Владимир Росяев: «ЭЛИН» - электронный информатор. Устройство ввода
Публикация в рамках реализации Международного издательского проекта «ЭЛИН: Зеркало для человечества»
В начале 1973 г. журнал "Электронная промышленность" опубликовал статью с описанием устройства ввода системы ЭЛИН, написанную коллективом авторов во главе с Владимиром Росяевым. Владимир Николаевич возглавлял телестудию первого в истории наружного видеоэкрана, разрабатывал его устройство ввода и обработки информации и какое-то время был начальником системы ЭЛИН. Ниже привожу полный текст этой публикации.
Система «ЭЛИН» представляет собой сложное радиотехническое устройство для воспроизведения на большом экране универсальной, многотональной цветной динамической информации. Передача информации осуществляется с помощью телекино-поста и аппаратуры, включающей в себя более 600 тыс. элементов электронной техники.
На рис. 1 приведена блок-схема системы. Световое табло площадью 235 м насчитывает более 100000 ламп накаливания, закрытых цветными светофильтрами (красными, зелеными и синими) и сгруппированных в триады. С расстояния более 70 м дискретность экрана становится незаметной, а различные соотношения яркости указанных трех цветов позволяют воспроизводить весь спектр видимого света. Блоки развертки выполнены на дискретных полупроводниковых элементах и обеспечивают бесконтактную коммутацию мощности до 100 квт в импульсе. Матричный принцип построения табло позволил сократить до минимума число электронных элементов.
Одним из основных функциональных блоков рассматриваемой системы является устройство ввода и обработки информации (рис. 2).
Считывание информации с киноленты осуществляется методом бегущего луча. Блок-схема блока считывания информации (считывателя) приведена на рис. 3. Бегущее светящееся пятно ЭЛТ 18ЛК17Т (1) объективом ОКС1-75-1 (2) проектируется в плоскость киноленты (3), модулируется по яркости и цвету и, после того, как пройдет конденсор (4), расщепляется дихроическими зеркалами (5) на основные составляющие спектра (красную, зеленую, синюю), которые через соответствующие фильтры (6) попадают на ФЭУ (7) канала (красного - К, зеленого - З, синего - С).
Спектральная характеристика ЭЛТ 18ЛК17Т (рис. 4) показывает, что интенсивность излучения люминофора в синей и красной областях спектра значительно меньше, чем в зеленой. Кроме того, спектральный состав излучения зависит от яркости, а недостаточная величина последней ограничивает диапазон передаваемых плотностей киноленты. При конструировании тракта обработки видеосигналов значительные трудности возникли из-за сравнительно большого времени послесвечения красной (2 мксек) и зеленой (2,5 мксек) компонент люминофора. Объектив ОКС1-75-1 имеет освещенность на краю поля зрения на 25% ниже по сравнению с центром.
Представленные на рис. 5 спектральные характеристики дихроических зеркал (1 - спектральная чувствительность ФЭУ; 2 - спектральная характеристика пропускания корректирующих фильтров; 3 - спектральная характеристика отражения дихроических зеркал - для синего канала спектральный состав излучения, проходящего через зеркало), несколько отличаются от стандартных, но в сочетании с корректирующими светофильтрами обеспечивают хорошее качество цветоделения. Кроме того, возможна их промывка в процессе эксплуатации.
Стремление улучшить характеристики спектральной чувствительности тракта определило выбор разных типов ФЭУ для К-, З- и С-каналов. В первоначальном варианте были использованы ФЭУ-15, ФЭУ-16 и ФЭУ-83. Однако хорошее качество цветоделения, достигнутое с помощью дихроических зеркал и корректирующих фильтров, позволило пренебречь дополнительной коррекцией спектральной чувствительности канала благодаря избирательной спектральной чувствительности ФЭУ. Во все три канала были поставлены ФЭУ-84, обладающие большой интегральной чувствительностью, причем максимум спектральной чувствительности в использованных приборах был специально сдвинут, что позволило улучшить качество цветоделения.
