Рис. 4. Формирование одного периода видеочастоты (нижняя часть рисунка) для нескольких последовательных фаз разложения изображения (верхняя часть рисунка).
Н. — Ты, конечно, хочешь, чтобы я оказался в условиях, точно соответствующих определению элемента изображения, которое я только что дал: площадка достаточна малая, чтобы глаз не различал никаких деталей в ее пределах?
Л. — Ну, конечно. А вот теперь, когда отверстие медленно перемещается, что ты видишь?
Н. — Я различаю только средний тон того, что видно через отверстие. В соответствии с соотношением черного и белого я вижу более или менее темную серую поверхность. А когда ты передвигаешь бумажку, поверхность в пределах отверстия изменяется от черного до темно-серого цвета, который быстро светлеет и становится белым, затем снова темнеет и становится черным. Затем все повторяется.
Л. — Отгадай, каков же характер напряжения, которое должно передать эти изменения средней яркости?
Н. — Уверен, что мы вышли из трудного положения: я хочу сказать, что мы опять вернулись к нашей доброй старушке синусоиде.
НЕМНОГО АЛГЕБРЫ
Л. — Попытаемся теперь подсчитать максимальную частоту, которую может иметь эта синусоида. Посмотрим сначала, на сколько элементов разбито изображение. Допустим, что его высота Н и ширина L (рис. 5). Она развертывается с помощью N горизонтальных линий (строк), причем в секунду передается n целых изображений.
Рис. 5. Относительные размеры растра.
Н. — Все это как будто попахивает алгебраической задачей…
Л. — Тем хуже для тебя, если это так… Предположим, что элемент изображения квадратный, т. е. что четкость передачи одинакова в вертикальном и горизонтальном направлениях. В этом случае высота квадрата равна общей высоте H, разделенной на число строк N, т. е. равна H/N, и в каждой строке длиной L содержится L:(H/N) = L·N/H элементов.
Поскольку всего N строк, изображение будет разложено на
(L·N/H)·N = L·N2/H элементов.
Н. — До сих пор мне все кажется логичным.
Л. — Так оно будет н дальше. Все элементы, составляющие изображение, передаются n раз в секунду, что дает L·N2·n/H элементов в секунду. Но так как одного периода достаточно для передачи двух элементов изображения, то для передачи всех элементов потребуется вдвое меньше периодов, т. е. L·N2·n/2H гц.
Эта формула не абсолютно точна, так как она не учитывает потери времени на сигналы синхронизации, о которых мы будем говорить в другой раз. Но в данный момент этого вполне достаточно, чтобы определить максимальную видеочастоту.
НЕМНОГО АРИФМЕТИКИ
Н. — И что же дает это выражение для конкретной передачи?
Л. — А вот ты подсчитай. Изображение имеет такой формат, что соотношение L/H = 4/3. Мы его развертываем на N = 625 строк и n = 25 изображений в секунду. Ну-ка быстрей, Незнайкин!
Н. — Мы, следовательно, имеем (4·6252·25)/(2·3) = 6 500 000гц.
Ничего себе! Видеочастота превышает шесть миллионов!
Л. — Реально передаются частоты до 6 Мгц. И ты заметь, что максимальная частота пропорциональна квадрату числа строк. Таким образом, если перейти от 625 строк к разложению на 1 000 строк, то видеочастота достигнет почти 17 Мгц,
Н. — Ты меня этим совершенно ошеломил.
ВОЗВРАЩЕНИЕ К СЛОНУ
Л. — Ты по-прежнему упорствуешь в своем намерении уделить телевидению «небольшое местечко» в диапазоне средних волн?
Н. — Он простирается от 200 до 600 м, следовательно, от 1500 000 до 500 000 гц. Весь интервал равен 1000 000 гц. В то же время телевизионная передача с боковыми полосами растягивается на 12 000 000 гц. Следовательно, она в 12 раз больше общей протяженности средневолнового диапазона. Решительно слон не умещается в раковине улитки.
