ما هو تقنية التلفاز الرقمي في نقل الإشارات في الاتصالات

يُعد نشر التلفاز الرقمي على الصعيد الوطني مشروعاً معقداً ومتعدد الأوجه، حيث يتطلب النشر الناجح قيام موفري المحتوى بتطوير برمجة رقمية مقنعة، وتسليم الإشارات الرقمية للمستهلكين عن طريق محطات البث التلفزيوني وكذلك أنظمة التلفاز الكابلي والأقمار الصناعية، وشراء واعتماد أجهزة التلفاز الرقمي على نطاق واسع من قبل المستهلكين.

ما هو التلفاز الرقمي DTV

التلفاز الرقمي “DTV”: هو خدمة تلفزيونية جديدة تمثل أهم تطور في تكنولوجيا التلفاز منذ ظهور التلفاز الملون، حيث يمكن أن توفر “DTV” صوراً وصوتاً بجودة دور السينما وشاشة أوسع وأداء أفضل للألوان وبرمجة فيديو متعددة أو برنامج واحد للتلفاز عالي الوضوح “HDTV”، وخدمات جديدة أخرى يجري تطويرها حالياً.

• “DTV” هي اختصار لـ “Digital television”.

• “HDTV” هي اختصار لـ “High-definition television”.

أساسيات التلفاز الرقمي DTV

نص قانون الاتصالات لعام “1996م (P.L. 104-104)” على أنّ الأهلية الأولية لأي تراخيص “DTV” الصادرة عن لجنة الاتصالات الفيدرالية “FCC” يجب أن تقتصر على المذيعين الحاليين، ونظراً لأنّه لا يمكن استقبال إشارات “DTV” من خلال نظام البث التلفاز التماثلي الحالي قررت لجنة الاتصالات الفيدرالية “FCC” تشغيل “DTV” على مدار سنوات، بحيث لا يضطر المستهلكون إلى شراء أجهزة تلفاز رقمية جديدة أو محولات على الفور.

وبالتالي تم منح المذيعين طيفاً جديداً للإشارات الرقمية مع الاحتفاظ بطيفهم الحالي للإرسال التماثلي حتى يتمكنوا في نفس الوقت من إرسال الإشارات التماثلية والرقمية، وإلى مناطق سوق البث الخاصة بهم، وحدد الكونجرس ولجنة الاتصالات الفيدرالية “FCC” تاريخاً مستهدفاً في عام 2006م للمذيعين للتوقف عن بث إشاراتهم التماثلية وإعادة الطيف التليفزيوني التماثلي الحالي، ليتم بيعه بالمزاد للخدمات التجارية مثل النطاق العريض أو استخدامه لاتصالات السلامة العامة.

ومع ذلك سمح قانون الميزانية المتوازنة لعام “1997 (PL 105-33)” للمحطة بتأخير عودة الطيف التماثلي الخاص بها إذا لم تشترك “15%”، أو أكثر من مستخدمي التلفاز في سوقها في خدمة رقمية متعددة القنوات ولم تفعل ذلك، وهناك أجهزة أو محولات تلفاز رقمية ونظراً للوتيرة الأبطأ من المتوقع التي تم بها إدخال أجهزة التلفاز الرقمية إلى المنازل.

وإعطاء الزخم لاستعادة الطيف التماثلي للاستخدامات التجارية والسلامة العامة أصدر الكونغرس 109 قانون تقليل العجز لعام “2005 (PL 109-171)”، الذي حدد موعداً نهائياً للتحول الرقمي محدداً بتاريخ في عام 2009م.

لا تزال إحدى القضايا الرئيسية في نقاش الكونجرس حول التحول الرقمي تتلخص في معالجة ملايين المنازل الأمريكية التي تعمل عبر الهواء، والتي ستتطلب أجهزة التلفاز التناظرية الحالية صناديق تحويل من أجل استقبال الإشارات الرقمية عند إيقاف تشغيل الإشارة التماثلية، و109-171 أنشأ برنامج صندوق محول من رقمي إلى تماثلي تديره الإدارة الوطنية للاتصالات والمعلومات “NTIA” والذي سيدعم جزئياً مشتريات المستهلكين من صناديق المحولات.

على وجه التحديد يشرف الكونجرس بنشاط على أنشطة الوكالات الفيدرالية المسؤولة عن التحول الرقمي أي لجنة الاتصالات الفيدرالية و”NTIA”، ومع تقييم ما إذا كانت الجهود الفيدرالية الإضافية ضرورية لا سيما فيما يتعلق بالتثقيف العام والتوعية، كما تم تخصيص أجزاء من طيف الترددات الراديوية لمحطات التلفاز لبدء بث البرامج رقمياً بالتوازي مع بثها التقليدي.

وفي مرحلة ما عندما يبدو أنّ السوق سيقبل التغيير تدعو الخطط المذيعين إلى التخلي عن قنواتهم التلفزيونية التقليدية القديمة والبث فقط في القنوات الرقمية الجديدة، وكما هو الحال مع التلفاز الملون المتوافق ينقسم العالم الرقمي بين المعايير المتنافسة، من نظام لجنة معايير التلفزيون المتقدمة “ATSC” الذي تمت الموافقة عليه في عام 1996م من قبل لجنة الاتصالات الفيدرالية كمعيار للتلفاز الرقمي في الولايات المتحدة، والبث الرقمي للفيديو “DVB” وهو النظام الذي اعتمده اتحاد أوروبي في عام 1993م.

