Глава XX ОСНОВЫ ТЕЛЕВИДЕНИЯ

§ 1. Принцип телевидения

Радио—одно из величайших достижений науки и техники— было изобретено в нашей стране в 1895 г. А. С. Поповым. Вна­чале радио служило только средством связи. Постепенно оно проникло во все области народного хозяйства и быт советского народа.

Значительно позже изобретения радиосвязи возникла мысль о возможности передачи изображения по радио. Этому предшест­вовали многочисленные открытия в области физики. Так появи­лось телевидение (дальновидение), т е. область прикладной нау­ки и техники, которая занимается передачей изображений на рас­стояние.

В развитие телевидения внесли немалый вклад русские и со­ветские ученые.

Днем рождения электронного телевидения считают 9 мая 1911 г. В этот день профессор Петербургского технологического института Б. Л. Розинг (1869—1933) провел первые опыты по разработанному им методу передачи изображения на расстоя­ние при помощи электронно-лучевой трубки. Первые телепере­дачи были осуществлены в Москве в 1931 г. В настоящее время телевидение бурно развивается.

361

В основу телевидения положены следующие физические про­цессы: 1) преобразование оптического изображения (световой энергии) в электрические сигналы (электрическую энергию);

2) передача электрических сигналов по каналу связи; 3) прием электрических сигналов и 4) снова преобразование их в видимое оптическое изображение (световую энергию).

Для передачи изображения объекта по телевидению его пре­вращают в электрические сигналы. Чтобы лучше представить этот сложный процесс, рассмотрим газетную фотографию. На фотографии можно заметить, что она состоит из многих отдель­ных точек, расположенных в строгом порядке и образующих сет­ку. Эта сетка называется растром. Точкам придают различную степень окраски от черного до светло-серого цвета. Чем больше точек расположено на одном квадратном миллиметре, тем яснее фотография воспринимается глазом.

Другой пример. В динамических уличных рекламах воспроиз­водится движение букв или рисунков, состоящих из электроламп, которые при помощи специального переключателя автоматиче­ски включаются в определенной последовательности, образуя иллюзию бегущего слова или рисунка. Так и в телевидении для передачи изображения его разлагают на отдельные точки или элементы. Практически объект состоит из множества мелких элементов различной яркости (рис. 149), так как они по раз­ному отражают световые лучи. Чтобы передать изображе­ние объекта по телевидению, его превращают в электрические сигналы, интенсивность каждого из которых должна соответст­вовать яркости определенного элемента передаваемого изобра­жения.

Поэтому изображение показываемого объекта передают по­следовательно, т. е. разбивают на множество элементов, обра­зующих растр. Это существенное отличие телевидения от кино, где при показе кинофильмов все изображение кадра целиком проецируют на экран.

В телевидении последовательная, в строгом порядке и с опре­деленной скоростью передача всех элементов изображения на­зывается разверткой изображения.

На данном этапе развития техники телевидения изображение передаваемого объекта разлагают на сотни тысяч элементов. Для последовательной передачи с определенной скоростью всех элементов изображения требуется произвести в одну секунду не­сколько миллионов переключении. Только использование элект­ронного луча, практически не обладающего инерцией, позволяет выполнить эту задачу. Чтобы осуществить развертку изображе­ния, надо сфокусировать электронный луч в точку. Фокусировка и перемещение электронного луча по мишени передающей труб­ки или экрану приемной трубки производятся воздействием маг­нитных и электрических полей на поток электронов.

362

Рис. 149. Иллюстрация из книги, состоящая из множе­ства мелких элементов.

Во время передачи телевизионная камера преобразует оптиче­ское изображение объекта в электрические сигналы. Главная часть такой камеры—передающая телевизионная трубка. В ка­мере расположены также усилитель сигналов изображения, ге­нераторы строчной и кадровой разверток.

Телевизионное изображение получают следующим образом. Объектив передающей телевизионной камеры проецирует объ­ект на мозаичную светочувствительную поверхность электронно­лучевой трубки, называемую фотокатодом. Фотокатод — это тонкая слюдяная пластинка-мишень, на которой расположено множество микроскопических изолированных друг от друга зерен серебра, чувствительных к свету. Они-то и образуют мозаичную поверхность. С противоположной стороны слюдяной пластинки помещена металлическая пластинка (сигнальная), образующая с каждым зерном серебра электрический конденсатор (накопи­тель электрической энергии).

