Цифровое ТВ: история становления и основные преимущества

Телевидение сегодня считается самым массовым средством массовой информации. В мире не осталось ни единого государства, которое не было бы охвачено ТВ-вещанием. Недаром в конце 1996 года Генеральная Ассамблея ООН провозгласила 21 ноября Всемирным днем телевидения. Но мало кто знает, что этому изобретению чуть больше ста лет. О передаче изображений на расстояния человечество мечтало с давних времен, придумывая сказки о бегущих яблочках на тарелочках и волшебных зеркалах. Однако прошло не одно тысячелетие, прежде чем эти фантазии стали реальностью. Поэтому каждому, наверное, интересно проследить этапы зарождения, становления и развития телевидения, начиная с тех времен, когда экраны светились не голубым, а совсем иным светом.

Кто и когда изобрел телевидение

В отличие от изобретения радио, которое произошло практически одновременно во многих странах мира, каждое государство самостоятельно создавало и озвучивало свою версию истории возникновения телевидения. Не удивительно, что в каждой стране существует собственная легенда о многолетней сплоченной работе ученых, создавших уникальную технологию.

Первым явление фотоэффекта описал немецкий физик Генрих Герц. В 1887 году в ходе исследований он случайно обнаружил, что в момент воздействия на вещества электромагнитным излучением происходит высвобождение электронов, но объяснить этот феномен он не смог.

Годом позже, в феврале 1888-го русскому ученому Александру Столетову удалось провести опыт, наглядно демонстрирующий это же самое явление, и выявить несколько закономерностей. Однако применения ему так и не нашлось.

И только в 1907 году русский физик Борис Розинг сумел теоретически обосновать возможность получения картинки при помощи электронно-лучевой трубки, созданной немецким физиком Карлом Брауном. Он даже осуществил идею на практике, в результате чего ему удалось получить изображение в виде одной не меняющей своего положения точки.

Принцип работы самого первого телевизора

И все же первым телевизором считается аппарат, созданный немецкий инженером Паулем Нипковым. В 1884 году ему удалось разработать устройство механического сканирования, которое послужило началом для производства аппарата, получившего название «механический телевизор».
Основой являлся непрозрачный диск, позволявший преобразовывать «картинку» в электрический импульс. Диаметр его составлял не более 50 см, а на поверхности по спирали Архимеда были высверлены отверстия. Их количество доходило до 200, хотя обычно насчитывалось от 30 до 100. Напротив диска с одной стороны был вмонтирован фотоэлемент, с другой – неоновая лампа. При

вращении круга световые лучи проникали сквозь отверстия и попадали на фотоэлемент, в результате чего проецировалось изображение.

Первые аппараты отличались компактными размерами, экран вмещал всего 300 точек. Это позволяло воспроизводить лишь грубые и примитивные изображения. Но хотя качество оставляло желать лучшего – лишь силуэты и игра теней, различить, что именно показывает телевизор, было возможно.

Достигнув ошеломительного успеха, инженер запатентовал свое открытие, а его система получила название «диск Нипкова». Он являлся основным компонентом и был использован в производстве механических телевизоров. Поскольку она оставались малострочными, их производство прекратилось в конце 40-х годов прошлого столетия.

Тем не менее, именно благодаря «диску Нипкова» шведскому инженеру Джону Берду удалось создать систему, способную передавать движущуюся картинку. Это позволило транслировать распознаваемые изображения человеческих лиц. Уникальная разработка дала толчок к созданию электронных аппаратов.

Однако официально рождению первого электронного телевизора человечество обязано специалистам американской научно-исследовательской лаборатории RCA – Radio Corporation of America. Пригодное для практического применения устройство было создано в 1936 году, а уже в 1939-м г. было налажено массовое производство телевизионной техники. Модель представляла собой деревянный ящик, оснащенный экраном с диагональю в 5 дюймов, и получила название RCS TT-5.

Первые сети телевещания заработали в начале 50-х годов прошлого столетия, и сразу же была запущена бизнес-модель, основанная на рекламе, которая впоследствии привела к дальнейшему развитию телеиндустрии.

