Мини-лекции. Чёрно-белое телевидение. Начало

 

  Вы смотрели итальянскую кинокомедию «Сеньор Робинзон»? Нет? Посмотрите. На тридцать девятой минуте от начала фильма, Робинзон сидит на берегу и смотрит фильм о море... Вот и Вы посмотрите через самодельную рамку (границу как бы экрана) на окружающий мир. Изображение ограниченной картинки будет проецироваться на сетчатку Вашего глаза рис1. Вся картинка видится Вам в виде определённого количества элементов, — по числу светочувствительных элементов сетчатки. Даже если картинка будет разбита на мириады отдельных элементов, всё равно она будет для Вас состоять только из того количества элементов, ровно столько, сколько их есть в наличие! И вот Вам вдруг захотелось всё это посмотреть не на берегу как Робинзон, а в своей квартире. Что для этого нужно? Для каждого видимого Вами элемента, должен быть свой световой канал-волновод... Так примерно задумывалось зарождение телевидения! То есть по аналогии со зрительным аппаратом человека, применить параллельный принцип, — всё, здесь и сейчас. И уже на второй секунде размышления поняли, что это утопия, ну почти!

   Так почему же утопия? Посмотрите на рис6. Где-то году в 73-74-м, проездом был я в Москве, на ВДНХ. И конечно же в разделе посвящённом новым достижениям, как тогда говорили: «Науки и техники». И вот на одном стенде было показано применение, входивших в «моду» волоконных световодов. Ну, что-то похожее на то, что и Вы видите на рис6. Картинка была размером примерно со спичечный коробок. Качество же зависело от количества этих самых волокон. А теперь представьте какого сечения должен быть световод, чтобы видеть что-нибудь на средненьком экране телевизора?! И это в каждый город, деревню и каждый дом!!! Умом можно тронуться!!! Вот поэтому и утопия! Так, что же нам делать? Как же нам быть, если сильно хочется?

   Не помню в какой-то, одной из книг прочитал выражение. Как бы от, не-то Карела Чапека, не-то от Ярослава Гашека? Мол человека можно разложить на электроны и послать по телеграфным проводам в Загреб... Вот только как там всю эту хрень там, в Загребе собрать? Это конечно шутка... По крайней мере на сегодняшний день, но всё же... Это я к чему? А к тому, что изображение, вместо человека можно разложить, если уж не на электроны, то хотя бы на маленькие частички, элементы и уж потом превратив в электрические сигналы пульнуть их по проводам. И не просто все сразу, а последовательно, — друг за другом. Ну а там, в той же последовательности всё это собрать! Осталось дело за малым, — разложить и собрать!

   22 августа 1860 г. в Лауэнбурге (в Германии, в 40-ка километрах от Гамбурга) родился будущий немецкий техник и изобретатель Пауль Нипков. Не слышали про такого? Сейчас услышите! И вот где-то после полудня, предложил он принцип так называемого механического телевидения рис2. Изображение объекта с помощью объектива проецировалось на диск с отверстиями расположенными на спиралевидной кривой. Диск впоследствии так и стал называться диском Нипкова. Диск вращался мотором и каждое отверстие поочерёдно пересекали изображение, описывая дугу. Следующее отверстие делало тоже самое, но по дуге расположенной ниже. И так все отверстия по очереди. Всё изображение визуально раскладывалось на полосы-дуги по числу отверстий рис3! Отверстие в каждый момент времени пропускало определённое количество света. В свою очередь свет попадая на фотоэлемент создавал ток пропорциональный тому самому количеству света! На рисунке мы видим всё это уже на приёмной стороне. Как? Очень просто! На экране механического телевизора. Такой же диск с отверстиями. Сигнал с передающего аппарата подаётся на газосветную лампу (У неё хороший характер! Она быстро реагирует на изменение напряжения на электродах), без неё, у нас ничего бы не получилось. И нам в глаз попадало определённое количество света, опять же пропорциональное току фотоэлемента на передающей стороне. А так-как мы всё это видим через отверстие ещё одного диска Нипкова, то? То мы видим то, что и видит фотоэлемент. Всю картинку переданную по частям, элемент за элементом. А далее строка за строкой. По аналогии с прочтением книги.

   На рис5 Вы видите как бы телевизор на основе того самого диска Нипкова. Что родилось раньше, сам принцип, а уж потом телевизор, или задним числом к телевизору пришпандорили, история умалчивает?! Но факт, — вместо параллельного принципа (как в нашем зрении), применили последовательный! Принцип разложения изображения на полоски-строки и передачи в виде элементов строки. Хотя это было плавное перетекание с элемента на элемент. А такие сигналы стали назвать аналоговыми, так ещё плавно меняющимися в соответствие с яркостными составляющими изображения объекта. И стало быть родившееся телевидение тоже обозвали аналоговым.

