История создания телевидения

История создания телевидения.

Телевидение (греч. τήλε — далеко и лат. video — вижу) — система связи для трансляции и приёма движущегося изображения  и звука на расстоянии.

Телевидение основано на принципе последовательной передачи элементов кадра с помощью  развёртки. Частота смены кадров выбирается, в основном, по критерию плавности передачи движения. Для сужения полосы частот передачи применяют чересстрочную развертку, она позволяет вдвое увеличить частоту кадров (а значит, увеличить плавность передачи движущихся объектов). 

Телевизионный тракт (от света до света) в общем  виде включает в себя следующие устройства:

Видеокамера. Объектив проецирует изображение на светочувствительную  поверхность. Схема развертки по строчкам считывает яркость элементов  изображения. Сначала передаются нечётные строки (1-е поле), затем чётные (2-е поле). Информация о цвете передаётся на поднесущей частоте. Так формируется кадр полного цветного телевизионного сигнала (ПЦТС). Для съёмки и передачи документов применяются специализированные документ-камеры.

Видеомагнитофон (не обязательно). Записывает и в  нужный момент воспроизводит чередование  строк и полей.

Передатчик. Сигнал радиочастоты модулируется телевизионным  сигналом и излучается в эфир (возможна трансляция по кабелю). Звук передаётся на отдельной частоте обычно при помощи частотной модуляции.

Приёмник —  телевизор. С помощью синхроимпульсов  содержащихся в ПЦТС телевизионный  кадр разворачивается на экране (кинескоп, ЖК панель, плазменная панель).

Стандартом телевизионного вещания принято называть совокупность числа строк разложения кадра, частоту смены кадров или полей и наличие чересстрочности. Уже несколько десятилетий в мире преобладают три стандарта с чересстрочной разверткой:

625 строк, 50 полей  в секунду в Европе (PAL)

525 строк, 59,94 полей в секунду в Америке и Японии (NTSC)

625 строк, 50 полей  в секунду во Франции, России, Китае и некоторых странах  Ближнего Востока (SECAM) 

Сейчас им на смену приходит телевидение высокой  четкости (ТВЧ). Есть два стандарта, они могут иметь чересстрочную (i — interlace) или построчную (p — progressive) развёртку и частоту кадров 24, 25, или 30 в секунду.

720/50i;60i;30p;25p;24p

1080/50i;60i;30p;25p;24p 

Под системой телевидения  понимают способ кодирования информации о цвете. Имеется три системы (в порядке разработки):

NTSC

PAL

SÉCAM

Георгий Члиянц 

Долгое время  люди мечтали о возможности передачи изображения и звука на расстояние. Одной из важной и первой вехой  на пути развития телевидения или, как  его тогда называли, радиовидения можно считать выделение в 1817 г селена шведским химиком Йенсом Якобом Берцелиусом [1779-1848], открытое в 1873 г американским ученым У.Смитом явление внутреннего фотоэффекта (впоследствии был использован при создании видикона) и установление в 1888 г русским физиком Александром Григорьевичем Столетовым [1839-1896] основных закономерностей внешнего фотоэффекта (впоследствии был использован при создании суперортиконов). Попытки передать изображение на расстояние при помощи электричества относится к 1876 г, когда Александр Грэхем Белл изобрел телефон. К этому времени было уже известно, что сопротивление селена изменяется в зависимости от количества падающей на него световой энергии. Поскольку А.Белл доказал возможность передачи на расстояние сложного сигнала, множество изобретателей начали разрабатывать способы "электрического видения" (как гласил один из заголовков статьи того времени).  

В одних способах использовалась мозаика селеновых  детекторов, в других изображение  сканировалось механически одним  или несколькими селеновыми датчиками. Для воспроизведения изображений также предлагались разнообразные методы от перемещения карандаша до электромеханического воздействия на лист бумаги, размещенный в приемнике и пропитанный химическим составом. Светочувствительные свойства селена на практике были использованы лишь в 1892 г, когда Элстер и Гейтл изобрели фотоэлемент. Именно такие элементы и явились принципиальной основой современного телевидения. Второй важной вехой в развитии телевидения стало изобретение, принесшее практическую пользу, созданного в 1882 г немецким экспериментатором Паулем Нипковым [1860-1940] "электрического телескопа" и запатентованного им в 1884 г. Идея Нипкова состояла в том, что на передающем конце линии изображение разлагается на отдельные электрические сигналы, затем осуществляется последовательная передача этих сигналов и восстановление этого полного изображения на приемном конце. Такой способ давал возможность передавать телевизионное изображение по одному телефонному или радиоканалу. Основу камеры составлял широко известный сейчас диск Нипкова. Он имел 24 отверстия, расположенных на равном расстоянии по спирали у периферии диска. Передаваемое изображение фокусировалось на небольшом участке периферии диска, а сам диск вращался с частотой 600 об/мин. При вращении диска изображение последовательно сканировалось отверстиями по прямым линиям. Линза, установленная за проецируемым изображением, собирала последовательные световые выборки и фокусировала их на одном селеновом элементе. При этом, селеновый элемент формировал последовательность токовых сигналов, каждый из которых был пропорционален яркости отдельных элементов изображения. На приемной стороне Нипков предложил использовать магнитооптический (основанный на эффекте Фарадея) модулятор света, изменяющий яркость восстанавливаемого изображения. Для формирования изображения был необходим другой диск, аналогичный диску передатчика и вращающийся синхронно с ним.  

