ŽDU

Ako funguje televízia

Keď ste sa niekedy pozerali na nejakú televíznu reláciu, možno Vám na um prišla otázka, ako vzniká televízny obraz, a ako sa dostane do Vášho televízora. V tejto časti si vysvetlíme, ako sa vytvára obraz v televízore, ako sníma obraz televízna kamera a ako sa z kamery dostane do televízora.

1 PRINCÍPY POUŽÍVANÉ PRI ELEKTRICKOM VYTVÁRANÍ OBRAZU


Spôsob, ako televízny prijímač televízny signál premení na obraz, je založený na využití vlastností ľudského oka. Keď ľudské oko pozerá na blikajúci obraz, dokáže blikanie vnímať len do určitej rýchlosti blikania. Pri blikaní, pri ktorom sa za 1 sekundu obraz viac ako 20 krát rozsvieti a 20 krát zhasne, ľudské oko už toto blikanie nevie rozlíšiť ako blikanie a vníma ho ako trvalý obraz.

Táto vlastnosť ľudského oka sa využíva v televízii, ale i vo filmoch, videu alebo počítačových hrách tak, že televízny obraz sa neprenáša ako pohyblivý obraz, ale ako rad nepohyblivých obrázkov. Televízna obrazovka nevytvára súvislý pohyblivý obraz. Ale v rýchlom slede zobrazí rad stojacich obrazov (akoby fotografií), ktoré boli odfotografované rýchlo za sebou. Jednotlivé obrázky sa nazývajú televízne snímky. Televízne snímky rozdelené na dve časti - takzvané polsnímky, obrazovka vykreslí vysokou rýchlosťou - za jednu sekundu kamera odvysiela 50 polsnímok - 50 nepohyblivých obrázkov.

Že televízny obraz skutočne bliká si môžete vyskúšať aj sami. Skúste do rúk zobrať ceruzku a prudko ňou kmitať pred okom. Ak tak robíte a pozeráte sa do okna, uvidíte tmavý vejár, čo je vlastne rozmazaný obraz ceruzky. Ak tak však urobíte a budete sa pozerať na televíznu obrazovku, obraz ceruzky bude ostrý, ale uvidíte ju len v niekoľkých miestach. Je to spôsobené tým, že obrazovka televízora medzi zobrazením jednotlivých snímok vždy na krátky okamih zhasne a vtedy pohybujúcu sa ceruzku nevidíme.

Ďalšia vlastnosť ľudského oka, ktorá sa využíva v televízii je, že oko nedokáže rozlíšiť dva malé body, ak sú veľmi blízko pri sebe. Tejto vlastnosti sa hovorí rozlišovacia schopnosť. Priemerný človek napríklad od seba nerozlíši 2 body vzdialené 1 mm, ak sa na ne bude pozerať zo vzdialenosti väčšej ako 3 metre. Obmedzená rozlišovacia schopnosť ľudského oka sa využíva v televízii tak, že televízna obrazovka nevytvára súvislý obraz, ale skladá ho z maličkých obrazových bodov usporiadaných do riadkov.

Televízna obrazovka okrem toho, že skladá obraz z bodov, musí vytvárať obraz farebný. Farba každého objektu je určená tým, aká je farba svetla dopadajúceho na objekt, a aké farby objekt odráža, a aké pohlcuje. Oko potom vidí iba tie farby, ktoré obsahovalo dopadajúce svetlo, a ktoré objekt odrazil. Biele svetlo obsahuje všetky farby. Napríklad žltá kvetina pozorovaná v bielom svetle odráža teda iba svetlo žltej farby a svetlo ostatných farieb pohlcuje. Žltá kvetina pozorovaná v modrom svetle by sa javila čierna, pretože modrú farbu neodráža, ale pohlcuje.

