W latach 80. XIX wieku. lata 30. XX wieku. Opracowano mechaniczne systemy telewizyjne, które po raz pierwszy wdrożyły podstawową zasadę nowoczesnej telewizji - sekwencyjną transmisję elementów obrazu. Tę zasadę wysunięto pod koniec XIX wieku. Portugalski naukowiec A. di Paiva i niezależnie od niego rosyjski naukowiec P.I. Bakhmetiev. W 1884 r Niemiecki inżynier P. Nipkov otrzymał patent w Niemczech na telewizor optyczno-mechaniczny.
Lata 30-80 to okres rozwoju systemów telewizji elektronicznej. Współczesna telewizja opiera się na zasadach rozkładania obrazu obiektu na wiele elementów (tworzenie rastra), przekształcania strumienia świetlnego z każdego elementu na elektryczne sygnały wideo, przesyłania ich na antenę i odwrotnego przekształcania sygnałów wideo na obraz obiekt. Proces jest realizowany przy użyciu lamp elektronopromieniowych (CRT) z ogniskowaniem wiązki magnetycznej. Służył jako prototyp kineskop założona w 1907 roku. Profesor Uniwersytetu Petersburskiego B.L. Różanie się. Tuba znajdująca się w komorze nadawczej nazywana jest ikonoskopem, w odbiorniku - kineskopem.
Zasada przesyłania ruchomych obrazów czarno-białych i kolorowych za pomocą nadajników i odbiorników telewizyjnych jest następująca. Aby przesłać jedną klatkę obrazu telewizyjnego za pomocą obiektywu w kamerze telewizyjnej, obraz obiektu uzyskuje się na ekranie specjalnego urządzenia elektropróżniowego - rury nadawczej (ryc. 2).
Ryż. 2. Zasada działania tuby nadawczej
Pod wpływem światła części ekranu nabierają ładunków dodatnich. Wiązka elektronów jest kierowana na ekran wewnątrz tuby transmisyjnej, przesuwając się okresowo od lewej do prawej wzdłuż 625 linie poziome- linie. Podczas przebiegu wiązki wzdłuż linii następuje neutralizacja ładunków elektrycznych w określonych odcinkach ekranu, a w obwodzie elektrycznym łączącym wyrzutnię elektronową z ekranem przepływa impuls prądowy. Dla każdego oddzielny element Na ekran pada wiązka elektronów o średnicy zaledwie 0,02 mm. Umożliwia to odczytanie 820 pozycji w linii. Zmiany natężenia prądu w impulsie odpowiadają zmianom oświetlenia ekranu wzdłuż ścieżki wiązki elektronów. Oscylacje elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości w nadajniku telewizyjnym są modulowane przez sygnał odbierany na wyjściu tuby nadawczej i podawany do anteny nadawczej. Antena promieniuje fale elektromagnetyczne. W odbiorniku telewizyjnym - telewizorze znajduje się rura elektropróżniowa zwana kineskopem. W kineskopie działo elektronowe wytwarza wiązkę elektronów (ryc. 3). Elektrony pod działaniem pola elektrycznego przemieszczają się wewnątrz tuby na ekran pokryty kryształami luminoforu, które mogą świecić pod wpływem szybko poruszających się elektronów. W drodze na ekran elektrony przelatują przez pola magnetyczne dwóch par cewek znajdujących się na zewnątrz tuby. Pole magnetyczne jednej pary cewek powoduje odchylenie wiązki elektronów w poziomie, drugiej w pionie. Okresowe zmiany natężenia prądu w cewkach powodują zmiany w polach magnetycznych, w wyniku których wiązka elektronów przebiega 625 razy po ekranie od lewej do prawej i raz od góry do dołu w ciągu 1/25 sekundy. Podczas ruchu wiązki wzdłuż pierwszej linii prąd w wiązce elektronów jest kontrolowany przez sygnał odbierany przez odbiornik z nadajnika podczas ruchu wiązki w tubie nadawczej wzdłuż pierwszej linii; kiedy wiązka porusza się wzdłuż drugiej linii, prąd w wiązce jest kontrolowany przez sygnał z drugiej linii i tak dalej. W efekcie w ciągu 1/25 s wiązka „rysuje” na ekranie telewizora taki sam obraz, jaki budowany jest przez obiektyw na ekranie tuby nadawczej. Ramki następują po sobie z częstotliwością 25 klatek na sekundę, sekwencja następujących po sobie Wysoka częstotliwość kadry są postrzegane przez ludzkie oko jako ciągły ruch. Akompaniament dźwiękowy jest przesyłany oddzielnym kanałem o modulowanej częstotliwości.
