В 80-е годы XIXв. -30-е годы XXв. разрабатывались системы механического телевидения, впервые реализовавшего основной принцип современного ТВ -последовательную передачу элементов изображения. Указанный принцип был выдвинут в конце XIXв. португальским ученым А. ди Пайва и независимо от него -русским ученым П. И. Бахметьевым. В 1884г. немецкий инженер П. Нипков получил в Германии патент на оптико-механический телевизор.
30-80-е годы явились периодом разработки систем электронного телевидения. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов (образование растра), преобразование потока света от каждого элемента в электрические видеосигналы, передача их в эфир и обратное преобразование видеосигналов в изображение объекта. Процесс осуществляется с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) с магнитной фокусировкой луча. Прообразом послужила электронно-лучевая трубка, созданная в 1907г. профессоромПетербургского университета Б.Л. Розингом. Трубка, находящаяся в передающей камере, называется иконоскоп, в приемнике -кинескоп.
Принцип передачи движущихся чёрно-белых и цветных изображений с помощью телевизионных передатчиков и приемников заключается в следующем. Для передачи одного кадра телевизионного изображения с помощью объектива в телевизионной камере получается изображение предмета на экране специального электровакуумного прибора - передающей трубки (рис. 2).
Рис. 2. Принцип действия передающей трубки
Под действием света участки экрана приобретают положительные заряды. На экран внутри передающей трубки направляется электронный луч, перемещающийся периодически слева направо по 625 горизонтальным линиям - строкам. Во время пробегания луча вдоль строки происходит нейтрализация электрических зарядов на отдельных участках экрана и в электрической цепи, соединяющей электронную пушку и экран, протекает импульс тока. На каждый отдельный элемент экрана падает пучок электронов диаметром всего 0,02 мм. Это обеспечивает возможность считывать 820элементов в каждой строке. Изменения силы тока в импульсе соответствуют изменениям освещенности экрана на пути электронного луча. Высокочастотные электромагнитные колебания в телевизионном передатчике модулируются сигналом, полученным на выходе передающей трубки, и подаются на антенну передатчика. Антенна излучает электромагнитные волны. В телевизионном приемнике - телевизоре имеется электровакуумная трубка, называемая кинескопом. В кинескопе электронная пушка создает электронный луч (рис. 3). Электроны под действием электрического поля движутся внутри трубки к экрану, покрытому кристаллами люминофора, способными светиться под ударами быстро движущихся электронов. На пути к экрану электроны пролетают через магнитные поля двух пар катушек, расположенных снаружи трубки. Магнитное поле одной пары катушек вызывает отклонение электронного луча по горизонтали, второй - по вертикали. Периодические изменения силы тока в катушках вызывают изменения магнитных полей, в результате которых электронный луч за 1/25 секунды 625 раз пробегает по экрану слева направо и один раз сверху вниз. Во время движения луча вдоль первой строки силой тока в электронном луче управляет сигнал, принятый приёмником от передатчика во время движения луча в передающей трубке по первой строке; при движении луча по второй строке силой тока в луче управляет сигнал от второй строки и т.д. В результате за 1/25 с луч «рисует» такое же изображение на экране телевизора, какое построено объективом на экране передающей трубки. Кадры сменяют друг друга с частотой 25 кадров в секунду, последовательность сменяющих друг друга с высокой частотой кадров воспринимается глазом человека как непрерывное движение. Звуковое сопровождение передается по отдельному частотно-модулированному каналу.
Р
ис.
3. Получение изображения на экране
кинескопа
Для передачи цветного изображения в полный ТВ-сигнал добавляют сигналы цветности. Для этого цветное изображение объекта раскладывают на три одноцветных изображения (красного, зелёного и синего цветов), которые передают три ЭЛТ. Соответственно, в ТВ-приемнике предусмотрены три электронных прожектора, лучи которых, проходя через отверстия в маске, вызывают свечение люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска представляет собой тонкий металлический лист, имеющий 550тыс. отверстий диаметром 0,25 мм. Люминофор цветного кинескопа содержит 1,5млн. зерен люминофоров красного, зеленого и синего свечения, расположенных точно напротив отверстий группами по три зерна каждого цвета. Три луча от трех ЭЛТ, сведенные в одну точку, падают в каждый отдельный момент времени на одну группу люминофоров, при этом каждый луч вызывает свечение одного зерна люминофора «своего» цвета. При развертке лучи перемещаются к следующему отверстию в маске, что позволяет совместить на экране сигналы трех одноцветных изображений.
