Текст книги "Первые шаги цифрового телевидения в СССР (СИ)"

Автор книги: Борис Певзнер

сообщить о нарушении

Текущая страница: 1 (всего у книги 2 страниц)

Первые шаги цифрового телевидения в СССР

Сейчас слова "цифровой”, "цифровое” стали, пожалуй, основными прилагательными в радиоэлектронике. Все новаторское теперь связано с цифровой технологией, и она ныне в большом почете. Но начиналось все совсем в другой обстановке. Зачастую новое очень нелегко прокладывает свой путь в борьбе с привычным и освоенным старым

На подступах к проблеме

В 1975 году во ВНИИТ (Всесоюзном НИИ телевидения) была проведена поисковая НИР “Прогноз” по определению дальнейших путей построения оборудования цветного телевидения. В процессе ее выполнения нужно было проанализировать состояние и тенденции развития ТВ–техники в мире и предложить пути ее развития в СССР. В это время в телецентрах страны работали на аппаратуре 2–го поколения (на транзисторах), а в лабораториях НИИ разрабатывали аппаратуру 3–го поколения (на микросхемах) по системе СЕКАМ. Задачей поисковой НИР было определить основные черты ТВ–аппаратуры 4–го поколения.

К этому времени за рубежом появились первые ТВ–устройства, в которых осуществлялось преобразование телевизионных сигналов в цифровую форму и их обработка. Это новшество основывалось на последних достижениях микроэлектроники, благодаря которым было создано устройство памяти на интегральных микросхемах, позволяющее запоминать целый кадр изображения, если сигнал представлен в цифровой форме. Приемлемые размеры этого устройства (менее одного типового шкафа аппаратуры) позволили использовать его для решения двух насущных проблем вещательного ТВ: синхронизации сигналов от разных источников и преобразования их из американского стандарта разложения 525/60 в европейский стандарт 625/50 и обратно. Цифровая обработка оказалась весьма полезной и для многих прикладных применений ТВ, в связи с чем ею заинтересовались в отделах ВНИИТ, занимающихся телевидением не для вещания.

Пионерами цифрового ТВ стали д. ф. – м. н. Илья Иоаннович Цуккерман и к. т. н. Вячеслав Павлович Мандражи. Под их руководством были разработаны первые отечественные цифровые устройства – блоки для кодирования ТВ–изображений и введения их в ЭВМ для анализа, включавшие 6–разрядные аналого–цифровые преобразователи (АЦП). В дальнейшем И. И. Цуккерман и его сотрудники (к. т. н. Борис Моисеевич Кац, Сергей Витальевич Сардыко и др.) разрабатывали алгоритмы и экспериментальные цифровые устройства для сокращения избыточности цифровых сигналов (кодирование источника), для их фильтрации с целью повышения качества и т. п.

В дальнейшем работы в этом направлении позволили, в частности, создать аппаратуру для повышения чувствительности телескопов путем цифровой обработки сигналов и формирования изображений методом счета фотонов. Но, не будучи участником этих работ, я не смогу их описать здесь, как они того заслуживают.

Отчитываясь о результатах НИР “Прогноз” в нашем главке (5–м главном управлении Министерства промышленности средств связи), я обсуждал возможность использования цифровой техники в аппаратуре телецентров 4–го поколения с заместителем главного инженера главка П. К. Кирилловым. Именно он стал первым человеком, который высказал мне свое твердое мнение, что эта аппаратура должна быть цифровой (Павел Константинович Кириллов пришел в главк из Московского научно–исследовательского телевизионного института, где был заместителем директора. Позднее он перешел на работу в промышленный отдел аппарата ЦК КПСС).

Так как я руководил указанной выше темой “Прогноз”, то по ее результатам мне было предложено открыть НИР “Определение путей построения передающего оборудования цветного ТВ 4–го поколения” (шифр – “Рисунок", 1976–1978 годы). Составляя техническое задание на НИР “Рисунок", мы записали в нем требование к цифровому кодированию ТВ–сигналов внутри телецентра. Зная всю последующую историю, сейчас можно сказать, что для 1975 года это было весьма преждевременное решение, так как элементная база того времени, да и весь уровень техники были еще не готовы к такому резкому рывку вперед. Но нами двигало желание держаться на переднем крае мирового технического прогресса, были надежды на более быстрое развитие элементной базы, и чрезвычайно привлекали возможности, которые открывала цифровая техника. Переход на цифровое 4–е поколение – это было согласованное решение как многих (но не всех!) ведущих специалистов, так и всех моих тогдашних начальников (иначе оно и не могло бы быть принято). Среди них были: начальник отдела Яков Абрамович Шапиро, который был руководителем разработки телецентров 1–го, 2–го и 3–го поколений; заместитель главного инженера Виктор Тимофеевич Есин, который курировал во ВНИИТ все вещательное ТВ, и директор института Игорь Александрович Росселевич. Задача стояла действительно грандиозная: в отличие от прикладного ТВ в вещательном речь шла не об отдельных цифровых устройствах или небольших замкнутых системах, а в конечном счете о переводе на цифровую технику таких крупных технических систем, как телецентр.

