Эта первая опытная система оставила нерешенным или решенным пока еще неудовлетворительно- целый ряд весьма существенных моментов. Например, присутствие каких-либо вращающихся механизмов и дисков в приемнике всегда было крайне нежелательным. И если такой диск кое-как еще мог быть терпим в приемниках с катодными трубками малых размеров, то с непрерывным увеличением размеров приемных трубок размеры диска должны в конце концов стать столь большими, что это почти исключает его дальнейшее применение. Эта трудность лишь частично устраняется применением вместо диска вращающегося вокруг трубки кольцевого барабана.Несмотря на свою сложность, уменьшение числа элементов и прочие недостатки, первые опыты цветного телевидения дали много утешительного. Они показали такую жизненность и естественность изображений, против которых черно-белые передачи не могут идти ни в какое сравнение. Кроме того, оказалось, что при равном числе элементов разложения цветное изображение кажется во много раз лучше черно-белого. Например, по четкости цветное изображение при 185 строках кажется равноценным 525-строчному черно-белому. Специалисты считают, что если впоследствии число строк цветного телевидения будет увеличено до существующего стандарта черно-белого, то-есть до 525 или 625 строк, то тем самым по четкости оно будет равняться 900—1000-строчному черно-белому телевидению. И здесь «виновником» оказывается наш глаз, который очень сложным путем способен передать мозгу больше сведений об изображении, если он видит его в цветах. Поэтому усилия ученых, работающих в настоящее время в области телевидения, направлены главным образом на окончательное преодоление препятствий, ставших на пути осуществления этого нового, еще более увлекательного дела.В настоящее время Московский телецентр приступил к опытным передачам цветного телевидения по системе, в которой перед передающей трубкой передатчика и катодными трубками приемников вращаются диски с цветными светофильтрами.Чтобы иметь возможность исследовать самые разнообразные стороны техники цветных передач, развертка изображения в этой системе осуществляется не на сокращенное число элементов, а почти на такое же, какое применяется и при черно-белых передачах — на 525 строк (частота строчной развертки 39 375 герц). Изображение разбивается на 25 полных кадров, каждый из которых передается в трех цветах, что в сумме дает 75 разноцветных кадров. Каждый одноцветный кадр, так же как и в чернобелом телевидении, передается через одну строку — сначала четные, а потом нечетные строки, то-есть два раза; следовательно, число полукадров, или, как их называют иначе, полей, в этих передачах составляет 150. Вследствие этого частота вертикальной развертки равняется 150 герцам. Соотношение сторон (формат) передаваемого изображения равно 11:8, что составляет примерно 250—275 тысяч элементов разложения. Таким образом, полоса передаваемых частот сигналов изображения занимает 8,4 мегагерца.Несущая частота сигналов изображения — 78 мегагерц, сигналов звукового сопровождения — 87,75 мегагерца. Полная полоса частот, занимаемая передатчиком цветного телевидения, равна 12 мегагерцам (от 76 до 88 мегагерц) Взаимная синхронизация вращения дисков передатчика и всех приемников осуществляется при помощи синхронных электрических двигателей, которые вращаются точно в такт с частотой городской осветительной сети, а следовательно, и друг с другом, что обеспечивает не только точное совпадение числа оборотов дисков (синхронность), но и одновременное начало и конец движения секторов цветных фильтров, стоящих перед передающей и приемными трубками (синфазность).Опытная станция цветного телевидения, расположенная в помещениях Московского телецентра, по существу, представляет собой самостоятельный телецентр, имеющим возможность вести передачи из трех студийных камер. Одновременно или отдельно телецентр может передавать и полнометражные цветные кинофильмы.Студия освещается специальными мощными люминецентными лампами (лампами дневного света), которые создают требуемый спектральный состав света, обеспечивающий правильное соотношение цветов в освещении, что особенно важно в цветном телевидении.Так как для цветных передач требуется еще больше света, чем для черно-белых, освещение студии люминесцентными лампами резко снижает температуру в студии. Передача цветных кинофильмов происходит совершенно иначе, чем в кино. Для этой цели телецентр оборудован специальными кинопроекторами, передающими каждый кадр цветного кинофильма по три раза, а если считать по полям, то по шести раз. Рядом со старой, всем хорошо известной Шуховской башней Московского телецентра выросла новая, стройная башня станции опытных цветных передач. Десятки цветных приемников под названием «Радуга» помогают советским ученым и инженерам разработать совершенную систему будущего цветного телевидения для столицы нашей Родины — Москвы, а потом и для телевизионных центров остальных крупных городов нашей страны. Схема цветной передачи по этой системе показана на табл. III, д.