   Вы, привыкшие уж слишком быстро ко всяким ЖК и плазмам, скажете, что всё это бред сивой кобылы! Но по данным разведки у нас в «Рассее» выпускались такие вот, механические телевизоры рис12. Но вот появились электронно-лучевые трубки (в нашем случае, — это кинескопы)... И что? А, то! И уже забытое было изобретение Нипкова, вдруг вспомнили, и принцип Нипкова как не странно, используется до сих пор! Правда, в несколько ином виде. Это тоже самое, что читать книгу слева-направо и сверху-вниз. Буква за буквой, — строка за строкой. Переворачиваем страницу и понеслась по новой! Мы читаем и одновременно откладываем прочитанное в памяти, а как же быть с изображением?

   Всё просто. Нам помогает дефект нашего зрения. Да тот самый, который не сразу гасит свет (изображение) в нашем глазу, а держит его некоторое время. Но, в отличие от страницы книги, телевизионная страница появляется извне, по частям и на короткое время. А инерция зрения позволяет видеть всю телестраницу целиком. Диск Нипкова совершив один оборот рисует картинку, следующий оборот и опять та же картинка. Если подобрать очень большую скорость вращения то картинки будут накладываться одна на другую, а мы будем видеть как одну и неподвижную. А если объект в движении? То картинка будет меняться и мы тоже увидим как объект движется. На этом же принципе и построено обычное кино. От кадра к кадру объект занимает одно из зафиксированных положений. А наш мозг воспринимает всё это как плавное движение.

   Как же нам всё это осуществить? Итак, нам нужно передать изображение в виде электрического сигнала. А это значит, что в каждое мгновение нам передадут напряжение какой-то величины. Условно, если точка изображения чёрная, — напряжение равно нулю, а белая (белизна относительно чего-то?) то напряжение максимальное, и тоже какой-то определённой величины. Все остальные градации разной степени серости! И так каждую точку. По идее на приёмной стороне получим изображение. А так ли это? И какого оно будет качества? На рис4а рисунок-портрет испуганной девушки. Разрежем его (портрет) на полоски-строки риc4b. После этого начнём передавать последовательно слева-направо и сверху-вниз рис14. Жёлтый кружочек это отверстие в диске Нипкова или в современном варианте площадь покрываемая электронным лучом. Для нас с Вами это означает, что всё, что попадает в эту площадь фиксируется как напряжение какой-то величины?! Если вся площадь белая то напряжение максимальное. Вся чёрная, — равна нулю. Ну, как мы и договаривались... А всё остальное? Всё остальное даёт как бы сумму напряжений от разных частей площади. Чем больше чёрного, тем меньше напряжение на выходе. И это будет как бы площадь серого (одного из оттенков) и не зависит от того, что попадает в площадь: волосы, глаза, губы...

   На рис13 я для Вас сделал как бы мысленный эксперимент. Вверху полоска (b) портрета рис4b (вторая сверху). Жёлтым кружком проведём вдоль полоски. По всей длине поместятся лишь четыре таких кружков. Внизу то, что мы (судя по напряжениям с фотоэлемента) получим всего лишь четыре градации. Это идеальная картинка. В реальности из-за того, что кружок имеет конечные размеры (а на рисунке бесконечно малые) резкого перехода не будет. Все переходы будут плавными, волнообразными. Об этом в дальнейшем мы с Вами ещё поговорим. По одной только полоске становится ясно, что нужно срочно уменьшать высоту полоски, ну как на рис4с. Стало быть и изображение разбить на более мелкие элементы. И если изображение на рис4b разбивалось на 20 элементов, то на рис4с уже на 475! И тогда площадь нашего кружочка (отверстия в диске Нипкова или диаметра электронного луча) будет сравнима с площадью одной из 475-ти клеточек-элементов (на рис7 и рис13 жёлтый кружочек меньшего размера). И тогда наше изображение будет выглядеть примерно как на рис3! Там изображение разбито, примерно на столько же строк?! Как видите качество изображения ещё то! И, что?

   На рис8 растровое изображение из какой-то газеты? Здесь по моим подсчётам число элементов ещё больше чем на рис7, где-то около 3000?! Забегая вперёд, на телевидение этих элементов плюс/минус свыше 300000! Я имею ввиду чёрно-белое телевидение. В цветном меньше, есть нюансы... И как показательный пример, изображение портрета женщины на рис9,10,11. с различным количеством этих самых полосок строк и как оно влияет на качество?! Думаю Вам и без объяснения всё понятно?! Значит чем на большее число строк разбито изображение, тем качество выше?! То есть, задача поставлена и вперёд??? А так ли это важно, высокое качество? Возьмите любую книгу и вглядитесь в шрифт текста. Сколько всяких подробностей Вы увидите... А теперь отодвиньтесь от книги на расстояние 5-6 диагоналей книги (примерно 2 метра). А, что это за длина? Это если Ваша открытая книга показана на весь экран телевизора, а рекомендация по просмотру, расстояние нормального просмотра 5-6 диагоналей экрана. Ну и? Сколько Вы подробностей увидите в шрифте? И вообще сможете ли хотя бы прочесть? Вот! Вот Вам и ответ о необходимости высокого качества?! Как оказалось, что нет! А, нормально это скока? Но об этом в другой мини-лекции.