Следовательно, при телевизионной передаче проецируемый объект вызывает накопление электрических зарядов на элемен­тах светочувствительной поверхности пластинки. Под действием

363

световых лучей на мозаичной поверхности создается точная «электрическая» копия изображения объекта (на местах, где свет действовал сильнее, электрический заряд получился больше, а где слабее—меньше). Электроннолучевая передающая трубка называется иконоскопом. В настоящее время применяют бо­лее совершенные передающие трубки.

§ 2. Общие понятия о передаче и приеме телевизионного изображения

Передача и прием телевизионного изображения упрощенно выглядят так. Изображение объекта 1 (рис. 150) проецируют объективом 2 на светочувствительную мозаичную поверхность электроннолучевой трубки 3 передающей камеры 4, и на элемен­тах этой поверхности накапливаются электрические заряды. Это значит, что трубка 3 превращает изображение объекта в элек­трические сигналы (на мозаичной поверхности создается элек­тронное изображение объекта).

Полученное электронное изображение не все сразу, а после­довательно передается по строкам (элементам) синхрогенератором 12 и развертывающим устройством 13. Катод электроннолучевой трубки создает узкий электронный луч, па­дающий на мишень.

Синхрогенератор вырабатывает электрические импульсы, ко­торые воздействуют на развертывающее устройство, создающее переменные по величине токи. Эти токи, в свою очередь, воздей­ствуют на электронный луч трубки, в результате чего он обегает светочувствительную пластину-мишень слева направо и одновре­менно перемещается сверху вниз. Следовательно, электронный луч последовательно обходит все элементы электронного изобра­жения, и поэтому в цепи трубки 3 возникают электрические сиг­налы (видеосигналы), соответствующие яркостям передаваемого объекта /. Видеосигналы поступают на видеоусилитель 5, уси­ливаются, одновременно смешиваются с синхронизирующими импульсами синхрогенератора и подводятся к радиопередатчи­ку 6. Он преобразует усиленные электрические колебания в коле-

73 '2 Рис. 150. Блок-схема передачи и приема телевизионного изображения.

364

бания сверхвысокой частоты, а передающая антенна 7—в элек­тромагнитную энергию излучаемую в виде радиоволн.

Одновременно с передачей изображения второй передатчик передает звуковое сопровождение. Оба передатчика работают на одну общую антенну. Поэтому телевизионная передающая антен­на излучает в эфир одновргеменно модулированные частоты сиг­нала изображения и сигнала звукового сопровождения.

Синхронизирующие импульсы обеспечивают одновременность движения электронных лучей в передающей и приемной элект­роннолучевых трубках.

Излучаемые радиопередатчиком волны, встречая на пути при­емную телевизионную антенну 8, возбуждают в ней токи сверх­высокой частоты, которые по антенному кабелю поступают на вход телевизора 9. Телевизор принимает, усиливает, разделяет, детектирует и преобразует электрические сигналы в световое изо­бражение и звуковое сопровождение. Следовательно, ви­деосигналы поступают на приемную электрон­нолучевую трубку 10, а звуковые — на громкого­воритель //.

Основная часть телевизора—приемная электроннолучевая трубка, называемая кинескопом. На дно внутренней стороны колбы трубки нанесен специальный слой — люминофор, являю­щийся экраном. Он светится под воздействием электронного лу­ча. Чтобы получить изображение, этот луч должен перемещаться вдоль строк экрана и одновременно вниз по кадру. Поскольку электрические сигналы различны по силе и соответствуют ярко­сти отдельных участков передаваемого изображения, они по-раз­ному влияют на люминофор и вызывают неодинаковое свечение экрана.

Электронный луч перемещается с большой скоростью, и вследствие инерции зрительного восприятия вся поверхность эк­рана кажется светящейся одновременно, хотя в каждый момент светится только одна точка экрана. Так из отдельных светящих­ся с различной яркостью точек складывается полное изображе­ние, т. е. создается впечатление слитного изображения. Следова­тельно, в телевидении, так же как и в кино, используют способ­ность глаза к инерции.

