Як розвивалася технологія відео

[Високочастотний шум ЕПТ-телевізора]
Кіноплівка - це достатньо проста технологія.
Потрібно просто отримати двовимірне зображення, сфокусувати його на двовимірній плівці, і ось у вас є знімок або кадр.
Але відео, тобто рухомі електронні зображення, має зовсім іншу історію з великою кількістю змін, які дуже сильно вплинули на нього.
Спонсор цього відео - B&H Photo, що цілком доречно, адже саме там я беру своє обладнання для створення відео.
Я розповім вам про це пізніше.
А зараз гайда у Сан-Франциско.
Я зустрінуся з чоловіком, який знається на старій відеотехніці, і він хоче дещо мені показати.
Річарде, приємно познайомитися.
- Вітаю, Дереку. Заходь. Ласкаво прошу до LabGuy's World.
[Сміється] Круто у вас тут.
- Дякую.
Основним завданням відео є перетворення двовимірного світлового зображення на одновимірний електричний сигнал.
То як це відбувається?
Відповідь пов'язана з першим в історії факсом, який, був винайдений у 1843 (тисяча вісімсот сорок третьому) році Александром Бейном.
Він був годинникарем.
Його винахід складався з передавача і приймача, кожен з яких мав маятник.
І ці маятники були синхронізовані.
Ось як це працювало: передавач мав металевий лист, на якому за допомогою непровідних чорнил щось було написано чи намальовано.
- Електрично під'єднане вістря передавача рухалося по листу.
- В місцях контакту з металом у колі протікав струм, і електричний сигнал надсилався на інше вістря.
- Воно рухалося по поверхні, покритій речовиною, яка темніла при протіканні струму.
- Цей пристрій досить точно відтворював намальоване зображення.
Александр Бейн передавав лише статичні зображення, але його все ж називають справжнім батьком телебачення, тому що він винайшов сканування: ідею переміщення вперед і назад по зображенню, щоб в підсумку розділити його на рядки.
Але якщо ви хочете отримати рухомі зображення, вам потрібно сканувати набагато швидше.
Отже, 1884 (тисяча вісімсот вісімдесят четвертий) рік і 23-річний (двадцятитрьохрічний) студент німецького університету Пауль Ніпков.
Він запатентував так званий диск Ніпкова, який являв собою великий диск зі спірально розташованими отворами.
- Отвори забезпечують сканування. І якщо я крутитиму його достатньо швидко, ви це побачите.
Якщо поставити джерело світла за диском, то у вас буде пляма світла, яка сканує весь об'єкт, скажімо, людину.
І тоді відбите від цієї людини світло вловлюють фотосенсори.
Вони генерують електричний сигнал, який можна передати на віддалений приймач.
У приймачі цей електричний сигнал використовується для модуляції яскравості джерела світла.
Потім перед ним ви розміщуєте синхронізований диск Ніпкова, відтворюючи таким чином передане зображення.
- Цей метод давав зображення з низькою роздільністю.
- Фактично, протягом кількох років у Великій Британії, Америці та інших країнах експериментальні трансляції проводилися саме так.
Це, мабуть, перше в історії телевізійне зображення.
Воно транслювалося по кілька годин на день впродовж кількох років.
Інженери використовували його для підвищення якості трансляції.
- І з'ясували, що у цього способу немає перспективи. [Сміється.]
Тож, до 1939 (тисяча дев'ятсот тридцять дев'ятого) року механічне телебачення вийшло з ужитку, його замінило електричне телебачення.
♫
Якщо точніше, то електронно-променева трубка.
Це скляна вакуумна трубка з електронною гарматою на кінці.
Електронна гармата випускає пучок електронів у бік екрана, покритого флуоресцентною речовиною.
Ця речовина випромінює світло, коли у неї влучають електрони.
За допомогою магнітних полів цей промінь спрямовувався в різні місця екрана згори униз, зліва направо.
Інтенсивністю пучка можна керувати, змінюючи напругу на керуючому електроді, визначаючи кількість електронів, які потраплять у певну точку на екрані.
Якщо ви надсилаєте багато електронів, то отримуєте яскраву пляму, і навпаки.
Таким чином ви можете створити чорно-біле зображення.
Якщо ж вас цікавить кольоровий телевізор...
Перш ніж з'явилася червоно-зелено-синя піксельна система, було випробувано багато варіантів.
Як-от цей телевізор із колірним колесом.
- Я назвав цей проєкт "Голдмарк 1" на честь Петера Голдмарка.
- Телевізійна частина - це стандартний чорно-білий кінескоп.
Він відтворював 24 кадри на секунду, але кожен кадр вимагав шість сканувань: двічі "синій-зелений-червоний".
Метод працював, але у нього не було зворотної сумісності з чорно-білими телевізорами.
А це - міні-триніскоп, названий так за три електронно-променеві трубки - по одній для кожного кольору.
Їхні зображення об'єднувалися призмами.
- Недолік такого кінескопа полягає в тому, що на кожен дюйм діагоналі екрана об'єм корпуса збільшувався пропорційно діагоналі в степені 3,5 (три з половиною).
- Вони дуже швидко ставали велетенськими.

В підсумку ми маємо червоний, зелений та синій люмінофори для кожного пікселя, і три електронні гармати для керування відносною яскравістю.
Електронні промені проходять по екрану 525 (п'ятсот двадцять п'ять) ліній за 1/30 с (одну тридцяту секунди).
Але це досягається пробіганням кожного другого рядка за 1/60 с (одну шістдесяту секунди), тому для створення одного кадру потрібно двічі пробігти екран.
