Посвящение в радиоэлектронику
Шрифт:
Устройство глаза.
Точно так же и в технике передачи изображений необходимо освещенность каждого элемента преобразовать в электрический сигнал, усилить и передать по линии связи, а затем снова преобразовать в свет. Именно так и действовала первая телевизионная система, которую изобрел Дж. Керри в 1875 году. Изображение проецировалось на мозаику селеновых фотоэлементов, каждый из которых соединялся проводником с лампой на приемном экране. Сопротивление селена уменьшается при освещении, и соответствующая
Техника пока не может пойти на такие затраты. Поэтому во всех последующих системах передачи изображения использована идея развертки. Фототелеграф передает информацию о каждом элементе изображения последовательно. С этой целью исходное изображение накладывают на барабан, вращающийся с определенной скоростью. Фотоэлемент, снимающий информацию о «степени черноты» элемента, медленно перемещается параллельно оси барабана. «Поле зрения» фотоэлемента очень мало: оно сфокусировано линзой по размеров элемента изображения и описывает на поверхности барабана винтовую линию, последовательно «осматривая» все элементы изображения. Сигнал фотоэлемента усиливается и передается к корреспонденту по проводам или по радио. У корреспондента имеется точно такой же барабан, на котором перо оставляет черный след. Приемный барабан вращается строго синхронно с передающим, а перо, так же как и фотоэлемент, медленно перемещается вдоль оси барабана.
Если в поле зрения фотоэлемента входит черный элемент изображения, перо оставляет след, если белый — перо отводится от приемного барабана, и бумага, закрепленная на его поверхности, остается белой. Так можно передавать чертежи и графики. Но как передавать полутона? Тем более что газеты печатают с клише, которые полутонов не терпят: либо клише оставит след типографской краски, либо — нет. Поступают просто: в зависимости от «черноты» элемента изображения изменяют продолжительность касания пера к бумаге.
Из рисунка видно, как выглядит почти черный тон изображения, переданного но фототелеграфу. Сигнал поступает с небольшими перерывами, и перо чертит почти сплошной след. При передаче серого тона длина штрихов сравнима с длиной пробелов. При передаче светлого тона сигнал поступает в виде коротких импульса и перо оставляет короткие штрихи. Рядом показаны соответствующие телеграфные сигналы.
Система с параллельной передачей элементов изображения.
Фототелеграф.
Не будем далее останавливаться на технике фототелеграфа, отметим главное: чтобы передать изображение, надо его «развернуть», «разложить» на элементы. Чем мельче элементы, тем четче воспроизводится изображение. Давайте снимем с фототелеграфной аппарата лист с изображением и положим его на стол, на плоскость.
Это переданный «кадр». На нем видны «строки» — следы поля зрения фотоэлемента в передатчике и пера в приемнике. Штриховыми линиями показан «обратный ход». В фототелеграфном аппарате его нет, поскольку изображение свернуто в цилиндр. А если мы xoтим передавать плоское изображение, обратный ход обязательно будет. Итак, первый принцип, лежащий в основе телевидения, — принцип развертки — нам ясен. Обратимся теперь ко второму принципу и назовем его условно «принципом кино».
Фототелеграфные сигналы.
Развертка
Братья Люмьер, изобретатели кинематографа, вряд ли могли представить себе бурное развитие своего детища в нашем веке. И тем более трудно было представить, что у кино появится очень сильный конкурент — телевидение.
Принцип кино состоит в частой смене изображений. Экран в кинотеатре вспыхивает 48 раз в секунду благодаря обтюратору (затвору), открывающему световой поток, и столько же раз гаснет. Во время каждых двух вспышек с кинопленки проецируется один кадр изображения. Человеческий глаз не способен заметить эти мелькания — время его реакции на свет составляет около 0,1 с, поэтому максимальная частота мерцаний, еще замечаемых глазом, не превосходит 10…12 Гц. Каждый последующий кадр воспроизводит ту же сцену, но движущиеся предметы на нем уже слегка переместились. Эти небольшие перемещения при быстрой смене кадров и воспринимаются как непрерывное движение. Теперь становится ясно, как можно передать на расстояние движущееся изображение.
Надо передавать не менее 10…12 кадров в секунду (принцип кино). Но каждый кадр надо еще преобразовать в последовательность сигналов, соответствующих элементам изображения (принцип развертки).
Именно таким путем и шли первые изобретатели телевидения, и принципы, заложенные ими, сохранились до настоящего времени. Изменилась только техника передачи и приема движущихся изображений. В первых опытах использовали механическую развертку изображения. Вот, например, диск П. Нипкова — немецкого инженера, получившего в 1884 году в Германии патент на «оптико-механическое устройство». В диске по спирали Архимеда просверлен ряд отверстии. Диаметр отверстий соответствует размеру элемента изображения. А само изображение сцены проецируется объективом на верхнюю часть диска с ограничительной рамкой. Ширина кадра соответствует расстоянию между соседними отверстиями, а высота — шагу спирали. Кадр, ограниченный рамкой, изображен в верхней части диска. Строки в этом кадре горизонтальны, как и в современном телевидении, но применялись системы и с вертикальными строками. Рамка в этом случае располагалась на боковой стороне диска, как показано на рисунке штриховыми линиями. Если диск быстро вращать, то первое отверстие прочерчивает первую строку, и, когда оно выходит за кадр, второе отверстие развертывает другую строку, и так далее, пока не будет развернут весь кадр.
Диск Нипкова.
Теперь посмотрим, как устроена система механического телевидения 30-х годов. Объектив проецирует изображение сцены на рамку и вращающийся позади нее диск, а за диском установлен фотоэлемент. Ток фотоэлемента пропорционален освещенности данного элемента изображения, и на выходе фотоэлемента при развертке появляется так называемый видеосигнал, напряжение которого пропорционально освещенности.
Развертка изображения осуществлялась всего на 30 строк. Столько же отверстий было и в диске Нипкова. Строка содержала 40 элементов. Следовательно, изображение кадра разбивалось всего на 1200 элементов. Видеосигнал модулировал несущую телевизионной станции по амплитуде и излучался в эфир. В приемнике, выполненном так же, как и радиовещательный, сигнал усиливался и детектировался. Продетектированный видеосигнал (он точно такой же, как и после фотоэлемента в передатчике) поступал на неоновую лампу с плоским катодом, освещавшую экран, за которым вращался точно такой же диск Нипкова. Вращение дисков на радиостанции и в приемнике строго синхронизировалось. С этой целью в паузах между кадрами передавались синхронизирующие импульсы, управляющие вращением мотора в приемнике.