إشارة التلفاز - Television Signal

إشارة فيديو أو سطوع، تتضمن نبضات طمس أفقية ورأسية لتتبع عودة شعاع الإلكترون في شريط سينمائي أثناء المسح والسعة القصوى للإشارة التلفزيونية محدودة بالمرجع الأبيض ومستويات الطمس، وغالباً ما يتم توفير شريط حماية بين مستويات الطمس والأسود، كما ينتج عن دمج نبضات التزامن الأفقية والعمودية في إشارة تلفزيونية مركبة بالأبيض والأسود، كما يتم تحديد جميع معلومات الإشارة التلفزيونية بواسطة معيار التلفزيون.

إشارة الصورة في التلفاز:

ينتج عن ترجمة المشهد المتلفز إلى نظيره الكهربائي سلسلة من الموجات الكهربائية تُعرف باسم إشارة الصورة التلفزيونية، ويتم تمثيل هذا بيانياً في الرسم التخطيطي باعتباره شكل موجة حيث يتم رسم نطاق القيم الكهربائية (الجهد أو التيار) عمودياً ويتم رسم الوقت أفقياً، كما تتوافق القيم الكهربائية مع سطوع الصورة عند كل نقطة على خط المسح والوقت هو في الأساس الموضع على خط النقطة المعنية.

شكل موجة إشارة التلفاز هو في الواقع مركب مكون من ثلاث إشارات فردية، الأول هو تسلسل مستمر للقيم الكهربائية المقابلة للسطوع على طول كل خط، كما تحتوي هذه الإشارة على ما يُعرف بمعلومات السطوع وتتخلل إشارة السطوع نبضات طمس والتي تتوافق مع الأوقات التي يتم خلالها تعطيل بقعة المسح وإعادة تعقبها من نهاية سطر إلى بداية السطر التالي، كما تُركب على نبضات الطمس نبضات قصيرة إضافية تتوافق مع إشارات التزامن ويكون الغرض منها هو جعل نقاط المسح في المرسل والمستقبل تتراجع إلى السطر التالي في نفس اللحظة بالضبط.

كما تتم إضافة هذه الإشارات الفردية الثلاث: النصوع والطمس والتزامن معاً لإنتاج إشارة الفيديو المركبة، وتوجد نبضات التزامن في منطقة طيف الإشارة أسفل مستوى الطمس واتساعها هو (30 بالمائة) من السعة القصوى للإشارة المركبة، وتشتمل إشارة التلفاز الملون المركبة على إشارة سطوع مع نبضات الطمس وجميع نبضات المزامنة، بما في ذلك نبضات تزامن اللون، كما يتم تثبيت إشارة النصوع بإشارة ناقل فرعي لوني تُحمل مع إشارة النصوع ومعلومات حول اللون المرسل.

يحدث الفاصل الزمني الفارغ مرتين كل (525) سطراً أو مرتين كل (625) سطراً وذلك اعتماداً على النظام، وعندما تعود بقعة المسح بعد أن وصلت إلى أسفل الإطار إلى الأعلى تسترشد هذه الحركة بإشارة التزامن العمودية، وهي سلسلة مسننة من النبضات تحدث بعد وقت قصير من وصول بقعة المسح إلى أسفل الإطار، كما تتبع إشارة التزامن العمودية سلسلة من نبضات التزامن الأفقية عند المستوى الأسود مع عدم وجود معلومات النصوع.

يُطلق على الفترة الزمنية المخصصة لانتقال حزمة الاستنساخ من أسفل الصورة إلى أعلى اسم فاصل الطمس الرأسي، وخلال هذا الوقت لا يتم إرسال معلومات الصورة.

في النظام الأمريكي، يكون الفاصل الزمني للطمس العمودي مكافئاً للوقت اللازم لتتبع إجمالي (21 خط) مسح لكل حقل، كما يصل شعاع الاستنساخ في مستقبلات التلفاز في الواقع إلى الجزء العلوي من الشاشة بسرعة أكبر من خطوط المسح الـ 21 المخصصة، لكنّه غير مرئي لأنّه يسقط من الشاشة، ويمكن بعد ذلك استخدام بعض خطوط المسح هذه لإرسال معلومات أخرى، مثل إشارة مرجعية بفاصل عمودي لمعايرة أجهزة استقبال الألوان أو معلومات نصية يتم عرضها لضعاف السمع أي تسمية توضيحية مغلقة أو في أوروبا النص التليفزيوني.

التشويه والتداخل في إشارات التلفاز:

يجسد شكل موجة الإشارة التي تشكل إشارة الصورة التلفزيونية جميع معلومات الصورة التي سيتم إرسالها من الكاميرا إلى شاشة جهاز الاستقبال بالإضافة إلى معلومات المزامنة المطلوبة للحفاظ على عمليات مسح جهاز الاستقبال وجهاز الإرسال في خطوة دقيقة مع بعضها البعض، لذلك يجب على نظام التلفاز أن يُسلم شكل الموجة إلى كل جهاز استقبال بأكبر قدر ممكن من الدقة وخالٍ من الشوائب، لكن لسوء الحظ يتآمر كل عنصر تقريباً من المعدات في النظام أي مكبرات الصوت والكابلات وجهاز الإرسال وهوائي الإرسال وهوائي الاستقبال ودوائر الاستقبال على تشويه شكل الموجة أو السماح بتلوثها بالضوضاء أي التيارات الكهربائية العشوائية أو التداخل.

أنواع التداخل والتشويه في إشارة التلفاز:

1. الفشل في الحفاظ على السرعة التي يرتفع أو ينخفض ​​بها شكل الموجة حيث تعبر نقطة المسح حداً حاداً بين المناطق الفاتحة والمظلمة في الصورة، ممّا يؤدي إلى فقدان التفاصيل أو تشويه في الصورة المستنسخة.
   
