...И мир загадочный за занавесом цифр. Цифровая связь - Попов Георгий Леонтьевич (онлайн книга без txt) 📗
Что же заставляет светящуюся точку перемещаться с такой головокружительной быстротой? Электронный луч. Это он способен почти мгновенно отклоняться под действием изменяющегося магнитного поля и развертывать "картинки". Это его можно очень точно сфокусировать с помощью специальных электрических "линз". Первые опыты с электронным лучом начались в самом начале XX в. Еще в 1907 г. профессор Петербургского технологического института Б.Л. Розинг сконструировал первую электронно-лучевую трубку и получил на ней изображение, правда, невысокого качества. Изобретение в начале 30-х годов первых передающих телевизионных трубок с высоким разрешением связано с именами советских ученых, пионеров отечественного телевидения С.И. Катаева и П.В. Шмакова.
Как бы ни отличались конструкции передающих телевизионных трубок разных лет, все они в чем-то имитируют глаз. Роль хрусталика выполняет объектив, роль зрачка — диафрагма. Имеется в трубке и своя "сетчатка" — пластинка, напоминающая пчелиные соты, в ячейках которых располагаются микроскопические фотоэлементы. Конечно, их намного меньше, чем фоторецепторов в глазу: всего около 0,5 млн. Изображение, которое нужно превратить в серию электрических импульсов, проектируется с помощью объектива на эту искусственную "сетчатку".
При этом каждый микроскопический фотоэлемент (представляющий собой капельку светочувствительного серебряно-цезиевого сплава) получает свою порцию света и, если его подключить к внешней цепи, создаст ток, пропорциональный освещенности. Что касается электронного луча, то он как раз и подключает поочередно каждый из 500000 фотоэлементов к внешней цепи трубки, причем отводится ему на это всего 40 мс, пока не сменится кадр. Таким образом, на одном элементе изображения луч "задерживается" не более 80 миллиардных долей секунды (т. е. 80 нс). Сила тока во внешней цепи трубки отражает в каждый момент времени яркость соответствующего элемента изображения, спроектированного объективом на "сетчатку" передающей трубки, и является точной электрической копией передаваемого изображения.
Для превращения непрерывного электрического тока в двоичные импульсы необходимо на выходе передающей телевизионной трубки поставить АЦП. Чтобы перевести в двоичный код яркость каждого элемента изображения, отсчетные значения тока следует брать не реже чем через 80 нс. Использование АЦП с 8-разрядным кодом позволит сохранить в изображении 256 градаций яркости.
Перед приемной телевизионной трубкой — кинескопом — следует поставить ЦАП, чтобы из двоичного кода получить вновь непрерывный ток. От его силы зависит число электронов в электронном луче и, следовательно, число квантов света, выбитых лучом из люминофора — специального состава, покрывающего экран с внутренней стороны трубки. Луч в кинескопе прочерчивает строки на экране с такой же скоростью, как и передающий электронный луч, и "засвечивает" различные участки экрана пропорционально значениям тока в те или иные моменты времени, а следовательно, пропорционально освещенности передаваемых элементов изображения. Очевидно, что оба луча — и передающий, и приемный — должны начинать движение с одного и того же элемента изображения. Чтобы поддерживать одинаковые скорости перемещения лучей и начинать их перемещение с одного и того же элемента изображения, из передающей телевизионной трубки в приемную посылаются специальные управляющие импульсы, называемые импульсами синхронизации.