Но нам снова надо вспомнить о том, что принципиально верный и наиболее многообещающий, хотя пока еще и самый трудный путь создания действительно высококачественного цветного телевидения лежит в получении цветных изображений чисто электронным путем.Да и способов решения задачи здесь можно будет найти гораздо больше, чем с любыми механическими приспособлениями, какими бы остроумными они ни казались. Сейчас уже существует несколько вариантов лабораторных установок чисто электронного цветного телевидения, наиболее простую из которых мы и опишем (табл. III, г).В ней вместо одной применяются три отдельные передающие трубки, каждая из которых чувствительна к одной из трех главных зон светового спектра: красной, зеленой или синей. Передаваемое изображение при помощи объектива и вспомогательного оптического устройства наводится одновременно на светочувствительные мозаики всех трех трубок. Вспомогательное оптическое устройство состоит из двух полупрозрачных цветоделительных зеркал-фильтров,поставленных под некоторым углом к лучу света, идущему от изображения.Сначала свет попадает на первое наклонное полупрозрачное зеркало, которое отражает на расположенную сбоку трубку, чувствительную к красным лучам, лишь лучи красной зоны, а все остальные лучи пропускает дальше. Второе полупрозрачное зеркало таким же путем отражает на расположенную сбоку трубку, чувствительную к синим лучам, только лучи синей зоны спектра. Оставшиеся лучи зеленой зоны проходят прямо на трубку, чувствительную к зелещым лучам.Как мы видим, это устройство по принципу сходно с описанной нами раньше цветной фотографией, снимаемой по способу вычитания цветов.Разделенные таким способом лучи света создают в своих трубках сигналы, соответствующие каждому отдельному цвету.Эти сигналы затем усиливаются и передаются не друг за другом, как у предыдущей системы, а одновременно, занимая в спектре частот передатчика каждый свой отдельный участок. На приемном устройстве эти сигналы снова разделяются на три части, раздельно усиливаются и затем подводятся к трем отдельным трубкам, экраны которых светятся красным, зеленым и синим светом. При помощи довольно сложного оптического устройства одноцветные изображения, получающиеся на экранах всех трех трубок, совмещаются в одно многоцветное изображение, а оно уже затем проектируется на большой белый экран. Оптическая система такой установки должна быть очень точной.Выше мы привели только общую схему передачи цветных изображений по этой системе. Практически все происходит гораздо сложнее описанного.Принципиально такая система имеет целый ряд существенных преимуществ. Все процессы в ней совершаются электрическим путем, что полностью устраняет какие-либо вращающиеся механизмы. Кроме того, она дает широкие возможности для любых усовершенствований и нововведений, которые каждодневно порождают современная наука и техника.При ней размеры получаемого изображения не ограничиваются, и она может быть осуществлена с трубками любых размеров, включая и установки для проекции на большой экран.Наконец, параллельная передача цветных сигналов позволяет за счет ряда технических мероприятий сжать общую полосу частот передатчика до 6 мегагерц, и, следовательно, отпадает необходимость уменьшения числа элементов изображения.Попробуем разобраться, как это можно было бы осуществить.Ученые давно замечали, что при передаче сигналов черно-белого телевидения, несмотря на то что для обеспечения неискаженных изображений телепередатчику требовалось отводить полную требуемую полосу частот, практически получалось так, что значительная часть этой полосы все-таки никогда не использовалась. Некоторые сигналы или целые группы сигналов, особенно самых высоких частот, в передачах встречались столь редко, что их отсутствие никак не могло сказаться на качестве передач, так же как это бывает, когда при воспроизведении музыки по радио мы практически не замечаем отсутствия звуков некоторых очень высоких частот. Происходит это вследствие того, что все частоты передаваемых сигналов не распределяются равномерно по всему спектру частот, отводимому передатчику, а группируются на определенных участках спектра. Между этими группами густо собранных частот имеются значительные участки, или промежутки, в которых сигналы отсутствуют или попадаются крайне редко. Выходит, что некоторые участки столь дефицитной в те- -левидении полосы частот не используются.Учитывая это, было предложено сигналы какого-либо одного цвета как бы вставлять в промежутки, где отсутствуют другие сигналы, но так, чтобы это, конечно, не вызывало очень серьезных усложнений аппаратуры, нежелательных искажений и взаимных помех.