Эволюция стандартов отечественного телевидения
|
В конце 1998 г. в нашей стране отмечалось 50-летие телевизионного вещания с разложением изображения на 625 строк. В предлагаемой статье известный специалист в этой области рассказывает о ранее существовавших у нас системах и стандартах телевидения. Занимаясь в последние годы вопросами его истории, автор собрал интересные сведения, основанные на документах, с которыми и знакомит наших читателей. Более пятидесяти лет назад в бывшем СССР началось телевизионное вещание по стандарту 625 строк. Это событие, безусловно, можно назвать знаменательным в истории отечественного телевидения. Впервые в мире оно состоялось 3 сентября 1948 г. на Московском телевизионном центре (МТЦ), а с 4 ноября того же года уже велись опытные регулярные трансляции. Наш стандарт послужил базой для модифицированных вариантов большинства европейских стран и Австралии. В связи с этим обратимся к истории эволюции стандартов в нашей стране. Но сначала - о параметрах. Главными параметрами стандарта вещания считают характеристики развертки изображения: число строк в кадре, число кадров, передаваемых в секунду (частота кадров), и способ развертки (построчный - прогрессивный - или чересстрочный). Они определяют и большинство других показателей: разрешающую способность, пропускаемую полосу частот видео- и радиоканалов и др. Внедрение каждого нового стандарта повышало качество изображения, прежде всего, из-за увеличения разрешающей способности передающей системы. Поэтому целесообразно при сопоставлении стандартов ограничиться только эволюцией именно этого параметра, а также некоторых технико-технологических возможностей телецентров. Разрешающая способность, теоретически возможная для системы, определяется числом различимых элементов изображения n, зависящим от параметров развертки и полосы частот видеоканала, т. е. n=NM, где M и N - число различимых горизонтальных и вертикальных линий соответственно. Число М, представляющее собой разрешающую способность по вертикали, для построчной развертки равно числу строк в кадре без их части, теряющейся из-за кадрового гасящего импульса. При чересстрочной развертке на разрешающую способность по вертикали оказывает влияние сам принцип разложения, при котором реальная четкость по вертикали снижается изза мерцания отдельных строк четного или нечетного полей с частотой 25 Гц, особенно на горизонтальных границах и наклонных элементах изображения, заметности искажений при движении объектов изображения поперек строк. Все это приводит к снижению субъективно воспринимаемой четкости изображения с чересстрочной разверткой по сравнению с построчной (при одинаковой частоте кадров). Так, например, изображение в 625 строк с построчной разверткой эквивалентно по качеству изображению в 900 строк чересстрочной [1].
Поэтому принято считать, см. в [2]: M=dz, где z - число строк в кадре, d - коэффициент, учитывающий чересстрочность разложения, длительность гасящих импульсов частоты полей и обычно равный 0,7. Число различимых вертикальных линий определяется пропускаемой полосой частот видеоканала и представляет собой число полупериодов максимальной частоты fmax, проходящей через видеоканал, которые можно "уложить" на видимой части строки изображения (т. е. с учетом гашения): N=2qfmax/fс, где q=1-a, a=t/H, t - длительность строчного гасящего импульса, H - длительность периода строчной развертки с частотой fc. Но вернемся к стандартам. За истекшие 67 лет работы отечественное телевидение функционировало по пяти разным стандартам вещания. Их параметры указаны в таблице, а действие во времени в Москве и Ленинграде показано на диаграмме рис. 1. В таблице представлены теоретически возможные значения разрешающей способности n, вычисленные по рассмотренным выше формулам. На рис. 1 видна эволюция роста числа различимых элементов изображения с внедрением каждого нового стандарта (значения округлены из-за усреднения М). Значение n в стандарте 240 строк найдено при длительности кадрового гасящего импульса 20Н (разброс - 16,8...24 Н). 
