Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop
«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»
Опыт решения задач по юриспруденции более 20 лет!
Магазин контрольных, курсовых и дипломных работ |
Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop
«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»
Опыт решения задач по юриспруденции более 20 лет!
§1. 24 кадра в секунду: начало видеотехники
В начале ХVIII в. в Англии невероятной популярностью пользовалась несложная игрушка: на внутренней стенке барабанчика с прорезями была многократно нарисована одна и та же фигурка в разных фазах движения. Если крутить барабанчик и смотреть на фигурку сквозь щели, кажется, что она оживает и движется. Это так изумляло зрителей, что игрушку назвали фантаскопом (от греч. “фантастике” — “искусство воображать” и “скопео” — “смотрю”). Спустя сто лет, в 1832 г., похожее устройство (вместо барабана в нем было два диска) придумал венский ученый С. Стампфер. Применялось оно для исследовательских целей и именовалось стробоскопом (от греч. “стробос” — “кружение” и “скопео”). Эти нехитрые конструкции могут по праву считаться предками кино — не только самого популярного вида искусства, но и средства научных исследований.
Датой рождения кино считается 28 декабря 1895 г., когда в подвале парижского “Гран-кафе” на бульваре Капуцинок братья Огюст (1862—1954) и Луи (1864—1948) Люмьеры продемонстрировали свои первые фильмы “Выход рабочих с завода Люмьеров”, “Прибытие поезда на вокзал Ла Сьота”. Однако тремя годами раньше, в 1892 г., патент на способ съёмки движущихся изображений и на аппарат для нее получил французский инженер Леон Були, который придумал и само слово кинематограф (от греч. “кинема” — “движение” и “графо”). Но средств на оплату патента он не имел и права на изобретение потерял.
В Америке иногда “отцом кино” называют фотографа Эдварда Майбриджа, который снимал “фильмы” о беге лошадей, расставив вдоль дорожки 50 фотокамер. Их затворы спускала сама лошадь, обрывая натянутые поперек дорожки нити. Работа была проделана в чисто научных целях: так удалось в подробностях рассмотреть особенности бега лошадей.
Возможно, именно конструкция дискового стробоскопа натолкнула в 1882 г. французского врача и физиолога Этьена Жюля Марея (1830—1904) на мысль сконструировать своеобразное фоторужье. Им снимали подряд 12 кадров на круглую пластинку. Фоторужье использовали для съемки в движении птиц и зверей; получались коротенькие фильмы. И только после того, как в 1890 г. изобрели целлулоидную пленку со светочувствительным слоем и двумя рядами отверстий по краям — перфорацией (от лат. perforo — “пробиваю”), техника кино стала походить на сегодняшнюю.
За сто с лишним лет существования кинематограф сильно изменился. Сначала появился широкий экран, затем панорамный (от греч. “пан” — “все” и “хорама” — “вид”) — он охватывал зрителей с трех сторон. Давно снимаются объемные, стереоскопические (от греч. “стереос” — “объемный”, “пространственный” и “скопео”), кинофильмы. С помощью специальной техники можно заснять головокружительные трюки без всякой опасности для актеров. Отдельной областью киноискусства стала мультипликация, или, как ее еще называют, анимация (“оживление”), рисованных либо кукольных персонажей. В кино пришла вычислительная техника: в игровых фильмах есть сцены, частично или даже целиком “нарисованные” компьютером, которые совершенно неотличимы от заснятых камерой.
Важную роль играет научное и техническое применение кино. Покадровая регистрация медленно протекающих процессов позволяет в сотни раз “сжать” время их протекания. А благодаря кинокамерам, снимающим миллионы кадров в секунду, можно в деталях разглядеть явления, происходящие за доли секунды. Техника для этого требуется особая: изображение там скользит по неподвижной плёнке, перед каждым кадром которой стоит свой объектив.
Кинематограф сегодня — это огромная отрасль промышленности. Во всем мире сотни больших и малых киностудий выпускают тысячи фильмов в год. Миллионы людей работают в съемочных павильонах, монтируют и копируют кинофильмы. Но у кинематографа появились серьезные конкуренты — магнитная видеозапись и электронная техника.
