Prisiminkite, kaip buvo: Kodėl seni televizoriai mirgėjo ir kaip inžinieriai bandė apgauti žmogaus akį

Seni kineskopiniai televizoriai turėjo savitą vaizdą, kurio šiandien jau beveik nebeprisimenama. Ekranas tarsi gyveno savo ritmu: šiek tiek virpėjo, mirgėjo, kartais prie ryškesnių scenų vargindavo akis, o filmuojant tokį televizorių kamera ekrane atsirasdavo bėgančios juostos. Daugeliui tai atrodė kaip natūrali senos technikos savybė, tačiau iš tikrųjų mirgėjimas nebuvo nei gedimas, nei prastas gamintojo darbas. Tai buvo kompromisas, be kurio analoginė televizija ilgą laiką tiesiog nebūtų galėjusi veikti taip, kaip veikė.

Kineskopinis televizorius vaizdą rodė visai kitaip nei dabartiniai LCD ar OLED ekranai. Jo viduje elektronų spindulys labai greitai bėgdavo per ekraną eilutė po eilutės, sužadindamas fosforo sluoksnį. Ten, kur spindulys pataikydavo, ekranas trumpam sušvisdavo. Tačiau tas švytėjimas neužsibūdavo ilgai – jis greitai blėsdavo, todėl vaizdą reikėjo nuolat perbraižyti iš naujo. Kuo rečiau tai buvo daroma, tuo labiau žmogaus akis pastebėdavo mirgėjimą.

Problema ta, kad ankstyvosios televizijos kūrėjai negalėjo tiesiog pasirinkti labai didelio kadrų dažnio. Analoginis signalas turėjo tilpti į ribotą radijo dažnių juostą, o kiekvienas papildomas kadras reiškė daugiau perduodamos informacijos. Inžinieriams reikėjo rasti pusiausvyrą: vaizdas turėjo būti pakankamai sklandus, kad žiūrovas matytų judesį, bet signalas neturėjo būti toks platus, kad jo būtų neįmanoma perduoti tuo metu turimomis technologijomis.

Kodėl televizijos dažnis buvo susietas su elektros tinklu

Viena svarbiausių priežasčių, kodėl senų televizorių vaizdas turėjo būtent tokį ritmą, buvo elektros tinklo dažnis. Lietuvoje, kaip ir daugelyje Europos šalių, elektros tinklas veikia 50 Hz dažniu. Jungtinėse Valstijose ir kai kuriose kitose šalyse naudojamas 60 Hz dažnis. Ankstyvieji televizijos standartai buvo glaudžiai susieti su šiais skaičiais.

Tai nebuvo atsitiktinumas. Susiejus televizoriaus skleistinės ritmą su elektros tinklo dažniu, buvo lengviau kurti sinchronizavimo grandines, sumažinti trukdžius ir išvengti nemalonių konfliktų tarp ekrano atnaujinimo bei elektros apšvietimo mirgėjimo. Paprastai tariant, televizorius geriau „sutarė“ su aplinka, kurioje veikė.

Europos 50 Hz sistemoje analoginė televizija veikė 25 kadrų per sekundę principu. Amerikoje, kur elektros tinklas buvo 60 Hz, buvo naudojama maždaug 30 kadrų per sekundę sistema. Šie skaičiai buvo pakankami judesio iliuzijai sukurti, tačiau nepakankami tam, kad mirgėjimas visiškai išnyktų.

Žmogaus akis nėra paprastas matavimo prietaisas. Ji gali sujungti greitai besikeičiančius vaizdus į vientisą judesį, todėl kino teatre ar televizoriuje matome ne atskirų kadrų seką, o judantį vaizdą. Tačiau mirgėjimui akis jautresnė nei pačiam judesio trūkinėjimui. Ypač tai pastebima periferiniu regėjimu – kai žiūrime ne tiesiai į ekraną, o kiek šonu, mirgėjimas gali atrodyti dar ryškesnis.

Būtent todėl 25 kadrai per sekundę buvo per mažai patogiam televizijos žiūrėjimui, jei kiekvienas kadras būtų rodomas tik vieną kartą. Reikėjo gudresnio sprendimo.

Persipynusi skleistinė: triukas, kuris išgelbėjo analoginę televiziją

Sprendimu tapo persipynusi skleistinė. Tai vienas svarbiausių analoginės televizijos išradimų, leidęs sumažinti mirgėjimą nepadvigubinant perduodamo signalo kiekio.

