telewizja
 
Encyklopedia PWN
telewizja
[gr. tḗle ‘daleko’, łac. visio ‘widzenie’],
dział telekomunikacji zajmujący się przetwarzaniem obrazów scen ruchomych (z natury lub uprzednio zarejestrowanych na taśmie magnet.) na sygnały elektr., tzw. sygnały wizyjne, ich przesyłaniem łączami telekomunik. oraz odtwarzaniem w miejscu odbioru;
łącznie z obrazem jest zwykle nadawany dźwięk (dźwięk podstawowy i dodatkowe dźwięki towarzyszące).
Rozróżnia się t. programową — przeznaczoną do nadawania dla szerokiego ogółu odbiorców specjalnie oprac. programów artyst., informacyjnych, szkoleniowych i in., oraz t. użytkową — przeznaczoną do zdalnej obserwacji zjawisk lub zdalnej kontroli różnych procesów w nauce, przemyśle, gospodarce i in., realizowaną w sieciach zamkniętych, najczęściej przewodowych. T. programową można podzielić na rozsiewczą (najczęściej stosowaną) — transmisja sygnałów wizyjnych odbywa się drogą radiową, z jednego nadajnika do wielu odbiorników, i przewodową (kablową) — odbywa się całkowicie lub częściowo za pomocą kabli (zwykle współosiowych) na ogół w ramach sieci abonenckiej. Stosuje się też podział t. rozsiewczej na naziemną — sygnały wizyjne są emitowane z nadajników naziemnych, i satelitarną — sygnały z nadajników naziemnych są retransmitowane przez satelitę telekomunikacyjnego.
Rozróżnia się t. monochromatyczną (czarno-białą), w przypadku której przesyłany sygnał zawiera informacje o przestrzennym rozkładzie luminancji (jasności) obrazu, oraz kolorową — sygnał zawiera również informacje o wszystkich cechach kolorymetrycznych (barwie) obrazu. Do specjalnych celów stosuje się (bardzo rzadko) t. stereoskopową (monochromatyczną lub kolorową), w której wrażenie głębi odtwarzanego obrazu uzyskuje się metodami stereoskopowymi (stereoskopia). W zależności od metody przesyłania informacji rozróżnia się t. analogową, w której sygnał wizyjny jest ciągłą funkcją czasu i zależy od luminancji kolejno wybieranych elementów obrazu, oraz t. cyfrową, w której sygnał wizyjny jest określany jedynie w wybranych chwilach i stanowi kombinację 2 stanów log. odpowiadających jedynce i zeru.
W procesie przesyłania (nadawania) ruchomego obrazu podstawowe etapy stanowią: analiza obrazu (po stronie nadawczej), synteza obrazu (po stronie odbiorczej) oraz synchronizacja obu procesów. Analiza obrazu, zw. też wybieraniem, jest przeprowadzana w analizatorze obrazu (obecnie najczęściej w przetworniku CCD), wchodzącym w skład kamery telewizyjnej; elementy obrazu, powstałego na powierzchni światłoczułej przetwornika (w wyniku rzutowania obrazu sceny przez obiektyw kamery) są analizowane (wybierane) kolejno wzdłuż poziomych linii od strony lewej do prawej i z góry na dół; liczba linii, zw. liniami analizy lub wybierania, zależy od systemu telewizyjnego; w wyniku tej operacji informacje opt. zawarte w kolejnych elementach obrazu (przetwornik wizyjny) są przekształcane na odpowiadające im sygnały elektr. (sygnały obrazu). Po wybraniu ostatniego elementu ostatniej dolnej linii następuje powrót do pierwszej górnej linii. Podczas przechodzenia do każdej następnej linii obrazu i powrotu do początku obrazu stosuje się sygnały wygaszania, które eliminują powstający wówczas sygnał wizyjny. W stosowanych powszechnie systemach telewizyjnych stosuje się tzw. wybieranie międzyliniowe, polegające na podziale nadawanego obrazu na 2 pola (półobrazy), z których każde zawiera co drugą linię wybierania, i na przeprowadzaniu analizy każdego półobrazu oddzielnie (bezpośrednio po sobie). Synteza obrazu, przeprowadzana w odbiorniku telewizyjnym (w kineskopie, ekranie LCD lub PDP), polega na przekształcaniu przesłanych sygnałów obrazu na obraz widzialny, stanowiący reprodukcję obrazu nadanego. W celu uzyskania współbieżności operacji wybierania (podczas analizy) i odtwarzania elementów obrazu (podczas syntezy), procesy analizy i syntezy obrazu są ze sobą synchronizowane. Do synchronizacji używa się specjalnych sygnałów elektr., sygnałów synchronizacji, wprowadzanych do sygnału wizyjnego po stronie nadawczej. Sygnały wygaszania i synchronizacji są po stronie odbiorczej wydzielane z sygnału wizyjnego. Liczba nadawanych obrazów na sekundę w standardzie eur. (stosowanym również w Polsce) wynosi 25 (50 pól/s), a w standardzie amer. — 30 (60 pól/s). Szerokość kanału (pasma częst.) zajmowanego przez emitowany sygnał telewizyjny zależy od przyjętego standardu emisyjnego.