• “DVB” هي اختصار لـ “Digital Video Broadcast”.

• “NTIA” هي اختصار لـ “National Telecommunications and Information Administration”.

• “FCC” هي اختصار لـ “Federal Communications Commission”.

• “ATSC” هي اختصار لـ “Advanced Television Systems Committee”.

مبدأ عمل التلفاز الرقمي DTV

تتضمن عملية تحويل إشارة التلفاز التماثلية التقليدية إلى تنسيق رقمي خطوات أخذ العينات والتكميم والتشفير الثنائي، وهذه الخطوات الموصوفة في الاتصالات السلكيةواللاسلكية تؤدي إلى إشارة رقمية تتطلب عدة أضعاف عرض النطاق الترددي لشكل الموجة الأصلي، وعلى سبيل المثال تعتمد إشارة اللون “NTSC” على “483 سطراً” من “720 عنصر” صورة بكسل لكل سطر.

ومع استخدام ثماني بتات لتشفير معلومات النصوع وثماني بتات أخرى لمعلومات التلون، فإنّ معدل الإرسال الإجمالي البالغ “162 مليون بت في الثانية” سيكون مطلوباً للإشارة التلفزيونية الرقمية، كما سيتطلب هذا عرض نطاق يبلغ حوالي “80 ميجاهرتز” وسعة أكبر بكثير من ستة ميجاهرتز المخصصة لقناة في نظام “NTSC”.

ولملاءمة عمليات البث الرقمي في القنوات الحالية التي تبلغ سعتها ستة وثمانية ميجاهرتز المستخدمة في التلفاز التماثلي، ويقوم كل من نظام “ATSC” ونظام “DVB” بضغط معدلات البت عن طريق التخلص من معلومات الصورة الزائدة عن الحاجة من الإشارة.

ويستخدم كلا النظامين “MPEG-2” وهو معيار دولي تم اقتراحه لأول مرة في عام 1994م من قبل مجموعة “Moving Picture Experts Group” لضغط إشارات الفيديو الرقمية للبث وللتسجيل على قرص فيديو رقمي، كما يستخدم معيار “MPEG-2” تقنيات للضغط داخل الصورة وداخل الصورة ويعتمد الضغط داخل الصورة على إزالة التفاصيل المكانية والتكرار داخل الصورة.

كما يعتمد الضغط بين الصور على التنبؤ بالتغييرات من صورة إلى أخرى بحيث يتم نقل التغييرات فقط، كما أنّ هذا النوع من تقليل التكرار يضغط إشارة التلفاز الرقمي إلى حوالي “4 ملايين بت في الثانية”، وذلك بسهولة كافية للسماح ببث برامج متعددة ذات تعريف قياسي في وقت واحد في قناة واحدة، وفي الواقع يتم استخدام ضغط “MPEG” في البث التلفزيوني المباشر عبر الأقمار الصناعية لنقل ما يقرب من “200 برنامج” في وقت واحد، ويمكن استخدام نفس التقنية في أنظمة الكابل لإرسال ما يصل إلى “500 برنامج” إلى المشتركين.

• “MPEG” هي اختصار لـ “Moving Picture Experts Group”.

• “NTSC” هي اختصار لـ “National Television System Committee”.

تطور التلفاز الرقمي DTV

ظهرت تكنولوجيا التلفاز الرقمي للعرض العام في التسعينيات في الولايات المتحدة، حيث تم تحفيز العمل الاحترافي من خلال العرض التوضيحي في عام 1987م، ولنظام التلفاز عالي الدقة التماثلي الجديد “HDTV” من قبل “NHK” وشبكة التلفاز اليابانية العامة، كما حرض هذا لجنة الاتصالات الفيدرالية على إعلان منافسة مفتوحة لإنشاء تلفاز عالي الدقة أمريكي، وفي عام 1990م فاجأت شركة “General Instrument Corporation (GI)” الصناعة بإعلانها عن أول نظام تلفزيوني رقمي في العالم.

حيث عرض نظام “GI” الذي صممه المهندس الكوري المولد “Woo Paik” صورة ملونة من “1080 سطراً” على جهاز استقبال بشاشة عريضة، وتمكن من نقل المعلومات الضرورية لهذه الصورة عبر قناة تلفزيونية تقليدية، كما كانت العقبة الرئيسية أمام إنتاج التلفاز الرقمي هي مشكلة النطاق الترددي، وحتى إشارة التلفاز ذات الدقة القياسية “SDTV” وبعد الرقمنة ستشغل أكثر من “10 أضعاف” مساحة تردد الراديو مثل التلفاز التماثلي التقليدي والذي يتم بثه عادةً في قناة ستة ميجاهرتز.

ولكي يكون “HDTV” بديلاً عملياً يجب ضغطه في حوالي “1 بالمائة” من مساحته الأصلية، حيث تغلب فريق “GI” على المشكلة عن طريق إرسال التغييرات في الصورة فقط وبمجرد وجود إطار كامل.

• “SDTV” هي اختصار لـ “standard definition television”.