التلفاز الملون المتوافق - Compatible color television

يمثل التلفاز الملون المتوافق التكنولوجيا الإلكترونية في ذروة إنجازها حيث يوازن بعناية بين احتياجات الإدراك البشري والحاجة إلى الكفاءة التكنولوجية، كما يتطلب إرسال الصور الملونة إضافة معلومات إضافية إلى إشارة التلفاز أحادية اللون الأساسية.

ما هو التلفاز الملون المتوافق – Compatible color television؟

التلفاز الملون (color television): هو تقنية إرسال تلفازي تحتوي على معلومات عن لون الصورة، لذلك يمكن عرض صورة الفيديو بالألوان على جهاز التلفاز حيث يعتبر تطويراً على أقدم تقنيات التلفاز أحادي اللون أو التلفاز الأبيض والأسود حيث يتم عرض الصورة بظلال من الرمادي أي تدرج الرمادي.

تمت تطوير محطات وشبكات البث التلفزيوني في معظم أنحاء العالم من الأسود والأبيض إلى الإرسال الملون في الستينيات إلى الثمانينيات حيث يُعد اختراع معايير التلفاز الملون جزءاً مهماً من تاريخ التلفاز حيث يجب أن تكون هذه الإشارة اللونية الأكثر تعقيداً أي متوافقة مع التلفاز الأبيض والأسود، وحتى تتمكن جميع الأجهزة من التقاط وعرض نفس الإرسال، كان تصميم أنظمة الألوان المتوافقة الذي تم إنجازه في الخمسينيات أعجوبة الهندسة الكهربائية، وحقيقة أن المعايير المختارة في ذلك الوقت لا تزال قيد الاستخدام تشهد على مدى جودة تصميمها.

تاريخ نشأة التلفاز الملون:

تم تصميم أول نظام ألوان متوافق في عام 1950م من قبل المهندسين في (Radio Corporation of America – RCA) وتم قبوله في عام 1952م من قبل اللجنة الوطنية لأنظمة التلفاز (NTSC) كمعيار للبث التلفازي في الولايات المتحدة حيث شكلت أساسيات نظام (NTSC) أساس جميع أنظمة التلفاز الملون، نظامان أوروبيان متنافسان خط تبديل الطور (PAL ) و(SECAM – system electronic couleur avec memoire)، عبارة عن تعديلات على نظام (NTSC) التي لها تطبيق خاص على الظروف الأوروبية.

تم تبني أحد هذه الأنظمة الثلاثة من قبل جميع دول العالم حيث تمت مناقشة كل ذلك في هذا القسم، مع استخدام نظام (NTSC) الأمريكي لوصف المبادئ الأساسية للتلفزيون الملون.

تم تطوير أول نظام ألوان بواسطة (John Logie Baird) في عام 1928م واستخدم تقنيات ميكانيكية، وفي أوائل الأربعينيات من القرن الماضي كانت شبكة سي بي إس رائدة في نظام ينقل صورة في كل من الألوان الأساسية الثلاثة بالتتابع حيث تدور عجلة بأجزاء من الأحمر والأخضر والأزرق أمام الكاميرا، بينما تدور عجلة مماثلة أمام شاشة التلفاز، ومتزامنة مع تلك الموجودة في الكاميرا.

كان النظام بسيطًا وأنتج صوراً ممتازة، وعلى الرغم من وجود العديد من العيوب بما في ذلك الدقة المنخفضة والوميض والأكثر أهمية، إلّا أنّه لم يكن متوافقاً مع البث الحالي بالأبيض والأسود.

المبادئ الأساسية للألوان المتوافقة في نظام NTSC:

تستخدم تقنية التلفاز الملون المتوافق عمليتي إرسال حيث يحمل أحدهما معلومات حول سطوع أو نصوع المشهد المتلفز والآخر يحمل معلومات اللون أو التلون، ونظراً لأنّ قدرة العين البشرية على إدراك التفاصيل تكون أكثر حدة عند عرض الضوء الأبيض، فناقل الإنارة يحمل انطباعاً بالتفاصيل الدقيقة.

