Развитие телевизионной техники

Термин «телевидение» (от греч. tele – вдаль, далеко) возник в 1890 году. Его впервые использовал русский инженер - электрик К.Д. Перский в докладе «Электрическое телевидение» на международном конгрессе в Париже. В настоящее время телевидение – область современной радиоэлектроники, которая занимается передачей и приемом изображений предметов, размещенных в пространстве, электрическими средствами связи. Общая задача телевидения заключается в дистанционном изображении событий. Современное телевидение позволяет увидеть предметы, освещенные невидимыми лучами: рентгеновскими, ультрафиолетовыми, инфракрасными, а также облучаемые ультразвуковыми волнами, позволяет нам в обычных условиях видеть под землей, под водой, в космосе.

Конечным звеном, приемником в телевидении служит глаз. Поэтому телевизионная система конструируется с учетом нашего зрительного органа. Задачей телевидения на современном этапе развития техники является получение на телеприемнике изображения, полностью соответствующего объекту передачи. Эта задача решается сложным комплексом аппаратуры преобразования, передачи, кодирования, декодирования, отображения и другими операциями по обработке визуальной информации. Телевидение стало возможно благодаря достижениям многих пограничных областей знаний, таких как радиотехника, электронная техника, светотехника и других. Но телевидение решает и частные задачи, опираясь на открытия в области математики, физики, химии, теории информации и других наук. Т.е. телевидение тесно связано с общим развитием науки и техники.

В основе телевидения лежат три физических процесса: 1) преобразование световой энергии в электрические сигналы; 2) передача их по каналу связи и прием электрических сигналов; 3) преобразование электрических сигналов в оптическое изображение. Приблизительно к 1875 году были изобретены все основные элементы системы для передачи изображений на расстояние. Любопытно, что оптическое изображение было получено учеными еще в средние века.

В 1832 году русский ученый П.Л. Шиллинг изобрел электромагнитный телеграф – прообраз современного электрического канала связи. В 1858 году немец Г. Гейслер разработал газоразрядные трубки, получившие в дальнейшем название «гейслеровские трубки». В отличие от ламп накаливания они были безынерционными, что позволило их использовать для воспроизведения движущихся изображений. Эти трубки могут считаться первыми образцами преобразователей электрических сигналов в оптические.

Открытие фотоэлектрического эффекта позволило осуществить одну из основных трех функций телевидения – преобразование световой энергии в электрический сигнал. Первый, кто реализовал преобразование светового излучения в электрический ток в 1839 году, был французский физик Э. Беккерель.
В 1817 году известный химик И. Берцелиус открыл химический элемент селен, а в 1873 году англичане – техник К. Мэй открыл, а инженер компании У. Смит объяснил явление фотопроводимости селена (внутренний фотоэффект). Это было последним звеном в цепи системы передачи изображений.

После этих открытий возникало много идей создания системы передачи изображений. В 1878–1880 годах были опубликованы первые проекты передачи изображений с натуры и в движении, а к 1900 году изобретателями было предложено уже несколько десятков проектов таких устройств, из них четыре – в России. Изобретателями телевидения в разных странах были:
Дж. Керри, Герберт Айвc (США), Кемпбелл Суинтон, Джон Бэрд (Англия), Дикман, Шретер (Германия), Костелани (Италия), А. де Пайва (Португалия), Б.Л. Розинг, П.И. Бахметьев (Россия). Многие другие специалисты разных стран внесли свои идеи и попытки реализации многочисленных проектов телевидения. В 1875 году американец Дж. Керри предложил систему передачи изображения, копирующую глаз. На передающей стороне панели монтировалась мозаика фотоэлементов, на которую проектировалось изображение. Каждый фотоэлемент соединялся линией связи со своей газоразрядной лампой. Приемная сторона представляла собой, аналогично передающей части, панель с газоразрядными лампами. Однако проект Керри не был реализован, так как предполагал одновременную передачу сигналов со всех фотоэлементов.

В отличие от одновременной системы передачи сигналов изображения в 1878 – 1880 годах появилось несколько проектов поочередной передачи сигналов изображения. Среди авторов этих проектов были португалец
А. де Пайва (1878), француз К.М. Сенлек (1879), русский П.И. Бахметьев (1880). В основе их проектов лежал принцип поочередной передачи сигналов изображения по одному каналу. Возможность синтеза на приемном конце была основана на инерционности человеческого глаза, который видит мелькающий источник света непрерывно светящимся при достаточно высокой частоте мельканий. Эта особенность зрения позволяет транслировать элементы изображения последовательно, а на приемном конце видеть изображение слитным.