W t. kolorowej obraz opt. zostaje (za pomocą układów opt.) podzielony na 3 odrębne obrazy w kolorach podstawowych RGB (czerwonym, zielonym i niebieskim) i każdy z nich jest niezależnie analizowany. W wyniku analizy otrzymuje się 3 sygnały wizyjne kolorów podstawowych, które — odpowiednio sumowane — dają sygnał luminancji (w t. czarno-białej sygnał luminancji jest jedynym sygnałem obrazu) oraz 2 sygnały różnicowe tworzące sygnał chrominancji, niosący informację o barwie obrazu. Sygnały różnicowe powstają przez odjęcie od sygnałów wizyjnych kolorów podstawowych (czerwonego i niebieskiego) sygnału wizyjnego luminancji (trzeci sygnał różnicowy można odtworzyć z 2 pozostałych); sygnały te modulują w odpowiedni sposób podnośną lub podnośne chrominancji, czyli przebiegi nośne o częst. zawartej w pasmie sygnału wizyjnego, przeznaczone do przekazywania informacji o barwie obrazu. W zależności od metody modulacji rozróżnia się różne systemy t. kolorowej. W eksploatowanych obecnie systemach t. analogowej całkowity sygnał wizyjny, składający się z sygnału obrazu (zawiera sygnały luminancji i chrominancji) oraz sygnału wygaszania i synchronizacji, moduluje w amplitudzie sygnał o częst. nośnej wizji i jest przesyłany z częściowo tłumioną wstęgą boczną (modulacja). Przy odbiorze sygnałów t. kolorowej w odbiorniku telewizyjnym po demodulacji i wydzieleniu sygnałów wygaszania i synchronizacji odtwarza się, np. w kineskopie, sygnały wizyjne kolorów podstawowych.
Ze względu na jakość odtwarzanego obrazu rozróżnia się t. standardową (konwencjonalną) — o jakości stosowanej powszechnie w t. programowej, o liczbie linii wybierania obrazu 625 w standardzie eur. i 525 w standardzie amer. oraz stosunku boków obrazu 4 : 3, t. o podwyższonej jakości obrazu — o takiej samej liczbie linii wybierania jak w t. standardowej i stosunku boków obrazu 16 : 9, t. o bardzo dużej rozdzielczości obrazu (HDTV) — o dwukrotnie większej liczbie linii wybierania niż w t. standardowej i stosunku boków obrazu 16 : 9, oraz t. o małej rozdzielczości obrazu — o mniejszej liczbie linii wybierania niż w t. standardowej (np. t. użytkowa).
Podstawowy analogowy dźwięk towarzyszący obrazowi telewizyjnemu jest przesyłany na częst. nośnej dźwięku, położonej powyżej częst. nośnej wizji, w odległości zależnej od przyjętego standardu telewizyjnego. Dodatkowe dźwięki towarzyszące są przesyłane na częst. nośnej drugiego dźwięku, położonej pomiędzy częst. nośną wizji a częst. nośną dźwięku podstawowego. W zależności od metody przesyłania dźwięku dodatkowego rozróżnia się system analogowy A2, umożliwiający przesłanie jednego dźwięku towarzyszącego, oraz system cyfrowy NICAM 728, w którym są przesyłane 2 dźwięki dodatkowe.
