Цветное телевидение — технология телевидения , позволяющая передавать движущееся изображение в натуральных цветах. Все аналоговые системы цветного телевидения (за исключением ранних экспериментов), предназначенные для наземного вещания, соответствовали принципу совместимости, то есть цветная телепередача могла быть принята и воспроизведена как чёрно-белыми, так и цветными телевизионными приёмниками .

При этом чёрно-белые приёмники использовали только сигнал яркости, ничем не отличающийся от обычного чёрно-белого видеосигнала . Информация о цвете передавалась при помощи дополнительного сигнала, используемого только цветными телевизорами . Такое решение позволило осуществлять цветное вещание на уже существовавший парк чёрно-белых телевизоров и продолжить их выпуск в качестве недорогой альтернативы цветным приёмникам.

Требуется покупка дополнительного оборудования (приставки-декодера), чтобы смотреть нынешние цифровые передачи на старом аналоговом телевизоре. В таких приставках отказ от обработки сигнала цветности уже не даёт удешевления.

История создания

Попытки передачи цветного изображения начались одновременно с появлением механического телевидения . Первыми начали работы в этом направлении Ян Щепаник , запатентовавший механическое разложение при помощи качающейся призмы в 1897 году, и армянин Ованес Адамян , работавший над двухцветной системой телевидения . В 1899 году Александр Полумордвинов запатентовал принцип последовательной передачи цвета при помощи механического сканирующего устройства . Однако действующих образцов ни одному из этих исследователей создать не удалось. Первая в мире цветная телепередача состоялась 3 июля 1928 года в Глазго , и была осуществлена одним из основателей механического телевещания Джоном Бэрдом . При этом был использован принцип последовательной передачи трёх цветоделённых изображений основных цветов . Передача осуществлялась диском Нипкова с тремя спиральными группами отверстий, закрытых красным, зелёным и синим светофильтрами . На приёмном конце системы для синтеза изображения использовался такой же диск и три источника света основных цветов. 4 февраля 1938 года Бэрд продемонстрировал новую «театральную» систему, передав из своей студии в Хрустальном дворце изображение с разрешением в 120 строк на экран размером 3×4 метра в лондонском театре Доминион . Однако несовершенство механического телевидения не позволило сделать полученную систему массовой. Кроме того, она страдала теми же недостатками, что и система цветного кинематографа « Кинемаколор » с последовательными съёмкой и проекцией цветоделённых кадров: заметным мерцанием и цветной каймой быстродвижущихся предметов из-за низкой кадровой частоты .

Гибридные системы

Прорыв в развитии цветного телевидения произошёл после окончания Второй мировой войны . Радиоэлектронная промышленность США , лишившаяся оборонных заказов, занялась развитием гражданских технологий, в том числе телевизионных. При этом использовались новейшие достижения, до этого применявшиеся только в военных разработках. Кроме того, стали доступны не использовавшиеся ранее дециметровые радиодиапазоны , пригодные для широкополосного вещания. Нерешёнными оставались две главные проблемы электронного цветного телевидения: совместимость с существующими чёрно-белыми приёмниками и синтез цветного изображения при помощи электронно-лучевых трубок .

Для цветоделения проще всего было использовать три передающие трубки , каждая из которых формирует сигналы трёх основных цветов за светофильтрами. При этом информация о каждом цвете может передаваться одновременно по отдельным каналам . Проблема была в получении цветного изображения на стороне приёмника, поскольку кинескопы тех лет давали только монохромное изображение . Самым очевидным решением было использовать систему, аналогичную применяемой в телекамере : оптическое совмещение изображений трёх кинескопов с разным цветом свечения люминофора . Первая закрытая демонстрация подобной системы «Тринископ» была проведена компанией RCA 5 февраля 1940 года для членов Федерального агентства по связи США (FCC) . При стоимости трёхтрубочного телевизора, втрое превышавшей обычный чёрно-белый приёмник, изображение получалось тёмным, а сигнал занимал слишком широкую полосу частот , поскольку каждое из цветоделённых изображений передавалось на отдельной несущей частоте . Существующие чёрно-белые телевизоры можно было приспособить для приёма любого из цветоделённых каналов такой системы, но передача полутонов при этом неизбежно искажалась.

