Що таке цифрове телебачення?

Телебачення є, бути може, одним із самих чудових винаходів XX століття і нарівні з автомобілем, літаком, комп'ютером, ядерним реактором заслуговує права на епітети «найбільше», «найголовніше», «чудесне» і «неймовірне». Воно настільки глибоко проникло зараз у всі сфери нашого буття, настільки тісно пов'язане з життям кожної людини, що без телевізійного екрану вже неможливо уявити собі ні сучасну техніку, ні сучасну цивілізацію. Як і будь-яке складне технічне творіння, телебачення з'явилося і розвинулося в досконалу систему завдяки зусиллям багатьох і багатьох винахідників.

Раннім попередником телебачення слід вважати копіює телеграф Олександра Бена, на який він одержав патент у 1843 році. Основу відправляти і приймати апаратів складали тут сургучно-металеві пластини, влаштовані особливим чином.
Для їх виготовлення Бен брав ізольовану дріт, різав її на шматки завдовжки 2,5 см і щільно набивав ними прямокутну раму, так щоб відрізки дроту були паралельні один одному, а їх торці розташовувалися в двох площинах. Потім він заливав рамку рідким сургучем, остуджують і полірував її з обох боків до отримання гладких діелектричних поверхонь з металевими вкрапленнями.

Апарат Бена був придатний для передачі зображень з металевих кліше або з металевих друкарських літер. Якщо металеве кліше або друкарський шрифт притискали до однієї зі сторін металлосургучной пластини передавального апарату, то частина дротів виявлялася електрично замкнута між собою і отримувала контакт з ділянкою ланцюга. підводиться до шрифту і до джерела струму. Цей контакт переходив і на кінці тих же дротів з протилежного боку пластини. Одночасно до аналогічної пластині приймального апарату прикладали лист вологого паперу, попередньо просоченої солями калію і натрію, яка була здатна змінювати своє забарвлення під дією електричного струму.

Нова епоха в історії телебачення почалася після відкриття явища фотоефекту. Перш за все отримав застосування внутрішній фотоефект, суть якого полягала в тому, що деякі напівпровідники при їх освітленні значно змінювали своє електричний опір. Першим цю цікаву здатність напівпровідників зазначив англієць Сміт. У 1873 році він повідомив про вироблених їм дослідах з кристалічним селеном (відкритим у 1817 р. шведським хіміком Берцеліусом). У цих дослідах смужки з селену були розкладені в скляні запаяні трубки з платиновими вводами. Трубки поміщали в світлонепроникних ящик з кришкою. У темряві опір смужок селену було досить високим і залишалося досить стабільним, але як тільки кришка ящика відсувалась, провідність зростала на 15-100%. Простий рух руки над трубками збільшувало опір селену на 15-20%.

Незабаром відкриття Сміта стало широко застосовуватися в телевізійних системах. Відомо, що кожен предмет стає видимим тільки в тому випадку, якщо він висвітлюємо або якщо є джерелом світла. Світлі чи темні ділянки спостережуваного предмета або його зображення відрізняються один від одного різною інтенсивністю відбитого або випромінюваного ними світла. Телебачення як раз і базується на тому, що кожен предмет (якщо не враховувати його кольоровість) можна розглядати як комбінацію великого числа більш-менш світлих і темних точок. Від кожної з цих точок до спостерігача йде світловий потік різної інтенсивності – від світлих крапок більш сильний, від темних – слабкий. Отже, якщо можна було б створити такий пристрій, який на передавальної станції перетворював світлові сигнали падаючого на нього зображення у відповідні електричні імпульси різної сили, а на приймаючій знову перетворювало ці імпульси в світлові сигнали різної інтенсивності, то проблема передачі зображення на відстань була б у загальних рисах дозволена. Після відкриття внутрішнього фотоефекту стало очевидно, що таким перетворює пристроєм може служити селенових пластина.
У 1878 році португальський професор фізики Адріано де Пайва в одному з наукових журналів виклав ідею нового пристрою для передачі зображень по проводах. Передавальний пристрій де Пайва являло собою камеру-обскуру, на задній стінці якої була встановлена велика селенових пластина. Різні ділянки цієї пластини повинні були по різному змінювати свій опір залежно від освітлення. Втім, де Пайва визнавав, що не знає, як зробити зворотне дію – змусити світитися екран на приймальні станції.

