственно НТСЦ, СЕКАМ, ПАЛ.