Глава 5ПЕРЕДАЮЩИЕ СИСТЕМЫ
Здесь мы вновь встречаемся с нашими друзьями, которые кратко рассматривают различные возможные системы передачи цветных изображений. И в виде заключения они излагают основные принципы различных используемых в настоящее время совместимых систем цветного телевидения. Попутно они рассматривают следующие темы:
Трехканальные передающие системы. Использование одного объектива. Дихроичные зеркала и фильтры. Телевизионная камера. Трапецеидальная аберрация. Тринескоп. Системы с поочередным сложением цветных полукадров. Проблема ширины передаваемого спектра частот. Двойная совместимость. Разделение сигналов яркости и цветности. Роль несущей. Выделенные диапазоны частот. Кодирующее и декодирующее устройства.
Незнайкин. — До сих пор, Любознайкин, ты, если так можно выразиться, показывал мне все краски, но о телевидении не было речи.
Любознайкин. — А разве прежде, чем приступить к проблеме передачи цветных изображений, не следует детально разобраться, как мы это делали, в различных физических и физиологических аспектах такого особенно сложного явления, как цвет?
Н. — Несомненно. Но я полагаю, что теперь моих знаний в этой области достаточно, чтобы я смог сам придумать одновременно простую и эффективную систему цветного телевидения. Я намереваюсь взять на свое изобретение патент, но тебе по секрету расскажу принципы этой системы.
Л. — Я сгораю от нетерпения познакомиться с твоим последним изобретением.
Н. — Система очень проста, но, как и в случае с яйцом Христофора Колумба, нужно было додуматься. Трехцветный принцип получения цветных изображений позволяет воспроизводить все краски с помощью трех основных цветов, красного, зеленого и синего, поэтому я предлагаю воспользоваться для телевизионной передачи тремя камерами, объективы которых снабжены фильтрами названных цветов. Таким образом мы получим видеосигналы, соответствующие красному, зеленому и синему изображениям. Мы передадим их на трех разных волнах на три проекционных телевизионных приемника, объективы которых также будут снабжены соответствующими цветными фильтрами. Проецируя эти три изображения на один экран так, чтобы они точно накладывались одно на другое, мы получим цветное изображение (рис. 23). Вот и все!
Рис. 23.Система одновременной передачи цветов, в которой в передающей и приемной частях используются три полных канала. Изображение воспринимается тремя камерами R, В и G, снабженными соответственно красным, синим и зеленым фильтрами. Сигналы с этих камер модулируют излучение трех передатчиков Еr, Еbи Eg. Передаваемые волны принимаются приемниками Rr, Rbи Rg; усиленные сигналы модулируют три проекционных кинескопа, снабженных красным, синим и зеленым фильтрами, а проецируемые изображения накладываются одно на другое на экране.
Л. — Мой друг, я еще раз должен разочаровать тебя и сказать, что Такая система уже очень давно была предложена.
Н. — Несчастный я! Почему я не родился раньше! Уже все изобрели до меня!.. А теперь ты, по-видимому, еще скажешь, что эта система ничего не стоит и что от нее уже давно отказались.
Л. — Ну в этом-то, дорогой друг, ты заблуждаешься. Этот принцип и в наши дни широко используется в замкнутых телевизионных системах. Так, например, благодаря такой системе сотни студентов медиков, сидя в обычной аудитории, могут наблюдать за всем ходом хирургической операции, не мешая своим присутствием работающим в операционной людям. Цвет в данном случае позволяет лучше видеть, что происходит в операционной. Это показывает, что твоя идея неплоха, но ее применение несколько ограничено, а кроме того, в подобных системах приходится прибегать к определенной коррекции.
Ты предлагаешь использовать три телевизионные камеры, каждая из которых снабжена собственным объективом с цветным фильтром. Представляешь ли ты, что в этом случае все три объектива «увидят», а следовательно, и передадут сцену под различными углами?
Н. — Да, об этом-то я и не подумал. Ведь даже если расположить наши камеры одну рядом с другой, то полученные изображения будут несколько различаться, особенно значительные различия будут для предметов, находящихся на переднем плане. Но я твердо убежден, что ты дашь мне средство для устранения этого недостатка.
Л. — Сама логика подсказывает это средство: использовать только один объектив. Проходящие через этот объектив световые лучи надлежит равномерно распределить между тремя камерами, снабженными необходимыми цветными фильтрами.
Н. — Легко сказать, но я не вижу, как это можно осуществить…
Л. — Совсем несложно с помощью системы отражающих и полупрозрачных зеркал, которые также называют дихроичными.
