Color television

Color television is a television transmission technology that includes information on the color of the picture, so the video image can be displayed in color on the television set. It is an improvement on the earliest television technology, monochrome or black and white television, in which the image is displayed in shades of grey (greyscale). Television broadcasting stations and networks in most parts of the world upgraded from black and white to color transmission in the 1960s and 1970s. The invention of color television standards is an important part of the history of television, and it is described in the technology of television article.

In its most basic form, a color broadcast can be created by broadcasting three monochrome images, one each in the three colors of red, green, and blue (RGB). When displayed together or in rapid succession, these images will blend together to produce a full color image as seen by the viewer. One of the great technical challenges of introducing color broadcast television was the desire to conserve bandwidth, potentially three times that of the existing black-and-white standards, and not use an excessive amount of radio spectrum. In the United States, after considerable research, the National Television Systems Committee[1] approved an all-electronic system developed by RCA which encoded the color information separately from the brightness information and greatly reduced the resolution of the color information in order to conserve bandwidth. The brightness image remained compatible with existing black-and-white television sets at slightly reduced resolution, while color televisions could decode the extra information in the signal and produce a limited-resolution color display. The higher resolution black-and-white and lower resolution color images combine in the eye to produce a seemingly high-resolution color image. The NTSC standard represented a major technical achievement.

Although all-electronic color was introduced in the U.S. in 1953,[2] high prices and the scarcity of color programming greatly slowed its acceptance in the marketplace. The first national color broadcast (the 1954 Tournament of Roses Parade) occurred on January 1, 1954, but over the next dozen years most network broadcasts, and nearly all local programming, continued to be in black-and-white. In 1956 NBC's The Perry Como Show became the first live network television series to present a majority of episodes in color. CBS's The Big Record, starring pop vocalist Patti Page, was the first television show broadcast in color for the entire 1957-1958 season; its production costs were greater than most movies were at the time not only because of all the stars featured on the hour-long extravaganza but the extreme high intensity lighting and electronics required for the new RCA TK-41 cameras. It was not until the mid-1960s that color sets started selling in large numbers, due in part to the color transition of 1965 in which it was announced that over half of all network prime-time programming would be broadcast in color that autumn. The first all-color prime-time season came just one year later.

Early color sets were either floor-standing console models or tabletop versions nearly as bulky and heavy, so in practice they remained firmly anchored in one place. The introduction of GE's relatively compact and lightweight Porta-Color set in the spring of 1966 made watching color television a more flexible and convenient proposition. In 1972, sales of color sets finally surpassed sales of black-and-white sets. Also in 1972, the last holdout among daytime network programs converted to color, resulting in the first completely all-color network season.

Color broadcasting in Europe was also not standardized on the PAL format until the 1960s.

By the mid-1970s, the only stations broadcasting in black-and-white were a few high-numbered UHF stations in small markets, and a handful of low-power repeater stations in even smaller markets such as vacation spots. By 1979, even the last of these had converted to color and by the early 1980s B&W sets had been pushed into niche markets, notably low-power uses, small portable sets, or use as video monitor screens in lower-cost consumer equipment. By the late 1980s even these areas switched to color sets.

The human eye's detection system in the retina consists primarily of two types of light detectors, rod cells that capture light, dark, and shapes/figures, and the cone cells that detect color. A typical retina contains 120 million rods and 4.5 million to 6 million cones, which are divided among three groups that are sensitive to red, green, and blue light. This means that the eye has far more resolution in brightness, or "luminance", than in color. However, post-processing in the optic nerve and other portions of the human visual system combine the information from the rods and cones to re-create what appears to be a high-resolution color image.

