Negli anni '80 del XIX secolo. Anni '30 del XX secolo vennero sviluppati sistemi meccanici televisivi, che per la prima volta implementarono il principio base della moderna trasmissione sequenziale TV di elementi di immagine. Il principio indicato fu avanzato alla fine del XIX secolo. lo scienziato portoghese A. di Paiva e, indipendentemente da esso, lo scienziato russo P. I. Bakhmetiev. Nel 1884 L'ingegnere tedesco P. Nipkov ha ricevuto un brevetto per una televisione ottico-meccanica in Germania.
Gli anni 30-80 furono un periodo di sviluppo di sistemi televisivi elettronici. La televisione moderna si basa sui principi di scomporre un'immagine di un oggetto in molti elementi (formazione raster), convertire il flusso luminoso da ciascun elemento in segnali video elettrici, trasmetterli all'aria e convertire i segnali video in un'immagine dell'oggetto. Il processo viene eseguito utilizzando tubi a raggi catodici (CRT) con messa a fuoco del raggio magnetico. Il prototipo era un tubo a raggi catodici, creato nel 1907. Professore dell'Università di Pietroburgo B.L. Rosing. Il tubo situato nella camera di trasmissione è chiamato iconoscopio; nel ricevitore è un cinescopio.
Il principio di trasmissione di immagini in movimento in bianco e nero ea colori mediante trasmettitori e ricevitori televisivi è il seguente. Per trasmettere un fotogramma di un'immagine televisiva usando un obiettivo in una telecamera, si ottiene un'immagine di un oggetto sullo schermo di uno speciale dispositivo elettrovacuum - un tubo di trasmissione (Fig. 2).
Fig. 2. Il principio di funzionamento del tubo di trasmissione
Sotto l'influenza della luce, sezioni dello schermo acquisiscono cariche positive. Un raggio di elettroni viene diretto sullo schermo all'interno del tubo di trasmissione, spostandosi periodicamente da sinistra a destra lungo 625 linee orizzontali - linee. Mentre il raggio viaggia lungo la linea, le cariche elettriche vengono neutralizzate in parti separate dello schermo e un impulso di corrente scorre nel circuito elettrico che collega la pistola elettronica e lo schermo. Un fascio di elettroni con un diametro di soli 0,02 mm è incidente su ogni singolo elemento dello schermo. Ciò consente di leggere 820 voci su ogni riga. I cambiamenti nell'intensità attuale dell'impulso corrispondono ai cambiamenti nella luminosità dello schermo nel percorso del fascio di elettroni. Le oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza in un trasmettitore televisivo sono modulate da un segnale ricevuto all'uscita del tubo di trasmissione e alimentato all'antenna del trasmettitore. L'antenna emette onde elettromagnetiche. Il ricevitore televisivo - la televisione ha un tubo elettrovacuum chiamato un cinescopio. In un cinescopio, una pistola elettronica crea un fascio di elettroni (Fig. 3). Gli elettroni sotto l'influenza di un campo elettrico si muovono all'interno del tubo verso uno schermo coperto di cristalli di fosforo che possono brillare sotto l'impatto di elettroni in rapido movimento. Sulla strada per lo schermo, gli elettroni volano attraverso i campi magnetici di due coppie di bobine situate all'esterno del tubo. Il campo magnetico di una coppia di bobine fa deviare il fascio di elettroni in orizzontale, il secondo in verticale. Cambiamenti periodici della forza attuale nelle bobine causano cambiamenti nei campi magnetici, a seguito dei quali il fascio di elettroni viaggia da sinistra a destra e una volta dall'alto verso il basso 625 volte in 1/25 di secondo. Durante il movimento del raggio lungo la prima linea, la corrente nel raggio elettronico viene controllata dal segnale ricevuto dal ricevitore dal trasmettitore durante il movimento del raggio nel tubo trasmittente lungo la prima linea; quando il raggio si muove lungo la seconda linea, il segnale dalla seconda linea, ecc. controlla l'intensità della corrente nel raggio, ecc. Di conseguenza, in 1/25 s il raggio "disegna" sullo schermo TV la stessa immagine creata dall'obiettivo sullo schermo del tubo di trasmissione. I frame si succedono a una frequenza di 25 frame al secondo, una sequenza di frame successivi consecutivi viene percepita dall'occhio umano come un movimento continuo. Il suono viene trasmesso attraverso un canale separato modulato in frequenza.
