Od Eidophoru k LED stěně #1: Obraz pro tisíce lidí – ještě před koncertním videem

Než existoval I-Mag, LED procesor nebo media server, bylo potřeba vyřešit mnohem základnější problém: jak udělat elektronický obraz dost jasný a dost velký, aby jej mohly sledovat stovky nebo tisíce lidí současně.

Dnešní LED kabinet unesou dva technici. Jeden z jeho technologických předků vážil stovky kilogramů, pracoval ve vakuu, používal elektronový paprsek, rotující vrstvu oleje a kilowattový světelný zdroj. Přesto řešil stejný problém jako dnešní festivalové video: jak dostat elektronický obraz před velké publikum.

Toto je první díl seriálu Od Eidophoru k LED stěně. Budeme sledovat velkoplošné video od projekční televize přes stadionový I-Mag, CRT videowally a první obří obrazovky až po modulární LED, media servery, síťové video a realtime grafiku.

Obsah série

1. Obraz pro tisíce lidí: ještě před koncertním videem – projekční televize a Eidophor
2. Když divák vzadu přestal vidět kapelu – vznik koncertního I-Magu
3. Obraz už nemusíme promítat – Diamond Vision, JumboTron a 80. léta
4. Když obraz přestal jen ukazovat interpreta – videowally a obrazová scénografie
5. Zoo TV: koncert se mění v televizní stanici – video jako jazyk show
6. LED přichází na scénu – RGB, DIP a pixel pitch
7. PopMart: obrazovka se stává architekturou – LED jako scénografický materiál
8. Notebook přichází do režie – digitální playback, VJ a media servery
9. LED stěna se stává stavebnicí – procesory, receiving cards a mapping
10. Obraz dnes: kde končí video operátor? – IP, realtime, tracking, XR a virtual production

Nejdřív nebyl problém přenést obraz. Problém byl ho zvětšit.

Televize první poloviny 20. století vytvářela obraz přímo na katodové trubici. Elektronový paprsek dopadal na luminofor a ten světélkoval. Pro domácí přijímač elegantní řešení; pro sál se stovkami lidí podstatně horší.

Zvětšit CRT totiž není totéž jako zvětšit plátno projektoru. Větší vakuová baňka je konstrukčně komplikovaná a především nebylo jednoduché získat světelný výkon potřebný pro televizní obraz velikosti kina.

Rodí se proto zásadní myšlenka:

obrazový signál
→ řídí optický modulátor
→ modulátor ovládá světlo ze silné lampy
→ optika vytvoří velký obraz

Elektronika nemusí celé plátno sama rozsvítit. Stačí, když bude řídit mnohem silnější externí světlo.

Ještě před Eidophorem: Scophony

Ve 30. letech existoval britský systém Scophony. Dnešníma očima působí téměř neuvěřitelně mechanicky: používal silný světelný zdroj, akustooptickou modulaci a mechanické skenování pomocí pohybujících se optických prvků.

S technologií se experimentovalo i pro projekční televizi v kinech. Druhá světová válka další civilní rozvoj přerušila.

Pro náš příběh je Scophony důležité hlavně jako důkaz, že potřeba „televize pro velké publikum“ existovala dávno před rockovými stadiony.

Rok 1939: Fritz Fischer hledá jinou cestu

Na ETH Zürich vedl profesor Fritz Fischer Institut technické fyziky. Dne 8. listopadu 1939 podal patentovou přihlášku obsahující základní prvky budoucího systému Eidophor.

Jeho problém byl prostý: klasická televizní obrazovka nebyla dost jasná pro obraz velikosti filmového plátna.

Fischer proto oddělil:

• obrazovou informaci, kterou zapisoval elektronový paprsek,
• světelný výkon, který dodávala samostatná silná lampa.

Název Eidophor vychází z řeckých kořenů a znamená přibližně „nosič obrazu“. První funkční prototyp byl uveden do provozu na konci roku 1943.

K obchodně použitelnému stroji však zbývala dlouhá cesta.

Jak může televizní projektor používat olej?

Srdcem Eidophoru nebyla obrazovka, ale zrcadlo

Zjednodušeně měl Eidophor dvě části:

elektronická část
→ vytváří obrazovou informaci

optická část
→ dodává silné světlo a promítá obraz

Elektronový paprsek procházel obraz po řádcích podobně jako u CRT. Nedopadal však na luminofor. Zapisoval elektrický náboj do tenké vrstvy vodivého oleje na rotujícím zrcadle.

