Цвет в технике

Вопросы передачи изображений в цвете изучались практически параллельно с решением проблем черно-белого телевидения. Правда, последние были преодолены значительно раньше, так как решались проще.

Предположение о трехкомпонентной физиологической особенности зрения, на которой основываются современные системы цветного телевидения, впервые было высказано М. В. Ломоносовым в 1756 г. (252 года назад) и развито впоследствии Юнгом и Гельмгольцем.

Идея разбивки изображения на элементы и поочередная последовательная их передача были предложены в 1875 и 1876 гг. соответственно, а сам термин «телевидение» впервые был употреблен в 1900 г. русским инженером-электриком К. Д. Перским на Международном электротехническом конгрессе в Париже в докладе «Электрическое телевидение».

Интересна идея двадцатилетнего физика П. И. Бахметьева (1880 г.), предложившего осуществлять развертку по спирали: на передающей стороне спирали перемещался селеновый фотоэлемент, а на приемной — газовая горелка с управляемой электромагнитом яркостью. До него способ развертки четко не оговаривался.

В 1899 г. А. А. Полумордвинов предложил использовать для развертки два синхронно вращающихся (но с различной скоростью) диска с радиальными щелями, закрытыми цветофильтрами.

26 декабря 1910 г. Б. Л. Розинг в докладе VI отделу Русского технического общества высказал мнение о целесообразности использования «катодного пучка» в трубке Крукса для электрической телескопии.

Интересны также проекты одновременной передачи цвета бакинского изобретателя О. А. Адамяна (1905 г.) и многих других русских специалистов.

Конечно, были предложения и зарубежных ученых. Наиболее удачной оказалась конструкция немецкого студента Нипкова, известная как «диск Нипкова». Данная конструкция, предложенная в 1883 г. и имеющая вид диска с размещенными по спирали отверстиями, длительное время была основной в механических системах телевидения. Интересно, что, не будучи «телевизионщиком», сам Нипков впервые увидел ТВ изображение, полученное с помощью его изобретения, лишь в 1928 г., т. е. спустя 45 лет после изобретения.

Первые демонстрации механических систем ТВ были проведены в 1926 г. в Англии (Д. Берд), США (Г. Дженкис) и в СССР (Л. С. Термен — сотрудник Ленинградского физико-технического института) на пятом Всесоюзном съезде физиков.

Вскоре в ряде стран началось ТВ вещание с механической разверткой изображения (в СССР в мае 1931 г.). Первые системы имели развертку на 30 строк и 12,5 кадров в секунду, а размер экрана составлял всего несколько сантиметров. Проводились работы по увеличению числа строк до сотен, но это были громоздкие устройства, не пригодные для массового индивидуального использования.

Важнейшим этапом в развитии ТВ вещания стал переход к электронным системам. Не последнюю роль в этом сыграли русские специалисты. Наиболее значительный вклад внесли В. К. Зворыкин (жил и работал в США) и С. И. Катаев (преподаватель Московского института связи), а также другие ученые, предложившие и реализовавшие конструкцию передающей телевизионной трубки (иконоскоп), на основе которой развивались первые системы электронного телевидения. Они создавались с разложением на 350-800 строк.

Регулярное вещание электронного телевидения впервые началось в США в 1936 г. со стандартом разложения на 343 строки. В 1943 г. в США был принят стандарт 525 строк, использующийся по сей день.

В Англии электронное ТВ также началось в 1936 г. Здесь стандарт разложения составлял 405 строк. Его автором был выходец из России (г. Пинск) И. Шоэнберг, преподававший в Киевском политехническом институте и работавший главным инженером русской компании «Маркони» в Санкт-Петербурге; в 1914 г. он переехал на постоянное жительство в Англию.

В СССР вещание электронного телевидения началось в 1938 г. на импортном оборудовании со стандартом разложения на 343 строки. Затем был подготовлен переход на 441 строку, но Великая Отечественная война помешала внедрению этого стандарта.

Во Франции, равно как в Германии и Италии, вещание тоже началось в 1938 г. — сначала со стандартами разложения на 455 и 441 строку, а затем, в 1948 г., — на 819 строк, правда, в Германии и Италии был принят стандарт разложения на 441 строку.

По окончании войны, в мае 1945 г., Московский телецентр первым в Европе возобновил свою работу. Одновременно шла подготовка к переходу на стандарт 625 строк, предложенный советскими специалистами; в 1948 г. Московский телецентр перешел на этот стандарт.