ونظراً لأنّه يستخدم طرقاً مماثلة بشكل أساسي لنظام التلفاز أحادي اللون، يمكن التقاطه بواسطة أجهزة الاستقبال بالأبيض والأسود ولا يؤثر الإرسال اللوني بشكل ملموس على أجهزة الاستقبال بالأبيض والأسود، ومع ذلك عند استخدامه مع إرسال النصوع في مُستقبل ألوان فإنّه ينتج صورة بالألوان الكاملة.

تاريخياً، كان التوافق ذا أهمية كبيرة لأنّه سمح بإدخال عمليات نقل الألوان دون تقادم الملايين من أجهزة الاستقبال أحادية اللون المستخدم حيث تعد طريقة النصوع واللون لنقل اللون مفيدة لأنّها تستخدم القنوات المحدودة للطيف الراديوي بشكل أكثر كفاءة من طرق نقل الألوان الأخرى.

لإنشاء قيم النصوع واللون، فمن الضروري أولاً تحليل كل لون في المشهد إلى مكونه الألوان الأساسية حيث يمكن تحليل الضوء بهذه الطريقة عن طريق تمريره عبر ثلاثة مرشحات ملونة، وعادةً ما تكون حمراء وخضراء وزرقاء وكميات الضوء التي تمر عبر كل مرشح بالإضافة إلى وصف لخصائص انتقال اللون للفلاتر حيث تعمل بشكل فريد لتمييز الضوء الملون.

أنّ مجموعة الألوان الكاملة تقريباً يمكن تصنيعها من ثلاثة ألوان أساسية فقط هي في الأساس وصف للعملية التي من خلالها تعرف عين وعقل المراقب على الألوان وتميزها، مثل المثابرة البصرية  التي هي أساس إعادة إنتاج الحركة في التلفاز، فهذه خاصية محظوظة للرؤية لأنّها تسمح بمواصفات بسيطة من ثلاثة أجزاء لتمثيل أي من (10000) أو أكثر من الألوان والسطوع التي يمكن أن تميزها العين البشرية، وإذا كانت الرؤية تعتمد على علاقة الطاقة مقابل الطول الموجي أي الطريقة الفيزيائية لتحديد اللون، فمن المشكوك فيه أنّه يمكن دمج إعادة إنتاج الألوان في أي نظام اتصال جماعي.

كميات تحديد الضوء الملون:

من خلال تحويل قيم اللون الأساسي، فمن الممكن تحديد أي ضوء ملون بثلاث كميات هي:

• النصوع أي السطوع أو التألق.

• خاصية الهوى للألوان أي احمرار الضوء أو البرتقالي أو الزرقة أو الاخضرار.

• التشبع أي جودة حية مقابل جودة الباستيل.

ونظراً لأنّ قيمة النصوع المقصودة لكل نقطة في نمط المسح يتم نقلها بواسطة طرق التلفاز أحادي اللون، فمن الضروري فقط إرسال معلومات تكميلية عبر إشارة ثنائية القيمة إضافية لإعطاء درجة اللون وتشبع اللون المقصود عند نقاط اللوني، الذي يُعرَّف بأنّه ذلك الجزء من مواصفات اللون المتبقي عند إزالة النصوع، وهو مزيج من الكميتين المستقلتين الصبغة والتشبع حيث يمكن تمثيل التلون بيانياً في الإحداثيات القطبية على دائرة اللون مع التشبع مثل نصف القطر وتدرج اللون كزاوية.

يتم ترتيب الأشكال عكس اتجاه عقارب الساعة حول الدائرة كما تظهر في الطيف، من الأحمر إلى الأزرق حيث يمثل مركز الدائرة الضوء الأبيض أي لون صفر تشبع، وتمثل الحافة الخارجية أقصى قدر من التشبع حيث تمثل النقاط الموجودة على أي نصف قطر من الدائرة جميع الألوان من نفس اللون، ويصبح التشبع أقل أي يصبح اللون أقل حيوية أو أكثر باستيلاً مع اقتراب النقطة من النقطة البيضاء المركزية.

تطوير التلفاز الملون:

احتوت براءة اختراع ألمانية عام 1904م على أقدم اقتراح مسجل لنظام التلفاز الملون، ففي عام 1925م قدم (Zworykin) كشف براءة اختراع لنظام تلفاز ملون إلكتروني بالكامل حيث لم يكن كلا النظامين ناجحين، وبدأ نظام تلفزيوني ملون ناجح البث التجاري الذي سمح به لأول مرة من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية في 1953م على أساس نظام صممه (RCA).