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isa. 3. Ottenere un'immagine sullo schermo del tubo dell'immagine
Per trasmettere un'immagine a colori, i segnali di colore vengono aggiunti al segnale TV completo. Per fare questo, l'immagine a colori dell'oggetto è disposta in tre immagini a un colore (rosso, verde e blu), che trasmettono tre CRT. Di conseguenza, il ricevitore TV ha tre proiettori elettronici, i cui raggi, attraversando i fori della maschera, provocano il bagliore dei fosfori di rosso, verde e blu. La maschera è una sottile lamina di metallo di 550 mila. fori con un diametro di 0,25 mm. Il fosforo del tubo a colori contiene 1,5 milioni. granelli di fosfori di bagliore rosso, verde e blu, situati esattamente di fronte ai fori in gruppi di tre granuli di ogni colore. Tre raggi da tre CRT, portati ad un punto, cadono in ogni momento separato del tempo su un gruppo di fosfori, e ogni raggio provoca il bagliore di un granello del fosforo del "suo" colore. Durante la scansione, i raggi si spostano sul foro successivo nella maschera, che consente di combinare i segnali di tre immagini monocromatiche sullo schermo.
Le trasmissioni regolari di TV in bianco e nero sono iniziate nel nostro paese nel 1938 e a colori nel 1967. Attualmente ci sono tre sistemi TV a colori nel mondo. Il sistema NTSC opera negli Stati Uniti, in Canada, in Giappone e in diversi paesi dell'America centrale e meridionale. Il sistema PAL opera in Germania, Gran Bretagna e altri paesi dell'Europa occidentale. Il sistema SECAM opera in Francia, Russia, nelle repubbliche dell'ex Unione Sovietica e in diversi paesi dell'Europa orientale. I sistemi differiscono nelle caratteristiche della formazione dei canali di colore, ma possono essere uniti dal singolo standard attualmente sviluppato per la registrazione video digitale.
In una videocamera a fascio di elettronilo schermo 1 del mosaico è formato da diversi milioni di isolati l'uno dall'altro grani d'argento ricoperti di cesio. Si trovano sulla piastra di mica 2, incollata sulla piastra di metallo 3. L'incidente della luce 5 sui grani è in grado di "espellere" da essi gli elettroni, che "fluiscono" attraverso il collettore 4.
A seconda della luminosità della luce, ogni granulo acquisisce una carica positiva maggiore o minore. Le cariche di tutti i grani del mosaico "descrivono" l'immagine. Vengono creati gli elementi nella parte inferiore sinistra della videocamera fascio di elettroni a scansione. Cadendo consecutivamente sui grani, il raggio trasmette i suoi elettroni al posto di quelli eliminati dalla luce. C'è una "ricarica" \u200b\u200b- i grani cambiano le cariche da "+" a "-". Si noti che i grani insieme alla piastra metallica 3 formano molti condensatori microscopici. Quando vengono ricaricati in sequenza in un circuito esterno tra una piastra metallica 3 e un collettore 4, appare una corrente variabile, un segnale video.
Nel monitor video a fascio di elettroni
un raggio di elettroni viene anche utilizzato per convertire il segnale video in un'immagine. La sua intensità (flusso di elettroni volanti) cambia in base al segnale video. Salire su uno schermo a mosaico composto da granuli di una sostanza fosforica, gli elettroni causano il loro splendore. Dura per un po ', mentre il raggio "circola" altri grani sullo schermo, che percepiamo come un'immagine video.
In questi dispositivi i raggi di elettroni scansionano gli schermi in modo sincrono con una frequenza di 25 Hz, cioè, eseguili contemporaneamente 25 volte al secondo (riga per riga, come leggere un libro). Ciò consente di trasmettere e ricevere immagini in rapido cambiamento.
In una videocamera a semiconduttore
uno schermo a mosaico (matrice) è formato da diversi milioni di "tasche elettroniche" in un wafer di silicio di tipo p, sopra il quale sono posizionati gli elettrodi di controllo. Se viene applicata una carica positiva a loro, allora la tasca “si apre” nel wafer di silicio sotto l'elettrodo e gli elettroni rilasciati sotto l'azione della luce si accumulano in esso. Di conseguenza, i fori formati nei punti di rilascio dell'elettrone vengono spinti dal campo elettrico nello spessore della piastra. Il numero di elettroni accumulati in una tasca dipende dalla luminosità del frammento di immagine che cade su di essa. Le cariche di tutte le tasche dell'aggregato "descrivono" l'immagine.
Sotto l'azione dei segnali di controllo di uno speciale microprocessore, viene eseguita una "lettura" sequenziale della carica delle tasche. Come mostrato nella figura, al momento della "cattura" dell'immagine, la carica è presente solo sul primo elettrodo. Quindi questa carica passa all'elettrodo successivo e gli elettroni si spostano in una tasca adiacente. E così via, fino al bordo dello schermo, dove si trovano gli elettrodi aggiuntivi, su cui "scorre" il segnale video.