R 
jest. 3. Uzyskanie obrazu na ekranie kineskopu
Aby przesłać kolorowy obraz, sygnały kolorowe są dodawane do całego sygnału telewizyjnego. W tym celu kolorowy obraz obiektu jest rozkładany na trzy jednokolorowe obrazy (czerwony, zielony i niebieski), które są transmitowane przez trzy CRT. W związku z tym odbiornik TV jest wyposażony w trzy elektroniczne reflektory, których promienie przechodząc przez otwory w masce powodują świecenie luminoforów w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim. Maska to cienka blacha o pojemności 550 tys. otwory o średnicy 0,25 mm. Luminofor kolorowego kineskopu zawiera 1,5 miliona. ziarna luminoforów czerwonego, zielonego i niebieskiego znajdujące się dokładnie naprzeciw otworów w grupach po trzy ziarna każdego koloru. Trzy wiązki z trzech kineskopów, zredukowane do jednego punktu, padają w każdym indywidualnym momencie na jedną grupę luminoforów, przy czym każda wiązka powoduje świecenie jednego ziarna luminoforu o „własnym” kolorze. Podczas przemiatania wiązki przesuwają się do kolejnego otworu w masce, co pozwala na łączenie na ekranie sygnałów z trzech jednokolorowych obrazów.
Regularne transmisje telewizji czarno-białej rozpoczęły się w naszym kraju w 1938 roku, kolor - w 1967 roku. Na świecie istnieją obecnie trzy systemy telewizji kolorowej. System NTSC działa w USA, Kanadzie, Japonii oraz wielu krajach Ameryki Środkowej i Południowej. System PAL działa w Niemczech, Wielkiej Brytanii i innych krajach Europy Zachodniej. System SECAM działa we Francji, Rosji, republikach byłego ZSRR oraz szeregu krajów Europy Wschodniej. Systemy różnią się cechami tworzenia kanałów barwnych, ale można je łączyć dzięki opracowywanemu obecnie ujednoliconemu standardowi cyfrowego nagrywania wideo.
W kamerze katodowej ekran mozaikowy 1 składa się z kilku milionów odizolowanych od siebie ziarna srebra pokryte cezem. Znajdują się one na płytce mikowej 2 przyklejonej do metalowej płytki 3. Światło 5 padające na ziarna jest w stanie „wybić” z nich elektrony, które „spływają” wzdłuż kolektora 4.
W zależności od jasności światła każde ziarno nabiera większego lub mniejszego ładunku dodatniego. Ładunki wszystkich ziaren mozaiki „opisują” obraz. Elementy w lewym dolnym rogu kamery tworzą skanująca wiązka elektronów. Konsekwentnie padając na ziarna, wiązka oddaje swoje elektrony w miejsce wybitych przez światło. Jest "doładowanie" - ziarna zmieniają ładunki z "+" na "-". Należy zauważyć, że ziarna razem z metalową płytką 3 tworzą wiele mikroskopijnych kondensatorów. Gdy są one kolejno ładowane w obwodzie zewnętrznym między metalową płytką 3 a kolektorem 4, powstaje prąd zmienny - sygnał wideo.
W monitorze wideo z promieniami katodowymi
wiązka elektronów służy również do konwersji sygnału wideo na obraz. Jego intensywność (przepływ latających elektronów) zmienia się w zależności od sygnału wideo. Wchodzenie na ekran mozaikowy, składający się z ziarna substancji fosforowej, elektrony powodują ich świecenie. Trwa to przez pewien czas, podczas gdy wiązka „obiega” inne ziarna na ekranie, które odbieramy jako obraz wideo.
W tych urządzeniach wiązki elektronów skanują ekrany synchronicznie z częstotliwością 25 Hz, to znaczy, przechodzą przez nie jednocześnie 25 razy na sekundę (linia po linii, jak czytanie książki). Pozwala to na przesyłanie i odbieranie szybko zmieniających się obrazów.
W półprzewodnikowej kamerze wideo
ekran mozaikowy (matryca) jest utworzony z kilku milionów „kieszeni elektronicznych” w płytce krzemowej typu p, nad którymi znajdują się elektrody sterujące. Jeśli przyłoży się do nich ładunek dodatni, w krzemowej płytce pod elektrodą „otwiera się” kieszeń i gromadzą się w niej elektrony uwolnione pod działaniem światła. Odpowiednio, dziury utworzone w miejscach uwalniania elektronów są odpychane przez pole elektryczne w grubość płytki. Ilość elektronów zgromadzonych w kieszeni zależy od jasności padającego na nią fragmentu obrazu. Ładunki wszystkich kieszeni zbiorczo „opisują” obraz.
Pod działaniem sygnałów sterujących specjalnego mikroprocesora następuje sekwencyjne „odczytywanie” ładunku kieszeni. Jak pokazano na rysunku, tylko pierwsza elektroda jest ładowana w momencie przechwytywania obrazu. Ładunek ten jest następnie przełączany na następną elektrodę, a elektrony przemieszczają się do sąsiedniej kieszeni. I tak dalej, aż do krawędzi ekranu, gdzie znajdują się dodatkowe elektrody, do których „płynie” sygnał wideo.