Регулярные передачи черно-белого ТВ начались в нашей стране в 1938 г., цветного –в 1967г. В настоящее время в мире существует три системы цветного ТВ. СистемаNTSCдействует в США, Канаде, Японии и ряде стран Центральной и Южной Америки. Система PAL действует в Германии, Великобритании и других странах Западной Европы. СистемаSECAMдействует во Франции, России, республиках бывшего СССР и ряде стран Восточной Европы. Системы различаются особенностями формирования каналов цветности, но их может объединить разрабатываемый в настоящее время единый стандарт цифровой видеозаписи.
В электронно-лучевой видеокамере
мозаичный экран 1 образован несколькими миллионами изолированных друг от другазёрен серебра, покрытых цезием.
Они располагаются на слюдяной пластине 2, приклеенной к металлической пластине 3. Падающий на зёрна свет 5 способен «выбивать» из них электроны, которые «стекают» по коллектору 4.
В зависимости от яркости света каждое зерно приобретает больший или меньший положительный заряд. Заряды всех зёрен мозаики «описывают» изображение. Элементы слева-внизу видеокамеры создают сканирующий электронный луч.
Последовательно попадая на зёрна, луч отдаёт свои электроны на место выбитых светом. Происходит «перезарядка» - зёрна меняют заряды с «+» на «-». Заметим, что зёрна вместе с металлической пластиной 3 образуют множество микроскопических конденсаторов. При их последовательной перезарядке во внешней цепи между металлической пластиной 3 и коллектором 4 возникает меняющийся ток - видеосигнал.
В электронно-лучевом видеомониторе
для превращения видеосигнала в изображение также применяют электронный луч. Его интенсивность (поток летящих электронов) меняется в соответствии с видеосигналом. Попадая на мозаичный экран, состоящий из зёрен вещества люминофора,
электроны вызывают их свечение. Оно длится некоторое время, пока луч «обегает» другие зёрна на экране, что мы и воспринимаем как видеоизображение.
В этих приборах электронные лучи сканируют экраны синхронно с частотой 25 Гц,
то есть пробегают их одновременно 25 раз в секунду (строку за строкой, подобно чтению книги). Это позволяет передавать и принимать быстро меняющиеся изображения.
В полупроводниковой видеокамере
мозаичный экран (матрица) образован несколькими миллионами «электронных карманов» в кремниевой пластине р-типа, над которой расположены управляющие электроды. Если на них подать положительный заряд, то в кремниевой пластине под электродом карман «открывается», и в нём скапливаются высвобождающиеся под действием света электроны. Соответственно, дырки, образующиеся на местах высвобождения электронов, оттесняются электрическим полем в толщу пластины. Количество электронов, скопившихся в кармане, зависит от яркости падающего на него фрагмента изображения. Заряды всех карманов в совокупности «описывают» изображение.
Под действием управляющих сигналов особого микропроцессора осуществляется последовательное «считывание» заряда карманов. Как показано на рисунке, в момент «захвата» изображения заряд имеется только на первом электроде. Затем этот заряд переключается на следующий электрод, и электроны перемещаются в соседний карман. И так далее, до края экрана, где располагаются дополнительные электроды, на которые и «перетекает» видеосигнал.