В этот период была опубликована статья сотрудников ВНИИТ докторов наук И. А. Росселевичаи И. И. Цуккермана, кандидатов наук Е. К. Овчинникова и Б. М. Певзнера, инженеров СВ. Сардыко и В. Е. Тимофеева “Цифровое кодирование телевизионных изображений и перспективы использования его на телецентрах" (“Техника Телевидения". 1976. Вып. 4). Насколько я знаю, это была первая отечественная статья по цифровому ТВ. В ней, в частности, была выбрана точка аналого–цифрового преобразования ТВ–сигналов (выход камерного канала), определена оптимальная структура дальнейшего тракта, указаны принципиальные преимущества цифрового кодирования и конкретные задачи предстоящей разработки.

В ходе трехлетней НИР “Рисунок" нам приходилось заниматься прежде всего разработкой АЦП и цифро–аналоговых преобразователей (ПАП) поскольку серийно выпускаемых устройств с 8–разрядным кодированием и с быстродействием, нужным для вещательного ТВ, еще не существовало. Эта работа была поручена Одесскому филиалу ВНИИТ (разработчики – Вадим Евгеньевич Тимофеев и Сергей Адольфович Горьев). Много сил также было потрачено на разработку цифровых кодов для ТВ–сигналов, поскольку международных норм на цифровое кодирование еще не было. (Известная Рекомендация 601 МККР была принята лишь в 1982 году, а более детальная Рекомендация 656 – в 1986 году.) К окончанию темы “Рисунок" были созданы лабораторные макеты основных устройств цифрового ТВ–тракта, но стало ясно, что выполнять на их основе опытно–конструкторскую разработку для серийного производства аппаратуры телецентров еще не представляется возможным. Комиссия, принимавшая законченную НИР, согласилась с нашим предложением об открытии еще одной НИР. Однако в институте это решение было встречено весьма неодобрительно. Как правило, за НИР должна следовать ОКР (опытно–конструкторская работа) с передачей чертежей в серийное производство, а у нас с учетом поисковой темы “Прогноз” получалась третья НИР подряд! Докладывая на научно–техническом совете ВНИИТ о результатах темы “Рисунок", я говорил о неготовности элементной базы, об отсутствии стандарта на цифровое кодирование, о других трудностях, связанных с новизной цифровой техники, и в итоге все-таки было принято решение о проведении еще одной трехгодичной НИР. Однако директор И. А. Росселевич бросил мне реплику, которую я хорошо помню до сих пор: “Эх, был бы я моложе, заставил бы вас сразу делать ОКР!” Ему было тогда 60.

Рядом с будущим

Фактически в 1979–1881 годах были проведены не одна, а две параллельные НИР – “Офорт" (как продолжение “Рисунка") и “Эстамп” для создания цифровых микшера и блока видеоэффектов на основе кадровой памяти. Руководителем НИР “Эстамп" стал к. т. н. Альберт Константинович Бухаров, а ведущими разработчиками – Игорь Владимирович Нагибин и Вячеслав Васильевич Рыбаков.

В ходе этих двух скоординированных работ был изготовлен действующий макет сквозного цифрового ТВ–тракта от выхода камерного канала до выхода телецентра. В нем были реализованы все необходимые функции для создания цветной телевизионной передачи, включая новые эффекты, осуществимые лишь в цифровом виде. На макете тракта были не только испытаны все блоки в их взаимодействии, но и проведены экспертизы по субъективной оценке качества изображений. Большую работу по сборке и испытаниям этого комплекса провела Татьяна Фирсовна Елинекене.