W t. cyfrowej wytworzony w kamerze telewizyjnej analogowy sygnał wizyjny jest przetwarzany na jego odpowiednik cyfrowy w wyniku próbkowania sygnału analogowego w określonych odstępach czasu, kwantowania i kodowania (przetwarzanie analogowo-cyfrowe). Od przyjętej metody lub metod kodowania zależy szybkość binarna sygnału cyfrowego (szybkość cyfrowa); stosuje się zwykle kodowanie źródłowe, zw. też oszczędnym lub kodowaniem w studiu, umożliwiające zmniejszenie szybkości binarnej, a więc szerokości zajmowanego pasma częstotliwości. Następnie sygnał jest poddawany modulacji, której rodzaj zależy od sposobu transmisji sygnału (rozsiewcza: naziemna lub satelitarna, czy kablowa); np. w przypadku naziemnej transmisji rozsiewczej cyfrowe sygnały wizyjne są przesyłane z modulacją OFDM (ang. Orthogonal Frequency Division Multiplexing ‘ortogonalne zwielokrotnianie z podziałem częstotliwościowym’), w której sygnał cyfrowy moduluje wiele nośnych położonych ortogonalnie. W przypadku transmisji satelitarnej jest stosowana modulacja QPSK (ang. Quadriphase-Shift Keying), tj. kwadraturowa modulacja z kluczowanym przesuwem fazy, a przy transmisji kablowej — modulacja QAM (ang. Quadrature Amplitude Modulation), tj. modulacja dwuwstęgowa z wytłumieniem fali nośnej, a także modulacja wielopoziomowa, np. 16 QAM. Po stronie odbiorczej następuje proces odwrotny — dekodowanie oraz przekształcenie sygnału cyfrowego na jego odpowiednik analogowy. W cyfrowej t. kolorowej są na ogół kodowane sygnały składowe sygnału wizyjnego, tj. sygnał luminancji i sygnały różnicowe.
Wytworzony w ośrodku studyjnym sygnał wizyjny (analogowy lub cyfrowy) jest przesyłany (za pomocą linii kablowych współosiowych lub światłowodowych, linii radiowych lub łączy satelitarnych) do naziemnych stacji nadawczych (nadajników telewizyjnych) lub do nadajników umieszczonych na satelitach telekomunik. (np. systemów: EUTELSAT, INTELSAT, Astra, Kopernikus), a także do innych ośrodków studyjnych, a z nich do nadajników lokalnych; z nadajników sygnały są rozsyłane drogą radiową wprost do abonentów lub rozprowadzane za pośrednictwem sieci t. kablowej. Łącznie z sygnałem telewizyjnym mogą być przesyłane sygnały teletekstu, które są odtwarzane na ekranach odbiorników telewizyjnych, wyposażonych w odpowiedni dekoder, w postaci stron tekstu lub napisów na obrazie. Naziemne stacje nadawcze mają zwykle bezpośredni zasięg równy około kilkadziesiąt km, przy czym zależy on od mocy nadajnika i od wysokości, na której pracuje antena nadawcza; anteny nadawcze są umieszczane na bardzo wysokich budynkach (np. Empire State Building w Nowym Jorku — wys. z anteną 449 m) lub na specjalnych wieżach telewizyjnych (CN w Toronto — wys. z anteną 555 m, Ostankino w Moskwie — 540 m); zwiększenie zasięgu realizuje się za pomocą stacji retransmisyjnych (retransmisja). Znacznie większy zasięg bezpośredni zapewniają stacje satelitarne, mimo stosunkowo niewielkiej mocy ich nadajników. Bezpośredni odbiór sygnałów ze stacji satelitarnych wymaga specjalnej anteny i dodania na wejściu odbiornika tunera satelitarnego. Sygnały telewizyjne odebrane z satelity za pomocą urządzeń odbioru zbiorowego są rozprowadzane do użytkowników za pośrednictwem sieci t. kablowej.
