Фізичні основи телебачення
В основі телебачення лежать три фізичні процеси:
♦ перетворення на передавальній стороні (телецентрі) оптичного зображення на електричні сигнали;
♦ передача електричних сигналів лініями зв'язку;
♦ зворотне перетворення електричних сигналів в оптичне зображення на приймальній стороні (у телевізійному приймачі).
У телебаченні використовують дві особливості зору людини — порівняно низьку роздільну здатність ока та інерційність зору.
Роздільна здатність ока - це його вміння розрізняти дрібні предмети або окремі деталі предмета. Людина здатна розрізняти з відстані 1 м точки, що віддаляються один від одного на 0,3 мм. Якщо дивитися ці точки з великої відстані, всі вони зливаються в єдине ціле.
Інерційність зору полягає у властивості ока " запам'ятовувати " світлове подразнення, світловий імпульс, тобто. зорове відчуття зберігається у мозку людини деякий час після дії світла. Якщо впливати на око окремими світловими імпульсами, поступово збільшуючи їх частоту, то в якийсь момент очей перестане розрізняти ці імпульси, людині здаватиметься, що джерело світла випромінює їх безперервно (око не встигає "забути" попередній імпульс, як уже чинить новий) . Інерційність зору людини дорівнює приблизно 0,1 с, тому достатньо зробити інтервали між імпульсами менше цього часу, щоб світло відчувалося як безперервне.
З урахуванням цих особливостей зору людини оптичне зображення, що передається, розбивається на дуже велику кількість елементів. Світлову інформацію від кожного елемента послідовно перетворюють на електричні сигнали, причому величини електричних сигналів пропорційні яскравості елементів. У сучасному телебаченні зображеннярозбивають приблизно 500 тис. елементів, розташованих у 625 рядках. У пристрої, що перетворює світлові імпульси в електричні сигнали, проводиться послідовне за елементами та рядками зчитування цих сигналів електронним променем, що обігає всі елементи з великою швидкістю - 1/25 с.
Щоб можна було передавати зображення рухомих предметів, електронний промінь " переглядає картинку " 25 разів у секунду, тобто. за секунду він оббігає 25 кадрів.
Отриманий потік електричних імпульсів, що несе інформацію про оптичне зображення, після відповідних перетворень прямує на антену телевізійної станції і далі у вигляді електромагнітних коливань - простір.
У телевізорі ці коливання зазнають зворотного перетворення, у результаті з його екрані з'являється оптичне зображення. Воно утворюється за допомогою електронного променя і складається з такої кількості елементів, на яке розбивалося при передачі. Оскільки ці елементи та час розгортки зображення дуже малі, глядач, розглядаючи зображення з певної відстані, бачить його на екрані як єдине ціле.
В основі кольорового телебачення лежить трикомпонентна теорія колірного зору, згідно з якою весь видимий колірний спектр, у тому числі білий, може бути отриманий шляхом змішування у певних пропорціях трьох основних кольорів - зеленого, червоного та синього.
Око людини містить три види рецепторів (колб), чутливих до кольору: одні з них чутливі до зеленої, інші - до червоної, треті - до синьої частин спектру. При рівному збудженні всіх трьох видів рецепторів людина бачить білий колір, при різному - кольорове зображення. Спектральна чутливість ока неоднакова. Найбільш чутливий він до зеленого кольору, меншедо червоного, ще менше – до синього.
Важливою властивістю колірного зору, що використовується в телебаченні, є його нездатність розрізняти кольори дуже дрібних деталей, які здаються сірими і відрізняються один від одного лише яскравістю. У зв'язку з цим зображення дрібних деталей у кольоровому телебаченні можна передавати у чорно-білому вигляді.
У чорно-білому телебаченні співвідношення між складовими білого кольору залишається постійним, тому на екрані приймальної трубки очей бачить точки, що відрізняються лише за яскравістю.
