テレビのしくみ

2006-11-26
テレビの背後にある技術を理解していますか?ピーターケイド/ゲッティイメージズ

テレビは確かに私たちの時代の最も影響力のある力の1つです。テレビまたはテレビと呼ばれるデバイスを介して、ニュース、スポーツ、エンターテインメント、情報、およびコマーシャルを受信することができます。平均的なアメリカ人は、「チューブ」に接着して1日2〜5時間を費やしています。

テレビを可能にする技術について疑問に思ったことはありますか?多くの場合無料で、数十または数百のフルモーションビデオのチャンネルがあなたの家に到着するのはどうしてですか?テレビはどのように信号をデコードして画像を生成しますか?新しいデジタルテレビ信号はどのように物事を変えるのでしょうか?テレビについて(または、さらに言えば、コンピューターのモニターについて)疑問に思ったことがある場合は、読み進めてください。この記事では、これらすべての質問などに回答します。開始するには、次のページを参照してください。

内容
  1. TVピクセルとあなたの脳
  2. テレビの動きとあなたの脳
  3. ブラウン管
  4. CRTの内部
  5. TVステアリングコイル
  6. テレビ蓄光物質
  7. 白黒テレビ信号
  8. テレビ画面のペイント
  9. コンポジットビデオ信号
  10. カラーテレビ画面
  11. カラーテレビ信号
  12. テレビ放送
  13. VCRとケーブル信号
  14. 衛星テレビ信号
  15. デジタルテレビ
  16. モニターとテレビ

TVピクセルとあなたの脳

あなたの脳についての簡単なメモから始めましょう。テレビを可能にするあなたの脳についての2つの驚くべきことがあります。これらの2つの事実を理解することにより、テレビがそのように設計されている理由についての洞察を得ることができます。

最初の原則は次のとおりです。静止画像を小さな色付きのドットのコレクションに分割すると、脳はドットを意味のある画像に再構成します。画像を理解するようにコンピュータをプログラムしようとした研究者なら誰でもわかるように、これは簡単なことではありません。これが実際に起こっていることを私たちが見ることができる唯一の方法は、次のように、私たちの脳がもはやそれらを組み立てることができないほど大きくドットを爆破することです:

コンピュータ画面のすぐ近くに座っているほとんどの人は、これが何の写真であるかを知ることができません-ドットが大きすぎて脳が処理できません。ただし、モニターから10〜15フィート離れたところに立つと、脳が画像内のドットを組み立てることができ、それが赤ちゃんの顔であることがはっきりとわかります。離れたところに立つことで、ドットは脳が認識可能な画像に統合するのに十分なほど小さくなります。

テレビとコンピューター画面(および新聞や雑誌の写真)はどちらも、人間の脳のこの小さな色のドットの融合機能に依存して、写真を数千の個別の要素に切り刻んでいます。テレビやコンピューターの画面では、ドットはピクセルと呼ばれます。コンピューターの画面の解像度は、800x600ピクセル、または1024x768ピクセルの場合があります。

テレビの動きとあなたの脳

1

テレビに関連する人間の脳の2番目の驚くべき機能は、これです。動くシーンを一連の静止画に分割し、静止画像をすばやく連続して表示すると、脳は静止画像を1つの動くシーンに再構成します。たとえば、サンプルビデオから次の4つのフレームを取り上げます。

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3
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これらの画像はそれぞれ、次の画像とは少し異なります。赤ちゃんの左足(見える足)を注意深く見ると、この4つのフレームで赤ちゃんが上昇していることがわかります。おもちゃもわずかに前進します。毎秒15以上の微妙に異なるフレームを組み合わせると、脳はそれらを動くシーンに統合します。1秒あたり15は、可能な最小値です。それより少ないと、ぎくしゃくしているように見えます。

このセクションの冒頭で提供されているMPEGファイルをダウンロードして見ると、これらのプロセスの両方が同時に機能していることがわかります。あなたの脳は、各画像のドットを融合して静止画像を形成し、次に別々の静止画像を融合して動くシーンにします。これらの2つの機能がなければ、私たちが知っているテレビは不可能です。

ブラウン管

使用中のいくつかのテレビ今日は、として知られているデバイスに依存している陰極線管、またはCRTその画像を表示します、。LCDプラズマディスプレイは他の一般的な技術です。何千もの普通の60ワットの電球でテレビ画面を作ることさえ可能です!フットボールの試合のような野外イベントでこのようなものを見たことがあるかもしれません。ただし、CRTから始めましょう。