Idėja buvo paprasta, bet labai gudri. Vietoj to, kad televizorius iš karto rodytų visą kadrą su visomis vaizdo eilutėmis, kadras buvo padalijamas į du laukus. Pirmiausia būdavo nupiešiamos nelyginės eilutės, po to – lyginės. Taip visas kadras vis tiek susidėdavo iš 25 pilnų vaizdų per sekundę, tačiau ekranas atsinaujindavo 50 kartų per sekundę.

Žiūrovui tai reiškė mažesnį mirgėjimą. Akis dėl regos išlikimo šiuos du laukus sujungdavo į vieną vaizdą, o televizijos signalui nereikėjo perduoti dvigubai daugiau informacijos. Inžinieriai taip iš dalies apgavo žmogaus regėjimą ir kartu neperžengė techninių transliavimo ribų.

Šis sprendimas buvo naudojamas dešimtmečius. Europoje veikė 50 laukų per sekundę sistema, Amerikoje – apie 60 laukų per sekundę. Tai tapo televizijos standartu, prie kurio buvo pritaikyta visa infrastruktūra: kameros, studijų įranga, siųstuvai, televizoriai, vaizdo magnetofonai ir vėliau net dalis ankstyvos skaitmeninės įrangos.

Tačiau persipynusi skleistinė nebuvo tobula. Ji tik sumažino problemą, bet jos nepanaikino.

Seno televizoriaus mirgėjimas

Kodėl mirgėjimas vis tiek liko matomas

Kineskopiniame televizoriuje švytėjimas trukdavo labai trumpai. Kai elektronų spindulys perbėgdavo per ekrano tašką, jis akimirkai sužibėdavo ir imdavo blėsti, kol spindulys vėl prie jo sugrįždavo. Jei ekranas buvo didelis, ryškumas nustatytas aukštai, o kambaryje buvo tamsu, mirgėjimas tapdavo akivaizdesnis.

Ypač jis erzindavo žiūrint šviesius vaizdus – sniegą, dangų, baltus titrus, studijos foną. Tokiose scenose akis lengviau pastebėdavo, kad ekranas nėra stabiliai šviečiantis paviršius. Jis nuolat užsidegdavo ir gesdavo, tik labai greitai.

Persipynusi skleistinė turėjo ir kitą trūkumą. Kadangi du vieno kadro laukai buvo užfiksuoti skirtingu laiku, greitai judantys objektai kartais atrodydavo tarsi „šukuoti“. Jų kraštuose atsirasdavo nelygumų, primenančių plonas horizontalias šukas. Tai ypač pastebėdavo tie, kurie vėliau bandė seną analoginį vaizdą perkelti į kompiuterį ar žiūrėti jį progresyviame ekrane.

Dar viena bėda buvo vaizdo detalumas. Nors teoriškai kadras turėjo visas eilutes, praktiškai judančiuose objektuose dalis vertikalios raiškos būdavo prarandama. Vaizdas tapdavo minkštesnis, smulkios detalės – ne tokios stabilios, o tekstas ekrane galėjo šiek tiek virpėti.

Nepaisant to, daugelį metų niekas negalėjo paprastai pakeisti šios sistemos. Televizija jau buvo tapusi milžiniška infrastruktūra. Pakeitus dažnį ar skleistinės principą, būtų reikėję keisti transliavimo įrangą, studijų techniką ir milijonus televizorių namuose. Todėl net ir žinant trūkumus, analoginiai standartai išliko labai ilgai.

Kaip atsirado 100 Hz televizoriai

Pirmas didesnis bandymas sumažinti kineskopinių televizorių mirgėjimą masinėje rinkoje buvo 100 Hz technologija. Tokie televizoriai ypač išpopuliarėjo paskutiniame kineskopų eros etape, kai elektronika jau buvo pakankamai pažengusi, kad galėtų apdoroti vaizdą skaitmeniniu būdu.

Paprastas analoginis televizorius Europoje rodė 50 laukų per sekundę. 100 Hz televizorius gaudavo tą patį signalą, tačiau ekrane jį parodydavo dvigubai dažniau. Tam reikėjo atminties ir vaizdo procesoriaus: televizorius turėjo trumpam išsaugoti gaunamą vaizdą, jį apdoroti ir perbraižyti ekraną greitesniu ritmu.

Rezultatas buvo akivaizdus. Vaizdas atrodė ramesnis, mažiau vargino akis, baltos scenos nebemirgėjo taip įkyriai. Žmonėms, kurie daug žiūrėdavo televizorių vakare arba turėjo didesnį ekraną, skirtumas buvo labai pastebimas.

