Да будет цвет: как СССР уходил от черно-белого ТВ

 

В очередной статье из серии «Неизвестный МНИТИ» мы расскажем драматичную историю внедрения цветного телевидения в СССР, в котором принял самое деятельное участие Московский научно-исследовательский телевизионный институт. Из нее вы узнаете, как и почему для отечественного ТВ была выбрана система SECAM, а также как телевизионщики готовились к этому эпохальному событию.

Что хочет народ? Правильно — хлеба и зрелищ! Эта нехитрая формула, эмпирически выведенная еще в Древнем Риме, актуальна и в наши дни. К началу прошлого века пальму первенства среди зрелищ уверенно перехватил кинематограф. Но после Великой Отечественной войны уже телевидение стало властителем дум и любимым способом проведения досуга по всему миру. Конечно, по части зрелищности огромный киноэкран долгое время с сухим счетом обыгрывал по популярности первые телеящики с их крошечными дисплеями диагональю 15—25 см, которые для повышения эффекта присутствия часто рассматривали через устанавливаемую перед экраном водяную линзу. Тем не менее у домашнего просмотра телепрограмм тоже были неоспоримые достоинства. Во-первых, оперативность подачи информации, особенно новостей. Во-вторых, домашний видеопросмотр был очень удобен большинству зрителей, так как не требовал похода в кинотеатр после насыщенного дня. К тому же даже на заре эры телевидения можно было принимать 2—3 программы, а затем их количество возросло.

Поэтому всплеск интереса к телевидению в те годы в большинстве стран мира (в том числе в СССР) вполне объясним. К тому же повсеместное внедрение стандартов электронного телевидения с увеличенным до 525—625 числом строк в кадре привело к очень заметному росту качества телевизионной картинки. При этом размеры телевизоров постоянно увеличивались, поэтому в 1950-е годы за рубежом уже не редкостью были модели с диагональю 30 и даже 40 см.

Однако и киноиндустрия тоже не дремала, и вскоре в ее активе появился такой мощный козырь, как цветное изображение. В результате в цвете в 1950-е годы снималась уже подавляющая часть кинофильмов. Народ по достоинству оценил новшество, и количество зрителей в кинотеатрах стало быстро расти. Теперь в борьбе за симпатии зрителей мяч оказался на стороне телевизионщиков — им срочно требовалось техническое решение, которое смогло бы вернуть значительную часть аудитории к активному просмотру ТВ-программ. И такое решение наряду с ростом размеров экранов телевизоров и повышением удобства пользованиями ими (пульты ДУ) нашлось: телевидение тоже стало цветным.

Как известно, человек воспринимает цветное изображение благодаря наличию в его глазах трех различных типов фоторецепторов, воспринимающих информацию в синем, зеленом и красном участках спектра видимого света. Поэтому все системы цветного телевидения, фотографии, полиграфия, компьютерная графика и видеоинформационные системы основаны на создании изображения в этих первичных цветах.

Первые прототипы систем цветного телевидения были реализованы на основе принципа поочередной передачи и воспроизведения цветовых полей. Идея была до гениального проста: перед передающей трубкой размещался вращающийся диск с тремя светофильтрами основных цветов — красным, зеленым и синим. Когда перед передающей трубкой проходит красный светофильтр, она формирует сигнал, соответствующий красному полю изображения. Аналогично по мере вращения светофильтра получают сигналы зеленого и синего полей. Для получения на приемной стороне цветного изображения требовалось перед монохромным кинескопом установить аналогичный крутящийся диск-светофильтр, вращение которого нужно было синхронизовать с передающей стороной. Так как глаз человека инерционен и не воспринимает дискретно быстро меняющиеся изображения, при достаточно высокой частоте вращения цветовые составляющие изображения сливались в одну цветную картинку. Способ, что и говорить, остроумный. И изображение действительно получалось цветным. Однако имелся и ряд весьма серьезных недостатков.

Во-первых, цветной телевизор получался довольно громоздким, так как в его корпус требовалось встроить вращающийся светофильтр, радиус которого равнялся размеру экрана кинескопа.

Во-вторых, яркость получаемого цветного изображения была гораздо ниже, чем при отображении черно-белого изображения, так как цветные светофильтры во время воспроизведения своего цвета не пропускали световой поток двух других цветов. А яркость кинескопов тех лет и так оставляла желать лучшего.