Появление цветного телевидения

Эксперименты с электронных лучей для приема и передачи изображения на определенные расстояния начали проводить в 20-х годах прошлого столетия в США, Японии и СССР. В 1933 году американский инженер российского происхождения изобрел катодную трубку, которая до сих пор является основным компонентом современных телевизоров. Однако пятью годами раньше ему же удалось разработать систему цветного телевидения. Из-за сложности реализации практическое применение технологии стало возможным лишь к 1950 году.

Первый пригодный к продаже цветной телевизор был создан все той же американской лабораторией RCA в 1954 г. Вначале модели оснащались 15-дюймовыми экранами. Несколько позже были разработаны экраны с диагональю 19 и 21 дюйм. Телевизионная аппаратура была желанной, однако купить ее мог не каждый – стоимость модели достигала 1000 долларов США и выше. Однако вскоре появилась возможность приобретать технику в кредит, что положило начало массовому распространению цветного телевещания. Бурный же рост приемно-передающей телесети пришелся на 50-годы XX века. В этот период граждане стали активно пользоваться как черно-белыми, так и цветными моделями телевизоров.

Вначале трансляция цветного вещания осуществлялась на ТВ-устройства «Радуга», которые обладали вращающимся светофильтром. А поскольку диапазон частот был несовместим с теми, которые использовались для обычного вещания, было принято решение о разработке и создании аппаратуры с одновременной передачей цветов. В 1960 г. специалистами лаборатории Ленинградского электротехнического института им. Бонч-Бруевича был изготовлен опытный образец и вскоре после этого состоялся первый экспериментальный сеанс.

Поскольку испытания систем цветного ТВ проводились и в других странах мира, в марте 1965 года между СССР и Францией было подписано соглашение о сотрудничестве в области развития цветного ТВ на основе системы SECAM. Не откладывая документ в долгий ящик, уже в 1966 г. было принято решение внедрить в СССР систему СЕКАМ-111. Первые программы начали транслировать в Москве с 1 октября 1967 г., а 7 ноября состоялась цветная передача с Красной площади парада и демонстрации трудящихся.

Внедрение цветного телевидения открыло широкие перспективы для повышения качества трансляции передач, и освоения новых стандартов вещания. До появления цифрового ТВ сигнал передавался по кабельным и радиорелейным каналам связи. На самолетах использовались специальные ретрансляторы. Телевидение было разделено на каналы, которые по мере увеличения их количества были объединены в пакеты. Некоторые до сих пор предлагаются населению в платном формате (около 30%).

На подступах к проблеме

В 1975 году во ВНИИТ (Всесоюзном НИИ телевидения) была проведена поисковая НИР “Прогноз” по определению дальнейших путей построения оборудования цветного телевидения. В процессе ее выполнения нужно было проанализировать состояние и тенденции развития ТВ-техники в мире и предложить пути ее развития в СССР. В это время в телецентрах страны работали на аппаратуре 2-го поколения (на транзисторах), а в лабораториях НИИ разрабатывали аппаратуру 3-го поколения (на микросхемах) по системе СЕКАМ. Задачей поисковой НИР было определить основные черты ТВ-аппаратуры 4-го поколения.

К этому времени за рубежом появились первые ТВ-устройства, в которых осуществлялось преобразование телевизионных сигналов в цифровую форму и их обработка. Это новшество основывалось на последних достижениях микроэлектроники, благодаря которым было создано устройство памяти на интегральных микросхемах, позволяющее запоминать целый кадр изображения, если сигнал представлен в цифровой форме. Приемлемые размеры этого устройства (менее одного типового шкафа аппаратуры) позволили использовать его для решения двух насущных проблем вещательного ТВ: синхронизации сигналов от разных источников и преобразования их из американского стандарта разложения 525/60 в европейский стандарт 625/50 и обратно. Цифровая обработка оказалась весьма полезной и для многих прикладных применений ТВ, в связи с чем ею заинтересовались в отделах ВНИИТ, занимающихся телевидением не для вещания.

Пионерами цифрового ТВ стали д.ф.-м.н. Илья Иоаннович Цуккерман и к.т.н. Вячеслав Павлович Мандражи. Под их руководством были разработаны первые отечественные цифровые устройства — блоки для кодирования ТВ-изображений и введения их в ЭВМ для анализа, включавшие 6-разрядные аналого-цифровые преобразователи (АЦП). В дальнейшем И.И. Цуккерман и его сотрудники (к.т.н. Борис Моисеевич Кац, Сергей Витальевич Сардыко и др.) разрабатывали алгоритмы и экспериментальные цифровые устройства для сокращения избыточности цифровых сигналов (кодирование источника), для их фильтрации с целью повышения качества и т.п.