The eye has limited bandwidth to the rest of the visual system, estimated at just under 8 Mbit/s. This manifests itself in a number of ways, but the most important in terms of producing moving images is the way that a series of still images displayed in quick succession will appear to be continuous smooth motion. This illusion starts to work at about 16 frame/s, and common motion pictures use 24 frame/s. Television, using power from the electrical grid, tunes its rate in order to avoid interference with the alternating current being supplied – in North America, some Central and South American countries, Taiwan, Korea, part of Japan, the Philippines, and a few other countries, this is 60 video fields per second to match the 60 Hz power, while in most other countries it is 50 fields per second to match the 50 Hz power.

Experiments in television systems using radio broadcasts date to the 19th century, but it was not until the 20th century that advances in electronics and light detectors made development practical. A key problem was the need to convert a 2D image into a "1D" radio signal; some form of image scanning was needed to make this work. Early systems generally used a device known as a "Nipkow disk", which was a spinning disk with a series of holes punched in it that caused a spot to scan across and down the image. A single photodetector behind the disk captured the image brightness at any given spot, which was converted into a radio signal and broadcast. A similar disk was used at the receiver side, with a light source behind the disk instead of a detector.

A number of such systems were being used experimentally in the 1920s. The best-known was John Logie Baird's, which was actually used for regular public broadcasting in Britain for several years. Indeed, Baird's system was demonstrated to members of the Royal Society in London in 1926 in what is generally recognized as the first demonstration of a true, working television system. In spite of these early successes, all mechanical television systems shared a number of serious problems. Being mechanically driven, perfect synchronization of the sending and receiving discs was not easy to ensure, and irregularities could result in major image distortion. Another problem was that the image was scanned within a small, roughly rectangular area of the disk's surface, so that larger, higher-resolution displays required increasingly unwieldy disks and smaller holes that produced increasingly dim images. Rotating drums bearing small mirrors set at progressively greater angles proved more practical than Nipkow discs for high-resolution mechanical scanning, allowing images of 240 lines and more to be produced, but such delicate, high-precision optical components were not commercially practical for home receivers. 

It was clear to a number of developers that a completely electronic scanning system would be superior, and that the scanning could be achieved in a vacuum tube via electrostatic or magnetic means. Converting this concept into a usable system took years of development and several independent advances. The two key advances were Philo Farnsworth's electronic scanning system, and Vladimir Zworykin's Iconoscope camera. The Iconoscope, based on Kálmán Tihanyi's early patents, superseded the Farnsworth-system. With these systems, the BBC began regularly scheduled black-and-white television broadcasts in 1936, but these were shut down again with the start of World War II in 1939. In this time thousands of television sets had been sold. The receivers developed for this program, notably those from Pye Ltd., played a key role in the development of radar.

By 22 March 1935, 108-line black-and-white television programs were being broadcast from the Paul Nipkow TV transmitter in Berlin. In 1936, under the guidance of "Minister of Public Enlightenment and Propaganda" Joseph Goebbels, direct transmissions from fifteen mobile units at the Olympic Games in Berlin were transmitted to selected small television houses (Fernsehstuben) in Berlin and Hamburg.

In 1941 the first NTSC meetings produced a single standard for US broadcasts. US television broadcasts began in earnest in the immediate post-war era, and by 1950 there were 6 million televisions in the United States.

Truyền hình màu là một công nghệ truyền dẫn truyền hình bao gồm thông tin về màu sắc của hình ảnh, do đó, hình ảnh video có thể được hiển thị trên màn hình tivi. Đó là một cải tiến về công nghệ truyền hình sớm nhất, đơn sắc hoặc đen và trắng truyền hình, trong đó hình ảnh được hiển thị trong màu xám (màu xám). Các đài phát sóng truyền hình và mạng lưới ở hầu hết mọi nơi trên thế giới được nâng cấp từ truyền tải màu đen và trắng vào những năm 1960 và 1970. Việc phát minh ra các tiêu chuẩn truyền hình màu là một phần quan trọng của lịch sử truyền hình, và nó được mô tả trong công nghệ truyền hình.

