Admin

Телевидению - 100 лет

В.В. Михайлов, доцент РГОТУПС
В.А. Козлов, сервис-инженер РЦС-1 Московской дороги

Телевидение изобретено в России, в Санкт-Петербурге в 1907 г. Борисом Львовичем Розингом согласно его заявке на изобретение «Способ электрической передачи изображения на расстояние». Оно опиралось на предшествующие изобретения в области радио, кино, фотографии. Запатентованный Б.Л. Розингом телевизионный передатчик с механической разверткой и телевизионный принцип с электронно-лучевой трубкой и люминесцентным экраном (прообраз кинескопа) легли в основу современного электронного телевидения.

Заниматься исследованиями в области электрической передачи изображений на расстояние или, как он говорил, электрической телескопии Б.Л. Розинг начал еще в 1897 г. (термин «телевидение» появился много позже). Тогда уже были известны проекты телевизионных систем, основу которых составляли механические устройства для разложения (развертки) изображения на элементы и селеновое фотосопротивление, выполнявшее роль светоэлектрического преобразователя, но ни одна из них не была реализована на практике.

Несколько лет Розинг экспериментировал с механическими и электрохимическими системами передачи изображений и пришел к выводу, что «телевизионная система должна строиться на замене инертных материальных механизмов безынертными устройствами».

В электрометрической лаборатории Петербургского технологического института Розинг пользовался осциллографом с электронно-лучевой трубкой и изучил ее свойства. Он решил, что электронно-лучевая трубка может быть применена в качестве безынерционного устройства для воспроизведения изображений в телевизионной системе.

В 1902 г. Б.Л. Розинг проверил свою идею на практике. Он использовал простую осциллографическую трубку в приемном устройстве системы передачи изображений. Сигналы на трубку поступали от передающего устройства в виде электролитической ванны с четырьмя электродами, соединенными с отклоняющими катушками трубки. Роль светового луча выполнял металлический стержень, перемещаемый по слою электролита в ванне. Движение электронного пучка по экрану трубки повторяло все движения металлического стержня, и светящееся пятно на экране вычерчивало вензеля, буквы и другие

фигуры. Но эта система еще не была пригодна для передачи и воспроизведения движущихся изображений с различной яркостью элементов.


Изобретатель нашел способ модуляции интенсивности электронного пучка трубки в соответствии с изменением яркости элементов передаваемого изображения, тем самым превратив осциллографическую трубку в телевизионную - прообраз современного кинескопа. В передающем устройстве для преобразования передаваемого изображения в электрические сигналы Розинг применил щелочной фотоэлемент с внешним фотоэффектом.

Когда вся схема была тщательно отработана, ученый подал заявку на привилегию на изобретение «Способа электрической передачи изображений» (Привилегия № 18076 заявлена 25 июля 1907 г.). Его приоритет на открытие нового способа приема телевизионных изображений и применение электронно-лучевой трубки (ЭЛТ) был закреплен в 1908-1910 гг. получением российского и ряда иностранных патентов.

Первую передачу изображения на расстояние изобретатель осуществил 9 мая 1911 г. Передавалось изображение решетки, состоящей из четырех полос, помещенной перед объективом передатчика. Схематическое взаимодействие основных элементов телевизионной системы показано на рис. 1.

Изображение с экрана MN претерпевало вертикальную и горизонтальную развертку на зеркальных барабанах A и В и через фокусирующую линзу L попадало на фотоэлемент С. Таким образом яркость изображения преобразовывалась в электрические токи, которые поступали на ЭЛТ. В трубке развертка электронного луча по вертикали и горизонтали производилась магнитными полями от двух пар взаимно перпендикулярных катушек Е и F, синхронизированных с зеркальными барабанами на передатчике, а электрический сигнал от фотоэлемента подавался на пластины конденсатора g. Электрическое поле внутри конденсатора при изменении напряжения сигнала отклоняло луч по вертикали, в результате чего изменялось число электронов, проходящих на экран через отверстие в диафрагме D. Вследствие модуляции тока электронного луча изменялась яркость свечения точек экрана P. Так происходило преобразование плоского изображения в одномерный электрический сигнал.


Дальнейшему развитию техники телевидения способствовали работы ученика Розинга - ученого и инженера В.К. Зворыкина, эмигрировавшего в США. В 1933 г. он заявил о создании иконоскопа - передающей ЭЛТ и электронной телевизионной системы, обеспечивающих передачу изображения с четкостью 300 и более строк. В том же году П.В. Шмаков и П.В. Тимофеев представили супериконоскоп, по параметрам превосходящий зворыкинский образец. Трубка Шмакова-Тимофеева применялась до конца 60-х годов прошлого столетия.

Черно-белое (монохроматическое) ТВ является частным случаем цветного ТВ, которое учитывает физиологию зрения. Гипотезу о природе цветового зрения впервые выдвинул М.В. Ломоносов, широкое развитие ей придал немецкий ученый Г. Гельмгольц задолго до изобретения телевидения.

Из исследования зрения известно, что глаз остро реагирует на яркость изображения и значительно меньше - на цветность. При черно-белом ТВ передается только яркость изображения, поэтому оно конструктивно проще цветного.
Передача изображения, полученного в результате развертки видеосигнала, осуществляется методом негативной амплитудной модуляции (АМ). При этом наибольшая освещенность изображения (белый цвет) передается наименьшим уровнем сигнала, а наименьшая освещенность (черный цвет) - наибольшим уровнем. Для импульсов синхронизации используется максимальный уровень (чернее черного).


