Istnieje dość rozpowszechniony pogląd, że telewizja jest młodą dziedziną telekomunikacji, powstałą w zasadzie dopiero po zakończeniu ostatniej wojny światowej. Tymczasem prace nad telewizją, zwłaszcza nad podstawowymi elementami toru telewizyjnego, sięgają w niektórych przypadkach połowy XIX wieku. Szczególnie liczne były propozycje różnych rozwiązań zgłaszanych w końcowych latach XIX wieku i w pierwszych latach XX wieku. Powstało wówczas wiele koncepcji analizy i syntezy obrazu, które do wybierania obrazu, czyli kolejnego nadawania jego elementów i kolejnego ich odtwarzania w miejscu odbioru, wykorzystywały ruchome elementy mechaniczne. Wśród nich można wymienić profesjonalną tarczę Nipkova, tarczę soczewkową Jenkinsa, koło lustrzane Weillera oraz wiele innych propozycji. Były również propozycje polskie, np. w 1898 r. patent J. Szczepanika na tzw. teletroskop (z wybieraniem realizowanym za pomocą oscylografu lusterkowego) czy też patent M. Wolfkego (później fizyka światowej sławy), który w 1898 r. – jako uczeń gimnazjalny – patentuje cały system telewizji bezprzewodowej. Wolfke proponował wykorzystywanie fal elektromagnetycznych jako nośnika sygnałów telewizyjnych i tarcz Nipkova jako urządzeń wybierających oraz rury Geislera jako źródła modulowanego światła przy syntezie obrazu. Już wówczas istniała możliwość przetwarzania strumienia świetlnego pochodzącego od danego elementu obrazu na sygnał elektryczny (wynaleziono już bowiem próżniowe fotokomórki emisyjne). Można więc było w zasadzie zrealizować wszystkie podstawowe procesy techniki telewizyjnej, tzn. zarówno analizę obrazu, jak i jego syntezę (np. przy użyciu neonówek czy innych lamp jarzeniowych). Dopiero opracowanie lamp elektronowych, umożliwiających wzmacnianie sygnałów oraz rozwój elektroniki w okresie I wojny światowej spowodowały, że po jej zakończeniu nastąpił rozwój radiofonii.

Już w końcu lat dwudziestych XX wieku podjęto także próby realizacji procesów prymitywnej początkowo telewizji. Powstało wówczas wiele systemów telewizji 30-liniowej. Przy małej liczbie nadawanych obrazów wymagały one pasma częstotliwości o szerokości porównywalnej z pasmem stosowanym w radiofonii. W związku z tym takie sygnały telewizyjne mogły być i były nadawane przez niektóre średniofalowe stacje radiofoniczne (np. przez Moskwę czy Berlin). Można więc już mówić o pierwszych próbach realizacji telewizji. Jakość obrazu, jaką zapewniały systemy kilkudziesięcioliniowe, nie mogła oczywiście zadowalać odbiorców. Nowe możliwości otworzyły się w początkach lat trzydziestych, z chwilą opracowania pentod o znacznym nachyleniu charakterystyki statycznej (rzędu 4÷6 mA/V), które pozwalały wzmacniać sygnały szerokopasmowe. Także ogólny rozwój elektroniki w tym okresie umożliwił realizację niezbędnych procesów telewizyjnych.

W Polsce w nowo powstałym Państwowym Instytucie Telekomunikacyjnym w 1935 r. została powołana pierwsza naukowo-badawcza i techniczna komórka telewizyjna, przeznaczona do prowadzenia systematycznych badań nad telewizją. Kierunek ich był, oczywiście, uzależniony od stanu i wyników badań w tym zakresie na świecie, jak również od istniejących możliwości krajowych. Chociaż w tym okresie opracowano już w skali laboratoryjnej i częściowo nawet produkcyjnie lampy analizujące, takie jak ikonoskop Zworykina oraz dyssektor Farnswortha, to nie były one jednak w Polsce dostępne. Natomiast w zakresie reprodukcji obrazu w tym czasie opracowano i produkowano już lampy obrazowe o średnicach ekranu do 12 cali. Różniły się one koncepcyjnie od obecnie stosowanych w telewizji kineskopów elektrostatycznych skupianiem wiązki elektronów i jej odchylaniem. W tych warunkach można więc było prowadzić jedynie badania nad systemami mechaniczno-elektronowymi, w których wybieranie obrazu przy nadawaniu odbywało się za pomocą urządzeń mechanicznych, a reprodukcja odbieranego obrazu mogła następować na ekranie kineskopu. Do analizy obrazu przewidziano tarczę Nipkova (rys. 2.1) i próżniową fotokomórkę cezową. W celu uzyskania dostatecznego strumienia świetlnego padającego na fotokatodę fotokomórki, użyto potężnej lampy łukowej. Gdy na rynku pojawiły się fotopowielacze o dużym wzmocnieniu uzyskiwanym przez emisję wtórną, lampę łukową zastąpiono projekcyjną lampą żarową.