Такое уплотнение одних сигналов другими позволило бы примерно на 30—40 процентов сократить общую полосу частот, которую иначе пришлось бы отвести цветному телевидению. А это уже значило бы многое. Но одну цветную полосу можно разместить лишь между сигналами черно-белого телевидения. Откуда же взять эти черно-белые сигналы в цветном телевидении? Это стало возможным, когда было подмечено еще одно явление, которое до этого, оказывается, было хорошо известно печатникам цветных иллюстраций.Наш глаз способен четко воспринимать цветные сигналы на экране телевизора или цветные пятна на рисунках, когда они имеют достаточно большие размеры и для передачи которых, как мы знаем, требуются сигналы сравнительно низких частот. Если же эти участки имеют очень малые размеры, то-есть они появляются перед глазами на экране телевизора на очень короткие промежутки времени, глаз практически не различает — цветные они или просто черно-белые.Получается, что очень маленькие и тонкие детали, а им соответствуют сигналы самых высоких частот, в каждом цветном участке спектра нет нужды передавать в трех отдельных цветах — достаточно все их передавать, как в черно-белом телевидении, только по одному разу. Это само по себе дает экономию во всех трех участках частот, отводимых каждому цвету, и позволяет сократить общую полосу частот для всей передачи примерно еще на 25—30 процентов. Теперь в общей полосе частот, отводимой для цветного телевидения, появилась довольно широкая полоса черно-белых сигналов, в которой объединены все самые высокие частоты всех трех цветных участков. Вот в промежутках этой черно-белой полосы и стало возможным разместить целиком полосу частот сигналов, например, красного цвета.Это, пожалуй, можно сравнить с тем, как художники рисуют цветные карикатуры: сначала они черным карандашом наносят все контуры, детали и другие линии, после чего большие поверхности рисунка закрашивают различными красками.Большие цветные поверхности и будут соответствовать цветным сигналам низких частот того или другого цвета, а черные карандашные линии и детали — смешанным вместе высоким частотам всех цветных сигналов, вместо которых взят один черный цвет. На законченном рисунке эти пограничные между цветами линии даже не видны, поэтому и неважно, какого они бывают цвета. Однако они делают рисунок четче, яснее и выразительнее.Комбинируя вместе два указанных выше преимущества, удается существенно сократить общую полосу частот,требуемую теперь для всего канала цветного телевидения.Наконец, нашелся и еще один источник экономии полосы частот, основанный и на этот раз на некоторых свойствах человеческого глаза.Чувствительность глаза к малым яркостям различных цветов, или, как ее иначе называют, разрешающая способность глаза, неодинакова.Если на глаз действуют лучи света с разной длиной волны, но все с одинаковой энергией, то глаз синие лучи почти не увидит, красные лучи различит с трудом, в то время как желтые и зеленые покажутся ему очень яркими, так как именно здесь (длина волны около -556 миллимикрон) лежит область наивысшей чувствительности глаза. Отсюда получается, что глаз больше чувствителен к изменению яркости цветов изображения, чем к изменению их окраски. Поэтому полоса частот, отводимая для передачи трех цветов, может быть теперь разделена не поровну между ними, а с учетом чувствительности глаза к разным цветам: для синих сигналов — самая узкая полоса, так как все равно глаз в этом свете плохо различает мелкие детали; для красных — пошире; для зеленых, где глаз все очень хорошо различает, — самая широкая. Полученная экономия может быть опять обращена на сокращение общей полосы частот еще примерно на 25—30 процентов.Все это, вместе взятое: смешение высоких частот всех трех цветных сигналов (малых деталей) только в чернобелые, размещение сигналов какого-либо одного цвета в промежутках между черно-белыми сигналами, сравнительное сокращение размеров участков частот, отводимых для каждого цвета в зависимости от чувствительности глаза к цветам,— и позволяет полную полосу частот, отводимую раньше цветному телепередатчику и равную 18 миллионам герц, сжать без серьезного ущерба для качества передач до 6 миллионов герц, то-есть до такой же полосы, какая отводится сейчас черно-белому телевидению (табл. IV, г).
Конечно, такие очень энергичные операции над участками спектра частот, описанные нами в весьма общих чертах, даются ценой значительного усложнения как передающей, так и приемной аппаратуры. Однако не исключена возможность, что в советских условиях, где нет кон-курирующих между собой различных телевизионных фирм, как это происходит в капиталистических странах, со временем будут найдены пути, позволяющие передавать достаточно широкую полосу частот цветного телевидения, не прибегая к многочисленным ухищрениям для сжатия полосы передаваемых сигналов.