Фокусирующее устройство формирует электронный поток в узкий луч, а отклоняющие системы движут его по строкам и кадрам. Один кадр разбивается на 625 строк, и луч «прочитывает» их за '/25 сек. Передаются изображения с часто­той 25 кадров/сек.

Телевизор имеет ступени усиления, детектирования, преобра­зования, а также выпрямители, генераторы кадровой и строчной разверток. Кроме кинескопа, в телевизоре смонтировано много усилительных электронных ламп, транзисторов, полупроводнико­вых приборов и др.

365

Рис. 151. Упрощенная блок-схема телевизионного приемника.

На рис. 151 показана упрощенная блок-схема телевизионного приемника. Первый блок приемника усиливает электрические сигналы изображения и звукового сопровождения, которые по­ступают от антенны по антенному кабелю. В этом блоке вы­деляется сигнал изображения вместе с необходимыми импуль­сами.

Видеоусилитель (второй блок) усиливает сигнал изображе­ния до величины, позволяющей управлять яркостью экрана ки­нескопа.

Блок синхронизации (третий) обеспечивает выделение и уси­ление импульсов кадровой и строчной синхронизации.

Блоки кадровой и строчной разверток (четвертый и пятый) создают специальные токи для управления работой кинескопа. От их совместной работы на экране кинескопа образуется растр. Перемещает электронный луч горизонтально блок строчной раз­вертки, а вертикально—блок кадровой развертки.

В блоке звукового сопровождения (шестом) выделяются (де­тектируются) сигналы звукового сопровождения, и электричес­кие колебания звуковой частоты усиливаются до мощности, не­обходимой для нормальной работы громкоговорителя.

Низковольтный и высоковольтный выпрямители служат бло­ками питания, обеспечивающими нормальный режим работы ра­диоламп, кинескопа и всех элементов схемы телевизора.

366

§ 3. Телецентр и промышленные телевизионные установки

В общем виде телевизионная система сводится к передаче программы телецентра к телевизору по каналам связи (прост­ранство, в котором распространяются радиоволны, или кабель­ная линия).

Существуют программные и ретрансляционные телецентры.

Программные телецентры оборудованы комплексом радио­технической аппаратуры, куда входят передатчики сигналов изо­бражения и звукового сопровождения. К помещениям програм­мных телецентров относятся: студия, аппаратная с телекинопро-екционными установками, аппаратная с видеомагнитофонами, режиссерская аппаратная и др. На рис. 152 показана блок-схема телецентра.

Студия — это специализированные большие помещения с хо­рошей акустикой и звукоизоляцией. В них располагают передаю­щие телевизионные камеры, микрофоны, осветительное и другое оборудование. К студии относится и дикторское помещение. Из студии и дикторской передают театральные постановки, концер­ты, выступления лекторов, беседы и другие телевизионные программы.

Из телекиноаппаратной демонстрируют кинофильмы, а также отдельные кинофрагменты по ходу спектакля, инсценировок,

Рис, 152. Блок-схема телецентра.

367

лекций и т. п. Во время телепередачи часто используют видео­записи, которые подаются с видеомагнитофонов. В аппаратной, оборудованной различной радиотехнической аппаратурой, про­изводится усиление электрических сигналов, поступающих с передающих телекамер, коррекция и подготовка их для переда­чи телезрителям.

В режиссерской аппаратной отбирают изобразительный мате­риал и монтируют телепередачи. В ней установлены: пульт ре­жиссера, видеоконтрольные устройства (телеэкраны), пульт зву-корежиссера и другие контрольные устройства. Пульты режис­сера и звукорежиссера расположены у смотрового окна, что позволяет видеть все происходящее в студии в момент передачи и руководить работой теле- и звукооператоров. За одним пуль­том (управления) находятся режиссер и его ассистент (видео-микшероператор), за другим—звукорежиссер. На режиссерской панели пульта расположены устройства для диспетчерской командной и двусторонней связи с телеоператорами, работниками телекинопроекционной, видеомагнитофонной и другими аппара­тами. Каждая телекамера со своей точки передает разнообраз­ные по размеру и содержанию планы изображений. Режиссер следит за всеми изображениями, быстро ориентируется и вклю­чает нужную камеру. Он накладывает одно изображение на дру­гое или делает плавный монтажный переход—«наплыв», когда первое изображение, как бы растворяясь, исчезает, а на его ме­сто появляется второе. Режиссер может применять иные эф­фектные способы перехода изображений.

