История отрасли пособие

1967 г. Начато использование в магнитофонах системы динамического ограничения шума (Dinamic Noise Limiter), разработанной американским инженером Ричардом Долби. В этой системе производится усиление слабых сигналов перед записью, а при воспроизведении - ослабление.

1970 г. Начаты разработки цифровой записи звуковых сигналов с -не подвижными магнитными головками, для обеспечения которой использовалось до 10 дорожек на магнитной ленте.

1977 г. Изобретена грампластинка с цифровой записью сигнала, получившей название "компакт-диск (СД)". Достоинством пластинки с цифровой записью является практическое отсутствие собственных шумов при частотном диапазоне, полностью перекрывающим возможности нормального человеческого слуха. Японскими фирмами проведена демонстрация опытных устройств воспроизведения звука лазерным лучом.

1982 г. Фирмы Sony и Philips разрабатывают цифровой компакт-диск CD, ставший в конце XX в. массовым звуковым носителем. Фирмами Sony и Philips была применена оптическая запись с помощью полупроводникового лазера на компакт-дисках, что обеспечило высокое качество звучания. Распространению компакт-дисков способствовали долговечность, малые габариты и удобство эксплуатации. Компакт-диск изготавливается из прозрачного полимера. На рабочей поверхности с отражающим слоем расположены -ка навки, в которые записываются цифровые коды в виде углублений (питов).

1985 г. Разработка стандарта магнитной записиR-DAT (Rotary head DAT - цифровая наклонно-строчная запись с вращающейся головкой) для бытовой техники. В этом стандарте для записи используется магнитная лента шириной 3,81 мм на кассете - 73x54x10,5 мм. Запись и воспроизведение осуществляются с помощью двух головок, расположенных под углом 180о на барабане блока вращающихся головок.

1992 г. Фирма Sony разработала новый носитель записи звукаминидиск (MD), который может обеспечить 74 минуты звучания, быстрый доступ к любой записи и возможность изменения порядка записей на диске, их разделение или слияние. Название исполняемого произведения индицируется бегущей строкой. Минидиски выдерживают миллион циклов перезаписи при сохранении качества звучания.

1997 г. Начато распространение оптической технологии хранения информации на многослойных двусторонних цифровых универсальных дисках DVD, которые применяются для записи звука, видео и файлов данных емкостью до 4.7 ГБайт.

В начало

6. ТЕЛЕВИДЕНИЕ

Телевидение - первая действительно демократическая культура, доступная каждому.

Клив Бернс

Внастоящее время под телевидением понимается преобразование оптического изображения (световых лучей, отраженных оригиналом) в электрические сигналы, передачу их на расстояние, а затем обратное преобразование электрических сигналов в видимое изображение.

Кпервым попыткам наблюдения изображений с помощью технических средств относится появление камеры обскуры (287 г. до н.э.), дополненной де Порта в 1558 г. линзой. Развитие систем передачи сообщений с помощью электрических сигналов наводило на мысль о возможности использования аналогичных принципов и для передачи изображений. Первые устройства передачи изображений были способны передавать только статические изображения и являлись в современном понимании устройствами фототелеграфии, что не решало в полной мере задачу видения на расстоянии. В 1833 году бельгийским физиком Плато была открыта инерционность человеческого зрения, то есть свойство "видеть" какое-то короткое время изображение, когда его уже на самом деле не существовало. Эффект инерционности зрения использовали создатели кинематографа, передавая последовательно 24 неподвижных изображения (24 кадра) в секунду.

Для перехода от фототелеграфии к передаче движущихся изображений требовалось найти способ преобразования света в электрические сигналы, и после передачи их на расстояние вновь преобразовать в свет. Принципиальная возможность решения этой задачи появилась после открытия светочувствительности химического элемента селена, сопротивление которого изменяется под действием света. На основе этого свойства селена были предложены многочисленные проекты передачи сигналов на расстояние при помощи электричества. Первые изобретатели пошли по пути простого копирования явлений природы и пытались построить телевизионные системы по аналогии

сустройством зрительного аппарата человека. Светочувствительной сетчатке глаза в них соответствовала панель с большим количеством селеновых пластинок, составляющих основу передающего устройства. Центры коры головного мозга, где создаются зрительные восприятия, представлялись источниками света (например, лампочками накаливания), расположенными в месте приема. Все изменения передаваемого изображения должны были отражаться в изменении яркости свечения источников света в приемном устройстве, что позволяло в принципе производить передачу движущихся изображений.