Практическое решение проблемы последовательной передачи сигналов от элементов изображения было осуществлено в проекте немецкого изобретателя польского происхождения П. Нипкова. В 1884 году он предложил оптико - механическое устройство, получившее название «диск Нипкова». Оно (устройство) представляло собой непрозрачный диск большого диаметра, по краю которого просверлены отверстия по спирали, стремящейся от края к центру. Каждое отверстие, диаметр которого определял размер элемента, было смещено по радиусу к центру диска относительно предыдущего на диаметр отверстия.

Перед диском с отверстиями устанавливалась ограничительная рамка, определяющая размер изображения. Высота рамки была равна расстоянию по вертикали между началом и концом спирали, а ширина – расстоянию между отверстиями в диске. При вращении диска отверстия внутри рамки перемещались по дуге, при этом в поле рамки оказывалось только одно отверстие. Каждое отверстие чертило строку, и число строк развертки изображения, следовательно, было равно числу отверстий в диске. За один оборот диска передавались все элементы изображения.

Идея и, главное, практическое осуществление системы Нипкова оказались настолько простыми, что первые практические системы после целого ряда усовершенствований были осуществлены в 1925 году Дж. Бердом
в Англии и Ч.Ф. Дженкинсом в США, а в 1926 году Л.С. Терменом в СССР. В 1926 году Дж. Берд начал опытные телевизионные передачи через радиостанции вблизи Лондона с четкостью 30 строк. В Германии в 1929 году концерн «Телегор АГ» во главе с Д. Михали вышел в эфир и осуществил передачу телевизионного изображения с четкостью 30 строк.

В Москве в апреле 1931 года П.В. Шмаков осуществил экспериментальную радиопередачу сигналов изображения в Ленинград, а с октября 1931 года начались регулярные телевизионные передачи с четкостью 30 строк. Сигналы московской телестанции принимались в Ленинграде, Одессе, Харькове, Н. Новгороде, Томске и в других городах.

К 1935 году были разработаны системы с использованием зеркальных барабанов, винтов, появились оптико - механические системы с разверткой изображения на 180 и даже на 375 строк.

Однако к этому времени уже стало ясно, что оптико - механические системы бесперспективны и никакие дальнейшие усовершенствования не могут привести к заметному улучшению качества изображения в силу природных недостатков оптико - механических систем. Эти недостатки были видны значительно раньше, на заре развития телевидения, но состояние техники еще не позволяло использовать электронные системы для реализации проектов. Еще в 1907 году преподаватель С. - Петербургского технологического института Б.Л. Розинг предложил и запатентовал электронную приемную трубку. Она решала две функции: 1) последовательно разворачивала изображение на экране, т. е. заменяла диск с отверстиями в оптико - механической системе, и 2) служила источником свечения. Передающая система в проекте Розинга оставалась механической.

Первый проект полностью электронной системы телевидения в России был предложен с Б.П. Грабовским в 1925 году. В нем и на передающей части использовалась электронно - лучевая трубка, которая представляла собой вакуумную колбу, внутри которой устанавливалась пленка легких щелочных металлов, обладающая фотоэффектом, устройство, формирующее электронный луч, и система отклонения электронного луча. В 1928 году Б. П. Грабовский продемонстрировал на своей опытной установке простейшие движущиеся изображения. В феврале 1935 год группа ученых, руководимая
Я.А. Рыфтиным, продемонстрировала электронную систему телевидения с четкостью 180 строк разложения

Широкое развитие и практическое внедрение электронное телевидение получило после изобретения передающих трубок с высоким разрешением и чувствительностью – иконоскопа В.К. Зворыкина, с трехслойной мишенью С.И. Катаева и супериконоскопа П.В. Шмакова и П.В. Тимофеева.

Таким образом, еще до начала второй мировой войны в России были созданы предпосылки для развития электронного телевизионного вещания.
В 1937 году было завершено строительство двух телевизионных центров: в Ленинграде – полностью на отечественном оборудовании со стандартом разложения 240 строк и в Москве – на импортном оборудовании со стандартом 343 строки. 7 мая 1945 года первым в Европе возобновил работу Московский телецентр. С 1948 года началась работа Московского телецентра по стандарту 625 строк.

