Телевидение. История развития. Телевидение будущего

В Советском Союзе еще до принятия стандарта SECAM с 1953 г. осуществлялись опытные  цветные передачи посредством оптико-механической развертки луча: в передающей камере и телевизионном приемнике синхронно вращались диски с цветными светофильтрами. Промышленность начала выпуск цветных телевизоров «Радуга» с экраном в диаметре 18 см.

Первыми цветными телевизорами с электронной  разверткой стали новая «Радуга» и «Темп-22», хотя их выпустили немного. Перейдя на SECAM, СССР оказался без собственного телевизора, поэтому в первое время в страну завозили французские телеприемники KFT. Вскоре наши специалисты изготовили оборудование для аппаратно-студийных и аппаратно-программных блоков. Далее картина напоминала американскую: население не желало покупать дорогие цветные телевизоры, хотя государство продавало их ниже себестоимости, объем цветного вещания был недостаточен. И только к 1987 г. почти все местные телецентры в конце концов получили комплекты для цветного телевещания.

Введение в действие различных  телевизионных стандартов поделило «сферы влияния» в телевизионном  мире. Советско-французский стандарт оказался самым неудачным с технической  точки зрения, но зато успешно выполнял роль «берлинской стены». К 1985 г. все европейские телеприемники стали выпускаться с совместимым стандартом PAL/SECAM, а позднее телевизоры «научились» самонастраиваться на любую телевизионную систему. При этом к концу XX века стало очевидным, что существующие стандарты безнадежно устарели. Ученые всех развитых стран включились в разработку телевидения высокой четкости.

Система PAL разработана фирмой "Telefunken" в 1963 году. Целью ее создания было устранить  главный недостаток NTSC - чувствительность к дифференциально-фазовым искажениям. В дальнейшем выяснилось, что система PAL имеет ряд преимуществ, которые первоначально не казались очевидными.

В системе PAL, как и в NTSC применяется  квадратурная модуляция цветовой поднесущей сигналами цветности. Но если в системе NTSC угол между суммарным вектором и осью вектора B-Y, определяющий цветовой тон при передаче цветового поля постоянен, то в системе PAL его знак меняется каждую строку. Отсюда и название системы - Phase Alternation Line.

Уменьшение чувствительности к дифференциально-фазовым искажениям достигается за счет усреднения сигналов цветности в двух соседних строках, что приводит к уменьшению вертикальной цветовой четкости в два раза по сравнению с NTSC. Эта особенность является недостатком системы PAL.

Достоинства: малая чувствительность к дифференциально-фазовым искажениям и ассиметрии полосы пропускания  канала цветности. Последнее свойство особо ценно для стран, где  принят стандарт G с разносом несущих  изображения и звука 5.5МГц, что  всегда вызывает ограничение верхней боковой полосы сигнала цветности. Система PAL также имеет выигрыш в отношении сигнал/шум на 3dB относительно NTSC.

'PAL60 - система воспроизведения видеозаписи  NTSC. При этом сигнал NTSC несложным  путем транскодируется в PAL, но  число полей остается прежним, то есть 60. Телевизор обязательно должен поддерживать это значение кадровой частоты.

6. История спутникового телевизионного вещания

Впервые вывести летательные  аппараты в верхние слои атмосферы  попытались инженеры фашистской Германии, создав управляемое ракетное «оружие возмездия». В 1944 г. немецкими ракетами Фау-1 был обстрелян Лондон с целью деморализации боевого духа и выведения Великобритании из войны. В сентябре того же года немцы применили усовершенствованные Фау-2, достигавшие таких высот, что система противовоздушной обороны Лондона оказалась бессильной. Своих целей гитлеровцы не добились, но привлекли внимание множества специалистов к разработкам ракетного оружия. 

Один из офицеров британской армии, будущий писатель-фантаст Артур Кларк (род. в 1917 г.), в 1945 г. опубликовал статью о возможности превращения подобных ракет в «неземные ретрансляторы». Причем А. Кларк рассчитал геостационарную орбиту, на которой, по его мнению, достаточно было расположить три спутника, чтобы покрыть УКВ-вещанием всю планету. Электроэнергию для радиопередатчика автор статьи предлагал извлекать из света при помощи солнечных батарей. Практики рассматривали статью как научно-фантастическую, думается, и сам автор не осознавал, что его предложения очень скоро изменят мир. Артур Кларк полагал, что на реализацию идеи потребуется 50 лет. Впоследствии идея спутникового теле- и радиовещания принесла автору множество наград, в том числе международную премию имени Маркони, золотую медаль Института Франклина, премию Линдберга и другие. Международный астрономический союз (International Astronomical Union)  официально присвоил геостационарной орбите наименование «Орбита Кларка» («The Clarke Orbit»).  Интересно, что поднять ретранслятор на возможно высокую точку при помощи самолета предлагал еще П. В. Шмаков 1937 г., и только 20 лет спустя, в 1957 г., во время VI Всемирного фестиваля молодежи и студентов в Москве, идею осуществили. На высоту четыре километра поднялись самолеты ЛИ-2 с активными передатчиками на бортах, что дало возможность экспериментально транслировать фестиваль в Смоленск, Киев и Минск.

