Телевізійні сигнали.

Будь-яке рухливе зображення - це, як правило, зміна через кожні 40 мс одного нерухомого зображення іншим (25 кадрів в 1 с). За час між зміною кадрів потрібно встигнути переглянути все нерухоме зображення, що містить півмільйону елементарних площадок або елементів зображення (625 рядків по 833 елемента в рядку). Виходить, кожний елемент зображення прийдеться розглядати протягом однієї півмільйонної частки від відведених на весь кадр 40 мс. Це незбагненно короткий відрізок часу - усього дві десятиміліардних частки секунди! Ясно, що жоден механічний пристрій не здатний переміщати світлову пляму й фотоелемент по рядках зображення з такою швидкістю.

Ви ніколи не замислювалися над тим, що ви бачите на екрані телевізора, коли всідаєтеся перед ним у вільний вечір? Зображення? Ні, у дійсності на екрані ніякого зображення ні, абсолютно ніякого! Якби ми зуміли відкрити віка на якусь незначну частку секунди (а мова йде про мільйонні й навіть мільярдні частки), то побачили б на екрані всього одну світлову крапку. Це вона біжить із неймовірною швидкістю по екрані, залишаючи в нашому оці слід (ми бачимо те, чого вже немає, ще протягом 0,1 с), що змінюється по яскравості.

Що ж змушує світлову крапку переміщатися з такою запаморочливою швидкістю? Електронний промінь. Це він здатний майже миттєво відхилятися під дією магнітного поля, що змінюється, і розгортати "картинки". Це його можна дуже точно сфокусувати за допомогою спеціальних електричних "лінз". Перші досвіди з електронним променем почалися на самому початку XX ст. Ще в 1907 р. професор Петербурзького технологічного інституту Б.Л. Розінг сконструював першу електронно-променеву трубку й одержав на ній зображення, щоправда, невисокої якості. Винахід на початку 30-х років цього сторіччя перших якісних передавальних трубок пов'язане з іменами радянських учених, піонерів вітчизняного телебачення С.И. Катаєва та П.И. Шмакова.

Як би не відрізнялися конструкції передавальних телевізійних трубок різного років, всі вони в чомусь імітують око. Роль кришталика виконує об'єктив, роль зіниці - діафрагма. Є в трубці й своя "сітківка" - пластинка, що нагадує бджолині стільники, в осередках яких розташовуються мікроскопічні фотоелементи. Звичайно, їх набагато менше, ніж фоторецепторів в оці: усього близько 0,5 млн. Зображення, яке потрібно перетворити в серію електричних імпульсів, проектується за допомогою об'єктива на цю штучну "сітківку". Кожний мікроскопічний фотоелемент (який представляє собою крапельку світлочутливого срібно-цезієвого сплаву) одержує свою порцію світла й, якщо його підключити до зовнішнього ланцюга, створить струм, пропорційний освітленості. Що стосується електронного променя, то він саме й підключає по черзі кожний з 500000 фотоелементів до зовнішнього ланцюга трубки, причому приділяється йому на це всього 40 мс, поки не зміниться кадр. Таким чином, на одному елементі зображення промінь "затримується" не більше 80 мільярдних часток секунди (тобто 80 нс). Величина струму в зовнішньому ланцюзі трубки відбиває в кожний момент часу яскравість відповідного елемента зображення, спроектованого об'єктивом на "сітківку" передавальної трубки, і є точною електронною копією переданого зображення.

Підрахуємо ширину спектру телевізійного сигналу. Нехай і цього разу чергуються чорні й білі площадки (елементи). Усього таких елементів буде 625 рядків на 833 елементи = 520 625. У секунду міняється 25 кадрів, тобто 25 х 520 625 = 133 015 625 елементів. Значить перехід із чорного на біле, або навпаки, відбувається приблизно 6500000 разів в 1 с. Максимальна частота повторення імпульсів дорівнює 6,5 мГц, що й прийнято за верхню границю ширини спектру телевізійного сигналу. Нижньою границею вважають 50 Гц (нижня границя сигналу звукового супроводу).