Náboj vytvářel na olejovém filmu nepatrné deformace – mikroskopický reliéf odpovídající videosignálu.

Silná lampa posílala světlo na tento povrch. Deformace měnily směr odraženého světla a schlieren optika dovolila převést tyto drobné odchylky na světlá a tmavá místa výsledného obrazu.

Elektronový paprsek tedy nemusel vyrobit světlo pro celé plátno. Pouze moduloval mnohem silnější světelný tok.

Velmi zjednodušeně:

hladký olej
→ světlo je optickou soustavou potlačeno
→ tmavá část obrazu

zdeformovaný olej
→ světlo se odchýlí
→ projde projekční cestou
→ světlá část obrazu

Je to historický příklad light valve, světelného ventilu: obrazová informace řídí externí zdroj světla.

Proč vývoj trval skoro dvacet let

Princip byl elegantní. Realizace nikoli.

Vývojáři museli vyřešit vhodné vlastnosti oleje, jeho vodivost a stabilitu, vakuum, chlazení i obrovské množství vznikajícího tepla. Historie ETH připomíná kuriózní detail: zatímco první prototyp byl relativně kompaktní, druhá experimentální sestava zabrala dvě podlaží fyzikální budovy. Velké provedení umožňovalo dostat se k jednotlivým částem a problémy postupně odstraňovat.

Po Fischerově smrti v roce 1947 pokračoval tým kolem Huga Thiemanna. Projekt se později přesunul z ETH do společnosti Dr. Edgar Gretener AG, z níž vznikla Gretag.

Teprve na konci 50. let se z experimentu stal prakticky použitelný výrobek.

Od patentu k produktu tedy uplynulo téměř dvacet let.

Původní sen nebyl festival. Bylo to kino s živou televizí.

Ve 40. a 50. letech existovala fascinující představa: theatre television.

Co kdyby divák přišel do kina a místo filmu sledoval živý elektronický přenos? Sport, koncert, divadlo nebo společenskou událost by nebylo nutné distribuovat na filmovém pásu. Obraz by dorazil elektronicky a Eidophor by jej zvětšil na filmové plátno.

O technologii se vážně zajímala 20th Century-Fox. V USA probíhaly demonstrace a v dubnu 1958 byl v Cinema Rex v Zürichu předveden komerčně připravený Eidophor při projekci televizního vysílání.

Představa masově vybavených kin se nakonec standardem nestala. Eidophor ale našel místa, kde byl velký živý obraz natolik cenný, že složitost a cena nebyly rozhodující:

• vojenské a letecké simulátory,
• univerzity a posluchárny,
• řídicí centra,
• průmyslové prezentace,
• kosmický program,
• velké sportovní a společenské události.

A tady se jeho příběh začíná přibližovat dnešnímu live event videu.

Apollo: obraz jako součást řízení mise

Za slavnými obrazovkami Mission Control byla „Bat Cave“

Fotografie řídicího střediska programu Apollo zná téměř každý technik: řady konzolí, lidé se sluchátky a přes přední stěnu velké souhrnné obrazovky.

Méně známé je, co bylo za nimi.

NASA označuje prostor za hlavními projekčními plochami jako Summary Display Projection Room. Přezdívalo se mu Bat Cave. Právě tam byla zařízení, která vytvářela velkoformátový obraz pro letové kontrolory.

Nešlo přitom o jeden dnešní „videovýstup“. Celý display systém kombinoval různé technologie. Mechanické projektory zobrazovaly grafiku, čísla a časové údaje; pro živý videoobraz sloužily tři projektory Eidophor. Obraz se přes velká zrcadla promítal zezadu na hlavní plochy řídicí místnosti.

To je z pohledu dnešního AV technika překvapivě moderní systémová myšlenka:

různé zdroje dat a obrazu
→ různé zobrazovací technologie
→ centrální velká informační plocha
→ operátor vidí jen výsledný obraz

Za „displejem“ se skrývala celá technická infrastruktura.

A přesně totéž platí na dnešní akci. Návštěvník vidí LED stěnu. Nevidí media server, procesor, optické převodníky, routing, síť, kamery, zálohu ani člověka, který to celé hlídá.

Proč byl Eidophor pro NASA zajímavý

Mission Control potřebovalo zobrazovat obraz ve velikosti, kterou mohla sledovat celá místnost současně. Běžný televizní monitor tuto roli nesplnil.