Na półprzewodnikowym monitorze wideo
przekonwertować sygnał wideo na jasny obraz, warstwę " ciekłe kryształy”. Jest zamknięty między specjalnymi przezroczystymi foliami z mozaikową siatką elektrod kontrolnych. Mikroprocesor rozprowadza sygnał wideo do wszystkich elementów mozaiki jeden po drugim. Pola elektryczne powstające między elektrodami powodują, że kryształy każdego kawałka mozaiki obracają się inaczej w warstwie cieczy. W zależności od tego zmienia się ilość światła przepuszczanego przez każdy element mozaiki. W efekcie widzimy obraz, który składa się z pojedynczych kropek – pikseli.
Pod koniec XX wieku telewizja czarno-biała została zastąpiona telewizją kolorową. Jego podstawowe zasady pozostają takie same:
ekran mozaikowy w nadajniku i odbiorniku, sekwencyjne skanowanie elementów mozaikowych za pomocą wiązki elektronów lub mikroprocesora w celu utworzenia sygnału wideo lub obrazu świetlnego, transmisja sygnału wideo za pomocą fal radiowych. Dopiero mozaika ekranów stała się bardziej skomplikowana: każdy z jej elementów został zastąpiony przez czerwono-zielono-niebieską triadę elementów zdolnych do przenoszenia wszystkich odcieni kolorów.
Dziś dowiemy się historia wynalezienia telewizji. Ale najpierw spójrzmy, jak działa telewizja.
Jak działa telewizja
W centrum telewizyjnym transmitowany obraz jest rzutowany przez soczewkę na płytkę światłoczułą w specjalnej kineskopie, która składa się z małych fotokomórek (fotokomórek) odizolowanych od siebie, w których powstają ładunki elektryczne o różnej sile różne poziomy oświetlenia. Wiązka elektronów wychodząca z ogona kineskopu okrąża wszystkie fotokomórki z dużą prędkością iw określonej kolejności i usuwa powstające tam ładunki, zamieniając je w impulsy o różnej mocy. Impulsy te, odpowiednio wzmocnione i przetworzone, są transmitowane jako sygnały wideo i odbierane w naszych telewizorach. Najważniejszą częścią telewizora jest kineskop odbiorczy (obecnie nie jest używany w nowych modelach telewizorów), który posiada fluorescencyjny ekran pokryty specjalną substancją - luminoforem. Wiązka elektronów w tubie, działając synchronicznie ze stacją nadawczą, opływa ekran z określoną prędkością. Prędkość wiązki elektronów na ekranie najnowsze telewizory osiąga prawie 30 tys. km/h. Różna siła odbieranych sygnałów powoduje w każdym punkcie ekranu odbiorczego inną intensywność luminescencji kompozycji. To właśnie daje obraz, który jest wyświetlany na ekranie podczas szybkiej zmiany klatek. Nadawanie telewizyjne można uznać za najwyższą formę nadawania radiowego (patrz), łączącą jednoczesną transmisję dźwięku i obrazu przez radio.
Pierwsze eksperymenty z transmisją sygnału telewizyjnego
Pomysł przesyłania nieruchomych obrazów przewodami elektrycznej linii komunikacyjnej pojawił się już w połowie XIX wieku, krótko po wynalezieniu telegrafu elektromagnetycznego. W 1875 roku w USA zaproponowano system jednoczesnej transmisji obrazu w poszczególnych punktach za pomocą sygnałów elektrycznych po przewodach telegraficznych, oparty na wykorzystaniu fotokomórek selenowych. Jednak takie urządzenia były wyjątkowo nieporęczne ze względu na dużą liczbę przewody łączące i dlatego praktyczne zastosowanie nie otrzymałem.
Pierwsze udoskonalenie w dziedzinie transmisji obrazu na odległość zostało opracowane w 1878 roku przez francuskiego naukowca De Paivę. Zaproponował naprzemienne przesyłanie impulsów elektrycznych po jednej parze przewodów, których natężenie odpowiada stopniowi oświetlenia oddzielnej fotokomórki „tuby”. Jednakże środki techniczne tamten czas nie pozwolił na realizację tego pomysłu.
W historii rozwoju telewizji szczególnie ważne było wynalezienie tak zwanego „teleskopu elektrycznego”, zaproponowanego w 1884 roku przez niemieckiego wynalazcę P. II. Nipkow. Wynalazek Nipkowa zapoczątkował rozwój zasady mechanicznego rozkładu (przemiatania) obrazu na elementy. W Nipkow do rozwiercania zastosowano nieprzezroczysty wirujący dysk ze spiralnie ułożonymi otworami o małej średnicy.
Na stacji odbiorczej impulsy elektryczne zostały zamienione na sygnały świetlne za pomocą płaskiej lampy neonowej, dzięki: szybka zmiana jasność jego blasku (w zależności od zmiany napięcia sygnału dostarczanego do elektrod lampy). I wreszcie, za pomocą podobnego dysku obracającego się synchronicznie, odtworzono obraz (rzędu 2×3 cm). Prawidłowy obraz uzyskano tylko wtedy, gdy dyski nadajnika i odbiornika obracały się ściśle synchronicznie, co było wówczas bardzo trudne do osiągnięcia. Kolejnym etapem rozwoju systemów telewizyjnych było ustalenie potrzeby synchronizacji urządzeń nadawczo-odbiorczych. Umożliwiło to późniejsze zarządzanie jednym kanałem komunikacyjnym między nadajnikiem a odbiornikiem.