В полупроводниковом видеомониторе
для превращения видеосигнала в световое изображение применяют слой «жидких кристаллов». Он заключён между особыми полупрозрачными плёнками с мозаичной сеткой из управляющих электродов. Микропроцессор поочерёдно распределяет видеосигнал на все элементы мозаики. Электрические поля, возникающие между электродами, заставляют кристаллы каждого фрагмента мозаики по-разному поворачиваться в слое жидкости. В зависимости от этого меняется количество света, пропускаемого каждым элементом мозаики. В результате мы видим изображение, складывающееся из отдельных точек - пикселов.
К концу XX века чёрно-белое телевидение было вытеснено цветным. Егоосновные принципы остались прежними:
мозаичный экран в передатчике и приёмнике, последовательное сканирование электронным лучом или микропроцессором элементов мозаики для формирования видеосигнала или светового изображения, передача видеосигнала радиоволнами. Усложнилась лишь мозаика экранов: каждый её элемент был заменён на красно-зелёно-синюю триаду элементов, способную передавать все оттенки цветов.
Сегодня мы с вами узнаем историю изобретения телевидения . Но сначала давайте рассмотрим как работает телевидение.
Принцип работы телевидения
В телецентре передаваемое изображение проектируется объективом на светочувствительную пластинку в специальной электронно‑лучевой трубке.Эта пластинка состоит из мелких, изолированных друг от друга фотоячеек (фотоэлементов), в которых при различной их освещенности возникают электрические заряды различной силы. Электронный луч, выходящий из хвостовой части электронно‑лучевой трубки, с большой скоростью и в определенной последовательности обегает все фотоячейки и снимает возникающие там заряды, превращая их в импульсы различной силы. Эти импульсы, усиленные и соответственно обработанные, передаются как видеосигналы и принимаются в наших телевизорах. Важнейшей частью телевизора является приемная телевизионная трубка (сейчас в новых моделях телевизоров не используется), имеющая флюоресцирующий экран, покрытый специальным веществом – люминофором. Электронный луч в трубке, действуя синхронно с передающей станцией, с определенной скоростью обегает экран. Скорость движения электронного луча по экрану новейших телевизоров достигает почти 30 тыс. км/ч. Различная сила принимаемых сигналов вызывает в каждой точке приемного экрана различную силу свечения состава. Это и дает при быстрой смене кадров изображение, которое проектируется на экран. Телевизионное вещание можно рассматривать как высшую форму радиовещания (смотрите ), соединяющее в себе одновременно передачу по радио звука и изображения.
Первые опыты по передаче телесигнала
Идея передачи неподвижных изображений по проводам электрической линии связи была высказана еще в середине XIX в., вскоре после изобретения электромагнитного телеграфа. В 1875 г. в США была предложена система одновременной передачи изображения по отдельным точкам электрическими сигналами по телеграфным проводам, основанная на использовании селеновых фотоэлементов. Однако подобные устройства были чрезвычайно громоздкими из‑за большого количества соединительных проводов и поэтому практического применения не получили.
Первое усовершенствование в области передачи изображения на расстояние разработал в 1878 г. французский ученый Де Пайва. Он предложил поочередную передачу по одной паре проводов электрических импульсов, интенсивность которых соответствует степени освещенности отдельного фотоэлемента «трубки». Однако технические средства того времени не позволяли осуществить эту идею на практике.
В истории развития телевидения особенно важным было изобретение так называемого «электрического телескопа», предложенного в 1884 г. немецким изобретателем П. II. Нипковым. Изобретение Нипкова положило начало разработке принципа механического разложения (развертки) изображения на элементы. У Нипкова для развертки применялся непрозрачный вращающийся диск со спирально расположенными отверстиями малого диаметра.
На приемной станции электрические импульсы преобразовывались в световые сигналы с помощью плоской неоновой лампы, благодаря быстрому изменению яркости ее свечения (в зависимости от изменения подводимого к электродам лампы напряжения сигнала). И наконец, при помощи аналогичного диска, вращающегося синхронно, воспроизводилось изображение (порядка 2×3 см). Правильное изображение получалось лишь тогда, когда диски передатчика и приемника вращались строго синхронно, чего достигнуть в то время было очень трудно. Установление необходимости синхронизации передающего и приемного устройства явилось очередным этапом развития телевизионных систем. Это позволило в последующем обходиться одним каналом связи между передатчиком и приемником.
