Основы учебного телевидения

Телевидение - использование радиоволн для передачи изображений движущихся объектов на расстояние.

В 80-е годыXIX в. - 30-е годыXX в. разрабатывались системы механического телевидения, впервые реализовавшего основной принцип современного ТВ - последовательную передачу элементов изображения. Указанный принцип был выдвинут в концеXIX в. португальским ученым А. ди Пайва и независимо от него – русским ученым П.И.Бахметьевым. В 1884 г. немецкий инженер П.Нипков получил в Германии патент на «оптико-механическое устройство», представлявшее собой диск с 30 отверстиями, расположенными по спирали Архимеда. Изображение объекта проецировалось на верхнюю часть диска с рамкой для кадра. При вращении диска каждое отверстие прочерчивало одну строку кадра, т. е. один кадр содержал 30 строк, по 40 элементов в строке.

В дальнейшем позади диска поместили фотоэлемент, который вырабатывал видеосигнал, передававшийся в эфир. В телевизионном приемнике с помощью диска Нипкова происходило преобразование видеосигнала в развернутое изображение объекта. В начале 30-х годов в нашей стране действовала система механического ТВ, которая имела существенный недостаток - низкую четкость изображения (причина - малое количество строк), поэтому в дальнейшем от нее отказались.

30-80-е годы явились периодом разработки систем электронного телевидения. В основе современного телевидения лежат принципы разложения изображения объекта на множество элементов (образование растра), преобразование потока света от каждого элемента в электрические видеосигналы, передача их в эфир и обратное преобразование видеосигналов в изображение объекта. Процесс осуществляется с помощью электронно-лучевых трубок (ЭЛТ) с магнитной фокусировкой луча. Прообразом послужила электронно-лучевая трубка, созданная в 1907 г. профессором Петербургского университета Б. Л. Розингом. Трубка, находящаяся в передающей камере, называется иконоскоп, в приемнике - кинескоп.

С начала 30-х годов системы электронного телевидения разрабатывали многие ученые: В. К. Зворыкин и Ф. Фарнсуорт (США), К.Свинтон (Великобритания), И.А.Адамиан, В. П. Грабовский, С. И. Катаев (СССР) и др.

В современных телевизионных системах изображение объекта проецируют на фотомишень - светочувствительную мозаику из частиц серебра, нанесенных на слюдяную пластинку-изолятор, обратная сторона которой металлизирована. В результате фотоэффекта на каждой частице мозаики образуется электрический заряд (видеосигнал). Сила видеосигнала соответствует яркости отдельного элемента изображения объекта.

Электронный луч, создаваемый электронной пушкой, передвигается по поверхности мозаики слева направо и сверху вниз, считывая видеосигналы каждой строки. Передвижением луча управляет электрический ток пилообразной формы, подаваемый на электромагниты отклоняющей системы ЭЛТ. На каждый отдельный элемент фотомишени падает пучок электронов диаметром всего 0,02 мм. Это обеспечивает возможность считывать 820 элементов в каждой строке. Согласно стандарту, принятому в нашей стране в 1948 г., один кадр изображения на телевидении содержит 625 строк, передаваемых с частотой 25 кадров/с. От количества строк развертки зависит четкость изображения. Частота строк, принятая в других странах: в Великобритании - 405, США и Канаде - 525, в Западной Европе - 819.

Полученные видеосигналы поступают на видеоусилитель, где после усиления они смешиваются с синхронизирующими импульсами, обозначающими начало и конец каждой строки и кадра. Таким образом формируется полный телевизионный сигнал. Он поступает на радиопередатчик телецентра для передачи в эфир.

Телевизионное вещание традиционно ведется на метровых волнах -с первого по пятый канал на частотах 48,5-100 МГц (6,2-3 м); затем во избежание ТВ-помех в близко расположенных к телецентру городах было добавлено семь каналов в диапазоне частот 174-230 МГц (1,7-1,3 м). В настоящее время 12 ТВ-каналов оказалось недостаточно и к ним добавили 20 каналов на дециметровых волнах в диапазоне 470-630 МГц (64-47 см), исходя из того, что чем выше частота канала, тем шире полоса ТВ-сигнала. Для передачи изображения, содержащего 625 строк с частотой 25 кадров/с, нужен спектр частот около 8 МГц. Это и есть полоса частот одного ТВ-канала.

В телевизионном приемнике принятый из эфира сигнал усиливается и подается на кинескоп. Из ТВ-сигнала выделяются синхроимпульсы, управляющие работой генераторов строчной и кадровой развертки. Экран кинескопа покрыт люминофором, который светится при попадании на него луча электронного прожектора.

Движущийся с большой скоростью по строчкам кадра электронный луч вызывает свечение отдельных точек экрана. Вследствие инерции зрения это создает иллюзию свечения всего экрана. Так создается изображение кадра. Звуковое сопровождение передается по отдельному частотно-модулированному каналу (рис. 13).

Для передачи цветного изображения в полный ТВ-сигнал добавляют сигналы цветности. Для этого цветное изображение объекта раскладывают на три одноцветных изображения (красного, зеленого и синего цветов), которые передают три ЭЛТ. Соответственно, в ТВ-приемнике предусмотрены три электронных прожектора, лучи которых, проходя через отверстия в маске, вызывают свечение люминофоров красного, зеленого и синего цветов. Маска представляет собой тонкий металлический лист, имеющий 550 тыс. отверстий диаметром 0,25 мм. Люминофор цветного кинескопа содержит 1,5 млн зерен люминофоров красного, зеленого и синего свечения, расположенных точно напротив отверстий группами по три зерна каждого цвета. Три луча от трех ЭЛТ, сведенные в одну точку, падают в каждый отдельный момент времени на одну группу люминофоров, при этом каждый луч вызывает свечение одного зерна люминофора «своего» цвета. При развертке лучи перемещаются к следующему отверстию в маске, что позволяет совместить на экране сигналы трех одноцветных изображений.

