Ст. преподаватель Трубин Ю.Ю.
Черкасский
Государственный Технологический Университет, Украина
Эволюция качества изображения в
телевидении
в ХХ веке.
Качество изображения эволюционирует вместе с развитием человечества. Камера-обскура, стробоскопический эффект (подсказавший время кадра), линзы, телескопы, пантотелеграф Козелли, телефотограф Бахметьева, диск Нипкова – это одни из ступенек прихода человечества к кинематографу, телевиденью и телевизору.
Только постоянное улучшение качества изображения могло помочь телевиденью занять место рядом с кино и радио, получить ту популярность, которую оно имеет сейчас.
Основной параметр, который определяет качество получаемого телевизионного изображения — число элементов (пикселей), на которое оно разбивается. Поскольку элементы передаются последовательно, они образуют строки разложения.
Для изобретателей телевиденья уже был накоплен опыт киноиндустрии: оптимальный формат картинки - 3:4; число смены кадров в секунду минимум 12; число полей — минимум 48; число строк — минимум 400 (при нем достигалось приемлемое качество, при 600 наблюдалось отсутствие дискомфорта, а при 800 и более было ощущение комфорта).
Первые массовые демонстрации телевизионных передач в США, Англии относятся к 1925— 1926 гг., а начало регулярного вещания — к 1928—1931 гг. со стандартом разложения изображения на 30 строк при 12,5 кадра в секунду. Это было время механического телевиденья диска Нипкова. В 1928 году в Германии изобретатели - англичанин Д. Берг и венгр Д. Михали, создали для Германии вещательную систему телевидения с форматом 30 строк на 12,5 кадр/сек, что позволило выходить регулярно в эфир в Германии с марта 1929 г., а в январе 1931 г. к сигналу изображения было добавлено и звуковое сопровождение. Уже немецкий ученый Манфред фон Арденне в августе 1931 года первым в мире публично продемонстрировал полностью электронную систему телевидения на основе датчика бегущего луча с разверткой на 90 строк, а позже усовершенствовал её до 180 строк. Телетрансляция с Берлинской Олимпиады 1936 года велась с помощью этой системы.
В СССР первые передачи (по механической системе (велись в Москве до 1940 г., в Киеве до середины 1941 г.), т. е. развертка изображения на элементы (1200 элементов при 12,5 кадра в секунду) обеспечивалась с помощью вращающегося диска) состоялись в Москве в апреле 1931 года, а с 15 ноября 1934 г. они стали регулярными. В феврале 1939 начались первые трансляции и в Киеве.
В 1933—1934 гг. в США и СССР сконструировали передающую трубку «иконоскоп» (телевизионная трубка «с накоплением заряда», то есть с эффективным использованием световой энергии изображения, спроецированного на его мишень объективом), которая стала концом «механического» телевиденья и началом эры электронного вещания. Ее авторами принято считать В. К. Зворыкина — выходца из России, работавшего в США, и советского ученого С. И. Катаева, которые развили идеи ученого Б. Л. Розинга.
Уже в 1938 г. в Москве и Ленинграде разлагали передаваемое изображение на 343 строки (Москва), и 240 строк при 25 кадрах в секунду в Ленинграде. В этом же году начался серийный выпуск консольных приемников на 343 строки типа ТК-1 с размером экрана 14x18 см. 25 июля 1940 г. В СССР был утвержден стандарт разложения на 441 строку, но помешала война.
Вещание по электронной системе началось в США в 1936 г. (стандарт разложения 343 строки, с 1943 г там был внедрен новый стандарт — 525 строк при 30 кадрах (60 полях) в секунду, который используется и в настоящее время, автор — Зворыкин В. К.) и в Англии в 1937 году (405 строк при 25 полях в секунду с чересстрочной разверткой (он просуществовал фактически до 1968 года), автор — выходец из России И. Шоэнберг), а в 1938 г во Франции (455 и 441 строка), в Германии и Италии (441 строка).
