Опубликовано в журнале "Мастер 12вольт" № 37(ноябрь 2001)


© А.И.Шихатов 2001

ГОЛУБОЙ ОГОНЕК

    Кто помнит - экраны черно-белых телевизоров светились как раз с таким оттенком. И популярную передачу так назвали. И по вечерам из окон квартир лился такой голубой-голубой свет... Но телевизоры были не только в домах.

ИСТОРИЯ
    Первые автомобильные телевизоры появились в середине 50-х годов прошлого века. Правда, это были не обычные телевизоры, а контрольные видеомониторы передвижных телевизионных студий. Видеомагнитофоны еще только появились и не годились для мобильной работы, поэтому все репортажи "с натуры" шли "живьем", причем с обязательным контролем эфирной картинки. Иногда прием приходилось осуществлять и в движении, поэтому все необходимые требования к этому классу аппаратуры были сформированы достаточно быстро. Конечно, комплект аппаратуры тех лет с трудом помещался в автобусе, но это мелочи. Развитие электроники шло быстро, появление малогабаритной видеотехники было не за горами.
    Первые телевизоры, пригодные для использования в обычном автомобиле, появились уже в середине 60-х. Правда, это были черно-белые модели - эра цветного телевидения только начиналась. Но развитие техники шло гигантскими темпами. Распространение транзисторов (а потом микросхем) позволило ввести необходимые для мобильной аппаратуры функции, повысить надежность и значительно уменьшить габариты. И если в фильмах про Фантомаса (1964-1967) автомобильный телевизор еще был частью фантастического антуража (монтаж виден невооруженным глазом), то в фильме "Высокий блондин в черном ботинке" (1972) автомобильная видеодвойка - штатное оборудование (правда, пока в лимузине секретной службы).
    К середине 70-х автомобильный телевизор перестает быть экзотикой. Образцы такой техники в 1975-1978 годах выпустила отечественная промышленность ("Электроника ВЛ-100", "Шилялис-авто" и другие). К концу 70-х появились и первые модели, рассчитанные на прием цветного изображения. Однако, несмотря на достаточно демократичные цены, автомобильные телевизоры широкого распространения не получили ни "у них", ни "у нас". Главный парадокс заключался в том, что автомобильный телевизор чаще всего приобретали не для машины, а для пикника на лоне природы. Причина этого - сложность размещения в салоне автомобиля даже небольшого телевизора. Осознавали этот факт и разработчики, но отойти от традиционных кубических объемов было не так-то просто.
    Видеотехника тех лет использовала традиционную электронно-лучевую трубку, поэтому глубина аппарата была достаточно велика. Для укорочения трубки нужно увеличить угол отклонения луча, но такое решение резко увеличивает мощность, потребляемую узлом развертки телевизора. И если для стационарного аппарата лишних 30 -50 ватт мелочь, то автомобильный телевизор с таким потреблением энергии никому не нужен. Привычка к сотням ватт, потребляемых автомобильной аппаратурой, еще не сформировалась.
    Для решения задачи требовался экран принципиально нового типа - плоский и экономичный. К концу 70-х годов кинескоп оставался в телевизоре единственным электровакуумным прибором, но его позиции казались незыблемыми. Жидкокристаллические индикаторы (LCD-display) в тот момент никто не рассматривал всерьез. Телевизор в часах, телевизор-картина и прочие чудеса техники имели чудовищную себестоимость и крайне низкие характеристики. Уровень технологии не позволял наладить массовый выпуск таких товаров по доступной цене, так что дальше выставок и сенсационных заметок в прессе дело не пошло. Основные силы были брошены на совершенствование традиционных методов получения телевизионного изображения, прежде всего - улучшение характеристик кинескопа.
    Почти плоский кинескоп черно-белого изображения (толщина 2 см при диагонали 12 см) создал гениальный инженер Клайв Синклер. Ему удалось переместить электронную пушку с задней поверхности кинескопа на боковую сторону, для чего пришлось создать не имеющую аналогов систему отклонения электронного луча. На базе нового кинескопа выпускался великолепный портативный телевизор SinclairVision. Однако попытки создать кинескоп цветного изображения с аналогичным принципом действия оказались безрезультатными. Для массового выпуска технология была слишком "ювелирной".
    Тем временем совершенствовалась конструкция ЖК. Поначалу развитие шло медленно. Хотя символьные индикаторы на жидких кристаллах широко применялись уже в середине 70-х годов, панели, пригодные для вывода изменяющейся графической информации появились только в начале 80-х. Однако быстродействие их было крайне низким, разрешающая способность и контрастность тоже оставляли желать лучшего, поэтому такие панели применяли только в портативных компьютерах.
    Тем не менее, уже к концу 80-х годов появились первые жидкокристаллические панели, пригодные для вывода движущегося цветного изображения с приемлемым качеством. Дальнейший прогресс шел по пути совершенствования достигнутого. Качество изображения современного жидкокристаллического экрана уже как минимум не уступает традиционному кинескопу, а потребление энергии и габариты сведены к минимуму. Наработка на отказ превышает сроки эксплуатации аппаратуры в несколько раз. Теперь телевизор действительно смог стать автомобильным.
ТЕХНИКА