Під час зміни рядків і кадрів промінь, що розгортає, прийомної трубки повинен бути погашений. Крім того, необхідно синхронізувати промені приймальної й передавальної трубок. Таким чином, крім сигналу зображення необхідно передавати допоміжні керуючі імпульси (гасячі й синхронізуючі). Електричний сигнал, що включає в себе сигнал зображення й керуючі імпульси, називається повним телевізійним сигналом.

У системах кольорового телебачення передане зображення розчленовується за допомогою світлофільтрів на три одноколірних зображення - червоне, зелене й синє. Червоні, зелені й сині промені попадають кожний на свою телевізійну трубку. У прийомному пристрої шляхом додавання трьох одноколірних зображень відтворюється передане кольорове зображення.

Таким чином, спектр телевізійного сигналу простирається від 50 Гц до 6,5 мГц.

Телеграфні сигнали й сигнали передачі даних.

Всі розглянуті дотепер повідомлення й сигнали є безперервними. Повідомлення й сигнали телеграфії й передачі даних відносяться до дискретних.

Пристрою перетворення телеграфних повідомлень і даних в електричний сигнал представляють кожний знак повідомлення (букву, цифру) у вигляді певної комбінації імпульсів і пауз однакової тривалості. Імпульс відповідає наявності струму на виході пристрою перетворення (наприклад, телеграфного апарату), пауза - відсутності струму.

У телеграфії таблиця, що ставить у відповідність буквам, цифрам і іншим знакам комбінації імпульсів і пауз, називається телеграфним кодом. Якщо позначити імпульс через 1, а паузу через 0 і скористатися міжнародним телеграфним кодом МТК-2, то можна, наприклад, знак А записати у вигляді 11000, знак В - у вигляді 10011 і т.д.

Для передачі даних використають більше складні коди, які дозволяють виявляти й виправляти помилки в прийнятій комбінації імпульсів, що виникають від дії перешкод.

Пристрою перетворення сигналів телеграфії й передачі даних у повідомлення по прийнятих комбінаціях імпульсів і пауз відновлюють відповідно до таблиці коду знаки повідомлення (букви, цифри й ін.) і видають їх на друкувальний пристрій або на екран дисплея.

Рис. 3.9. Подання потоку імпульсів (а) у вигляді регулярної (б) і випадкової (в) складових

Помітимо, що чим менше тривалість імпульсів, що відображають повідомлення, тим більше їх буде передано в одиницю часу. Величина, зворотна тривалості імпульсу, називається швидкістю телеграфування: , де – тривалість імпульсу, с.

На честь французького інженера Ж. Бодо одиницю швидкості телеграфування назвали бодом. При тривалості імпульсу  = 1 с швидкість В = 1 Бод. У телеграфії використаються імпульси тривалістю 0,02 с, що відповідає стандартній швидкості телеграфування 50 Бод. Застосовуються й інші швидкості телеграфування (наприклад, 75 Бод). Швидкості передачі даних істотно вище. Існує апаратури передачі даних зі швидкостями 200, 600, 1200 Бод і більше.

Сигнали телеграфії й передачі даних звичайно мають вигляд послідовностей прямокутних імпульсів.

Подивитеся уважно на рис. 3.9. Можна представити (зрозуміло, чисто умовно) потік імпульсів у вигляді суми двох послідовностей: регулярної й випадкової. Спектр регулярної послідовності дискретний і створює непарні гармоніки тактової частоти (тобто частоти проходження), а випадкова послідовність має безперервний заштрихований спектр. Ці спектри показані на рис. 3.10.

Рис. 3.10. Спектри випадкової (а) і регулярної (б) складового потоку імпульсів

При передачі двійкових сигналів (тобто 0 і 1) немає необхідності відновлювати в приймачі імпульси без перекручувань, тобто зберігати їхню форму; для відновлення інформації досить зафіксувати тільки знак імпульсу при двополярному сигналі або наявність або відсутність при однополярному сигналі. Розрахунки показують, що імпульси можна впевнено зафіксувати, якщо для їхньої передачі використається ширина смуги частот, чисельно рівна швидкості передачі в бодах. Так, для стандартної швидкості телеграфування 50 Бод ширина спектра телеграфного сигналу складе 50 Гц. При швидкості 2400 Бод (средньошвидкісна система передачі даних) ширина спектра сигналу дорівнює приблизно 2400 Гц.