Л. — Очень приятно это слышать. Ты теперь понимаешь, почему необходимо прибегать к метровым волнам, чтобы передать модуляцию видеочастотой. Например, на частоте 49,75 Мгц боковые полосы будут ограничены следующими пределами:
49 750 000 — 6 000 000 = 43 750 000 гц
и
49 750 000 + 6 000 000 = 55 750 000 гц,
что вполне приемлемо.
Н. — Нужно ли, по правде говоря, так далеко забираться? Нельзя ли использовать, например, частоту 12 Мгц, т. е. 25 м, что позволит уместить модуляцию между
12 000 000 — 6 000 000 = 6 000 000 гц
и
12 000 000 + 6 000 000 = 18 000 000 гц?
Л. — Пойми, что длины волн, соответствующие этим частотам, составляют 50 и 16,5 м. Ты, стало быть, хочешь занять весь диапазон коротких волн между 16,5 и 50 м только одной телевизионной передачей?
Н. — Я признаю, что это было бы неразумно.
ЖИЗНЕННЫЙ МИНИМУМ ВЫСОКОЙ ЧАСТОТЫ
Л. — Существует правило, согласно которому высокая частота не может быть одного порядка с модулирующей частотой. Чтобы модуляция производилась без искажений, нужно, чтобы несущая частота была во много раз выше частоты модуляции.
Н. — Почему же?
Л. — Потому, что без этого модулирования волна не сможет точно воспроизвести модулирующее напряжение. Взгляни на синусоиду, которая здесь нарисована (рис. 6).
Рис. 6. При передаче синусоидального сигнала (представленного вверху синусоидой) с помощью несущей частоты, восемь периодов которой приходятся на три периода сигнала, передаваемому сигналу соответствуют редко расположенные значения (представленные внизу), которые не позволяют восстановить форму сигнала.
Допустим, что что сигнал, который нужно передать. Если частота несущей превышает частоту этого сигнала, например, в отношении 8/3, то мы передадим соответствующие мгновенные значения только с очень большими интервалами и получим ряд отдельных значений, по которым будет невозможно при всем желании воспроизвести закон синусоидального изменения. Но возьми несущую волну с частотой, в 8 раз большей частоты сигнала (рис. 7). Последовательность переданных величин позволит легко воспроизвести форму модулирующего напряжения.
Рис. 7. Если на каждый период синусоидального сигнала приходится восемь периодов несущей частоты, то при этом передается достаточно большое количество мгновенных значении сигнала, чтобы он мог быть надлежащий образом воспроизведен.
Н. — Это все равно, что растр газетных фотографических клише. Если растр слишком крупный, детали клише пропадают.
Л. — Это неплохое сравнение.
ТЕМ ХУЖЕ ДЛЯ ДЯДЮШКИ!
Н. — Резюмирую все, о чем мы сегодня говорили. Передача изображений требует сигналов, занимающих очень широкую полосу частот. Эти сигналы могут передаваться только несущими волнами очень высокой частоты в диапазоне метровых волн. Распространяясь по прямой линии, они имеют радиус действия, ограниченный видимым горизонтом. Отсюда следует, что у моего дядюшки не будет телевидения.
Л. — Я страшно огорчен за него. Но что касается тебя, то ты узнал некоторое количество полезных сведений…
Н. — …которые мне показались сначала дьявольски сложными, но которые, по сути дела, может быть, и очень просты.
Беседа вторая
ПУТЕШЕСТВИЕ В ПРОШЛОЕ
Чтобы понять действие аппаратуры современного телевидения, нет необходимости изучать всю историю этой области техники. Однако изучение способов разложения изображения значительно облегчится в результате предварительного изложения классической «механической» системы телевидения, предложенной Нипковым.
Незнайкин легко поймет метод, который впервые дал возможность передачи движущихся изображений на расстояние. В ходе этой беседы Любознайкин, следовательно, затронет следующие вопросы: диск Нипкова; разложение изображения; чересстрочная развертка; фотоэлемент; передатчик изображений; синхронизм; приемник с неоновой лампой; недостатки механических систем телевидения.