У кольоровому телебаченні кожен елемент зображення складається з трьох колірних точок – червоної, синьої та зеленої. Співвідношення інтенсивностей світіння цих точок визначає колір елемента, завдяки чому на кольоровому пристрої можна спостерігати зображення в кольорі.
Нині існує досить багато систем кольорового телебачення, тобто. способів передачі сигналів кольоровості До систем кольорового телебачення пред'являють вимоги сумісності та точності відтворення кольоровості зображення.
Сумісністю системи кольорового телебачення називають спосіб її побудови, у якому кольорова телевізійна передача може прийматися телевізором чорно-білого зображення, а чорно-біла телевізійна передача — телевізорами кольорового зображення без погіршення якості зображення.
Повний телевізійний колірний сигнал утворюється з сигналу яскравості, сигналу кольоровості, сигналу колірної синхронізації, сигналів синхронізації розгорток і гасіння. Сигнали яскравості, синхронізації та гасіння є такими самими, як і при чорно-білому телебаченні. Цим і забезпечується сумісність системи.
У складі сигналу яскравості є вільні області, в яких можна розмістити сигнал кольоровості, використовуючиці проміжки, сигнал кольоровості передавати у складі сигналу яскравості, тобто. весь сигнал кольорового зображення увійшов у ширину сигналу яскравості – 6 МГц.
За наявності сигналу яскравості, який необхідний для сумісної системи, немає необхідності передавати всі три колірні сигнали, достатньо передати два з них, а третій може бути отриманий віднімання цих двох колірних сигналів із сигналу яскравості в самому телевізорі. Так передається інформація про червону та синю складові кольорового зображення, але замість колірних складових ER та Єв передаються так звані кольоророзносні сигнали:
де Еу - сигнал яскравості.
Крім системи СЕКАМ у світі використовуються ще дві системи кольорового телебачення - ПАЛ (PAL) та НТСЦ (NTSC). Система кольорового телебачення НТСЦ була розроблена та впроваджена в США у 1953 р. Сієтема ПАЛ розроблена у ФРН у 1963 р. з метою усунення недоліків системи НТСЦ. Кожна з цих систем має переваги та недоліки. Для України обрана система СЕКАМ, оскільки при наших протяжних лініях зв'язку спотворення сигналу, сформованого за цією системою, виявляються меншими.
У різних країнах світу використовуються відмінності стандарти телевізійного сигналу, які відрізняються кількістю рядків у кадрі, рознесенням між несучими частотами зображення та звуку, полярністю модуляції, що несе сигналу зображення, типом модуляції, що несе сигналу звуку та системою кольорового телебачення. Крім того, залежно від прийнятої країни частоти змінного струму електромережі використовуються різні значення частоти полів — 50 і 60 Гц.
У нашій країні, Болгарії, Угорщині, Польщі, Румунії, Чехословаччині, Китаї та деяких країнах Африки прийнято кількість рядків 625, рознесення між несучими зображення та звуку 6,5 МГц, негативна модуляція сигналу зображення,частотна модуляція сигналу звуку та система кольорового телебачення СЕКАМ.
Відмінності між стандартами, прийнятими в різних країнах, є перешкодою до використання телевізорів, розрахованих на один стандарт, для прийому передач за іншим стандартом, але вже сьогодні це завдання вирішено у зв'язку з появою на нашому ринку мультистандартних та мультисистемних телевізійних приймачів.
У 1966 р. на XI Пленарній Асамблеї міжнародного консультативного комітету з радіо МККР у м. Осло зареєстровано 14 стандартів ТБ-мовлення у діапазонах метрових (MB) та дециметрових (ДМВ) хвиль. За літерною класифікацією (МККР) стандарти позначаються: В, G, H, I, D, К, KI, N, M, L. В Україні та країнах СНД застосований телевізійний стандарт D/CEKAM у діапазоні MB та К/СЕКАМ у діапазоні ДМВ .