Pojawienie się lampy elektronopromieniowej
W 1907 roku rosyjski naukowiec B.L. Rosing zasugerował użycie lampy elektronopromieniowej do odtwarzania obrazów telewizyjnych.
Do transmisji obrazu zastosował mechaniczny system skanujący, a do odbioru elektroniczny, a zamiast selenowych ogniw fotowoltaicznych alkalicznych z zewnętrznym efektem fotoelektrycznym. Sygnały z fotokomórki trafiały na płytki kondensatora, pomiędzy którymi przechodziła wiązka elektronów, co wraz ze specjalną przesłoną z otworem umożliwiało sterowanie jasnością poświaty ekranu.
Po stworzeniu działającego modelu telewizora z pojedynczą lampą - odbiorczą lampą katodową, B.L. Rosing w 1911 r. Uzyskał najprostszy obraz w postaci 3-4 równoległych linii, przeprowadzając w swojej terminologii „teleskopowanie katodowe” .
Nowoczesne lampy elektronopromieniowe są wynikiem pracy wielu wynalazców (czytaj „”). Po pierwsze - w latach 10-20 XX wieku. - te lampy miały poważne wady, np. nie było urządzeń do wzmacniania impulsów, ze względu na niedoskonałość lamp próżniowych. Na początku lat dwudziestych pojawiły się pomysły dotyczące wykorzystania radia do przesyłania obrazów, a pierwsze eksperymentalne transmisje telewizyjne były prowadzone na duże odległości.
W latach 30. XX wieku, dzięki postępowi w rozwoju wzmacniaczy lampowych, fotokomórek i technologii próżniowej, sytuacja uległa zmianie. Wzrosło zainteresowanie lampami katodowymi, które zastąpiły systemy mechaniczne dyskiem Nipkowa.
Kineskop
Rozwijając zasadę działania tuby odbiorczej, VK Zworykin w 1929 roku w USA stworzył tubę odbiorczą z elektrostatycznym ogniskowaniem, którą nazwał kineskopem. Podobne badania przeprowadzono w Związku Radzieckim. Pod koniec lat 30. XX wieku w ZSRR powstały tuby odbiorcze z ogniskowaniem magnetycznym i odchylaniem magnetycznym. Nowoczesne kineskopy zazwyczaj wykorzystują system sterowania wiązką elektromagnetyczną.
W nowoczesnych lampach nadawczych telewizji elementy obrazu optycznego są przekształcane przez efekt fotoelektryczny na sygnały elektryczne. Pierwszy kineskop nadawczy oparty na tych zasadach zaproponował w 1923 r. VK Zworykin. Transmisja obrazu w tubie opierała się na rozkładzie obrazu rzutowanego wiązką elektronów na wieloelementową (mozaikową) fotokatodę. Jednak ta tuba nie była używana. W 1928 roku w Stanach Zjednoczonych powstała tuba transmisyjna z sekatorem obrazu, która również miała szereg poważnych wad.
Bardziej zaawansowane były lampy telewizyjne wykorzystujące efekt kumulacji ładunków (w szczególności ikonoskop). Jest to opracowanie praktycznej konstrukcji rurki z akumulacją ładunki elektryczne był punktem zwrotnym w rozwoju telewizji.
Ikonoskop - telewizja mechaniczna
Pomysł tuby z pojemnościowym magazynowaniem ładunku został zaproponowany w 1930 roku przez radzieckiego fizyka A.P. Konstantinowa i V.K.Zvorykina, którzy mieszkali w USA. W latach 1931–1932 S.I. Kitaev opracował urządzenie do przesyłania lampy katodowej z fotokatodą mozaikową i elektronicznym transferem obrazu za pomocą szybkich elektronów. W tym samym czasie VK Zworykin stworzył taką tubę w USA, gdzie nazwano ją ikonoskopem. Zasada działania i konstrukcja fotokatod mozaikowych lamp Kitaeva i Zworykina były podobne. W 1933 r. inżynier A. V. Moskwin stworzył pierwszy ikonoskop w Związku Radzieckim.
Ikonoskop to telewizyjna tuba transmisyjna z jednostronną mozaiką i wtórną emisją elektronów. Główną częścią ikonoskopu jest mozaika, fotokatoda mozaikowa - płyta mikowa, pokryta z jednej strony dużą liczbą (kilka milionów) ziaren srebra (elementarne miniaturowe katody) z osadzonym na nich cezem, a z drugiej strony warstwa metalu. Impulsy o różnej mocy (prąd przemienny, który jest sygnałem obrazowym i przepływa przez obwód zamknięty w części mozaika-obciążenie-mozaika) są wzmacniane i przesyłane do stacji odbiorczej.