アノードカソードという用語は、電子機器では正端子と負端子の同義語として使用されます。たとえば、バッテリーのプラス端子をアノード、マイナス端子をカソードと呼ぶことができます。

ブラウン管では、「陰極」は加熱されたフィラメントです(通常の電球のフィラメントとは異なります)。加熱されたフィラメントは、ガラスの「チューブ」内に作成された真空中にあります。「光線」は、加熱された陰極を自然に真空に放出する電子の流れです。

電子は負です。アノードは正であるため、カソードから流れ出る電子を引き付けます。テレビのブラウン管では、電子の流れは集束陽極によってタイトなビームに集束され、次に加速陽極によって加速されます。このタイトで高速な電子ビームは、チューブ内の真空を通過し、チューブのもう一方の端にあるフラットスクリーンに当たります。このスクリーンはリン光でコーティングされており、ビームが当たると光ります。

CRTの内部

図面からわかるように、基本的なブラウン管にはそれほど多くはありません。

カソードと1対(またはそれ以上)のアノードがあります。蓄光コーティングされたスクリーンがあります。チューブのスクリーン端に蓄積する電子を吸収するために、チューブの内側に導電性コーティングがあります。ただし、この図では、ビームを「操縦」する方法はわかりません。ビームは常に画面の中央にある小さな点に着地します。

そのため、テレビの内部を見ると、チューブがワイヤーのコイルで包まれていることがわかります。次のページでは、ステアリングコイルがよく見えます。

TVステアリングコイル

次の写真は、ステアリングコイルの典型的なセットの3つの異なるビューを示しています。

(スクリーン近くのチューブに引っ掛けられた大きな黒い電極に注意してください-それは導電性コーティングに内部的に接続されています。)

ステアリングコイルは単純な銅巻線です(コイルの詳細については、電磁石のしくみを参照してください)。これらのコイルは管内に磁場を作り出すことができ、電子ビームは磁場に反応します。コイルの1つのセットは、電子ビームを垂直方向に移動する磁場を作成し、別のセットは、ビームを水平方向に移動します。コイルの電圧を制御することにより、画面上の任意のポイントに電子ビームを配置できます。

テレビ蓄光物質

電界は、多数のゴースト目撃を引き起こす可能性があります。電界について学び、電界がゴーストとどのように関連しているかを調べます。

蛍光体は、放射線に曝されたときに、放出する任意の材料であり、可視光を。放射線は紫外線または電子ビームである可能性があります。蛍光色は実際にはリン光物質です。蛍光色は目に見えない紫外線を吸収し、特徴的な色で可視光を放出します。

CRTでは、リン光物質が画面の内側を覆います。電子ビームがリン光物質に当たると、画面が光ります。白黒の画面には、叩いたときに白く光るリン光物質が1つあります。カラースクリーンには、赤、緑、青の光を発するドットまたはストライプとして配置された3つのリン光物質があります。3つの異なる色を一緒に照らすための3つの電子ビームもあります。

配合されている何千もの異なるリン光物質があります。それらは、それらの発光色と、それらが励起された後の発光が続く時間の長さによって特徴付けられます。

白黒テレビ信号

白黒テレビでは、画面が白いリン光物質でコーティングされており、電子ビームがリン光物質を横切って一度に1行ずつ移動することにより、電子ビームが画像を画面に「ペイント」します。画面全体を「ペイント」するために、テレビ内の電子回路は磁気コイルを使用して、電子ビームを「ラスタースキャン」パターンで画面を横切って下に移動します。ビームは、画面全体に左から右に1本の線を描きます。次に、すばやく左側に戻り、わずかに下に移動して別の水平線を描画し、以下同様に画面を下に移動します。

この図では、青い線は電子ビームが画面上で左から右に「ペイント」している線を表し、赤い破線は左に戻って飛んでいるビームを表しています。ビームが一番下の線の右側に到達すると、図の緑色の線で示されているように、画面の左上隅に戻る必要があります。ビームが「ペイント」しているときはオンになっており、戻って飛んでいるときはオフになっているため、画面に跡が残りません。水平リトレースという用語は、各ラインの終わりで左に戻るビームを指すために使用され、垂直リトレースという用語は、下から上へのビームの動き指します。