Historia. Pierwsze pomysły dotyczące przesłania obrazu na odległość powstały w 2. poł. XIX w. Początkowo do analizy i syntezy obrazu wykorzystywano wirujące urządzenia mech.-opt., z których największą rolę odegrała tarcza Nipkowa (wynaleziona 1884), a przesyłanie sygnałów odbywało się wówczas przewodowo. Powstawały też koncepcje przesyłania obrazu za pomocą sygnałów elektr.; m.in. 1877 Polak J. Ochorowicz sformułował ogólne zasady dotyczące przetwarzania punktów świetlnych obrazu na przebiegi prądu elektr. (sygnały), przesyłania sygnałów na odległość i ich zamiany w odbiorniku z powrotem na punkty obrazu. Na pocz. XX w. prowadzono prace nad 2 systemami t. mechaniczno-opt. i nad t. bezprzewodową (J.L. Baird w Wielkiej Brytanii, Ch.F. Jenkins w USA, D. von Michaly w Niemczech). W 1924 Baird, wykorzystując tarczę Nipkowa, zbudował urządzenie przekazujące zarysy przedmiotów i 1925 przekazał na odległość obraz poruszającego się człowieka; 1928 uruchomiono w Londynie pierwszą doświadczalną stację telewizyjną (wykorzystującą system Bairda), która 1929 nadała pierwszą audycję telewizyjną (za pomocą nadajnika radiowego BBC). W USA 1927 została przeprowadzona przez AT&T (American Telephone and Telegraf Co.) transmisja obrazu (przemawiający min. handlu H. Hoover) z Waszyngtonu do Nowego Jorku (pierwsza transmisja na tak dużą odległość) za pomocą przewodów telefonicznych; wykorzystano system t. mechanicznej oprac. przez amer. fizyka i wynalazcę H.E. Ivesa; przeprowadzono też transmisję systemem Ivesa drogą radiową z doświadczalnej stacji w Whippany (stan New Jersey) do Nowego Jorku. W tym samym czasie prowadzono prace nad systemem telewizyjnym całkowicie elektronowym; 1907 ros. fizyk B. Rosing skonstruował prototyp kineskopu, 1911 bryt. wynalazca A.A. Campbell-Swinton zaproponował użycie wiązki elektronowej do analizy obrazu; 1923 V.K. Zworykin skonstruował pierwszą lampę analizującą, zw. ikonoskopem (1928 jej ulepszoną wersję), 1924 — kineskop, a 1929 oprac. pierwszy praktyczny system elektronowego przetwarzania obrazu w nadajniku i odtwarzania go w odbiorniku. W tym samym czasie (1927) system t. całkowicie elektronowej opatentował amer. wynalazca Ph.T. Farnsworth, wykorzystując w nim skonstruowane przez siebie urządzenia do analizy i syntezy obrazu. W 1933–35 w firmie Marconi EMI (Electric and Musical Industries Limited) opracowano system t. elektronowej, wykorzystujący wynalazki Zworykina i Farnswortha. W 1935 w Berlinie rozpoczęła nadawanie (drogą radiową) pierwsza całkowicie elektroniczna stacja telewizyjna. Pierwsza na świecie stacja telewizyjna nadająca stałe programy telewizyjne (początkowo obu systemami: mech.-optycznym Bairda i elektronowym firmy Marconi EMI, od 1937 tylko elektronowym) została uruchomiona w Londynie 2 IX 1936. W latach 30. XX w. w Wielkiej Brytanii przeprowadzono też pierwsze próby laboratoryjne przesyłania sygnałów t. kolorowej (zapoczątkował je 1928 Baird). Szybki rozwój t. nastąpił po II wojnie świat.; programy t. kolorowej wprowadzono: 1956 w USA, 1962 w Japonii, 1967 we Francji, RFN, Wielkiej Brytanii, ZSRR; 1962 zaczęto do transmisji telewizyjnej wykorzystywać sztuczne satelity (Telstar).
W Polsce prace nad uruchomieniem stacji telewizyjnej były prowadzone od 1935 w Warszawie w Państw. Inst. Telekomunikacyjnym (PIT) i w Pol. Radiu, gdzie 1937 została uruchomiona stacja eksperymentalna; 1947 w PIT wznowiono te prace (pod kierunkiem L. Kędzierskiego) i 1952 powstała stacja doświadczalna IŁ oraz zaczęto nadawać programy telewizyjne; regularne profesjonalne programy t. czarno-białej były nadawane od 1956 w Warsz. Ośr. Telewizyjnym; t. kolorową wprowadzono 1970.
Alina Karwowska-Lamparska
Bibliografia
A. Karwowska-Lamparska Telewizyjne systemy cyfrowe, Warszawa 1993.
Przeglądaj encyklopedię
Przeglądaj tabele i zestawienia
Przeglądaj ilustracje i multimedia