Pojawienie się ikonoskopu otworzyło nowy, nowoczesny etap w rozwoju telewizji. W 1933 r. Radzieccy naukowcy PV Timofeev i PV Shmakov stworzyli nowy projekt rury nadawczej. Ta tuba, zwana ikonoskopem transferu obrazu lub superikonoskopem, miała dwie elektrody, fotokatodę i tarczę mozaikową. Obraz optyczny był rzutowany nie na mozaikę, ale na stałą, półprzeźroczystą fotokatodę, z późniejszym przeniesieniem obrazu na mozaikę, która była skanowana wiązką elektronów. Dzięki emisji wtórnej uzyskano wzmocnienie obrazu elektronicznego, co poprawiło jakość obrazu.
W 1931 roku w kilku miastach ZSRR rozpoczęły się regularne transmisje telewizji mechanicznej. W 1932 dokonano pierwszej transmisji ruchomego obrazu. Regularne transmisje telewizyjne rozpoczęły się w 1936 r. niemal równocześnie w Niemczech i Wielkiej Brytanii. W ZSRR regularne programy telewizyjne rozpoczęły się w Moskwie i Leningradzie w 1939 r., W USA - w 1941 r.
W 1939 roku amerykańscy inżynierowie A. Rose i H. Yamsem stworzyli ortikon, w którym elektrony w wiązce omiatającej mają małą prędkość, co w zasadzie wyeliminowało wtórną emisję elektronów z mozaiki.
W 1943 roku A. Rose, P. Wenmer i H. Lowe stworzyli super-ortikon, który łączył pozytywne aspekty super-ikonoskopu i ortikonu. W tym projekcie zastosowano dwustronną tarczę pojemnościową (mozaikę). W superortikonie uzyskuje się oddzielenie obszarów mozaiki ładunku i rozładowania, przeniesienie obrazu elektronicznego i wzmocnienie sygnału obrazu przez powielacz elektronów. Ta lampa jest obecnie najbardziej czułą lampą telewizyjną na świecie. Czułość superorthicon jest znacznie wyższa od czułości orthicon. Pojawienie się superorthiconu umożliwiło transmisję dobre zdjęcie nie tylko ze specjalnie wyposażonych, oświetlonych studiów, ale także z teatrów, z boisk sportowych.
Narodziny telewizji kolorowej
W latach dwudziestych rozpoczęto prace nad transferem obrazów kolorowych. W 1925 r. radziecki inżynier I. A. Adamyan zaproponował zasadę sekwencyjnej transmisji trzech podstawowych kolorów obrazu. Jednak w tym czasie nie było warunków do jego realizacji.
W ramach doskonalenia technologii telewizyjnej wdrożono systemy telewizji kolorowej w dwóch głównych wersjach.
Pierwsza opcja to sekwencyjna transmisja kolorowych obrazów z odpowiednio dużą prędkością. Rozkład kolorów na trzy główne składniki i ich odtwarzanie podczas odbioru odbywa się za pomocą obrotowego trójkolorowego filtra dyskowego. Został on zainstalowany pomiędzy rozpatrywanym obiektem a fotokatodą tuby nadawczej z jednej strony, a przed ekranem tuby odbiorczej z drugiej strony. Każda kolorowa ramka ma swój własny impuls, który jest wzmacniany i transmitowany sekwencyjnie, jak w telewizji czarno-białej. Ze względu na to, że liczba impulsów jest tu potrojona, zamiast 25 klatek na sekundę trzeba przesłać 75 klatek - trzy razy każda - przez filtry czerwony, zielony i niebieski.
Po raz pierwszy doświadczenie telewizji kolorowej według tej zasady zostało przeprowadzone na małym ekranie przez J. Byrda w Anglii w 1928 roku.
Chociaż najprostsza była telewizja kolorowa ze zmianą kolorów klatka po klatce za pomocą obracającego się dysku, miała ona szereg wad: podczas transmisji kolory zmieniały się z powodu nakładania się jednego koloru na drugi, a gdy obiekt poruszał się szybko, kolor pojawiły się aureole.
Druga opcja opierała się na jednoczesnej transmisji kolorów. Tutaj również konieczne jest rozłożenie całej gamy kolorów na trzy kolory podstawowe, ale ich nadawanie i odbiór odbywa się jednocześnie za pomocą trzech rur nadawczych i trzech odbiorczych z własnymi kanałami komunikacyjnymi. Miała też swoje wady: potrzebny był potrójny zestaw urządzeń wideo zarówno w nadajniku, jak i odbiorniku oraz rozszerzona (potrójna) przepustowość wideo w porównaniu ze standardem telewizji czarno-białej. Trudności pojawiły się w regulacji recepcji. Przez długi czas nie było możliwe uzyskanie optycznego wyrównania trzech obrazów na wspólnym ekranie. Oba te systemy były niezgodne z telewizją czarno-białą.