ビームが各線を左から右にペイントすると、ビームの強度が変更され、画面全体に黒、灰色、白のさまざまな色合いが作成されます。線は非常に接近して配置されているため、脳はそれらを1つの画像に統合します。テレビ画面には通常、上から下に約480行が表示されます。次のセクションでは、テレビがこれらの線を画面に「ペイント」する方法を説明します。

テレビ画面のペイント

標準のテレビは、画面をペイントするときにインターレース技術を使用します。この手法では、画面は1秒間に60回ペイントされますが、フレームごとに線の半分だけがペイントされます。ビームは、画面を下に移動するときに1行おきにペイントします。たとえば、奇数行ごとにペイントします。次に、次に画面を下に移動すると、偶数の線が描画され、各パスで偶数の線と奇数の線が交互に表示されます。画面全体が2回のパスで、毎秒30回ペイントされます。インターレースの代替手段はプログレッシブスキャンと呼ばれ、画面上のすべての行を1秒間に60回描画します。ほとんどのコンピューターモニターは、ちらつきを大幅に減らすため、プログレッシブスキャンを使用します。

電子ビームは525本の線すべてを1秒間に30回ペイントするため、合計で1秒あたり15,750本の線をペイントします。(実際には、テレビの電源が入っているときに放出される非常に高い音としてこの周波数を聞くことができる人もいます。)

テレビ局がテレビに信号をブロードキャストしたい場合、またはVCRがテレビのビデオテープに映画を表示したい場合、テレビが正確に画像を描画できるように、信号はビームを制御する電子機器と噛み合う必要があります。テレビ局またはVCRが送信するもの。したがって、テレビ局またはVCRは、次の3つの異なる部分を含む既知の信号をテレビに送信します。

  • 各線をペイントするときのビームの強度情報
  • 各行の終わりでビームをいつ戻すかをテレビに伝える水平リトレース信号
  • 垂直リトレース信号を1秒間に60回送信して、ビームを右下から左上に移動します

では、この情報はどのようにしてテレビに送信されるのでしょうか。次のページを読んで調べてください。

コンポジットビデオ信号

典型的なコンポジットビデオ信号

これらの3つのコンポーネント(強度情報、水平リトレース信号、垂直リトレース信号)をすべて含む信号は、コンポジットビデオ信号と呼ばれます。VCRのコンポジットビデオ入力は通常、黄色のRCAジャックです。典型的なコンポジットビデオ信号の1行は、このページの画像のようになります。

水平リトレース信号は、ゼロボルトで5マイクロ秒(図では「us」と省略)のパルスです。テレビ内の電子機器はこれらのパルスを検出し、それらを使用してビームの水平リトレースをトリガーできます。ラインの実際の信号は、0.5ボルトから2.0ボルトの間で変化する波であり、0.5ボルトは黒を表し、2ボルトは白を表します。この信号は、電子ビームの強度回路を駆動します。白黒テレビでは、この信号は約3.5メガヘルツ(MHz)の帯域幅を消費する可能性がありますが、カラーセットでは制限は約3.0MHzです。

垂直リトレースパルスは水平リトレースパルスに似ていますが、長さは400〜500マイクロ秒です。垂直リトレースパルスは、テレビの水平リトレース回路の同期を維持するために、水平リトレースパルスと鋸歯状になっています。

カラーテレビ画面

カラーテレビ画面は、次の3つの点で白黒画面と異なります。

  • 画面上を同時に移動する3つの電子ビームがあります。それらは、赤、緑、青のビームと呼ばれます。
  • 画面は、白黒テレビのように1枚のリン光剤でコーティングされていません。代わりに、画面はドットまたはストライプに配置された赤、緑、青のリン光物質でコーティングされています。テレビやパソコンのモニターの電源を入れ、虫眼鏡で画面をよく見ると、点や縞模様が見えます。
  • リン光コーティングに非常に近いチューブの内側には、シャドウマスクと呼ばれる薄い金属スクリーンがあります。このマスクには、画面上のリン光物質のドット(またはストライプ)と整列する非常に小さな穴が開けられています。

カラーテレビが赤い点を作成する必要があるとき、それは赤いリン光物質で赤いビームを発射します。緑と青のドットについても同様です。白い点を作成するには、赤、緑、青のビームを同時に発射します。3つの色を混ぜ合わせて白を作成します。黒いドットを作成するには、ドットを通過してスキャンするときに3つのビームすべてをオフにします。テレビ画面の他のすべての色は、赤、緑、青の組み合わせです。