Ở dạng cơ bản nhất, một phát sóng màu có thể được tạo ra bằng cách phát sóng ba hình ảnh đơn sắc, một trong ba màu đỏ, xanh lá cây và xanh dương (RGB). Khi được hiển thị cùng nhau hoặc liên tiếp nhau, những hình ảnh này sẽ pha trộn với nhau để tạo ra một hình ảnh màu đầy đủ như người xem thấy. Một trong những thách thức lớn về kỹ thuật khi giới thiệu truyền hình màu là mong muốn bảo tồn băng thông, có khả năng gấp ba lần các tiêu chuẩn trắng đen hiện tại, và không sử dụng một lượng phổ tần số vô tuyến quá mức. Tại Hoa Kỳ, sau khi nghiên cứu, Ủy ban Hệ thống Truyền hình Quốc gia đã phê duyệt một hệ thống điện tử toàn bộ do RCA phát triển mã hoá thông tin màu một cách riêng biệt với thông tin độ sáng và làm giảm độ phân giải của thông tin màu để bảo vệ băng thông . Hình ảnh độ sáng vẫn tương thích với các tivi đen trắng hiện tại với độ phân giải giảm nhẹ, trong khi tivi màu có thể giải mã thông tin thêm trong tín hiệu và tạo ra màn hình màu có độ phân giải hạn chế. Hình ảnh màu đen và trắng có độ phân giải cao hơn kết hợp với nhau trong mắt để tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao. Các tiêu chuẩn NTSC đại diện cho một thành tựu kỹ thuật chính.

Mặc dù màu sắc tất cả điện tử đã được giới thiệu ở Hoa Kỳ vào năm 1953, giá cao và sự khan hiếm của chương trình màu đã làm chậm lại sự chấp nhận của nó trên thị trường. Chương trình phát sóng màu sắc quốc gia đầu tiên (Cuộc thi Hoa múa hoa hồng năm 1954) diễn ra vào ngày 1 tháng 1 năm 1954, nhưng trong vài năm tiếp theo hầu hết các chương trình phát sóng mạng và gần như tất cả các chương trình địa phương tiếp tục có màu đen trắng. Năm 1956, The Perry Como Show của NBC đã trở thành loạt truyền hình trực tiếp đầu tiên có mặt tại hầu hết các tập phim. Ca khúc Big Record của đài CBS với sự tham gia của ca sĩ nhạc pop Patti Page, là chương trình truyền hình đầu tiên được phát sóng màu sắc trong suốt mùa giải 1957-1958; chi phí sản xuất của nó lớn hơn nhiều so với hầu hết các bộ phim vào thời điểm đó không chỉ vì tất cả các ngôi sao nổi bật trong suốt một tiếng rưỡi tuyệt vời mà còn là thiết bị chiếu sáng cực mạnh và thiết bị điện tử yêu cầu cho máy ảnh RCA TK-41 mới. Mãi đến giữa những năm 1960, những bộ màu đã bắt đầu bán ra với số lượng lớn, một phần là do sự chuyển đổi màu sắc năm 1965, trong đó thông báo rằng hơn một nửa số chương trình thời gian chính trên mạng sẽ được phát sóng màu sắc vào mùa thu. Mùa bóng đầu tiên trong suốt mùa giải chỉ đến một năm sau đó.

Bộ màu ban đầu là những chiếc máy điều khiển sàn đứng hoặc các phiên bản trên bàn gần như cồng kềnh và nặng nề, vì vậy trong thực tế, chúng vẫn được neo chặt ở một nơi. Việc giới thiệu thiết bị Porta-Color tương đối gọn và nhẹ của GE vào mùa xuân năm 1966 đã làm cho truyền hình màu xem được một đề xuất linh hoạt và thuận tiện hơn. Năm 1972, doanh thu của bộ màu cuối cùng đã vượt qua doanh thu của bộ trắng đen. Cũng trong năm 1972, sự lưu giữ cuối cùng giữa các chương trình mạng ban ngày chuyển đổi sang màu sắc, dẫn đến mùa mạng hoàn toàn màu đầu tiên.