W 1953 roku opracowano system telewizji kolorowej z równoczesną transmisją kolorów bez zwiększania przepustowości sygnałów wideo. Jest kompatybilny z telewizorem czarno-białym i umożliwia oglądanie transmisji kolorowej na telewizorze czarno-białym, natomiast obraz czarno-biały można oglądać na telewizorze kolorowym. regularny program. Główną częścią odbiornika telewizyjnego takiego systemu jest specjalna tuba odbiorcza z trójwiązkowym, okrągłym, trójkolorowym ekranem. W komorze nadawczej znajdują się trzy tuby z filtrami świetlnymi.
W latach 50. zaprojektowano płaski kineskop w formie prostokątnego równoległościanu, co uprościło schemat kolorowego telewizora. W nim wewnętrzna powierzchnia przedniej ściany kolby miała kolorową mozaikową warstwę fluorescencyjną. Bezpośrednio za ekranem znajdowała się tak zwana maska cienia - płyta ochronna nieprzezroczysta dla wiązki elektronów z ogromną liczbą małych otworów, a sama tuba miała trójwiązkowe działo elektronowe (katodę) i złożony system zamiatać. Aby uzyskać żądany kolor w żądanym punkcie, wiązka elektronów przechodziła przez maskę tak, że każda z trzech wiązek wzbudzała kolorową mozaikę ekranu w odpowiednim punkcie, tworząc plamę o określonym kolorze. Maska zapewnia separację składników koloru. Duża liczba ciasno rozmieszczone pojedyncze kropki o różnych kolorach na takim ekranie łączyły się podczas oglądania we wspólny kolorowy obraz.
Era nowoczesnej telewizji
Transmisja sygnału telewizyjnego jest ograniczona w zasięgu wzroku, dlatego anteny stacji nadawczych montowano na wysokich obiektach lub budowano specjalne wieże. Później zaczęto budować małe stacje przekaźnikowe znajdujące się w zasięgu wzroku. Po rozpoczęciu lotów kosmicznych zaczęto uruchamiać specjalne satelity komunikacyjne. Kilka takich satelitów wystarczy, aby przekazywać sygnały do dowolnego punktu na Ziemi.
Zapraszamy do zapoznania się z krótka historia wynalazek telewizji.
kjjAcruMXYc
W latach 80. XIX wieku. - lata 30. XX wieku. Opracowano mechaniczne systemy telewizyjne, które po raz pierwszy wdrożyły podstawową zasadę nowoczesnej telewizji - sekwencyjną transmisję elementów obrazu. Tę zasadę wysunięto pod koniec XIX wieku. portugalski naukowiec A. di Paiva i niezależnie od niego rosyjski naukowiec P.I. Bakhmetiev. W 1884 ᴦ. Niemiecki inżynier P. Nipkow uzyskał patent w Niemczech na telewizor optyczno-mechaniczny.
Lata 30-80 to okres rozwoju systemów telewizji elektronicznej. Współczesna telewizja opiera się na zasadach dekompozycji obrazu obiektu na wiele elementów (tworzenie rastrów), przekształcaniu strumienia świetlnego z każdego elementu na elektryczne sygnały wideo, przesyłaniu ich na antenę oraz przekształcaniu sygnałów wideo w obraz obiektu. Proces jest realizowany przy użyciu lamp elektronopromieniowych (CRT) z ogniskowaniem wiązki magnetycznej. Lampa elektronopromieniowa stworzona w 1907 roku służyła jako prototyp. Profesor Uniwersytetu Petersburskiego B.L. Różanie się. Tuba znajdująca się w komorze nadawczej nazywana jest ikonoskopem, w odbiorniku - kineskopem.