Впроцессе экспериментов выяснилось, что целое изображение передавать сложно и поэтому его целесообразно передавать отдельными элементами. Эта идея в дальнейшем была реализована в проектах телевизионных сис-

тем, основанных на использовании различных механических устройств. Передающее устройство в большинстве этих систем представляло собой сочетание селенового светоэлектрического преобразователя и механизма для развертки изображения. Открытие внешнего фотоэффекта, изобретение элек- тронно-лучевой трубки и радиосвязи оказали решающее влияние на развитие телевидения. В начале XX в. телевидение сделало свои первые практические шаги. Изобретатели в Англии, Германии, СССР и США осуществили передачу на небольшие расстояния силуэтных движущихся изображений при помощи оптико-механических телевизионных систем.

Однако механическое телевидение не обеспечивало удовлетворительного качества передачи изображения. На смену механическим системам пришли электронные системы телевидения. Первое устройство электронного телевидения было сделано русским ученым Б.Л.Розингом в1907 г., предложившим приемную трубку для "электрической телескопии". Полный переход к электронным системам телевидения стал возможным после разработки конструкций передающих электронно-лучевых трубок. Исследования в области передающих и приемных электронно-лучевых трубок, схем развертывающих устройств, широкополосных усилителей обеспечили переход к цвет-

ному телевидению. Развитие микроэлектроники позволило осуществить в конце XX в. цифровую обработку телевизионных сигналов, обеспечивающее высокое качество изображения.

Хронология

1802 г. Английский физик Т.Юнг определил принцип передачи -изо бражения на расстояние, согласно которому необходимо найти способ в месте передачи преобразования оптического изображения(световых лучей, отраженных оригиналом) в электрические сигналы, передачи их на расстояние, а в пункте приема произвести обратное преобразование электрических сигналов в видимое изображение.

1833 г. Ж.Плато наклеил по краям диска рисунки, запечатлевшие последовательные позы танцующей балерины, и стал вращать диск перед окошком, в котором помещалось лишь одно изображение. При этом зритель видел в окошке балерину, плавно исполнявшую свой танец.

1843 г. Шотландский психолог Александр Бен получил патент на -ко пирующий телеграф, который можно считать ранним предшественником телевидения. Аппарат Бена был предназначен для передачи изображений с металлических клише или с металлических типографских литер.

Первый вариант аппарата представлял собой две доски(одна на передающем узле, вторая на приемном) с вбитыми в них металлическими штырями. Каждый штырь передающей доски соединялся проводом через источник питания со своим штырем на приемной. Приемная доска покрывалась листом

бумаги, пропитанной солями щелочных металлов. На передающую доску накладывался типографский шрифт, который замыкал определенные штыри. Этот контакт переходил и на концы штырей приемной доски. Под действием электрического тока в месте контакта бумага изменяла свою окраску, создавая определенный рисунок или текст. По сути своим изобретением А. Бен осуществил принцип факсимильной передачи данных по проводам.

Это изобретение уже содержало в себе три существенных признака телевизионных систем:

-разложение цельного оригинала на отдельные элементы(точки), которые передаются по очереди в строгой последовательности;

-построчную развертку изображения;

-синхронное движение коммутирующих устройств на передающей и принимающей станциях.

Из-за своей сложности и высокой цены копирующий телеграф не получил практического применения.

Во втором варианте аппарата Бен использовал два электрических маятника, по одному на передающем и приемных узлах. Оба маятника синхронно колебались над вращающимися цилиндрами. Отправитель писал текст сообщения на электропроводящем материале, а затем заворачивал в этот материал цилиндр. При вращении передающего цилиндра для передачи всего сообщения игла маятника снимала импульсы тока в месте нахождения текста. На приемном узле линии игла маятника делала отметки на светочувствительной бумаге в соответствии с сигналами первой иглы, и таким образом воспроизводился передаваемый текст.

1848 г. Английский физик Ф.Бэкуэлл предложил систему фототелеграфа, в которой на передающем узле изображение рисовалось неэлектропроводной краской на металлической пленке, помещенной на поверхности вращающегося барабана. По барабану перемещался контактный грифель, соединенный с батареей и приемником. В приемнике, устроенном аналогично передатчику, на бумаге, смоченной раствором цианистого калия, под действием

тока на неокрашенных участках изображения проявлялся . рисуно Ф.Бэкуэллом была проведена опытная передача изображения по проводам.