На видеоконтрольные устройства подаются изображения от работающих во время передачи телекамер. По одному из видео­контрольных устройств проверяют изображения, направляемые на радиостанцию. Поэтому видеосигнал, выбранный режиссе­ром, сначала поступает на вход соответствующего усилителя, для усиления и формирования полного телевизионного сигнала, а затем в центральную аппаратную и через нее на радиостанцию. Для контроля качества изображения и звука, поступающих к те­лезрителям, предусмотрен еще экран. Инженеры также коррек­тируют яркость и контрастность изображения, что влияет не толь­ко на качество изображения, но и помогает донести до зрителя замысел режиссера.

Если передачу ведут вне телецентра, используют передвиж­ные телестанции (ПТС), смонтированные в автобусах. Для по­стоянных внестудийных передач (из театров, стадионов и т. п.) оборудуют стационарные телетрансляционные пункты. Такие те­лестанции и пункты передают электрические сигналы на теле­центр при помощи антенны направленного действия. Такая же антенна установлена и на телецентре.

Сигнал от ПТС, принятый телецентром, усиливается, детек­тируется, разделяется на сигналы изображения и сигналы зву-

16

36§

Рис. 153. Передача телевизионных сигналов по радиорелейным линиям связи:

/ — телецентр, передающий программу; 2 — ретрансляционные станции; 3 — телецентр, принимающий программу.

кового сопровождения, затем поступает на микшерское устрой­ство и подается в эфир. Телецентр может показывать программы из других городов. Такой обмен программами производится при помощи радиорелейных или кабельных линий связи.

Радиус действия телецентра—до 150 км. С развитием теле­видения будет увеличен радиус действия телецентров в связи с использованием ретрансляторов.

Ретрансляционные телецентры не создают своих программ, а только принимают телевизионные сигналы от программных теле­центров, усиливают эти сигналы и передают их на излучающую антенну. Для увеличения радиуса действия телецентров и пере­дачи телевизионных сигналов на большие расстояния создают радиорелейные линии. Такая линия состоит из ряда автомати­ческих приемнопередающих станций, расположенных на рассто­янии 60—70 км друг от друга (рис. 153). Каждая станция имеет башню высотой до 100 м с передающей антенной.

Запуск в СССР искусственного спутника связи «Молния-1» в 1965 г. ознаменовал новый этап развития сверхдальнего теле­видения. Телезрители Дальнего Востока теперь получили воз­можность смотреть передачи Центрального телевидения, а моск­вичи—телепрограммы Владивостока, Южно-Сахалинска и дру­гих городов.

Для обслуживания отдаленных районов нашей страны созда­на сеть наземных приемных станций «Орбита». Среди них есть одна передающая станция, которая посылает сигнал, направ­ленный на спутник связи «Молния-1». Приняв сигнал, он усили­вает его и ретранслирует на приемные наземные станции. Схема телевизионной передачи при помощи спутника связи показана на рис. 154. Приемная станция имеет антенну с параболическим зеркалом (рис. 155), которая с высокой точностью следит за движением по орбите спутника связи. Така'я станция передает принятый сигнал по кабельной связи или радиорелейной линии на местный телецентр, который направляет телепрограмму в эфир обычным способом.

369

Рис 154 Схема телевизионной передачи ири помощи спутника связи.

Рис. 155 Антенна с параболическим зерка­лом приемной наземной станции «Орбита». '*

Рис. 156. Блок схема промышленной телевизионной ^сгановки.

Помимо использования передач различных телецентров, мож­но применять в школе замкнутую телевизионную усгановку. Та­кие установки специально для школы не выпускают. В некото­рых школах используют промышленные телевизионные установ­ки (ПТУ).

Простейшая ПТУ (рис. 156) состоит из передающей телеви­зионной камеры и видеоконтрольного устройства, связанных между собой кабелем. Видеосигнал, образованный в переда­ющей телекамере, поступает по кабелю в видеоприемное устрой­ство, и на его экране образуется изображение. Обычно ПТУ имеет несколько телевизоров, устанавливаемых в разных клас-сах.^Если поместить передающую телекамеру в предметном ка­бинете или лаборантской, то опыты или демонстрации учащие­ся параллельных классов увидят на экранах телевизоров. При этом мелкие объекты будут показаны крупным планом.