В свое время, в 60-х гг., очень популярно было кинолюбительство. Сейчас его практически полностью вытеснила видеотехника. И не только его: видеокамерами давно снимают репортажи для телевидения. Магнитная запись удобна и практична: на одну кассету можно снимать многократно, а изображение сразу же просмотреть и при необходимости переснять. Появились телевизионные проекторы для большого экрана с множеством удобных функций, недоступных киноаппарату. Эпоха привычного для нас кинематографа подходит к концу.
§2. Техника телевидения
Столь привычное для нас слово “телевидение” означает “вещание на расстоянии” (от греч. “теле” — “вдаль” и лат. visio — “видение”). Именно эта возможность видеть события, происходящие на значительном расстоянии, сделала телевидение незаменимым средством массовой информации и культурного общения людей, народов, стран.
В телевидении был принят принцип последовательной передачи элементов изображения. Этот принцип разработали в конце ХIХ в. португальский ученый А. ди Пайва и независимо от него русский физик и биолог Порфирий Иванович Бахметьев (1860—1913), который считал, что устройство, названное им “телефот”, способно передавать изображение по проводам телеграфной линии.
В 1897 г. немецкий изобретатель Карл Фердинанд Браун (1850—1918), доктор физики и профессор Страсбургского университета, будущий лауреат Нобелевский премии, создал электронно-лучевую трубку, названную его именем. В ней луч электронов, испускаемых катодом, заставлял светиться флуоресцентный (от лат. fluor — “течение”, “текущая жидкость”) экран.
В 1907 г. профессор Петербургского технологического института Борис Львович Розинг (1869—1933) предложил использовать электронно-лучевую трубку в приемнике телевизионной системы, в передающей камере которой развертка изображения осуществлялась вращающимся зеркальным барабаном. Б.Л. Розингу был выдан патент на “способ электрической передачи изображения на расстоянии”. Ученый сконструировал действующую модель телевизионной установки и 9 мая 1911 г. получил первое в мире изображение геометрических рисунков на экране электроннолучевой трубки.
Практически вплоть до 30-х гг. ХХ в. телевидение развивалось по пути использования оптико-механических устройств. Начал их разрабатывать немецкий изобретатель Пауль Готлиб Нипков (1860—1940). В 1884 г. он запатентовал телевизионную систему, основанную на изобретенном им способе сканирования изображения с помощью непрозрачного вращающегося диска с отверстиями, расположенными по спирали.
Значительный вклад в дальнейшее развитие телевидения внес шотландский инженер-электрик А. Кэмпбелл Свинтон. В докладе, представленном Лондонскому рентгеновскому обществу в 1911г., он рассказал об электронно-лучевых трубках с магнитной отклоняющей системой, предназначенных и для приема, и для передачи. В последнем он применил мозаичный экран из фотоэлектрических ячеек. Передаваемое изображение фокусировалось на экран, задняя часть которого разряжалась электронным лучом, последовательно, строка за строкой сканирующим изображение.
Блестящие идеи Свинтона начали реализовываться значительно позже, с середины 30-х гг., когда после изобретения усилительных электровакуумных ламп появились системы электронного телевидения, сменившие оптико-механические.
Разработка и развитие систем электронного телевидения в США связаны с именами В.К Зворыкина и Ф.Т. Фарнсворта. В нашей стране над телевидением работали И.А. Адамян, Б.П. Грабовский, С.И. Катаев, А.П. Константинов, П.В. Тимофеев, П.В. Шмаков и др.
В 20-х гг. ХХ в. многие изобретатели продолжали работать над созданием телевизора механического типа. Экран экспериментальных аппаратов был чуть больше спичечного коробка, а само изображение — расплывчатым и неустойчивым. Так, в конце ХIХ в. немецкий изобретатель П.Г. Нипков создал механическую телевизионную систему. Устройство на основе диска Нипкова с квадратными отверстиями, расположенными по спирали, обеспечивает простой и эффективный способ сканирования изображения. Объектив фокусирует изображение на кадровом окне, мимо которого пробегает край диска. Его отверстия поочередно — от самого верхнего до нижнего — прочерчивают окно горизонтальными строчками. За один оборот диска сканируется весь кадр, а затем процесс повторяется. В диске Нипкова было 18 отверстий, растр изображения получался с очень низкой разрешающей способностью — 18-строчным. Пробегая по строке вдоль изображения, отверстие “считывает” распределение его яркостей. За диском стоит линза, которая фокусирует прошедший через отверстия свет на фотоэлементе. Колебания яркости фотоэлемент преобразует в последовательность электрических импульсов, которые по радио передаются к приемникам.