В-третьих, чтобы цветное изображение не мелькало, скорость вращения светофильтра требовалось выбрать достаточно высокой. Например, при использовании чересстрочной развертки при частоте обновления каждого из цветовых полуполей 50 раз в секунду диск светофильтра должен был вращаться со скоростью 150 оборотов в секунду. Если же использовалась развертка 60 Гц, то диск должен быть вращаться еще быстрее — 180 оборотов в секунду.

Несмотря на принципиальную простоту метода, его реализация требовала решения ряда непростых технических проблем. Начнем с того, что в те годы сделать такую «быструю» развертку как в телевизионной камере, так и в самом телевизоре телевизионного растра было нетривиальной задачей. Кроме того, спектр ТВ-сигнала с утроенной частотой развертки также пропорционально расширялся втрое.

Тем не менее в США уже в 1928 году были созданы рабочие прототипы цветных телевизоров с вращающимся светофильтром. При активном участии Владимира Зворыкина в 1940-м компания Columbia Broadcasting System (CBS) разработала промышленный образец системы, а в 1950 году был утвержден стандарт на ее параметры.

В этом стандарте была принята частота передачи цветовых полей 150 Гц, а ширина полосы пропускания канала для реализации системы должна была составлять 11 МГц (предусматривался и экономичный режим с узкой полосой частот 8,4 МГц). Очевидно, что и такая полоса была слишком широкой для уже сверстанной «нарезки» телевизионных каналов, поэтому система CBS не вписывалась ни в один стандарт монохромного телевидения, принятый в США, Европе и СССР. Так как система CBS не удовлетворяла требованиям совместимости (на цветные телевизоры невозможно принимать черно-белые передачи, а цветные сигналы не могут быть приняты как монохромные на черно-белые телевизоры), стандарт на цветное телевидение с поочередной передачей цветовых полей в США был отменен, а само вещание прекратилось.

В СССР работы в этом направлении велись практически одновременно с американцами. Так, еще в 1925 году инженер-электрик Ованес Адамян предложил аналогичный способ построения цветного телевидения посредством последовательной передачи цветовых полей. Более того, Адамян запатентовал трехцветную технологию в Англии, Германии, СССР и Франции.

Но по-настоящему масштабные исследования по изучению последовательной системы цветного телевидения в СССР начались в 1946-м. По их окончании в 1955 году во Всесоюзном научно-исследовательском институте телевидения (ВНИИТ, сегодня — АО «НИИ телевидения») был разработан комплект передающей аппаратуры и цветного ТВ-приемника «Радуга», который позволил начать экспериментальное вещание.

В 1955 году в Москве и Ленинграде на основе разработанного ВНИИТ комплекта оборудования началось опытное цветное вещание. В столице оно проводилось на третьем метровом канале с Московской опытной станции цветного телевидения.

Несмотря на успех эксперимента и восторженные отзывы зрителей, в СССР вслед за США вскоре отказались от продолжения работ по системе цветного телевидения с последовательной передачей цветов из-за ее несовместимости с черно-белым телевидением. Однако в иных областях — космическое телевидение, демонстрация процессов, недоступных для непосредственного наблюдения — систему с последовательной передачей цветов продолжали совершенствовать.

Проведенные в США и СССР эксперименты наглядно показали, что цветное телевизионное вещание на основе системы с последовательной передачей цветов принципиально не сложно организовать. Однако отсутствие возможности обеспечить совместимость с получившими широкое распространение системами черно-белого телевидения поставили на перспективе их дальнейшего развития жирный крест. Всем специалистам стало ясно, что будущее цветного ТВ — за совместимыми с черно-белым телевещанием системами.

Первый экспериментальный советский телевизор «Радуга» (1954 г.)

Принцип построения всех совместимых систем одинаков: внутри спектра сигнала черно-белого изображения размещается дополнительный сигнал, несущий информацию о цветности картинки. Совместимость обеспечивается тем, что черно-белые телевизоры «не видят» сигнал цветности и воспроизводят программы цветного ТВ в черно-белых тонах. Цветные же телевизоры декодируют сигнал цветности и с его помощью «раскрашивают» исходное черно-белое изображение. Ну и, само собой, они могут принимать и воспроизводить программы черно-белого ТВ (естественно, без цвета).

Не правда ли, просто? Однако чтобы реализовать на практике этот принцип, потребовались долгие годы научных исследований и экспериментов.