Альтернативой одновременной раздельной передаче цветоделённых изображений была последовательная передача информации о цвете. Однако, полоса частот, требуемая при таком принципе, оставалась слишком широкой при сохранении приемлемой чёткости . Ширину канала, сопоставимую с чёрно-белым вещанием, удалось сохранить в системе, разработанной компанией RCA в 1949 году, и названной «Последовательной передачей цветных точек» ( англ. Dot Sequential Color System ) . Сигналы, соответствующие красному, зелёному и синему частичным изображениям, мультиплексировались с частотой 3,8 МГц в один общий . В приёмнике они разделялись электронным коммутатором и воспроизводились на трёхкинескопном мониторе. Один из таких телевизоров с диагональю экрана 25 сантиметров содержал 108 радиоламп и занимал 2 метра в высоту и длину . Мультиплексирование и его синхронизация оказались слишком сложны для того времени и система была признана непригодной, несмотря на хорошую совместимость с чёрно-белыми приёмниками. Через несколько лет некоторые её принципы легли в основу стандарта NTSC с раздельной передачей яркости и цветности . Два других решения заключались в последовательной передаче цветоделённых строк или кадров. Первый способ реализован в системе Джорджа Слипера «Sleeper Color System» американского консорциума «CTI» ( англ. Color Television Incorporated ), специально созданного в 1947 году для разработки цветного телевидения . При втором способе последовательно передаются цветоделённые полукадры при помощи вращающихся дисков со светофильтрами за объективом однотрубочной камеры и перед единственным чёрно-белым кинескопом приёмника . Этот принцип, запатентованный ещё Полумордвиновым, ранее был использован Бэйрдом в механической версии.

В электронном варианте подобная система впервые продемонстрирована публике компанией CBS 4 сентября 1940 года и названа «Системой с последовательной передачей цветных полей» ( англ. Field-sequential color system ) . Её главное достоинство заключалось в возможности построения приёмника на основе одного чёрно-белого кинескопа: цветные трубки с мозаичным люминофором всё ещё оставались лабораторной экзотикой . Даже несмотря на громоздкость диска со светофильтрами, габариты и стоимость таких приёмников не шли ни в какое сравнение с трёхкинескопными телевизорами RCA, занимавшими половину комнаты. Однако, покадровая передача цвета обладала существенным недостатком: совместимость с чёрно-белыми телевизорами, возможная для большинства других технологий, превращалась в неразрешимую проблему из-за неизбежного увеличения частоты кадровой развёртки . Во время слушаний FCC о цветном телевидении, начавшихся 26 сентября 1949 года, перед комиссией стоял выбор из трёх систем: RCA с высокочастотным мультиплексированием, CTI с построчной передачей цвета и CBS с покадровым цветоделением . В итоге, несмотря на полную несовместимость, система CBS была признана более пригодной, чем две другие, и 11 октября 1950 года формально одобрена в качестве национального стандарта США . 25 июня 1951 года в 16:35 по восточному времени пять телестанций сети CBS на восточном побережье начали регулярное цветное вещание .

Изображение с разложением на 405 строк передавалось с частотой 144 цветных поля (48 полукадров ) в секунду, и десять миллионов телевизоров, уже находившихся в эксплуатации и рассчитанных на чёрно-белый стандарт 525/60 1941 года, не показывали вообще никакого изображения CBS . Самодельные «конвертеры», позволявшие приспособить телевизор для приёма цветных программ, оказались слишком сложны для рядовых пользователей . Перспектива эскалации Корейской войны и многочисленные жалобы телезрителей вынудили Министерство обороны США запретить производство цветных приёмников с октября 1951 года «в целях экономии стратегического сырья» . Решение было принято под давлением производителей чёрно-белых телевизоров и направлено на поддержку радиоэлектронной промышленности и рынка телеприёмников. Запрет был снят только в 1953 году и до этого момента производство любых цветных телевизоров для свободной продажи на территории США считалось незаконным . Позднее Конгресс США постановил, что все новые системы цветного телевидения должны быть совместимы с уже существующими . Последней передачей в стандарте CBS стала трансляция футбольного матча между командами Северной Каролины и Мэриленда 20 октября 1951 года .

В СССР на тот момент чёрно-белых телеприёмников были единицы, и проблема совместимости не стояла так остро, как в США. Поэтому в том же году под руководством Виктора Крейцера была начата разработка аналогичного стандарта с последовательной кадровой передачей цвета, а 7 ноября 1952 года Ленинградский телецентр провёл пробную трансляцию . 5 ноября 1953 года по такой же системе начала регулярное вещание опытная студия МОСЦТ из московского телецентра на Шаболовке . Среди американских специалистов, узнавших об этом, ходила шутка: «Русские воскресили американского покойника», хотя аналогичные системы одновременно тестировались в Великобритании и Франции . При стандарте разложения в 525 строк, за секунду передавались 150 цветоделённых полукадров, по 3 на каждое поле. Для приёма сигнала выпускались телевизоры «Радуга» с кинескопом диаметром 18 сантиметров, перед которым с частотой 1500 оборотов в минуту вращался диск с тремя парами светофильтров . Вращение синхронизировалось с диском передающей камеры за счёт общей с телецентром электросети переменного тока : за пределами Москвы синхронизация была затруднена . Телевизоры устанавливались в специально созданных ателье для публичного просмотра экспериментальных передач, транслировавшихся несколько раз в неделю . В конце концов система была признана бесперспективной и в Советском Союзе, а вещание прекращено 5 декабря 1955 года показом фильма « Аттестат зрелости » . Позднее последовательная передача цветоделённых полей использовалась в некоторых замкнутых телесетях, в том числе в советской системе космической видеосвязи «Арктур» .