На основании этих работ было решено, наконец, организовать ОКР по разработке телецентра 4–го поколения. Главным конструктором новой темы, которой дали шифр “Студия”, директор назначил заместителя главного инженера В. Т. Есина, а я стал его первым заместителем. Это была большая пятилетняя работа, занимавшая по объему второе место среди всех работ института. Кроме ВНИИТ, в ней участвовали ВНИИРПА, разрабатывавший всю аппаратуру звукового сопровождения 4–го поколения (руководил этой работой к. т.и. Виктор Семенович Неманов), Кировоградский и Александровский радиозаводы, а также несколько учебных институтов. Изготовление звукового оборудования ВНИИРПА заказал в Венгрии и Чехословакии, это оборудование было в основном аналоговым (с цифровой системой управления), и в данной статье о нем не говорится.

Уже самый первый этап работы – составление технического задания и согласование его с заказчиком – оказался сложным и длительным процессом. Наш постоянный заказчик – Гостелерадио СССР, которого представляли главное производственно–техническое управление (ГПТУ, гл. инженер В. М. Палицкий) и ведущие специалисты Московского телецентра (ТТЦ) – требовал воплотить все известные в мире достижения техники и технологии ТВ–вещания, а также обеспечить максимальные удобства эксплуатации. Требования в общем-то вполне законные, но их выполнение приводило к сильному увеличению объема и стоимости оборудования и его энергопотребления.

По теме “Студия” были разработаны аппаратно–студийный блок (зам. гл. конструктора по АСБ Татьяна Моисеевна Ляхова), цифровой сектор центральной аппаратной телецентра (зам. гл. конструктора по АЦ Семен Абрамович Шерман), а также цифровые соединительные линии между аппаратными. АСБ является основной аппаратной телецентра, в нем формируются телепередачи. Его цифровая система телеуправления, допускающая подключение управляющей ЭВМ, позволяла легко скомпоновать на его базе аппаратно–программный блок (АПБ) для монтажа и автоматического выпуска в эфир текущей телепрограммы. Таким образом, в ОКР “Студия” были созданы почти все составные части будущего телецентра.

В рамках отдельной ОКР “ТКА-4” была поставлена задача разработки телекинопроекционной аппаратной 4–го поколения (ведущий разработчик телекинопроектора Владимир Николаевич Ролдугин, ныне генеральный директор фирмы “ПРОФИТТ"). Цифровая техника с ее памятью на кадр позволила изящно решить сложную проблему передачи кинофильмов по ТВ с чересстрочным разложением. Раньше для этой цели создавались сложные оптико–механические кинопроекторы, позволявшие каждый кадр кинопленки считывать два раза – нечетными и четными строками. В новой ТКА использовался простой аппарат с непрерывной протяжкой кинопленки и однострочным ПЗС для каждого цвета и полученные три видеосигнала после АЦП записывались в кадровую память. Из памяти они считывались двумя полукадровыми циклами, образуя чересстрочное разложение. Цифровая техника позволила также обрабатывать сигналы для устранения дефектов кинопленки, подавления шумов и т. п.

Как уже говорилось, важной проблемой было определение параметров цифрового кодирования ТВ–сигналов. Поиски оптимального цифрового кода продолжались 10 лет. В упомянутой выше статье 1976 года предлагалось 8–разрядное кодирование для сигнала яркости и 7–разрядное – для сигналов цветности. Также была выбрана частота дискретизации сигнала яркости 12,5 МГц, а сигналов цветности – 3,125 МГц (два сигнала цветности передавались поочередно, через строку, как в системе СЕКАМ, так что на 4 элемента яркости передавался 1 элемент цветности). Тактовая частота кода получалась равной 15,625 МГц, а поток информации видеосигнала – 125 Мбит/с.

Со временем предложения в отношении размеров потока информации становились все смелее. В статье Б. М. Певзнераи И. И. Цуккермана “ О нормах на цифровое кодирование сигналов для ТВ–центров 4–го поколения" (“Техника кино и телевидения". 1977. № 9) предлагалось передавать в каждой строке уже оба сигнала цветности с 8–разрядным кодированием. Это приводило к тактовой частоте 18,75 МГц и цифровому потоку 150 Мбит/с. Такой код и был реализован в лабораторных макетах по темам “Офорт" и “Эстамп". Но в 1981 году стало понятно, что МККР примет более высокие частоты дискретизации – 13,5 МГц для сигнала яркости и 6,75 МГц для сигналов цветности, что давало тактовую частоту 27 МГц и цифровой поток 216 Мбит/с.

Параметры синхронизации цифрового кода были выработаны МККР значительно позже. Но советские специалисты принимали активное участие в работах МККР, отслеживали все поступающие вклады, и мы рискнули разработать аппаратуру заказа “Студия” в 1982–1984 годах уже в соответствии с готовившимися нормами, которые официально были приняты МККР лишь в 1982 и 1986 годах.