К началу 1950-х годов первенство американской школы телевидения в мире никто не ставил под сомнение. Поэтому не удивительно, что американцам удалось первым разработать совместимую систему цветного телевидения NTSC и даже начать регулярное цветное телевещание в этом стандарте в 1953 году. Разработчик стандарта компания RCA в 1930—1960 годы была общепризнанным мировым лидером в области телевидения. Возглавлял разработки наш знаменитый соотечественник Владимир Зворыкин. Именно он создал основы черно-белого (еще в 1930-е годы) и цветного электронного телевидения, сконструировал иконоскоп и кинескоп — передающую и приемную трубки. RCA широко сотрудничала в довоенные годы с Радиопромом СССР (обмен информацией, стажировка специалистов).

NTSC была тщательно отработанной системой: она обеспечивала относительно высокую цветовую четкость, принятый способ кодирования сигнала цветности существенно упрощал разделение сигналов яркости и цветности в телевизоре. Однако NTSC хорошо функционировала только при идеальном канале передачи: зависимость фазы цветовой поднесущей от амплитуды сигнала яркости всегда была бичом этой системы.

Поэтому ожидаемого руководством RCA бума продаж цветных телевизоров не случилось. Причинами этого была не только их высокая цена, а главным образом низкое качество цветного изображения. Цвета на экране искажались, особенно это было заметно на лицах. Чтобы хоть как-то скомпенсировать эти искажения, в междугородных линиях связи были введены регулируемые корректоры фазовых искажений. Утро в телевизионной студии Нью-Йорка начиналось с того, что включали линию связи Нью-Йорк — Лос-Анджелес — Нью-Йорк, наводили камеру на манекенщицу Китти (в задачу которой согласно контракту входило поддержание постоянно одинакового цвета лица), и регулировали корректоры на всем пути сигнала так, чтобы принимаемое изображение было близким к исходному. Предпринятые меры дали результат: с 1963 года объем продаж увеличился.

В западной Европе понимали, что с системой NTSC лучше не связываться. Еще в 1954-м сотрудник французской фирмы CFT Анри де Франс предложил новую систему, которую он назвал SECAM (SEquentiel Couleur A Memoire — поочередные цвета с памятью). Основные ее особенности: передача сигналов цветности способом частотной модуляции, нечувствительной к искажениям в канале связи, и поочередная по строкам передача красного и синего сигналов. Для восстановления недостающей информации в приемнике использовался узел памяти в виде линии задержки на строку. Однако поочередная передача сигналов цветности в системе SECAM вызывает уменьшение цветовой четкости по вертикали в два раза по сравнению с системой NTSC.

В 1963 году сотрудник германской фирмы Telefunken Вальтер Брух объявил о создании системы PAL (Phase Alternation Line — строка с переменной фазой). В ее основу была положена система NTSC. Для устранения искажений в ней цветовая информация двух соседних строк усреднялась, для чего применялась прецизионная линия задержки на время строки, существенно более дорогая и сложная в изготовлении, чем линия задержки для системы SECAM. Для справки: для системы PAL отклонение времени в линии задержки не должно превышать 5 наносекунд, тогда как в системе SECAM допустимо отклонение до 30 наносекунд.

Тем не менее пригодная для PAL линия задержки за рубежом все-таки появилась. Ее разработала американская фирма Corning Glass для системы NTSC, где она обеспечила разделение сигналов яркости и цветности. Линия имела вид бруска размерами 20×20×220 мм. Платой за подавление искажений в системе PAL было сокращение вдвое, по сравнению с NTSC, цветовой четкости по вертикали, как и в системе SECAM.

Таким образом, к началу 1960-х в мире уже существовали три различные системы цветного телевидения: NTSC, PAL и SECAM. При этом все они были далеко не идеальными. Поэтому перед советскими телевизионными специалистами, в том числе из МНИТИ, стояла очень ответственная задача: провести детальный анализ достоинств и недостатков существующих в мире систем цветного телевидения и на основе этого анализа предложить наилучшее для СССР техническое решение. Ответственность была очень велика, так как ошибочный выбор прототипа системы мог полностью дискредитировать саму идею цветного ТВ. При этом советская система должна была быть оптимальной и с экономической точки зрения, ведь будущие цветные телевизоры планировалось выпускать многомиллионными тиражами, и даже незначительное удорожание себестоимости одного телевизора в масштабах страны выливалось в огромные материальные потери. Не говоря уже о лицензионных платежах за использование зарубежных технических решений.

Для оценки достоинств и недостатков существующих систем цветного телевидения в СССР была создана специальная комиссия, состоявшая из ведущих специалистов МНИТИ. В институте был развернут специальный стенд, на котором тестировалась зарубежная телевизионная аппаратура цветного изображения. Вскоре на нем начались масштабные испытания с участием ведущих специалистов отрасли и Министерства связи СССР.