Vis dėlto ir 100 Hz technologija turėjo šalutinių poveikių. Kai kurie televizoriai judesį apdorodavo ne idealiai, todėl greitai judantys objektai galėjo atrodyti kiek neryškūs arba nenatūralūs. Ankstyvieji vaizdo procesoriai ne visada tiksliai suprasdavo, kaip atkurti judesį tarp laukų, todėl kai kuriose scenose atsirasdavo artefaktų. Tačiau lyginant su įprastu mirgėjimu, daugeliui žiūrovų tai vis tiek buvo didelis žingsnis į priekį.

Ši technologija parodė, kad mirgėjimo problema jau nebėra vien fizikos neišvengiamybė. Ją galima mažinti skaitmeniniu apdorojimu, jei tik televizorius turi pakankamai galios.

Kodėl šiuolaikiniai ekranai mirga kitaip arba beveik nemirga

Tikras lūžis įvyko tada, kai kineskopus pakeitė LCD, plazminiai, o vėliau OLED ekranai. Šie ekranai vaizdą formuoja visai kitaip. Juose nėra elektronų spindulio, kuris eilutė po eilutės perbraižytų fosforo sluoksnį. Pikseliai valdomi elektroniškai, o vaizdas gali būti išlaikomas ekrane iki kito atnaujinimo.

LCD ekranuose pikseliai patys nešviečia – jie reguliuoja, kiek šviesos praleidžia iš foninio apšvietimo. OLED ekranuose kiekvienas pikselis šviečia pats. Abiem atvejais vaizdo stabilumas žiūrovui atrodo visai kitoks nei kineskope. Nebėra to paties trumpalaikio fosforo sužadinimo ir greito blėsimo, kuris buvo viena pagrindinių senų televizorių mirgėjimo priežasčių.

Tačiau tai nereiškia, kad šiuolaikiniai ekranai apskritai neturi mirgėjimo. Kai kurie jų naudoja foninio apšvietimo ryškumo reguliavimą impulsais, vadinamą PWM. Tokiu atveju ekranas gali labai greitai įjunginėti ir išjunginėti apšvietimą, kad sukurtų mažesnio ryškumo įspūdį. Dalis žmonių tam jautrūs ir gali jausti akių nuovargį. Vis dėlto tai jau visai kito pobūdžio problema nei senųjų kineskopų mirgėjimas.

Skaitmeninė televizija taip pat atsinešė progresyvią skleistinę. Tai reiškia, kad visas kadras rodomas iš karto, o ne dalijamas į lygines ir nelygines eilutes. Tokie formatai kaip 720p, 1080p ar 4K progresyvus vaizdas pašalino daugelį persipynusios skleistinės trūkumų. Judantys objektai tapo švaresni, tekstas stabilesnis, o vaizdo apdorojimas – paprastesnis.

Dabartiniai 100 Hz, 120 Hz ar dar didesnio atnaujinimo dažnio ekranai sprendžia jau kitą užduotį. Jie ne tiek kovoja su klasikiniu kineskopiniu mirgėjimu, kiek siekia sklandesnio judesio, mažesnio vėlavimo žaidimuose ir malonesnio vaizdo sporto transliacijose ar filmuose.

Senas mirgėjimas buvo technologinės epochos kaina

Kineskopinių televizorių mirgėjimas buvo neišvengiamas to meto kompromisas. Inžinieriai turėjo suderinti žmogaus regą, elektros tinklo dažnį, ribotą transliavimo juostą, technikos kainą ir būtinybę sukurti standartą, kuris veiktų milijonuose namų. Jie negalėjo tiesiog padaryti „geriau“, nes kiekvienas pagerinimas būtų kainavęs didžiulį signalo pralaidumą arba reikalavęs technikos, kurios tuo metu dar nebuvo.

Persipynusi skleistinė buvo išradingas sprendimas. Ji leido sumažinti mirgėjimą ir perduoti televizijos vaizdą priimtinos kokybės, neapkraunant eterio dvigubai platesniu signalu. 100 Hz kineskopai vėliau parodė, kaip skaitmeninė elektronika gali pagerinti net seną technologiją. O LCD ir OLED ekranai galiausiai pakeitė patį vaizdo rodymo principą.

Todėl seni televizoriai mirgėjo ne todėl, kad buvo prasti. Jie mirgėjo todėl, kad priklausė laikui, kai kiekvienas kadras turėjo tilpti į griežtas technines ribas. Tai buvo analoginės televizijos kaina – nepatogi akiai, bet kartu ir įspūdingas inžinerinis kompromisas, leidęs televizijai tapti masiniu reiškiniu dar gerokai prieš skaitmeninę erą.