Ryż. 2. Zasada działania tuby nadawczej
Pod wpływem światła części ekranu nabierają ładunków dodatnich. Wiązka elektronów kierowana jest na ekran wewnątrz tuby transmisyjnej, przesuwając się okresowo od lewej do prawej wzdłuż 625 poziomych linii - linii. Podczas przebiegu wiązki wzdłuż linii następuje neutralizacja ładunków elektrycznych w określonych odcinkach ekranu, a w obwodzie elektrycznym łączącym wyrzutnię elektronową z ekranem przepływa impuls prądowy. Wiązka elektronów o średnicy zaledwie 0,02 mm pada na każdy pojedynczy element ekranu. Umożliwia to odczytanie 820 elementów na linię. Zmiany natężenia prądu w impulsie odpowiadają zmianom oświetlenia ekranu wzdłuż ścieżki wiązki elektronów. Oscylacje elektromagnetyczne o wysokiej częstotliwości w nadajniku telewizyjnym są modulowane przez sygnał odbierany na wyjściu tuby nadawczej i podawany do anteny nadawczej. Antena emituje fale elektromagnetyczne. W odbiorniku telewizyjnym - telewizorze znajduje się rura elektropróżniowa zwana kineskopem. W kineskopie działo elektronowe wytwarza wiązkę elektronów (ryc. 3). Elektrony pod działaniem pola elektrycznego przemieszczają się wewnątrz tuby na ekran pokryty kryształami luminoforu, które mogą świecić pod wpływem szybko poruszających się elektronów. W drodze na ekran przechodzą elektrony pola magnetyczne dwie pary cewek umieszczonych na zewnątrz rury. Pole magnetyczne jednej pary cewek powoduje odchylenie wiązki elektronów w poziomie, drugiej w pionie. Okresowe zmiany natężenia prądu w cewkach powodują zmiany w polach magnetycznych, w wyniku których wiązka elektronów przebiega 625 razy po ekranie od lewej do prawej i raz od góry do dołu w ciągu 1/25 sekundy. Podczas ruchu wiązki wzdłuż pierwszej linii prąd w wiązce elektronów jest kontrolowany przez sygnał odbierany przez odbiornik z nadajnika podczas ruchu wiązki w tubie nadawczej wzdłuż pierwszej linii; kiedy wiązka porusza się wzdłuż drugiej linii, prąd w wiązce jest kontrolowany przez sygnał z drugiej linii i tak dalej. W efekcie w ciągu 1/25 s wiązka „rysuje” na ekranie telewizora taki sam obraz, jaki budowany jest przez obiektyw na ekranie tuby nadawczej. Klatki następują po sobie z częstotliwością 25 klatek na sekundę, sekwencja kolejnych klatek z dużą szybkością jest odbierana przez ludzkie oko jako ciągły ruch. Akompaniament dźwiękowy jest przesyłany oddzielnym kanałem o modulowanej częstotliwości.
Aby przesłać kolorowy obraz, sygnały kolorowe są dodawane do całego sygnału telewizyjnego. W tym celu kolorowy obraz obiektu jest rozkładany na trzy jednokolorowe obrazy (czerwony, zielony i niebieski), które są transmitowane przez trzy CRT. W związku z tym odbiornik telewizyjny ma trzy reflektory elektroniczne, których promienie przechodząc przez otwory w masce powodują świecenie luminoforów w kolorze czerwonym, zielonym i niebieskim. Maska to cienka blacha z 550 000 otworów o średnicy 0,25 mm. Luminofor kolorowego kineskopu zawiera 1,5 miliona ziaren luminoforów o czerwonej, zielonej i niebieskiej poświacie, znajdujących się dokładnie naprzeciw otworów w grupach po trzy ziarna każdego koloru. Trzy wiązki z trzech kineskopów, zredukowane do jednego punktu, padają w każdym indywidualnym momencie na jedną grupę luminoforów, przy czym każda wiązka powoduje świecenie jednego ziarna luminoforu o „własnym” kolorze. Podczas przemiatania wiązki przesuwają się do kolejnego otworu w masce, co pozwala na łączenie na ekranie sygnałów z trzech jednokolorowych obrazów.
Regularne transmisje telewizji czarno-białej rozpoczęły się w naszym kraju w 1938 ᴦ r., kolor - w 1967 ᴦ. Obecnie na świecie istnieją trzy systemy telewizji kolorowej. System NTSC działa w USA, Kanadzie, Japonii oraz wielu krajach Ameryki Środkowej i Południowej. System PAL działa w Niemczech, Wielkiej Brytanii i innych krajach Europy Zachodniej. System SECAM działa we Francji, Rosji, republikach byłego ZSRR oraz szeregu krajów Europy Wschodniej. Systemy różnią się cechami tworzenia kanałów barwnych, ale można je łączyć dzięki opracowywanemu obecnie ujednoliconemu standardowi cyfrowego nagrywania wideo.
Nowoczesny system telewizyjny to zestaw urządzeń optycznych, elektronicznych i radiotechnicznych, które odbierają i przesyłają na odległość informacje o przestrzenno-promienistej charakterystyce poruszających się kolorowych obiektów.
W szklanym cylindrze próżniowym tuby znajdują się dwie elektrody - reflektor elektronowy i cel. Projektor tworzy wiązkę elektronów skierowaną w stronę celu. Przekrój wiązki jest tworzony przez system ogniskowania FS. Kierunek wiązki, który określa miejsce jej spotkania z celem, wyznacza system odchylania OS. Zasilanie P, reflektor, wiązka elektronów, cel i obciążenie RN form obwód elektryczny. Cel ma dwie warstwy. Pierwsza jest przezroczysta dla światła i ma stałą przewodność elektryczną. Drugi, skierowany w stronę reflektora, wykonany jest z substancji o wewnętrznym efekcie fotoelektrycznym. Ruchomy obraz jest rzutowany na cel za pomocą soczewki. W którym oddzielne sekcje cele będą oświetlone inaczej, a zatem, ze względu na wewnętrzny efekt fotoelektryczny, będą miały inną przewodność elektryczną. Prąd w obwodzie będzie proporcjonalny do przewodności elektrycznej obszaru docelowego, który w ten moment dotyka wiązki elektronów. System odchylania tuby zapewnia ruch bezwładności wiązki elektronów w poziomie i pionie. Zapewnia to spójną konwersję energii promieniowania odbitej od fragmentów ruchomego obrazu na sygnał, który jest powszechnie nazywany sygnałem wideo.