Phát sóng màu ở châu Âu cũng không được chuẩn hóa theo định dạng PAL cho đến những năm 1960.

Vào giữa những năm 1970, các đài duy nhất phát sóng đen trắng là một số trạm UHF có số lượng cao ở các thị trường nhỏ và một số trạm phát lặp đi lặp lại điện năng thấp ở các thị trường thậm chí còn nhỏ hơn như các điểm nghỉ mát. Đến năm 1979, thậm chí những sản phẩm cuối cùng đã chuyển sang màu sắc và những bộ B & W đầu thập niên 80 đã bị đẩy vào các thị trường thích hợp, đáng chú ý là sử dụng năng lượng thấp, bộ máy xách tay nhỏ hoặc sử dụng làm màn hình video trong thiết bị tiêu dùng rẻ tiền. Vào cuối những năm 1980, ngay cả những khu vực này chuyển sang bộ màu.

Hệ thống phát hiện mắt của người trong võng mạc bao gồm chủ yếu là hai loại máy phát hiện ánh sáng, các tế bào que thu được ánh sáng, bóng tối và hình dạng / hình ảnh, và các tế bào hình nón phát hiện màu sắc. Một võng mạc điển hình có chứa 120 triệu thanh và 4,5 triệu đến 6 triệu tế bào hình nón, được chia thành ba nhóm nhạy cảm với ánh sáng đỏ, xanh lá cây và xanh da trời. Điều này có nghĩa là mắt có độ phân giải cao hơn nhiều về độ sáng, hoặc "độ sáng", hơn là màu sắc. Tuy nhiên, quá trình xử lý sau trong dây thần kinh thị giác và các phần khác của hệ thống hình ảnh của con người kết hợp thông tin từ thanh và hình nón để tạo lại hình ảnh có vẻ là một hình ảnh có độ phân giải cao.

Mắt có giới hạn băng thông cho phần còn lại của hệ thống thị giác, ước tính chỉ dưới 8 Mbit /s. Điều này thể hiện theo một số cách, nhưng quan trọng nhất trong việc sản xuất hình ảnh chuyển động là cách mà một loạt các ảnh tĩnh được hiển thị liên tục sẽ xuất hiện liên tục chuyển động trơn tru. Hình ảnh ảo này bắt đầu hoạt động ở khoảng 16 khung hình / giây và các hình ảnh chuyển động phổ biến sử dụng 24 khung hình / giây. Truyền hình, sử dụng điện từ lưới điện, điều chỉnh tốc độ của nó để tránh gây nhiễu cho dòng điện xen kẽ đang được cung cấp - ở Bắc Mỹ, một số quốc gia Trung và Nam Mỹ, Đài Loan, Hàn Quốc, một phần của Nhật Bản, Philippines và một số khác các quốc gia, đây là 60 trường video/giây phù hợp với công suất 60 Hz, trong khi ở hầu hết các quốc gia khác, nó là 50 trường/giây để phù hợp với công suất 50 Hz.

Các thí nghiệm trong các hệ thống truyền hình sử dụng chương trình phát sóng vô tuyến điện từ thế kỷ 19, nhưng cho tới thế kỷ 20 những tiến bộ về thiết bị điện tử và thiết bị phát hiện ánh sáng đã làm cho việc phát triển trở nên thực tiễn. Một vấn đề quan trọng là sự cần thiết phải chuyển đổi một hình ảnh 2D thành một tín hiệu radio "1D"; một số hình thức quét hình ảnh là cần thiết để làm cho công việc này. Các hệ thống ban đầu thường sử dụng một thiết bị được gọi là "đĩa Nipkow", một đĩa quay với một loạt các lỗ bị đục lỗ trong đó làm cho một điểm để quét qua và xuống hình ảnh. Một photodetector đơn đằng sau đĩa chiếm được độ sáng hình ảnh tại bất kỳ điểm nào, được chuyển đổi thành một tín hiệu vô tuyến và phát sóng. Một đĩa tương tự đã được sử dụng ở phía bên nhận, với một nguồn ánh sáng phía sau đĩa thay vì một máy dò.