Для учебных целей разрабатывают упрощенные видеоприем­ные устройства (телевизоры без блока приема сигналов от ан­тенны и некоторых других блоков), которые будут использовать в школьных замкнутых телевизионных установках. Звуковое со­провождение изображения принимается учащимися через гром­коговоритель, установленный в классе.

В настоящее время в ряде стран используют видеомагнито­фоны для консервации и последующего демонстрирования учеб­ных телепередач.

Разрабатывают также наиболее рациональные системы запи­си и воспроизведения телевизионных передач, например систему записи цветных телепередач на пластинку с последующим ее ме­ханическим воспроизведением при помощи иглы. Во время про­игрывания цветной видеопластинки быстро меняющиеся колеба­тельные движения иглы в результате сложного преобразования создают на экране телевизора изображение. Разрабатывают та­кие системы записи, когда при воспроизведении изображение снимается с пленки лазерным лучом.

371

Глава XXI

ПРОГРАММИРОВАННОЕ ОБУЧЕНИЕ И ОБУЧАЮЩИЕ МАШИНЫ

§ 1. Значение, возможности и сущность программированного обучения

В последнее время объем знаний, которыми должны овла­деть учащиеся, сильно возрос, а сроки обучения остались преж­ними, поэтому возникла необходимость в новых методах, повы­шающих эффективность учебного труда. Дальнейшие успехи развивающейся науки и техники в значительной степени зави­сят от качества обучения на всех ступенях.

Новый метод — программированное обучение — наиболее прогрессивный и существенно экономящий время и силы. Про­граммированное обучение возникло в связи с достижениями в области математики, психологии и физиологии, на стыке педа­гогики с новой наукой об «управлении и связи в животном и ма­шине» ' — кибернетикой.

Используя в управлении педагогическим процессом кибер­нетические принципы, программированное обучение по­вышает роль учителя, умножает возможности в руководстве пе­дагогическим процессом. Увеличивается самостоятельность, а к-тивизируется познавательная де я тел ь н о сть с а -мих школьников.

При программированном обучении преодолевается главный недостаток обычного, группового способа обучения, когда уча­щихся, разных по подготовке и способностям, ставят в одинако­вые условия, что отражается на успеваемости и развитии как сильных, так и слабых. Программированное обучение заставляет каждого школьника самостоятельно работать по специальной обучающей программе. При этом учащийся овладевает учебным материалом инструкции, где в определенной системе изложены содержание и методика обучения, с доступной и регулируемой им самим скоростью; школьника не тянут назад отстающие и не торопят успевающие. Так индивидуализируют обучение, программируя учебную деятельность каждого ученика в усло­виях коллективного обучения в классе. Тем самым обучение при­ближается к идеалу, возможному только при индивидуальном обучении, когда учитель вскрывает индивидуальные способности учащегося и постоянно следит за усвоением учебного материа­ла. Таким образом, учебный материал, т. е. различные сведения,

' Н. Винер. Кибернетика, или Управление и связь в животном и ма­шине. М., «Советское радио», 1958,

372

или информация, адресован одному школьнику, а не всему клас­су, как при обычном обучении.

При обычном способе учитель строит свой урок в расчете на несуществующего «среднего» ученика. А это значит, что силь­ные ученики, быстро усваивая материал, топчутся на месте, а слабые, не успевая им овладеть, отстают. Правда, задавая во­просы, учитель получает сведения об усвоении учащимися мате­риала и регулирует темп и степень сложности его изложения. Но ответ учащихся на вопросы не отражает полностью картины обучения всех школьников. Поэтому учитель периодически осно­вательнее проверяет усвоение учебного материала, предлагая различные контрольные работы и опрашивая. Но эти способы контроля знаний носят эпизодический и часто формальный ха­рактер, поэтому не отражают полной и объективной картины ус­воения всего учебного материала каждым учеником. Отсутст­вие систематического контроля за усвоением материала в про­цессе обучения, или, применяя кибернетическую терминологию, эффективной и высококачественной обратной связ и,— су­щественный недостаток обычного педагогического процесса в школе.

