Л. — Поздравляю с прекрасной идеей! Но техники предусмотрели эту возможность гораздо раньше тебя. Одно время было много шума вокруг стратосферных телевизионных передач. Однако их практическое использование оказалось очень трудным.

Н. — Но в конце концов почему мы вынуждены осуществлять телевидение на метровых волнах? Не потому ли, что, появившись последним, оно было помещено на задворках длин волн? Разве нельзя было, отделавшись от трех или четырех радиовещательных передатчиков, отвести телевидению подходящее место в диапазоне коротких или длинных волн? Я прекрасно знаю, с какой остротой оспаривают распределение свободных частот. Но пойми, что на одной волне между 200 и 600 м достаточно мощный передатчик обслуживал бы большую часть страны…

Л. — Ты частенько допускаешь ошибки, мой дорогой. Но никогда не изрекал ты такой несусветной чепухи! Допустить, что телевидение уместилось бы в диапазоне волн длиннее 200 м, это все равно, что заставить слона войти в раковину улитки.

Н. — То, что ты говоришь, вероятно, весьма остроумно. Но я смиренно сознаюсь, что не вижу связи между телевидением и слоном.

Л. — Не сердись… Ты лучше поймешь правильность моего сравнения, если рассмотришь свойства сигнала, используемого для передачи изображения. Ты увидишь тогда, насколько он отличается от низкочастотных сигналов, которые позволяют передавать с помощью электрического тока звук, попадающий на микрофон радиовещательного передатчика. Ты помнишь границы его частот?

Н. — Прекрасно помню. Самый низкий тон имеет 16 гц. Наиболее высокий, еще различаемый ухом, имеет 20 000 гц. Не практически диапазон частот, передаваемых обычными радиовещательными передатчиками, ограничивается частотой 4 500 гц.

Л. — Чудесно! А чем же вызвано это ограничение?

Н. — Желанием уменьшить то, что ты когда-то называл «теснотой в эфире». Каждая радиопередача занимает на шкале частот, кроме несущей частоты, две боковые симметричные полосы, содержащие все модуляционные частоты (рис. 2). Когда они ограничены частотой 4 500 гц, общая ширина, занятая двумя боковыми полосами, будет, следовательно, 9 000 гц. Выше ли она в телевидении?

Рис. 2. Кроме несущей частоты, спектр содержит две боковые полосы.

Л. — О да, намного!.. Но, прежде чем говорить об этом, сможешь ли ты кратко изложить, каким образом происходит передача изображений?

Н. — Я попробую. Так как нельзя передавать одновременно все элементы изображения, их передают последовательно. Свечение каждого элемента…

Л. — Точный термин — яркость.

Н. — Хорошо. Итак, яркость каждого элемента (я подразумеваю под этим словом элементарную площадку, достаточно малую, чтобы глаз не различал деталей в ее пределах) преобразуется в пропорциональное ей напряжение. Таким образом, сильно освещенная белая поверхность дает максимум напряжения, тогда как черная площадка дает нулевое напряжение.

Л. — Или по крайней мере наименьшее. А каким образом просматриваются все элементы изображения?

Н. — Их пробегают точно так же, как взгляд пробегает последовательно все буквы страницы. Каждую букву можно уподобить одному элементу изображения. Все элементы «прочитываются» таким образом строка за строкой. Совокупность этих строк составляет страницу, которую можно уподобить всему изображению. И когда мы таким образом просмотрели одну страницу, мы сейчас же приступаем к следующей.

Л. — Совершенно верно. А в каком темпе производится это чтение? Знаешь ли ты это?

Н. — Ну да. Для сохранения глазом ощущения непрерывности нужно, чтобы, как в кино, отдельные изображения, или кадры, очень быстро следовали друг за другом. В Европе принят стандарт 25 кадров в секунду (вдвое меньше частоты электрической сети); в США, где частота сети питания 60 гц, телевидение передает 30 кадров в секунду.

Л. — При такой кадровой частоте 800 страниц какой-нибудь книги «прочитываются» телевизионным передатчиком приблизительно за полминуты.

Н. — Это поразительно. Теперь я начинаю понимать, насколько сигнал, передающий изображение, богаче содержанием того, который передает звук, колеблющий мембрану микрофона.

Л. — Однако ничто даром не дается. Если хотят передать с помощью радиоволн столь обширное послание, в котором за 725 сек описаны относительные яркости всех элементов изображения, то нужно передать напряжение, состоящее из самых разнообразных частот, достигающих очень высоких значений и, следовательно, определяющих очень широкие боковые модуляционные полосы.

Н. — Можно сказать, что к законам сохранения материи и энергии добавляется другой аналогичный закон, не допускающий передачи в заданный интервал времени определенного количества информации, если для этого не обеспечена достаточно широкая полоса частот.

Л. — Ты прав, Незнайкин. Такой закон в природе существует. И стараться обойти его, пытаться передать некоторое количество информации (я употребляю этот термин в самом широком смысле, так как он так же хорошо может относиться к чередованию более или менее сложных звуков или к передаче более или менее деталированной части изображения, или же к телеграфному сообщению), не имея для этого необходимой полосы частот, так же бесполезно, как пытаться осуществить вечное движение без пополнения энергии извне.

Н. — Как определить частоты, используемые в телевидении?

Л. — Сигнал, соответствующий яркости последовательно просматриваемых элементов разложения, называется видеосигналом[2]. Это в сущности то же, чем является низкая частота в радиовещании. Он может содержать большое количество разных частот.

Н. — Я даже думаю, что он может в некоторые моменты быть нулевой частоты, т. е. иметь постоянное значение. Если в передаваемом изображении имеется однообразная поверхность с одинаковой яркостью, то всем ее элементам соответствует одно и то же напряжение, которое остается, следовательно, постоянным во все время передачи этой поверхности.

Л. — Правильно. Но если элементы вдоль линии разложения или строки не будут иметь одинаковую яркость, то напряжение сигнала будет меняться. Ты угадываешь, в каком случае эти изменения самые быстрые, т. е. частота видеосигнала максимальна?

Н. — Я полагаю, что это происходит, когда два соседних элемента одной строки различаются своей яркостью.

Л. — Твой ответ доказывает, что ты хорошо разобрался в вопросе. В самом деле, максимальной частоте соответствует последовательное чередование белых и черных элементов. Так, например, это случай, когда изображение содержит серию черных вертикальных полосок, ширина каждой из которых равна ширине элемента изображения, разделенных белыми промежутками той же ширины.