![](/user_photo/_userpic.png)
668_Mamchev_G.V._Tekhnicheskie_sredstva_TV_vehhanija_
.pdfФедеральное агентство связи Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования «Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики»
(СибГУТИ)
Г.В. Мамчев
ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ТЕЛЕВИЗИОННОГО ВЕЩАНИЯ
Монография
Новосибирск
2017
УДК 621.397.6
ISBN
Утверждено редакционно-издательским советом СибГУТИ
Рецензенты: д-р техн. наук, профессор Новицкий С.П. д-р техн. наук, профессор Спектор А.А.
Д-р техн. наук, профессор Мамчев Г.В.
Технические средства телевизионного вещания: Монография. – Сибирский государственный университет телекоммуникаций и информатики. – Новоси-
бирск, 2017. – 324 с.
В монографии рассмотрены способы построения и конструктивные особенности современных видеокамер, аппаратура формирования телевизионных программ, системы управления медиаресурсами, качественные показатели, конструктивное выполнение устройств воспроизведения телевизионных изображений. Особое внимание в монографии уделено рассмотрению особенностей современных технологий производства телепрограмм.
Монография предназначена для инженерно-технических работников, аспирантов, студентов, занимающихся вопросами телевидения, видеотехники, аудиовизуальной техники.
Кафедра радиовещания и телевидения
© Мамчев Г.В., 2017 © Сибирский государственный уни-
верситет телекоммуникаций и информатики, 2017 г.
ОГЛАВЛЕНИЕ |
|
|
Стр. |
ВВЕДЕНИЕ ............................................................................................................ |
7 |
Часть I. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АППАРАТУРЫ |
|
ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ .................... |
10 |
1. СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКАМЕР .................................................... |
10 |
1.1. Классификация передающих телевизионных камер .............................. |
10 |
1.2. Основные требования, предъявляемые к телевизионным |
|
и видеокамерам ........................................................................................... |
17 |
1.3. Конструктивные особенности современных видеокамер ...................... |
19 |
1.4. Аналоговая обработка видеосигналов в телекамерах ............................ |
25 |
1.4.1. Использование схемы двойной коррелированной выборки ........ |
25 |
1.4.2. Применение предварительного регулируемого |
|
видеоусилителя ................................................................................ |
27 |
1.4.3. Электронные способы управления контрастом ............................ |
27 |
1.4.4. Система автоматического баланса белого ..................................... |
29 |
1.4.5. Аналого-цифровое преобразование видеосигналов ..................... |
32 |
1.5. Цифровая обработка видеосигналов в телекамерах ............................... |
35 |
1.5.1. Особенности функционирования цифрового процессора |
|
сигналов ............................................................................................. |
35 |
1.5.2. Гамма-коррекция в цифровом процессоре сигналов .................... |
36 |
1.5.3. Цифровая апертурная коррекция и матрица цветности ............... |
38 |
1.5.4. Блок управления цифровой видеокамерой .................................... |
39 |
2. ОПТИЧЕСКОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ |
|
ПЕРЕДАЮЩИХ КАМЕР ................................................................................. |
40 |
2.1. Разрешающая способность объективов ................................................... |
40 |
2.2. Классификация телевизионных объективов с переменным фокусным |
|
расстоянием ................................................................................................. |
42 |
2.3. Системы управления объективами ........................................................... |
50 |
2.4. Конструктивные особенности светоделительных систем |
|
современных телекамер ............................................................................. |
60 |
2.5. Устройства стабилизации изображений на фотоприемной матрице .... |
65 |
2.6. Особенности применения анаморфотной оптики.................................... |
68 |
3. ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ СВЕТ-СИГНАЛ, ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ |
|
В ПЕРЕДАЮЩИХ КАМЕРАХ ....................................................................... |
69 |
3.1. Основные требования к преобразователям свет-сигнал ........................ |
69 |
3.2. Физические принципы работы приборов с зарядовой связью .............. |
70 |
3.3. Классификация матричных преобразователей свет-сигнал ПЗС-типа ... |
72 |
3.4. Особенности построчного переноса зарядов .......................................... |
74 |
3.5. Технология кадрово-строчного переноса зарядов .................................. |
78 |
3.6. Основные характеристики и параметры матриц ПЗС ............................ |
80 |
![](/html/65386/635/html_KhP_zHyptt.w9ea/htmlconvd-8LFvEy4x1.jpg)