Телевизионный приемник устроен аналогично камере. Перед диском Нипкова расположено кадровое окно с увеличительной линзой; за ним — газоразрядная лампа, на которую подаются импульсы. Яркость лампы меняется согласно напряжению импульсов; оба диска — в передатчике и в приемнике — вращаются с одной скоростью. Тем самым воспроизводилось первоначальное изображение. В силу инерции зрения наблюдатель видел его как единое целое, а не как ряд световых точек.
Однако достаточно быстро стало ясно, что у механического телевидения перспектив нет: будущее — за телевидением электронным. Главная заслуга в появлении первой практически пригодной электронной системы принадлежит Владимиру Кузьмичу Зворыкину (1888—1982). Он родился в старинном русском городе Муроме в семье купца.
Идея создания телевизора, в котором изображение будет “рисоваться” электронным лучом, возникла у В.К. Зворыкина уже во время учебы в Петербургском технологическом институте. Окончил его Владимир Зворыкин в 1912 г., а спустя два гола началась Первая мировая война, и молодому радиоспециалисту пришлось надеть военную форму. После Октябрьской революции Зворыкину тоже было не до научных опытов: ему, как бывшему белому офицеру, грозил арест. В 1918 г. В.К. Зворыкин уехал из страны, а в 1919 г. поселился в США.
Найти работу эмигранту из России, к тому же плохо владевшему английским языком, оказалось непросто. Только спустя гол после приезда Зворыкин был принят на работу в фирму “Вестингауз электрик” в Питсбурге. В 1923 г. новый сотрудник собрал опытный, весьма далекий от совершенства образец системы электронного телевидения. Но американцы не любят вкладывать деньги в ненадежное дело. Похлопав изобретателя по плечу, директор фирмы Г. Дэвис посоветовал: “3аймись, парень, чем-нибудь более полезным”. Однако убедить русского инженера в бесперспективности электронного телевидения оказалось невозможно. Каждый день до позднего вечера он упорно трудился в лаборатории над совершенствованием своего изобретения.
В 1929 г. Зворыкин перешел в “Радио корпорейшн оф Америка”, и здесь его идеи нашли понимание и необходимую финансовую поддержку. С помощью сотрудников талантливый ученый изготовил катод со сложной фотомозаичной структурой, нашел способ усиления малых токов, возникающих в миниатюрных фотоэлементах, решил множество других технических проблем. В результате кропотливых экспериментов в 1931 г. была создана работоспособная приемная телевизионная трубка — иконоскоп (от греч. “эйкон” — “изображение” и “скопео”).
Иконоскоп, “предок” современной передающей трубки — суперортикона, был весьма несовершенен и давно не используется. Но он хорошо иллюстрирует принцип электронного преобразования изображения и его сканирования.
Иконоскоп представляет собой вакуумный стеклянный баллон. В его широком конце укреплен лист слюды, тыльная поверхность которого, покрытая тонким слоем металла, называется сигнальной пластиной. На передней поверхности листа выложена мозаика из сотен тысяч крошечных капелек серебра, обработанных парами цезия с кислородом, — светочувствительных зерен. Объектив телевизионной камеры фокусирует на мозаике изображение. Световой поток выбивает из серебра электроны, которые улетают на заземленный кольцевой электрод. Чем ярче освещена мозаика, тем больше электронов она теряет. В результате на мозаике образуется положительно заряженный “электрический рельеф”, в точности повторяющий распределение света и тени на изображении. В этот момент на сигнальной пластине индуцируется отрицательный заряд. В горловине бокового рукава иконоскопа расположен электронный прожектор, излучающий тонкий пучок электронов. Отклоняющая система заставляет его обегать построчно всю мозаику и восполнять на ее зернах электроны, потерянные под действием света. Каждая порция электронов, попавших на зерно, вызывает на сигнальной пластине импульс отрицательного напряжения, который будет тем выше, чем ярче зерно освещено. Электронный луч пробегает всю мозаику, порождая в цепи сигнальной пластины переменный электрический ток. Электронная схема “срезает” его отрицательную составляющую, а положительная, повторяющая “электрический рельеф”, усиливается; к ней добавляются сигналы синхронизации от приемника. Этим током передатчик модулирует радиоволну и излучает ее в эфир.