Нипков не занимался  созданием аппаратуры, что было не столь важно, поскольку технология того времени не позволяла создать подобную систему (только один модулятор света потребовал бы управляющего сигнала мощностью 10 Вт). Однако его диск послужил моделью для нескольких более поздних телевизионных систем. В начале 20-х годов Джон Лодж Бэрд в Англии и Дженкинс в США совершенно независимо друг от друга провели целый ряд экспериментов по передаче телевидения с использованием механической развертки. Причем, Джона Бэрда больше интересовала проверка реализации своих идей, чем их промышленное внедрение.  

В 1889 г в Санкт-Петербурге на Первом Всероссийском съезде Константин Дмитриевич Перский (преподаватель электротехники в Константиновском артиллерийском училище, капитан артиллерии) выступил с докладом "Современное состояние вопроса об электровидении на расстоянии (телевизирование)". Затем он повторил его 24 августа 1900 г в Париже на Международном электротехническом конгрессе, где впервые применил термин "телевидение" ("television"). До этого (как впрочем и до середины 30-х годов) в отношении телевидения в зарубежной и отечественной литературе применялись термины: "электрическая телескопия", "радиотелескопия" и "дальновидение".  

Механическая  система развертки накладывала  вполне определенные ограничения на объем передаваемой информации, качество и размеры воспроизводимого изображения. Поэтому даже в более ранних работах, чем приведено выше, некоторых первых исследователей наблюдалась тенденция к использованию электронного оборудования, свободного от указанных выше недостатков. В 1906 г Дикман и Глейс в Германии, а в 1907 г петербургский электрофизик Борис Львович Розинг [1869-1933] получили патенты на системы телевидения, использующие приемник с электронно-лучевой трубкой (ЭЛТ). Первое предложение о телевизионной системе, полностью построенной на основе электронного оборудования было сделано Аланом Арчибальдом Кемпбеллом-Свинтоном в 1908 г. Как и П. Нипков, А.Кемпбелл-Свинтон не изготовил аппаратуру, но очень подробно описал свою идею в июньском номере журнала "Nature". Его система была основана на ЭЛТ, изобретенной в 1897 г Карлом Фердинандом Брауном в Страссбурге (трубка с множеством фотоэлементов, соединенных впараллель, каждый их которых до развертки записал определенный заряд и за каждый период развертки мог отдать только один импульс). А. Кемпбелл-Свинтон предложил использовать ЭЛТ как в передатчике, так и в приемнике. При этом он тогда отмечал, что главной проблемой является "создание эффективного передатчика, который под влиянием светлых и темных участков будет в достаточной степени изменять передаваемый электрический ток, чтобы обеспечить необходимую модуляцию электронного луча в приемном устройстве".  

В 1911 г Б.Л.Розинг продемонстрировал в лабораторных условиях передачу телевизионных изображений  простых геометрических фигур и  прием их с воспроизведением на экране ЭЛТ.  

В 1923 г американский инженер и изобретатель Владимир Кузьмич Зворыкин [1889-?] (русский по происхождению - в 1917 г эмигрировал  из России в США, ученик Б.Л.Розинга) зарегистрировал патент на передающую телевизионную ЭЛТ, названную иконоскопом. Она отличалась от ранних образцов применением модуляции интенсивности электронного луча с помощью осесимметричной сетки. Принципиально важным в этой ЭЛТ было то, что фотокатоды из посеребренной слюды "запоминали" заряды, образуемые фокусируемым на них изображением, а сканирующий электронный луч нейтрализовывал заряды и одновременно модулировался. Следует отметить, что появившееся примерно в тот же период устройства без "запоминания" зарядов (например диссектор изображения Фила Фарнсуорта) были менее удачными. Через год после изобретения иконоскопа В.К.Зворыкин изобрел кинескоп - приемную телевизионную ЭЛТ с электростатическим отклонением и фокусировкой луча, став тем самым создателем основных передающего и приемного элементов электронного телевидения.  