Появление электронно-лучевой трубки
В 1907 г. русский ученый Б. Л. Розинг предложил для воспроизведения телевизионных изображений использовать электронно‑лучевую трубку.
Он использовал механическую систему развертки для передачи изображения, а электронную – для приема, и применил щелочные фотоэлементы с внешним фотоэффектом вместо селеновых. Сигналы от фотоэлемента подавались на пластины конденсатора, между которыми проходил электронный пучок, что вместе со специальной диафрагмой с отверстием позволяло осуществлять управление яркостью свечения экрана.
Создав действующую модель телевизора с единственной лампой – приемной электронно‑лучевой трубкой, Б. Л. Розинг в 1911 г. получил простейшее изображение в виде 3–4‑х параллельных линий, осуществив, по его терминологии, «катодную телескопию».
Современные электронно‑лучевые трубки – результат работ многих изобретателей (читайте « «). Сначала – в 10–20‑х годах XX в. – эти трубки имели серьезные недостатки, например, не было устройств для усиления импульсов, из‑за несовершенства электронных ламп. В начале 20‑х годов высказывались идеи об использовании радио для передачи изображений, проводились первые опытные телепередачи на большие расстояния.
К 30‑м годам XX в., благодаря достижениям в разработке ламповых усилителей, фотоэлементов и вакуумной техники, положение изменилось. Внимание к электронно‑лучевым трубкам возросло, и они вытеснили механические системы с диском Нипкова.
Кинескоп
Развивая принцип работы приемной трубки, В. К. Зворыкин в 1929 г. в США создал приемную трубку с электростатической фокусировкой, названную им кинескопом. Аналогичные исследования велись и в Советском Союзе. К концу 30‑х годов в СССР были созданы приемные трубки с магнитной фокусировкой и магнитным отклонением. В современных кинескопах обычно используется электромагнитная система управления лучом.
В современных передающих телевизионных трубках элементы оптического изображения преобразуются посредством фотоэффекта в электрические сигналы. Первую передающую телевизионную трубку, основанную на этих принципах, предложил в 1923 г. В. К. Зворыкин. Передача изображения в трубке была основана на разложении изображения, проектируемого на многоэлементный (мозаичный) фотокатод электронным лучом. Однако эта трубка не получила применения. В 1928 г. в США была создана передающая трубка имэдж‑диссектор, также обладавшая рядом крупных недостатков.
Более совершенными явились телевизионные трубки, в которых использовался эффект накопления зарядов (в частности иконоскоп). Именно разработка работоспособной конструкции трубки с накоплением электрических зарядов явилась поворотным пунктом в развитии телевидения.
Иконоскоп — механическое телевидение
Идея трубки с емкостным накоплением заряда была предложена в 1930 г. советским физиком А. П. Константиновым и жившим в США В. К. Зворыкиным. В 1931–1932 гг. С. И. Китаевым было разработано устройство передающей электронно‑лучевой трубки с мозаичным фотокатодом и переносом электронного изображения быстрыми электронами. Одновременно В. К. Зворыкин создает такую трубку и в США, где она получила название иконоскоп. Принцип действия и конструкция мозаичных фотокатодов трубок Китаева и Зворыкина были сходны. В 1933 г. инженер А. В. Москвин создает первый в Советском Союзе иконоскоп.
Иконоскоп – передающая телевизионная трубка с односторонней мозаикой и вторичной электронной эмиссией. Главной частью иконоскопа является мозаика, мозаичный фотокатод – пластинка слюды, покрытая с одной стороны большим количеством (несколько миллионов) зерен серебра (элементарных миниатюрных катодов) с нанесенным на них цезием, а с другой стороны – слоем металла. Импульсы разной силы (переменный ток, представляющий собой сигнал изображения и протекающий по замкнутой цепи на участке мозаика – нагрузка – мозаика) усиливаются и передаются на принимающую станцию.