После войны 1941-1945 гг. в СССР проводились работы (начавшиеся еще во время войны) по созданию нового стандарта на 625 строк (50 полях), и в 1948 г. в Москве, первыми в мире, начали вещать в этом стандарте. В том же году во Франции началось телевизионное вещание по стандарту 819 строк, но такой стандарт был очень дорогим, как для потребителей (стоимость телевизора), так и для производителей.
В результате международных переговоров, прошедших в середине 20 века, для стран мира были рекомендованы, разработанный в СССР, стандарт на 625 строк и, действующий в США и ряде стран Америки и Японии, стандарт на 525 строк. В итоге, стандарт 525 строк используют в 55 странах с населением более 1 млрд. жителей, а стандарт 625 строк — в 152 странах с населением более 4 млрд. жителей.
Наступало время цветного телевиденья, которое быстрыми темпами вытесняло чёрно-белое. В 1951 году в США компания СВS начала передачи в эфир со стандартом 405 строк, при 48 кадрах (144 цветных полях) в секунду и даже выпустила в продажу небольшую партию телевизоров. А в 1953 году в США началось регулярное цветное телевизионное вещание по системе NTSC доля кинескопов типа «колортрон». Она обеспечивает высокое качество цветного изображения и хорошую совместимость с черно-белым телевидением, однако имела технические недостатки. В 1952 году в Ленинграде прошла в эфир опытная цветная передача. В Москве, на Шаболовке, была построена Опытная станция цветного телевидения (вещала до декабря 1955 года), работавшая по стандарту в 525 строк при 50 кадрах (150 полях) в секунду. В передающей камере перед трубкой вращался диск с цветными светофильтрами, такой же диск синхронно вращался перед экраном кинескопа в телевизоре (телевизор «Радуга»). При красных светофильтрах передавались красные детали изображения, при зеленом — зеленые, при синем — синие. С 1958 года началось вещание одновременно черно-белого и цветного телевиденья (система ОСКМ (одновременная система с квадратурной модуляцией)), но и она просуществовала недолго, и с 1967 г. с Москвы началось регулярное вещание в цвете уже по системе SЕСАМ.
В Европе, в отличие от США, пошли по другому пути и были выбраны две системы: SECAM «по-очередность цветов с запоминанием» первоначально для кинескопов типа «хроматрон» (Франция — СССР) и PAL «строка с переменной фазой» (ФРГ, разработчик В. Брух). Некоторые страны мира совмещают разные системы передачи для цветного телевиденья.
В 1968 году цветное вещание по системе SЕСАМ началось в Киеве и Тбилиси. В 60 года мировой рынок телевизоров завоевала голландская фирма «Филлипс» с новой передающей трубкой плюмбикон (с мишенью из окиси свинца — «плюмбум»), которая обладала несравненно лучшей чувствительностью, равномерностью, цветопередачей и т. д. в колбе нестандартного диаметра — 30 мм, чтобы исключить простую модернизацию камер на видиконах (25 и 40 мм) и вынуждало вещателей к закупкам новой аппаратуры, на что СССР, через 20 лет, ответил трубкой глетикон (от нем. слова «глетте» — техническая окись свинца), которая по своим параметрам была схожа с плюмбиконом, но с иной микроструктурой мишени, и не смотря на эти достижения, объем цветных программ рос в СССР очень медленно.
Очень большую роль в распространении цветного телевидения сыграли космические телевизионные системы «Орбита», «Экран», «Москва», высокие параметры трактов передачи которых позволяли доносить высококачественный цветной сигнал в любую точку СССР.