Строки передаются дискретно, последовательно одна за другой. Однако известно, что для создания эффекта плавного движения необходимо передавать не менее 25 кадров в секунду, правда, при этом глаза утомляются от мерцания экрана. Чтобы избежать этого, используется чересстрочная развертка, при которой вначале передаются нечетные строки кадра, а затем - четные. Экран в этом случае за время передачи одного кадра освещается дважды, и частота мерцания будет 50 раз в секунду (50 Гц). Такое мерцание глаз не замечает.

Для точного воспроизведения изображения в конце каждой строки передаются синхроимпульсы строчной развертки, в конце полукадра - синхроимпульсы кадровой развертки.

При негативной АМ помехи на входе приемника вызывают потемнение отдельных мест экрана приемной трубки, что менее заметно для глаза, чем появление светлых пятен при позитивной АМ. Импульсы синхронизации при этом для глаза вообще не видны.

Одновременно с сигналами изображения и синхронизации передается сигнал звукового сопровождения азв), которым модулируются по частоте колебания другой несущей, на 6,5 МГц выше несущей изображения. Полоса частот ЧМ колебания звука составляет 100-200 кГц, а суммарный ТВ сигнал занимает полосу частот 8 МГц (рис. 2). Для исключения влияния промышленных помех на изображение передача осуществляется на метровых (МВ) и дециметровых (ДМ) волнах. Дальность сигнала определяется высотой передающей и приемной антенн. Сегодня в России самая высокая (535 м) передающая антенна ТВ находится в Москве в Останкино, она построена в 1962 г. по проекту архитектора Никитина.

Итак, на передающей стороне имеет место троекратное уплотнение сигналов: по частоте - для изображения и звука, времени - для строк, уровню - для синхроимпульсов и сигналов изображения.

На приемной стороне звуковые и видеосигналы разделяются по частоте в амплитудном диодном детекторе. Детектирование осуществляется относительно несущей частоты изображения, имеющей большую амплитуду. ЧМ колебание звука на частоте 6,5 МГц выделяется колебательным контуром, а затем детектируется по частоте. Сигнал синхронизации отделяется амплитудным селектором импульсов от сигнала изображения на выходе видеоусилителя, включенного после амплитудного детектора. Затем импульсы строчной синхронизации обрабатываются дифференцирующей, а кадровой синхронизации - интегрирующей цепочками. Синхроимпульсы синхронизируют работу блокинг-гене-раторов, вырабатывающих пилообразное напряжение строчной и кадровой развертки. Колебания блокинг-генератора строчной развертки используются для формирования напряжения питания приемной ЭЛТ (кинескопа), которое составляет 12-15 кВ.

В цветном ТВ кроме яркости передаются сигналы цветности. Основными из них являются красный (К), зеленый (З) и синий (С). В общем случае все цвета могут быть воспроизведены путем смешения в соответствующих пропорциях основных цветов, например, желтый (Ж)=К+З; пурпурный (П)=К+С.

Яркость (Я) передается так же, как и при черно-белом ТВ, а цветность - с помощью двух цветоразностных сигналов К-Я и С-Я. Эти два цветоразностных сигнала передаются на поднесущей частоте f|-i=4,43 МГц и занимают полосу частот 2 МГц, по 1 МГц по обе ее стороны (см. рис. 2). Сигнал цветности добавляется к монохроматическому сигналу.

Для сокращения полосы частот сигнала изображения нижняя боковая полоса (НБП) АМ колебания частично подавляется и составляет 1,25 МГц, верхняя боковая полоса (ВБП) равна 6,5 МГц.

Существует три стандарта передачи цвета: NTSC, PAL, SECAM. Все они основаны на принципе передачи

сигналов яркости и двух цветоразностных сигналов на поднесущей 4,4З МГц. В стандарте SECAM, используемом в России, два цветоразностных сигнала передаются попеременно от строки к строке, в двух других стандартах они передаются одновременно с помощью квадратурной амплитудной модуляции.

В последние годы много внимания уделяется цифровому ТВ, так как цифровые сигналы несут гораздо больше информации, чем аналоговые, и занимают всего лишь часть их стандартной полосы частот. Цифровые ТВ сигналы могут передаваться при более низкой мощности несущей и принимаются с полным разрешением даже при плохих условиях приема.

Сейчас в ряде стран идет активный процесс внедрения систем цифрового ТВ: европейский DVB, американский ATSC, японский ISDB. Распоряжением правительства РФ № 706 от 05.05.07 г. внедрению цифрового ТВ в нашей стране придан официальный статус и признано целесообразным внедрение европейской системы цифрового ТВ вещания DVB. Видеосигнал изображения является широкополосным и избыточным. Поэтому перед оцифровыванием его сжимают, используя в основном один из двух международных стандартов JPEG и MPEG.

Стандарт JPEG, обеспечивающий сжатие неподвижных изображений без потерь, основан на модели предсказания; MPEG -сжатия подвижных изображений использует разность между смежными неподвижными изображениями. В обоих случаях применяется последовательное дискретное косинусное преобразование (ДКП).

На железнодорожном транспорте телевизионные системы также находят применение. Одна из них -телевизионная система считывания номеров вагонов. В 2007 г. была разработана и испытана телевизионная система контроля обстановки на переезде из кабины машиниста на расстоянии до З км. Это позволяет предотвратить наезд поезда на объект на переезде и тем самым повысить безопасность движения поездов. Также ведется активное внедрение видеоконтроля на вокзалах и станциях, что позволяет повысить безопасность пассажиров и объектов.

__________________
Телеграм-канал ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНИК

СЦБот

Эта тема была перенесена из раздела Журнал "Автоматика, связь, информатика".

Перенес: Admin