In un monitor video a semiconduttore
uno strato di "cristalli liquidi" viene utilizzato per convertire il segnale video in un'immagine luminosa. È racchiuso tra speciali pellicole traslucide con una griglia a mosaico di elettrodi di controllo. Il microprocessore distribuisce in sequenza il segnale video su tutti gli elementi del mosaico. I campi elettrici tra gli elettrodi fanno ruotare i cristalli di ciascun frammento di mosaico in modo diverso nello strato liquido. A seconda di ciò, la quantità di luce trasmessa da ciascun elemento del mosaico cambia. Di conseguenza, vediamo un'immagine composta da singoli punti - pixel.
Alla fine del XX secolo, la televisione in bianco e nero fu soppiantata dal colore. suo i principi di base rimangono gli stessi:
schermo a mosaico nel trasmettitore e ricevitore, scansione sequenziale da parte di un fascio di elettroni o microprocessore di elementi a mosaico per generare un segnale video o un'immagine luminosa, trasmissione del segnale video tramite onde radio. Solo il mosaico di schermi è diventato più complicato: ciascuno dei suoi elementi è stato sostituito da una triade rosso-verde-blu di elementi in grado di trasmettere tutte le sfumature di colori.
Oggi lo scopriremo la storia dell'invenzione della televisione. Ma prima, diamo un'occhiata a come funziona la televisione.
Il principio della televisione
Nel telecentro, l'immagine trasmessa viene proiettata dall'obiettivo su una lastra fotosensibile in uno speciale tubo a raggi catodici, costituito da piccole fotocellule (fotocellule) isolate tra loro, in cui cariche elettriche di diversa intensità compaiono a diversi livelli di luce. Il fascio di elettroni che emerge dalla coda del tubo a raggi catodici attraversa tutte le fotocellule ad alta velocità e in una certa sequenza e rimuove le cariche che sorgono lì, trasformandole in impulsi di varie forze. Questi impulsi, amplificati e rispettivamente elaborati, vengono trasmessi come segnali video e ricevuti sui nostri televisori. La parte più importante della televisione è il tubo televisivo ricevente (ora non utilizzato nei nuovi modelli TV), che ha uno schermo fluorescente rivestito con una sostanza speciale: un fosforo. Il fascio di elettroni nel tubo, che agisce in modo sincrono con la stazione trasmittente, corre attorno allo schermo ad una certa velocità. La velocità del fascio di elettroni sullo schermo degli ultimi televisori raggiunge quasi 30 mila km / h. La diversa intensità dei segnali ricevuti provoca in ogni punto dello schermo ricevente una diversa intensità luminosa della composizione. Ciò fornisce un'immagine che viene proiettata sullo schermo quando si cambiano rapidamente i fotogrammi. La trasmissione televisiva può essere considerata la più alta forma di trasmissione (vedi), combinando contemporaneamente la trasmissione di suoni e immagini via radio.
I primi esperimenti sulla trasmissione di un segnale televisivo
L'idea di trasmettere immagini fisse sui fili di una linea di comunicazione elettrica fu espressa già nella metà del XIX secolo, poco dopo l'invenzione del telegrafo elettromagnetico. Nel 1875, gli Stati Uniti proposero un sistema per la trasmissione simultanea di immagini in singoli punti tramite segnali elettrici tramite fili telegrafici, basato sull'uso di fotocellule al selenio. Tuttavia, tali dispositivi erano estremamente ingombranti a causa dell'elevato numero di fili di collegamento e quindi non hanno ricevuto un'applicazione pratica.
Il primo miglioramento nel campo della trasmissione di immagini a distanza fu sviluppato nel 1878 dallo scienziato francese De Paivas. Propone la trasmissione alternata di una coppia di fili di impulsi elettrici, la cui intensità corrisponde al grado di illuminazione di un singolo "tubo" di fotocellule. Tuttavia, i mezzi tecnici di quel tempo non permettevano di mettere in pratica questa idea.
Nella storia della televisione, l'invenzione del cosiddetto "telescopio elettrico", proposta nel 1884 dall'inventore tedesco P. II, fu particolarmente importante. Nipkow. L'invenzione di Nipkov ha gettato le basi per lo sviluppo del principio di decomposizione meccanica (sweep) di un'immagine in elementi. A Nipkov, per la scansione è stato utilizzato un disco rotante opaco con fori di piccolo diametro disposti a spirale.
Nella stazione ricevente, gli impulsi elettrici sono stati convertiti in segnali luminosi usando una lampada al neon piatta, a causa di un rapido cambiamento nella luminosità del suo bagliore (a seconda della variazione della tensione del segnale fornita agli elettrodi della lampada). E infine, usando un disco simile che ruota in modo sincrono, è stata riprodotta un'immagine (circa 2 × 3 cm). L'immagine corretta è stata ottenuta solo quando i dischi del trasmettitore e del ricevitore ruotavano rigorosamente in modo sincrono, il che era molto difficile da ottenere in quel momento. La necessità di sincronizzare i dispositivi di trasmissione e ricezione è stata la fase successiva nello sviluppo di sistemi televisivi. Ciò ha successivamente consentito di rinunciare a un canale di comunicazione tra il trasmettitore e il ricevitore.