Trójskładnikowa rura transmitująca kolor (CTT) działa podobnie do vidicon. Strumień świetlny z transmitowanej sceny za pomocą optyki separacji światła (SRO) jest podzielony na 3 główne składniki. Trójskładnikowy DCT przekształca poziomy natężenia światła każdego składnika na odpowiadające im poziomy sygnałów elektrycznych.
Do transmisji w kanale koder generuje sygnał luminancji UY oraz dwa sygnały różnicy kolorów UR-Y i UB-Y. Aby zachować synchronizację skanowania obrazu, sygnały synchronizacji USI są przesyłane do kanału komunikacyjnego.
Urządzenie dekodujące przywraca oryginalne sygnały i generuje sygnał przemiatania, który syntetyzuje transmitowaną scenę na ekranie telewizora.
Warstwa luminoforu osadza się na wewnętrznej powierzchni szerokiej części szklanego pojemnika. Wiązka elektronów jest tworzona przez reflektor, formowana i przyspieszana przez specjalne elektrody (nie pokazane na rysunku). Intensywność wiązki elektronów jest kontrolowana przez sygnał wideo. Wiązka kierowana jest na luminofor i oświetla element po elemencie linia po linii. Ruch belki w poziomie i pionie jest ustalany przez system odchylania (OS).
Ponieważ intensywność wiązki zmienia się zgodnie ze zmianą sygnału, zmienia się jasność każdej linii. Ze względu na dużą prędkość wiązki poruszającej się po liniach i pewną bezwładność widzenia, osoba obserwuje na ekranie cały obraz optyczny.
Zasada działania kineskopu kolorowego jest podobna do rozważanej. Trzy oddzielne działa elektronowe służą do przesyłania każdego z trzech kolorów.
W telewizji ramka jest rozumiana jako zestaw elementów, na które podzielony jest obraz. Geometryczne położenie elementów przesyłanych sekwencyjnie w ramce nazywane jest rastrem telewizyjnym.
W systemach telewizyjnych raster zbudowany jest na zasadzie skanowania liniowego.
W momencie powrotu wiązki w pełnym sygnale telewizyjnym wprowadzane są impulsy gaszące, w których przesyłana jest informacja synchronizująca.
Parametry całkowitego sygnału telewizyjnego są określone przez właściwości widzenia:
- rozdzielczość kąta widzenia 1,5...2";
- liczba stopni jasności 70..90;
- krytyczna częstotliwość migotania 48..50 Hz;
- trójskładnikowa teoria widzenia. Zgodnie z tą teorią każdy kolor można przedstawić jako kompozycję czerwieni (R - czerwony), zieleni (G - zielony) i niebieskiego (B - niebieski). Wrażliwość ludzkiego oka na te kolory jest inna.
- niższa rozdzielczość dla kolorowych elementów - 4 razy mniej niż zmiana jasności (małe kolorowe elementy)postrzegane jako czarno-białe).
Aby zmniejszyć przepustowość sygnału telewizyjnego, stosuje się przeplot, w którym pełna klatka obrazu jest przesyłana i odtwarzana w dwóch polach. W pierwszym polu nieparzyste linie rastrowe są rozszerzane, w drugim parzyste. Dwa pola tworzą jedną klatkę z pełną definicją.
W Federacji Rosyjskiej i Europie częstotliwość pola wynosi 50 Hz, w USA - 60 Hz.
Telewizja cyfrowa. Główne cechy sygnału telewizji cyfrowej są znormalizowane przez ITU-R dla systemów 525- i 625-liniowych. Analogowy sygnał telewizji kolorowej jest konwertowany z częstotliwością próbkowania sygnału luminancji 13,5 MHz i częstotliwością próbkowania sygnału różnicy kolorów 6,75 MHz. Ten współczynnik częstotliwości próbkowania jest określany jako 4:2:2. W przypadku bardziej złożonych procesów obróbki przewidziany jest standard 4:4:4. Szybkość transmisji cyfrowego sygnału telewizyjnego, nawet w standardzie 4:2:2 jest wysoka i wynosi 216 Mb/s.
Metody kompresji danych wideo mogą zmniejszyć szybkość transmisji do 4% oryginału. Różne organizacje pracują nad standaryzacją metod kompresji. Do tej pory opracowano następujące normy:
- Indeo (wideo firmy Intel) - opracowany przez firmę Intel;
- JPEG - opracowany przez Wspólną Grupę Ekspertów Fotograficznych dla nieruchomych obrazów;
- MPEG - opracowany przez grupę ekspertów w dziedzinie ruchomych obiektów Motion Picture Experts Group dla ruchomych obrazów. Na przykład, ramka wideo w formacie NTSC 512´400 punktów 24 bity na punkt z początkowego rozmiaru 22 MB może zostać skompresowana do 0,45...17 MB. Obecnie szeroko stosowana jest druga wersja standardu.
