В мире телевидения существуют два основных типа передачи сигналов: аналоговые и цифровые. Аналоговые системы, которые были стандартом на протяжении многих лет, используют непрерывные волны для передачи изображения и звука на ваш телевизор. Представьте себе волну на воде, которая плавно колеблется вверх и вниз. Эти волны могут нести информацию, изменяя свою амплитуду (высоту) и частоту (сколько раз волна колеблется в секунду).
Первая цветная телепередача вышла в эфир 13 августа 1928 года. Конечно, об аналоговых сигналах речь тогда не шла: через радиостанцию Джона Бэрда изображение передавалось механическим способом с помощью диска Нипкова. Уже через 40 лет цветное телевидение стало общедоступным, и мир стал пользоваться тремя системами передачи цвета по аналоговым каналам.
Бегущие по волнам
В основе аналогового телевидения лежит передача изображения и звука через электромагнитные волны. Камера снимает изображение, которое затем преобразуется в электрический сигнал. Этот сигнал модулируется (то есть его параметры изменяются) и передается через антенну в эфир. Телевизор, имеющий приемную антенну, принимает этот сигнал, демодулирует его и преобразует обратно в изображение и звук, которые мы видим и слышим.
Одной из ключевых особенностей аналогового телевидения является то, что сигнал передается непрерывно. Это означает, что изображение и звук транслируются постоянно, как поток воды из крана. Такой способ передачи подвержен различным помехам, например, плохой погоде или географическим препятствиям, которые могут исказить качество принимаемого изображения и звука.
Аналоговое телевидение использовало различные стандарты кодирования цвета, такие как PAL, SECAM и NTSC, которые определяли, как именно цвета передаются в сигнале. Каждый из этих стандартов имел свои особенности и использовался в разных регионах мира. При этом они позволяли воспроизводить изображение и черно-белым приемником, поскольку передавали информацию о яркости сигнала.
Зеленому здесь не место
Система NTSC, или National Television System Committee, является первой системой аналогового цветного телевидения. Разработанная в США и впервые примененная в 1953 году, эта система стала стандартом в странах с частотой тока в розетке 60 герц: США, Канаде, Японии, странах Южной Америки.
В NTSC используется стандарт разложения 525 строк на 60 полей в секунду, что обеспечивает передачу движущегося изображения. Сигнал состоит из трех основных компонентов: видеосигнала, который несет информацию о яркости изображения; цветовой поднесущей, которая кодирует информацию о цвете; сигнала звукового сопровождения.
Важной особенностью NTSC является способ кодирования цвета. Вместо передачи сигналов трёх основных цветов (красного, зеленого и синего), NTSC использует сигнал яркости (Y), который соответствует черно-белому изображению, и два цветоразностных сигнала (R–Y и B–Y), которые несут информацию о красном и синем цветах. Информация о зеленом цвете восстанавливается в приемнике путем вычитания суммы цветоразностных сигналов из яркостного.
Цветоразностные сигналы модулируются с помощью квадратурной модуляции на поднесущей частоте, которая в NTSC составляет 3,58 мегагерц. Это позволяет передавать цветовую информацию в спектре яркостного сигнала без взаимного влияния.
Система PAL (Phase Alternating Line) разработана в Германии инженером компании Telefunken Вальтером Брухом и принята в качестве стандарта в 1966 году. Эта система была создана как улучшенная альтернатива системе NTSC.
В PAL используется та же методика, при которой сигнал яркости передается отдельно, а информация о цвете передается через два цветоразностных сигнала. Ключевой особенностью системы является изменение фазы одной из цветоразностных составляющих (R–Y) с каждой строкой на противоположную, что помогает уменьшить цветовые искажения, вызванные помехами в сигнале. Это достигается за счет использования квадратурной модуляции поднесущей частоты, которая меняет фазу на 180 градусов от строки к строке.
Система PAL обеспечивает создание на экране 625 строк с частотой 25 кадров в секунду, что обеспечивает высокое качество изображения для аналогового телевидения. В некоторых вариациях, таких как PAL-M и PAL-N, используются разные стандарты разложения и частоты поднесущей, что позволяет адаптировать систему под различные региональные стандарты.
Система PAL была широко распространена в Европе, части Азии, Африки и Океании.
Разница в модуляциях
SECAM, или Séquentiel couleur à mémoire, что в переводе с французского означает «последовательный цвет с памятью», была создана во Франции и широко использовалась во многих странах, включая саму Францию, СССР и другие страны Восточной Европы.
В основе системы SECAM лежит передача цветовой информации последовательно для каждой строки изображения. В отличие от NTSC и PAL, которые используют квадратурную модуляцию для передачи двух цветоразностных сигналов, SECAM использует частотную модуляцию, что позволяет передавать цветоразностные сигналы поочередно, а не одновременно.
Ключевым элементом SECAM является использование двух цветоразностных сигналов: R–Y (красный минус яркость) и B–Y (синий минус яркость). Эти сигналы передаются последовательно, что устраняет некоторые проблемы, связанные с кросс-цветом и кросс-люминесценцией, которые могут возникать в системах NTSC и PAL. Зеленый цвет точно так же восстанавливается в приемном устройстве путем вычитания суммы R–Y и B–Y из общего сигнала яркости.
Одним из преимуществ системы SECAM является ее устойчивость к искажениям цвета при передаче сигнала. Однако SECAM требует большей полосы пропускания для передачи цветоразностных сигналов, что делает его менее эффективным по сравнению с PAL в отношении использования спектра.
Переход на цифру
С 1990-х годов системах аналоговый сигнал стал постепенно уступать место цифровому, в котором изображение и звук передаются с помощью двоичного кода. В переходный период потребовалось преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые и обратно. Это делается с помощью устройства, называемого аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП берет аналоговый сигнал и преобразует его в цифровую форму, разбивая его на множество маленьких шагов, или сэмплов. Каждый сэмпл затем кодируется в двоичный код, который может быть передан через цифровые каналы связи.
Когда цифровой сигнал достигает телевизора, он проходит через процесс, называемый цифро-аналоговым преобразованием (ЦАП), который преобразует двоичный код обратно в аналоговый сигнал, который телевизор может использовать для создания изображения и звука.
Поэтому для приема цифрового телевидения аналоговым телевизором необходим специальный цифровой ресивер или телевизор с встроенным цифровым тюнером. Это оборудование способно расшифровывать цифровой сигнал и обеспечивать высокое качество изображения и звука.