Регулярные передачи черно-белого ТВ начались в нашей стране в 1938 г., цветного - в 1967 г. В настоящее время в мире существует три системы цветного ТВ. Система НТСЦ действует в США, Канаде, Японии и ряде стран Центральной и Южной Америки. Система ПАЛ действует в Германии, Великобритании и других странах Западной Европы. Система СЕКАМ действует в СНГ и ряде стран Восточной Европы. Системы различаются особенностями формирования сигналов цветности, но их может объединить разрабатываемый в настоящее время единый стандарт цифровой видеозаписи.

Период в истории развития ТВ, начавшийся в 80-е годы, характеризуется применением новых информационных технологий: лазерное телевидение, применение супербольших интегральных схем и микроЭВМ, создание новых типов экранов и т. д.

Совершенствование цветного телевидения нового поколения ведется по следующим направлениям:

1) внедрение цифровых методов видеозаписи;

2) автоматизация управления ТВ-системами;

3) включение вставок из телепрограмм, ведущихся по параллельным каналам, в изображение просматриваемой программы;

4) создание портативных (плоских) телевизоров;

5) увеличение размеров ТВ-экрана до 60 м²;

6) разработка миниатюрных ТВ-приемников;

7) конструирование многоракурсных (голографических, стерео и др.) ТВ-систем, дающих трехмерное изображение объекта;

8) поиск способов передачи запахов с помощью электрических сигналов для реализации «эффекта участия зрителя»;

9) создание телевидения высокой четкости (до 1500 строк в кадре);

10) разработка телевизоров для среды мультимедиа.

В этом направлении есть видимые результаты. В нашей стране в 1985 г. под руководством И. Г. Басова реализована идея лазерного телевидения с экраном 12 м². Разработана также модель планарного кинескопа, обеспечивающего яркость и сочность цветов изображения. С технической точки зрения у цветного ТВ есть особенность, заключающаяся в том, что в нем техническое устройство и носители информации не разделены, как в ранее описанных статических, звуковых и дотелевизионных экранно-звуковых средствах (рис. 14).

Проекционный широкоэкранныйтелевизор с ЖК-экраном. Диагональ видимой части экрана 127 см. Проекционная пушка для ЖКэкрана с 1,54 млн точек на дюйм². Цифровое постоянное изображение, антибликовый экран высокой контрастности с защитой от механических повреждений, цифровой гребен-чатый фильтр, цифровое подавление шумов, видеовыход НТСЦ, стереозвук, система 3D Sound, функция «Картинка и Картинка», телетекст Fastext с памятью на 100 страниц, таймер автовыключения, средства защиты от использования детьми, автонастройка и сортировка каналов, гнездо для наушников, аудиовыход с фиксированным уровнем на задней панели, аудио/видеовход на передней панели и 3 - на задней панели.

Уникальные возможности ТВ (эффект присутствия, документальность, интимность) создают впечатление, что передача адресована лично зрителю. Эта иллюзия общения обеспечивает высокий психолого-педагогический эффект. В прошлые годы существовали два вида учебных ТВ-программ: учебные передачи, подготовленные на Центральном ТВ (ЦТ) или местных студиях ТВ, имеющих телепередатчики (так называемое эфирное телевидение), и собственные ТВ-передачи учебных заведений, подготовленные в виде видеозаписей для замкнутых систем ТВ, не имеющих выхода и эфир (так называемое «замкнутое» телевидение). Первая учебная передача но физике для школьников состоялась 10 ноября 1958 г. в Москве. Теперь в основном школы сами создают в рамках замкнутых телевизионных систем необходимые видеоматериалы для собственного пользования, что имеет как преимущества, так и негативные стороны. Положительными моментами такого вещания является то, что можно подготовить любой оперативный материал, широко использовать местные возможности и особенности. С другой стороны, создание высококачественного учебного материала требует соответствующего уровня психолого-педагогической, методической и специальной подготовки, которой в большинстве своем учителя школ в силу целого ряда причин не всегда обладают.

Кабельное телевидение, появившееся в стране в конце 80-х, может предоставить широкие возможности для использования телевидения в учебных целях.

В системе кабельного телевидения США в настоящее время начали применять волоконно-оптический кабель вместо обычного коаксиального. Это позволило во много раз расширить полосу частот, а значит, и число программ, которые можно передавать одновременно. Кроме того, оптический кабель полностью защищен от электромагнитных помех и сам не создает помех другим устройствам.

Вместо телепрограмм, полученных из телецентра, на вход такого телепередатчика можно подавать, например, сигнал с видеомагнитофона или телекамеры, создавая местные ТВ-программы школьного технического центра и т. п.

Спутниковое учебное телевидение развито прежде всего в западных странах и США. Принцип такого телевидения состоит в том, что в студии формируют программы и в виде сигнала посылают на спутник, который как отражатель рассеивает его радиоволной на территорию вещания, а учебные заведения, настроив свои антенны, принимают данный сигнал. Преимуществом спутниковых систем связи является возможность осуществления связи в широкой полосе частот как с неподвижными, так и с подвижными объектами практически в любой точке земного шара.

Внедрение кабельного и спутникового телевидения в перспективе открывает широкие возможности для использования телевидения в учебно-воспитательном процессе общеобразовательной школы. Но в нашей стране обе системы телевидения не имеют пока массового распространения из-за высокой стоимости.