На табл. IV, д показана еще одна из возможных схем распределения участков спектра цветных сигналов передатчика цветного телевидения. Сигналы показаны разбитыми на два полукадра, то-есть для того случая, когда развертка изображения производится через одну строку: сначала четные строки, потом нечетные, что вообще улучшает качество передачи.
Преимущество полностью электронных систем цветного телевидения подтверждается следующим фактом: не так давно были предложены проекты новых трубок, позволяющих получать полное цветное изображение на экране только при пемощи одной трубки вместо трех, требовавшихся раньше.
От обычных трубок они отличаются тем, что у них светящийся состав на экран нанесен не сплошным слоем, а небольшими точками, в виде правильных треугольников. В каждом таком треугольнике одна точка под действием пучка электронов светится красным, вторая — зеленым, а третья — синим светом. Всего на экране размещается примерно 200 тысяч треугольников, или 600 тысяч разноцветных светящихся точек. Непосредственно перед таким экраном ближе к катоду помещается тонкий металлический диск с 200 тысячами отверстий. Размер каждого отверстия приблизительно равен размеру одной светящейся точки экрана. Диск поставлен так, чтобы его отверстия приходились против центра каждого треугольника.Эта пушка вместо одного катода имеет три, и при развертке на экран трубки — вернее, на металлический диск —• вместо одного сразу направляются три электронных луча. Эти лучи фокусируются так, что все они попадают точно в одно и то же отверстие диска. Но так как эти лучи исходят из разных точек (катодов), то, пройдя сквозь отверстие диска под несколько разными углами, они дальше немного расходятся по сторонам и попадают каждый на свою светящуюся цветную точку: например, один луч на красную, другой — на зеленую и третий луч — на синюю точку (табл. IV, в).Такой тройной электронный луч при развертке скользит по поверхности диска, как один луч. Передатчик в этой системе развертывает по цветам уже не целые кадры, как было описано раньше, а элемент за элементом — сначала в одном, затем в другом и после в третьем цвете — при помощи специального электронного переключателя.Управляющее устройство такой трубки сделано так, что пока общий тройной луч проходит сквозь одно отверстие диска, сигнал, поступивший в некоторый момент от красной точки изображения, действует только на тот электронный луч, который нацелен на точку экрана, светящуюся красным светом.Остальные лучи в это время запираются и не действуют.Когда приходит сигнал от синей точки изображения, он действует на луч, попадающий только на синюю точку экрана, от зеленой — на луч, освещающий лишь зеленую точку треугольника. Поэтому на экране трубки с разной яркостью друг за другом светятся сначала все три цветные точки одного треугольника, потом все три точки другого треугольника и так далее — до конца, пока электронный луч не обойдет все 200 тысяч треугольников, то-есть развертка изображения идет сначала точка за точкой, потом треугольник за треугольником и, наконец, строка за строкой.Действуя в очень короткий промежуток времени, эти разноцветные вспышки и создают у зрителя впечатление полного цветного изображения. С такой трубкой сразу отпадает сложная работа по совмещению на одном общем экране изображений от трех отдельных трубок и масса прочих недоразумений, свойственных всем описанным ранее системам.Этот шаг вперед к осуществлению еще более простой системы цветного электронного телевидения, как это часто бывает, оказался не последним. В самом деле, ведь здесь должны обязательно быть три отдельных излучающих электроны катода, три отдельных электронных луча, сложное переключающее устройство, управляющее тройкой быстрых и капризных «коней»...Нельзя ли упростить все дело так, чтобы обойтись, например, только одним лучом? Сделать так, чтобы один и тот же луч, пройдя отверстие диска, сам изгибался и попадал на нужную, светящуюся цветную точку экрана?Оказывается, можно. И вот появляется проект еще одной трубки, у которой вместо трех имеется лишь один катод и работает всего один электронный луч. Металлический экран и треугольники из цветных точек, разумеется, остаются те же. Но зато управляется электронный луч теперь много хитрее. Вместо того чтобы лететь к экрану прямо, он при помощи специальной магнитной системы вращается, как коловорот (табл. IV, а).Пролетев сквозь отверстие в диске, такой вращающийся электронный луч может по очереди попадать на любую из трех цветных точек треугольника.Скорость вращения электронного луча по спирали автоматически регулируется таким образом, что когда электронный луч управляется сигналом от красной точки изображения, то он непременно попадает только на красную точку.