Вскоре компания, в которой работал В.К. Зворыкин, наладила серийное производство аппаратуры, и в 1936 г. в США начались первые телевизионные передачи.
Научные интересы Зворыкина не ограничивались телевидением. В последующие годы он внес большой вклад в создание электронных микроскопов, разнообразной аппаратуры для медицины, приборов ночного видения и др.
В.К. Зворыкин прожил долгую, насыщенную событиями жизнь. В фирме, где ученый сделал выдающиеся изобретения, рабочий кабинет сохранили за ним до конца жизни. Даже в преклонном возрасте Зворыкин любил приходить туда, чтобы обсудить с коллегами возникшие идеи. “Россия дала мне глубокое разностороннее образование, — сказал он в одном из выступлений. — Но время было такое, что реализовать свои научные идеи я смог только в Америке”. В.К. Зворыкин являлся членом Американской академии искусств и наук, его имя занесено в Галерею славы американских изобретателей.
В 1932 г. “Радио корпорейшн оф Америка” (Американская радиовещательная корпорация) продемонстрировала телевизионную систему, в которой применялось только электронное сканирование. Приемной трубкой в телевизионном приемнике служил кинескоп (от греч. “кинео” — “привожу в движение” и “скопео”), а передающей в телекамере — иконоскоп.
Обратное преобразование электрической энергии в световую и, следовательно, восстановление изображения происходят в приемной трубке телевизора — кинескопе. Что из себя представляет устройство кинескопа?
Кинескоп представляет собой коническую колбу, из которой выкачан воздух. Ее дно, экран, покрыто люминофором — веществом, светящимся под действием потока электронов. В цилиндрической горловине, как и в иконоскопе, помещен электронный прожектор, луч которого пол действием отклоняющей системы чертит на люминофоре строки.
Отклоняющие системы бывают двух типов — электростатические и магнитные. Электроны в луче притягиваются к положительно заряженной пластине и отталкиваются от отрицательно заряженной. Подавая на пару пластин переменное напряжение, луч заставляют бегать по экрану с частотой изменения напряжения. Так работает электростатическая отклоняющая система. Но летящий электрон отклоняется и магнитным полем. Установив в горловине кинескопа систему катушек и подан на них переменный ток, тоже можно управлять движением луча. В той и другой системе управляющее напряжение подается с генераторов строчной и кадровой развертки.
Яркость отдельных точек изображения изменяется управляющим электродом электронного прожектора. Принятый антенной телевизионный сигнал преобразуется, усиливается и подается на этот электрод. Так как люминофор светится тем сильнее, чем интенсивнее электронный луч, движение которого строго синхронизировано с передающей трубкой, распределение яркости точек на люминофоре оказывается таким же, как на мозаике иконоскопа, и на экране возникает переданное изображение.
К началу 50-х гг. в системах цветного телевидения использовался принцип разделения черно-белого сигнала и сигналов цветности. Черно-белый сигнал обеспечивает высокое разрешение в передаче мелких деталей изображения и может быть принят всеми телевизорами. Сигналы цветности проецируются (от лат. projectio — “бросание вперед”) на светлые области черно-белого сигнала, “раскрашивая” изображение в нужные цвета. Эта система позволяет принимать цветные программы в черно-белом изображении на черно-белых телевизорах и черно-белые — на цветных.
Но уже в 50-х гг., после ряда технологических усовершенствований, появились цветные телевизионные трубки с более четким изображением. Стали развиваться кабельные системы телевидения. В конце 70-х гг. были созданы проекционные устройства для просмотра изображения на большом экране. Затем получили распространение видеомагнитофоны для записи телепрограмм и видеофильмов, проигрыватели лазерных видеодисков.
В телевидении, как и в радио, есть передающая сторона, посылающая информацию, и есть принимающая сторона, которая эту информацию доносит до конечного адресата. В телевизионной системе роль передающей стороны играет телекамера (телевизионная камера). Объектив камеры создает изображение, а электронная система преобразует его в последовательность электрических импульсов (сигналов). Принимающей стороной служит телевизор (телевизионный приемник); в нем электрические сигналы, поступающие от телекамеры, превращаются в видимое изображение.