4
3.7. Конструктивные особенности современных матриц ПЗС ..................... |
85 |
3.8. Применение электронного затвора в матрицах ПЗС .............................. |
88 |
3.9. Устройство фотоприемных матриц КМОП-типа .................................... |
88 |
3.10. Сравнение характеристик фотоприемных матриц ПЗС- |
|
и КМОП-типов .......................................................................................... |
95 |
4. НАКАМЕРНЫЕ УСТРОЙСТВА ВИДЕОКАМЕР ........................................ |
97 |
4.1. Основные виды накамерного оборудования ........................................... |
97 |
4.2. Накамерные осветительные приборы ...................................................... |
97 |
4.3. Источники питания видеокамер ............................................................... |
99 |
4.4. Конструктивные особенности узконаправленных микрофонов ........... |
103 |
4.5. Устройства беспроводной передачи аудиовизуальной информации |
|
от видеокамер ............................................................................................. |
105 |
5. ОСОБЕННОСТИ ЭКСПЛУАТАЦИИ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ |
|
И ВИДЕОКАМЕР .............................................................................................. |
111 |
5.1. Технические возможности современных передающих |
|
телевизионных и видеокамер .................................................................... |
111 |
5.2. Принципы управления передающими камерами телевизионного |
|
комплекса .................................................................................................... |
123 |
5.3. Особенности применения электронных телесуфлеров совместно |
|
с передающими камерами ......................................................................... |
129 |
5.4. Системы визуального контроля и индикации видеокамер ..................... |
135 |
Часть II. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ УСТРОЙСТВ |
|
ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ .... 141 |
6.КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В ОПТИЧЕСКОЕ ИЗОБРАЖЕНИЕ ..... 141
7.ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИЕ УСТРОЙСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ
ИЗОБРАЖЕНИЙ ............................................................................................. |
149 |
7.1. Основные электрооптические эффекты в жидких кристаллах ........... |
149 |
7.2. Методы адресации телевизионных жидкокристаллических |
|
экранов .................................................................................................... |
154 |
7.3. Структура модуля жидкокристаллического экрана ............................. |
161 |
7.4. Устройство и принципы функционирования |
|
жидкокристаллического экрана ........................................................... |
162 |
7.4.1.Использование схемы двойной коррелированной выборки ... 162
7.4.2.Практическая реализация устройств задней подсветки
жидкокристаллических экранов .............................................. |
164 |
7.4.3. Структура цветных фильтров для жидкокристаллических |
|
экранов ........................................................................................ |
180 |
7.4.4. Использование черной решетки в жидкокристаллических |
|
экранах ........................................................................................ |
183 |
7.4.5. Смена полярности сигналов управления .................................. |
185 |
![](/html/65386/635/html_KhP_zHyptt.w9ea/htmlconvd-8LFvEy5x1.jpg)
ОГЛАВЛЕНИЕ |
5 |
7.4.6. Уменьшение кросс-эффекта при адресации матричных |
|
жидкокристаллических экранов .............................................. |
186 |
7.4.7. Формирование полутонового изображения на |
|
жидкокристаллическом экране ................................................ |
187 |
7.4.8. Увеличение контрастности воспроизводимых жидкокристалли- |
|
ческим экраном изображений ................................................... |
189 |
7.5. Устройства управления жидкокристаллическим экраном .................. |
190 |
7.6. Современные цифровые дисплейные интерфейсы для |
|
жидкокристаллических экранов .......................................................... |
191 |
7.6.1. Классификация дисплейных интерфейсов ................................ |
191 |
7.6.2. Цифровые дисплейные интерфейсы .......................................... |
195 |
7.6.3. Интерфейсы внутренней дисплейной шины ............................ |
199 |
7.7. Технические возможности современных серийно выпускаемых жидко- |
|
кристаллических дисплеев ................................................................... |
204 |
8. ПЛОСКОЭКРАННЫЕ ВОСПРОИЗВОДЯЩИЕ УСТРОЙСТВА, |
|
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКИМ ЭКРАНАМ ...... |
207 |
8.1. Принципы работы и устройство плазменных панелей ....................... |
207 |
8.1.1. Физические основы газового разряда ....................................... |
207 |