1 октября 1967 года по совместимой советско - французской системе цветного телевидения SECAM в нашей стране начались регулярные передачи цветного телевидения, что явилось важным событием в стране и определенным этапом в развитии телевидения.

Автором проекта первой цветной телевизионной системы механического типа является русский инженер - электрик А.А. Полумордвинов. Еще
в декабре 1899 года он предложил систему цветного телевидения, которая, как и современные системы, основывалась на трехкомпонентной теории цветного зрения Ломоносова – Юнга – Гельмгольца. А.А. Полумордвинов считается первым изобретателем системы цветного телевидения, использующей принцип последовательной передачи цветов. Проект системы с одновременной передачей цветовых сигналов предложил в 1907 году
О.А. Адамян.

В 1938 году английский изобретатель Д. Берд уже на большом экране получил цветное изображение с четкостью 120 строк. Это была комбинированная система, использующая элементы механического и электронного телевидения. Во время второй мировой войны в США группой ученых под руководством П.К. Голдмарка была разработана последовательная система цветного телевидения с четкостью 343 строки. В 1951 году в Нью - Йорке по данной системе началось телевизионное вещание с четкостью 405 строк.
Но последовательная система цветного телевидения просуществовала недолго, и телевизионное вещание было прекращено: сказалась несовместимость цветной системы с существующей системой черно - белого телевидения и невозможность получения большого экрана ввиду наличия в этой системе в приемном устройстве вращающегося диска с цветными фильтрами.

В 1953 году в США была введена для вещания одновременная совместимая система цветного телевидения NTSC. Впоследствии этот стандарт был принят Японией, Канадой и другими странами Американского континента.

В нашей стране в ноябре 1952 года состоялась первая опытная передача цветного телевидения по последовательной системе, разработанной под руководством В.Л. Крейцера. В 1954 – 1956 годах опытные передачи вела Московская станция цветного телевидения. Было выпущено небольшое количество цветных телевизоров «Радуга» с кинескопом диаметром 18 см с вращающимся трехцветным диском.

На кафедре телевидения Ленинградского электротехнического института связи с начала 50 - х годов проводились исследовательские работы по разработке системы цветного телевидения под руководством П.В. Шмакова. В марте 1956 года были проведены опытные передачи цветного изображения с помощью ретрансляционного передатчика. В 1956 году установка была перевезена в Москву для демонстрации ее работы специалистам и членам правительства. В это же время лаборатория научно - исследовательского института радио (Москва), возглавляемая С.В. Новаковским, продемонстрировала свою аппаратуру цветного телевидения.

В дальнейшем работы по внедрению в вещание цветного телевидения проводились Всесоюзным научно - исследовательским институтом телевидения (Ленинград).

В начале 60 - х годов было опубликовано большое количество систем цветного телевидения, разработанных в различных странах. После ряда экспериментальных проверок и длительных дискуссий наша страна выбрала для вещания систему SECAM – совместную разработку с французами. Эту же систему выбрали некоторые страны Восточной Европы, Африки и Азии. Систему PAL выбрали некоторые страны Западной Европы, Австралии, Азии и Африки. В настоящее время в мире действуют три стандарта цветного телевидения: NTSC, SECAM и PAL, поэтому при передаче сигналов одной системы в страны, где принят другой стандарт, необходимо осуществлять преобразование одного стандарта цветного телевидения в другой (транскодирование).

Благодаря успехам космической техники спутниковое телевидение становится глобальным. В настоящее время стала обычной передача телевизионных программ с одного континента на другой. Широко разветвленная сеть наземных спутниковых приемных станций позволяет принимать программы телецентра Останкино в отдаленных районах нашей страны. Системы спутникового телевидения обеспечивают непосредственный прием программ с синхронных спутников Земли на телевизоры индивидуального пользования. Ежедневно телевизионные программы в нашей стране смотрят десятки миллионов зрителей. Ни одно из средств массовой информации не может сравниться с телевидением: возможности телевидения в области агитации и пропаганды практически неограниченны. По степени воздействия на зрителя телевидение является самым массовым и действенным средством передачи информации.