次のセクションでは、カラーTV信号について学習します。

カラーテレビ信号

カラーTV信号は、白黒信号のように見えます。余分のクロミナンス信号は、標準的な白黒信号に3.579545 MHzの正弦波を重畳して付加されます。水平同期パルスの直後に、3.579545MHzの正弦波の8サイクルがカラーバーストとして追加されます。

これらの8サイクルに続いて、クロミナンス信号の位相シフトが表示する色を示します。信号の振幅が飽和度を決定します。色と位相の関係は次のとおりです。

  • バースト= 0度
  • 黄色= 15度
  • 赤= 75度
  • マゼンタ= 135度
  • 青= 195度
  • シアン= 255度
  • 緑= 315度

白黒テレビは、クロミナンス信号をフィルターで除去して無視します。カラーテレビは信号からそれを選び出し、通常の強度信号とともにデコードして、3つのカラービームを変調する方法を決定します。

テレビ放送

コンポジットビデオ信号は適切な周波数に振幅変調され、次にサウンドは別の信号として周波数変調(+/- 25 KHz)されます。

これで、標準のコンポジットビデオ信号に精通しました。音については触れていないことに注意してください。VCRに黄色のコンポジットビデオジャックがある場合は、そのすぐ隣に個別のサウンドジャックがあることに気付いたと思います。アナログテレビでは、音声とビデオが完全に分離されています。

あなたはおそらくあなたのテレビに信号を取り込むための5つの異なる方法に精通しているでしょう:

  • アンテナを介して受信した放送番組
  • アンテナ端子に接続するVCRまたはDVDプレーヤー
  • アンテナ端子に接続するセットトップボックスに到着するケーブルテレビ
  • アンテナ端子に接続するセットトップボックスに到着する大型(6〜12フィート)衛星放送受信アンテナ
  • アンテナ端子に接続するセットトップボックスに到着する小型(1〜2フィート)の衛星放送受信アンテナ

最初の4つの信号は、前のセクションで説明したように、標準のNTSCアナログ波形を使用します。出発点として、通常の放送信号がどのようにあなたの家に到着するかを見てみましょう。

上記の一般的なTV信号には、4MHzの帯域幅が必要です。痕跡側波帯と呼ばれる音と小さなバッファスペースを追加するまでに、TV信号には6MHzの帯域幅が必要です。したがって、FCCは、TVチャネルに対応するために、無線スペクトルに3つの周波数帯域を割り当て、6MHzのスライスに分割しました。

  • チャネル2〜6の場合は54〜88 MHz
  • チャネル7〜13の場合は174〜216 MHz
  • UHFチャネル14〜83の場合は470〜890 MHz

前のセクションで説明した複合TV信号は、利用可能な任意のチャネルで家に放送できます。コンポジットビデオ信号は適切な周波数に振幅変調され、次にサウンドは別の信号として周波数変調(+/- 25 KHz)されます。

ビデオキャリアの左側には痕跡の下側波帯(0.75 MHz)があり、右側には完全な上側波帯(4 MHz)があります。音声信号は5.75MHzを中心としています。例として、チャネル2で送信されるプログラムのビデオキャリアは55.25 MHzで、サウンドキャリアは59.75MHzです。テレビのチューナーは、チャンネル2に調整されると、アンテナに送信された電波からコンポジットビデオ信号とサウンド信号を抽出します。

VCRとケーブル信号

VCRは、本質的には独自の小さなテレビ局です。ほとんどすべてのVCRの背面には、チャンネル3または4を選択できるスイッチがあります。ビデオテープには、コンポジットビデオ信号と個別のサウンド信号が含まれています。 VCRの内部には、ビデオ信号と音声信号をテープから取り出して、テレビからはチャンネル3または4の放送信号と同じように見える信号に変換する回路があります。

ケーブルテレビのケーブルには、ケーブルで送信される多数のチャネルが含まれています。ケーブルプロバイダーは、さまざまなケーブルTV番組をすべての通常の周波数に変調し、ケーブルを介して家に送信するだけです。そうすれば、テレビのチューナーが信号を受け入れ、ケーブルボックスは必要ありません。残念ながら、そのアプローチではケーブルサービスの盗難が非常に簡単になるため、信号はおかしな方法でエンコードされます。セットトップボックスはデコーダーです。その上でチャンネルを選択すると、正しい信号がデコードされ、VCRがチャンネル3または4でテレビに信号を送信するのと同じことを行います。