    Основная проблема при приеме изображения в движущемся автомобиле - непостоянство уровня сигнала. Телевизионное вещание ведется в диапазоне УКВ на метровых и дециметровых волнах. Радиоволны этого диапазона распространяются только в пределах прямой видимости, отражаются и поглощаются предметами. Поэтому на условия приема оказывает влияние буквально все - прежде всего, рельеф местности и состояние атмосферы. Каждый "ухудшающий" фактор проявляется по-своему. Отраженные сигналы вызывают "повторы" и "тянучки" на изображении, изменения уровня проявляются как резкое изменение яркости и контрастности изображения. При слабом сигнале происходит срыв синхронизации развертки, изображение "мелькает". Это общие особенности телевизионного приема в автомобиле, частности зависят от используемого телевизионного стандарта, о чем будет подробно рассказано далее.
    Борьба за качество изображения идет с переменным успехом. Искажения "картинки", вызванные приемом отраженных или задержанных сигналов, подавить практически невозможно. В стационарных условиях бороться с отраженными сигналами можно, применяя узконаправленные антенны, а что делать в движущемся автомобиле? Поставить следящую антенну теоретически можно, но какова будет стоимость такого устройства, в буквальном смысле открытого всем ветрам? Так что с этим видом помех придется мириться. Положение усугубляется еще и тем, что для передачи изображения во всех телевизионных стандартах используется амплитудная модуляция, подверженная помехам и критичная к уровню сигнала.
    Существует два способа амплитудной модуляции - позитивная и негативная. При позитивной модуляции уровень сигнала прямо пропорционален яркости элемента изображения. При негативной - наоборот (чем "чернее", тем больше уровень сигнала). Сигналы синхронизации развертки в любом случае передаются уровнем "чернее черного" вместе с видеосигналом. Поэтому вид модуляции определяет и чувствительность к помехам. Синхросигналы в системах с негативной модуляцией передаются с максимальным уровнем, поэтому помехоустойчивость таких систем выше. Да и сами помехи при негативной модуляции имеют вид черных точек, менее заметных, чем светлые пятна при позитивной модуляции. Сейчас позитивная модуляция сохранилась только во французском стандарте вещания.
    Для поддержания постоянного уровня принятого сигнала используется быстродействующая автоматическая регулировка усиления (АРУ). Это основное (хотя и незаметное снаружи) отличие автомобильных телевизоров от "просто портативных". Однако это путь компромиссов. Увеличение быстродействия АРУ позволяет справиться с непостоянством уровня сигнала, но в то же время "усредняет" яркость изображения. Аналог такой "деятельности" - работа автоматической регулировки уровня записи (ALC) в диктофоне и музыкальном центре. Диктофон рассчитан на запись речи и регулировка там быстродействующая, поскольку уровень сигнала меняется достаточно быстро. Поэтому запись музыки, сделанная на диктофоне, по сравнению с записью, сделанной на музыкальном центре, звучит плоско и безжизненно - тихие места "вытянуты", громкие приглушены. К счастью, зрение не такое острое, как слух, поэтому работа АРУ в телевизоре обычно малозаметна. Тем не менее, в некоторых древних моделях автомобильных телевизоров имелся переключатель "движение-покой", функции которого сейчас возложены на автоматику.
    Однако этим проблемы не ограничиваются. В ту пору, когда принимались региональные стандарты телевидения, никто не заботился об их взаимной совместимости. Работа телевизора в разных системах и стандартах была практически невозможна: слишком усложнялась конструкция. С появлением микросхем высокой степени интеграции были созданы мультисистемные аппараты, но проблема совместимости полностью не решена до сих пор - французский стандарт остался "вещью в себе".
    Различия телевизионных систем были заложены еще на этапе черно-белого телевидения. Во всех системах уже с самого начала использовалась чересстрочная развертка, но частота смены полей (полукадров) была привязана к частоте питающей сети. Поэтому в Старом свете она равна 50 Гц, что составляет 25 кадров в секунду, в Новом свете - 60 Гц (30 кадров в секунду). Но это только цветочки. Число строк в разных телевизионных стандартах также различалось. Разброс был приличный - от 343 строк в раннем американском стандарте, до 819 строк во французском. К началу 70-х годов осталось только два варианта развертки - на 525 и 625 строк. Дольше всех держались консервативные британцы: стандарт разложения на 405 строк свалило только цветное телевидение, к созданию которого основательно приложили руку их извечные соперники - германцы и французы. Кстати, наряду с новым стандартом телевещания Франция и Англия более 20 лет (до 1987 г.) поддерживали старый.
    Помимо различий в способе получения и передачи "картинки" не меньше проблем связано с передачей звука. Сигнал звука передается на собственной несущей частоте отдельно от сигнала изображения, и тут открылся такой простор для творчества! Французы и тут отличились (вместе с англичанами, но те в конце концов одумались). Во французском стандарте для передачи звука с 1948 года используется амплитудная модуляция, в результате чего усложняется конструкция телевизора. Весь остальной мир (кроме Монако и Люксембурга) давно перешел на частотную модуляцию.
    Остается еще разнос несущих частот звука и изображения. Он определяется полосой частот, занимаемой видеосигналом, плюс некоторый защитный промежуток. Уменьшение этого промежутка позволяет при одной и той же сетке частот уменьшить влияние соседних каналов, но требует усложнения конструкции телевизора (чтобы избежать взаимных помех каналов звука и изображения). Критерии целесообразности выдвигались разные, в результате разнос несущих частот звука и изображения даже в родственных стандартах составлял 4,5, 5,5, 6,0, 6,5 МГц.

