Принцип работы телевидения

В 80-е годы XIXв. -30-е годы XXв. разрабатывались системы механического телевидения, впервые реализовавшего основной принцип современного ТВ -последовательную передачу элементов изображения. Указанный принцип был выдвинут в конце XIXв. португальским ученым А. ди Пайва и независимо от него -русским ученым П. И. Бахметьевым. В 1884г. немецкий инженер П. Нипков получил в Германии патент на оптико-механический телевизор.

30-80-е годы явились периодом разработки систем электронного телевидения. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов (образование растра), преобразование потока света от каждого элемента в электрические видеосигналы, передача их в эфир и обратное преобразование видеосигналов в изображение объекта. Процесс осуществляется с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) с магнитной фокусировкой луча. Прообразом послужила электронно-лучевая трубка, созданная в 1907г. профессором Петербургского университета Б.Л. Розингом. Трубка, находящаяся в передающей камере, называется иконоскоп, в приемнике -кинескоп.

Принцип передачи движущихся чёрно-белых и цветных изображений с помощью телевизионных передатчиков и приемников заключается в следующем. Для передачи одного кадра телевизионного изображения с помощью объектива в телевизионной камере получается изображение предмета на экране специального электровакуумного прибора — передающей трубки (рис. 2).

Рис. 2. Принцип действия передающей трубки

Под действием света участки экрана приобретают положительные заряды. На экран внутри передающей трубки направляется электронный луч, перемещающийся периодически слева направо по 625 горизонтальным линиям — строкам. Во время пробегания луча вдоль строки происходит нейтрализация электрических зарядов на отдельных участках экрана и в электрической цепи, соединяющей электронную пушку и экран, протекает импульс тока. На каждый отдельный элемент экрана падает пучок электронов диаметром всего 0,02 мм. Это обеспечивает возможность считывать 820элементов в каждой строке. Изменения силы тока в импульсе соответствуют изменениям освещенности экрана на пути электронного луча. Высокочастотные электромагнитные колебания в телевизионном передатчике модулируются сигналом, полученным на выходе передающей трубки, и подаются на антенну передатчика. Антенна излучает электромагнитные волны. В телевизионном приемнике — телевизоре имеется электровакуумная трубка, называемая кинескопом. В кинескопе электронная пушка создает электронный луч (рис. 3). Электроны под действием электрического поля движутся внутри трубки к экрану, покрытому кристаллами люминофора, способными светиться под ударами быстро движущихся электронов. На пути к экрану электроны пролетают через магнитные поля двух пар катушек, расположенных снаружи трубки. Магнитное поле одной пары катушек вызывает отклонение электронного луча по горизонтали, второй — по вертикали. Периодические изменения силы тока в катушках вызывают изменения магнитных полей, в результате которых электронный луч за 1/25 секунды 625 раз пробегает по экрану слева направо и один раз сверху вниз. Во время движения луча вдоль первой строки силой тока в электронном луче управляет сигнал, принятый приёмником от передатчика во время движения луча в передающей трубке по первой строке; при движении луча по второй строке силой тока в луче управляет сигнал от второй строки и т.д. В результате за 1/25 с луч «рисует» такое же изображение на экране телевизора, какое построено объективом на экране передающей трубки. Кадры сменяют друг друга с частотой 25 кадров в секунду, последовательность сменяющих друг друга с высокой частотой кадров воспринимается глазом человека как непрерывное движение. Звуковое сопровождение передается по отдельному частотно-модулированному каналу.

Рис. 3. Получение изображения на экране кинескопа

Для передачи цветного изображения в полный ТВ-сигнал добавляют сигналы цветности. Для этого цветное изображение объекта раскладывают на три одноцветных изображения (красного, зелёного и синего цветов), которые передают три ЭЛТ. Соответственно, в ТВ-приемнике предусмотрены три электронных прожектора, лучи которых, проходя через отверстия в маске, вызывают свечение люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска представляет собой тонкий металлический лист, имеющий 550тыс. отверстий диаметром 0,25 мм. Люминофор цветного кинескопа содержит 1,5млн. зерен люминофоров красного, зеленого и синего свечения, расположенных точно напротив отверстий группами по три зерна каждого цвета. Три луча от трех ЭЛТ, сведенные в одну точку, падают в каждый отдельный момент времени на одну группу люминофоров, при этом каждый луч вызывает свечение одного зерна люминофора «своего» цвета. При развертке лучи перемещаются к следующему отверстию в маске, что позволяет совместить на экране сигналы трех одноцветных изображений.

Регулярные передачи черно-белого ТВ начались в нашей стране в 1938 г., цветного –в 1967г. В настоящее время в мире существует три системы цветного ТВ. СистемаNTSCдействует в США, Канаде, Японии и ряде стран Центральной и Южной Америки. Система PAL действует в Германии, Великобритании и других странах Западной Европы. СистемаSECAMдействует во Франции, России, республиках бывшего СССР и ряде стран Восточной Европы. Системы различаются особенностями формирования каналов цветности, но их может объединить разрабатываемый в настоящее время единый стандарт цифровой видеозаписи.