Размещено на http://www.allbest.ru/

МЕЖДУНАРОДНЫЙ БАНКОВСКИЙ ИНСТИТУТ

Кафедра прикладной информатики

РЕФЕРАТ

по учебной дисциплине «Информатика»

Тема: История телевидения: от черно-белого до 3D

Студента 102 гр

Мороз Ивана Евгеньевича

Оглавление

• 1. Телевидение
• 2. Влияние света на электричество
• 3. Механические телевизоры. Диск Нипкова
• 4. Телевидение уходит в массы
• 5. У нас
• 6. Разработка в СССР
• 7. Сейчас
• 8. Цветное телевидение
• 9. 3D телевидение
• 10. Каким должно быть стереоскопическое телевидение
• 11. Физические основы стереоскопического восприятия
• 12. Анаглифный метод
• 13. Полярязационный метод
• 14. Растровое стерео
• 15. Подготовка 3D видеоматериалов
• 16. Использованые материалы

Телевидение

Телевидение (греч. фЮле -- далеко и лат . video -- вижу; от новолатинского televisio -- дальновидение) -- система связи для трансляции и приёма движущегося изображения и звука на расстоянии.

Мысль о видении на расстоянии возникла у человечества еще в глубокой древности. Примером тому могут служить кипящие чаны жрецов и магов, хрустальные шары колдунов и предсказателей, волшебная тарелка с вращающимся яблоком и многие другие сказочно-мифические изобретения. Упоминания о передачи изображения и звука на расстоянии можно встретить в легендах, мифах, преданиях и сказках у самых различных народов мира. Однако, свое воплощение в реальность подобные представления получили лишь спустя множество лет, когда уровень научно-технического прогресса достиг необходимо высокого уровня.

Появление телевидения неразрывно и напрямую связано с изобретением радио и кинематографа.

Александр Степанович Попов, скромный преподаватель физики, поставил на службу человечеству электромагнитные колебания, открытые Г.Герцем и 7 мая 1895 года я вил миру свое изобретение - радио

Аппараты Попова были способны к передаче знаков телеграфной азбуки Морзе, но в форме более или менее продолжительных звуковых сигналов, а не в форме коротких и длинных черточек (точек и тире) на бумажной ленте. Сущность изобретения совершенно точно отражало его название -- «радиотелеграф». Передать по радио, собственно, звучащее слово удалось лишь в 19 году XX века.

Изобретение кинематографа связывают с именами Огюста и Луи Люмьер. Сыновья французского фабриканта, занимавшегося производством фото принадлежностей, изобрели в 1895 году аппарат, который положил начало развитию синематографа и киноиндустрии, сыграл основополагающую роль в появлении телевидения.

Радио и кино породили современное телевидение -- способ преобразовывать радиосигналы, неслышимые и невидимые, в звуки и движущиеся изображения.

Заслуга введения в обиход самого термина «телевидение» принадлежит штабс-капитану русской армии К.Д. Перскому. Он первым употребил этот термин в своем докладе «Современное состояние вопроса об электровидении на расстоянии (телевизирование)», сделанном в Париже на Всемирном конгрессе электротехников в 1900 году.[1]

Влияние света на электричество

Впервые влияние света на электричество (это явление называется фотоэффект - вырывание электронов из вещества, при воздействии на него светом) обнаружил немецкий физик Генрих Герц в 1887 году. Он подробно описал свои наблюдения, но объяснить это явление так и не сумел.

В феврале 1888, русский ученый Александр Столетов провел опыт наглядно демонстрирующий влияние света на электричество. Столетову удалось выявить несколько закономерностей этого явления. Им же был и разработан прообраз современных фотоэлементов, так называемый «электрический глаз»(рис.1).