Цветной телевизор «Радуга -4»

В 1964 году разработчик системы PAL Вальтер Брух привез в Москву свою аппаратуру для проведения ее испытаний в МНИТИ и прочитал серию лекций для специалистов с демонстрацией преимуществ системы PAL по сравнению с NTSC. Для этого в канал связи вводили искажения, и в тот момент, когда система NTSC переставала работать, система PAL воспроизводила вполне удовлетворительное изображение.

Затем в том же 1964-м специалисты фирмы RCA привезли в СССР в специальном фургоне демонстрационную установку системы NTSC. Была развернута маленькая студия и показано, что при хорошем качестве аппаратуры и малом расстоянии между передатчиком и приемником обеспечивается достойное качество изображения. Однако выяснилось, что сигнал NTSC очень плохо записывается на видеомагнитофон, так как крайне чувствителен к фазовым искажениям.

Ситуация осложнялась тем, что к этому времени в СССР сложилось четкое деление специалистов в области цветного ТВ на группы по интересам, каждая из которых старалась лоббировать приглянувшуюся ей систему цветного телевидения. Так, работники телевизионной промышленности были воспитаны на системе NTSC и хранили верность ей. В частности, горячим сторонником NTSC был тогдашний директор МНИТИ Сергей Новаковский.

В конце 1964 года ситуация стала еще интереснее, так как в НИИР под руководством Владимира Теслера была разработана отечественная система цветного телевидения, названная SECAM-IV (или «СЕКАМ НИИР»). К началу проведения экспериментов в МНИТИ были даже изготовлены макеты передающего и приемного оборудования цветного телевидения этой системы, включая телевизоры «Радуга ТЦ-2» и «Радуга ТЦ-3». По ряду остроумных технических решений отечественный SECAM превосходил зарубежных конкурентов. Но было одно «но»: система не получила к этому времени международного признания, так как к началу тестов имелись только макеты и опытные образцы, но не было организовано их серийное производство, что было непременным условием регистрации системы международными организациями. Это стало одной из причин, по которым систему SECAM-4 не приняли в СССР. Тем не менее в испытаниях в МНИТИ оборудование НИИР участвовало.

Таким образом, в эксперименте на конкурентной основе тестировалось оборудование четырех вариантов систем цветного телевидения: SECAM IV (НИИР), PAL, SECAM III (французский вариант) и NTSC. Сравнение проводилось путем трансляции из Москвы в Ташкент и обратно цветных ТВ-сигналов по существующим тогда радиорелейным линиям (не самого подходящего качества) и записи на видеомагнитофон «Кадр-1Ц».

По результатам эксперимента мнения специалистов драматически различались. Так, работники Министерства связи отдавали предпочтение системе SECAM, поскольку она не требовала коренной переделки линий связи и в значительной степени упрощала видеозапись сигнала.

Учитывая не очень дружественные отношения с ФРГ на тот момент времени, внедряемая там система PAL в качестве прототипа не рассматривалась не столько по техническим, сколько по политическим причинам.

Несмотря на это, после серии испытаний чаша весов стала медленно, но верно склоняться к принятию системы… NTSC. Поэтому в начале 1965 года делегация советских специалистов была направлена в США для ведения переговоров о принятии в СССР системы NTSC. Делегацию встретило руководство фирмы RCA.

Именно в тот момент произошло событие, оказавшее самое непосредственное влияние на судьбу цветного телевидения в нашей стране. Президент Франции Шарль де Голль выступил с резким осуждением блока НАТО и отказался участвовать в этом военном блоке. В качестве поддержки его позиции советское руководство заявило о принятии в СССР системы цветного телевидения SECAM. Переговоры в США были сразу прерваны, при этом наших специалистов на аэродроме даже никто не провожал.

Но больше всех удивились французы. Даже в самых радужных мечтах работники фирмы CFT не могли предположить, что их систему примут на таком гигантском рынке, как СССР. Кроме того, она была еще очень «сырой», особенно в части приемника. Ее спешно стали дорабатывать по принципу «Тришкина кафтана». Последняя версия была названа SECAM-3B.

Специалисты французской фирмы предвкушали гигантские доходы от продажи лицензий и телевизоров. Однако у СССР был весомый козырь — наличие собственной разработки системы цветного телевидения SECAM-IV. Поэтому в ходе переговоров было решено, что принимаемая в СССР система цветного телевидения SECAM будет называться советско-французской, технические решения французы передают нам безвозмездно, а телевизоры СССР разрабатывает самостоятельно.