Программированное обучение несколько восполняет этот не­достаток традиционной системы обучения. Материал подается в удобной для усвоения последовательности, и тут же предусмот­рены задания, контрольные вопросы или задачи, позволяющие контролировать как учителю, так и учащемуся усвоение каждо­го маленького отрезка материала. В целом обучение ведется при максимальной активности ученика. Непрерывность контроля и самоконтроля в процессе обучения, немедленное подтверждение правильности ответа—сильная сторона программированного о б у чени я. Это при­носит удовлетворение и стимулирует школьника на дальнейшие успехи. Иными словами, при данном методе осуществляется по­операционное индивидуализированное обуче­ние с непрерывным контролем (обратной свя­зь ю) и сохраняется организующая и направляющая роль учите­ля. На уроке учитель на какое-то время освобождается от уто­мительной работы по передаче знаний и становится руководи­телем учебного процесса, а в случае затруднения не­медленно помогает ученику. Эту систему можно применять уже в III классе, чтобы приучить школьников к самостоятельной ра­боте над печатными материалами. Продолжительность такой не­прерывной работы для младших классов 10—15 мин.

Материал, который учащиеся должны изучить и усвоить, в отличие от обычных учебников, в программированных распола­гают в более строгой логической последователь­ности, причем его объем сокращают до разумного минимума за счет исключения второстепенных вопросов. Когда четко вы-

373

явлены и очерчены центральные вопросы и понятия, а также связи между ними, материал дробят на взаимосвязанные и удобные, доступные для понимания и усвоения учащимися са­мостоятельные небольшие порции (шаги, или дозы) ин­формации. Каждая такая порция обучающей програм-м ы содержит одно или два новых понятия, а в совокупности — отдельную законченную мысль. Порция информации равна при­мерно абзацу непрограммированного текста. Но в отличие от него, шаг программы, кроме информации, содержит также спе­циальные задания, заставляющие школьника совершать опреде­ленные действия в процессе усвоения.

Расчленяя материал на порции, всегда исходят из обеспече­ния успешного обучения по данной программе, а именно— макси­мальной логичности изложения и посильности для уча­щихся каждого ш а г а, возможности его выполнения всеми школьниками.

Порции материала подают учащимся постепенно. Переходят к новой порции, усвоив полностью предыдущую. Чтобы обучаю­щийся был уверен в правильном понимании усвоенной порции материала, он отвечает на контрольный вопрос и свой ответ сравнивает с образцовым ответом про­граммы. Такой немедленный контроль усвоения каждой пор­ции позволяет при успешном усвоении материала быстро дви­гаться дальше, а если учащийся затрудняется или неправильно выполняет задание, программа требует немедленно повторить материал или дает соответствующее разъяснение, подска­зывает. В программе имеются средства, обеспечивающие пра­вильные ответы, помогающие ученику идти по намеченному пути: подсказывания, методические советы, исчерпывающий от-,;

вет. Подсказывание направляет обучающегося на путь правиль­ного ответа на вопрос. Словом, программа все время ставит уча щегося в положение, при котором материал дозы должен бьгп усвоен.

Если школьник перейдет к изучению нового материала, не усвоив предыдущую порцию, то все последующее обучение мо жет оказаться неэффективным. Только полностью усвоив пре дыдущую порцию материала, переходят к следующей. Поэтому' строго соблюдают последовательность и з у ч е-' ния материала. Каждый последующий шаг программы учи­тывает приобретенные школьником знания, опыт, а поэтому, по мере повышения трудности материала, его содержание, форма информации и задания усложняются. Так, в начале обучения программа предусматривает больше подсказываний и методиче­ских советов, а потом меньше.

Из сказанного вытекает, что при программированном обуче­нии не учитель излагает материал, а учащиеся самостоятельно черпают информацию из специального учебника. Каждый факти-

374

чески самообучается по заранее составленным материалам, лишь в случае затруднения получая от учителя указания. Такие заня­тия приучают младших школьников к самостоятельной работе с учебником, к активному овладению знаниями. Самоконтроль дает возможность каждому учащемуся определить, как действо­вать в процессе обучения.

<предыдущая страница | следующая страница>