Технологии телевидения

Элементы простой системы эфирного вещания телевидения включают:

• Источник изображения. Это электрический сигнал, представляющий визуальное изображение, который может поступать от профессиональной видеокамеры при прямом эфире, видеомагнитофона для воспроизведения записанных изображений или телецинема с сканером с летающей точкой для переноса кинематографических фильмов на видео.
• Источник звука. Это электрический сигнал от микрофона или аудиовыхода видеомагнитофона.
• Передатчик, который генерирует радиосигналы (радиоволны) и кодирует их информацией о изображении и звуке.
• Телевизионная антенна, подключённая к выходу передатчика для вещания закодированных сигналов.
• Телевизионная антенна для приёма эфирных сигналов.
• Приёмник (также называемый тюнером), который декодирует информацию о изображении и звуке из эфирных сигналов, и вход которого подключён к антенне телевизора.
• Дисплейное устройство, которое преобразует электрические сигналы в визуальные изображения.
• Аудио усилитель и громкоговоритель, которые преобразуют электрические сигналы в звуковые волны (речь, музыка и другие звуки), сопровождающие изображения.

Практические телевизионные системы включают оборудование для выбора различных источников изображения, смешивания изображений с нескольких источников одновременно, вставки предварительно записанных видеосигналов, синхронизации сигналов от многих источников и прямого создания изображений с помощью компьютера, например, для идентификации станции. Помещение для размещения такого оборудования, а также для сцен, декораций, офисов и т. д., называется телевизионной студией и может находиться на значительном расстоянии от передатчика. Связь между студией и передатчиком осуществляется по выделенному кабелю или радиоканалу.

Изначально телевизионные сигналы передавались исключительно через наземные передатчики. Качество приёма сильно варьировалось, в значительной степени зависело от расположения и типа приёмной антенны. Это привело к широкому распространению больших антенн на крышах для улучшения приёма в 1960-х годах, заменивших комнатные дипольные или «кроличьи уши» антенны, которые, однако, оставались популярными. Роторы антенн, управляемые с помощью серводвигателей, позволяли поворачивать антенну в сторону нужного передатчика и также стали популярными.

В большинстве городов сегодня провайдеры кабельного телевидения доставляют сигналы по коаксиальным или волоконно-оптическим кабелям за плату. Сигналы также могут передаваться по радио с спутников на геостационарной орбите и приниматься с помощью параболических антенн, которые сравнительно велики для аналоговых сигналов, но гораздо меньше для цифровых. Как и кабельные провайдеры, спутниковые провайдеры также требуют оплаты, часто меньшей, чем у кабельных систем. Доступность и удобство цифрового спутникового приёма привели к широкому распространению небольших спутниковых антенн возле многих домов и квартир.

Цифровые системы могут быть внедрены в любой части цепи для улучшения качества передачи изображения, уменьшения полосы пропускания, создания спецэффектов или обеспечения безопасности передачи от приёма не абонентами. В современном доме можно выбрать приём аналогового или HDTV по эфирному каналу, аналогового или цифрового кабельного телевидения с HDTV от кабельной компании по коаксиальному кабелю или даже от телефонной компании по волоконно-оптическим линиям. В дороге телевидение можно принимать на карманных телевизорах, записывать на магнитную ленту или цифровые медиаплееры, либо воспроизводить на беспроводных телефонах (мобильных или «сотовых» телефонах) через высокоскоростное или «широкополосное» интернет-соединение.

В современных телевизорах используются различные типы видеодисплеев:

