Лекции по курсу Основы телевидения (Лекции по курсу "Основы телевидения")

11IIDОсновы телевидения.Весенний семестр 2018/2019.2Преподаватель – Ефремов Владимир Михайлович.Историческая справка.1). 1890 год – изобретение законов фотоэффекта Столетовым.Первый закон Столетова: для создания фототока нужно преодолетьработу выхода. Это говорит о том, что передать изображение в полнойтемноте невозможно.Второй закон Столетова: фототок прямо пропорционаленосвещённости.2). 1895 год – изобретение радио Поповым.3). 1880 год – изобретение основного принципа телевидения –последовательности передачи информации об элементах изображения,русским инженером Бахметьевым и португальцем де-Пайва.4). 1884 год – принцип механической развёртки – диск Нипкова (ПаульНипков – немец)5).

1900 год – введение термина «телевидение» русским инженером Перским.В этом же году русский инженер Полумордвинов предложилтрёхкомпонентную систему цветного ТВ, используемую и поныне.6). 1907 год – русский инженер Розинг предложил использовать электроннолучевые трубки (ЭЛТ) для приёма телевизионных сигналов7). 1911 год – Розинг осуществил первую передачу электронного ТВ.1930 год – начало регулярного вещания механического ТВ в Москве.1931 год – первая передача ТВ между городами (Москвой и Ленинградом)1931 год – советский инженер Катаев разработал первую передающуюэлектронно-лучевую трубку, и одновременно с ним американский инженерЗворыкин запатентовал это устройство.1938 год – регулярное вещание электронного телевидения в Ленинграде (240строк) и Москве (343 строки).1948 год – переход на стандарт 625 строк (используется и поныне примернона половине земного шара – в Европе и Азии)1IID21953 год – цветное ТВ вещание в США11Разрешение стандартного ТВ – 720 × 576 пикселей – примерно 0,4Мегапикселей.1967 год – цветное ТВ вещание в СССР1965 год – начало спутникового ТВ вещания (в СССР запущен спутник«Молния-1»).

Работал в дециметровом диапазоне на частоте 714 МГц.Конец 1990-х – начало 2000-х – переход с аналогового ТВ на цифровое вСША и Европе.2019 год – переход с аналогового ТВ вещания на цифровое в РФ.Особенности передачи изображений в телевидении.ТВ система – совокупность оптических, электронных ирадиотехнических средств для передачи на расстояние движущихсяизображений.Оптическая часть: объектив с большим числом линз (от 10-15 донескольких десятков), используется на передающей стороне, на приёмной –редко.Электронная часть: всевозможная обработка сигнала (усиление,преобразование), радиоэлектронная часть: передача на расстояние спомощью электромагнитных волн (канал).Кстати, оптические сети нашли первое применение в кабельномтелевидении.В ТВ системе передача изображения осуществляется электрическимпутём.Изобретения, позволившие создать ТВ системы:- законы фотоэффекта Столетова- изобретение принципа последовательной передачи изображений- изобретение радио- разработка передающих и приёмных телевизионных трубокИстория телевидения – это, в основном, история кинескопов,созданных в огромном количестве.В ТВ системах передача информации об изображении осуществляетсяэлектрическим способом:оптическое изображение ⇒ электрический сигнал ⇒ канал связи ⇒⇒ электрический сигнал ⇒ изображение2IID11Идеальная ТВ система – система, обеспечивающая точное повторениеизображения оригинала на приёмной стороне.2При этом объём передаваемой информации стремится к бесконечности.На практике ограничиваются физиологическими особенностямичеловеческого зрения:1).

Конечная разрешающая способность – позволяет разбить исходноеизображение на конечное число элементарных изображений – пикселей(Pixel – «элементарное изображение»). В ТВ стандартной чёткостиразрешение 576 × 720 пикселей.В Останкино опытное вещание на 58 частотном канале работаетмаломощный передатчик с разрешением 4K (примерно 4000 пикселей погоризонтали).8К – примерно 8000 пикселей.Разрешение HD (2K) – 1920 × 1080 пикселей, т.е. 2 мегапикселя.В кино 2K – 2048 пикселей. Картинка идёт с цифрового проектора,плёночных сейчас практически нет.2). Ограниченный динамический диапазон (контрастнаячувствительность), как снизу, так и сверху.

Это позволяет ограничитьдинамический диапазон электрического сигнала (видеосигнала).Например, 8 бит – 256 раз (отношение самого светлого участка ксамому тёмному) – 48 дБ по напряжению (ТВ стандартной точности) – этодостаточно мало.Динамический диапазон человеческого слуха – 120 дБ – существеннобольше, чем у человеческого глаза, что и позволяет использовать малыйдинамический диапазон.3). Инерционность – позволяет передавать информацию дискретно(в ТВ используется 50, 60 кадров в секунду, что связано с частотойиндустриальной сети).Индустриальная сеть давала стабильную частоту кадров, а такжепомехоустойчивость: от индустриальной сети идут помехи – наводки;два провода, проложенные рядом друг с другом, например, питающий исигнальный, взаимодействуя друг с другом, приводят к образованиюэлектромагнитных полей.