Перші винахідники телебачення припускали посилати електричні сигнали по проводах, але як тільки стало розвиватися радіо, з'явилася думка, що ці сигнали можна передавати за допомогою електромагнітних хвиль. Вперше цю ідею висунув 15-річний польський Гімназист Мечислав Вольфке, який у 1898 році подав патентну заявку на перше телевізійне пристрій без проводів. Передавальний пристрій Вольфке було таким же, як у Ніпкова, тільки сигнали з фотоелемента передавалися тут на первинну обмотку трансформатора, вторинна обмотка якого замикалася на вібратор Герца, випромінював електромагнітні хвилі. У приймачі струм подавався на неонову лампу, і проекція зображення відбувалася так само, як у Ніпкова.
Незважаючи на вдале вирішення проблеми розгортки, ні Ніпкова, ні його послідовникам не вдалося здійснити передачу зображень. Прості фотоелементи, перетворюючи яскравість переданої точки в електричний сигнал, давали дуже слабкі імпульси струму, який губився в більш-менш протяжної лінії зв'язку. Хоча окремі винахідники зуміли побудувати діючі апарати та передавали з їх допомогою елементарні зображення, що були в їх розпорядженні технічні засоби не дозволяли винести експерименти за межі лабораторії. Основною перешкодою для подальшого розвитку телебачення була відсутність істотного елементу зв'язку – підсилювача сигналів. Тільки після винаходу електронних ламп цю перешкоду було подолано.
Розвитку телебачення також сприяли нові відкриття в області фотоефекту. У 1888 році російський фізик Ульянин виявив цікаве явище на межі метал-селен при висвітленні її світлом джерела починав вироблятися електричний струм. Ульянин поспішив використовувати цю властивість і виготовив перший селеновий фотоелемент з тонкою золотою плівкою, виробляється на світлі слабкий струм. (Цей ефект тепер широко використовується в техніці, наприклад, в сонячних батареях.) Нагадаємо, що до цього було відомо тільки одне прояв світлочутливих властивостей селену – зміна опору. Тому в ланцюг селенового фотоелемента треба було обов'язково включати джерело живлення – зовнішню батарею. Тепер необхідність в цьому відпала.

Перші практичні телевізійні системи були створені тільки в XX столітті. У 1923 році Чарльз Дженкінс здійснив передачу нерухомого зображення по радіо з Вашингтона до Філадельфії і Бостона, а в 1925 році йому вдалося передати зображення рухомих фігур. Для розгортки Дженкінс застосував диск Ніпкова, а для посилення відеосигналу – підсилювач на електронних лампах. У приймачі використовувалася неонова лампа, на яку глядач дивився через отвори іншого диска Ніпкова і бачив точки різної яскравості, що розташовувалися точно в такому ж порядку, як і на переданому зображенні. Для цього приймальний диск обертався з тією ж швидкістю, що і передавальний, роблячи 12,5 оборотів в секунду (іншими словами, перед глядачем в одну секунду змінювалося 12,5 кадрів – достатня швидкість для того, щоб передавати рух). Пізніше швидкість була збільшена до 25 кадрів в секунду. Успішні результати були досягнуті також в Англії. У 1928 році шотландець Джон Берд заснував першу в Європі акціонерну телевізійну компанію і почав досвідчені передачі через радіостанцію, розташовану в Лондоні. Його ж фірма налагодила випуск перших механічних телевізорів. Зображення в них розгорталося на 30 рядків.

Широка публіка спочатку із захопленням поставилася до нового винаходу. Глядачі були поблажливі навіть до того, що зображення в їх телевізорах часто виявлялося темним, нечітким і розпливчастим. Втім, з роками ентузіазм вщух. Виявилося, що отримати гарну, чітке зображення в механічному телебаченні взагалі неможливо. (Підраховано, що для цього диск Ніпкова повинен мати розгортку на 600 рядків з діаметром отвору близько 0,1 мм. При цьому діаметр самого диска досягне 28 м. При обертанні з необхідною швидкістю він неминуче розлетиться під дією відцентрових сил.) Хоча в багатьох великих містах (у тому числі в Москві та Ленінграді) існували свої телевізійні студії, а десятки тисяч людей мали у себе вдома телевізори, широкого розповсюдження механічне телебачення не отримало і в кінці кінців повсюдно поступилося першістю електронною телебаченню, про який тепер і піде мова.

Епоха електронного телебачення почалася з винаходу електронно-променевої трубки. Прообразом електронної трубки була газорозрядна лампа, винайдена в 1856 році німецьким склодувом Гейслером, який навчився вплавляется в скляну колбу платинові електроди і створив перші газонаповнені трубки. Зараз газорозрядні лампи поширені всюди, і пристрій їх добре відомо: по обидві сторони скляної трубки, наповненої якимось газом, поміщають два електроди. Коли на ці електроди подається напруга від сильного джерела струму, між ними виникає електричне поле. У цьому полі молекули газу іонізуються (втрачають свої електрони) і перетворюються в заряджені частинки. У результаті через трубку відбувається електричний розряд, під дією якого газ починає яскраво світитися.