L'avvento del tubo a raggi catodici
Nel 1907, lo scienziato russo B. L. Rosing suggerì di utilizzare un tubo a raggi catodici per riprodurre immagini televisive.
Ha usato un sistema di scansione meccanico per trasmettere un'immagine e uno elettronico per la ricezione e ha applicato fotocellule alcaline con un effetto fotoelettrico esterno invece del selenio. I segnali della fotocellula venivano inviati alle piastre del condensatore, tra le quali passava un fascio di elettroni, che, insieme a un'apertura speciale con un foro, rendeva possibile controllare la luminosità del bagliore dello schermo.
Avendo creato un modello TV funzionante con una sola lampada - un tubo a raggi catodici riceventi, B. L. Rosing nel 1911 ricevette l'immagine più semplice sotto forma di 3-4 linee parallele, eseguendo, nella sua terminologia, il "telescopio a catodo".
I moderni tubi a raggi catodici sono il risultato del lavoro di molti inventori (leggi ""). All'inizio - negli anni 10-20 del XX secolo. - questi tubi presentavano gravi inconvenienti, ad esempio non esistevano dispositivi per amplificare gli impulsi, a causa dell'imperfezione dei tubi elettronici. All'inizio degli anni 1920, furono espresse idee sull'uso di una radio per trasmettere immagini e furono condotte le prime trasmissioni televisive sperimentali su lunghe distanze.
Negli anni '30 del XX secolo, grazie ai progressi nello sviluppo di amplificatori a valvole, fotocellule e apparecchiature per il vuoto, la situazione cambiò. L'attenzione ai tubi a raggi catodici aumentò e sostituirono i sistemi meccanici con il disco di Nipkow.
Tubo di immagine
Sviluppando il principio di funzionamento del tubo ricevente, V.K. Zvorykin nel 1929 negli Stati Uniti creò un tubo ricevente con messa a fuoco elettrostatica, che chiamò cinescopio. Studi simili sono stati condotti in Unione Sovietica. Verso la fine degli anni '30, in URSS furono creati tubi riceventi con messa a fuoco e deflessione magnetica. Nei moderni tubi di immagine, viene solitamente utilizzato un sistema di controllo del fascio elettromagnetico.
Nelle moderne emittenti televisive, gli elementi dell'immagine ottica vengono convertiti da un effetto fotoelettrico in segnali elettrici. Il primo canale televisivo basato su questi principi fu proposto nel 1923 da V.K. Zvorykin. La trasmissione dell'immagine nel tubo si basava sulla decomposizione dell'immagine proiettata su un fotocatodo multi-elemento (mosaico) da un fascio di elettroni. Tuttavia, questo tubo non è stato utilizzato. Nel 1928, negli Stati Uniti è stato creato anche un tubo di dissezione di immagini, che presentava anche numerosi difetti.
Più avanzati erano i tubi televisivi, che utilizzavano l'effetto dell'accumulo di cariche (in particolare un iconoscopio). È stato lo sviluppo di un design a tubo praticabile con l'accumulo di cariche elettriche che ha rappresentato una svolta nello sviluppo della televisione.
Iconoscopio - televisione meccanica
L'idea di un tubo con accumulo di carica capacitiva fu proposta nel 1930 dal fisico sovietico A.P. Konstantinov e V.K. Zvorykin, che vivevano negli Stati Uniti. Negli anni 1931-1932. S. I. Kitaev ha sviluppato un dispositivo per la trasmissione di un tubo a raggi catodici con un fotocatodo a mosaico e il trasferimento di un'immagine elettronica mediante elettroni veloci. Allo stesso tempo V.K. Zvorykin crea un tale tubo negli Stati Uniti, dove è stato chiamato un iconoscopio. Il principio di funzionamento e il design dei fotocatodi a mosaico dei tubi Kitaev e Zvorykin erano simili. Nel 1933, l'ingegnere A.V. Moskvin creò il primo iconoscopio nell'Unione Sovietica.
Un iconoscopio è un tubo televisivo trasmittente con un mosaico unilaterale ed emissione elettronica secondaria. La parte principale dell'iconoscopio è un mosaico, un fotocatodo a mosaico - una lastra di mica, rivestita su un lato da un gran numero (diversi milioni) di grani d'argento (catodi elementari in miniatura) ricoperti di cesio e, d'altro canto, con uno strato di metallo. Impulsi di diversa intensità (corrente alternata, che è un segnale di immagine e che scorre in un circuito chiuso nella sezione mosaico - carico - mosaico) vengono amplificati e trasmessi alla stazione ricevente.