Сигналы от телекамеры к телеприемнику могут передаваться двумя путями: либо по специальным проводам — высокочастотным коаксиальным кабелям в системе кабельной телевизионной сети, или с помощью радиоволн.
Кабельное телевидение используется на больших предприятиях, в крупных поселках и отдельных районах городов. Телевизионную съемку проводит местная студия, и видеосигнал низкой частоты подается по кабелю непосредственно на телевизионные приемники.
Дистанционные системы охраны и наблюдения тоже образуют кабельную сеть. Их телевизоры — мониторы (от лат. monitor — “напоминающий”) предназначены только для работы со “своими” камерами.
В случае передачи сигналов по эфиру мы имеем дело с системой телевизионного широковещания. В ней сигнал от телекамеры поступает на мощный радиопередатчик, соединенный с передающей антенной телецентра. Дальность передачи, т.е. расстояние от передающей антенны телецентра до принимающей антенны телевизора, зависит от особенностей распространения радиоволн.
В телевизионном вещании используются радиочастоты, лежащие в диапазоне ультракоротких волн (УКВ). Переключая телевизор с одного канала на другой, переходят с одной частоты (волны) на другую. Телевизор в этом смысле не что иное, как радиоприемник, принимающий радиосигналы. Чем больше номер телевизионного канала, тем выше его радиочастота и соответственно короче длина волны. В УКВ-диапазоне 1-й канал имеет самую низкую частоту, а 12-й — самую высокую. Следующий, дециметровый диапазон занимают каналы с более высокими номерами — вплоть до 60-го.
Ультракороткие радиоволны распространяются прямолинейно, как луч света. Поэтому, чтобы радиосигнал был “виден” издалека, мачту с передающей антенной стараются делать как можно выше. Башня Останкинского телецентра в Москве высотой более 540 м обеспечивает зону уверенного приема на расстоянии 120—130 км. На большие расстояния сигналы передают методом ретрансляции (от лат. rе... — приставка, указывающая на повторное, возобновляемое действие, и translatio — “(передача”).
Работа телевизионной антенны, стоящей на крыше пятиэтажного дома и направленной на телецентр, нарушится, если ее заслонит высотный дом, — антенна окажется в радиотени. Многократно отраженный от соседних строений, радиосигнал сильно исказится. На телевизионном экране возникнет как бы несколько плохих копий нормального изображения, сдвинутых от него вправо и влево.
Избежать этих неприятностей позволяет кабельное телевидение. Антенна на самом высоком здании микрорайона обеспечивает наилучший прием сигнала. Все принятые телевизионные каналы конвертируются (сдвигаются) в соседние диапазоны и по кабельной сети распределяются по домам. Конвертируют каналы для того, чтобы два одинаковых сигнала — принятый по эфиру и переданный по кабелю — оказались на разных частотах, не смешивались и не давали двойного изображения. А о появления кабельного телевидения на крышах стояли только антенны коллективного пользования, по одной на подъезд каждого лома. Местная телестудия, которая обслуживает район или целый поселок, передает и свои программы по кабельной сети. А телекамера, связанная кабелем с монитором, следит за входом в лом или охраняемые помещения.
Большое значение приобретают наземные и космические ретрансляторы. Ретрансляция — это последовательная пересылка сигнала от одного приемника к другому. Невысокая антенна, снабженная электронной аппаратурой, принимает сигнал, усиливает его и посылает дальше. Цепочка ретрансляторов может передать телевизионный сигнал на тысячи километров.
Такой способ пересылки сигнала требует сотен антенн-ретрансляторов и обходится недешево. К тому же каждый ретранслятор вносит в сигнал свои искажения, которые в дальнейшем только усиливаются.
После освоения околоземного пространства в качестве ретрансляторов стали использовать искусственные спутники Земли. Благодаря спутниковым системам связи и ретрансляции удалось значительно улучшить передачу сигналов и охватить телевизионным вещанием огромные территории.