• ЭЛТ (электронно-лучевая трубка): До первого десятилетия XXI века наиболее распространёнными экранами были ЭЛТ с прямым просмотром до примерно 100 см (40 дюймов) (соотношение 4:3) и 115 см (45 дюймов) (соотношение 16:9) по диагонали. Типичный видимый участок сигнала NTSC имеет эквивалентное разрешение 449 x 483 прямоугольных пикселей.
• Задняя проекция (RPTV): дисплеи могут быть очень больших размеров (254 см (100 дюймов) и более) и используют технологию проекции. В проекционных телевизорах применяются три типа систем: на основе ЭЛТ, ЖКД и DLP (отражающий микрозеркальный чип), D-ILA и LCOS. Проекционные телевизоры коммерчески доступны с 1970-х годов, но тогда они не могли соперничать по чёткости изображения с ЭЛТ.
  • Вариацией является видеопроектор, использующий схожую технологию и проецирующий изображение на экран. Это часто называют «фронтальной проекцией».
• Плоские панели (ЖКД или плазма): телевизоры с плоскими панелями используют активную матрицу ЖКД или плазменную технологию. ЖКД и плазменные панели могут быть толщиной всего 25,4 мм и крепиться на стену как картина или устанавливаться на пьедестал. Некоторые модели также могут использоваться как компьютерные мониторы.
• LED (светодиодные) матрицы (не путать с LED-подсветкой, используемой за некоторыми ЖК-панелями и рекламируемой как «LED») стали предпочтительной технологией для больших уличных и стадионных экранов после появления очень ярких светодиодов и управляющей электроники. Они позволяют создавать сверхбольшие плоские видеопанели, с которыми другие технологии пока не могут соперничать по производительности.
• OLED (органические светодиоды) используются (по состоянию на 2019 год) в премиальных смартфонах и телевизорах. В отличие от ЖК-панелей, OLED-экраны видны под экстремальными углами, не имеют задержки пикселей и обеспечивают очень высокий коэффициент контрастности, сравнимый с ЭЛТ, с очень глубоким чёрным цветом. Они могут быть очень тонкими и лёгкими и, по крайней мере в прототипах, достаточно гибкими, чтобы сворачиваться при хранении.

У каждой технологии есть свои плюсы и минусы. Фронтальная проекция и плазменные дисплеи имеют широкий угол обзора (почти 180 градусов), поэтому они подходят для домашних кинотеатров с широкой рассадкой. Экраны с задней проекцией плохо работают при дневном свете или в хорошо освещённых помещениях и подходят только для затемнённых комнат.

Разрешение дисплея — это количество пикселей в одной строке на экране. До 2000 года стандартным методом измерения для аналогового видео было количество горизонтальных линий разрешения. Например, видеомагнитофон VHS мог иметь 250 линий разрешения, измеряемых по окружности, вписанной в центр экрана (примерно 440 пикселей от края до края). Для аналоговых сигналов количество вертикальных линий и частота кадров прямо пропорциональны полосе пропускания передаваемого сигнала.

Типичное разрешение 720×480 или 720×576 означает, что телевизор имеет 720 пикселей по горизонтали и 480 или 576 пикселей по вертикали. Чем выше разрешение экрана, тем чётче изображение. Контрастность — это показатель диапазона между самыми светлыми и самыми тёмными точками на экране.

Чем выше коэффициент контрастности, тем более насыщенное, глубокое и детализированное изображение. Яркость изображения определяет, насколько насыщенными и выразительными являются цвета. Она измеряется в кандела на квадратный метр (кд/м²).

В то же время, так называемые регуляторы яркости и контрастности на телевизорах и мониторах традиционно используются для управления разными аспектами отображения изображения. Регулятор яркости сдвигает уровень чёрного, влияя на интенсивность или яркость изображения, а регулятор контрастности изменяет диапазон контрастности изображения^[1].

Существуют различные диапазоны, в которых работают телевизоры, в зависимости от страны. Обычно используются сигналы VHF и UHF в диапазонах III–V. На более низких частотах недостаточно полосы пропускания для телевидения.

В странах с частотой электросети 60 Гц используется частота кадров, близкая к 30 в секунду, а в регионах с 50 Гц — 25 кадров в секунду. Эти значения выбраны для минимизации искажений изображения, которые могут возникать в аналоговых приёмниках. При заданной частоте кадров аналоговый сигнал с 400 строками на кадр использует меньшую полосу пропускания, чем сигнал с 600 или 800 строками. Более широкая полоса пропускания усложняет конструкцию приёмника, требует использования более высоких радиочастот и может ограничить количество каналов, доступных в данном регионе; те же радиочастоты, что полезны для телевидения, также востребованы для других служб, таких как авиация, наземная мобильная радиосвязь и мобильные телефоны.

Хотя BBC изначально использовала диапазон I VHF на 45 МГц, эта частота (в Великобритании) больше не используется для этих целей. Диапазон II используется для FM-радиовещания. Более высокие частоты ведут себя как свет и плохо проникают в здания или огибают препятствия, поэтому они обычно используются только для MMDS и спутникового телевидения, которое использует частоты от 2 до 12 ГГц. В большинстве стран видеосигнал передаётся как AM (амплитудная модуляция), а звук — как FM (частотная модуляция). Исключение составляет Франция, где звук передаётся в AM.