Появление иконоскопа открыло новый, современный этап в развитии телевидения. В 1933 г. советскими учеными П. В. Тимофеевым и П. В. Шмаковым была создана новая конструкции передающей трубки. В этой трубке, названной по принципу своего действия иконоскопом с переносом изображения, или супериконоскопом, было два электрода – фотокатод и мозаичная мишень. Оптическое изображение проецировалось не на мозаику, а на сплошной полупрозрачный фотокатод с последующим переносом изображения на мозаику, которая подвергалась развертке электронным лучом. За счет вторичной эмиссии достигалось усиление электронного изображения, что улучшило качество изображения.
В 1931 г. в нескольких городах СССР начались регулярные передачи механического телевидения. В 1932 г. была осуществлена первая передача движущегося изображения. Регулярные телепередачи начались в 1936 г. почти одновременно в Германии и Великобритании. В СССР регулярные телепередачи начались в Москве и Ленинграде в 1939 г., в США – в 1941 году.
В 1939 г. американские инженеры А. Розе и X. Ямсем создали ортикон, в котором электроны в развертывающем луче обладают малой скоростью, что, в основном, устраняло вторичную эмиссию электронов из мозаики.
В 1943 г. А. Розе, П. Венмер и X. Лоу создали суперортикон, в котором были объединены положительные стороны супериконоскопа и ортикона. В этой конструкции была применена двухсторонняя емкостная мишень (мозаика). В суперортиконе достигается разделение областей заряда и разряда мозаики, перенос электронного изображения, а также усиление сигнала изображения электронным умножителем. Эта трубка является наиболее чувствительной современной передающей телевизионной трубкой. Чувствительность суперортикона намного превосходит чувствительность ортикона. Появление суперортикона сделало возможным передачу хорошего изображения не только из специально оборудованных освещенных студий, но и из театров, со спортивных площадок.
Зарождение цветного телевидения
В 20‑е годы начались работы по передаче цветных изображений. В 1925 г. советский инженер И. А. Адамян, предложил принцип последовательной передачи трех основных цветов изображения. Однако в то время еще не было условий для его реализации.
В процессе совершенствования техники телевидения системы цветного телевидения реализовывались в двух основных вариантах.
Первый вариант – последовательная передача цветных изображений с достаточно большой скоростью. Разложение цветов на три основные составляющие и воспроизведение их при приеме осуществляется при помощи вращающегося дискового трехцветного светофильтра. Он устанавливался между рассматриваемым объектом и фотокатодом передающей трубки, с одной стороны, и перед экраном приемной трубки, с другой. Каждому цветному кадру соответствует свой импульс, который усиливается и последовательно передается, как и в черно‑белом телевидении. Ввиду того, что количество импульсов здесь увеличивается в три раза, вместо 25 кадров в секунду нужно передавать 75 кадров – трижды каждый кадр – через красный, зеленый и синий светофильтры.
Впервые опыт цветного телевидения по этому принципу был осуществлен на малом экране Дж. Бэрдом в Англии в 1928 году.
Хотя цветное телевидение с кадровой сменой цветов при помощи вращающегося диска являлось наиболее простым, оно имело ряд недостатков: при передаче происходило изменение цветов из‑за набегания одного цвета на другой, а при быстром движении объекта возникали цветные ореолы.
Второй вариант был основан на одновременной передаче цветов. Здесь тоже необходимо разложение всей гаммы цветов на три основных цвета, но их передача и прием осуществляются одновременно при помощи трех передающих и трех приемных трубок со своими каналами связи. Он также имел свои недостатки: были необходимы тройной комплект видеоустройств как в передатчике, так и в приемнике и расширенная (утроенная) по сравнению со стандартом черно‑белого телевидения полоса видеочастот. Возникали трудности и в регулировке приема. Долго не удавалось добиться оптического совмещения трех изображений на общем экране. Обе эти системы были несовместимы с черно‑белым телевидением.