Первый искусственный  спутник Земли был выведен на орбиту 4 октября 1957 г. специалистами Советского Союза. Он двигался по эллиптической орбите и просуществовал до 4 января 1958 г. Уже в ноябре 1957 г. к Первому секретарю ЦК КПСС Н. С. Хрущеву обратилась группа специалистов (С. В. Нова-ковский, С. И. Катаев, Л. А. Д-ружкин) с предложением начать работы по реализации космического вещания. Ученым было ясно, что выбор спутника в качестве высокой «точки подвеса» идеален: в безвоздушном пространстве радиоволны распространяются почти без затухания, чего нельзя сказать об атмосфере Земли.

Американские ученые смогли осуществить запуск первого  спутника лишь 1 февраля 1958 г. Международные  договоры предусматривали, что космический  аппарат называется спутником, если он совершит не менее одного оборота вокруг Земли, в противном случае его считают ракетным зондом. Спутник с установленными радиопередатчиками считается активным, примером  пассивного спутника стал  знаменитый американский шар «Эхо-1» (12 августа 1960 г.) с алюминиевым покрытием для отражения радиосигнала. Первым спутником, при помощи которого осуществили передачу телевизионного сигнала, был американский «Telstar I», выведенный на эллиптическую орбиту 10 июля 1962 г. На геостационарную орбиту США вышли 26 июля 1963 г. со спутником связи «Syncom 2».

Первая трансляция ТВ-сигнала  из Владивостока в Москву при помощи советского спутника связи «Молния» в СССР осуществилась 23 апреля 1965 г. Техническое решение оказалось  настолько эффективным, что перед  учеными сразу же поставили задачу обеспечить прием видеосигнала на персональные телевизоры. Теоретически проблема была решаема, но для ее практической реализации было необходимо существенно повысить мощность бортового радиопередатчика (до десятков кВт) на спутнике, что невыполнимо по сей день, так как получить энергию в космосе можно только преобразовав свет в электричество при помощи солнечных батарей и буферов-аккумуляторов, КПД которых недостаточно высок.

Кроме того, проблема оказалась  не только технической, но и политической, так как спутник с огромной высоты не может облучать территорию с учетом границ каждого государства, неизбежен «естественный перелив» радиосигнала. Ситуация осложнялась тем, что, поняв преимущества спутникового ТВ на орбитах, при помощи американских ракетоносителей свои спутники на орбите разместили многие страны: Франция (1965), Австралия (1967), Япония (1970) и т.д. Во избежание эфирной каши Международный союз электросвязи разработал план спутникового ТВ-вещания, распределив позиции спутников на геостационарной орбите, каналы, уровни сигналов и т.п. 

Для СССР было выделено пять позиций, так как страна разбита  на пять  вещательных зон (10 часовых  поясов), что позволяет одновременно транслировать 70 ТВ-программ. Специалисты  в области спутникового вещания  приняли терминологию: «индивидуальный прием» — прием на небольшие домовые антенны, «коллективный прием» — прием излучения на сложные устройства с большими антеннами и распределительными сетями. Для увеличения пропускной способности канала связи спутники могут группироваться на небольшом участке орбиты, облучая определенный район Земли, или в различных орбитальных точках, направляя передающие антенны на обслуживаемую территорию.

2.6.1. Распределительная телевизионная сеть

Более экономичными оказались  сети «Экран» (1976) и «Москва» (1979). Идеология систем заключалась в том, чтобы увеличить мощность передатчика на ретрансляторе спутника и одновременно упростить, а следовательно, и удешевить оборудование приемных наземных станций. Спутники расположены на геостационарной орбите. Высоко висящий ретранслятор может облучать территорию 2-3 часовых поясов, размеры наземных приемных антенн станций «Москва» уменьшились до 2,5 м в диаметре. Существует и перевозимый комплект оборудования приемной станции «Москва», умещающийся в кузове грузового автомобиля. 

Достаточно эффективной  сетью распределения спутниковых  программ для районов Сибири и  Крайнего Севера является система «Экран», покрывающая 40% российской территории. Приемные устройства могут быть двух типов: сложные (1 класс) и упрощенные (2 класс). Принятый со спутника сигнал распространяется через кабельные сети или маломощные ретрансляторы. В настоящее время в стране работают 1500 станций данной системы, а в странах СНГ— 750 приемных установок системы «Экран» и 1000 приемных станций «Москва». Совместное использование систем «Москва и «Экран» позволило транслировать две центральные программы по всей территории страны с учетом пяти временных зон.