L'aspetto dell'iconoscopio ha aperto una nuova fase moderna nello sviluppo della televisione. Nel 1933, gli scienziati sovietici P.V. Timofeev e P.V. Shmakov hanno creato un nuovo design del tubo di trasmissione. In questo tubo, chiamato dal principio della sua azione come un iconoscopio con trasferimento di immagini, o un supericonoscopio, c'erano due elettrodi: un fotocatodo e un bersaglio a mosaico. L'immagine ottica non è stata proiettata sul mosaico, ma su un solido fotocatodo traslucido con successivo trasferimento dell'immagine al mosaico, che è stato scansionato da un fascio di elettroni. A causa dell'emissione secondaria, è stata ottenuta l'amplificazione dell'immagine elettronica, che ha migliorato la qualità dell'immagine.
Nel 1931 iniziarono le trasmissioni regolari di televisione meccanica in diverse città dell'URSS. Nel 1932 fu effettuata la prima trasmissione di un'immagine in movimento. Spettacoli televisivi regolari sono iniziati nel 1936 quasi contemporaneamente in Germania e Gran Bretagna. In URSS, le trasmissioni televisive regolari iniziarono a Mosca e Leningrado nel 1939 e negli Stati Uniti nel 1941.
Nel 1939, gli ingegneri americani A. Rose e X. Yamsem hanno creato un ortikon in cui gli elettroni nel raggio di scattering hanno una bassa velocità, che sostanzialmente ha eliminato l'emissione secondaria di elettroni dal mosaico.
Nel 1943, A. Rose, P. Venmer e X. Low crearono un superorticon, in cui venivano combinati gli aspetti positivi del supericonoscopio e dell'orticon. In questo progetto è stato utilizzato un bersaglio capacitivo a doppia faccia (mosaico). Nel superorthicon si ottengono la separazione delle regioni di carica e scarica del mosaico, il trasferimento dell'immagine elettronica e anche l'amplificazione del segnale dell'immagine da parte del moltiplicatore di elettroni. Questo portatile è il più moderno ricevitore televisivo a trasmissione più sensibile. La sensibilità di un superorthicon supera di gran lunga quella di un orticon. L'aspetto del superorthicon ha permesso di trasmettere una buona immagine non solo dagli studi illuminati appositamente attrezzati, ma anche dai teatri, dai campi sportivi.
L'ascesa della televisione a colori
Negli anni '20, iniziarono i lavori per il trasferimento di immagini a colori. Nel 1925, l'ingegnere sovietico I. A. Adamyan propose il principio della trasmissione sequenziale dei tre colori primari dell'immagine. Tuttavia, a quel tempo non c'erano ancora condizioni per la sua attuazione.
Nel processo di miglioramento della tecnologia televisiva, i sistemi di televisione a colori sono stati implementati in due versioni principali.
La prima opzione è il trasferimento sequenziale di immagini a colori a una velocità abbastanza elevata. La decomposizione dei colori in tre componenti principali e la loro riproduzione alla ricezione viene effettuata utilizzando un filtro tricolore a disco rotante. È stato installato tra l'oggetto in esame e il fotocatodo del tubo trasmittente, da un lato, e davanti allo schermo del tubo ricevente, dall'altro. Ogni cornice di colore ha il suo impulso, che viene amplificato e trasmesso in sequenza, come nella televisione in bianco e nero. A causa del fatto che il numero di impulsi aumenta qui tre volte, anziché 25 frame al secondo, 75 frame devono essere trasmessi - tre volte ogni frame - attraverso i filtri rosso, verde e blu.
La prima esperienza della televisione a colori su questo principio fu condotta su un piccolo schermo da J. Byrd in Inghilterra nel 1928.
Sebbene la televisione a colori con un cambio di colore personale usando un disco rotante fosse la più semplice, presentava una serie di inconvenienti: durante la trasmissione, si verificava un cambiamento di colore dovuto alla corsa di un colore su un altro e quando l'oggetto si muoveva rapidamente, apparivano aloni colorati.
La seconda opzione era basata sulla trasmissione simultanea dei colori. Qui, è anche necessario scomporre l'intera gamma di colori in tre colori primari, ma la loro trasmissione e ricezione vengono eseguite simultaneamente usando tre tubi di trasmissione e tre di ricezione con i propri canali di comunicazione. Aveva anche i suoi svantaggi: era necessaria una tripla serie di dispositivi video sia nel trasmettitore che nel ricevitore, e la banda di frequenza video espansa (triplicata) rispetto alla televisione in bianco e nero standard. Ci sono state difficoltà nel regolare l'accoglienza. Per molto tempo, non è stato possibile ottenere l'allineamento ottico di tre immagini su uno schermo comune. Entrambi questi sistemi erano incompatibili con la televisione in bianco e nero.