Позднее, подобными исследованиями занималось и множество других великих ученых, в том числе Ф. Ленард, Дж. Томпсон, О. Ричардсон, К. Комптон, Р. Милликен, Ф. Иоффе, П. Лукирский и С. Прилежаев. Но полностью объяснить природу фотоэффекта смог лишь Альберт Эйнштейн в 1905

Рисунок 1

Параллельно этим исследованиям происходило и множество других, сыгравших в итоге не менее важную роль в истории создания телевизоров. К примеру в 1879 году английским физиком Уильямом Круксом были открыты вещества способные светится при воздействии на них катодными лучами - люминофоры.

Позднее было установлено, что яркость свечения люминофоров напрямую зависит от силы их облучения. В 1887 году первую версию катодо-лучевой трубки (кинескопа) (рис.2) представляет немецкий физик Карл Браун.

Рисунок 2

К концу 19-века сама идея телевидения не кажется уже чем-то абсурдным и фантастическим. Никто из ученых уже не сомневается в возможности передачи изображений на расстояния. Один за другим выдвигаются проекты телевизионных систем, по большей части неосуществимые с точки зрения физики. Главные же принципы работы телевидения были созданы французским ученым Морисом Лебланом. Независимо от него, подобные труды создает и американский ученый Е. Сойер. Они описали принцип, согласно которому для передачи изображения требуется его быстрое покадровое сканирование, с дальнейшим превращением его в электрический сигнал. Ну а так как радио тогда уже существовало и успешно использовалось, то вопрос с передачей электрического сигнала решился сам собой.

В 1907 году Борису Розингу удалось теоретически обосновать возможность получения изображения посредством электронно-лучевой трубки, разработанной ранее немецким физиком К. Брауном. Розингу так же удалось осуществить это на практике. И хотя удалось получить изображение в виде одной единственной неподвижной точки, это был огромный шаг вперед. В целом, в деле развития электронных телевизионных систем, Розинг сыграл огромную роль.

В 1933 году, в США, русский эмигрант Владимир Зворыкин продемонстрировал иконоскоп - передающую электронную трубку. Принято считать, что именно В. Зворыкин является отцом электронного телевидения.

Приблизительно в то же время, независимо от Зворыкина, передающую трубку создает и советский ученый С. Катаев.[2]

Механические телевизоры. Диск Нипкова

Первое устройство механического сканирования (рис .3) разработал в 1884 году немецкий инженер Пауль Нипков. Это устройство лишний раз подтвердило справедливость высказывания относительно простоты всего гениального. Его устройство являло собой вращающийся непрозрачный диск, диаметром до 50 см, с нанесенными по спирали Архимеда отверстиями - так называемый диск Нипкова (иногда в литературе приспособление Нипкова называют «электрическим телескопом»). Таким образом происходило сканирование изображения световым лучем, с последующей передачей сигнала на специальный преобразователь. Для сканирования же хватало одного (!) фотоэлемента. Количество же отверстий иногда доходило до 200 (обычно же от 30 до 100). В телевизоре процесс повторялся в обратном порядке - для получения изображения опять таки использовался вращающийся диск с отверстиями, за которым находилась неоновая лампа. При помощи столь нехитрой системы и проецировалось изображение. Так же построчно, но с достаточной скоростью, для того чтобы человеческий глаз видел уже целую картинку. Таким образом, первыми начали создаваться именно проекционные телевизоры. Качество картинки оставляло желать лучшего - лишь силуэты, да игра теней, но тем не менее, различить что именно показывают было возможно. Диск Нипкова был основным компонентов практически всех механических систем телевизоров, до их полного вымирания как вида.

Попробуем сформулировать основные требования к объемному телевидению для широкого применения в домашних условиях.

С точки зрения пользователя (зрителя):

1. Устройство воспроизведения должно создавать реалистичное ощущение объемности изображения.

2. Просмотр должен осуществляется естественно, без напряжения, для просмотра не должны требоваться дополнительные устройства (например, шлем или специальные очки). Он должен быть доступен как для одного наблюдателя, так и для нескольких зрителей одновременно.

3. Устройство визуализации должно «уметь» показывать как стереоскопические, так и обычные изображения.