2. إدخال التجاوزات التي تسبب خطوط عريضة شديدة القسوة.
   
3. الفشل في الحفاظ على القيمة المتوسطة لشكل الموجة على مدى فترات ممتدة، ممّا يتسبب في أن تكون الصورة ككل ساطعة للغاية أو مظلمة للغاية.
   

في جميع أنحاء النظام، يجب استخدام مكبرات الصوت للحفاظ على قوة إشارة التلفاز بالنسبة للضوضاء الموجودة في كل مكان، وتكون هذه التيارات العشوائية الناتجة عن حركات الإلكترونات المستحثة حرارياً في الدوائر مما تتسبب في ظهور ثلج مرقط في الصورة، كما تخضع الصور المستلمة من محطات بعيدة لهذا النوع من التداخل، لأنّ الموجة الراديوية في ذلك الوقت تكون ضعيفة جداً بحيث لا يمكنها تجاوز التيارات العشوائية في هوائي الاستقبال.

وتشمل المصادر الأخرى للضوضاء العواصف الكهربائية والمحركات الكهربائية، كما قد تحدث التشوهات من النوع المخطط بسبب التداخل من إشارات محطات غير تلك التي تم ضبط المستقبل عليها.

يظهر شكل آخر من أشكال التشويه عندما تصل إشارة البث التلفزيوني إلى جهاز الاستقبال من أكثر من مسار، ويمكن أن يحدث هذا عندما ترتد الإشارة الأصلية أو تنعكس على المباني الكبيرة أو الهياكل المادية الأخرى، ممّا يؤدي التأخير الزمني في المسارات المختلفة إلى إنشاء أشباح في الصورة المستلمة، ويمكن أن تحدث هذه الأشباح أيضاً في أنظمة تلفزيون الكابل من الانعكاسات الكهربائية للإشارة على طول الكابل، لكن من الضروري الاهتمام بتصميم موالف المستقبل ودارات مكبر الصوت لتقليل هذا التداخل ويجب تخصيص القنوات للمجتمعات المجاورة عند فواصل جغرافية وفواصل تردد كافية لحماية الخدمة المحلية.

متطلبات النطاق الترددي في التلفاز:

إنّ جودة وكمية الخدمة التلفزيونية محدودة بشكل أساسي بالمعدل الذي يمكن به نقل معلومات الصورة عبر القناة التلفزيونية، وإذا تم تشريح الصورة التلفزيونية في غضون بضع مئات من الثانية إلى ما يقرب من (200 كيلو 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 ومن لقطات قريبة بسيطة تحتوي على القليل من التفاصيل الدقيقة إلى مشاهد بعيدة شاملة حيث يتم تشغيل التفاصيل المحدودة للنظام، فإنّ المعدل الفعلي لنقل معلومات الصورة يختلف بشكل كبير، وبالتالي يجب أن تكون القناة التلفزيونية قادرة على معالجة المعلومات عبر نطاق مستمر من الترددات يبلغ عرضه عدة ملايين من الدورات، وبالمقارنة فإنّ الأذن تكتفي بالصوت المنقول عبر قناة بعرض (10000) دورة فقط.

في الولايات المتحدة، تبلغ مساحة القناة التليفزيونية التي تشغل ستة ميغا هرتز في الطيف الراديوي (600 مرة) عرض القناة التي تستخدمها كل محطة بث صوتي لتعديل السعة القياسي (AM)، كما تستخدم محطة تلفزيونية واحدة ما يقرب من ستة أضعاف مساحة الطيف التي تستخدمها جميع قنوات البث الصوتي (AM) التجارية مجتمعة، ونظراً لأنّ كل بث تلفزيوني يجب أن يشغل حيزاً كبيراً من الطيف ويتوفر عدد محدود من القنوات في أي مكان معين.

علاوة على ذلك، فإنّ كمية الخدمة تتعارض مع نوعية الاستنساخ وفي حالة زيادة تفاصيل الصورة التلفزيونية فيجب زيادة عرض القناة بشكل متناسب وهذا يقلل من عدد القنوات التي يمكن استيعابها في الطيف، هذا 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 التلفزيونية.

تكنولوجيا التلفاز:

من أجل إنتاج التلفاز، تحتاج إلى كاميرات وميكروفونات تلفزيونية خاصة تلتقط إشارات الفيديو والصوت وثلاثة ألوان أساسية هي الأحمر والأزرق والأخضر، كما يمكن مزجها معاً لإنتاج أي لون آخر.

يتم نقل الإشارة التليفزيونية عن طريق الأسلاك إلى هوائي والذي غالباً ما يكون على جبل أو مبنى مرتفع بحيث تبث الإشارة عبر الهواء كموجة كهرومغناطيسية، كما يمكن لهذه الموجات أن تنتقل عبر الهواء بسرعة الضوء ولكن ليس لمسافات طويلة جداً، ويمكن استقبال إشارة جيدة تصل إلى حوالي مائة كيلومتر.

تُعطى المحطات التليفزيونية ترددات معينة تبث عليها بثها وهذه الترددات عالية جداً ولا ينبغي أن تتداخل مع الإشارات الأخرى التي تنتقل في الهواء، أمّا في بعض المناطق يجب على أبراج الترحيل تضخيم الإشارة ونقلها إلى جهاز الإرسال التالي، وفي السنوات القليلة الماضية حلت الإشارات الرقمية محل البث التماثلي ولديهم العديد من المزايا من جودة الصورة أفضل ويمكن أن تحمل المزيد من البيانات، كما يمكن نقل الصور التلفزيونية بجودة جديدة تسمى الوضوح العالي (HD).