Одна из первых публичных демонстраций телевидения  была осуществлена Дженкинсом 13 июня 1925 г, когда он передал изображение  между аиационной станцией ВМС в  Анакосте (шт. Мэриленд) и своей лабораторией в Вашингтоне (окр. Колумбия), т.е. на расстоянии в несколько км. При проведении этого эксперимента использовалась механическая система развертки.  

В начале 30-х  годов усилия ученых и изобретателей  были направлены на разработку электронных  систем развертки, т.е. развитие телевидения  вступило в свой следующий этап развития - период совершенствования. 

Механические  телевизоры. Диск Нипкова 
 

Первое устройство механического сканирования разработал в 1884 году немецкий инженер Пауль  Нипков. Это устройство лишний раз  подтвердило справедливость высказывания относительно простоты всего гениального. Его устройство являло собой вращающийся непрозрачный диск, диаметром до 50 см, с нанесенными по спирали Архимеда отверстиями – так называемый диск Нипкова (иногда в литературе приспособление Нипкова называют «электрическим телескопом»). Таким образом происходило сканирование изображения световым лучем, с последующей передачей сигнала на специальный преобразователь. Для сканирования же хватало одного (!) фотоэлемента. Количество же отверстий иногда доходило до 200 (обычно же от 30 до 100). В телевизоре процесс повторялся в обратном порядке - для получения изображения опять таки использовался вращающийся диск с отверстиями, за которым находилась неоновая лампа. При помощи столь нехитрой системы и проецировалось изображение. Так же построчно, но с достаточной скоростью, для того чтобы человеческий глаз видел уже целую картинку. Таким образом, первыми начали создаваться именно проекционные телевизоры. Качество картинки оставляло желать лучшего – лишь силуэты, да игра теней, но тем не менее, различить что именно показывают было возможно. Диск Нипкова был основным компонентов практически всех механических систем телевизоров, до их полного вымирания как вида.  

Телевидение уходит в массы 
 

В 1925 году шведскому  инженеру Джону Бэрду удалось впервые добиться передачи распознаваемых человеческих лиц. Опять таки с использованием диска Нипкова. Несколько позже, им же была разработана и первая телесистема, способная передавать движущиеся изображения.  

Первый же электронный  телевизор, пригодный для практического применения был разработан в американской научно-исследовательской лаборатории RCA, возглавляемой Зворыкиным, в конце 1936 года. Несколько позже, в 1939 году, RCA представила и первый телевизор, разработанный специально для массового производства. Эта модель получила название RCS TT-5. Она представляла из себя массивный деревянный ящик, оснащенный экраном с диагональю в 5 дюймов.  

Первое время  развитие телевидения шло в двух направлениях – электронном и  механическом (иногда механическое телевидение называют еще и «малострочным телевидением»). Причем развитие механических систем происходило практически до конца 40-х годов 20-го века, прежде чем было полностью вытеснено электронными устройствами. На территории СССР, механические телесистемы продержались несколько дольше.  

Параллельно разработка телевизоров происходила и на территории Советского Союза. Первая опытный  сеанс телевещания состоялся 29 апреля 1931 года. С 1 октября того же года телепередачи стали регулярными. Так как телевизоров еще не у кого не было, проводились коллективные просмотры, с специально отведенных для этого местах. Многие советские радиолюбители начинают собирать механические модели телевизоров своими руками (немного подробнее об этом можно узнать в статье «Самодельный телевизор»). 

В 1932 году, при  разработке плана на вторую пятилетку, телевидению было уделено много  внимания. 15 ноября 1934 года впервые  состоялась трансляция телевизионной  передачи со звуком. Довольно длительное время существовал лишь один канал  – Первый канал. На время Великой Отечественной Войны транслирование было прервано, и восстановлено лишь после ее окончания. А в 1960 году появился и Второй канал.  

Первый советский  телевизор выпущенный промышленностью  назывался Б-2. Эта механическая модель появилась в апреле 32 года. Первый же электронный телевизор был создан гораздо позже - в 1949 году. Это был легендарный КВН 49. Телевизор был оснащен столь маленьким экраном, что для более-менее комфортного просмотра перед ним устанавливалась специальная линза, которую нужно было наполнять дистиллированной водой. В дальнейшем появилось и множество других, более совершенных моделей. Впрочем, качество сборки и надежность советских телевизоров (даже самых поздних моделей) были настолько низкими, что стали притчей во языцех. Производство же цветных телевизоров, в СССР началось лишь в средине 1967 года.