Обобщенная схема работы спутникового вещания на коллективные приемные сети выглядит так: готовый  видеосигнал из телецентра подается на ретранслятор искусственного спутника Земли, после чего отправляется земным теле- и радиостанциям (для передачи сигнала со спутников используются сантиметровые волны), далее распространяясь по радиорелейным линиям или кабельным сетям. Применение данных технологий снижает затраты телезрителя или радиослушателя, избавляя его от необходимости приобретать дорогостоящее оборудование для непосредственного приема программ со спутников.

Пять зон телевещания  программ ВГТРК и ОРТ обеспечивает национальная орбитальная группировка из 10 спутников. Идет работа по переводу систем «Орбита», «Москва» и «Экран» с аналогового на цифровой стандарт (MPEG-2/DVB-S), что позволит повысить качество ТВ-изображения и сократить количество спутников до пяти. Вся космическая группировка ФГУП «Космическая связь» на сегодняшний день представлена 14 спутниками.

Разумеется, наиболее перспективным  в спутниковом вещании будет  прием видеосигнала на индивидуальные антенны, но в этом случае государство  переложит свои затраты на каждую семью, а учитывая низкую платежеспособность населения, сейчас сделать это невозможно. По радиорелейным линиям сигналы со спутников транслируются 80% населения России, по кабельным сетям —19%, а индивидуальные «тарелки» имеют только 1% жителей России.

Для того чтобы принимать  ТВ-программы со спутника непосредственно  на домашний телевизор, необходимо, чтобы  сигнал, излучаемый ретранслятором из космоса, полностью соответствовал характеристикам сигнала, воспринимаемым телеприемником. Как уже отмечалось, такая задача была поставлена перед учеными в самом начале космической эры, но так и не была решена из-за  нехватки мощности бортовых передатчиков, да и размеры передающих антенн на спутниках в этом случае должны значительно превышать  существующие. Поэтому в современных системах используются специальные устройства преобразования сигнала. Для снижения диаметра антенн был необходим прорыв в области малошумящих усилителей, и уже в 1982 г. такая система была создана в Канаде (ANIK), в 1984 г. — в Японии (BS-2), позднее в Германии, Франции, а в 1996г. в России («НТВ-Плюс»). 

Спутники «Галс-1» и  «Галс-2», выведенные на геостационарную  орбиту в 1994 и 1995 гг, использовались для  вещания НТВ+.  Спутники бывают низкой (20 Вт), средней (45 Вт) и высокой мощности (более 100 Вт), для индивидуального приема используются последние. Сигнал со спутника достигает поверхности Земли чрезвычайно ослабленным, и, если его не усилить, он будет подавлен различными шумами, поэтому его улавливают при помощи параболической антенны (в виде тарелки). Такая форма антенны выбрана потому, что сигнал, отражаясь от любого участка изогнутой поверхности, может концентрироваться в одной (фокальной) точке (по такому же принципу свет концентрируется в автомобильной фаре), где он попадает на конвертор и преобразуется до необходимых частот. Далее сигнал по кабелю передается спутниковому приемнику — ресиверу (или тюнеру), где хранятся настройки каналов.

Чем больше диаметр антенны, тем больше сигналов с различных  спутников можно уловить. Сейчас в основном используются антенны со смещенным центром — офсетные, где конвертор не перекрывает полезную площадь принимающей поверхности. Согласно международному праву перехват спутниковых программ в коммерческих целях запрещен, но уменьшение размеров приемных антенн с нескольких метров до десятков сантиметров сделало невозможным тотальный контроль. В результате телекомпании были вынуждены прибегнуть к шифровке сигналов.

2.6.2. Российские операторы спутникового телевидения

В Российской Федерации  действуют множество фирм, предоставляющих услуги в области наземного приема ин-дивидуальных спутниковых программ. Первой на отечественный рынок вышла телекомпания «Космос-ТВ», учрежденная в 1991 г. Главным центром радиовещания и телевидения (ГЦРТ) и американским предприятием Metromedia International Telecommunications Inc. Предложение компании не только приобретать дорогостоящее приемное оборудование, но и арендовать его способствовало популярности компании среди иностранцев, временно проживающих в Москве. Компания также предлагает услуги приема сигналов на коллективные домовые антенны с дальнейшей разводкой сигналов по кабелям до конечного потребителя. «Космос-ТВ» предоставляет возможность просмотра информационных, познавательных, развлекательных, детских, спортивных и др. программ, ее услугами на сегодняшний день пользуются 15 российских каналов.