Ф.Бекуэлл предложил проект фототелеграфа для передачи рисунков по двухпроводной линии. По его проекту передаваемый рисунок наносился диэлектрической краской на металлическую фольгу, которая натягивалась на цилиндр. При передаче вдоль цилиндра перемещался ползунок, связанный с приемным цилиндром. Над передающим цилиндром и приемным листом помещались синхронно качающиеся маятники длиною 2 м и весом 18 кГ с контактными щупами. На приемном узле использовался плотный лист бумаги, пропитанный железно-углеродистым калием. Передача рисунка размером 10х12 см, разложенного на 120 строк, производилась за 2 мин. Стоимость передачи одной такой фототелеграммы составляла 16 рублей.

1858 г. Итальянский аббат Джованни Казелли разработал устройство, названное им "пантографом", предназначенное для передачи рисунков или текста. Передаваемое изображение нужно было начертить на листе оловянной фольги специальными чернилами, не проводящими электрический ток, и укрепить на металлической пластине передающего аппарата. На приемном аппарате на такую же пластину укрепляли лист бумаги, пропитанной раствором железно-углеродистого калия. Посредством специальных механизмов по изображению и по влажному листу бумаги скользили контактные проволочки, осуществляя развертку изображения по строкам. Когда контактная проволочка на передающем аппарате касалась участков фольги с линиями изображения, по цепи протекал электрический ток, который вызывал электролиз раствора железосинеродистого калия, в результате на бумаге в приемном аппарате воспроизводилась точная копия передаваемого изображения.

Рис.84. Фототелеграфный аппарат Казелли, 1862 г.

1875 г. Американский инженер Ж.Кери предложил проект многоканальной системы передачи изображений на расстояние, в которой светочувствительной сетчатке глаза соответствовала панель с большим количеством миниатюрных селеновых пластинок, являющаяся передающим устройством, а приемником - источники света из ламп накаливания. Каждая селеновая пластинка на панели передатчика была связана с соответствующей лампочкой на панели приемника парой электрических проводов. Преобразование оптического изображения в электрические сигналы в предложенной системе должно было осуществляться одновременно и непрерывно всеми селеновыми пластинками. Керн считал, что все изменения передаваемого изображения

должны были отражаться в изменении яркости свечения источников света в приемном устройстве, производя передачу движущихся изображений.

1877 г. Французский адвокат Константин Сенлек предложил"Телефоноскоп" - устройство для поочередной передачи по одному проводу элементов изображения. На передающей стороне штифт из селена двигался вдоль

строк изображения. Сигнал от него передавали по одному проводу в приемник, где мягкий карандаш синхронно перемещался по бумаге, и с помощью электромагнита, управляемого принимаемым сигналом, регулировалось его давление на бумагу. Таким образом, предполагалось повторять изображение с различной яркостью его элементов. Предложенное устройство по существу было фототелеграфом, но принцип поочередности передачи частей изображения в нем - телевизионным.

1878 г. Португальский профессор физики Адриано де Пайва в одном из научных журналов изложил идею устройства для передачи изображений по проводам, схожую с устройством Керна. В качестве передающего устройства де Пайва предложил использовать камеру-обскуру, на задней стенке которой устанавливалась большая панель из селеновых пластинок, по которой перемещался построчно металлический щуп. Приемный узел по его замыслу представлял собой плоский светильник из набора электрических лампочек с матовой панелью. Поскольку сопротивление участков панели зависит от их освещенности, то передаваемый сигнал с помощью электромагнитных реле регулировал освещенность этого светильника.

1879 г. (80). К.Сенлек в брошюре "Телектроскоп" описал проект телевизионного устройства, состоящего из двух панелейпередающей и принимающей. Передающая панель представляла матрицу из множества селеновых элементов, а приемная - из такого же количества газоразрядных лампочек.

Изображение проецировалось на передающую панель, в результате чего с каждой из ячеек, в зависимости от ее освещения, снимался ток определенной величины. На передающей и принимающей станциях располагались механические коммутаторы, соединенные между собой электрическим проводом и действовавшие синхронно. Передающий коммутатор, с большой скоростью замыкая последовательно все ячейки матрицы(как бы обегая их построчно), передавал с каждой из них ток на приемный коммутатор. На приемной панели последовательно вспыхивали лампочки, яркость свечения которых зависела от величины передаваемого тока. Сенлек построил действующую модель своего телектроскопа, который смог только передать нескольких светящихся точек.