В дальнейшем работы в этом направлении позволили, в частности, создать аппаратуру для повышения чувствительности телескопов путем цифровой обработки сигналов и формирования изображений методом счета фотонов. Но, не будучи участником этих работ, я не смогу их описать здесь, как они того заслуживают.

Отчитываясь о результатах НИР “Прогноз” в нашем главке (5-м главном управлении Министерства промышленности средств связи), я обсуждал возможность использования цифровой техники в аппаратуре телецентров 4-го поколения с заместителем главного инженера главка П.К. Кирилловым. Именно он стал первым человеком, который высказал мне свое твердое мнение, что эта аппаратура должна быть цифровой (Павел Константинович Кириллов пришел в главк из Московского научно-исследовательского телевизионного института, где был заместителем директора. Позднее он перешел на работу в промышленный отдел аппарата ЦК КПСС).

Так как я руководил указанной выше темой “Прогноз”, то по ее результатам мне было предложено открыть НИР “Определение путей построения передающего оборудования цветного ТВ 4-го поколения” (шифр — “Рисунок», 1976-1978 годы). Составляя техническое задание на НИР “Рисунок», мы записали в нем требование к цифровому кодированию ТВ-сигналов внутри телецентра. Зная всю последующую историю, сейчас можно сказать, что для 1975 года это было весьма преждевременное решение, так как элементная база того времени, да и весь уровень техники были еще не готовы к такому резкому рывку вперед. Но нами двигало желание держаться на переднем крае мирового технического прогресса, были надежды на более быстрое развитие элементной базы, и чрезвычайно привлекали возможности, которые открывала цифровая техника. Переход на цифровое 4-е поколение — это было согласованное решение как многих (но не всех!) ведущих специалистов, так и всех моих тогдашних начальников (иначе оно и не могло бы быть принято). Среди них были: начальник отдела Яков Абрамович Шапиро, который был руководителем разработки телецентров 1-го, 2-го и 3-го поколений; заместитель главного инженера Виктор Тимофеевич Есин, который курировал во ВНИИТ все вещательное ТВ, и директор института Игорь Александрович Росселевич. Задача стояла действительно грандиозная: в отличие от прикладного ТВ в вещательном речь шла не об отдельных цифровых устройствах или небольших замкнутых системах, а в конечном счете о переводе на цифровую технику таких крупных технических систем, как телецентр.

В этот период была опубликована статья сотрудников ВНИИТ докторов наук И.А. Росселевичаи И.И. Цуккермана, кандидатов наук Е.К. Овчинникова и Б.М. Певзнера, инженеров СВ. Сардыко и В.Е. Тимофеева “Цифровое кодирование телевизионных изображений и перспективы использования его на теле. 1976. Вып. 4). Насколько я знаю, это была первая отечественная статья по цифровому ТВ. В ней, в частности, была выбрана точка аналого-цифрового преобразования ТВ-сигналов (выход камерного канала), определена оптимальная структура дальнейшего тракта, указаны принципиальные преимущества цифрового кодирования и конкретные задачи предстоящей разработки.

В ходе трехлетней НИР “Рисунок» нам приходилось заниматься прежде всего разработкой АЦП и цифро-аналоговых преобразователей (ПАП) поскольку серийно выпускаемых устройств с 8-разрядным кодированием и с быстродействием, нужным для вещательного ТВ, еще не существовало. Эта работа была поручена Одесскому филиалу ВНИИТ (разработчики — Вадим Евгеньевич Тимофеев и Сергей Адольфович Горьев). Много сил также было потрачено на разработку цифровых кодов для ТВ-сигналов, поскольку международных норм на цифровое кодирование еще не было. (Известная Рекомендация 601 МККР была принята лишь в 1982 году, а более детальная Рекомендация 656 — в 1986 году.) К окончанию темы “Рисунок» были созданы лабораторные макеты основных устройств цифрового ТВ-тракта, но стало ясно, что выполнять на их основе опытно-конструкторскую разработку для серийного производства аппаратуры телецентров еще не представляется возможным. Комиссия, принимавшая законченную НИР, согласилась с нашим предложением об открытии еще одной НИР. Однако в институте это решение было встречено весьма неодобрительно. Как правило, за НИР должна следовать ОКР (опытно-конструкторская работа) с передачей чертежей в серийное производство, а у нас с учетом поисковой темы “Прогноз” получалась третья НИР подряд! Докладывая на научно-техническом совете ВНИИТ о результатах темы “Рисунок», я говорил о неготовности элементной базы, об отсутствии стандарта на цифровое кодирование, о других трудностях, связанных с новизной цифровой техники, и в итоге все-таки было принято решение о проведении еще одной трехгодичной НИР. Однако директор И.А. Росселевич бросил мне реплику, которую я хорошо помню до сих пор: “Эх, был бы я моложе, заставил бы вас сразу делать ОКР!” Ему было тогда 60.