В мае 1969 года во время полёта « Аполлона-10 » астронавты Том Стаффорд , Джон Янг и Юджин Сернан впервые использовали в космосе и впервые вели цветную телетрансляцию из космоса.

Полностью электронные системы

Наиболее перспективным оказался путь, который предусматривал использование кинескопа с тремя электронными прожекторами и мозаичного люминофора с разным цветом свечения. В середине 1940-х годов Бэрд начал разработку первой такой системы, названной «Телехром». Принцип действия был основан на особой конструкции кинескопа с двумя электронными прожекторами, расположенными под углом с разных сторон полупрозрачного экрана. При этом пучки электронов каждой из пушек попадали на «свой» слой люминофора с разным цветом свечения . Использование голубого и пурпурного цветов позволяло получить упрощённую цветопередачу, напоминающую двухцветные технологии цветного кинематографа, такие как « Синеколор » и ранний « Техниколор ». Полная аналогия с кинематографом дополнялась использованием двухцветного телевидения также для воспроизведения 3D-изображения в технике анаглифа . Дальнейшее совершенствование системы привело к появлению третьей электронной пушки в трёхцветном кинескопе с двухсторонним полупрозрачным растровым экраном . Первая демонстрация состоялась 16 августа 1944 года и доказала перспективность направления, однако внезапная смерть Бэрда прервала опыты. Похожий принцип использован в трубке «Трихромоскоп» ( англ. Trichromoscope ) компании «Дюмон»: электронные прожекторы располагались с трёх сторон под большими углами к мозаичному экрану, состоящему из трёхгранных пирамид с разноцветным люминофором разных граней .

Дальнейшие исследования шли в этом же направлении. «Пенетрон», как и «Телехром» Бэрда, использовал только два цвета, но основывался на двухслойном люминофоре. Такая технология нашла применение в радиолокационных системах опознавания « свой-чужой » . Ближе всего к цели оказался «Хроматрон», разработанный физиком Эрнстом Лоуренсом . Кинескоп, также известный как «трубка Лоуренса», использовал электрод в виде решётки для фокусировки электронных пучков на соответствующих полосках люминофора трёх цветов . Однако, наиболее перспективными и технологичными оказались трубки с теневой маской , благодаря которой пучки попадали на пятна люминофора с соответствующим цветом свечения . Изобретателем такого кинескопа считается Вернер Флехиг ( нем. Werner Flechsig ), впервые продемонстрировавший опытный образец в 1939 году на Международной выставке IFA в Берлине . Массовое производство трубок было начато только в середине 1950-х годов компанией RCA, вложившей в разработку технологии её производства огромные суммы . Недостатком этого технического решения была пониженная яркость экрана за счёт затенения электронных пучков маской. В этом отношении выигрывал «Хроматрон» и трубки типа «Appletube» компании «Philco» с временно́й коммутацией цвета единственного прожектора, но они оказались слишком сложны для своего времени . В результате самыми популярными стали технология RCA с точечными триадами, и её вариация с вертикальной апертурной решёткой , позднее разработанная Sony под названием «Тринитрон».

Одновременно с проблемой синтеза цвета в телеприёмнике решался вопрос обеспечения совместимости с существующими системами чёрно-белого телевидения. В конце концов большинство разработчиков остановило свой выбор на принципе, предложенном в 1938 году французским инженером Жоржем Валенси ( фр. Georges Valensi ) . Его технология предусматривала раздельную передачу информации о яркости и цвете вместо исходных цветоделённых компонент. Первой удачей в этом направлении стало завершение разработки компанией RCA новой системы, которая 17 декабря 1953 года в результате доработки была принята Национальным комитетом по телевизионным стандартам США в качестве единого вещательного стандарта под наименованием NTSC . Первая экспериментальная передача в этой системе проведена национальной телесетью NBC 30 августа 1953 года, а уже 1 января 1954 состоялась первая трансконтинентальная телетрансляция цветной программы по радиорелейной связи . Новая технология предусматривала передачу сигнала яркости, ничем не отличающегося от чёрно-белого видеосигнала, и двух цветоразностных, преобразованных при помощи квадратурной модуляции в отдельный сигнал цветности, передаваемый вместе с яркостным. Полученный полный цветной телевизионный сигнал годился для приёма уже существующими чёрно-белыми телевизорами, использующими только сигнал яркости. Цветные приёмники декодировали сигнал цветности и показывали цветное изображение. Первым серийным цветным телевизором, рассчитанным на стандарт NTSC, стал «RCA CT-100», продававшийся по цене 1000 долларов . Уже в 1955 году было выпущено 40 тысяч цветных телевизоров этого стандарта .