Обозначение стандартаЧисло строк/кадровСдвиг несущей звукаПолярность модуляции несущей изображенияМодуляция несущей звука
B/G625/255.5НегативнаяЧМ
D/K625/256.5НегативнаяЧМ
H625/255.5НегативнаяЧМ
I625/256.0НегативнаяЧМ
L625/256.5ПозитивнаяАМ
M525/304.5НегативнаяЧМ
N625/254.5НегативнаяЧМ

    Наконец, последнее звено - цвет. Для передачи цвета используется всего три основных системы - NTSC , PAL, SECAM и две разновидности имеющихся (PAL-M и MESECAM). С точки зрения качества "картинки" все они примерно равноценны (если хотите, одинаково ущербны). Достоинством системы PAL является большая стабильность информации об оттенке, но это преимущество становится явным только при воспроизведении видеозаписей. Все существующие сейчас системы цветного ТВ используют психофизиологическое свойство человеческого зрения: пониженную чувствительность к цветовой четкости по сравнению с четкостью черно-белого изображения. Это позволяет передавать с максимальным разрешением сигнал яркости (черно-белый сигнал), а сигналы цветности - с потерей деталей. Для передачи достаточно "красного" и "синего" сигналов, "зеленый" можно получить при декодировании. Для этого в телевизоре из сигнала яркости в определенной пропорции вычитаются "синий" и "красный" цветоразностные сигналы. Передача сигналов цветности идет совместно с сигналом яркости на поднесущей частоте, значение которой составляет 4,43 МГц или 3,58 МГц (в "оригинальном" SECAM используется две отдельных поднесущих 4,25 и 4,4 МГц). Технические различия определяются способом модуляции поднесущей частоты и сигналами опознавания цвета.