Первыми советскими спутниками связи были “Молния-1” и “Экран”. Вместе с 90 станциями наземного базирования они образовали глобальную систему связи “Орбита”, которая обслуживает всю нашу страну.
Возникает вполне резонный вопрос: если с диапазоном УКВ так много хлопот, то почему телевизионный сигнал не передают на более длинных радиоволнах, которые вполне успешно используются для передачи радиопрограмм?
Дело в том, что звуковая радиопередача требует довольно узкой полосы передаваемых частот: для удовлетворительного звучания ей вполне достаточно 10 кГц. Для телевидения полоса частот должна быть в несколько тысяч раз шире. Любое изображение представляет собой определенное сочетание световых пятен различной формы и интенсивности. Чтобы передать четкое изображение со всеми деталями, его нужно разложить на множество мелких элементов. Для качественной передачи черно-белого изображения необходимо около 100 тыс. элементов, а цветного — уже около 500 тыс.
Упорядоченные определенным образом элементы составляют формат изображения. Например, 100 тыс. элементов могут быть уложены в прямоугольники с разным соотношением числа элементов по горизонтали и вертикали: например, 250 — в вертикальных и 400 — в горизонтальных рядах.
В телевидении, как и в кино, принят формат кадра с наиболее удобным для глаза соотношением сторон 4:3, т.е. на четыре единицы длины изображения приходится три единицы его высоты.
В компьютерах, где используются телевизионные мониторы, качество “картинки” принято оценивать количеством пикселей, приходящихся на единицу площади изображения.
Таким образом, если разрешающая способность дисплея компьютера в передаче изображения равна 800 х 600 пикселей, то по горизонтали оно будет передано 800 элементами, а по вертикали — 600. Всего же в таком изображении будет 800 х 600 =
— 480 000 элементов, каждый их которых представляет определённое значение силы света в данной точке изображения.
Но проблема состоит в том, что каждому из 480 тыс. элементов “картинки” нужно поставить в соответствие определенный сигнал. Передать их одновременно по 480 тыс. каналов невозможно. Для того чтобы пропустить весь этот огромный поток информации через один канал — пару проводов, был выбран метод последовательной передачи сигналов. Импульсы тока для каждого элемента изображения следуют друг за другом серией, образуя видеосигнал. Элементы на экране телевизора загораются поочерёдно, но видим мы их все целиком благодаря инерции зрения, из-за которой изображение удерживается на сетчатке глаза в течение приблизительно 0,1 с. И если отдельные изображения — кадры — сменяют друг друга достаточно быстро, глаз воспринимает движущееся изображение как слитное. В отечественном как и европейском, телевидении принята скорость 25 кадров в секунду, а в американском и японском — 30 кадров в секунду.
Если в каждом кадре изображения содержится, например, 480 тыс. элементов, а в секунду передают 25 кадров, то получится 25 х 480 000 = 12000000 элементов изображения. Когда электрический ток, определяющий яркость элемента, принимает максимальное значение, элемент “включен” и светится, а когда минимальное — “выключен” и не горит. Таким образом, за один период полного колебания сигнала можно передать состояние двух рядом расположенных элементов изображения, один из которых светлый, а другой темный. Отсюда частота видеосигнала равна 12000000:2 = 6000000 Гц, или 6 МГц (мегагерц). Это и есть полоса пропускания телевизионного канала — очень высокая частота, лежащая в диапазоне УКВ.
Отдельно взятый кадр кинофильма представляет собой диапозитив (от греч. “диа” — “через” и лат. “роsitivus” — “положительный”), который можно вырезать из плёнки и рассматривать. Кадр на экране телевизора организован более сложно: В нем два растровых (от лат. rastrum — “грабли”) поля — полукадра.
Растровым называется изображение, составленное из точек или линий. Телевизионный растр образуется из параллельных светящихся горизонтальных строк; они отчетливо видны на экране при отсутствии изображения. Телевизионный растр получается, когда электронный луч быстро и последовательно прочерчивает — сканирует (от англ. scan — “поле зрения”) экран, светящийся под ударами электронов. Каждая строка — это множество светящихся точек, тех самых элементов (пикселей), из которых составлено всё изображение в кадре. В европейских телевизионных системах кадровый растр сформирован из 625 строк.