Nel 1953, fu sviluppato un sistema televisivo a colori con riproduzione simultanea del colore senza aumentare la banda di frequenza dei segnali video. È compatibile con la televisione in bianco e nero e consente di visualizzare la trasmissione del colore sui televisori in bianco e nero, mentre è possibile guardare un'immagine in bianco e nero di un normale programma su un ricevitore televisivo a colori. La parte principale del ricevitore televisivo di un tale sistema è un tubo di ricezione speciale con uno schermo a tre colori rotondo a tre raggi. Ci sono tre tubi con filtri luminosi nella camera di trasmissione.
Negli anni '50 fu progettato un cinescopio piatto a forma di parallelepipedo rettangolare, che semplificò il design del televisore a colori. In esso, la superficie interna della parete frontale del pallone aveva uno strato colorato a mosaico fluorescente. Direttamente dietro lo schermo c'era la cosiddetta maschera d'ombra - una lastra protettiva opaca al fascio di elettroni con un enorme numero di piccoli fori, e il tubo stesso aveva una pistola elettronica a tre raggi (catodo) e un complesso sistema di scansione. Per ottenere il colore desiderato nel punto desiderato, il fascio di elettroni è passato attraverso la maschera in modo che ciascuno dei tre raggi eccitasse un mosaico colorato dello schermo nel punto corrispondente, creando una macchia di un certo colore. La maschera separa i componenti del colore. Un gran numero di singoli punti ravvicinati di colori diversi su uno schermo del genere si fondevano quando visualizzati in una comune immagine a colori.
L'era della televisione moderna
La trasmissione di un segnale televisivo è limitata dalla visibilità diretta, quindi le antenne delle stazioni di trasmissione sono state installate su oggetti alti o costruite torri speciali. Successivamente iniziarono a costruire piccole stazioni di trasmissione situate in una linea di vista. Dopo l'inizio dei voli spaziali, sono stati lanciati speciali satelliti di comunicazione. Molti di questi satelliti sono sufficienti per inoltrare segnali in qualsiasi parte del mondo.
Ti offriamo la possibilità di conoscere una breve storia dell'invenzione della TV.
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Negli anni '80 del XIX secolo. - Anni '30 del XX secolo. Sono stati sviluppati i sistemi di televisione meccanica, che per la prima volta hanno implementato il principio di base della TV moderna: la trasmissione seriale di elementi di immagine. Il principio indicato fu avanzato alla fine del XIX secolo. dallo scienziato portoghese A. di Paiva e, indipendentemente da esso, dallo scienziato russo P. I. Bakhmetiev. Nel 1884 ᴦ. L'ingegnere tedesco P. Nipkov ha ricevuto in Germania un brevetto per un monitor televisivo ottico-meccanico.
Gli anni 30-80 furono un periodo di sviluppo di sistemi televisivi elettronici. La base della televisione moderna sono i principi di decomposizione di un'immagine di un oggetto in molti elementi (formazione raster), conversione del flusso luminoso da ciascun elemento in segnali video elettrici, trasmissione in aria e conversione dei segnali video in un'immagine dell'oggetto. Il processo viene eseguito utilizzando tubi a raggi catodici (CRT) con messa a fuoco del raggio magnetico. Il prototipo era un tubo a raggi catodici creato nel 1907 ᴦ. Professore dell'Università di Pietroburgo B.L. Rosing. Il tubo situato nella camera di trasmissione è chiamato iconoscopio; nel ricevitore è chiamato kineskop.