СистемаСтрок/кадровПоднесущая частота, МГцВещаниеРазработка
NTSC (National Television Standards Committee)525/303,58, АМСеверная Америка, ЯпонияСША в черно-белом варианте в 1940 году, в цветном - в 1953 году.
PAL (Phase Alternative Line System)625/254,43, АМБольшинство стран Европы, Африки, Южная Америка(кроме Бразилии) и Австралия, Индия, КитайГермания. Принят в 1967 году
PAL-M525/303,58, АМБразилияМодификация PAL, структура сигнала сохранена
SECAM (Sequentiel couleur a memoire)625/254,25/4,40, ЧМФранция, страны Восточной Европы и бывшего СССРФранция в 1953 г, в 1967 модифицирован с участием советских инженеров. Принят в СССР в 1974 г, вещание начато в 1976.
SECAM-M (MESECAM)525/304,43, АМБлижний и Средний Восток, Африка, Азия Модификация SECAM, сигнал по структуре приближен к PAL.

    Да простят меня специалисты за столь примитивное изложение принципов цветного ТВ, но для определения совместимости на уровне видеосигнала этой информации более чем достаточно. Дальнейшие подробности можно опустить. Все остальные различия появляются в тот момент, когда мы хотим воспользоваться антенным входом - тут и начинаются описанные выше прелести модуляции и разноса частот.
ПРАКТИКА
    Современные автомобильные видеосистемы можно разделить на два класса - "чистые" телевизоры и видеомониторы с отдельным тюнером. И если "просто телевизор" редко интегрируется в интерьер салона (а, тем более, "сращивается" с остальной системой), то мониторы специально созданы для этого. Оптимальные структуры таких систем еще не выявлены - вариантов компоновки слишком много. В минимальной конфигурации это головное устройство со встроенным монитором и дополнительный ТВ-тюнер (плюс, конечно, аудиосистема). В другом варианте монитор никак не связан с головным устройством, а для управления тюнером используется специальный контроллер. Естественно, в систему можно ввести дополнительные источники сигнала (проигрыватель DVD, видеомагниофон и т.д.) и дополнительные мониторы. Для соединения компонентов в единую сеть используются специальные коммутаторы сигналов или индивидуальные для каждого компонента радиоканалы ближнего действия.
    К сожалению, практически все автомобильные приемные устройства пока не поддерживают систему SECAM, так что если интерес представляет главным образом эфирное вещание, проще использовать обычный мультисистемный телевизор Casio, желательно в автомобильном варианте. Вход для подключения видеомагниофона имеется во многих моделях. Помимо специфически автомобильных моделей видеомагнитофонов вполне можно использовать и "домашние", установив преобразователь 12/220 вольт.
ВМЕСТО ЗАКЛЮЧЕНИЯ
    Системы аналогового телевизионного вещания исправно служат человечеству более 60 лет. Однако резервы их совершенствования практически исчерпаны, поэтому не за горами переход к цифровому вещанию. Этот процесс уже начался и идет достаточно организованно, поэтому есть надежда, что путаница стандартов больше не повторится. Отрадно, что Россия старается не отставать от общего ритма:
"ИНТЕРФАКС" 15 июня 2001 г     "Министерство связи РФ разработало концепцию перехода к 2015 году с аналогового на цифровое телевизионное вещание. До конца 2001 года будут проведены работы по тестированию сетей телевизионного цифрового вещания в трех экспериментальных зонах (Москва, Нижний Новгород Санкт-Петербург), кроме того, к началу 2002 года планируется выбрать стандарт цифрового телевещания и частотные полосы.
    В соответствии с концепцией Минсвязи, для экспериментального вещания рекомендован европейски стандарт DVB-T (для телевидения) T-DAB (для радио). Диапазон вещания пока выбран в районе 600 МГц, однако в соответствии с международными рекомендациями наземное цифровое вещание при запуске в коммерческую эксплуатацию должно проходить в диапазоне 790-862 МГц.
    В течение 2002 года на основании экспериментального вещания планируется выбрать технологии для серийного производства на российских предприятиях оборудования для цифрового наземного вещания. Само серийное производство российского оборудования должно быть развернуто до 2005 года. Развертывание региональных сетей запланировано провести в период с 2006 до 2010 года."
Приложение - частоты телевизионных каналов (картинка 526К)

ОГЛАВЛЕНИЕ ГЛАВНАЯ СТРАНИЦА