За счёт ёмкости между проводниками подаётсясетевое напряжение на сигнальный провод, и за счёт магнитныхсоставляющих. В итоге добавляется помеха с частотой 50 Гц. Если и частотакадра 50 Гц, то эта помеха находится на одном определённом месте наизображении является малозаметной.311IIDПростейшая чёрно-белая ТВ система.2Изначально всё изображение разбивается на конечное числоэлементарных изображений, каждая из которых характеризуется своейяркостью и координатами (", $).ТВ система должна передать информацию о всех элементахизображения.

Это можно сделать двумя способами:1). Одновременно (при этом требуется большое количествопараллельных каналов связи, система получается громоздкой).Это так называемые … световоды (пучок оптических волокон, а неодно оптоволокно, на приёмной и передающей стороне)2). Последовательная передача (элемент за элементом).Именно этот принцип предложил инженер Бахметьев в начале XX века.То есть в ТВ системе происходит замена функции яркости от координат нафункцию яркость от времени.Это происходит за счёт так называемой развёртки изображения.Развёртка – периодическое движение считывающего или«рисующего» луча по изображению на передающей и приёмной стороне.В общем случае форма развёртки может быть любой. Необходимыетребования – синхронность и синфазность.В телевидении используется растровая развёртка (строка за строкой,строчки друг под другом).4IIDПараметры разложения телевизионной системы.112ПХ – прямой ход развёртки.

За время прямого хода происходитсчитывание полезной информации.ОХ – обратный ход развёртки. Ничего полезного не происходит, этопросто время для переброса считывающего луча в начало кадра.& – число строк в кадре, из которых активны далеко не все.В отечественных системах их 625, из них активны 576 (49 теряются во времядвух кадровых гасящих импульсов).' – число кадров в секунду.() – период строчной развёртки, ()* – прямой ход строчной развёртки,()+ – обратный ход строчной развёртки.(, – период кадровой развёртки, (,* – прямой ход кадровой развёртки,(,+ – обратный ход кадровой развёртки.()+ = (10 − 12%)()(,+ = (10 − 12%)(,Формат кадра:10= .ℎ5IIDФормат 4/3 – ТВ стандартной чёткости, 16/9 – повышенной чёткости.112Для показа широкоэкранных фильмов поверх объектива надевалась такназываемая анаморфотная насадка – некий оптический предмет соднокоординатно выпуклыми или вогнутыми линзами.

Он растягивализображение, если требовалось, а на съёмке – наоборот, сжимал (какправило, это достигалось поворотом одной и той же насадки на 90 градусов).Параметры разложения ТВ системы – группа параметров,обеспечивающих устойчивую синхронизацию и геометрическуюдостоверность. В противном случае построение изображений на приёмнойстороне невозможно, или не гарантируется его достоверность.Для получения устойчивого изображения необходима синхронизация,жёстко привязанная к частотам строчной и кадровой развёртки, которые всвою очередь определяются числом строк в кадре и числом кадров в секунду.Кроме того, геометрическая достоверность в основном определяетсяформатом кадра (равенство на передающей и приёмной стороне).Таким образом, 3 параметра: &, ' и 4 – образуют параметры разложенияТВ системы, обеспечивающие совместимость оборудования и сигналоввнутри этой ТВ системы.Число строк: 625, в США – 525, число полукадров – 50 (в США 60),соотношение сторон одинаковое: 4/3.Объектив формирует изображение в фокальной плоскости.

Напередающей стороне такая оптическая система проецирует изображениеокружающей действительности на передающую матрицу (раньше –вакуумная трубка, сейчас – КМОП и ПЗС матрицы). На приёмной сторонепроекционные устройства используются редко.Телевизионный видеосигнал и его характеристики.В телевизионном оптоэлектронном преобразователе информация ояркости отдельных элементов изображения преобразуется в электрическиеимпульсы (напряжения или тока).

Огибающая этих импульсов и естьвидеосигнал.То есть видеосигнал носит импульсный характер.Видеосигнал может принимать значения между двумя уровнями:уровнем чёрного (наименее освещённые элементы изображения) и уровнембелого (наиболее освещённые элементы изображения).6IID11Видеосигнал может быть позитивным (большей яркости соответствуетбольшее напряжение) или негативным (наоборот: яркому объектусоответствует чёрное пятно), положительным или отрицательнымотносительно нуля (или общего провода).Величину видеосигнала характеризуют размахом – расстоянием междуверхним и нижним значением сигнала.

Можно посмотреть на осциллографе,вольтметром это не измерить.220 В – среднеквадратичное тепловое значение, амплитуда – 380 В.27IID11УБ – уровень белого – соответствует наиболее ярким элементамизображения;КУБ – контрольный уровень белого – запас по динамическомудиапазону (10-15%) – закладывается на тот случай, если какое-то устройствосистемы немного не укладывается в динамический диапазон (например, приоперативных съёмках);УЧ – уровень чёрного – наиболее тёмные элементы изображения;УГИ – уровень гасящих импульсов (3-5% от общего размахавидеосигнала);СГИ, КГИ – строчные и кадровые гасящие импульсы – всегда имеютуровень «чернее чёрного», за счёт чего перекрывают канал связи во времяобратного хода развёртки;УСИ – уровень синхроимпульсов (25-30 %);ССИ, КСИ – строчные и кадровые синхроимпульсы – имеют большойразмах для обеспечения устойчивой синхронизации при плохой помеховойобстановке.В иностранной литературе для размаха сложных сигналов используетсяаббревиатура P.P.