Кроме Москвы и Ленинграда, вещание в 30 строк проводилось с 1931 г. в Одессе и Томске, а затем в других городах [3]. По стандарту в 625 строк с 1951 г. началось вещание также в Киеве, а затем в других городах [4]. В таблицу не вошли стандарты любительских телецентров, которые в 1951-1955 гг. временно функционировали в 20 городах. Первый из них был Харьковский: 320 строк с построчной разверткой при частоте кадров 50 Гц. Они были также в Калинине, Горьком, Одессе, Риге, Томске, Свердловске, Омске, Владивостоке, Уфе, Нальчике, Архангельске, Воронеже, Севастополе, Гомеле, Хабаровске, Барнауле, Перми, Казани и Комсомольске-на-Амуре [4, 5]. Следует также напомнить, что с 1967 г. в Москве, а затем в других городах началось вещание по стандарту цветного телевидения SECAM (до этого, как известно, оно было черно-белым, а механическое телевидение - фактически черно-красно-оранжевым из-за неоновой лампы в телевизорах). Во многих промышленно развитых странах (и у нас в том числе) телевизионное вещание начиналось по механической системе. Официальной датой рождения отечественного телевидения считается 1 октября 1931 г., когда из Московского радиовещательного технического узла (МРТУ), вблизи Красной площади (ул. Никольская, д. 7), начались регулярные опытные передачи [6-8]. Основным узлом передающей установки и телевизора, как известно, служил диск Нипкова (по фамилии немецкого изобретателя Пауля Нипкова). Первая установка такого телевидения для вещания через МРТУ была разработана в лаборатории телевидения Всесоюзного электротехнического института (ВЭИ), руководимой П. В. Шмаковым, откуда с 29 апреля 1931 г. велись первые опытные передачи. Главным конструктором устройства оптико-механической развертки был В. И. Архангельский. Группы специалистов возглавляли С. И. Катаев (электронные системы), П. В. Тимофеев (фотоэлементы) и А. М. Шемаев (неоновые лампы для телевизоров). Аналогичная аппаратура в Ленинграде была разработана на радиозаводе имени Коминтерна А. Я. Брейтбартом в лаборатории, руководимой А. Л. Минцем. Там опытные передачи начались в 1931 г., а регулярные - со 2 мая 1932 г. [4]. Узкий спектр сигнала (7500 Гц) позволил задействовать для распространения телепрограмм типовые радиовещательные станции, которые принимались в самых удаленных точках страны. Кроме того, возможен был прием зарубежных станций, а советских программ - за рубежом. Однако механическое телевидение обладало рядом неустранимых недостатков. Это, прежде всего, - низкая чувствительность из-за мгновенного действия преобразователя свет-сигнал (диск Нипкова - фотоэлемент), малая разрешающая способность системы и крайне малый размер изображения в телевизоре. Кроме того, были существенно ограничены программно-творческие возможности, так как в студии нельзя было устанавливать телекамеру из-за большого уровня шума вращающего диск мотора. Поэтому неподвижную телекамеру размещали в аппаратной, а не в студии, и съемка происходила через ее окно. Причем на полу студии прочерчивали мелом контур мизерной площадки, за который актеры не должны были выходить в процессе передачи во избежание заметной расфокусировки изображения. Несмотря на все это, механическое телевидение профункционировало в нашей стране почти 10 лет. Передачи из Москвы прекратились 1 апреля 1941 г. [9], а по всей стране - в конце июня 1941 г. [3]. Вспомним еще некоторые события, даты и имена, связанные с темой нашей публикации. Стремительное развитие радиоэлектроники привело к созданию в середине 30-х годов полностью электронных систем телевидения сначала на 120 и 240 строк с построчной разверткой, а затем на 343 строки с чересстрочной разверткой. Это произошло в США в лаборатории фирмы RCA под руководством В. К. Зворыкина (он работал в США после 1917 г.). Примененная впервые электронно-лучевая передающая трубка с накоплением зарядов - иконоскоп - существенно повысила чувствительность системы.
