طبيعـة وتكويـن الصـورة التليفـزيونية
يتم مسح الصورة التلفزيونية في شكل خطوط أفقية متتابعة . وطريقة المسح هذه تسمح لإشارة فيديو واحدة أن تتضمن كل التفاصيل التي في الصورة , ففي اللحظة الواحدة تستطيع إشارة الفيديو أن تبين معلومات صورة نقطة واحدة من نقط الصورة , وحتى نحصل على إشارة فيديو بها معلومات إضاءة جميع نقط الصورة ,يجب أن يتم مسح كل نقط الصورة في تتابع زمني , وهكذا فإن الصورة التلفزيونية تجمع خط بعد خط , وكادر بعد كادر , وليس الحال كما في الصورة السينمائية التي تصور جميعها في لحظة واحدة . فالصورة التلفزيونية تمسح بنفس طريقة قراءتك صفحة من كتاب باللغة الإنجليزية . فأنت تقرأ كل الكلمات في السطر الواحد وبالتالي كل السطور في الصفحة , بادئا القراءة في أعلى اليسار . تماما كمسح كل عناصر الصورة بشكل متتابع من اليسار إلى اليمين ومن أعلى إلى أسفل . هذه الطريقة تسمى بالمسح الأفقي والرأسي .
وتتم طريقـة المسـح كمـا يلـي : 1- يمسح الشعاع الإلكتروني المنبعث من أنبوب الكاميرا الصورة في خطوط أفقية , مجتازا كل عناصرها . 2- تتم هذه العملية في نهاية كل خط , يرجع الشعاع إلى يسار الكادر حتى يبدأ في مسح الخط الأفقي التالي . هذا الرجوع يسمى رحلة العودة retrace or fly back أثناء العودة هذه لا تمسح أي معلومات للصورة . لأن أنبوب الكاميرا وأنبوب جهاز الاستقبال , يكونان في هذه الفترة في حالة إطفاء أو قطع الشعاع . وكذلك تكون فترة العودة هذه سريعة جدا لأنها تعتبر زمن ضائع بالنسبة لزمن نقل معلومات الصورة . 3- يصاحب الحركة الأفقية للشعاع حركة رأسية خفيفة إلى أسفل, فعند نهاية حركة الشعاع إلى اليسار يكون قد وصل إلى بداية خط أفقي جديد ليمسحه . ولا يعيد مسح نفس الخط السابق . وهذه الحركة الرأسية للشعاع vertical scanning motion تضاف إلى الحركة الأفقية Horizontal scanning motion . ونتيجة لهاتين الحركتين يتحرك الشعاع مارا على كل الخطوط الأفقية من أعلى إلى أسفل . 4- عندما يصل الشعاع إلى أسفل الكادر يأخذ طريقة في رحلة العودة إلى أعلى الكادر ليبدأ في المسح المتتالي مرة أخرى . المسـح المتبـادل للخطـوط Interlace scanning يقوم الشعـاع بمسح خطوط الكادر على مرتين , مرة يقوم فيها بمسح الخطوط الفردية من أعلى إلى أسفل Odd lines , ومرة أخرى يقوم بمسح الخطوط الزوجية even lines , وذلك لتجنب صورة متقطعة حيث أنه سيكون هناك مرتين إطفاء أو قطع للشعاع عند انتقاله من أسفل لأعلى في كل كادر. ,تماما كما يحدث أثناء تصوير الصور المتحركة في السينما ,حيث معدل الكادرات 24 كادر/ث وهو معدل مناسب لاستقرار الرؤية في العين ,ومشاهدة الصور المتتالية كحركة مستمرة متصلة . ولكن إذا كان الغالق أثناء العرض سيغلق مرة واحدة عند نهاية زمن تعريض كل كادر ليتحرك الفيلم, سيكون معدل غلقه أيضا 24 مرة/ث. أي أن حركته ستراها العين أيضا بوضوح مضافة إلى الصورة مما سيضيف رعشة مستمرة . والحل هو أن يظل معدل حركة الفيلم 24 كادر/ث . بينما يجعل الغالق يغلق مرتين كل كادر مرة في منتصف زمن تعريض الكادر وبدون حركة الفيلم, ثم مرة أخرى في نهايته ليتحرك فيها الفيلم ليحضر الكادر الجديد, وبذا أصبح معدل الغالق 48 مرة/ث وعندئذ لا تلاحظه العين وتكون الصورة ثابتة مستمرة خالية من أي رعشة .