В 1953 г. была разработана система цветного телевидения с одновременной передачей цветов без увеличения полосы частот видеосигналов. Она совместима с черно‑белым телевидением и делает возможным просмотр цветной передачи на телевизорах черно‑белого изображения, при этом на цветном телеприемнике можно смотреть черно‑белое изображение обычной программы. Главной частью телеприемника такой системы является специальная приемная трубка с трехлучевым круглым трехцветным экраном. В передающей камере имеются три трубки со светофильтрами.
В 50‑е годы был сконструирован плоский кинескоп в форме прямоугольного параллелепипеда, упростивший схему цветного телевизора. В нем внутренняя поверхность передней стенки колбы имела цветной мозаичный флуоресцирующий слой. Непосредственно за экраном размещалась так называемая теневая маска – непрозрачная для электронного луча защитная пластинка с огромным количеством небольших отверстий, а сама трубка имела трехлучевую электронную пушку (катод) и сложную систему развертки. Для получения в нужной точке нужного цвета, электронный пучок проходил через маску так, что каждый из трех лучей возбуждал в соответствующей точке цветную мозаику экрана, создавая пятно определенного цвета. Маска производит разделение цветных составляющих. Большое количество близко расположенных отдельных точек разного цвета на таком экране сливалось при просмотре в общую цветную картину.
Эра современного телевидения
Передача телевизионного сигнала ограничивается прямой видимостью, поэтому антенны транслирующих станций устанавливали на высоких объектах или строили специальные вышки. Позже стали строить небольшие ретранслирующие станции, расположенные на расстоянии прямой видимости. После начала космических полетов стали запускать специальные спутники связи. Нескольких таких спутников достаточно, чтобы ретранслировать сигналы в любую точку Земли.
Предлагаем ознакомиться с краткой историей изобретения телевизора.
kjjAcruMXYc
В 80-е годы XIX в. - 30-е годы XX в. разрабатывались системы механического телевидения, впервые реализовавшего основной принцип современного ТВ - последовательную передачу элементов изображения. Указанный принцип был выдвинут в конце XIX в. португальским ученым А. ди Пайва и независимо от него - русским ученым П. И. Бахметьевым. В 1884 ᴦ. немецкий инженер П. Нипков получил в Германии патент на оптико-механический телевизор.
30-80-е годы явились периодом разработки систем электронного телевидения. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов (образование растра), преобразование потока света от каждого элемента в электрические видеосигналы, передача их в эфир и обратное преобразование видеосигналов в изображение объекта. Процесс осуществляется с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) с магнитной фокусировкой луча. Прообразом послужила электронно-лучевая трубка, созданная в 1907 ᴦ. профессоромПетербургского университета Б.Л. Розингом. Трубка, находящаяся в передающей камере, принято называть иконоскоп, в приемнике - кинескоп.
Рис. 2. Принцип действия передающей трубки
Под действием света участки экрана приобретают положительные заряды. На экран внутри передающей трубки направляется электронный луч, перемещающийся периодически слева направо по 625 горизонтальным линиям - строкам. Во время пробегания луча вдоль строки происходит нейтрализация электрических зарядов на отдельных участках экрана и в электрической цепи, соединяющей электронную пушку и экран, протекает импульс тока. На каждый отдельный элемент экрана падает пучок электронов диаметром всего 0,02 мм. Это обеспечивает возможность считывать 820 элементов в каждой строке. Изменения силы тока в импульсе соответствуют изменениям освещенности экрана на пути электронного луча. Высокочастотные электромагнитные колебания в телевизионном передатчике модулируются сигналом, полученным на выходе передающей трубки, и подаются на антенну передатчика. Антенна излучает электромагнитные волны. В телевизионном приемнике - телевизоре имеется электровакуумная трубка, называемая кинескопом. В кинескопе электронная пушка создает электронный луч (рис. 3). Электроны под действием электрического поля движутся внутри трубки к экрану, покрытому кристаллами люминофора, способными светиться под ударами быстро движущихся электронов. На пути к экрану электроны пролетают через магнитные поля двух пар катушек, расположенных снаружи трубки. Магнитное поле одной пары катушек вызывает отклонение электронного луча по горизонтали, второй - по вертикали. Периодические изменения силы тока в катушках вызывают изменения магнитных полей, в результате которых электронный луч за 1/25 секунды 625 раз пробегает по экрану слева направо и один раз сверху вниз. Во время движения луча вдоль первой строки силой тока в электронном луче управляет сигнал, принятый приёмником от передатчика во время движения луча в передающей трубке по первой строке; при движении луча по второй строке силой тока в луче управляет сигнал от второй строки и т.д. В результате за 1/25 с луч «рисует» такое же изображение на экране телевизора, какое построено объективом на экране передающей трубки. Кадры сменяют друг друга с частотой 25 кадров в секунду, последовательность сменяющих друг друга с высокой частотой кадров воспринимается глазом человека как непрерывное движение. Звуковое сопровождение передается по отдельному частотно-модулированному каналу.