Электронный луч каждый полукадр сканирует по отдельности, а всю поверхность кадра прочерчивает дважды по сложному узору. Сначала луч движется по нечётным строкам, оставляя четные пустыми (темными), в результате чего образуется первое поле кадра. Затем луч следует по чётным строкам, оставляя пустыми уже нечетные строки, — возникает второе поле кадра. Все 625 строк “прочитываются” в два приёма, но каждый элемент изображения высвечивается электронным лучом только один раз. Такой способ организации кадра называется чересстрочной разверткой изображения.
Электронный луч здесь играет роль тонкого светового пера, и площадь точки, оставленной им на экране, равна площади элемента изображения. Поэтому разрешающая способность телевизионного кадра по вертикали всегда постоянна и равна 625 элементам, т.е. числу строк. А разрешающая способность по горизонтали, или количество элементов в линии зависит от того, насколько быстро световое перо при движении по строке может менять свою яркость — от максимальной до нуля. Скорость таких изменений зависит от частоты электрических импульсов, управляющих яркостью светового пера.
Из сказанного становится понятно, что чем выше полоса частот, которая воспроизводит телевизионный приемник, тем большее число элементов изображения в строке способен воссоздать электронный луч и тем лучше разрешение по горизонтали.
Например, если телевизор воспроизводит полосу частот видеосигнала в 6 МГц, т.е. 6000000 Гц, световое перо меняет свою интенсивность12 млн. раз в секунду. Поделив это число на число кадров (25), проходящих в 1 с, получим 480 тыс. элементов в кадре. Поделив последнее число на число строк (625), получим 768 элементов в каждой строке. однако на практике из всей полосы в 6 МГц только 4 МГц приходится на изображение, а оставшиеся 2 МГц отведены для звукового сопровождения и вспомогательной служебной информации. Повторив расчеты для 4 МГц, получим 512 элементов в строке — это разрешающая способность лучших телевизоров, настроенных по сетке испытательной таблицы. Поэтому качество телевизионного изображения при неизменном числе строк тем выше, чем более широкую полосу частот видеосигнала антенна может принять, а телевизор — соответственно воссоздать.
При воспроизведении телевизионного изображения два поля кадра, “накладываясь” друг на друга в зрительной памяти сетчатки глаза, составляют полный кадр изображения. Точное чередование идущих друг за другом полей развёртки обеспечить легче, если общее количество строк в кадре нечетное. Это достигается синхронизацией (от греч. “син” — “вместе” и “хронос” — “время”) двух электронных устройств — генераторов строчной и кадровой развертки, задающих последовательность строк в двух полях кадра и в телекамере, ив телевизоре одновременно.
§4. Видеотехника сегодня
Сегодня видеотехника находит применение в науке и образовании, в медицине и в быту, в искусстве и культуре, в военной и мирной технике, в мореплавании, авиации и космонавтике.
Для нас уже стало привычным, что входная дверь жилого дома, квартиры или учреждения оборудована глазком с телекамерой для обеспечения безопасности. На экранах телевизоров мы видим, что происходит за многие тысячи километров от нас. Телеоборудование спутника передает важную стратегическую информацию или ценные научные данные о перемещениях водных масс в морях и океанах, о состоянии атмосферы, полей и лесов. Анализируя полученное со спутника изображение земной поверхности, находят залежи полезных ископаемых.
Миниатюрная цветная телекамера, снабженная микролампочкой, превращается в медицинский зонд. Вводя его в желудок или пищевод, врач исследует то, что раньше мог видеть только во время хирургического вмешательства.
Современное телевизионное оборудование позволяет контролировать сложные и вредные производства. Оператор-диспетчер на экране монитора наблюдает за несколькими технологическими процессами одновременно. Аналогичную задачу решает и оператор-диспетчер службы безопасности дорожного движения, следя на экране монитора за транспортными потоками на дорогах и перекрестках.
Большое значение приобретают видеокамеры и видеомагнитофоны. Как работают эти устройства? Телевизионное изображение образуется при построчном сканировании экрана кинескопа электронным лучом. Перемещаясь по строке, луч изменяет интенсивность, заставляя экран увеличивать или уменьшать яркость. Так из точек и строк получается изображение. Управляет “рисующим” лучом переменный электрический ток.