Це явище відразу зацікавило багатьох вчених. До їх числа належав і боннський професор Плюккера, для якого Гейслер спеціально виготовляв зупинено трубки з різними сумішами газів. У 1858 році Плюккера зауважив, що при пропусканні електричного струму скло поблизу катода світиться якось по особливому, не так, як в інших частинах лампи. Вивчивши цей ефект, Плюккера прийшов до висновку, що поблизу катода при електричному розряді виникає якесь випромінювання, яке він назвав «катодним».

У 1869 році німецький фізик Гитторф відкрив, що катодні промені здатні відхилятися під дією магнітного поля. У 1879 році англійський фізик Вільям Крукс провів фундаментальне дослідження катодних променів і прийшов до висновку, що з поверхні катода при його нагріванні випускається потік якихось частинок. (У 1897 р. англійський фізик Томсон довів, що катодні промені є потоком заряджених частинок – електронів.) Для своїх дослідів Крукс створив спеціальну трубку, яка була першою в історії катодно-променевою трубкою.

Першим, хто запропонував застосувати електронно-променеву трубку для телевізійної передачі, був російський фізик Борис Розінг – радянський фізик і винахідник, основоположник електронного телебачення. У 1907 році він отримав патент на спосіб електричної передачі зображення на відстань.

У 1891 році закінчив Петербурзький університет і був залишений при університеті для підготовки до професорського звання. У 1894-1918 і 1924-31 роках працював у Петербурзькому (Ленінградському) технологічному інституті, в 1931-33 роках – в Архангельському лісотехнічному інституті.

Для порядкової розгортки зображення Розінг використовував два дзеркальних барабана, що представляли собою багатогранні призми з плоскими дзеркалами. Кожне дзеркало було злегка нахилено до вісі призми, і кут нахилу рівномірно зростав від дзеркала до дзеркала. При обертанні барабанів світлові промені, що йдуть від різних елементів переданого зображення, відбивалися послідовно дзеркальними гранями і по черзі (порядково) потрапляли на фотоелемент. Струм з фотоелемента передавався на пластини конденсатора. В залежності від величини що подається струму між ними проходило більшу або меншу кількість електронів, що дозволяло змінювати яскравість освітлення відповідних точок люмінесцентного екрану. (Електричне поле всередині конденсатора при зміні напруги сигналу відхиляло промінь по вертикалі, унаслідок чого змінювалася кількість електронів, які потрапляли на екран через отвір в діафрагмі.)

Таким чином, трубка заміняла відразу два вузли колишніх механічних систем розгортає пристрої (наприклад, диск Ніпкова) і джерело світла (наприклад, газосвітних лампу). Дві взаємно перпендикулярні котушки керували рухом променя таким чином, що він викреслював растр (починав рух з верхнього лівого кута екрану і закінчував у правому куті, потім швидко повертався на лівий край, опускався трохи вниз і робив розгортку другого рядка). Рух променя і обертання дзеркальних барабанів було суворо синхронізоване між собою, так що проходження кожної проектованої грані повз фотоелемента відповідало проходженню одного рядка проектується променя. На проходження всього екрану промінь затрачав близько 0,1 секунди. Завдяки цьому малюнок променя сприймався оком як цілісне зображення.

Після довгих і завзятих дослідів зі своєю недосконалою апаратурою Розінг зумів отримати перше зображення – яскраво освітленій решітки – на екрані свого приймача. Це зображення складалося з чотирьох смуг. Коли закривали один з отворів решітки, відповідна йому смуга на екрані зникала. Телевізор міг передавати зображення простих геометричних фігур, а також рух руки. Повідомлення про винахід Розінга були надруковані в технічних журналах США, Японії та Німеччини і зробили великий вплив на подальший розвиток телебачення.

На початку 21 століття на зміну електронному, поступово приходить цифрове телебачення.

Цифрове телебачення

Цифрове телебачення – це система телебачення, в якій сигнал (електричні імпульси) подається у вигляді цифрових комбінацій, або кодів. При прийомі цифровий сигнал перетворюється в аналоговий, і зображення відтворюється на екрані.

Джерела інформації та корисні посилання:

  • mirwww.ru – Хто і як придумав телебачення
  • fiz.1september.ru – Розвиток телебачення і роль російських учених
  • dg-tv.ru – Цифрове телебачення
  • era-tv.ru – Конференція про розвиток цифрового телебачення
  • terralab.ru – Стандарти цифрового телебачення

Category: Кіно і телебачення

Comments (Прокоментуй!)

There are no comments yet. Why not be the first to speak your mind.

Leave a Reply