Fig. 2. Il principio di funzionamento del tubo di trasmissione
Sotto l'influenza della luce, sezioni dello schermo acquisiscono cariche positive. Un raggio di elettroni viene diretto sullo schermo all'interno del tubo di trasmissione, spostandosi periodicamente da sinistra a destra lungo 625 linee orizzontali - linee. Mentre il raggio viaggia lungo la linea, le cariche elettriche vengono neutralizzate in parti separate dello schermo e un impulso di corrente scorre nel circuito elettrico che collega la pistola elettronica e lo schermo. Un fascio di elettroni con un diametro di soli 0,02 mm è incidente su ogni singolo elemento dello schermo. Ciò consente di leggere 820 elementi in ogni riga. I cambiamenti nell'intensità attuale dell'impulso corrispondono ai cambiamenti nella luminosità dello schermo nel percorso del fascio di elettroni. Le oscillazioni elettromagnetiche ad alta frequenza nel trasmettitore televisivo sono modulate da un segnale ricevuto all'uscita del tubo di trasmissione e alimentato all'antenna del trasmettitore. L'antenna emette onde elettromagnetiche. Il ricevitore televisivo e televisivo - la televisione ha un tubo a vuoto chiamato un cinescopio. In un cinescopio, una pistola elettronica crea un fascio di elettroni (Fig. 3). Gli elettroni sotto l'influenza di un campo elettrico si muovono all'interno del tubo verso uno schermo coperto di cristalli di fosforo che possono brillare sotto l'impatto di elettroni in rapido movimento. Sulla strada per lo schermo, gli elettroni volano attraverso i campi magnetici di due coppie di bobine situate all'esterno del tubo. Il campo magnetico di una coppia di bobine fa deviare il fascio di elettroni in orizzontale, il secondo in verticale. Cambiamenti periodici della forza attuale nelle bobine causano cambiamenti nei campi magnetici, a seguito dei quali il fascio di elettroni viaggia da sinistra a destra e una volta dall'alto verso il basso 625 volte in 1/25 di secondo. Durante il movimento del raggio lungo la prima linea, la corrente nel raggio elettronico viene controllata dal segnale ricevuto dal ricevitore dal trasmettitore durante il movimento del raggio nel tubo trasmittente lungo la prima linea; quando il raggio si muove lungo la seconda linea, il segnale dalla seconda linea, ecc. Di conseguenza, in 1/25 s, il raggio "disegna" sullo schermo televisivo la stessa immagine creata dall'obiettivo sullo schermo del tubo di trasmissione. I frame si succedono a una frequenza di 25 frame al secondo, una sequenza di frame successivi consecutivi viene percepita dall'occhio umano come un movimento continuo. Il suono viene trasmesso attraverso un canale separato modulato in frequenza.
Per trasmettere un'immagine a colori, i segnali di colore vengono aggiunti al segnale TV completo. Per fare questo, l'immagine a colori dell'oggetto è disposta in tre immagini a un colore (rosso, verde e blu), che trasmettono tre CRT. Di conseguenza, il ricevitore TV ha tre proiettori elettronici, i cui raggi, attraversando i fori della maschera, provocano il bagliore dei fosfori di rosso, verde e blu. La maschera è una sottile lamiera con 550 mila fori con un diametro di 0,25 mm. Il fosforo di colore kineskop contiene 1,5 milioni di granuli di fosfori di bagliore rosso, verde e blu, situati esattamente di fronte ai fori in gruppi di tre granuli di ciascun colore. Tre raggi da tre CRT, portati ad un punto, cadono in ogni momento separato del tempo su un gruppo di fosfori, mentre ogni raggio provoca il bagliore di una granella di fosforo del suo stesso colore. Durante la scansione, i raggi si spostano sul foro successivo nella maschera, che consente di combinare i segnali di tre immagini monocromatiche sullo schermo.
Le trasmissioni regolari di TV in bianco e nero sono iniziate nel nostro paese nel 1938 Color., Colore - nel 1967 ᴦ. Esistono oggi tre sistemi TV a colori nel mondo. Il sistema NTSC opera negli Stati Uniti, in Canada, in Giappone e in numerosi paesi dell'America centrale e meridionale. Il sistema PAL opera in Germania, Gran Bretagna e altri paesi dell'Europa occidentale. Il sistema SECAM opera in Francia, Russia, nelle repubbliche dell'ex Unione Sovietica e in diversi paesi dell'Europa orientale. I sistemi differiscono nelle caratteristiche della formazione dei canali di colore, ma possono essere uniti dal singolo standard attualmente sviluppato per la registrazione video digitale.
Sistema televisivo moderno - Questa è una combinazione di dispositivi di ingegneria ottica, elettronica e radio che ricevono e trasmettono informazioni sulle caratteristiche spaziali e radiative degli oggetti a colori in movimento da una distanza.
Due elettrodi si trovano nel cilindro del vuoto di vetro del tubo: un proiettore elettronico e un bersaglio. Il proiettore crea un fascio di elettroni diretto verso il bersaglio. La sezione del fascio è formata dal sistema di messa a fuoco FS. La direzione del raggio, che determina il luogo della sua riunione con il bersaglio, è determinata dal sistema di deflessione del sistema operativo. La fonte di alimentazione P, un proiettore, un fascio di elettroni, un bersaglio e un carico RÍ formano un circuito elettrico. Il bersaglio ha due livelli. Il primo è trasparente alla luce e ha conduttività elettrica costante. Il secondo, rivolto verso i riflettori, è costituito da una sostanza con un effetto fotoelettrico interno. Un'immagine in movimento viene proiettata sul bersaglio usando un obiettivo. In questo caso, le singole sezioni del bersaglio saranno illuminate in modo diverso e quindi, a causa dell'effetto fotoelettrico interno, avranno conduttività elettriche diverse. La corrente nel circuito sarà proporzionale alla conduttività elettrica dell'area target, che attualmente tocca il fascio di elettroni. Il sistema di tubi deviatori fornisce un movimento inerziale del fascio di elettroni in orizzontale e in verticale. Ciò garantisce una conversione sequenziale dell'energia radiante riflessa dalle sezioni dell'immagine in movimento in un segnale, che di solito viene chiamato segnale video.