Vnímanie farieb objektu Obr. 1 Vnímanie farieb objektu

Princíp vytvárania obrazu na obrazovke bol odvodený od spôsobu spracovania obrazu v ľudskom oku. Vnútri oka je sietnica, ktorá obsahuje bunky citlivé na svetlo - volajú sa tyčinky a čapíky. Tyčinky vyhodnocujú iba jas dopadajúceho svetla, ale nerozlišujú jeho farbu. Čapíky slúžia na farebné videnie. Sú troch druhov, pričom každý druh je citlivý na inú farbu svetla - jeden druh vyhodnocuje modrofialové svetlo, ďalší zelené svetlo a posledný žltočervené svetlo. To, akú farbu skutočne vidíme vyhodnocuje mozog spracovaním informácií od všetkých troch druhov čapíkov.

Každú farbu televízna obrazovka vytvára skladaním z troch základných farieb - červenej, zelenej a modrej. Televízna obrazovka je tvorená množstvom rovnomerne rozdelených obrazových bodov, ktoré svietia niektorou z troch základných farieb. Farebný obraz vzniká svietením jednotlivých bodov rôznou intenzitou. Napríklad súčasným svietením bodov červenej a zelenej farby vznikne žltá, súčasným svietením červenej a modrej vznikne fialová. Ak svietia súčasne všetky body (zelený, červený aj modrý), oko svetlo vníma ako biele. Ak ma obrazovke nesvieti žiadny bod, oko vníma obraz ako čierny.

Skladanie farieb v ľudskom mozgu Obr. 2 Skladanie farieb v ľudskom mozgu
Skladanie farieb Obr. 3 Skladanie farieb

2 VYTVÁRANIE OBRAZU V TELEVÍZORE


Obraz sa v televízore vytvára v obrazovke, ktorá môže obraz vytvárať s využitím rôznych princípov. Dnes možno kúpiť televízory s vákuovou obrazovkou alebo plochou LCD či plazmovou obrazovkou. V obrazovke sa premieňa elektrický signál na obraz. Z informácie o farbe a jase jednotlivých obrazových bodov sa najskôr poskladá jedna televízna snímka a postupné zobrazenie viacerých televíznych snímok rýchlo za sebou sa v našej mysli prejaví ako pohyblivý obraz.

Každá obrazovka obsahuje nepatrné súčiastky, ktoré môžu na povel zasvietiť alebo zhasnúť a vytvoriť tak jeden bod obrazu. V obrazovke bežného televízora je v jednom televíznom riadku 833 bodov a v jednej televíznej snímke je 625 televíznych riadkov. Vo farebnom televízore je týchto súčiastok tri-krát viac, pretože pre bod každej základnej farby je tam samostatná zobrazovacia súčiastka. V každej obrazovke je navyše elektronické zariadenie, ktoré určuje, ktoré obrazové body majú v danej chvíli svietiť, ako jasno majú svietiť, a ktoré body svietiť nemajú. Pri správnom rozsvietení všetkých bodov na obrazovke vytvorí obraz.

2.1 Vákuová obrazovka


Najskôr si povedzme, ako pracuje vákuová obrazovka. Vákuová obrazovka je veľká sklenená nádoba, z ktorej je vysatý vzduch. Vnútri tejto nádoby sú umiestnené kovové plôšky - elektródy, ku ktorým sú privádzané elektrické signály. Elektródy, ktoré sa nazývajú katódy, vyžarujú neviditeľné elektrické signály - prúd elektrónov - takzvaný elektrónový lúč. Elektrónový lúč prechádza okolo ďalších elektród, ktoré lúč ovplyvňujú - zosilňujú alebo zoslabujú prúd elektrónov, alebo lúč odkláňajú do potrebného smeru. Tak sa stane, že tento prúd elektrónov postupne dopadá na všetky časti čelnej plochy obrazovky. Na tejto ploche je nanesená vrstva materiálu, ktorý sa pri dopade elektrónového lúča na chvíľku rozsvieti. Tento materiál sa nazýva luminiscenčný, a keď naň dopadá prúd elektrónov, svieti. Keď prúd elektrónov zanikne, materiál zakrátko prestane svietiť. Na farebnej obrazovke sú z luminiscenčného materiálu vytvorené malé plôšky, ktorým sa hovorí luminofory. Tieto luminofory dokážu pri dopade elektrónového lúča svietiť červenou, zelenou alebo modrou farbou. Luminofory sú veľmi malé a veľmi blízko pri sebe. Preto oko pri pozorovaní televíznej obrazovky z určitej vzdialenosti nerozlíši jednotlivé farebné body a bude vidieť celý obraz ako farebný.