Một số hệ thống như vậy đã được sử dụng thử nghiệm trong những năm 1920. Người nổi tiếng nhất là John Logie Baird, được sử dụng để phát sóng công cộng thường xuyên ở Anh trong nhiều năm. Thật vậy, hệ thống của Baird đã được chứng minh cho các thành viên của Royal Society ở London năm 1926 trong cái nhìn chung được công nhận là cuộc trình diễn đầu tiên của một hệ thống truyền hình thực sự làm việc. Mặc dù những thành công ban đầu này, tất cả các hệ thống truyền hình cơ học đều chia sẻ một số vấn đề nghiêm trọng. Được điều khiển bằng máy, sự đồng bộ hóa hoàn hảo của đĩa gửi và nhận không dễ đảm bảo, và những bất thường có thể dẫn đến sự biến dạng hình ảnh lớn. Một vấn đề nữa là hình ảnh được quét trong một vùng nhỏ, gần như hình chữ nhật trên bề mặt đĩa, do đó các màn hình hiển thị lớn hơn, độ phân giải cao hơn đòi hỏi đĩa ngày càng khổng lồ và các lỗ nhỏ hơn làm cho hình ảnh mờ dần. Các loại trống quay có gương nhỏ được thiết lập ở các góc độ lớn hơn đã chứng tỏ thực tế hơn so với các đĩa Nipkow để quét cơ học có độ phân giải cao, cho phép tạo ra hình ảnh 240 dòng và nhiều hơn nữa, nhưng các linh kiện quang học tinh tế và tinh tế như vậy không có ích về mặt thương mại cho các máy thu gia đình .

Rõ ràng với một số nhà phát triển rằng một hệ thống quét điện tử hoàn toàn sẽ cao hơn, và việc quét có thể đạt được trong ống chân không thông qua các phương tiện tĩnh điện hoặc từ tính. Chuyển đổi khái niệm này thành một hệ thống có thể sử dụng đã mất nhiều năm phát triển và một số tiến bộ độc lập. Hai bước tiến quan trọng là hệ thống quét điện tử Philo Farnsworth, và máy ảnh Iconoscope của Vladimir Zworykin. Các Iconoscope, dựa trên Kálmán Tihanyi của bằng sáng chế ban đầu, thay thế hệ thống Farnsworth. Với những hệ thống này, BBC đã bắt đầu phát sóng chương trình truyền hình đen trắng thường xuyên vào năm 1936, nhưng những chương trình này đã bị đóng lại với sự khởi đầu của Thế chiến II năm 1939. Trong thời gian này, hàng ngàn bộ phim đã được bán. Những người nhận được phát triển cho chương trình này, đặc biệt là những người từ Pye Ltd, đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của radar.

Đến 22 tháng 3 năm 1935, các chương trình truyền hình đen-trắng 108 đường đã được phát sóng từ máy phát sóng Paul Nipkow ở Berlin. Vào năm 1936, dưới sự chỉ đạo của "Bộ trưởng Công khai và Tuyên truyền" Joseph Goebbels, truyền trực tiếp từ mười lăm đơn vị di động tại Thế vận hội Olympic Berlin đã được chuyển đến các đài truyền hình nhỏ (Fernsehstuben) ở Berlin và Hamburg.

Năm 1941, các cuộc họp NTSC đầu tiên đã tạo ra một tiêu chuẩn duy nhất cho chương trình phát sóng của Mỹ. Các chương trình truyền hình của Hoa Kỳ bắt đầu một cách nghiêm túc trong thời hậu chiến ngay sau chiến tranh, và vào năm 1950 đã có 6 triệu máy truyền hình ở Hoa Kỳ.