Il tubo di trasmissione del colore a tre componenti (TSC) funziona in modo simile al Vidicon. Il flusso luminoso dalla scena trasmessa dall'ottica di separazione della luce (SRO) è diviso in 3 componenti principali. La CCT a tre componenti converte le intensità luminose di ciascun componente nei corrispondenti livelli di segnali elettrici.
Per la trasmissione sul canale, l'encoder genera un segnale di luminanza UY e due segnali di differenza di colore UR-Y e UV-Y. Per mantenere il sincronismo della scansione dell'immagine, i segnali di sincronizzazione USI vengono trasmessi al canale di comunicazione.
Il dispositivo di decodifica ripristina i segnali originali e genera un segnale di sweep che sintetizza la scena trasmessa sullo schermo del tubo televisivo.
Uno strato di fosforo si deposita sulla superficie interna di un'ampia parte del contenitore di vetro. Un fascio di elettroni viene creato da un proiettore, formato e accelerato da speciali elettrodi (non mostrato nella figura). L'intensità del fascio di elettroni è controllata da un segnale video. Il raggio è diretto al fosforo e visualizza elemento per elemento riga per riga. Il movimento orizzontale e verticale del raggio è determinato dal sistema di deflessione (OS).
Poiché l'intensità del raggio cambia in base alla variazione del segnale, la luminosità di ciascuna linea cambierà. A causa dell'alta velocità del raggio che si muove lungo le linee e di una certa inerzia della visione, una persona osserva un'intera immagine ottica sullo schermo.
Il principio di funzionamento di un tubo di colore è simile a quello considerato. Per trasferire ciascuno dei tre colori, vengono utilizzate tre pistole elettroniche separate.
In TV, una cornice è intesa come un insieme di elementi in cui un'immagine è divisa. La posizione geometrica degli elementi trasmessi in sequenza nel frame è chiamata raster televisivo.
Nei sistemi TV, il raster è costruito secondo il principio della scansione lineare-orizzontale.
Al momento del ritorno del raggio nel segnale TV completo, vengono introdotti impulsi di spegnimento, all'interno dei quali vengono trasmesse le informazioni di sincronizzazione.
I parametri del segnale TV completo sono determinati dalle proprietà della visione:
- angolo di visione di 1,5..2 ";
- il numero di gradazioni di luminosità 70..90;
- frequenza di sfarfallio critica 48..50 Hz;
- teoria della visione a tre componenti. Secondo questa teoria, qualsiasi colore può essere rappresentato come una composizione di rosso (R - rosso), verde (G - verde) e blu (B - blu). La sensibilità dell'occhio umano a questi colori è diversa.
- risoluzione inferiore per elementi colorati - 4 volte inferiore rispetto a una variazione di luminosità (piccoli elementi di colorepercepito come bianco e nero).
Per ridurre la larghezza di banda del segnale TV, viene utilizzata la scansione interlacciata, in cui un intero fotogramma dell'immagine viene trasmesso e riprodotto in due campi. Nel primo campo, le linee dispari del raster vengono espanse, nel secondo - pari. Due campi formano un fotogramma con la massima chiarezza.
Nella Federazione Russa e in Europa, la frequenza di campo è 50 Hz; negli Stati Uniti, 60 Hz.
Tv digitale. Le caratteristiche principali del segnale TV digitale sono standardizzate da ITU-R per i sistemi a 525 e 625 linee. Il segnale analogico di una TV a colori viene convertito con una frequenza di campionamento di un segnale di luminosità di 13,5 MHz e un segnale di differenza di colore di 6,75 MHz. Questo rapporto delle frequenze di campionamento è indicato con 4: 2: 2. Per processi di lavorazione più complessi, viene fornito uno standard 4: 4: 4. La velocità di trasmissione di un segnale TV digitale, anche quando si utilizza lo standard 4: 2: 2, è elevata e ammonta a 216 Mbit / s.
Utilizzando metodi di compressione video, è possibile ridurre la velocità di trasmissione al 4% dell'originale. Varie organizzazioni stanno lavorando alla standardizzazione dei metodi di compressione. Attualmente sono stati sviluppati i seguenti standard:
- Indeo (Intel Video) - sviluppato da Intel;
- JPEG - Sviluppato dal gruppo di esperti di fotogrammi congiunti di esperti per la fotografia di immagini fisse;
- MPEG - sviluppato da un gruppo di esperti nel campo degli oggetti in movimento Motion Picture Experts Group per lo spostamento di immagini. Ad esempio, un frame video nel formato standard NTSC 512´ 400 punti 24 bit per punto dalla dimensione originale di 22 MB può essere compresso a 0,45..17 MB. Attualmente, la seconda versione dello standard è ampiamente utilizzata.