Farebná televízna vákuová obrazovka Obr. 4 Farebná televízna vákuová obrazovka

Nasledujúci obrázok (obr. 5) znázorňuje, ako obraz vnímaný ľudským okom v skutočnosti vytvára televízna obrazovka. Obraz na obrazovke (a) sleduje ľudské oko (b) a v mozgu sa vytvára podoba obrazu (c). Detail obrazu (d) sa v skutočnosti skladá z oblastí rovnakej farby (e), ktoré pri detailnejšom pohľade vidíme ako rôznofarebné plochy (f). Každú farbu plochy (h) skladá obrazovka z rôzne jasne svietiacich obrazových bodov usporiadaných do blokov (g), pričom každý bod je tvorený rôzne jasno svietiacimi luminoformi (i). V pravej časti obrázku možno vidieť detailnú fotografiu televízneho obrazu a skladanie televízneho obrazu z rôzne jasných bodov troch základných farieb.

Zloženie farebného obrazu z bodov rôznych farieb Obr. 5 Zloženie farebného obrazu z bodov rôznych farieb

2.2 LCD obrazovka


V poslednom období sa u počítačových monitorov ale aj u televíznych prijímačov objavujú nové, ploché a veľmi tenké obrazovky, ktoré používajú iný spôsob zobrazovania ako vákuové obrazovky. V týchto plochých obrazovkách sa obraz tiež skladá z jednotlivých farebných bodov, rozdiel je v tom, ako svetlo základnej farby vznikne. V týchto plochých obrazovkách obraz vzniká za pomoci zvláštnych, tzv. tekutých kryštálov. Sú to látky, ktoré sa chovajú ako tekutiny aj ako pevné látky. Majú zaujímavú vlastnosť - keď na ne pôsobí elektrické pole, kryštály sa natáčajú a ovplyvňujú svetlo prechádzajúce cez tieto kryštály.

Asi Vás napadne, ako môžu tekuté kryštály ovplyvniť cez ne prechádzajúce svetlo. Svetlo sa priestorom šíri v podobe elektromagnetického vlnenia. Vlny svetla sa šíria v rôznych vzájomne otočených rovinách. Ak takéto svetlo, ktorému hovoríme nepolarizované prejde cez zvláštny materiál - tzv. polarizačný filter, filter prepustí len svetelné vlny otočené rovnako - hovoríme, že svetlo je polarizované. Ak napríklad po prechode polarizačným filtrom svetelné vlny kmitajú len zvislo a prídu na polarizačný filter otočený vodorovne, cez tento filter neprejdú už žiadne svetelné vlny a za filtrom nie je žiadne svetlo. Tekuté kryštály sú zvláštna látka, ktorá je schopná po pripojení elektrického napätia natáčať sa a navyše majú schopnosť polarizovať prechádzajúce svetlo.

Polarizácia svetla Obr. 6 Polarizácia svetla

V LCD obrazovke vytvára žiarivka umiestnená v zadnej časti obrazovky svetlo, ktoré obsahuje svetlo kmitajúce vo všetkých smeroch. Svetlo zo žiarivky prechádza cez polarizačný filter. Ten svetlo upraví (polarizuje) tak, že keď dopadne na ďalší polarizačný filter umiestnený v prednej časti obrazovky, tak svetlo cez tento druhý filter neprejde. Obrazovka vtedy vyzerá čierna, aj keď žiarivka v zadnej časti svieti. Ak sa ale tekuté kryštály natočia o určitý uhol, polarizujú prechádzajúce svetlo tak, že odrazu začne prechádzať aj predným polarizačným filtrom a obraz začne svietiť.