NASA ve své dokumentaci popisuje Eidophor jako hlavní technologii používanou k převodu video feedů na velké obrazovky Mission Operations Control Room. Stejný princip se používal i v simulátorech, kde mohl velký projekční obraz vytvářet vizuální prostředí pro výcvik.

Tady se objevuje další důležitý moment historie live videa:

Velkoplošný obraz přestává být pouhou atrakcí. Stává se provozním nástrojem.

V řídicím středisku nebyl obraz dekorace. Lidé podle něj pracovali.

Stejný posun později nastane na velkých akcích. Obraz nejprve pomůže publiku něco vidět. Potom začne nést informace. Nakonec se stane součástí samotné show.

Jak velký vlastně Eidophor byl?

Jeden z dochovaných modelů Gretag EP 21 zhruba z roku 1962, uložený ve Science Museum Group, měří přibližně 1,92 × 1,14 × 0,66 metru a váží 358 kilogramů. Používal 2,5kW xenonový světelný zdroj.

To je dobré měřítko technologického rozdílu.

Dnes může být několik set kilogramů celá menší LED stěna včetně konstrukce. Tehdy podobnou hmotnost představoval jediný projektor – a stále potřeboval projekční plochu, odpovídající vzdálenost, napájení, chlazení a pečlivé seřízení.

Navíc nešlo o zařízení typu:

zapoj HDMI
→ vyber 1920 × 1080
→ hotovo

Operátor Eidophoru pracoval s vakuovým systémem, optickou cestou, světelným zdrojem, olejovým filmem a elektronikou, jejíž stabilita přímo ovlivňovala výsledný obraz.

Velkoplošné video bylo od počátku disciplínou na pomezí několika oborů.

Černobílý obraz nestačil

Jak dostat do Eidophoru barvu

Princip s jedním modulátorem přirozeně vytvářel monochromatický obraz. Barevné systémy proto potřebovaly další řešení.

Jednou z cest byla field-sequential color: jednotlivé barevné složky se zobrazovaly postupně a synchronizovaly se s barevným filtrem. Pozdější profesionální systémy používaly více optických kanálů pro červenou, zelenou a modrou.

A tím se dostáváme k problému, který známe i z moderní projekce a LED:

R + G + B
→ musí geometricky i časově sedět
→ jinak nevznikne správný barevný obraz

Dnešní LED modul má RGB subpixely několik milimetrů od sebe a jejich souběh řeší elektronika panelu. U starších projekčních systémů bylo potřeba sladit samostatné optické cesty.

Když se v dalších desetiletích na velkých koncertech používalo několik projektorů k vytvoření jednoho obrazu, přibyl další problém: sesadit více velkých projekcí tak, aby je divák vnímal jako jedinou plochu.

Dnešní edge blending, warp a pixel mapping mají své historické předchůdce v době, kdy se podobné problémy řešily podstatně více opticky a mechanicky.

Proč se o Eidophoru bavíme v seriálu o festivalech?

Protože bez této technologické větve by nevznikl způsob uvažování, který později umožnil koncertní I-Mag.

Eidophor ukázal, že lze:

1. vzít živý elektronický obraz,
2. zesílit jeho vizuální dopad pomocí samostatného světelného systému,
3. zobrazit jej ve velikosti vhodné pro masové publikum,
4. provozovat celý systém jako profesionální technickou službu.

To je v zásadě definice toho, co velkoplošné video na akcích dělá dodnes.

Technologie se dramaticky změnila. Úkol nikoli.

A potom přišly stadiony

V 60. a hlavně 70. letech rostla velikost koncertů. Rocková produkce se přesouvala do hal, arén a na stadiony.

Ozvučení postupně dokázalo dostat interpreta k desítkám tisíc posluchačů.

Jenže lidské oko žádný line-array nemá.

Člověk sedící desítky nebo stovky metrů od pódia sice kapelu slyšel, ale interpreta viděl jako malou postavu.

A tady se profesionální velkoplošná projekce setká s koncertním průmyslem.

Už nejde o „theatre television“. Nejde o Mission Control.

Nová otázka zní:

Co kdyby kamera zabrala zpěváka a my jeho obraz v reálném čase zvětšili pro lidi vzadu?

Vzniká Image Magnification – I-Mag.

To bude téma druhého dílu.