Це називається черезрядковою розгорткою.
Насправді, як можна бачити, більшу частину часу ви дивитеся на порожній екран.
Ілюзія неперервного руху зображення стає можливою завдяки інерції зорового сприйняття: ми деякий час продовжуємо бачити об'єкт, навіть коли світло від нього вже не потрапляє в очі.
Спочатку я думав, що зняти це буде неважко.
Я маю на увазі, що 1/30 (одна тридцята) чи 1/60 (одна шістдесята) секунди - це не дуже швидко.
Але, якщо задуматися, кожну 1/60 с (одну шістдесяту секунди) промінь проходить 262,5 (двісті шістдесят два з половиною) рядки, тобто 15750 (п'ятнадцять тисяч сімсот п'ятдесят) рядків за одну секунду.
Це дуже швидко.
І якщо ви хочете побачити "появу" рядків, вам потрібно знімати швидше, ніж 15000 кадрів на секунду.
Тому я використовую Phantom v2512 (ві двадцять п'ять дванадцять).
Це надзвичайна камера, яка дозволяє мені знімати ось це.
Фактична роздільність цих телевізорів становила 480 (чотириста вісімдесят) рядків.
Ось чому на YouTube є режим перегляду 480p.
І, мабуть, варто зазначити, що "tube" в слові "YouTube" - це і є електронно-променева трубка.
Але яким чином до появи світлочутливих сенсорів, як у матрицях сучасних камер, формувалося зображення для телевізорів?
Ну, існувало багато конструкцій вакуумних трубок.
Однією з найпоширеніших була трубка ортикон, яку певний час називали "іммі".
Саме так з'явилася назва телевізійної премії "Еммі".
Ось як вона працювала.
Об'єктив камери фокусує зображення на передній частині ортикона - фотокатоді, з якого в процесі фотоефекту пропорційно до кількості світла вилітають електрони.
Ці електрони після фокусування електромагнітним полем летять далі.
Електронна версія зображення відправляється ​​просто на мішень, якою є дуже-дуже тонка скляна пластинка.
І місця на мішені з більшою кількістю накопичених електронів матимуть більший заряд.
Тоді електронний промінь із задньої частини трубки сканує мішень.
Електрони променя, взаємодіючи з різними зарядженими місцями мішені, відбиваються назад.
Відбитий промінь підсилюється в трубці, а потім використовується як сигнал, щоб визначити, наскільки яскравою повинна бути певна частина зображення.
Ось так десятиліттями створювалося телевізійне зображення.
Але от що дивно: отримані зображення неможливо було записати.
Призначення відео (як технології отримання електронних зображень) полягало в передачі зображень з одного місця в інше.
"Телебачення" буквально означає "бачити на відстані".
Про запис і наступне відтворення, як у кіно, навіть не йшлося.
Мене вразило усвідомлення того, що відеокамери існували кілька десятків років до появи відеокасет.
- Все правильно. Це була епоха прямих трансляцій.
Це було пов'язано і з певними проблемами.
Наприклад, у США, багато телевізійних програм випускалися в Нью-Йорку.
І був коаксіальний кабель, який проходив по всій території США, по якому передавалися програми, скажімо, в Лос-Анджелес.
Але час виходу в ефір був інший.
Тобто, випуск новин з Нью-Йорка о 18 або 19 годині транслювався б на західному узбережжі о 15 або 16 годині.
У цьому не було жодного сенсу. Потрібна була часова затримка.
То як вони це робили?
Відповідь полягала в тому, щоб узяти кінокамеру, спрямувати її на телевізійний екран, і фактично зафільмувати зображення на телеекрані.
Тоді вам потрібно було швидко проявити плівку, через три години організувати відтворення запису, відсканувати його і фактично провести ще одну пряму трансляцію.
- Але тепер, коли запис вже у телестудії, і я вставляю в телекінопроєктор... [сміється]
- Зображення має не найкращий вигляд.
- Рядки розташовані неправильно. Ви намагаєтесь сумістити два набори рядків, але вам не вдається!
Це стало настільки поширеним методом роботи для телевізійних мереж, що до 1954 року для запису програм використовувалося більше плівки, ніж її витрачали усі кіностудії Голлівуду разом узяті.
Це абсурдно, дорого і марнотратно, тому потрібен був інший метод.
І це сталося у 1956 році з винайденням першого працездатного відеомагнітофона, який був розміром з великий стіл, і коштував дуже дорого.
Він використовував дводюймову магнітну стрічку і невеликі відеоголовки, що крутилися з частотою 14000 об/хв (обертів на хвилину). Як реактивний двигун.
Ось як розвивалося відео, перш ніж воно стало таким, яким ми його знаємо сьогодні - способом запису та зберігання зображень, а не способом лише передавання з одного місця в інше.
Відтоді ми пройшли довгий шлях.
Обладнання ставало все меншим: від VHS (ві-ейч-ес) та "Beta" ("Бета") до DV (ді-ві) і mini-DV.
І зрештою, ми перейшли на твердотілі накопичувачі.
Я описав цю історію в загальних рисах.
Зараз ситуація така, що відео за усіма параметрами стало кращим, ніж плівка.
На цьому графіку можна побачити, що у 2012 році був момент, коли найприбутковіші фільми більше знімалися у цифровому форматі, ніж на плівку.
Для таких звичайних людей, як-от ми з вами, ця технологія дозволила отримати дійсно дуже якісне зображення.
І мене цікавить, як вплине на наше суспільство те, що люди можуть ділитися кожною частинкою свого життя за допомогою відео.