Polarizácia svetla tekutými kryštálmi Obr. 7 Polarizácia svetla tekutými kryštálmi

V obrazovke je medzi dvomi sklenenými doskami umiestnené veľké množstvo vedľa seba uložených tekutých kryštálov. Tieto kryštály upravujú (polarizujú) prechádzajúce svetlo a spôsobujú rozsvietenie jednotlivých bodov obrazovky rôznym jasom. Aby vznikol farebný obraz, opäť body umiestnené vedľa seba majú medzi tekutými kryštálmi a polarizačným filtrom umiestnené miniatúrne farebné filtre, ktoré vždy prepustia len určité farby. Keď sa rozsvieti príslušný bod má farbu zodpovedajúcu farbe filtra - môže byť modrý, zelený alebo červený. A farebný obraz opäť vznikne v ľudskom oku kombináciou farebných bodov týchto základných farieb rovnako ako pri vákuovej obrazovke.

Usporiadanie LCD Obr. 8 Usporiadanie LCD

2.3 Televízny prijímač


Televízny prijímač okrem obrazovky obsahuje ďalšie obvody. Elektrické signály, ktoré vstupujú do televízora sa najskôr musia zosilniť. Zo signálu sú potom oddelené informácie o jase jednotlivých farieb. Tieto sú v podobe elektrických impulzov privedené na elektródy televíznej obrazovky a riadia rozsvecovanie jednotlivých luminoforov alebo natáčanie tekutých kryštálov jednotlivých obrazových bodov v LCD obrazovke. Z televízneho signálu sú tiež oddelené impulzy potrebné na skladanie jednotlivých bodov do riadkov, skladanie riadkov do snímky a na pravidelné striedanie jednotlivých snímok. Tieto signály sú privedené do ďalších riadiacich obvodov obrazovky a zabezpečujú jej správnu činnosť.

Základné časti farebného televízora Obr. 9 Základné časti farebného televízora

Riadiace obvody obrazovky napríklad zabezpečujú ohýbanie elektrónového lúča, ktorý na obrazovke vykresľuje obraz. Vďaka tomu elektrónový lúč postupne dopadne na všetky body obrazovky a rozsvieti ich. Lúč postupne prechádza po jednotlivých riadkoch až prejde celú obrazovku. Na to, aby sa mohol vykresľovať pohyblivý obraz, sa však elektrónový lúč musí vrátiť opäť na začiatok obrazovky. Riadiace obvody ho vtedy musia zhasnúť a presunúť do ľavého horného rohu obrazovky. A potom sa celá činnosť opakuje.

Pri použití LCD obrazovky, riadiace obvody plnia trocha iné funkcie. Riadia napríklad natáčanie tekutých kryštálov v jednotlivých obrazových bodoch. Obvody označené "Riadenie farby" určujú, ako moc sa majú natočiť jednotlivé tekuté kryštály, pretože od veľkosti natočenia závisí jas príslušného bodu. Riadiace obvody obrazovky určujú, ktorý tekutý kryštál sa má v danej chvíli natáčať podľa toho, ktorý bod obrazovky sa v danej chvíli zobrazuje.

V televíznom prijímači musia byť okrem týchto obvodov aj ďalšie potrebné obvody. Napríklad obvody na spracovanie zvuku musia najskôr oddeliť zvukový signál od obrazového, potom musia tento signál zosilniť a priviesť k reproduktorom televízora. Obvody ladenia umožňujú na televízore prelaďovať rôzne televízne kanály. Ďalšie obvody umožňujú napríklad diaľkové ovládanie funkcií televízora, ukladanie nastavení do pamäti a mnoho ďalších funkcií.