Фиксировать колебания электрического тока на магнитной ленте научились давно — еще в конце ХIХ в., когда появились первые магнитофоны для записи звука. Вскоре после создания электронного телевидения возникла мысль аналогичным образом записывать изображение. Однако на этом пути была трудность, долгие годы казавшаяся непреодолимой.
Дело в том, что человек слышит звуки частотой примерно от 20 до 20 000 Гц, и для качественного звучания достаточно записать лишь этот диапазон частот. Хорошую же телевизионную “картинку” можно получить только с частотой управляющих сигналов свыше 6 МГц (т.е. в 300 раз больше). Именно высокие частоты “отвечают” за мелкие летали “картинки”, именно они определяют её чёткость. Но чем быстрее меняются сигналы, тем плотнее они будут записаны на ленте. Чтобы сигналы не мешали друг другу, лента должна пролетать мимо записывающей головки со скоростью 56 м/с, т.е. более 200 км/ч. Осуществить такое раньше было, разумеется, невозможно.
Обойтись без этой немыслимой скорости удалось только в 1951 г. В Соединенных Штатах Америки инженеры В. Сэлстед, А. Гlонятов и М. Столяров придумали интересную конструкцию записывающего устройства. Они заставили двигаться с большой скоростью не ленту, а магнитные головки, закреплённые на барабане. Лента же шла сравнительно медленно. Ось вращения барабана была наклонена к ленте, и его головка с каждым оборотом прописывала на ленте длинную косую строчку, сделав запись гораздо плотнее.
Компания “Ампекс”, созданная А. Понятовым, провела огромную работу по созданию систем синхронизации, точной механики и стабилизации изображения. Однако первый магнитофон для записи черно-белого изображения по размерам все-таки не уступал большому, в человеческий рост, холодильнику.
Величина современных видеомагнитофонов сопоставима с целым томом энциклопедии. А видеокамеры, записывающие полноцветное движущееся изображение, да еще со звуковым сопровождением, уже немногим больше зеркального фотоаппарата. Лента в них движется со скоростью 2 мм/с, или 7,2 М/ч, а на кассету размером 20 х 5 см можно записать полуторачасовой фильм.
Техническое название видеокамеры — камкордер (от англ. camera — “камера” и record — “записывать”). Существует несколько разновидностей или, иначе, форматов записи, которые различаются шириной ленты (от 6 до 12 мм), скоростью ее движения, качеством записи и т.п., но устройство разных камкордеров практически одинаково.
В съемочной камере изображение через трансфокатор (объектив с переменным фокусным расстоянием) попадает на микросхему с сотней тысяч микроскопических фотоэлементов (это устройство называется прибором с зарядовой связью — ПЗС). Высококачественные камеры — и любительские, и профессиональные — содержат три матрицы ПЗС для трех цветов, в сумме дающих полноцветное изображение. В более простых и компактных камкордерах только одна матрица, но она оснащена весьма сложным устройством — растровым светофильтром.
Состоит такой светофильтр из микроскопических разноцветных окошечек, каждое из которых окрашивает “свой” элемент ПЗС в определенный цвет. А цветное изображение “делает” из них уже электронная система оптического кодирования.
То изображение, которое попадает в кадр, и то, что было уже снято, можно увидеть в окуляр видоискателя на миниатюрном кинескопе или на маленьком откидном жидкокристаллическом экране. А при желании камеру через переходное устройство подключают к антенне и используют как телевизор.
Все управление камерой автоматизировано. Она сама измеряет яркость освещения и выставляет диафрагму, наводит на резкость и лаже выключается, если ее долго не трогать или перевернуть (в этом положении камеру, в нерабочем состоянии, обычно переносят). Некоторые модели позволяют изменять размер изображения в сто раз. При этом используются не только возможности трансфокатора, но и “игра” с ПЗС — электроника “растягивает” фрагмент изображения на весь экран.
Видеозапись развивается и совершенствуется в том же направлении, что и телевидение и звукозапись, — постепенно переходит от аналоговых сигналов к цифровым. Это позволяет делать аппаратуру еще компактнее, саму запись — плотнее, а ее качество — выше.
Вступи в группу https://vk.com/pravostudentshop
«Решаю задачи по праву на studentshop.ru»
Опыт решения задач по юриспруденции более 20 лет!