8.1.2. Устройство ячеек плазменных панелей ................................... |
208 |
8.1.3. Принципы формирования растра .............................................. |
213 |
8.1.4. Методы увеличения яркости и контраста воспроизводимых |
|
изображений .............................................................................. |
216 |
8.1.5. Способы повышения четкости воспроизводимых |
|
изображений .............................................................................. |
218 |
8.1.6. Коррекция цветовоспроизведения плазменных панелей ....... |
218 |
8.1.7. Конструктивные особенности серийно выпускаемых |
|
плазменных панелей ................................................................. |
219 |
8.2. Устройство гибкого цветного OLED-дисплея ..................................... |
222 |
8.3. Конструкция светодиодных экранов ..................................................... |
231 |
8.4. Конструкция большеэкранных видеосистем составного типа ........... |
233 |
8.5. Принципы формирования полиэкранных изображений ..................... |
235 |
9. ПРОЕКЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА ВОСПРОИЗВЕДЕНИЯ ТЕЛЕВИЗИОН- |
|
НЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ БОЛЬШОГО РАЗМЕРА ....................................... |
237 |
9.1. Мультимедийные проекторы D-ILA-типа ........................................... |
237 |
9.2. Устройство проектора видеоизображений, использующего |
|
электронно-управляемые зеркала ....................................................... |
243 |
9.3. Особенности применения лазерных диодов в проекционных |
|
телевизорах ............................................................................................ |
250 |
Часть III. АППАРАТУРА ТЕЛЕВИЗИОННЫХ КОМПЛЕКСОВ ФОРМИРО- |
|
ВАНИЯ ВЕЩАТЕЛЬНЫХ ПРОГРАММ .......................................... |
254 |
10. СТУДИЙНЫЕ И ВНЕСТУДИЙНЫЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ СРЕДСТВА ПРО- |
|
ИЗВОДСТВА ТЕЛЕПРОГРАММ ................................................................ |
254 |
![](/html/65386/635/html_KhP_zHyptt.w9ea/htmlconvd-8LFvEy6x1.jpg)
6
10.1. Обобщенная функциональная схема программного телецентра...... |
254 |
10.2. Основные принципы построения телевизионных студий ................ |
256 |
10.2.1. Классификация телевизионных студий .................................. |
256 |
10.2.2.Системы постановочного освещения телевизионных студий 257
10.2.3.Вентиляция и кондиционирование телевизионных студий . 266
10.2.4. |
Акустические характеристики телевизионных студий ........ |
268 |
10.2.5. |
Обоснование конструкции телевизионных студий ............... |
272 |
10.3.Технические особенности виртуальной телевизионной студии ..... 275
10.4.Основные принципы построения передвижных телевизионных стан-
ций ........................................................................................................... |
285 |
10.5. Конструктивные особенности медиаархивов современных теле- |
|
центров.................................................................................................... |
288 |
10.6.Технические средства обеспечения современной телевизионной и ви- |
|
деосъемки ............................................................................................... |
291 |
10.6.1. Необходимость применения специализированной операторской |
|
техники ....................................................................................... |
291 |
10.6.2. Вспомогательное операторское оборудование ...................... |
293 |
10.6.3. Аппаратура для телесъемки в экстремальных условиях ...... |
297 |
ЗАКЛЮЧЕНИЕ .................................................................................................... |
302 |
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК ................................................................. |
312 |
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ .................................................................................. |
316 |
ВВЕДЕНИЕ
Практически каждый человек, независимо от места проживания, получает 70...80% общего объема информации через электронные средства массовой информации, важнейшим из которых является телевидение, обладающее самой большой аудиторией.
Первые системы электронного телевидения были созданы в тридцатые годы прошлого столетия фактически после изобретения и разработки электроннолучевых трубок (ЭЛТ) для преобразования оптического изображения в электрический сигнал и воспроизведения телевизионных изображений.
В настоящее время в различных странах мира эксплуатируются около 1 млрд. 900 миллионов телевизионных приемников различного типа. Причем ежегодно мировой парк телевизионных устройств увеличивается на десятки миллионов телевизоров. В состав каждого телевизора, а также любого устройства отображения телевизионного типа входит воспроизводящее устройство, являющееся конечным звеном всей телевизионной системы, в значительной степени определяющим качество получаемых изображений.