Появление цифрового телевидения

История возникновения цифрового телевидения включает несколько этапов развития, среди которых главным считается переход на международные стандарты вещания. К этому времени уже расширились и возможности передачи телевизионного вещания, в результате чего появилось:

• эфирное – телесигнал передается посредством антенн и вышек;
• кабельное – сигнал поступает по кабелю, подключенному к телеприемнику;

• 
  спутниковое – сигнал транслируется со спутника, поступает на приставку (ресивер) через параболическую антенну (тарелку).

Для передачи закодированного сигнала были созданы гибридные аналого-цифровые телесистемы, стала применяться цифровая техника. Первые предложения по данному оборудованию начали поступать в 1990 г., и с этого момента количество проектов только увеличивалось. В результате уже в 1993-м последние аналоговые системы были сняты с рассмотрения, а годом позже четыре группы компаний объединились в «Grand Alliance»и создали проект, ставший основой стандарта MPEG-2. В это же время в Европе был разработан проект DVB (Digital Video Broadcasting) – Цифровое Видео Вещание, основанный на упомянутом стандарте.
Сегодня кодировка сигналов осуществляется по трем мировым стандартам:

• Европейскому;
• Американскому;
• Японскому.

Главным достоинством вещания в подобном формате – низкий уровень помех, возможность получать изображение в высоком разрешении. В мире происходит активное замещение аналогового телевидения цифровым.

В Россию цифровое ТВ пришло немного позже в 1999 году после того, как Госкомсвязи одобрил «Концепцию внедрения наземных цифровых систем звукового и телевещания в РФ». Этот процесс предполагалось проводить в два этапа. В результате проект был успешно реализован, и в данный момент Россия полностью перешла на цифровое вещание.

С развитием технологии обмена данными посредством закодированных сигналов и возрастанием возможностей каналов передачи данных приобрело популярность интернет-вещание. Подобный вариант считается экономичным в плане стоимости и удобным из-за объединения практически всех видов медиаконтента в один пакет услуг и доступа к его просмотру в любое время суток.

Цифровое ТВ: история становления и основные преимущества

С момента своего появления в прошлом веке телевидение шагнуло далеко вперед и добилось впечатляющих результатов. Оно охватило почти все население Земли, расширило свои функции и возможности по передаче телевизионных программ по различным каналам: кабельным, спутниковым и эфирным. И, наконец, подошло к этапу осуществления массового перехода на полностью цифровой формат вещания. В России переход на «цифру» полностью завершился в конце 2019-го года.

Необходимость перехода к цифровому телевидению стала ощутимой еще 20-30 лет назад. Но тогда на пути цифрового телевидения встали некоторые технические препятствия и лишь в конце восьмидесятых – начале девяностых годов двадцатого века, они были преодолены. С помощью специальной комиссии экспертов и развитию технологий были успешно решены задачи по сжатию видеосигналов для передачи движущегося изображения. Все эти успехи были во многом связаны с высокими достижениями в микроэлектронике. После этого, судьба аналогового телевидения была предрешена, а переход к цифровому вещанию стало не столько возможным, сколько неизбежным.

Аналоговое телевидение вещалось по стокгольмскому плану, выработанному еще в далеком 1961-м году, который определял принцип частотного планирования и частотного присвоения. В июне 2006 года прошла региональная конференция по рассмотрению плана цифрового наземного вещания. Все специалисты признали неоспоримое преимущество цифрового телевидения, которое, по их оценкам, в шесть раз превосходит аналоговое.

