Цветное телевидение

Прорыв в развитии цветного телевидения произошёл после окончания Второй мировой войны. Радиоэлектронная промышленность США, лишившаяся оборонных заказов, занялась развитием гражданских технологий, в том числе телевизионных. При этом использовались новейшие достижения, до этого применявшиеся только в военных разработках. Кроме того, стали доступны не использовавшиеся ранее дециметровые радиодиапазоны, пригодные для широкополосного вещания. Нерешёнными оставались две главные проблемы электронного цветного телевидения: совместимость с существующими чёрно-белыми приёмниками и синтез цветного изображения при помощи электронно-лучевых трубок.

Первая в мире цветная передающая камера «RCA TK-41», созданная для вещания в системе NTSC. США, 1954 год

Для цветоделения проще всего было использовать три передающие трубки, каждая из которых формирует сигналы трёх основных цветов за светофильтрами. При этом информация о каждом цвете может передаваться одновременно по отдельным каналам[9]. Проблема была в получении цветного изображения на стороне приёмника, поскольку кинескопы тех лет давали только монохромное изображение. Самым очевидным решением было использовать систему, аналогичную применяемой в телекамере: оптическое совмещение изображений трёх кинескопов с разным цветом свечения люминофора[10]. Первая закрытая демонстрация подобной системы «Тринископ» была проведена компанией RCA 5 февраля 1940 года для членов Федерального агентства по связи США (FCC)[11]. При стоимости трёхтрубочного телевизора, втрое превышавшей обычный чёрно-белый приёмник, изображение получалось тёмным, а сигнал занимал слишком широкую полосу частот, поскольку каждое из цветоделённых изображений передавалось на отдельной несущей частоте[12]. Существующие чёрно-белые телевизоры можно было приспособить для приёма любого из цветоделённых каналов такой системы, но передача полутонов при этом неизбежно искажалась.

Альтернативой одновременной раздельной передаче цветоделённых изображений была последовательная передача информации о цвете. Однако, полоса частот, требуемая при таком принципе, оставалась слишком широкой при сохранении приемлемой чёткости. Ширину канала, сопоставимую с чёрно-белым вещанием, удалось сохранить в системе, разработанной компанией RCA в 1949 году, и названной «Последовательной передачей цветных точек» (англ. Dot Sequential Color System)[13][11]. Сигналы, соответствующие красному, зелёному и синему частичным изображениям, мультиплексировались с частотой 3,8 МГц в один общий[14][* 1]. В приёмнике они разделялись электронным коммутатором и воспроизводились на трёхкинескопном мониторе. Один из таких телевизоров с диагональю экрана 25 сантиметров содержал 108 радиоламп и занимал 2 метра в высоту и длину[14]. Мультиплексирование и его синхронизация оказались слишком сложны для того времени и система была признана непригодной, несмотря на хорошую совместимость с чёрно-белыми приёмниками. Через несколько лет некоторые её принципы легли в основу стандарта NTSC с раздельной передачей яркости и цветности[15]. Два других решения заключались в последовательной передаче цветоделённых строк или кадров. Первый способ реализован в системе Джорджа Слипера «Sleeper Color System» американского консорциума «CTI» (англ. Color Television Incorporated), специально созданного в 1947 году для разработки цветного телевидения[16]. При втором способе последовательно передаются цветоделённые полукадры при помощи вращающихся дисков со светофильтрами за объективом однотрубочной камеры и перед единственным чёрно-белым кинескопом приёмника[10]. Этот принцип, запатентованный ещё Полумордвиновым, ранее был использован Бэйрдом в механической версии.

В электронном варианте подобная система впервые продемонстрирована публике компанией CBS 4 сентября 1940 года и названа «Системой с последовательной передачей цветных полей» (англ. Field-sequential color system)[17]. Её главное достоинство заключалось в возможности построения приёмника на основе одного чёрно-белого кинескопа: цветные трубки с мозаичным люминофором всё ещё оставались лабораторной экзотикой[18]. Даже несмотря на громоздкость диска со светофильтрами, габариты и стоимость таких приёмников не шли ни в какое сравнение с трёхкинескопными телевизорами RCA, занимавшими половину комнаты. Однако, покадровая передача цвета обладала существенным недостатком: совместимость с чёрно-белыми телевизорами, возможная для большинства других технологий, превращалась в неразрешимую проблему из-за неизбежного увеличения частоты кадровой развёртки. Во время слушаний FCC о цветном телевидении, начавшихся 26 сентября 1949 года, перед комиссией стоял выбор из трёх систем: RCA с высокочастотным мультиплексированием, CTI с построчной передачей цвета и CBS с покадровым цветоделением[19][14]. В итоге, несмотря на полную несовместимость, система CBS была признана более пригодной, чем две другие, и 11 октября 1950 года формально одобрена в качестве национального стандарта США[20][17]. 25 июня 1951 года в 16:35 по восточному времени пять телестанций сети CBS на восточном побережье начали регулярное цветное вещание[21][17].