В настоящее время в мире используются два стандарта — 525 (55 стран с населением 1 млрд. человек) и 625 строк (150 стран с населением 4, 2 млрд. человек). Интересно, что Англия и Франция, отказавшись от стандартов 405 и 819 строк, при переходе на 625 строк продолжали дублировать одну программу на старых стандартах в течение 30 лет — до окончания амортизационного срока находившихся у населения приемников.

Первое вещание цветного телевидения в СССР осуществлялось по несовместимым системам, не обеспечивающим прием программ цветного телевидения на обычные черно-белые телевизоры и прием на цветные телевизоры программ черно-белого ТВ в черно-белом изображении. В основном использовались электронно-оптические системы с поочередной передачей и воспроизведением цветов с помощью синхронно и синфазно вращающихся перед передающей и приемной трубками дисков с тремя цветофильтрами. Было разработано также оборудование, у которого вращающиеся диски заменялись тремя соответствующими трубками с неподвижными цветофильтрами или различными люминофорами и с оптическим разложением (на передающей стороне) и сложением (на приемной стороне) световых потоков (изображений).

В США вещание по несовместимой электронно-оптической системе проводилось в 1951 г. со стандартом 405 строк.

В СССР первое вещание цветного телевидения (1953-1956 гг.) также проводилось по несовместимой системе с разложением на 525 строк при 144 полях. Для этого была разработана специальная аппаратура, на Шаболовке (в Москве) оборудована студия, построена специальная башня высотой 110 м для передающей антенны и установлены передатчики.

Первая совместимая, полностью электронная система цветного телевидения NTSC была разработана в США на стандарт 525 строк, 30 кадров, вещание по которой ведется с 1953 г. Опытное вещание по этой же системе в СССР началось в 1957 г.

Главный недостаток американской системы заключался в чувствительности ее сигнала к фазовым и частотным искажениям тракта передачи, что затрудняло ее использование на действующей сети черно-белого телевидения. Поэтому в ряде стран, в том числе и СССР, велась разработка совместимых электронных систем. В этой области известны работы сотрудника НИИР В. Е. Теслера.

Практически наиболее готовыми оказались системы, разработанные в ФРГ — ПАЛ (PAL — строка с переменной фазой, автор В. Брух) и Франции — СЕКАМ (SECAM — поочередность цветов и память, автор Андри де Франс).

Во многих странах, а также в рамках МККР, проводились исследования и испытания этих двух систем. Ставилась задача определить лучшую систему и принять се для внедрения. В частности, проводились опытные передачи между странами по магистральным линиям протяженностью до нескольких тысяч километров, через ИСЗ "Молния-1" и различные передатчики. Однако единого мнения о существенном преимуществе одной из этих систем выявлено не было. В результате для внедрения были рекомендованы обе системы.

Таким образом, в настоящее время в мире используются три системы цветного телевидения — NTSC (в 54 странах с населением 870 млн. человек), СЕКАМ (в 61 стране с населением 760 млн. человек) и ПАЛ (в 81 стране с населением 3,5 млрд. человек). При этом если учесть, что система ПАЛ используется в Китае и Индии, где проживают 1,4 млрд. человек, то грубо можно считать, что все три системы распределены между странами равномерно.

Внедрение цветного ТВ вещания ознаменовало определенный этап в развитии телевидения. Казалось, что достигнут максимум. Шло совершенствование техники и расширение зон обслуживания. Практически все население Земного шара имеет возможность принимать несколько программ цветного телевидения. При этом качество изображения оценивалось как приближающееся к теоретически возможному при использующихся стандартах разложения и считалось весьма высоким. Высказывались даже мнения, что существующие системы телевидения дают зрителю именно то, что ему нужно.

В то же время было очевидно, что действующие системы себя исчерпали. Показателем этого стало сокращение сбыта телевизионных приемников — основного источника доходов производителей оборудования. Возникло и укоренилось мнение, что для поддержания сбыта телевизионных приемников следует вести работы не по улучшению отдельных параметров изображения (яркость, контрастность, четкость и т. д.), а по усилению физиологического и эмоционального воздействия телевизионного изображения на зрителя. Одним из таких факторов является «эффект присутствия», т. е. стереоскопичность изображения.

Так родилось телевидение высокой четкости (ТВВЧ), имеющее вдвое большее число строк разложения и другой формат изображения.

Конечно, переход на другую систему телевидения, требующую замены телевизоров у населения, — процесс длительный и, очевидно, долгое время вещание будет вестись параллельно по двум системам — действующей и ТВВЧ. Одновременно решается проблема цифровизации системы ТВ вещания.

Источники: A. M. Варбанский, журнал «Электросвязь» №10, 1997 г. и Виртуальный компьютерный музей