Для передачи цветного изображения в полный ТВ-сигнал добавляют сигналы цветности. Для этого цветное изображение объекта раскладывают на три одноцветных изображения (красного, зелёного и синего цветов), которые передают три ЭЛТ. Соответственно, в ТВ-приемнике предусмотрены три электронных прожектора, лучи которых, проходя через отверстия в маске, вызывают свечение люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска представляет собой тонкий металлический лист, имеющий 550 тыс. отверстий диаметром 0,25 мм. Люминофор цветного кинескопа содержит 1,5 млн. зерен люминофоров красного, зеленого и синего свечения, расположенных точно напротив отверстий группами по три зерна каждого цвета. Три луча от трех ЭЛТ, сведенные в одну точку, падают в каждый отдельный момент времени на одну группу люминофоров, при этом каждый луч вызывает свечение одного зерна люминофора «своего» цвета. При развертке лучи перемещаются к следующему отверстию в маске, что позволяет совместить на экране сигналы трех одноцветных изображений.
Регулярные передачи черно-белого ТВ начались в нашей стране в 1938 ᴦ., цветного – в 1967 ᴦ. Сегодня в мире существует три системы цветного ТВ. Система NTSC действует в США, Канаде, Японии и ряде стран Центральной и Южной Америки. Система PAL действует в Германии, Великобритании и других странах Западной Европы. Система SECAM действует во Франции, России, республиках бывшего СССР и ряде стран Восточной Европы. Системы различаются особенностями формирования каналов цветности, но их может объединить разрабатываемый в настоящее время единый стандарт цифровой видеозаписи.
Современная телевизионная система - это совокупность оптических, электронных и радиотехнических устройств, которые принимают и передают на расстояние информацию о пространственно-излучательных характеристиках подвижных цветных объектов.
В стеклянном вакуумном баллоне трубки расположены два электрода - электронный прожектор и мишень. Прожектор создает электронный луч, направленный в сторону мишени. Поперечное сечение луча формируется фокусирующей системой ФС. Направление луча, определяющее место его встречи с мишенью, задается отклоняющей системой ОС. Источник питания П, прожектор, электронный луч, мишень и нагрузка RН образуют электрическую цепь. Мишень имеет два слоя. Первый является прозрачным для света и обладает постоянной электропроводимостью. Второй, обращенный к прожектору, изготавливается из вещества, обладающего внутренним фотоэффектом. Движущееся изображение проецируется на мишень при помощи объектива. При этом отдельные участки мишени будут освещены по-разному, а потому вследствие внутреннего фотоэффекта будут иметь разную электропроводность. Ток в цепи будет пропорционален электропроводности участка мишени, которого в данный момент касается электронный луч. Отклоняющая система трубки обеспечивает безинерционное перемещение электронного луча по горизонтали и вертикали. Тем самым обеспечивается последовательное преобразование лучистой энергии, отраженной от участков подвижного изображения, в сигнал, который принято называть видеосигналом.