Изображение с разложением на 405 строк передавалось с частотой 144 цветных поля (48 полукадров) в секунду, и десять миллионов телевизоров, уже находившихся в эксплуатации и рассчитанных на чёрно-белый стандарт 525/60 1941 года, не показывали вообще никакого изображения CBS[21][22]. Самодельные «конвертеры», позволявшие приспособить телевизор для приёма цветных программ, оказались слишком сложны для рядовых пользователей[23]. Перспектива эскалации Корейской войны и многочисленные жалобы телезрителей вынудили Министерство обороны США запретить производство цветных приёмников с октября 1951 года «в целях экономии стратегического сырья»[22]. Решение было принято под давлением производителей чёрно-белых телевизоров и направлено на поддержку радиоэлектронной промышленности и рынка телеприёмников. Запрет был снят только в 1953 году и до этого момента производство любых цветных телевизоров для свободной продажи на территории США считалось незаконным[17]. Позднее Конгресс США постановил, что все новые системы цветного телевидения должны быть совместимы с уже существующими[3]. Последней передачей в стандарте CBS стала трансляция футбольного матча между командами Северной Каролины и Мэриленда 20 октября 1951 года[21][17].

В СССР на тот момент чёрно-белых телеприёмников были единицы, и проблема совместимости не стояла так остро, как в США. Поэтому в том же году под руководством Виктора Крейцера была начата разработка аналогичного стандарта с последовательной кадровой передачей цвета, а 7 ноября 1952 года Ленинградский телецентр провёл пробную трансляцию[24][25]. 5 ноября 1953 года по такой же системе начала регулярное вещание опытная студия МОСЦТ из московского телецентра на Шаболовке[26]. Среди американских специалистов, узнавших об этом, ходила шутка: «Русские воскресили американского покойника», хотя аналогичные системы одновременно тестировались в Великобритании и Франции[27][28][3]. При стандарте разложения в 525 строк, за секунду передавались 150 цветоделённых полукадров, по 3 на каждое поле. Для приёма сигнала выпускались телевизоры «Радуга» с кинескопом диаметром 18 сантиметров, перед которым с частотой 1500 оборотов в минуту вращался диск с тремя парами светофильтров[29][30]. Вращение синхронизировалось с диском передающей камеры за счёт общей с телецентром электросети переменного тока: за пределами Москвы синхронизация была затруднена[31]. Телевизоры устанавливались в специально созданных ателье для публичного просмотра экспериментальных передач, транслировавшихся несколько раз в неделю[32]. В конце концов система была признана бесперспективной и в Советском Союзе, а вещание прекращено 5 декабря 1955 года показом фильма «Аттестат зрелости»[3][26]. Позднее последовательная передача цветоделённых полей использовалась в некоторых замкнутых телесетях, в том числе в советской системе космической видеосвязи «Арктур»[33].

В мае 1969 года во время полёта «Аполлона-10» астронавты Том Стаффорд, Джон Янг и Юджин Сернан впервые использовали в космосе специальную телекамеру и впервые вели цветную телетрансляцию из космоса.

Увеличенный участок экрана кинескопа «Тринитрон» с апертурной решёткой

Наиболее перспективным оказался путь, который предусматривал использование кинескопа с тремя электронными прожекторами и мозаичного люминофора с разным цветом свечения. В середине 1940-х годов Бэрд начал разработку первой такой системы, названной «Телехром». Принцип действия был основан на особой конструкции кинескопа с двумя электронными прожекторами, расположенными под углом с разных сторон полупрозрачного экрана. При этом пучки электронов каждой из пушек попадали на «свой» слой люминофора с разным цветом свечения[34]. Использование голубого и пурпурного цветов позволяло получить упрощённую цветопередачу, напоминающую двухцветные технологии цветного кинематографа, такие как «Синеколор» и ранний «Техниколор». Полная аналогия с кинематографом дополнялась использованием двухцветного телевидения также для воспроизведения 3D-изображения в технике анаглифа. Дальнейшее совершенствование системы привело к появлению третьей электронной пушки в трёхцветном кинескопе с двухсторонним полупрозрачным растровым экраном[35]. Первая демонстрация состоялась 16 августа 1944 года и доказала перспективность направления, однако внезапная смерть Бэрда прервала опыты. Похожий принцип использован в трубке «Трихромоскоп» (англ. Trichromoscope) компании «Дюмон»: электронные прожекторы располагались с трёх сторон под большими углами к мозаичному экрану, состоящему из трёхгранных пирамид с разноцветным люминофором разных граней[36].