Rys. 2.1. Tarcza Nipkova w pierwszym modelu telewizora opracowanym
w roku 1925 r. w Wielkiej Brytanii przez Johna Logie Bairda

Przesyłanie sygnałów telewizyjnych

Transmisja sygnałów wizyjnych pomiędzy ich źródłem, a nadajnikiem odbywała się za pomocą kabli współosiowych o małej impedancji falowej. Problem stanowiło dopasowanie końcowego stopnia wzmacniacza wizyjnego do impedancji kabla, ponieważ nie znano wtórnika katodowego. Pierwsze nadawcze stacje telewizyjne uruchomiono w USA w roku 1928, w ZSRR w 1931 r., we Francji w 1932 r., w Niemczech w 1935 r. i w Wielkiej Brytanii w 1936 r.

W Polsce pierwsze próby odbioru sygnałów eksperymentalnej stacji telewizyjnej pracującej z prowizoryczną anteną podjęto w połowie 1938 r. Aparatura kinematograficzna tej stacji była opracowana przez Państwowy Instytut Telekomunikacyjny, natomiast nadajniki: wizyjny o mocy 1,1 kW, pracujący na częstotliwości 36,8 MHz i foniczny o mocy 0,5 kW, pracujący na częstotliwości 40 MHz, zbudowało Polskie Radio. Antenę nadawczą stacji zbudowano na znajdującym się na wysokości 60 m tarasie gmachu Prudentialu. Zasięg nadajnika wizyjnego wynosił ponad 20 km, a nadajnika fonicznego – około 30 km. Na początku 1939 roku stację wyposażono już we właściwą antenę i diplekser. Wybuch wojny przerwał dalsze prace nad telewizją w Polsce – wznowiono je w roku 1947. W okresie przedwojennym prace dotyczące telewizji w Europie i na świecie szły w kierunku rozwoju systemu całkowicie elektronowego, umożliwiającego zwiększenie liczby linii analizy. W latach 30. prowadzono również pierwsze próby telewizji kolorowej. Szybki rozwój telewizji nastąpił po II wojnie światowej. Dokonano normalizacji telewizji monochromatycznej. Eksploatowane standardy analogowe telewizji monochromatycznej mają wspólną cechę – wybieranie międzyliniowe. Różnią się natomiast liczbą linii wybierania obrazu, częstotliwością powtarzania pól obrazu, szerokością kanału emisyjnego, sposobem modulacji częstotliwości wizji i fonii oraz odległością pomiędzy tymi częstotliwościami. Wprowadzenie na szeroką skalę telewizji czarno białej (monochromatycznej) było pierwszym najtrudniejszym krokiem na drodze do wiernego przekazywania obrazów rzeczywistych na odległość. Jednocześnie następowało kolejne doskonalenie technologii elementów elektronicznych, co umożliwiało opracowywanie nowych koncepcji układowych źródeł sygnału telewizyjnego, układów nadawczych, odbiorczych itd.