Аналогично видикону работает и трехкомпонентная цветная передающая трубка (ЦПТ). Световой поток от передаваемой сцены светоразделительной оптикой (СРО) делится на 3 основные компоненты. Трехкомпонентная ЦПТ преобразует уровни световых интенсивностей каждой компоненты в соответствующие уровни электрических сигналов.
Для передачи по каналу кодирующее устройство формирует сигнал яркости UY и два цветоразностных сигнала UR-Y и UВ-Y. В целях поддержания синхронизма развертки изображения в канал связи передаются сигналы синхронизации UСИ.
Декодирующее устройство восстанавливает исходные сигналы и формирует сигнал развертки, которые синтезируют передаваемую сцену на экране телевизионной трубки.
Слой люминофора нанесен на внутреннюю поверхность широкой части стеклянного баллона. Электронный луч создается прожектором, формируется и ускоряется специальными электродами (на рисунке не показаны). Интенсивностью электронного луча управляет видеосигнал. Луч направляется на люминофор и высвечивает поэлементно строку за строкой. Движение луча по горизонтали и вертикали задается отклоняющей системой (ОС).
Поскольку интенсивность луча изменяется в соответствии с изменением сигнала, яркость свечения каждой строки будет изменяться. Ввиду большой скорости перемещения луча по строкам и определенной инерционности зрения человек наблюдает на экране цельное оптическое изображение.
Принцип работы цветного кинескопа аналогичен рассмотренному. Для передачи каждого из трех цветов применяются три отдельные электронные пушки.
В ТВ под кадром понимают совокупность элементов, на которые разбивается изображение. Геометрическое место последовательно передаваемых элементов в кадре называют телевизионным растром.
В ТВ системах растр строится по принципу линейно-строчной развертк.
На время обратного хода луча в полном ТВ сигнале вводятся гасящие импульсы, в пределах которого передается синхронизирующая информация.
Параметры полного ТВ сигнала определяются свойствами зрения:
- угол разрешения зрения 1,5..2";
- число градаций яркости 70..90;
- критическая частота мерцаний 48..50 Гц;
- трехкомпонентная теория зрения. В соответствии с данной теорией любой цвет может быть представлен в виде композиции красного (R - red), зеленого (G - green) и синего (B - blue). Чувствительность человеческого глаза данным цветам различна.
- более низкая разрешающая способность для цветных элементов - в 4 раза меньше, чем к изменению яркости (мелкие цветные элементы воспринимаются как черно-белые).
Для сокращения полосы ТВ сигнала применяют чересстрочную развертку, при которой полный кадр изображения передается и воспроизводится за два поля. В первом поле развертываются нечетные строки растра, во втором - четные. Два поля образуют один кадр с полной четкостью.
В РФ и Европе частота полей принята 50 Гц, в США - 60 Гц.
Цифровое телевидение. Основные характеристики цифрового ТВ сигнала нормированы МСЭ-Р для 525- и 625-строчных систем. Преобразование аналогового сигнала цветного ТВ осуществляется с частотой дискретизации яркостного сигнала 13.5 МГц и цветоразностных - 6.75 МГц. Это соотношение частот дискретизации обозначается 4:2:2. Для более сложных процессов обработки предусмотрен стандарт 4:4:4. Скорость передачи цифрового ТВ сигнала даже при использовании стандарта 4:2:2 получается высокой и составляет 216 Мбит/с.
Методами сжатия видеоданных удается снизить скорость передачи до 4% от исходной. Различными организациями проводятся работы по стандартизации методов сжатия. В настоящее время разработаны следующие стандарты:
- Indeo (Intel Video) - разработан фирмой Intel;
- JPEG - разработан группой экспертов в области фотографии Joint Photograthic Experts Group для неподвижных изображений;
- MPEG - разработан группой экспертов в области движущихся объектов Motion Picture Experts Group для подвижных изображений. Например, видеокадр в стандарте NTSC формата 512´ 400 точек 24 разряда на точку с первоначального размера 22 Мбайт может быть сжат до 0,45..17 Мбайт. В настоящее время широко применяется вторая версия стандарта