Одновременно в различных сферах человеческой деятельности используются многие десятки миллионов персональных компьютеров (ПК), важнейшим функциональным блоком которых также являются устройства отображения, то есть мониторы.
Сегодня конвергенцию телевидения и компьютерной техники можно считать состоявшейся. По крайней мере, современные ПК способны захватывать, то есть оцифровывать, и с должным качеством воспроизводить видеопрограммы, а телевизоры, используя соответствующие интерфейсы, – электронную графику.
Современное телевизионное вещание, базирующееся на цифровых способах формирования видеосигналов, характеризуется резким усложнением технологии подготовки телевизионных программ в сравнении с классическим телевидением первого этапа развития, совпадающего с повсеместным использованием аналоговой техники. Внедрение цифровых технологий в телевизионное вещание, в первую очередь, ознаменовано созданием унифицированного оборудования аппаратно-студийных комплексов, использующих единый стандарт цифрового кодирования. В этом случае обеспечивается высокая стабильность параметров оборудования, которое может работать в бесподстроичном режиме.
Основной тенденцией на телецентрах стало внедрение цифровых информационных технологий, способствующих слиянию средств телевизионного вещания и инфокоммуникаций. К наиболее наглядным примерам данного процесса можно отнести замену видеомагнитофонов (в том числе и цифровых), видеосерверами, использование быстродействующих цифровых видеомикшеров и
![](/html/65386/635/html_KhP_zHyptt.w9ea/htmlconvd-8LFvEy8x1.jpg)
8
коммутаторов, унифицированных соединительных линий и цифровых интерфейсов, архивирование аудио- и видеоинформации с возможностью доступа большого числа пользователей к видеоархивам.
Благодаря цифровым технологиям в производстве программ телевизионного вещания происходит переход к централизованной файловой архитектуре и новым методам хранения и обмена информации. Замена видеомагнитофонов на серверы вместо физического перемещения материала от одного участка производства к другому обеспечивается файловой передачей данных. При этом с компьютерных терминалов открывается доступ ко всем видам контента
Традиционный линейный электронный монтаж с использованием двух видеомагнитофонов, микшера и контроллера практически повсеместно уступил свои позиции нелинейному, использующему только один видеосервер в паре с компьютером. Поэтому практически все производители телевизионного оборудования считают нужным подчеркнуть факт интеграции выпускаемых устройств с нелинейными монтажными комплексами, обеспечивающими мгновенный произвольный доступ к любому видеофрагменту. Причем наиболее очевидной тенденцией можно назвать использование в системах цифрового нелинейного видеомонтажа постоянно растущей мощности компьютеров.
С переходом телекомпаний на нелинейные цифровые технологии в видеопроизводстве и вещании все острее встает проблема интеграции этого оборудования в единые комплексы. Поэтому существенное место в разработках новейших технологий видеопроизводства занимают сетевые решения. Практически уже никого не устраивают отдельно стоящие рабочие станции, для которых перенос видеоматериала с одной на другую связан с физическим копированием огромных объемов информации. Речь уже идет об общих системах хранения, о работе не с самими видеофайлами, а, как минимум, с их копиями в низком разрешении в целях создания листа монтажных решений, который затем частично или полностью автоматически применяется к исходному материалу в полном разрешении. В лучшем же случае работа ведется с метаданными, и копирование материала, пусть даже и чернового качества, полностью исключается.
Таким образом, к началу XXI века получение электронного телевизионного изображения стало результатом сложного переплетения технологий Интернета, мультимедиа, компьютерной анимации, виртуальной реальности.
Изменились и социальные факторы, влияющие на потребительские свойства телевизионных программ. Все это выразилось в повышении необходимости обработки больших объемов информации для подготовки, производства и выпуска телевизионных программ. Резко поднялись требования к оперативности подготовки телевизионных передач. Все большее внимание уделяется повышению степени автоматизации телевизионного вещания, совершенствованию роботизированных вещательных комплексов – телецентров.