衛星テレビ信号

小皿衛星システム

大型衛星衛星アンテナは衛星によって地球に送信されているエンコードされていない信号またはエンコードされた信号をピックします。まず、皿を特定の衛星に向け、次に送信している特定のチャネルを選択します。セットトップボックスは信号を受信し、必要に応じてデコードしてから、チャネル3または4に送信します。

小皿衛星システムはデジタルです。テレビ番組はMPEG-2形式でエンコードされ、地球に送信されます。セットトップボックスは、MPEG-2をデコードするために多くの作業を行い、それを標準のアナログTV信号に変換して、チャンネル3または4でテレビに送信します。詳細については、衛星テレビの仕組みを参照してください。

デジタルテレビ

ソニーウェガ42 "XBRプラズマテレビ、HDTVチューナー内蔵

最新の話題は、DTVまたはHDTV(高解像度テレビ)としても知られるデジタルテレビです。DTVは衛星システムと同じようにMPEG-2エンコーディングを使用しますが、デジタルTVではさまざまな新しい大画面フォーマットが可能です。

形式は次のとおりです。

  • 480p -640x480ピクセルプログレッシブ
  • 720p -1280x720ピクセルプログレッシブ
  • 1080i -1920x1080ピクセルのインターレース
  • 1080p -1920x1080ピクセルプログレッシブ

デジタルテレビはそれだけでコンピュータのモニタのようなMPEG-2信号とディスプレイをデコードし、それを信じられないほどの解像度と安定性を与え、ありません。また、デジタル信号をデコードしてアナログに変換し、通常のテレビに表示できるセットトップボックスも幅広く用意されています。詳細については、デジタルテレビの仕組みをご覧ください。

モニターとテレビ

お使いのコンピュータには、おそらくテレビによく似ているが、より小さく、より多くのピクセルがあり、より鮮明なディスプレイを備えた「VGAモニター」が搭載されています。モニターのCRTと電子機器は、テレビで必要とされるよりもはるかに正確です。コンピューターモニターには、より高い解像度が必要です。さらに、VGAモニターのプラグはコンポジット信号を受け入れていません。VGAプラグはすべての信号を分離するため、モニターでより正確に解釈できます。典型的なVGAピン配置は次のとおりです。

  • ピン1-赤いビデオ
  • ピン2-緑色のビデオ
  • ピン3-青いビデオ
  • ピン4-アース
  • ピン5-セルフテスト
  • ピン6-赤いアース
  • ピン7-緑のアース
  • ピン8-青い地面
  • ピン9-ピンなし
  • ピン10-デジタルグランド
  • ピン11-予約済み
  • ピン12-予約済み
  • ピン13-水平同期
  • ピン14-垂直同期
  • ピン15-予約済み

この表は、3つのビームの信号と、水平同期信号と垂直同期信号の両方がすべて別々に送信されることを示しています。詳細については、コンピューターモニターのしくみを参照してください。

テレビ、ディスプレイタイプ、および関連トピックの詳細については、次のページのリンクを確認してください。

テレビFAQ

テレビを買うのに一番安い場所はどこですか?
WalmartとBestBuyは、最も多くのTV取引を投稿しているようで、どちらの小売業者も素晴らしい値下げを提供していることで知られています。アマゾンはまた、あなたが欲しいものをすでに知っていて、ディスプレイ上のテレビをチェックするために店内訪問をスキップすることをいとわないなら、いくつかの取引を獲得するのに最適な場所です。
2021年に購入するのに最適なテレビは何ですか?
すべてのテレビには長所と短所があります。最高のテレビでさえ、少なくとも1つの欠点があります。それは、最先端の技術に支払う可能性のある高額な価格です。ただし、現在最高のテレビには、VizioMシリーズQuantumとSonyのBraviaX900Hシリーズが含まれています。OLED(有機発光ダイオード)ディスプレイはあまり一般的ではなく、非常に高価ですが、贅沢をしたい場合は、LG OLEDCXシリーズとSamsungQ900TSをチェックしてください。
テレビを買うのに一番安い時期はいつですか。
ブラックフライデー、または米国での感謝祭に続く金曜日は、テレビで最も深い割引のいくつかを提供します。しかし、取引を獲得するのに2番目に良い時期は、スーパーボウルに至るまでの数週間です。スーパーボウルは常に2月の第1日曜日に行われます。

多くの詳細情報

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