1880 г. Д.Керн модернизировал приемный узел Сенлека, подключив к коммутатору светоклапанную систему, в которой каждая лампочка накаливания соединялась отдельным проводом со своей селеновой пластиной на передающем узле и прикрывалась отдельным клапаном.

Д.Перри и В.Айртон предложили устройство для передачи изображений, построенное по принципу глаза человека, - панель из селеновых элементов, на которую проецировалось изображение. Каждый элемент соединялся отдельным проводом с катушкой своего электромагнита в приемнике и батареей. Катушка была надета на трубку, внутри которой был подвешен сталь-

ной кружок, поворачивавшийся и тем самым закрывавший частично просвет на угол, зависевший от значения тока в катушке, т.е. от сопротивления селена. Плоскость отверстий всех трубок образовывала приемный экран, сзади которого находился источник света.

М.Леблан сформулировал принцип формирования телевизионного изображения, заключавшийся в быстром сканировании каждого элемента изображения последовательно, строка за строкой и кадр за кадром. Для реализации принципа он предложил применять качающееся зеркало для получения развертки изображения в двух направлениях. Позже он предложил идею передачи цветного изображения. По его предложению световой поток можно разложить с помощью призмы на семь спектральных цветов. Каждый цвет должен был воздействовать на свой селеновый элемент. Образованные фототоки от этих элементов должны передаваться по проводам в приемник, содержащий семь источников соответствующих цветов.

Д.Керн построил аппарат, у которого передающая часть была выполнена по проекту Сенлека, а приемная состояла из набора угольных стержней, формирующих дуговой разряд.

П.И.Бахметьев разработал проект (опубликован в журнале "Электричество", № 1, 1885 г.) механической системы передачи изображения поочередной передачей и воспроизведением элементов изображения. Его проект основывался на малой инерционности работы газовой горелки.

Рис.85. Установка П.И. Бахметьева

Передающая часть устройства содержала камеру– обскуру (К), на задней стенке которой размещалась небольшая селеновая пластинка, соединенная проводом через батарею питания(Е) с электромагнитом на приемной станции. Приемная часть содержала газовую горелку(Г) с редуктором (Р), управляемым электромагнитом. Электрический сигнал от селеновой пластины по линии связи подавался на электромагнит, управляющий редуктором подачи светильного газа, поступающего в горелку через регулировочную

щель. В зависимости от величины тока электромагнит управлял газовым редуктором, и светильный газ горел с различной яркостью. Свет пламени отражался параболическим зеркалом и линзой направлялся на экран, давая на нем светлую точку. Таким образом, яркость светового пятна, формируемого горелкой, соответствовала яркости считываемой точки изображения. Система Бахметьева была пригодна для передачи изображений неподвижных или медленно движущихся объектов.

1884 г. Немецкий студент Пауль Нипков нашел оригинальное решение проблемы развертки передаваемых изображений. Особенностью его проекта был разработанный им принцип механического разложения изображения на составные элементы, что позволило считать его устройство "электромеханическим" телевидением.

Основным узлом механизма развертки являлся диск, в котором было просверлено по спирали 24 отверстия. Расстояния между отверстиями были одинаковы, но каждое следующее было смещено к центру диска на величину диаметра отверстия. За счет этого каждое отверстие пропускало свет поочередно от отдельных элементов изображения так, что за один оборот диска происходила передача одной строчки. Отраженный свет от передаваемого объекта попадал на светочувствительный элемент(селен, а в дальнейшем фотоэлемент с внешним фотоэффектом) через отверстия. Свет проходил поочередно через 1-е отверстие от элементов 1-й строки изображения, через 2-е отверстие - от элементов 2-й строки и т. д. Далее по проекту Нипкова световые сигналы попадали на фотоэлементы и от него по проводам передавались к приемнику, в качестве которого использовалась плоская неоновая лампа размером 2 х 3 см.

Рис.86. Диск Нипкова

Диск вращался со скоростью300 об/мин с тем, чтобы обеспечить за минуту передачу одного кадра. Нипков предлагал оснастить дисками передающий и приемный центры и обеспечить их синхронное вращение. Количество строк в изображении было равно количеству отверстий в диске; значение сигнала на выходе светочувствительного элемента пропорционально освещенности элемента изображения. В приемнике такой же диск помещался между наблюдателем и источником модулированного света и вращался синхронно с передающим. В дальнейшем это была неоновая лампа с плоским анодом, яркость свечения газового разряда в которой пропорциональна приложенному к ее электродам напряжению сигнала. Наблюдатель видел источник света через отверстия в диске, т.е. видел светящиеся строки, яркость элементов которых пропорциональна яркости таких же элементов в изображении на диске передатчика. На приемной стороне Нипков предложил использовать магнитооптический (основанный на эффекте Фарадея) модулятор света, изменяющий яркость восстанавливаемого изображения. Для формирования изображения был необходим другой диск, аналогичный диску передатчика и вращающийся синхронно с ним.