Telewizja kolorowa
Uzyskany wzrost stabilności układów, niezawodności oraz miniaturyzacja elementów składowych umożliwiły praktyczną realizację systemów nadawczo-odbiorczych telewizji kolorowej. Umiejętność przesyłania informacji o kolorze nadawanej sceny jest dużym sukcesem technicznym. Korzyść jest dwojakiego rodzaju: zwiększa się liczba przesyłanych informacji użytecznych oraz uzyskuje się nowe, dodatkowe środki wyrazu artystycznego, działające w określony sposób na widza. Koncepcja telewizji kolorowej opiera się na wynikach badań właściwości oka ludzkiego, na tzw. trój bodźcowej teorii widzenia oraz na stwierdzeniu zmniejszonej zdolności rozdzielczej oka dla kolorów. Na tej zasadzie oparto syntezę obrazu kolorowego w odbiorniku telewizyjnym. Polega ona na dodawaniu w odbiorniku trzech składowych kolorowych obrazu: czerwonego, zielonego i niebieskiego, wytworzonych po stronie nadawczej w kamerze telewizyjnej za pomocą odpowiedniego rozdziału światła nadawanej sceny na te trzy składowe. Należało powziąć decyzję takiej transformacji trzech sygnałów podstawowych przed przesłaniem ich do nadajnika, aby został wytworzony jeden całkowity sygnał, spełniający normy telewizyjnego sygnału czarno białego, niosący ponadto dodatkowe informacje, umożliwiające odzyskanie w odbiorniku telewizji kolorowej trzech sygnałów kolorów podstawowych. Całkowity sygnał telewizji kolorowej zawiera nie tylko informacje o przestrzennym rozkładzie punktów (luminancji) obrazu, będące odpowiednikiem sygnału telewizji czarno białej, lecz również informacje o wszystkich cechach kolorymetrycznych obrazu (barwie i nasyceniu) – sygnał chrominancji. Transformacja trzech sygnałów kolorów podstawowych w jeden sygnał, zwana kodowaniem, została wprowadzona w pierwszym odpowiednim systemie telewizji kolorowej, opracowanym w Stanach Zjednoczonych Ameryki Północnej, zwanym systemem NTSC. System ten został zatwierdzony i wszedł w życie w roku 1953. Jednakże pewną przeszkodą w jego rozpowszechnieniu był dość znaczny koszt odbiornika telewizyjnego (trzy - czterokrotnie większy niż czarno białego) oraz niedostateczna jeszcze wówczas stabilność i niezawodność układów. Należy stwierdzić, że jakość tych urządzeń nie była najlepsza. W związku z tym sygnał telewizji kolorowej systemu NTSC ulegał dużym zniekształceniom, znacznie pogarszającym jakość obrazu kolorowego. Przy próbach wprowadzenia systemu NTSC w Europie napotkano te same trudności. Zaczęto więc prowadzić badania nad poszukiwaniem takiego systemu kodowania sygnału telewizji kolorowej, aby zniekształcenia występujące w torze przesyłowym miały jak najmniejszy wpływ na jakość odtwarzanego obrazu kolorowego. W efekcie został opracowany we Francji w roku 1956, przez H. de France’a, system SECAM, a w Niemieckiej Republice Federalnej w roku 1962 przez dr. W. Brucha, system PAL. Oba te systemy ulegały kolejnym modyfikacjom. Ich zasada jest całkowicie zgodna z założeniami systemu NTSC. Różnią się jedynie od niego i od siebie innym sposobem formowania i wykorzystywania sygnału chrominancji. Podczas międzynarodowej konferencji CCIR w Oslo w roku 1966 przy wyborze systemu telewizji kolorowej dla Europy – wbrew powszechnemu dążeniu do wyboru jednolitego światowego systemu telewizji kolorowej, upraszczającego problemy wymiany programów – nie doszło do porozumienia i nastąpił podział. Stąd część krajów przyjęła system SECAM, a część PAL. Po roku 1966 następuje szybki rozwój telewizji kolorowej. W Polsce prowadzono badania w tym zakresie w Instytucie Łączności. Pierwsze próbne emisje programów telewizji kolorowej rozpoczęto w Polsce w roku 1970, a emisję stałą w dniu 6.12.1971 r. Należy jednak podkreślić, że telewizja kolorowa jest tylko następnym etapem rozwoju po telewizji czarno białej, etapem przejściowym na drodze do wiernego przekazywania obrazu rzeczywistego w telewizji integralnej, tzn. kolorowej i przestrzennej.

