§ 57. Понятие о телевидении

Определения и обозначения

Телевидение — передача на расстояние движущихся изображений и звуков с помощью электромагнитных волн. Сначала камера превращает изображение в электрический сигнал, затем передатчик отправляет его, а приёмник восстанавливает картину на экране. Такой способ позволяет передавать не неподвижный снимок, а сменяющие друг друга кадры.

Развёртка — последовательное преобразование изображения в электрический сигнал при его считывании строка за строкой. Вместо того чтобы передавать множество элементов одновременно, система располагает их в определённом порядке. Развёртка нужна, чтобы передать каждый элемент изображения и затем восстановить его на своём месте.

Строчная развёртка — последовательное считывание элементов изображения вдоль каждой строки. Система проходит строку от одного края изображения к другому, фиксируя изменения яркости. Это задаёт порядок передачи элементов внутри строки и позволяет приёмнику воспроизвести её так же.

Кадровая развёртка — последовательное считывание строк кадра сверху вниз. Она определяет порядок, в котором считываются целые строки, и дополняет строчную развёртку. В результате отдельные строки складываются в целостный кадр, а смена кадров создаёт впечатление движения.

Как это устроено

До передачи изображение разделяют на отдельные элементы. Причина в том, что пространственную картину нельзя отправить как единый неделимый объект по каналу связи: её нужно представить последовательностью данных. При упорядоченном считывании каждому элементу можно сопоставить электрический сигнал, а приёмнику — восстановить исходное расположение.

В передающей телевизионной камере свет от объекта попадает на светочувствительное устройство. Оно превращает световое воздействие в электрический сигнал, меняющийся в соответствии с яркостью считываемых элементов. Яркие и тёмные участки должны давать разные значения сигнала, иначе приёмник не смог бы различить детали изображения.

Сигнал изображения сам по себе меняется сравнительно медленно и не является радиоволной, которая переносит его на расстояние. Поэтому им модулируют высокочастотное колебание — несущую, пригодную для передачи радиоволнами. Приёмник может выделить из принятой радиоволны нужные изменения сигнала; звук при этом передают отдельным сигналом.

Антенна телевизора принимает радиоволну, а приёмник выделяет из неё сигнал изображения. Затем этот сигнал управляет яркостью элементов экрана: чем больше соответствующий уровень сигнала, тем ярче должен быть нужный участок. Элементы появляются последовательно, поскольку при передаче они также считывались не одновременно.

Передающая камера и приёмник должны начинать строки и кадры согласованно. Если приёмник в момент считывания строки передатчиком показывает другую строку, элементы окажутся не на своих местах. Синхронизация задаёт общий порядок развёртки и потому необходима для восстановления целого, не смещённого изображения.

Этапы передачи телевизионного изображения

Читайте таблицу сверху вниз: каждый результат становится основой следующего этапа. Она помогает отличать преобразование изображения от переноса сигнала по радиоканалу. При разборе сбоя можно определить, на каком шаге нарушена передача или восстановление картины.

Разбор задач

Почему изображение считывают и передают последовательно, а не целиком?

Условие. Нужно объяснить, зачем пространственное изображение преобразуют в упорядоченную последовательность электрических сигналов. Речь идёт не о том, можно ли передать изображение целиком в принципе, а о способе телевизионной передачи. Решение связано с тем, как сигнал формируется и затем восстанавливается.

1. Изображение состоит из множества участков с разной яркостью, поэтому камере нужно получить сведения о каждом из них.
2. Развёртка проходит по элементам строки, а затем по строкам кадра; так пространственное изображение становится последовательностью сигналов.
3. Приёмник может обработать эту последовательность в том же порядке и восстановить элементы на экране. Значит, последовательное считывание задаёт общий порядок и для передачи, и для воспроизведения.

Ответ. Изображение считывают последовательно, чтобы представить яркость его элементов упорядоченным электрическим сигналом. Такой сигнал можно передать по каналу связи и восстановить на экране в исходном порядке.