4. Устройство визуализации должно быть достаточно компактным и удобным для размещения в жилых помещениях.

С точки зрения инженеров, обобщенные требования к средствам и техническим устройствам объемного телевидения:

1. Объем данных, необходимых для показа стереоскопического изображения, не должен существенно превосходить объем данных, передаваемых для обычного изображения.

2. Способ передачи данных должен быть совместим с существующими стандартами и технологиями.

Казалось бы, перечисленным требованиям трудно удовлетворить одновременно. Однако совокупность современных технических решений делают это возможным.

Физические основы стереоскопического восприятия

Получить представление об объемности окружающего мира человеку позволяет ряд явлений: геометрическая и воздушная перспектива, тени и блики на поверхностях объектов, относительные размеры объектов. Изобразительные приемы, моделирующие эти явления, используются художниками с давних пор для передачи объемности трехмерных предметов, нарисованных на плоскости.

Природа наделила человека бинокулярным зрением -- парой глаз, расположенных на расстоянии 60-70 мм. За счет этого человек видит мир одновременно с двух точек наблюдения. В результате изображения, получаемые левым и правым глазом, слегка отличаются. Эти два изображения принято называть стереопарой. Анализируя различия между изображениями стереопары, мозг человека получает информацию об объеме и удаленности наблюдаемых объектов (рис.6)

Рисунок 6

Анаглифный метод

Анаглифному методу показа 150 лет. Метод предложен ДАльмейда и Дюко дю Ороном в 1858 году. Реализован в кино Луи Люмьером в 1935-м. Анаглифный метод (от греч. anagliphos -- рельефный) состоит в окрашивании изображений стереопары в дополнительные цвета. Оба кадра стереопары формируют одно изображение. Разделение левого и правого кадра происходит с помощью цветных очков, окрашенных в соответствующие цвета. Анаглифный метод используется и в кинопоказе, и в телевизионных трансляциях. Этот метод работает практически на любых цветных телевизорах и мониторах. Достоинство метода -- простота и дешевизна реализации, недостаток -- потеря части цветов и необходимость использования очков.

Полярязационный метод

телевидение телевизор трансляция изображение

Поляризационному методу стереопроекции около 120 лет. Предложен Ж. Андертоном в 1891 году. Получил широкое распространение после изобретения в 1935-м Е. Лэндом поляроидной пленки. Левый и правый кадр проецируются одновременно, но свет поляризуется (линейно или циркулярно) в разных направлениях. Просмотр осуществляется с помощью очков, имеющих соответствующие светофильтры. Поляризационный метод получил широкое распространение в кинопрокате благодаря четкому разделению стереопары, сохранению цветности; недостатки -- необходимость использования дорогостоящего оборудования, специальных устройств визуализации и очки, которые зритель должен надевать. Используется в кинотеатрах IMAX и др.

Растровое стерео

Растровому стерео более 110 лет. Впервые метод безочкового стерео с применением параллельного светопоглощающего растра предложен одновременно Бертье и Лизегангом в 1896 году. Впервые в мире для демонстрации стереокино этот метод был предложен в СССР С. Ивановым и А. Андриевским и реализован под руководством Б. Иванова в 1942-м. Первый в мире кинотеатр с растрово-линзовым экраном "Стереокино" был открыт в Москве в 1947-м. Растр выглядел в виде ряда непрозрачных вертикальных полос. Свет проходил в прозрачные участки между полосами, каждому глазу зрителя показывался необходимый фрагмент изображения. Размеры экрана составляли 3х3 м.

Подобные устройства "безочковой" объемной визуализации называютсяавтостереоскопическими. Этот метод имеет различные конструктивные реализации: барьерный, линзовый варианты. В настоящее время в основном используется линзово-растровый (lenticular) вариант конструкции экранов. Для показа через растр исходная стереопара кадров "нарезается" на вертикальные полоски, которые затем чередуются так, чтобы под каждой линзой оказалась пара полос: одна от левого кадра, другая -- от правого. Такое "полосатое" изображение называют кодированным. Поток света, исходящий от кодированного изображения, проходя через линзы, разделяется таким образом, что левый глаз наблюдателя видит левое изображение стереопары, правый глаз -- правое.