С внедрением нового стандарта проявились особенности, характерные для всех электронных многострочных систем: существенно улучшилось качество изображения, появились новые возможности для создания программ. Телевизионные камеры могли работать из студии, они стали подвижными. Сигналы с нескольких камер можно оперативно коммутировать и микшировать разными способами на пульте видеорежиссера, что способствовало лучшему воплощению творческих замыслов. Однако существенное расширение спектра сигнала (в квадратичной зависимости от числа строк развертки) потребовало перехода с диапазонов длинных, средних и коротких волн на УКВ. Передающую антенну стали устанавливать на высоких мачтах или башнях для обеспечения уверенного приема телепрограмм на возможно большей площади в пределах города и области. Примерно в то же время и в Москве был построен электронный телецентр для стандарта 343 строки (начальник Н. И. Богуславчик, главный инженер А. И. Лепарский, И. С. Джигит и др.) на Шаболовке, рядом со знаменитой башней Шухова высотой 150 м, которую использовали для монтажа передающей антенны. Оборудование МТЦ, включающее только одну телевизионную камеру, закупили у американской фирмы RCA (позднее в лаборатории МТЦ была изготовлена вторая камера). Первая опытная передача состоялась 9 марта 1938 г. Регулярно МТЦ начал работать с 10 марта 1939 г. [4, 14]. В марте 1940 г. был утвержден ОСТ 40195 (разработан Народным комиссариатом авиационной промышленности) по системе с разложением на 441 строку, а в декабре (почти без изменений) принят ГОСТ 60-40. Его разрабатывали И. С. Джигит, С. В. Новаковский, С. И. Катаев, П. В. Шмаков, Ю. И. Казначеев и др. [15, 16]. Он в основном повторял американский стандарт R. M. A. М9-211, хотя уже в 1940 г. имелись все технические предпосылки для разработки отечественного стандарта на 495 или 525 строк: по предложению И. С. Джигита нужно было лишь незначительно расширить полосу видеоканала [15]. Однако это предложение не приняли. В начале 1941 г. на МТЦ и ОЛТЦ приступили к реконструкции аппаратуры на стандарт 441 строка. Однако его реализации помешала Великая Отечественная война. Телевизионное вещание в стране было прекращено. После войны специалисты посчитали, что продолжать начатую ранее реконструкцию МТЦ не имеет смысла: дело в том, что американцы еще в 1941 г. разработали стандарт на 525 строк и в 1943 г. начали по нему вещание. К тому же в 1944 г. у нас разработали проект стандарта на 625 строк. Технически аппаратуру ОЛТЦ было проще модернизировать на стандарт в 441 строку. Поэтому реконструированный ВНИИТом телецентр в Ленинграде вышел в эфир 7 ноября 1947 г. [5], а регулярное вещание началось 18 августа 1948 г. [17]. В октябре 1945 г. правительство СССР приняло постановление о реконструкции МТЦ на стандарт 625 строк в соответствии с проектом стандарта 1944 г. Опытную аппаратуру разработало Специальное конструкторское бюро в подмосковном поселке Фрязино (руководитель А. А. Федоров) совместно с немецкими специалистами (руководитель группы И. Гюнтер). В этой работе активно участвовал и начальник АСБ МТЦ М. И. Кривошеев. Разработку промышленного отечественного оборудования и реконструкцию на МТЦ возглавил ВНИИТ. Группа специалистов, участвовавших в разработке, - В. Л. Крейцер (руководитель), А. В. Воронов, П. Е. Кодесс, В. И. Мигачев, Н. С. Куприянов, А. И. Лебедев, Карманов, Б. В. Брауде, Р. В. Ванатовский, Г. П. Казанский, С. В. Новаковский, - была удостоена Государственной премии СССР первой степени за 1949 г. Первый в мире телецентр на стандарт 625 строк имел пять студийных камер и четыре телекинокамеры. В студийных камерах с оптическими видоискателями использовались отечественные иконоскопы ЛИ-1 с возможностью перехода в дальнейшем на более чувствительные трубки - супериконоскоп. Звуковое оборудование разработали специалисты Института радиоприема и акустики (ИРПА, Ленинград, руководитель Н. С. Куприянов). Аппаратура МТЦ предусматривала возможность перехода на двухпрограммное вещание [18]. Ленинградский