Соотношение сторон — это отношение горизонтального и вертикального размеров изображения телевизора. Механически сканируемое телевидение, впервые продемонстрированное Джоном Бэрдом в 1926 году, использовало вертикальное соотношение сторон 7:3, ориентированное на изображение головы и плеч одного человека крупным планом.

Большинство ранних электронных телевизионных систем, начиная с середины 1930-х годов, имели соотношение сторон 4:3, выбранное для соответствия академическому формату кинофильмов того времени. Это соотношение также было достаточно квадратным, чтобы его было удобно просматривать на круглых ЭЛТ, которые тогда были единственно возможными для производства. (Современные технологии позволяют изготавливать гораздо более широкие трубки, а плоские экраны, которые становятся всё более популярными, не имеют технических ограничений по соотношению сторон.) Телевизионная служба BBC использовала более квадратное 5:4 соотношение с 1936 по 3 апреля 1950 года, когда также перешла на 4:3. Это не вызывало серьёзных проблем, так как большинство телевизоров того времени использовали круглые трубки, которые легко подгонялись под 4:3 при изменении формата вещания.

В начале 1950-х годов киностудии перешли к широкоэкранным соотношениям сторон, таким как CinemaScope, чтобы дистанцировать свою продукцию от телевидения. Хотя изначально это было просто трюком, широкоэкранный формат остаётся предпочтительным и сегодня, а фильмы с соотношением сторон 4:3 встречаются редко.

Тем не менее, различные телевизионные системы изначально не были совместимы с кинофильмами. Традиционные фильмы с узким экраном проецируются на телевизионную камеру так, чтобы верх экрана совпадал с лицами, или, для фильмов с субтитрами, низ. Это приводит к тому, что газетные полосы или длинные титры, заполняющие экран, обрезаются по краям. Кроме того, частота кадров звукового кино составляет 24 в секунду, а частота развёртки экрана NTSC — 29,97 Гц, что требует сложного графика сканирования. В системах PAL и SECAM частота 50 Гц, что приводит к ускорению фильмов (и изменению тона звука) за счёт удвоения каждого кадра до 25 в секунду.

Переход к цифровым телевизионным системам был использован для изменения стандартного формата изображения с прежнего соотношения 4:3 (1,33:1) на 16:9 (примерно 1,78:1). Это позволяет телевидению приблизиться к формату современных широкоэкранных фильмов, которые варьируются от 1,66:1 до 1,85:1 и 2,35:1. Существует два способа передачи широкоэкранного контента, наиболее распространённый из которых использует так называемый анаморфированный широкоэкранный формат. Этот формат очень похож на технику, используемую для размещения кадра широкоэкранного фильма внутри 1,33:1 35-мм киноплёнки. Изображение сжимается по горизонтали при записи, а затем расширяется при воспроизведении. Анаморфированный широкоэкранный формат 16:9 впервые был внедрён в европейских трансляциях PALplus, а затем на «широкоэкранных» лазердисках и DVD; система ATSC HDTV использует прямой широкоэкранный формат без горизонтального сжатия или расширения.

В последнее время «широкоэкранный» формат распространился с телевидения на компьютеры, где как настольные, так и портативные компьютеры часто оснащаются широкоэкранными дисплеями. Иногда возникают жалобы на искажения формата фильмов из-за того, что некоторые программы воспроизведения DVD не учитывают соотношение сторон; однако по мере развития программного обеспечения эти проблемы могут исчезнуть. Кроме того, компьютерные и ноутбучные широкоэкранные дисплеи имеют соотношение сторон 16:10 как физически, так и по количеству пикселей, а не 16:9, как у потребительских телевизоров, что добавляет сложности. Это связано с тем, что инженеры широкоэкранных компьютерных дисплеев предполагали, что пользователи, просматривающие 16:9 контент на компьютере, предпочтут оставить часть экрана для элементов управления воспроизведением, субтитров или панели задач, а не просматривать контент на весь экран.

В первые годы телевидения корпуса телевизоров изготавливались с имитацией древесной текстуры (особенно в более поздние годы), однако к 1980-м годам это вышло из моды. До конца 1970-х годов были распространены консольные телевизоры/Hi-Fi — большие (около 180 см в ширину и 120 см в высоту) деревянные шкафы, содержащие телевизор, динамики, радио и проигрыватель пластинок.