В блок трубки бегущего луча (см. рис. 3) кроме самой трубки входят генераторы строчной (с частотой 10,2 кгц) и кадровой (с частотой 25 гц) разверток, блок управления и защиты и высоковольтный источник питания.
Блок управления обеспечивает формирование сигнала гашения, регулировку и контроль тока луча трубки, регулировку и стабилизацию тока фокусирующих катушек защиту люминофора трубки от прожога при исчезновении одной из разверток.
Стабилизированный высоковольтный источник питания, синхронизированный с частотой строчной развертки, вырабатывает напряжение 25 кв для питания анода трубки. В источнике применена специальная защита узлов и элементов схемы от перегрузок, возникающих при снятии возбуждения с лампы оконечного каскада, что позволило повысить надежность работы элементов и блока в целом.
Специальный фотоэлектронный датчик, смонтированный в лентопротяжном механизме первого считывателя, вырабатывает сигналы синхронизации, ведущие кадровый синхрогенератор системы во время демонстрации кинофильмов. Лентопротяжный механизм второго считывателя снабжен устройством для непрерывной демонстрации киноленты. Сигналы, вырабатываемые считывателями, непригодны для непосредственного использования в устройствах воспроизведения информации (ВКУ и табло «ЭЛИН»), в связи с чем предусмотрен ряд корректирующих операций: усиление и регулировка уровней сигналов, компенсация послесвечения люминофора (апертурная коррекция), восстановление постоянной составляющей, гамма-коррекция, коммутация. Выполнение указанных операций, а также ряда других функций, необходимых для работы системы в целом, осуществляется блоком обработки информации (рис. 6). В состав блока обработки информации входят предварительные усилители К-, З- и С-каналов (1) и (2), промежуточный коммутатор (3), оконечные усилители К-, З- и С-каналов (4), выходной коммутатор (5) с усилителем-распределителем синхроимпульсов, генератором цветных полос и блок питания и управления (6).
В блок контроля входят усилитель-корректор с цепями коммутации (7) и четыре ВКУ (8, 9).
В связи с тем, что трубка бегущего луча имеет сравнительно большое время послесвечения люминофора, форма светового пятна трубки оказывается несколько вытянутой в горизонтальном направлении. Такая апертура светового пятна в системах «бегущий луч» проявляется в снижении общей четкости и контрастности (смазывании) изображения. Апертурные искажения по своему действию эквивалентны спаду частотной характеристики на высоких частотах без фазовых искажений. Поэтому методы апертурной коррекции основаны на использовании в усилительных трактах линейных формирующих цепей, обеспечивающих повышение коэффициента передачи высокочастотных составляющих видеосигналов по сравнению с низкочастотными.
Коррекция апертурных искажений в описываемой аппаратуре осуществляется путем включения на выходах предварительных усилителей корректоров с регулируемыми элементами. Характеристики корректоров подбираются экспериментально для каждого усилителя индивидуально по качеству изображения на ВКУ.
Сигналы с предварительных усилителей (1) и (2) поступают на вход промежуточного коммутатора (3), роль которого сводится к избирательному подключению на входы оконечных усилителей (4) (К-, З- и С-каналов) видеосигналов считывателя, информация с которого воспроизводится в данное время на табло. В это время видеосигналы с другого считывателя коммутируются на оконечный усилитель (7) и ВКУ (8). В случае подачи на табло информации со второго считывателя, сигналы с первого коммутируются на усилитель (7). Таким образом, одновременно контролируются обе программы: воспроизводимая на табло и подготавливаемая к передаче.
В функцию оконечных усилителей входит необходимое усиление сигналов, восстановление постоянной составляющей и осуществление гамма-коррекции.