Наибольший эффект от линзово-растрового способа показа достигается, когда показываются не два кадра стереопары, а ряд кадров, сделанных с небольшим смещением по горизонтали (многоракурсная съемка). В этом случае при просмотре образуется широкая зона стереовидения, в которой наблюдатель может перемещаться, поочередно наблюдая сцену с разных ракурсов. Появляется возможность как бы заглянуть за объекты переднего плана. Это придает натуральность наблюдаемому стереоизображению. В фотографии для съемки серии кадров используют специальные стереофотокамеры с рядом объективов (рис. 7), или специальные штативы, позволяющие при съемке перемещать камеру в горизонтальном направлении (рис 8)

Рисунок 7

Рисунок 8

Подготовка 3D видеоматериалов

Построение системы объемного телевидения невозможно без достаточного количества 3D видеоматериалов, средств конвертации в различные форматы и соответствующих кодеков. Многие мировые киностудии уже стали снимать новые фильмы в формате стереопары, то есть сразу двумя камерами

Такая съемка позволяет демонстрировать стереоскопические фильмы в кинотеатрах и на мониторах, работающих с использованием поляризационной технологии. Однако двух кадров недостаточно для демонстрации объемного видео на автостереоскопических устройствах. Как было отмечено выше, формат 2D+Z представляется наиболее приемлемым вариантом с точки зрения применимости для реконструкции стереоизображения и размера передаваемых данных. Поэтому актуально решение задачи преобразования стереопары в формат 2D+Z. Математически это задача нахождения относительного расстояния до объектов по двум изображениям. Уже существуют программные продукты, позволяющие выполнить расчет Z (карты глубины), например, для стереопары фотографий карту глубины позволяет автоматически найти программа Triaxes StereoTracer, для видео -- BlueBox от фирмы Philips 3D Solutions. Несмотря на наличие уже существующих средств расчета 2D+Z, эта область предоставляет широкие возможности для исследований и разработки новых продуктов.

Еще более сложной задачей является преобразование большого количества 2D материалов в формат объемной визуализации. Разработки в этой области ведут многие компании мира, в том числе российская компания "Триаксес Вижн" (Triaxes Vision), основанная на базе компаний "Триаксес" и "Элекард" для разработки системы цифрового объемного телевидения 3DTV.

Проект, представленный "Триаксес Вижн" на конкурс Фонда содействия развитию предприятий в научно-технической сфере, по оценкам экспертов, занял первое место в Сибирском Федеральном округе. Проект включает решение следующих задач:

· разработка математических алгоритмов и программ преобразования 2D видео в 3D (2D+Z);

· реализация кодирования 3D информации в требуемый формат;

· обеспечение совместимости форматов 3D видеокодирования с используемым в настоящее время и планируемым к запуску в 2015 году оборудованием цифрового телевизионного вещания;

· проектирование схемы передачи и декодирования на приемном конце;

· вывод 3D видео на монитор (телевизор).

В настоящее время в рамках проекта уже разработаны модификации стандартных MPEG-2 и MPEG-4 (AVC) видеокодеков, предназначенные для компрессии 3D видеоданных. Разработаны модули преобразования видео в 2D+Z формат, а также программный модуль для создания 3DSTB.

Использованные материалы

1- http://www.telemultimedia.ru/art.php?id=346 [1]

2- http://www.bg-znanie.ru/article.php?nid=509 [2]

3- http://www.genon.ru/GetAnswer.aspx?qid=28b2c4cf-0fd9-46f7-8413-d14b96523145

4- http://www.podberi.tv/review/458

5- http://www.mostv.su/istoria_tv.htm

Размещено на Allbest.ru