Читатели, вероятно, обратили внимание на то, что и передача подвижного изображения, и запись его в электронную память требуют очень больших информационных затрат. В самом деле, нетрудно подсчитать, что в течение одной секунды у непрерывной электрической копии изображения необходимо взять 12,5 млн отсчетных значений. Следовательно, при кодировании каждого из них восемью битами общее число бит, описывающее всего один миг из нашей жизни — секунду, составит 100 млн. Сравните эти информационные затраты с теми, которые требуются для передачи или "консервации" текста, речи или музыки, фотографий, и вы увидите, что на превращение в двоичные цифры 0 и 1 пятиминутного видеорепортажа о футбольном матче нужно столько же бит, сколько для кодирования 3000 книг, или 100 часов непрерывного разговора, или 4000 фотографий преступников. Так что, если мы пожелаем сохранить в электронной памяти весь репортаж о футбольном матче (2 тайма по 45 мин каждый), нас не сможет выручить та микросхема фирмы "Intel corporation", о которой уже не раз упоминалось. Значит, свидание с блистательными "звездами" футбола не состоится?
Революцией в области хранения информации стало изобретение видеодисков размером с грампластинку, сделанных из прочного и легкого алюминия и покрытых пластиком. Двоичная информация записывалась на блестящую поверхность диска в виде микроскопических углублений по всей длине спиральной дорожки и затем считывалась с помощью лазерного луча, проходящего по поверхности диска с очень большой скоростью. Каждая сторона видеодиска могла содержать до 54000 цветных изображений. Так, Национальная художественная галерея в Вашингтоне записала на одном видеодиске изображения 1 645 картин и скульптур. Каждая картина имеет кодовый номер, внесенный в видеодисковый каталог. При наборе этого номера на клавиатуре компьютера считывающее устройство отыскивает нужную картину и проецирует ее на экране. Сейчас такие видеодиски (они меньше размером и известны под названием компакт-диски) используются и для записи в цифровом виде подвижных изображений. Стало быть, "звезды" кожаного мяча могут в любое время прийти в наш дом.
Но мы еще ничего не говорили о цвете. Как с помощью всего двух цифр — 0 и 1 — передать тончайшую палитру красок, скажем, бессмертного произведения Леонардо да Винчи, с которого начался наш рассказ?
Кто из нас в детстве не экспериментировал с акварельными красками и не пытался создать различные цветовые оттенки. Оказывается, любой цвет радуги можно получить, смешивая в определенной пропорции краски только трех цветов — красного, зеленого и синего, которые потому называют основными.
Впервые эта мысль была высказана в речи "Слово о происхождении света, новую теорию о цветах представляющее, в публичном собрании Императорской Академии Наук июля 1 дня 1756 года говоренное Михаилом Ломоносовым", в которой великий русский ученый утверждал о существовании трех родов особой материи — эфира: от первого из них происходит красный цвет, от второго — желтый, от третьего — голубой, а все прочие цвета получаются смешением этих трех. Кстати, нелишне будет заметить, что в современной полиграфии для печатания цветных изображений используются именно данные цвета.
Мы уже упоминали о немецком физиологе Г. Гельмгольце. Это ему принадлежит заслуга в создании научной теории слуха. Он же развил и завершил в 1859–1866 гг. теорию цветного зрения. Помните, сетчатка глаза человека содержит светочувствительные палочки и колбочки? Так вот, колбочки, а их около 6–7 млн, делятся на три группы, из которых каждая чувствительна только к какому-либо основному цвету — красному, зеленому или синему.
И что же это значит, что лучи света, отражаясь от предмета и возбуждая колбочки сетчатки, как бы создают на ней три одноцветных изображения — красное, зеленое и синее? Да, так. Все остальные оттенки рождаются в нашем мозгу в результате сочетания основных цветов. Это как бы природная фантазия цветов.
Указанные свойства сетчатки глаза были использованы в 1903 г. французом Луи Жаном Люмьером (тем самым, который вместе со своим братом Огюстом изобрел кинематограф) для создания цветной фотографии. Люмьер брал зерна крахмала, окрашивал их в красный, зеленый и синий цвета, после чего посыпал этим трехцветным порошком фотопластинку. Современная фотопленка, применяемая, например, для изготовления цветных слайдов, имеет три тончайших слоя эмульсии, на которых получаются три одноцветных изображения — красное, зеленое и синее. В разных местах кадра они имеют разную плотность и, складываясь в разных пропорциях, дают многокрасочную картинку.