Telewizja satelitarna
Trendy rozwojowe telewizji obejmowały nie tylko zagadnienia systemowe, lecz również problemy radiodyfuzji. Tradycyjne systemy radiodyfuzyjne, jak wiadomo, nie zapewniają pełnego pokrycia kraju programem telewizyjnym i radiofonicznym. Telewizja realizuje przekazywanie programów telewizyjnych za pośrednictwem nadajników umieszczonych na sztucznych satelitach Ziemi. Zasadniczą korzyścią, wynikającą z umieszczenia nadajnika telewizyjnego na pokładzie satelity, jest natychmiastowe 100-procentowe pokrycie obsługiwanego obszaru. Warunki odbioru sygnałów z satelity są, praktycznie biorąc, jednakowe w każdym punkcie tego obszaru, znacznie lepsze, niż podczas odbioru sygnałów emitowanych przez naziemne nadajniki telewizyjne. Początkowo satelity były wykorzystywane głównie do transmisji sygnałów telewizji analogowej. Sygnał wizyjny wraz z sygnałem fonicznym zmodulowanym częstotliwościowo modulują łącznie częstotliwość sygnału nośnego leżącą w zakresie SHF. Szerokość pasma sygnału zmodulowanego wynosi 27 MHz. Dzięki zastosowaniu modulacji częstotliwościowej ulega zmniejszeniu – w porównaniu z modulacją amplitudy stosowaną w systemach naziemnych – wartość stosunku mocy sygnału do mocy szumu na wejściu odbiornika, zapewniająca dobrą jakość obrazu i dźwięku. W praktyce oznacza to, że można stosować anteny odbiorcze o mniejszej średnicy. Zakres częstotliwości 10 700 GHz do 12 750 GHz jest natomiast wykorzystywany do cyfrowej radiodyfuzji satelitarnej. Opracowany plan rozdziału kanałów w tym zakresie zapewnia nie tylko wewnętrzną kompatybilność systemów radiodyfuzji satelitarnej, ale także eliminuje zakłócenia interferencyjne pochodzące od innych służb wykorzystujących ten sam zakres częstotliwości.

Telewizja kablowa
Najstarszymi i najprostszymi odbiorczymi systemami antenowymi były tzw. antenowe instalacje zbiorowe (AIZ) obsługujące kilkudziesięciu abonentów (zamieszkałych przeważnie w jednym budynku) lub abonentów zamieszkałych w kilku budynkach sąsiadujących ze sobą. Są to systemy jednokierunkowe rozprowadzające programy telewizyjne odbierane w danym rejonie oraz programy radiofoniczne fal długich, średnich, krótkich i ultrakrótkich. Dalszy etap rozwoju odbiorczych systemów antenowych stanowią wielkie antenowe instalacje zbiorowe (WAIZ) obsługujące tysiące abonentów i obejmujące duże osiedla mieszkaniowe, małe miasta i dzielnice wielkich miast. Są to również systemy jednokierunkowe, lecz charakteryzujące się szerszymi możliwościami niż AIZ. Zapewniają rozprowadzanie kilku programów telewizyjnych, w tym również programu telewizji satelitarnej oraz ewentualnie programu z lokalnego studia telewizyjnego, jak również kilku programów radiofonicznych. Podstawową cechą tych systemów jest szerokie pasmo częstotliwości, obejmujące wszystkie kanały telewizyjne zakresu fal metrowych, a więc łącznie ok. 250 MHz. Dalszym etapem rozwoju rozsyłu kablowego jest telewizja kablowa stanowiąca dwukierunkowe systemy transmisyjne. W systemach tych stosuje się szerokopasmową transmisję odbieranych sygnałów ze zwielokrotnieniem częstotliwościowym. Podstawową cechą tych systemów w porównaniu z wielkimi antenowymi instalacjami zbiorowymi jest ich dwukierunkowość, przy czym na obecnym etapie dopuszcza się również transmisję jednokierunkową sygnałów. Obecne systemy telewizji kablowej są systemami analogowymi, pracującymi ze zwielokrotnieniem częstotliwościowym sygnałów, natomiast systemy cyfrowe – mimo że zostały już znormalizowane – są ciągle jeszcze w fazie eksperymentów. Systemy telewizji kablowej przenoszą w kierunku do abonenta sygnały zawarte w paśmie częstotliwości 5 MHz do 862 MHz z wyłączeniem kanałów telewizyjnych 1, 2, 3, 4 i 5. Dolna częstotliwość graniczna pasma podstawowego zależy od szerokości pasma częstotliwości kanału zwrotnego, która jest określana przez operatora sieci, przy czym w danej sieci odstęp pomiędzy górną częstotliwością graniczną kanału zwrotnego, a dolną częstotliwością graniczną kanału podstawowego wynosi co najmniej 15 MHz. Do transmisji sygnałów usług multimedialnych jest wykorzystywany kanał zwrotny i wybrany (lub wybrane) kanał(y) pasma podstawowego.