Н. — Что это еще за зеркала?
Л. — Отражающее зеркало, как ты знаешь, представляет собой стекло, одна сторона которого покрыта амальгамой, состоящей из ртути и олова. В дихроичном зеркале эта амальгама заменена несколькими (в среднем двенадцатью) чрезвычайно тонкими (порядка сотни нанометров!) слоями прозрачных материалов, имеющими поочередно низкие и высокие коэффициенты преломления. Такое зеркало отражает все световые волны выше (или ниже) определенной длины и пропускает все остальные.
Н. — Значит, дихроичное зеркало можно уподобить фильтру верхних или нижних частот?
Л. — Это сравнение вполне оправдано. Как и в электрических фильтрах, здесь нет четкой границы между тем, что пропускается, и тем, что отражается: переход от одного к другому постепенный. Мы называем «синим» дихроичное зеркало, которое отражает волны длиной до 460 нм и пропускает волны длиной свыше 500 нм. Названием «красное» обозначается дихроичное зеркало, отражающее волны длиной свыше 580 нм и пропускающее все более короткие волны.
Теперь посмотри на расположение моих зеркал (рис. 24).
Рис. 24.Прошедшие через единственный объектив световые лучи с помощью системы из обычных (З) и дихроичных (ДЗB) и (ДЗR) зеркал разделяются на три пучка, которые через соответствующие фильтры подаются на трубки трех телевизионных камер В, G и R.
Поступающий из объектива свет сначала попадает на дихроичное зеркало ДЗВ, которое отражает синие лучи и пропускает зеленые и красные. Отраженные синие лучи с помощью обычного зеркала 3 направляются в выделенную для синей составляющей камеру, куда они попадают, пройдя через синий светофильтр.
Н. — Рассматривая рисунок, я вижу, что прошедшие через дихроичное зеркало ДЗВ лучи попадают на другое дихроичное зеркало, обозначенное ДЗR. Оно отражает красные лучи, но пропускает зеленые, которые направляются в выделенную для них камеру, проходя на этом пути, естественно, через зеленый светофильтр. Красные же лучи после отражения обычным зеркалом 3 и прохождения через красный светофильтр поступают в соответствующую камеру.
Л. — Именно так по принципу, который мы сейчас разобрали, устроены все телевизионные камеры, используемые в студиях цветного телевидения. В этих камерах можно обнаружить другие приспособления и другие зеркала; в них используются также различные оптические устройства, предназначенные для коррекции некоторых искажений, как, например, астигматизма, возникающего при прохождении лучей через дихроичные зеркала Но нам нет необходимости рассматривать все эти подробности Попутно я могу сказать, что искажения могут возникнуть также и в процессе приема при проецировании изображений на экран
Н. — Если проекторы установлены точно, то я не вижу, что могло бы внести искажения в полученное изображение.
Л. — Исходящий из стоящего в середине проектора прямоугольный поток света дает на экране изображение прямоугольной формы. Но изображения, проецируемые крайними проекторами, на экране получаются в форме трапеции (рис. 25).
Рис. 25.Только одна из трех, размещенная в середине проекционная трубка G дает на экране свободное от трапецеидальной аберрации изображение.
Но успокойся: у оптиков в их мешке не один фокус и им удается исправить эту трапецеидальную аберрацию. Радиотехники также успешно справляются с этой задачей.
Н. — А у меня есть еще одна идея. Почему бы при приеме не использовать ту же систему из обычных и дихроичных зеркал? Обратимость явлений.
Л. — Незнайкин, это и делают. В тех случаях, когда не требуется проецировать изображение на большой экран, можно получить три изображения на экранах обычных электронно-лучевых трубок, а затем с помощью системы, состоящей из цветных фильтров и зеркал, совместить их так, чтобы получить цветное изображение Такое устройство называют «тринескопом».
Н. — Насколько я тебя знаю, ты сейчас начнешь перечислять все недостатки «моего» способа.
Л. — До тех пор, пока изображение передается в замкнутой системе по проводам или по коаксиальному кабелю на относительно небольшое расстояние, эта система вполне приемлема. Впрочем, как я уже сказал, это же устройство используется в телевизионной камере при передаче цветных программ из телецентра. Но если ты предложишь использовать в качестве несущей видеосигналов от трех камер три волны разной длины, то встретишь категорический отказ.
Н. — Понимаю: пресловутая «загруженность эфира», о которой всегда говорят, хотя гипотеза об эфире уже давным давно отвергнута.
Л.