Перепад плотностей отдельных кадров (сюжетов) на киноленте в связи с наличием в видеоусилителях переходных RC-цепей при переходе развертывающей апертуры с площади с одним уровнем яркости к площади с другим, отличным уровнем, вызывает искажения при передаче информации о средней яркости сюжета.
Постоянная составляющая восстанавливается с помощью фиксирующих схем. Фиксация происходит во время интервалов гашения обратных ходов разверток в передающей трубке, поддерживая определен¬ный уровень гасящих импульсов вне зависимости от изменения средней плотности кадра киноленты. Кроме восстановления постоянной составляющей (в отдельных точках видеотракта), схемы фиксации восстанавливают низкие частоты сигнала и существенно снижают требования к построению усилителей в области низких частот, а также устраняют низкочастотные помехи видеотракта (фон 50 и 100 гц, микрофонный эффект и др.).
Стабилизация уровня постоянной составляющей (фиксация уровня) осуществляется в первых каскадах оконечных усилителей, в которых включены гамма-корректоры, так как она необходима также и для нормальной работы гамма-корректора. Гамма-корректор представляет собой усилительный каскад с нелинейной обратной связью, осуществляемой нелинейными элементами (диодами) в цепи катода лампы.
Изменяя величину напряжения, запирающего диоды, можно варьировать коэффициентом нелинейности γ- амплитудной характеристики каскада таким образом, что дифференциальное усиление его становится больше при передаче сигналов, соответствующих темным участкам изображения, и меньше - светлым.
Световые характеристики индикаторных элементов табло в режиме широтно-импульсной модуляции не определялись, и поэтому диапазон регулировки гамма-корректора выбран 0,5-1,0. Оптимальная настройка амплитудной характеристики тракта определялась опытным путем при работе системы.
Выходным звеном блока обработки видеосигналов является оконечный коммутатор, обеспечивающий подачу на блоки управления табло видеосигналов со считывателей или дополнительного внешнего источника информации. Кроме видеосигналов на блоки управления табло подаются синхросигналы строк и кадров, а также контрольные сигналы генератора цветовых полос. Синхросигналы как на блоки управления табло, так и на другие узлы и блоки (блок считывателя, блок контроля, схемы фиксации) подаются с усилителя-распределителя импульсов блока обработки информации
Для визуального контроля изображения и измерения уровней видеосигналов в блоке контроля установлены четыре ВКУ с встроенными осциллографами. Три ВКУ основного тракта 9 включены на выходы око-нечных усилителей 4 и контролируют сигналы, подаваемые на экран. В качестве видеоконтрольных устройств применены типовые ВКУ-411, перестроенные для системы «ЭЛИН» и дополненные каскадами введения в видеосигнал гасящих импульсов. Особенностью ВКУ основного тракта является применение в них специально изготовленных кинескопов с цветными люминофорами. При этом ВКУ каждого из К-, З- и С-каналов имеют кинескопы с соответствующим цветом экрана, что значительно упрощает работу оператора.
Устройство ввода и обработки информации обеспечивает передачу девяти градаций яркости, разрешение более 300 строк (по вертикальному клину): неравномерность яркости по полю, не превышающую 25%; хорошее качество цветоделения; уровень шумов, не просматривающихся при передаче динамического изображения.
А.И. Кабанов, В.Н. Росяев, И.С. Панин, В.А. Никитин
ЛИТЕРАТУРА:
1. Кустодиев А.К. Колориметрия цветного телевидения. М., «Связь», 1967.
2. Бабенко B.C. Оптика телевизионных устройств. М.-Л., «Энергия», 1964.
3. Тельнов Н.И. О передаче цветных фильмов по цветному телевидению. «Техника кино и телевидения», 1971, № 9, стр. 63.
4. Зусманович В.М. Свет и цвет в телевидении. М.-Л., «Энергия», 1964.
5. Лейтес Л.С. Аппаратура формирования сигнала черно-белого телевидения. М., «Связь», 1970.