Создатели новой техники

За годы работы я пришел к убеждению, что организация дела и технический уровень института и страны в целом, конечно, очень важны, но все результаты работы определяются прежде всего личными способностями ее исполнителей. В технических разработках это почти столь же справедливо, как в научных исследованиях. Мне повезло работать со многими талантливыми инженерами, знания, умение и увлеченность которых позволили создать новаторскую аппаратуру 4–го поколения. Многих из них я уже выше назвал. Но здесь хотел бы особо отметить Татьяну Моисеевну Ляхову, которая провела разработку и настройку первого в мире цифрового аппаратно–студийного блока. Она продолжает успешно работать и до сего дня, создавая современную цифровую аппаратуру в ООО “ПРОФИТТ". До сих пор работают и многие другие инженеры, освоившие цифровую технику, работая по теме “Студия” и в предшествующих НИР.

Для АСБ был создан цифровой коммутационно–микшерный узел с гораздо большими изобразительными возможностями, чем допускала прежняя аналоговая аппаратура (Т. М. Ляхова, Е. И. Довгер, В. В. Рыбаков и др.). Сложный блок видеоэффектов с кадровой памятью (А. К. Бухаров, И. В. Нагибин) впервые позволил производить разнообразные деформации ТВ–изображения.

Интересные новые устройства разрабатывались для нас на кафедре телевидения ЛИАП (Ленинградский институт авиационного приборостроения) под руководством доцента Валерия Яковлевича Сорина. Световое перо давало возможность рисовать или писать на экране. Говоря об этом блоке, мне хотелось бы отметить, насколько новыми были тогда наши разработки. Его первая модель создавалась еще в 1976–1978 годах, и много усилий было потрачено на устройство для перемещения одной рукояткой точки по поверхности ТВ–экрана. Над этим долго ломали голову наши конструкторы и инженеры ЛИАП, ведь компьютерной мыши, столь удачно решившей эту задачу, мы тогда еще не знали.

На основе светового пера был создан блок видеоживописи (В. Я. Сорин), который позволял рисовать на экране монитора цветное изображение, меняя ширину и фактуру мазка и используя оперативную палитру из 24 цветов, выбираемых художником из всей гаммы доступных цветов. Структура микшера АСБ позволяла вводить в него в качестве силуэтного сигнала линию произвольной формы, нарисованную световым пером.

Были значительно усовершенствованы блок электронной рир–проекции (Валерий Исаакович Малинин) и генератор спецэффектов (Анатолий Иванович Кулыгин). Матричный коммутатор объемом 24x16 (около 3500 точек коммутации при работе в параллельном коде) разработало СКБ Кировоградского радиозавода (Владимир Всеволодович Андрусенко и Анатолий Викторович Васильев). Удачное размещение микросхем ячеек коммутации 16x16 на одной большой многослойной печатной плате с разъемами по периферии позволило решить эту сложную задачу. Нам удалось достать новые микросхемы разработки объединения “Светлана", хотя это было очень непросто. Данные коммутаторы были применены и в АСБ, и в АЦ.

Источниками сигналов в АСБ служили три серийные цветные камеры 3–го поколения КТ-178, разработанные коллективом под руководством Бориса Абрамовича Берлина, а также внешние программы – цифровые и СЕКАМ. Они вводились через кодирующие устройства "Компонентные видеосигналы – цифра" и "СЕКАМ – цифра" (С. А. Горьев, В. Е. Тимофеев и сотрудники Одесского филиала ВНИИТ). Имелись также ответные декодирующие устройства.

Другими источниками служили цифровые генераторы знаков (текста), цветных полос, фона и испытательной таблицы. Впервые был создан блок, формировавший универсальную электронную испытательную ТВ–таблицу (УЭИТ) путем непосредственной генерации цифровых кодов каждого ее элемента (Вера Васильевна Сухих и Инна Дмитриевна Белова).

Были разработаны и все измерительные приборы, необходимые для контроля цифро–аналоговой аппаратуры – устройства контроля уровней (путем чтения цифровых кодов), джиттера тактовых импульсов, отношения сигнал–шум (Феликс Симонович Бородиц–кий, Сергей Александрович Третьяк, Алла Федоровна Полушкина, Константин Алексеевич Клодин). Насадку для наблюдения парафазных цифровых кодов на стандартном осциллографе С1–75 разработал Евгений Иванович Довгер. Таким образом, был создан полный комплекс со всем необходимым измерительным обеспечением.