В СССР позиции сторон сразу изменились. Промышленность переориентировалась с NTSC на SECAM. Начался самый трудный этап — разработка цветного кинескопа и телевизора на его основе. И здесь настал звездный час МНИТИ, так как решение задачи создания и организации массового выпуска цветного телевизора было ключевой проблемой внедрения цветного телевидения в стране. От того, насколько быстро и эффективно удастся ее решить, в конечном счете и зависел успех всего проекта.

Создание масочного кинескопа в СССР осложнялось отсутствием ряда отработанных технологий, которые были коммерческой тайной фирмы RCA. Однако, несмотря на все трудности, к 1967 году на МЭЛЗе были созданы пригодные для серийного выпуска масочные кинескопы, а на телевизионных заводах под руководством МНИТИ — цветные телевизоры.

При испытаниях опытных образцов телевизоров всплыла одна неприятная техническая проблема, испортившая много крови разработчикам МНИТИ, — необъяснимое искажение цветов на экране цветного кинескопа. При этом проблема внешне носила случайный характер: часто картинка на экране была вполне удовлетворительной, но могла без видимых причин значительно ухудшиться — появлялись цветовые пятна и наблюдалось заметное расхождение лучей первичных цветов. В результате вертикальные и горизонтальные линии воспроизводились с хорошо видимыми цветными окантовками. В конце концов удалось докопаться до причины бедствия. Виной оказался… случайный характер намагничивания теневой маски цветного кинескопа при включении телевизора вследствие броска тока и других переходных процессов. Решение проблемы оказалось простым: вокруг экрана цветного кинескопа поместили катушку из нескольких витков провода (так называя «петля размагничивания»), на которую через термистор в момент включения цветного телевизора подавали несколько периодов затухающего по амплитуде сетевого напряжения. В результате плавно убывающее по амплитуде магнитное поле катушки несколько раз перемагничивало теневую маску кинескопа, сводя к нулю ее остаточную намагничиваемость. После этого проблема цветовых пятен на экране цветных кинескопов была решена раз и навсегда.

В результате проделанной в рекордные сроки огромной работы все трудности остались позади, а начало цветного телевизионного вещания в СССР было намечено на ноябрь 1967 года — к юбилею Октябрьской революции и в связи с началом вещания с Останкинской телебашни. Поэтому первой официальной цветной передачей советского телевидения стала трансляция парада на Красной Площади 7 ноября.

Накануне в ряде мест Москвы, в том числе в павильоне «Радиотехника» на ВДНХ, были установлены первые цветные телевизоры, разработанные при активном участии МНИТИ. Ленинградский завод имени Козицкого представил телевизоры «Радуга». В свою очередь московские заводы «Рубин» и «Темп» демонстрировали телевизоры «Рубин-401» и «Темп-22» соответственно. Сигнал передавали из Франции, и качество изображения было хорошим.

В заключение вспомним о том, как на самом деле было принято решение о внедрении в СССР системы SECAM. Вот что рассказывал об этом историческом событии Борис Хохлов, долгие годы возглавлявший в МНИТИ разработку блоков цветности и являющийся самым известным и признанным специалистом СССР в этой области: «В 2002 году бывший главный инженер МНИТИ Лев Семенов сказал автору этих строк: “Ты знаешь, ведь это я принял систему SECAM. Как это? А очень просто. Позвонили из министерства и сказали: “Что-то там затянули с принятием цветового стандарта. Отправляйся в Париж и разберись”. Я полетел туда и подписал какую-то бумагу. Вот так у нас появилась система SECAM».

Поэтому с полным правом можно утверждать, что именно МНИТИ стал «крестным отцом» системы цветного телевидения SECAM в СССР. Тем более что и первая внестудийная передача цветного телевидения с Красной Площади 7 ноября 1967 года была проведена с помощью трубочных цветных камер, разработанных в МНИТИ.

Одно время среди специалистов широко обсуждалась тема оптимальности выбора системы цветного телевидения. В результате большинство из них пришло к выводу, что принятое решение было единственно правильным. Если бы выбрали американскую систему NTSC, то качество цветного изображения на экранах советских телевизоров оказалось бы очень низким из-за чувствительности системы к искажениям в канале связи. Принятие системы PAL не позволило бы выпускать телевизоры полностью на отечественных компонентах. В частности, ультразвуковую линию задержки под требования PAL у нас так и не удалось освоить в серийном производстве. Да и кварцевые резонаторы 4,43 МГц представляли большой дефицит. Поэтому выбор системы SECAM был все-таки едва ли не единственным в истории волюнтаристским решением, оказавшимся правильным.