14 января 1960 года в СССР из студии МОСЦТ началось экспериментальное вещание по советскому аналогу NTSC, получившему название ОСКМ — «Одновременная совместимая система с квадратурной модуляцией» . Были выпущены крупные партии телевизоров «Радуга» (новой конструкции) и «Темп-22» с масочным кинескопом 53ЛК4Ц советской разработки . Система, разработанная кафедрой телевидения ЛЭИС , была копией американской, но адаптирована для советских стандартов: увеличена до 8 МГц ширина частотного канала и использован европейский стандарт разложения . Для частоты поднесущей было выбрано значение 4,43 МГц . Вещание велось несколько раз в неделю, но просмотр передач в цвете был доступен, главным образом в телеателье и на выставках, поскольку цветные приёмники в свободную продажу не поступали. В середине 1960-х годов были разработаны две европейские системы цветного телевидения: западногерманский PAL и французский SECAM , которые также начали тестироваться в СССР. Обе отразили попытки дальнейшего совершенствования NTSC, недостатком которой была низкая устойчивость к фазовым искажениям . В итоге, по результатам опыта вещания в системе «ОСКМ» и тестирования двух иностранных стандартов совместно с системой «ЦТ НИИР», разработанной под руководством Владимира Теслера, в СССР в 1967 году в качестве вещательного принят стандарт SECAM, как наиболее пригодный для передачи на расстояние существующими радиорелейными линиями .

Первая широковещательная передача по системе SECAM в СССР была приурочена к 50-летней годовщине Октябрьской революции , отмечавшейся 7 ноября 1967 года . В этот день состоялась первая внестудийная цветная передача с Красной площади при помощи трёхтрубочных передающих камер «Спектр-7» отечественной разработки. Для приёма цветного изображения в том же году начат выпуск телевизоров «Рубин-401», «Радуга-403» и «Рекорд-101» на основе советских масочных кинескопов . С 1 января 1978 года все передачи Центрального телевидения СССР стали передаваться в цвете, а к 1987 году цветное оборудование получили все периферийные телецентры .

Стандарты цветного телевещания

Сегодня есть три основных стандарта цветного телевидения, использующихся для аналогового вещания.

Первым в мире стандартом, получившим массовое распространение, стал NTSC. Второй после США страной, утвердившей его в качестве вещательного, в 1958 году стала Куба , но после революции с 1959 года вплоть до 1975 цветное вещание было прекращено . Следующими территориями действия NTSC стали Япония (в 1960 году), Мексика (1963) и Канада (1966). Постепенно система распространилась почти на весь американский континент , в том числе на часть Южной Америки . В процессе эксплуатации выявился главный недостаток NTSC, обусловленный особенностями квадратурной модуляции: неустойчивость цветового тона изображения, который нужно было постоянно подстраивать регулятором «NTSC Tint» . В США появился даже шутливый бэкроним названия системы: «Никогда дважды тот же цвет» ( англ. Never Twice the Same Color ), отражающий её особенности. Попытки решить проблему зависимости цвета от фазовых искажений поднесущей привели к созданию двух других систем, появившихся в Европе .

Здесь внедрение цветного телевидения происходило гораздо медленнее из-за послевоенной разрухи. Американский стандарт с нестабильной цветопередачей не находил поддержки у местных специалистов. Попытки модифицировать NTSC для вещания в Европе предпринимали французская компания RTF, английские EMI и BBC , а также голландский Philips , но в большинстве случаев результаты оказывались неудовлетворительными . Разработка собственных систем затянулась до конца 1960-х годов, и регулярное цветное вещание не велось. Но к моменту принятия стандартов основные технологические проблемы производства приёмников и студийного оборудования уже были решены за океаном, поэтому распространение цветного телевидения в Европе происходило гораздо быстрее, хотя и позже. Большинство стран Западной Европы в 1966 году в качестве стандарта выбрало PAL, а Франция и страны СЭВ годом позже — SECAM . Позднее система PAL начала использоваться в Азии , Австралии и ряде стран Африки , а SECAM — на Ближнем Востоке . К середине 1970-х чёрно-белое вещание было практически прекращено во всём мире. Дальнейшее развитие технологий выявило недостатки стандарта SECAM, от которого отказались в большинстве стран бывшего советского блока . В то же время PAL получил наиболее широкое распространение: в конце 1990-х годов передачи по этому стандарту смотрели в 62 странах 67,8 % телезрителей всего мира .