Когда же через короткий момент на луч действует сигнал, пришедший от зеленой точки изображения, то угол поворота луча к этому времени немного изменяется, и он, пройдя диск, попадает уже на зеленую точку экрана, и т. д.Наконец, совсем недавно был разработан проект еще более простого устройства цветной приемной трубки тоже с одним электронным лучом (табл. IV, б).Экран такой трубки составлен из очень тоненьких вертикальных полосок разноцветного фосфора, шириной 0,5 миллиметра каждая, расположенных в следующей последовательности: красная, зеленая, синяя,синяя,зеленая, красная, и т. д. Иными словами, между красными и синими полосками всегда располагается зеленая.Всего на экране размещено 300 зеленых, 300 красных и 300 синих полосок.Вплотную к внутренней поверхности экрана поставлена сетка, или растр, из тоненьких вертикальных проволочек таким образом, что каждая проволочка стоит как раз против середины каждой красной и синей полосок фосфора. Против зеленых полосок проволочек нет.Все красные и все синие проволочки присоединены к соответствующим контактам электронного переключателя цветов.Этот переключатель по очереди подает на одни проволочки положительное, а на другие — отрицательное напряжение, равное, допустим, 350 вольтам.Когда напряжение на проволочках равно 0 вольт, электронный луч проходит на экран прямо, не изгибаясь ни в одну сторону, и каждый раз попадает на зеленые полоски экрана. Когда же, например на проволочки, стоящие против красных полосок, подается положительное напряжение, равное 350 вольтам, а на соседние проволочки, стоящие против синих полосок, — 350 вольтам отрицательного напряжения, то под действием суммарного напряжения, равного 700 вольтам, электронный луч, подойдя вплотную к экрану, будет изгибаться в сторону проволочек, стоящих против красных полосок фосфора, и, попадая на них, вызывать свечение красного цвета.Если же напряжение на проволочках меняется, то-есть положительно заряженными становятся проволочки, стоящие против синих полосок, а отрицательными — стоящие против красных, то электронный луч будет изгибаться в сторону синих проволочек и, попадая на синие полоски фосфора, вызовет на них световые вспышки синего цвета.Так как на передатчике каждый элемент передаваемого изображения при помощи электронного переключателя по очереди развертывается сначала красной, потом зеленой и, наконец, синей передающей трубкой, то и в приемнике точно такой же переключатель сначала подключает дополнительное положительное напряжение на красные проволочки, а отрицательное — на синие; потом напряжение снимается совсем, и луч проходит на экран не изгибаясь; затем положительное напряжение подается обратным порядком на синие проволочки. Получается, что во время развертки экрана электронным лучом кончик этого луча имеет еще дополнительное движение: он то составляет с лучом прямую линию, то немного отстает назад или, наоборот, обгоняет его, изгибаясь немного вперед. Все эти поочередно вспыхивающие разноцветные точки на поверхности экрана трубки, складываясь вместе, создают впечатление единого многоцветного изображения.Следует всегда помнить, что у любой из описанных выше трубок каждая цветная точка экрана светится только тогда, когда на нее попадает сигнал, пришедший от точки изображения точно того же цвета. Здесь, конечно, все зависит от исключительной точности и быстроты работы всех сложных управляющих устройств.Достаточно сигналу на какую-то одну десятимиллионную долю секунды запоздать или, наоборот, забежать вперед, как электронный луч заскочит уже на соседнюю светящуюся другим цветом точку экрана, и все пойдет «шиворот-навыворот».Однако электроны — эти чудесные маленькие слуги человека — настолько чутки, исполнительны и податливы, что могут в точности следовать за приказами, даже в десятки и сотни раз более быстрыми, чем те, которые отдаются в этой системе, и все же не сбиваться с установленного для них порядка.В этом и заключается несравнимое преимущество всех электронных систем телевидения, особенно цветного.На чем наконец остановят свой выбор ученые, сейчас еще трудно предсказать, но одно несомненно, что в ближайшем будущем цветное телевидение выйдет из стадии лабораторных опытов и станет таким же достоянием радиозрителей, как цветное кино.
Конечно, такие очень энергичные операции над участками спектра частот, описанные нами в весьма общих чертах, даются ценой значительного усложнения как передающей, так и приемной аппаратуры. Однако не исключена возможность, что в советских условиях, где нет кон-курирующих между собой различных телевизионных фирм, как это происходит в капиталистических странах, со временем будут найдены пути, позволяющие передавать достаточно широкую полосу частот цветного телевидения, не прибегая к многочисленным ухищрениям для сжатия полосы передаваемых сигналов.