Co si z Eidophoru nese dnešní video operátor

Na první pohled nemá olejový projektor z roku 1943 s moderní LED stěnou mnoho společného. Při bližším pohledu je kontinuita překvapivě silná.

1. Zdroj obrazu a zobrazovač jsou dvě různé věci

Eidophor oddělil obrazovou informaci od světelného výkonu.

Dnes podobně oddělujeme:

content / kamera
→ playback nebo režie
→ transport
→ procesing
→ zobrazovací technologie

Soubor v media serveru není LED stěna stejně jako elektronový paprsek nebyl světlem Eidophoru.

2. Jas je stejně důležitý jako rozlišení

Moderní technik snadno sklouzne k debatě o pixelech. U velkoplošného obrazu ale vždy rozhodovalo také okolní světlo, pozorovací vzdálenost, kontrast a velikost plochy.

Obraz s fantastickým rozlišením, který publikum za denního světla nevidí, svůj úkol nesplnil.

3. Velký obraz je systém, ne jedna krabice

Eidophor potřeboval zdroj signálu, optiku, lampu, vakuum, chlazení, projekční plochu a obsluhu.

Moderní LED potřebuje obsah, výstup, procesor, sending systém, receiving cards, napájení, datovou infrastrukturu, konstrukci a obsluhu.

Technologie je jiná. Systémové myšlení zůstává.

4. Obsluha byla od začátku specializovaná práce

Čím větší a důležitější obraz, tím méně je přijatelné spoléhat na improvizaci.

To platilo pro řídicí středisko NASA a bude to platit i pro koncertní video 70. let, kterému se budeme věnovat příště.

Malý slovník prvního dílu

CRT (Cathode-Ray Tube)
Katodová trubice. Elektronový paprsek vytváří obraz na luminoforu.

Light valve
Princip, při kterém obrazový signál moduluje silný externí světelný zdroj namísto přímého vytváření výsledného světla.

Eidophor
Švýcarský velkoplošný televizní projekční systém založený na elektronovým paprskem deformované olejové vrstvě a schlieren optice.

Schlieren optika
Optická metoda využívající malé změny směru světla. V Eidophoru umožňovala převést deformace olejového filmu na změny jasu obrazu.

Field-sequential color
Způsob barevného zobrazení, při němž jsou barevné složky prezentovány postupně v rychlém sledu.

Rear projection
Zadní projekce. Projektor je za projekční plochou a divák sleduje obraz z opačné strany.

I-Mag (Image Magnification)
Živý kamerový obraz zvětšující dění na pódiu pro vzdálené publikum. Podrobně v příštím dílu.

Časová osa

Zdroje a další čtení

• ETH Zürich – historie Eidophoru a vývoje na ETH: https://ethistory.ethz.ch/besichtigungen/objekte/eidophor/popupfriendly/
• ETH Zürich, Department of Physics – Watch those men on the moon: https://www.phys.ethz.ch/news-and-events/d-phys-news/2019/07/watch-the-men-on-the-moon.html
• NASA – Apollo Mission Control Center Restoration: https://www.nasa.gov/johnson/history/apollo-mcc-restoration/
• NASA – Building on a Mission: The Houston Mission Control Center: https://www.nasa.gov/history/building-on-a-mission-the-houston-mission-control-center/
• NASA Technical Reports Server – historické materiály k velkoplošným zobrazovacím systémům: https://ntrs.nasa.gov/
• Society for Information Display – historie projekčních technologií a oil-film light-valve systémů: https://archive.informationdisplay.org/
• Science Museum Group Collection – dochovaný Gretag Eidophor Type EP21: https://collection.sciencemuseumgroup.org.uk/objects/co8356532/gretag-eidophor-type-ep21-television-projector-eidophor-television-projector

Příště: když divák vzadu přestal vidět kapelu

Eidophor vznikl proto, aby televizní obraz mohl být velký.

Koncertní průmysl mu dal nový úkol.

V dalším dílu se přesuneme do 60. a 70. let, kdy se koncerty nafoukly do rozměrů arén a stadionů. Podíváme se na vznik I-Magu, první velké koncertní kamerové systémy, Showco, obří projekční plochy a na dobu, kdy jeden živý detail zpěváka vyžadoval techniku, která by dnes zaplnila podstatnou část nákladního auta.

A právě tam začíná historie video operátora tak, jak jeho práci známe z dnešních festivalů.