Дальнейшие исследования шли в этом же направлении. «Пенетрон», как и «Телехром» Бэрда, использовал только два цвета, но основывался на двухслойном люминофоре. Такая технология нашла применение в радиолокационных системах опознавания «свой-чужой»[37]. Ближе всего к цели оказался «Хроматрон», разработанный физиком Эрнстом Лоуренсом[38]. Кинескоп, также известный как «трубка Лоуренса», использовал электрод в виде решётки для фокусировки электронных пучков на соответствующих полосках люминофора трёх цветов[39]. Однако, наиболее перспективными и технологичными оказались трубки с теневой маской, благодаря которой пучки попадали на пятна люминофора с соответствующим цветом свечения[11]. Изобретателем такого кинескопа считается Вернер Флехиг (нем. Werner Flechsig), впервые продемонстрировавший опытный образец в 1939 году на Международной выставке IFA в Берлине. Массовое производство трубок было начато только в середине 1950-х годов компанией RCA, вложившей в разработку технологии её производства огромные суммы[15]. Недостатком этого технического решения была пониженная яркость экрана за счёт затенения электронных пучков маской. В этом отношении выигрывал «Хроматрон» и трубки типа «Appletube» компании «Philco» с временно́й коммутацией цвета единственного прожектора, но они оказались слишком сложны для своего времени[38][40][41]. В результате самыми популярными стали технология RCA с точечными триадами, и её вариация с вертикальной апертурной решёткой, позднее разработанная Sony под названием «Тринитрон».

Одновременно с проблемой синтеза цвета в телеприёмнике решался вопрос обеспечения совместимости с существующими системами чёрно-белого телевидения. В конце концов большинство разработчиков остановило свой выбор на принципе, предложенном в 1938 году французским инженером Жоржем Валенси (фр. Georges Valensi)[42]. Его технология предусматривала раздельную передачу информации о яркости и цвете вместо исходных цветоделённых компонент. Первой удачей в этом направлении стало завершение разработки компанией RCA новой системы, которая 17 декабря 1953 года в результате доработки была принята Национальным комитетом по телевизионным стандартам США в качестве единого вещательного стандарта под наименованием NTSC[43][17]. Первая экспериментальная передача в этой системе проведена национальной телесетью NBC 30 августа 1953 года, а уже 1 января 1954 состоялась первая трансконтинентальная телетрансляция цветной программы по радиорелейной связи[11]. Новая технология предусматривала передачу сигнала яркости, ничем не отличающегося от чёрно-белого видеосигнала, и двух цветоразностных, преобразованных при помощи квадратурной модуляции в отдельный сигнал цветности, передаваемый вместе с яркостным. Полученный полный цветной телевизионный сигнал годился для приёма уже существующими чёрно-белыми телевизорами, использующими только сигнал яркости. Цветные приёмники декодировали сигнал цветности и показывали цветное изображение. Первым серийным цветным телевизором, рассчитанным на стандарт NTSC, стал «RCA CT-100», продававшийся по цене 1000 долларов[44]. Уже в 1955 году было выпущено 40 тысяч цветных телевизоров этого стандарта[43].

14 января 1960 года в СССР из студии МОСЦТ началось экспериментальное вещание по советскому аналогу NTSC, получившему название ОСКМ — «Одновременная совместимая система с квадратурной модуляцией»[24][3]. Были выпущены крупные партии телевизоров «Радуга» (новой конструкции) и «Темп-22» с масочным кинескопом 53ЛК4Ц советской разработки[45]. Система, разработанная кафедрой телевидения ЛЭИС, была копией американской, но адаптирована для советских стандартов: увеличена до 8 МГц ширина частотного канала и использован европейский стандарт разложения[46][47]. Для частоты поднесущей было выбрано значение 4,43 МГц[48]. Вещание велось несколько раз в неделю, но просмотр передач в цвете был доступен, главным образом в телеателье и на выставках, поскольку цветные приёмники в свободную продажу не поступали. В середине 1960-х годов были разработаны две европейские системы цветного телевидения: западногерманский PAL и французский SECAM, которые также начали тестироваться в СССР. Обе отразили попытки дальнейшего совершенствования NTSC, недостатком которой была низкая устойчивость к фазовым искажениям[49]. В итоге, по результатам опыта вещания в системе «ОСКМ» и тестирования двух иностранных стандартов совместно с системой «ЦТ НИИР», разработанной под руководством Владимира Теслера, в СССР в 1967 году в качестве вещательного принят стандарт SECAM, как наиболее пригодный для передачи на расстояние существующими радиорелейными линиями[46][3].

Первая широковещательная передача по системе SECAM в СССР была приурочена к 50-летней годовщине Октябрьской революции, отмечавшейся 7 ноября 1967 года[50]. В этот день состоялась первая внестудийная цветная передача с Красной площади при помощи трёхтрубочных передающих камер «Спектр-7» отечественной разработки. Для приёма цветного изображения в том же году начат выпуск телевизоров «Рубин-401», «Радуга-403» и «Рекорд-101» на основе советских масочных кинескопов[50]. С 1 января 1977 года все передачи Центрального телевидения СССР стали передаваться в цвете, а к 1987 году цветное оборудование получили все периферийные телецентры[51].