3 SPRACOVANIE A PRENOS TELEVÍZNEHO SIGNÁLU


Televízor si však obraz, ktorý zobrazuje nevymýšľa. Obraz vytvára televízna kamera umiestnená napríklad v televíznom štúdiu. V televíznej kamere sa obraz mení na elektrický signál. Elektrický signál, ktorý prenáša informáciu o obraze je z televíznych kamier privádzaný do strihového zariadenia, v ktorom sa do výstupného televízneho obrazu postupne prepína obraz z viacerých televíznych kamier. Výsledný televízny signál je z televízneho štúdia káblami prenášaný do vysielacieho zariadenia. Vysielač dodá signál do televíznej antény, ktorá elektrický signál premení na neviditeľné elektromagnetické vlny. Tieto vlny sa šíria priestorom, až dopadnú na prijímaciu anténu televízora. Anténa premení elektromagnetické vlny späť na elektrický signál, ktorý sa privedie do televízneho prijímača. Televízny prijímač z elektrického signálu vyrobí opäť obraz.

Reťazec televízneho vysielania Obr. 10 Reťazec televízneho vysielania

4 SNÍMANIE OBRAZU


Obraz, ktorý chceme preniesť do televízora musíme najskôr premeniť na elektrické signály. Túto premenu robí televízna kamera. Televízna kamera sa skladá zo snímacieho čipu, ktorý premieňa svetlo na elektrické napätie z objektívu, ktorý privádza svetlo na snímací čip a z riadiacich obvodov kamery.

4.1 Objektív


Veľmi dôležitou súčasťou televíznej kamery je objektív. Jeho úlohou je vytvoriť ostrý a neskreslený obraz na snímacom čipe kamery. Objektív je v princípe niekoľko šošoviek podobných lupe alebo šošovke v ľudskom oku. Svetlo odrazené od snímaného objektu prechádza cez objektív a dopadá na snímací čip. Obraz vytvorený na snímacom čipe je zmenšený a prevrátený.

Zaostrenie obrazu sa robí inak ako v ľudskom oku. V kapitole o ľudskom oku ste sa dozvedeli, že ľudské oko zaostruje tak, že sa mení vypuklosť šošovky. Pretože v kamere nevieme meniť vypuklosť šošovky, zaostrujeme malou zmenou vzdialenosti šošovky od snímacieho čipu.

Vytvorenie obrazu na snímacom čipe Obr. 11 Vytvorenie obrazu na snímacom čipe

Optický systém v objektíve sa od ľudského oka odlišuje aj tým, že zmenou vzájomnej vzdialenosti šošoviek v objektíve dokáže meniť zväčšenie. Jeden objektív tak dokáže zobraziť aj veľmi vzdialené objekty aj objekty blízke. Tejto vlastnosti sa hovorí zoom.

Súčasťou objektívu kamery je okrem šošoviek aj ďalšie zariadenie - clona. Úlohou clony je regulovať množstvo svetla dopadajúceho na svetlocitlivý snímací čip. Kamera musí snímať rovnako kvalitný obraz aj keď je málo svetla, aj keď je svetla veľa. Clona je zariadenie, ktoré pracuje veľmi podobne ako zornička v ľudskom oku. Zornička je otvor v oku, ktorým sa do oka dostáva svetlo - vidíme ho ako čierny krúžok. V tme, keď je svetla málo sa zornička roztiahne a do oka sa dostáva takmer všetko svetlo. Keď je svetla veľa, zornička sa stiahne - otvor sa zmenší, aby sa do oka nedostalo príliš mnoho svetla. Clona v televíznej kamere pracuje rovnako. V jednoduchších kamerách sa otvorenie clony ovláda ručne - nastavuje ju kameraman, v zložitejších a drahších kamerách sa nastavuje automaticky tak, že veľkosť otvoru sa prispôsobuje množstvu svetla. Čím je svetla viac, tým je otvor viac zatvorený a na snímací čip prepúšťa menej svetla.

4.2 Snímací čip


Snímací čip premieňa dopadajúce svetlo odrazené od snímaného objektu na elektrický signál. Snímací čip obsahuje veľké množstvo buniek citlivých na svetlo. Bunky sú usporiadané do riadkov a stĺpcov.