При цифровом вещании, качество телесигнала намного выше, чем при аналоговом, помимо этого, цифровой сигнал является гораздо более помехоустойчивым. Количество потребляемой, цифровым передатчиком, электроэнергии, при расчете на одну транслируемую передачу, так же снижается в несколько раз. Это позволит существенно сэкономить электроэнергию при использовании цифрового передатчика, чем при использовании аналогового, при одинаковой зоне трансляции.

Более качественный и устойчивый прием телесигнала можно получить, как при использовании наружной стационарной, так и при использовании комнатной антенны, поскольку цифровой сигнал менее подвержен помехам и шумовым воздействиям. Сигнал может приниматься как специальными цифровыми приемниками, так и аналоговыми, имеющими цифровую приставку. Таким образом, внедрение новых цифровых технологий, вовсе не отменяет старых, что позволяет им существовать параллельно друг другу.

Таким образом, можно подвести итог и указать на основные достоинства цифрового ТВ:

• увеличение качества изображения;
• единый стандарт цифрового кодирования, избавляющий от многочисленных несовместимых друг с другом цветных телевизионных систем;
• возможность использования стереозвука;
• небольшое количество потребляемой передающим оборудованием электроэнергии;
• увеличение количества программ телевещания на одном канале;
• обеспечение достаточно мобильного приема телесигнала на территориях больших городов, что приведет к более качественному изображению.

Но процессы полной цифровизации телевидения еще не завершились. На данный момент массовый спрос получила услуга платного доступа к телевизонным каналам высокого качества в составе пакетов «Triple Play», в рамках которых абоненты получают широкополосный доступ к сети Интернет наряду с домашней телефонией и телевидением. Отдельным драйвером развития современного ТВ выступают IPTV и платные OTT сервисы.

Эра цифрового и умного телевидения

Несмотря на то, что цифровое телевидение было создано в начале 1990 годов, к началу нулевых оно превратилось в обычное явление. Доступность просмотра передач в данном формате обусловлена появлением недорогих, но высокопроизводительных компьютеров. Поэтому сегодня видеоконтент передается в высоком разрешении и широкоэкранным соотношением сторон.

Массовая популяризация подобного оборудования в начале 2010 годов побудила крупнейших производителей не только задуматься, но и приступить к разработке и выпуску «умных» телевизоров, которые обладая стандартным набором опций, приобрели встроенные функции Интернета и интерактивной веб-версии 2.0.

Согласно статистике (по состоянию на 2021 год) около 70% телевизоров, реализуемых во всем мире, являются «умными». При этом ожидается, что в ближайшие годы подобная техника станет еще более популярной, и, соответственно, доступной. Поэтому высока вероятность того, что она очень быстро вытеснит с рынка обычные ТВ-приемники и даже более современные модели.

Уже сегодня телевизоры вещают исключительно в 3D формате и управляются посредством спутников. Умный функционал позволяет сохранять в автоматическом режиме фильмы, передачи, которые пользуются популярностью у зрителей. Это позволило многим пользователям формировать список любимых программ, создавая собственный канал, и наслаждаться просмотром в любое время суток.

История возникновения телевидения в нашей стране

Параллельно с развитыми странами активная разработка телевизионного оборудования велась и на территории Советского Союза. Достаточно взглянуть на хронологию событий тех десятилетий, чтобы понять, насколько серьезно подходило правительство к развитию телевещания.

Телевизионное вещание было временно приостановлено лишь в период Великой Отечественной Войны, однако работы в области создания совершенной телевизионной аппаратуры не прекращалось. Неоценимый вклад в развитие телевидения внесли советские ученые и изобретатели П. В. Тимофеев, С. И. Катаев, Л. А. Кубецкий, П. В. Шмаков, Г. В. Брауде, А. А. Чернышев и другие.

4.5/5 — (21 голос)

Рядом с будущим

Фактически в 1979-1881 годах были проведены не одна, а две параллельные НИР — “Офорт» (как продолжение “Рисунка») и “Эстамп” для создания цифровых микшера и блока видеоэффектов на основе кадровой памяти. Руководителем НИР “Эстамп» стал к.т.н. Альберт Константинович Бухаров, а ведущими разработчиками — Игорь Владимирович Нагибин и Вячеслав Васильевич Рыбаков.