Стандарты аналогового цветного телевещания

	NTSC M	PAL B, G, H	PAL I	PAL N	PAL M	SECAM B, G, H	SECAM D, K, K', L
Стандарт разложения	525/60	625/50	625/50	625/50	525/60	625/50	625/50
Строчная частота	15,734 кГц	15,625 кГц	15,625 кГц	15,625 кГц	15,750 кГц	15,625 кГц	15,625 кГц
Частота полукадров	60 Гц	50 Гц	50 Гц	50 Гц	60 Гц	50 Гц	50 Гц
Частота поднесущей	3,579545 МГц	4,43361875 МГц	4,43361875 МГц	3,582056 МГц	3,575611 МГц
Полоса частот видео	4,2 МГц	5,0 МГц	5,5 МГц	4,2 МГц	4,2 МГц	5,0 МГц	6,0 МГц
Несущая звука	4,5 МГц	5,5 МГц	5,9996 МГц	4,5 МГц	4,5 МГц	5,5 МГц	6,5 МГц

Современные стандарты аналогового цветного телевидения предусматривают передачу сигнала яркости и двух цветоразностных, до сих пор поддерживая совместимость с чёрно-белыми приёмниками. При этом цветоразностные сигналы несут информацию о соотношении синего и красного сигналов с яркостным, а зелёный сигнал получается путём их вычитания непосредственно в декодере приёмника . Соотношение сигналов подбирается, исходя из спектральной чувствительности человеческого глаза , и стандартизировано для основных систем . При этом, полоса частот, занимаемая цветоразностными сигналами, может быть ограничена благодаря пониженной чувствительности человеческого зрения к чёткости цветного изображения .

С распространением цифрового телевидения несовместимые друг с другом аналоговые системы PAL, SECAM и NTSC были заменены общемировым цифровым, основанным на рекомендации BT.601, принятой в 1982 году Международным консультативным комитетом по радио . Универсальность цифрового стандарта обеспечивается единым цветовым пространством , в котором кодируются данные о цвете. Развитие новых типов устройств отображения, таких как плазменные панели и жидкокристаллические дисплеи , не привнесло принципиальных изменений в способ синтеза цвета. Такие экраны используют ту же технологию пространственного аддитивного цветосмешения, ставшую основой цветных кинескопов с мозаичным люминофором трёх основных цветов.

См. также

• Телевидение
• Цветной кинематограф

Примечания

Источники

Литература

• В. Е. Джакония. Телевидение. — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2002. — С. 311—316. — 640 с. — ISBN 5-93517-070-1 .

• Жигарев А. А. . — М. : Высшая школа, 1972. — С. 430. — 540 с. (недоступная ссылка)

• А.Е.Пескин, В.Ф.Труфанов. . — М.,: «Горячая линия — Телеком», 2004. — 308 с. — ISBN 5-93517-179-1 . от 21 февраля 2014 на Wayback Machine

• Карякин В. Л. . — М.,: «Солон-пресс», 2012. — С. 18—21. — 448 с.

• Кривошеев М. И. . (рус.) // «625» : журнал. — 2008. — № 1 . — С. 23—35 . — ISSN .

• Цветное телевидение / П. В. Шмаков. — М.,: «Связьиздат», 1957. — 122 с.

• Цветное телевидение в США, Франции, Англии и Голландии / В. И. Шамшур. — М.,: «Госэнергоиздат», 1956. — 23 с.

• Виктор Урвалов. (рус.) // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание» : журнал. — 2013. — № 7 .

• Борис Певзнер. (рус.) // «Broadcasting. Телевидение и радиовещание» : журнал. — 2007. — № 6 .

• В. Семёнов, Л. Балдин. (рус.) // « Радио » : журнал. — 1954. — № 11 . — С. 32—36 . 27 октября 2012 года.

• J. C. Wilson. (англ.) // Journal of the Royal Society of Arts : научный альманах. — 1934. — No. 4258 . — P. 841—856 .

Ссылки

• (англ.) . Critical Past (19 августа 1949). Дата обращения: 14 февраля 2014.