С развитием телевиденья, увеличением в сотни раз количества каналов, зритель стал избирательней подходить к выбору как программного продукта так и телевизоров в принципе, и на первое место, для зрителя, вышло качество, глубина, объемность, насыщенность принимаемой картинки и звука. Поэтому учёные стали работать над внедрением кабельных и спутниковых распределительных сетей, совершенствованием существовавших стандартов и внедрением новых. Потребителю теперь предлагается вместо картинки формата 4:3 новый формат - 16:9 - телевидение высокой четкости (ТВЧ или HDTV), что предусматривало увеличение числа строк разложения примерно вдвое (для стран, где используется частота сети 50 Гц (Европа и др.), рекомендовано разложение на 1250 строк и 50 полей, а в странах, где частота сети равна 60 Гц (Америка, Япония и др.), — 1125 строк и 60 полей)). Аналоговое телевидение в США обеспечивает 525 строк, из них 486 видимых, Европа использует уже 625 строк. В HDTV их количество почти вдвое выше – 720 и 1080 строк, то есть разрешение 1280х720 и 1920х1080. ТВЧ – это цифровое телевидение, где информация о цвете и звуке передается в виде нулей и единиц по спутниковым системам, по кабелю и радиоканалам. Это позволяет передавать картинку более высокого качества и высококачественный звук в формате 5.1, по сравнению с аналоговым телевидением.
О ТВЧ стал говорить ещё в 30 - е годы 20 века Владимир Зворыкин, как только в телевидении стали применяться полностью электронные системы, и стало возможно уйти от «механики» на 15 — 200 строк, и уже с 1950-х годов создаются первые прототипы ТВЧ. Тормозом стал размер диагонали экрана для просмотра ТВЧ (около метра), и эту проблему производители долго не могли решить. В СССР в Московском научно-исследовательском телевизионном институте (МНИТИ) создаётся опытная система для военных «Трансформатор», которая позволяет передавать изображения с разрешением 1125 строк, а в 1980-е годы были созданы два детально проработанных стандарта ТВЧ, имевших разрешение 1525 и 1250 строк (в режиме чересстрочной развертки). В 1992 году в МНИТИ при участии компании «Thomson» создали стенд для приёма самой удалённой телетрансляция ТВЧ с Олимпийских игр в Барселоны. Стремительное развитие ТВЧ началось в 21 веке, с разработкой относительно доступных плазменных и жидкокристаллических дисплеев, цифровых интерфейсов HDMI и DVI-D, а также носителей HD DVD и Blu-Ray, которые разрабатывались для киноиндустрии и ТВЧ.
Вещание фильмов и телепередач в стандарте ТВЧ в США, Европе, Японии, России, Украине и многих других странах ведётся уже несколько лет по платным кабельным и спутниковым каналам, при этом наиболее популярными форматами стандартов высокой чёткости (ТВЧ) стали:
· 720p: 1280×720 точек, прогрессивная развёртка, отношение сторон 16:9, частота — 24, 25, 30, 50 или 60 кадров в секунду (этот формат ТВЧ рекомендован как стандартный для стран-членов ЕВС);
· 1080i: 1920×1080 точек, чересстрочная развёртка, отношение сторон 16:9, частота — 50 или 60 полей в секунду;
· 1080p: 1920×1080 точек, прогрессивная развёртка, отношение сторон 16:9, частота — 24, 25 или 30 кадров в секунду.
Первые годы ХХI века становятся периодом массового использования ТВЧ, и началом внедрения нового стандарта 3D TV (объёмного телевидения).
Литература:
1. Кунченко-Харченко В.І., Отамась І.Г. Телекомунікаційна галузь Черкащини: історичні витоки, розвиток і перспективи. // Праці ІІ Міжнародної науково-практичної конференції «Обробка сигналів і негауссівських процесів», присвяченої 70 – річчю з дня народження професора Ю.П. Кунченка: Тези доповідей. – Черкаси: ЧДТУ, 2009 – С. 28-32
2. История связи и перспективы развития телекоммуникаций: учебное пособие / Ю. Д. Украинцев, М. А. Цветов. - Ульяновск : УлГТУ, 2009. 128 с.
3.
Я.П. Драган,
В.І. Кунченко-Харченко, А.Ю. Лега. Нариси з розвитку радіотехніки в епоху науково-технічної
революції та сучасності . – Черкаси: «Видавництво», 2008. – 44с.
4.
http://www.hdtvinfoport.com/
5.
http://www.zn.ua/3000/3760/31112/
6.
http://www.podberi.tv/review/433/
7.
http://www.podberi.tv/review/438/