بين عامي 1946م و1950م اخترع فريق البحث في معامل (RCA) أول نظام تلفزيوني ملون إلكتروني ومتوافق أحادي اللون في العالم من (IEEE Milestone Plaque)، وفي عام 1940م قبل (RCA) اخترع باحثو (CBS) بقيادة (Peter Goldmark) نظام تلفاز ملون ميكانيكياً يعتمد على تصميمات جون لوجي بيرد، حيث أجازت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) تقنية التلفاز الملون من (CBS) كمعيار وطني في عام 1950م، وعلى الرغم من حقيقة أنّ النظام كان ضخماً وميضاً ولم يكن متوافقاً مع مجموعات الأسود والأبيض السابقة.

بدأت شبكة سي بي إس البث الملون على خمس محطات للساحل الشرقي في عام 1951م، ومع ذلك تم بيع (10.5) مليون جهاز تلفاز بالأبيض والأسود وعدد قليل جداً من مجموعات الألوان حيث توقف الإنتاج التلفزيوني الملون خلال الحرب الكورية مع ذلك والدعاوى القضائية وبطء المبيعات فشل نظام (CBS).

أتاحت هذه العوامل لـ (RCA) الوقت اللازم لتصميم تلفاز ملون أفضل والتي استندت إلى طلب براءة الاختراع لعام 1947م لألفريد شرودر وحصل نظامهم على موافقة لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) في أواخر عام 1953م وبدأت مبيعات أجهزة التلفزيون الملونة (RCA) في عام 1954م.

متطلبات النطاق الترددي في التلفاز الملون:

النوعية والكمية حيث تقتصر خدمة القنوات أساسي من المعدل الذي هو ممكن لنقل المعلومات الصورة على التلفاز قناة وإذا تم تشريح الصورة التلفزيونية في غضون بضع مئات من الثانية إلى ما يقرب من (200000 بكسل) فيجب أن تمر النبضات الكهربائية المقابلة للبكسل عبر القناة بمعدل عدة ملايين في الثانية.

ونظراً لأنّ محتوى الصورة قد يختلف من إطار إلى إطار من لقطات قريبة بسيطة تحتوي على القليل من التفاصيل الدقيقة إلى لقطات شاملةالمشاهد البعيدة التي يتم فيها تشغيل التفاصيل المحدودة للنظام حيث يختلف المعدل الفعلي لإرسال معلومات الصورة بشكل كبير، وبالتالي يجب أن تكون القناة التلفزيونية قادرة على معالجة المعلومات عبر نطاق مستمر من الترددات يبلغ عرضه عدة ملايين من الدورات، وهذه تعتمد على الفهم الاستثنائي لحس البصر البشري وبالمقارنة فإنّ الأذن تكتفي بالصوت المنقول عبر قناة بعرض (10000 دورة) فقط.

تبلغ مساحة القناة التلفزيونية التي تشغل (ستة ميغا هرتز) في الطيف الراديوي (600 مرة) عرض القناة المستخدمة من قبل كل معيار أي محطة البث الصوتي لتعديل الاتساع (AM)، وفي الواقع تستخدم محطة تلفزيونية واحدة ما يقرب من ستة أضعاف مساحة الطيف التي تستخدمها جميع قنوات البث الصوتي (AM) التجارية، ونظراً لأنّ كل بث تلفزيوني يجب أن يشغل حيزاً كبيراً من الطيف حيث يتوفر عدد محدود من القنوات في أي مكان معين.

علاوة على ذلك، فإنّ كمية الخدمة تتعارض مع نوعية الاستنساخ حيث إذا كانت تفاصيل الصورة التلفزيونية ستزيد أي لم تتغير معلومات الإرسال الأخرى فإنّه يجب زيادة العرض بشكل متناسب وهذا يقلل من عدد القنوات التي يمكن استيعابها في الطيف، وهذا التضارب الأساسي بين جودة الإرسال وعدد القنوات المتاحة يفرض أنّ جودة إعادة الإنتاج يجب أن ترضي فقط العارض العادي في ظل ظروف المشاهدة العادية أي فائض في الأداء يتجاوز هذا سيؤدي في النهاية إلى تقييد اختيار البرنامج.