Александровским радиозаводом были разработаны ВКУ (мониторы) со входами для цифровых сигналов (Борис Иванович Беляков, Владимир Михайлович Шмаков) и изготовлены все ВКУ для АСБ и АЦ.

Вся сетка частот для телецентра формировалась в системе синхронизации (зам. гл. конструктора заказа Игорь Александрович Лучихин, ведущий инженер Сергей Михайлович Первушкин). Разработкой всех чертежей и воплощением их “в железо” руководил зам. гл. конструктора заказа Дмитрий Иванович Душутин.

Для передачи видеосигналов в цифровом параллельном коде внутри аппаратных (до 50 м) был применен 10–парный телефонный кабель ТСКВ-10х2 с витыми парами; по 9–й паре шла тактовая частота 27 МГц. Внутри шкафов использовался удобный для монтажа “под обжим” в разъем 10–парный плоский (ленточный) кабель.

Между аппаратными ТВ–сигнал передавался в последовательном коде либо по коаксиальному кабелю, либо по стекловолоконной оптической линии. Кабельный вариант линии с дальностью передачи до 350–500 м был разработан в ЛИАП (В. Я. Сорин, В. М. Арямкин и др.). Разработка оптической линии была проведена во ВНИИТ (Николай Федорович Нарышкин и Роман Иванович Шутин), передача была возможна на расстояние до 6 км, и ее предполагалось использовать для соединения между Ленинградским телецентром и его новым зданием, строившимся тогда у станции метро “Пионерская”.

Крупной самостоятельной проблемой являлось создание цифровой системы телеуправления (зам. гл. конструктора заказа к. т. н. Леонид Петрович Романков). Здесь новаторство было не меньшим, чем при переводе трактов изображения из аналоговой формы в цифровую – если в прежней аппаратуре каждая команда передавалась по отдельному проводу и управляла электромеханическими реле, то в новой аппаратуре все команды кодировались цифровым кодом и передавались по единой информационной шине (по одному кабелю), из которой каждое исполнительное устройство выбирало по коду адресованную ему команду (Б. М. Певзнер, Л. П. Романков, В. Г. Сакута, Г. М.Торлин. Принципы построения систем управления, автоматизации и служебной связи на телецентре 4–го поколения/Техника телевидения. 1980. Вып. 5. Соавторы – сотрудники Одесского филиала ВНИИТ). Новый принцип работы, успешно реализованный Л. П. Романковым, позволил в сотни раз сократить число проводов, отказаться от коммутации сигналов управления, управлять с любого пульта любым исполнительным устройством и осуществлять автоматизацию работы блоков и комплекса с помощью микропроцессоров и управляющей ЭВМ.

Любопытно, что если в аппаратуре всех предыдущих поколений видеосигналы передавались по коаксиальным кабелям, а сигналы управления – по проводам, то в аппаратуре 4–го поколения, наоборот, видеосигналы (после точки АЦП) стали передаваться по проводам, а сигналы управления – по коаксиальным кабелям.

В ходе работ по цифровому комплексу в июле 1982 года нас постигла крупная неприятность – Л. П. Романков был в одночасье по требованию КГБ уволен из института. Его обвинили в антисоветской деятельности – в распространении антисоветской литературы, найденной у него при обыске, в том, что он писал письма в поддержку А. Д. Сахарова и Хельсинкской группы правозащитников. Мы были потрясены – что будет с комплексом, в разработку которого Леонид Петрович вложил столько сил и новых идей. Но его работу продолжил и закончил начальник лаборатории Игорь Константинович Иванов, который тоже оказался прекрасным специалистом и человеком. Успешно продолжил работу и ближайший сотрудник Л. П. Романкова Алексей Георгиевич Ефремов, разработчик всех пультов управления. Он, кстати, проявил и большое гражданское мужество – отказался давать какие-либо показания против Л. П. Романкова. За это А. Г. Ефремов был внесен в “черный список” и, несмотря на наши представления, его упорно не повышали в должности, что соответственно сказывалось и на зарплате. Но тем не менее он продолжал свою работу, понимая, что больше это сделать некому. (Правда, в начале 1990–х годов представители соответствующих органов перед ним извинились.)

Следует сказать, что над Л. П. Романковым тогда нависла угроза ареста, но все обошлось, и он смог найти новую работу в Институте аналитического приборостроения Академии наук СССР. Позднее, уже во время перестройки Л. П. Романков, продолжая свою общественную деятельность, был избран депутатом Ленсовета, а затем – депутатом Законодательного собрания Санкт–Петербурга, и 8 лет был председателем Комиссии по образованию, науке и культуре одного из самых культурных городов России.