телецентр в стандарте 625 строк начал вещание с 15 апреля 1951 г., Киевский - с 7 ноября того же года [4]. В студийных камерах, наряду с иконоскопами, стали использовать супериконоскопы ЛИ-3. Камеры оснастили электронными видоискателями, что существенно улучшило условия работы телеоператоров [12]. Дальнейшая эволюция стандарта на 625 строк характеризуется перечнем ГОСТов (последние две цифры - год принятия): 7845-55; 7845-72; 19432-74; 7845-79; 7845-92. Все они в основном повторяли параметры проекта стандарта на 625 строк 1944 г. Начиная с 1974 г. в них введены характеристики системы цветного телевидения SECAM, а последний ГОСТ существенно расширен и доработан в соответствии с рекомендациями Международного консультативного комитета радио (МККР) [16]. Отечественный ГОСТ 7845-55 получил широкое признание во всем мире. В настоящее время действуют девять стандартов на 625 строк [19]. Согласно международной индексации они обозначены так: B, D, G, I, H, K, K1, L, N. Наш ГОСТ относится к классификации D, K, а стандарты большинства западноевропейских стран - к B, G. Стандарт SECAM-D/K, принятый большинством в то время социалистических стран, входивших в организацию "Интервидение" ("Стандарт ОИР"), имел незначительные отличия от ГОСТ 7845-55. Напротив, стандарт PAL-B/G стран Западной Европы ("Европейский стандарт МККР" или так называемые "Нормы В. Гербера") сократил на 1 МГц ширину полосы пропускания видео- и радиоканала и разнос между несущими изображения и звука. В результате телевизоры стандартов PAL-B/G и SECAM-D/K оказались несовместимыми не только для приема цветного изображения, но и звукового сопровождения.
Следует особо отметить, что при создании основополагающего проекта телевизионного стандарта на 625 строк в 1944 г. среди многих ведущих специалистов нашей страны особое место занимал Юрий Иванович Казначеев (1902-1988 гг.) - автор обоснования выбора отечественного стандарта [20, 21]. В своем фундаментальном труде он детально рассмотрел существовавшие тогда в мире системы и сформулировал требования к новому стандарту. Авторитетная межведомственная комиссия на основе исследования Ю. И. Казначеева и других источников (что было зафиксировано в документах комиссии) разработала упомянутый проект. Примечательно, что Ю. И. Казначеев впервые сформулировал так называемые предельные требования к качеству телевизионного изображения, сопоставляя его с кинофильмами. Такой подход существует и сейчас. Весьма любопытно и то, что Ю. И. Казначеев уже в те годы указал на возможность появления телевидения высокой четкости. Он писал: "Максимальные требования к четкости ТВ изображения, определяемые разрешающей способностью глаза, будут удовлетворены при стандарте четкости ТВ изображения 1225 строк". Литература: Радио № 7, 1999 | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
В 1935 г. во Всесоюзном НИИ телевидения
(ВНИИТ) в Ленинграде была разработана отечественная электронная
передающая аппаратура для телевизионного вещания. Опытный
Ленинградский телецентр (ОЛТЦ) по стандарту 240 строк был введен в
эксплуатацию В. Л. Крейцером (руководитель), Б. В. Круссером
(разработчик отечественного иконоскопа), Г. В. Брауде и др. Общее
руководство осуществлял главный инженер ВНИИТ А. В. Дубинин. УКВ
передатчики были созданы на Ленинградском комбинате мощного
радиостроения им. Коминтерна З.И. Моделем, Б. И. Ивановым, А. И.
Лебедевым-Кармановым [10, 11]. Первая пробная передача была проведена 5 июля 1938 г. [12],
а спустя два месяца (1 сентября) началось опытное вещание. В
эксплуатацию ОЛТЦ вступил 1 января 1939 г. [13].
На рис. 2 представлен график зависимости числа различимых вертикальных линий от ширины полосы пропускания
видеоканала для разных европейских модификаций стандарта на 625
строк (при q=0,82 число N=105 fmax, где fmax -
в мегагерцах). Сокращение полосы видеоканала на 1 МГц в стандартах
B, G снижает разрешающую способность по горизонтали N на 20% по
сравнению со стандартами D, K, L, но при этом она остается более
высокой, чем по вертикали.