В ходе этих двух скоординированных работ был изготовлен действующий макет сквозного цифрового ТВ-тракта от выхода камерного канала до выхода телецентра. В нем были реализованы все необходимые функции для создания цветной телевизионной передачи, включая новые эффекты, осуществимые лишь в цифровом виде. На макете тракта были не только испытаны все блоки в их взаимодействии, но и проведены экспертизы по субъективной оценке качества изображений. Большую работу по сборке и испытаниям этого комплекса провела Татьяна Фирсовна Елинекене.

На основании этих работ было решено, наконец, организовать ОКР по разработке телецентра 4-го поколения. Главным конструктором новой темы, которой дали шифр “Студия”, директор назначил заместителя главного инженера В.Т. Есина, а я стал его первым заместителем. Это была большая пятилетняя работа, занимавшая по объему второе место среди всех работ института. Кроме ВНИИТ, в ней участвовали ВНИИРПА, разрабатывавший всю аппаратуру звукового сопровождения 4-го поколения (руководил этой работой к.т.и. Виктор Семенович Неманов), Кировоградский и Александровский радиозаводы, а также несколько учебных институтов. Изготовление звукового оборудования ВНИИРПА заказал в Венгрии и Чехословакии, это оборудование было в основном аналоговым (с цифровой системой управления), и в данной статье о нем не говорится.

Уже самый первый этап работы — составление технического задания и согласование его с заказчиком — оказался сложным и длительным процессом. Наш постоянный заказчик — Гостелерадио СССР, которого представляли главное производственно-техническое управление (ГПТУ, гл. инженер В.М. Палицкий) и ведущие специалисты Московского телецентра (ТТЦ) -требовал воплотить все известные в мире достижения техники и технологии ТВ-вещания, а также обеспечить максимальные удобства эксплуатации. Требования в общем-то вполне законные, но их выполнение приводило к сильному увеличению объема и стоимости оборудования и его энергопотребления.

По теме “Студия” были разработаны аппаратно-студийный блок (зам. гл. конструктора по АСБ Татьяна Моисеевна Ляхова), цифровой сектор центральной аппаратной телецентра (зам. гл. конструктора по АЦ Семен Абрамович Шерман), а также цифровые соединительные линии между аппаратными. АСБ является основной аппаратной телецентра, в нем формируются телепередачи. Его цифровая система телеуправления, допускающая подключение управляющей ЭВМ, позволяла легко скомпоновать на его базе аппаратно-программный блок (АПБ) для монтажа и автоматического выпуска в эфир текущей телепрограммы. Таким образом, в ОКР “Студия” были созданы почти все составные части будущего телецентра.

В рамках отдельной ОКР “ТКА-4” была поставлена задача разработки телекинопроекционной аппаратной 4-го поколения (ведущий разработчик телекинопроектора Владимир Николаевич Ролдугин, ныне генеральный директор (“Техника кино и телевидения». 1977. № 9) предлагалось передавать в каждой строке уже оба сигнала цветности с 8-разрядным кодированием. Это приводило к тактовой частоте 18,75 МГц и цифровому потоку 150 Мбит/с. Такой код и был реализован в лабораторных макетах по темам “Офорт» и “Эстамп». Но в 1981 году стало понятно, что МККР примет более высокие частоты дискретизации — 13,5 МГц для сигнала яркости и 6,75 МГц для сигналов цветности, что давало тактовую частоту 27 МГц и цифровой поток 216 Мбит/с.

Параметры синхронизации цифрового кода были выработаны МККР значительно позже. Но советские специалисты принимали активное участие в работах МККР, отслеживали все поступающие вклады, и мы рискнули разработать аппаратуру заказа “Студия” в 1982-1984 годах уже в соответствии с готовившимися нормами, которые официально были приняты МККР лишь в 1982 и 1986 годах.

Продолжение следует

Опубликовано: Журнал «Broadcasting. Телевидение и радиовещание» #4, 2010
Посещений:
15441

Статьи по теме

• Эволюция систем синхронизации одночастотных сетей SFN на базе GNSS (GPS, GLONASS)
• Операторы о поправках в закон «О рекламе»
• III Межрегиональный телевизионный фестиваль «Моя большая страна»
• Новые реалии российского кино
• Антенна на дачу. Часть 1