Таким образом, П.Нипков предложил следующие принципы телевидения: разложение изображения на поочередно передаваемые элементы, разложение кадра на поочередно передаваемые строки, передачу подвижных изображений в виде последовательности передаваемых с достаточной скоростью кадров так, что наблюдатель за счет инерции зрения мог видеть непрерывное движение объектов.

1889 г. Л.Вейлер во Франции изобрел зеркальное колесо для обеспечения развертки изображений.

1895 г. Немецкий физик К.Браун создал катодную(электроннолучевую) трубку, которая представляет собой наполненную газом стеклянную колбу. В трубке электроны под воздействием ускоряющего поля анода направляются в виде электронных лучей к экрану, представляющего собой стеклянную пластину, покрытую слоем люминофора. Трубка Брауна впоследствии легла в основу измерительной и телевизионной техники.

1897 г. Д.Томсон открыл эффект отклонения катодных лучей под воздействием электрического поля, измерил заряд и массу частиц, из которых лучи состоят, и назвал эти частицы электронами.

Карл Браун изобрел осциллоскоп – прибор для рассмотрения процессов электрических сигналов. Исследуемый электрический сигнал подается на катушку, расположенную на колбе катодной трубки, магнитное поле которой отклоняет по вертикали электронное пятно на экране, в результате чего образуется светящаяся вертикальная линия. С помощью внешнего качающегося зеркала эта линия проецируется на внешний экран и отклоняется по горизон-

тали, а на экране образуется светящаяся осциллограмма, фиксирующая изменения сигнала во времени.

Польский учитель Ян Щепаник предложил применять для развертки изображения зеркала.

1898 г. Польский гимназист Мечислав Вольфке подал патентную заявку на телевизионное устройство с передачей сигналов с помощью электромагнитных волн. На передающей стороне сигнал изображения, получаемый с помощью диска Нипкова с селеновой пластинки, подавался на первичную обмотку трансформатора, вторичная обмотка которого замыкалась на искровой генератор электромагнитных волн(вибратор Герца). Проекция изображения проиводилась по системе Нипкова с помощью газоразрядной трубки.

1899 г. Немецкий физик Вихарт предложил производить фокусировку электронных лучей в катодной трубке магнитным полем.

1900 г. Инженер-технолог А.А.Полумордвинов предложил цветную телевизионную систему (механическую светораспределительную систему развертки), основанную, как и современная система цветного телевидения, на трехкомпонентной теории цвета.

В отличие от оптико-механической системы с диском Нипкова, в предложенной А.А.Полумордвиновым системе использовано два диска, размещенных на одной оси и вращающихся с разной скоростью. В первом диске прорезывались щели по радиальным линиям, а во втором имели вид архимедовой спирали. В процессе вращения пересечение щелей создавало сквозное отверстие ромбической формы, через которое свет попадал на фотоэлемент. Щели в одном из дисков закрывались последовательно красным, зеленым и фиолетовым светофильтрами. Количество щелей на дисках выбиралось кратным трем — по числу основных цветов. Изобретение было оформлено выдачей изобретателю привилегии (патента) на "Светораспределитель для аппарата, служащего для передачи изображений на расстояние со всеми цветами и их оттенками и всеми тенями".

Во втором варианте "Светораспределителя" Полумордвинов применил два концентрических цилиндра, вращающихся один внутри другого, а в третьем он предложил использовать две призмы с одинаковым количеством зеркальных граней, вращающихся во взаимно перпендикулярных осях.

Английский предприниматель и ученый Д.Бэрд купил у Полумордвинова патент, что предоставило ему реальные возможности изготовить аппарат. После некоторых усовершенствований Бэрду удалось в1925 г. провести серию лабораторных испытаний опытной передачи цветного изображения на расстояние. В 1928 г. он уже демонстрировал систему цветного телевидения.

28 апреля 1900 г. на заседании отдела Русского технического общества рассматрена улучшенная система Полумордвинова - "телефот".