Наметилась тенденция дальнейшего совершенствования основного звена телевизионного тракта – передающих камер на базе использования светочувствительных КМОП-матриц, позволяющих повысить разрешающую способность датчиков свет-сигнал, увеличить отношение сигнал/шум, снизить их сто-
ВВЕДЕНИЕ |
9 |
имость. Все это имеет важное значение в связи с предстоящим повсеместным внедрением систем телевидения высокой четкости (ТВЧ).
Важнейшим компонентом аппаратно-студийного, эфирного или производственного комплексов являются телевизионные мониторы, применяемые как для просмотровых, так и измерительных целей. В телевизионных мониторах и приемниках (профессиональных и бытовых телевизорах) все более широкое использование получают жидкокристаллические экраны и плазменные панели, позволяющие воспроизводить высококачественные телевизионные изображения с размерами по диагонали в 100 см и более.
Впоследние несколько лет наблюдается заметный рост спроса на телевизионные воспроизводящие устройства с диагональю экрана в несколько метров. Системами большого телевизионного экрана оборудуются центры управления космическими полетами, телевизионные студии, медицинские клиники, учебные заведения. Подобные воспроизводящие устройства используются также в спортивных комплексах, конференц-залах, театрах, выставочных комплексах, для показа телевизионных изображений на больших экранах, установленных на открытых площадях городов.
Электронные средства отображения визуальной информации, установленные как в помещениях, так и вне зданий, получили название видеоинформационных систем (ВИС, то есть Digital Signage).
Весьма перспективная область применения систем большого телевизионного экрана создание сети телевизионных театров, соединенных с центральной аппаратной широкополосными волоконно-оптическими линиями связи.
Вмонографии рассмотрены способы построения и конструктивные особенности современных телекамер, аппаратура формирования телевизионных программ, качественные показатели, конструктивное выполнение устройств воспроизведения телевизионных изображении.
Монография предназначена для инженерно-технических работников, аспирантов, студентов, занимающихся вопросами телевещания, видеотехники, аудиовизуальной техники.
![](/html/65386/635/html_KhP_zHyptt.w9ea/htmlconvd-8LFvEy10x1.jpg)
Часть I. КОНСТРУКТИВНЫЕ ОСОБЕННОСТИ АППАРАТУРЫ ФОРМИРОВАНИЯ ТЕЛЕВИЗИОННЫХ СИГНАЛОВ
1.СПОСОБЫ ПОСТРОЕНИЯ ТЕЛЕКАМЕР
1.1.Классификация передающих телевизионных камер
Передающие телевизионные камеры, являясь начальным звеном, входят в состав практически любой телевизионной системы, решающим способом влияют на ее качественные показатели. Телевизионные камеры предназначены для преобразования светового потока, отраженного от наблюдаемых объектов, в электрические сигналы (видеосигналы) цветоделенных изображений, пригодные для последующей записи, передачи по каналам связи, автоматического анализа.
Центральным элементом любой передающей камеры являются непосредственно преобразователи оптических изображений в электрические сигналы (преобразователи свет-сигнал), которые часто называются датчиками телевизионного сигнала. Яркость спроецированного на светочувствительную поверхность преобразователя оптического изображения является функцией не только времени t, но и координат x, y в горизонтальном и вертикальном направлениях. Поэтому датчик телевизионного сигнала должен обладать способностью оценивать значения яркостей отдельных элементов изображения. Для последовательного считывания телевизионного сигнала от отдельных элементов изображения в преобразователе одновременно с фотопроцессом осуществляется процесс развертки изображения. Закон развертки является одним из основных параметров телевизионного сигнала, обеспечивающих возможность его преобразования в телевизионное изображение.
Первыми приемниками света, изготовленными по твердотельной технологии, были фотодиоды и уже на заре своего появления они позволили сделать гигантский скачок в области регистрации световых потоков и изображений. С тех пор прошло много времени, фотодиоды совершенствовались, но их основной недостаток – одноканальность, все же не позволил им найти широкого применения в телевидении.
С конца 30-х годов прошлого столетия среди светоприемников начали появляться телевизионные трубки, завоевавшие к концу 70-х лидирующее положение в этой области. Было разработано сравнительно много светочувствительных приборов вакуумного типа: иконоскопы и супериконоскопы, ортиконы и суперортиконы, диссекторы (специализированные трубки с повышенной квантовой эффективностью, оцениваемой количеством выбитых