Čip najskôr pohyblivý obraz rozloží na nepohyblivé televízne snímky a tieto snímky potom rozloží do obrazových bodov. Nakoniec odmeria jas každého bodu - u každého bodu obrazu zistí, aký je bod svetlý a túto informáciu premení na elektrické napätie. Čím na každú snímaciu bunku dopadne viac svetla, tým sa na bunke objaví vyššie napätie. Jednotlivé bunky podľa toho, aký bol svetlý príslušný bod obrazu vyrobia elektrické napätie a bunky usporiadané v jednotlivých radoch potom toto napätie postupne vyšlú jedna za druhou, čím vznikne obrazový elektrický signál. Tento signál sa ešte zosilní a cez kábel privedie do zariadení televízneho štúdia, ktoré obraz ďalej spracujú - napríklad do obrazu z kamery pridajú titulky.

Čiernobiela televízna kamera Obr. 12 Čiernobiela televízna kamera
Snímací čip čiernobielej kamery Obr. 13 Snímací čip čiernobielej kamery

Ak chceme snímať a prenášať farebný obraz, kamera musí ešte spracovať informáciu o farbe jednotlivých obrazových bodov. Snímací čip vďaka svojej nedokonalosti však nedokáže rozlíšiť farbu obrazového bodu ale len jeho jas. Ak chceme čip použiť na snímanie farebného obrazu, musíme obraz najskôr upraviť. V kamerách používaných profesionálmi v televíznych štúdiách sa to robí tak, že pomocou špeciálnych farebných filtrov a zrkadiel sa obraz rozdelí na tri základné zložky (červenú, modrú a zelenú farbu) a tieto sa privedú na 3 rovnaké snímacie čipy. Každý z týchto čipov príslušnú časť obrazu premení na elektrický signál a riadiaci obvod televíznej kamery do signálu zakóduje, akú farbu majú jednotlivé obrazové body (obr. 14).

Časti profesionálnej farebnej kamery Obr. 14 Časti profesionálnej farebnej kamery

Takáto kamera vyrába veľmi kvalitný televízny signál, je však veľmi drahá. Preto sa v lacnejších kamerách používa iný spôsob vytvárania elektrického televízneho signálu, pri ktorom sa používa len jeden snímací čip. Čip je upravený tak, že na jeho svetlocitlivej časti je upevnený špeciálny farebný filter. Tento filter je usporiadaný tak, že farebné filtre červenej, modrej a zelenej farby sú usporiadané do šachovnice (obr. 16). Jeden snímací čip sníma obrazy 3 farieb a jeho riadiaci obvod musí do televízneho signálu zakódovať, ktorá bunka snímacieho čipu sníma ktorú farbu. Také riešenie snímania farieb je lacnejšie, pretože sa použije jeden čip namiesto troch, ale televízny obraz je menej kvalitný. Ľudské oko pri sledovaní televízora z určitej vzdialenosti bude obraz vnímať ako farebný a nie ako rôznofarebné bodky.

Časti jednoduchšej kamery s jedným čipom Obr. 15 Časti jednoduchšej kamery s jedným čipom
Snímací čip s farebnými filtrami Obr. 16 Snímací čip s farebnými filtrami

4.3 Riadiaci obvod kamery


Riadiaci obvod kamery je veľmi dôležitý, pretože riadi všetky funkcie kamery. Aby televízna kamera vyrábala kvalitný signál, potrebuje riadiaci obvod, ktorý podľa množstva svetla dopadajúceho na snímací čip dáva povely zväčšiť alebo zmenšiť otvor clony tak, aby na čip stále dopadalo približne rovnaké množstvo svetla.

Riadiaci obvod farebnej kamery spracováva signály zo všetkých snímacích čipov a vyrába z neho televízny signál pre čiernobiele televízory. Navyše do televízneho signálu vkladá informácie potrebné pre televízor, aby vedel rozsvecovať správne body na obrazovke a informácie, pomocou ktorých televízor vie, ako sa má pohybovať elektrónový lúč v obrazovke, ako jasno má svietiť a kedy má zhasnúť.

Naspäť