Одна и та же строка воспроизводится со смещением. Какое условие нарушено?

Условие. На экране строка появляется не там, где должна располагаться в кадре. Требуется определить, почему возникает смещение. Нужно проверить не яркость отдельного элемента, а порядок, в котором передатчик и приёмник проходят изображение.

1. Передатчик считывает строки кадра последовательно, и приёмник должен воспроизводить их в соответствующей очередности.
2. Если моменты начала развёртки не согласованы, приёмник может начать строку или кадр не в тот момент. Тогда сигнал строки будет отображён на неправильном участке экрана.
3. Следовательно, нарушено согласование, или синхронизация, развёрток передатчика и приёмника. Оно требуется и для положения строк, и для правильного складывания кадра.

Ответ. Нарушена синхронизация развёрток. Чтобы строка и остальные элементы оказались на своих местах, передатчик и приёмник должны проходить строки и кадры согласованно.

Зачем высокочастотное колебание модулируют сигналом изображения?

Условие. Сигнал изображения несёт сведения о яркости, но передача ведётся радиоволной. Нужно объяснить назначение модуляции, то есть изменения параметров высокочастотного колебания под действием передаваемого сигнала. Здесь важно не смешивать сами сведения и средство их переноса.

1. Сигнал изображения сообщает, как должны различаться элементы по яркости, но он не является радиоволной.
2. Высокочастотное колебание служит несущей: его параметры изменяют в соответствии с сигналом, чтобы закодированные изменения можно было передать радиоволнами.
3. Приёмник принимает радиоволну и выделяет из неё сигнал изображения. Поэтому модуляция связывает информацию о картине с колебанием, которое переносится к приёмнику.

Ответ. Высокочастотное колебание модулируют, чтобы радиоволна переносила информацию, содержащуюся в сигнале изображения. Сигнал задаёт изменения, а несущая обеспечивает их передачу на расстояние.

Типичные ошибки

Считать изображение одним неделимым сигналом. Так можно подумать, потому что на экране мы видим картину целиком, но камера считывает её элементы последовательно. Проверка: вспомните, что развёртка проходит вдоль строк и строка за строкой формирует последовательность сигналов.

Путать сигнал изображения с радиоволной. Сигнал изображения содержит сведения о яркости, а радиоволна переносит их к приёмнику. Ошибка возникает из-за того, что в разговоре оба явления называют телевизионным сигналом. Проверьте себя вопросом: что именно модулирует несущую, а что распространяется в пространстве?

Смешивать строчную и кадровую развёртки. Обе связаны с последовательным считыванием, поэтому их легко принять за одно и то же. Строчная развёртка идёт вдоль одной строки, кадровая охватывает строки кадра сверху вниз. Чтобы проверить ответ, уточните, говорится ли о направлении внутри строки или о порядке строк.

Считать синхронизацию необязательной. Даже если яркость элементов передана верно, несогласованные развёртки нарушат их расположение. Эту ошибку допускают, когда рассматривают сигнал и экран отдельно. Проверка проста: если строки или кадр смещены, значит, передатчик и приёмник не работают в согласованном порядке.

Связь с другими темами

Для понимания телевидения пригодится знание об электромагнитных волнах: они распространяются на расстояние и переносят энергию. Также важно знать, что свет может вызывать электрические явления в светочувствительных устройствах, — именно это позволяет камере получить сигнал об изображении. Тема продолжает изучение радиосвязи и модуляции: информация кодируется изменениями высокочастотного колебания и передаётся радиоволной.

Что запомнить

• Телевидение передаёт движущиеся изображения с помощью последовательности сигналов.
• Светочувствительное устройство преобразует изображение в электрический сигнал.
• Изображение считывают и воспроизводят строка за строкой.
• Строчная и кадровая развёртки описывают разные направления последовательного считывания.
• Радиоволна переносит модулированный сигнал к приёмнику.
• Для правильного воспроизведения изображения развёртки передатчика и приёмника синхронизируют.