معدل الخطوط / كادر :lines per frame عدد الخطوط التي يتم مسحها في صوره كاملة يجب أن يكون كبير حتى يحتوى على أكبر عدد من عناصر الصورة وبالتالي مزيدا من تفاصيلها . ومن المتعارف عليه أن "625 خطا هو عدد الخطوط المثالي في كل كادر " وهناك أنظمة كثيرة لها معدلات خـطوطً مختلفة عن بعضها البعض, ولكن تم توحيد الأنظمة في النظامين الأوروبي والأمريكي . وفيهما : عدد الخطوط في النظام الأوربي هو 625 خط/كادر , وفى النظام الأمريكى525 خط/كادر . معدل الكادرات / ثانية : Frames per second وقت الكادر الكامل والذي يحتوى على 625 خطا هو 25 /1ث وهكذا فإن معدل الكادرات في الثانية هو 25كادر/ثانية, وقد تم اختيار عدد 25 لمعدل الكادرات في الثانية للنظام الأوربي لأن التيار الكهربي في هذه الدول هو 50 سيكل/ث, وهو نفس عدد المجالات في الثانية . كما تم اختيار عدد 30 كادر/ث في النظام الأمريكي لأن التيار الكهربي فيها هو 60 سيكل/ث وهو أيضا معدل عدد المجالات في الثانية . الكـادر والمجـال : Frame and Field يتم مسح الكادر على مرتين , كل مرة تسمى مجال .وننقل في المجال الأول, معلومات نقط الصورة الموجودة على الخطوط الفردية فقط, ولذا يسمى بالمجال الفردي . وفى المجال الثاني ينقل معلومات نقط الصورة الموجودة على الخطوط الزوجية الباقية بعد المجال الأول , ليستكمل نقل جميع معلومات نقط الكادر . وبذا أصبح هناك مرتين إطفاء للشعاع في الكادر . واحدة في نهاية كل مجال ,مما جعل معدل الإطفاء مساو لمعدل المجالات 50 مرة/ث ,بينما ظل معدل الكادرات25 مرة/ث .
الكادر =625 خط في نظام PAL المجال =312.5 خط . عدد الخطوط في الثانية : 312.5 ×50=15625 خط/ث . 1000.000 زمن الخط = ــــــــ = 64 ميكرو ثانية 15625
1000 زمن الكادر= ــــــــ =40 مللي ثانية 25
1000 زمن المجال = ــــــــ =20 مللي ثانية 50
فترات الإطفــاء Blanking Period الإطفاء في التلفزيون يعنى إخفاء الصور أو" السواد going to Black ". فكجزء من الإشارة المرئية تعتبر إشارة الفيديو في مستوى السواد . وفى هذه الحالة ينقطع تيار الشعاع ,وبالتالي ينقطع التيار عن الشاشة . والغرض من الإطفاء هو إخفاء رحلة عودة الشعاع, والتي سنستغلها في حمل نبضات التزامن الأفقية أثناء الإطفاء الأفقي , ونبضات التزامن الرأسية أثناء الإطفاء الرأسي . الإطفـاء الأفقـي : Horizontal Blanking يستغرق الإطفاء الأفقي وقت عودة الشعاع من اليمين إلى اليسار, ويأتي في نهاية كل خط أفقي وزمنه 12 ميكرو ثانية . وتشتمل فترة الإطفاء الأفقي على :
1-الشرفـة الأمـامية Front Porch تمتد الشرفة الأمامية , من نهاية معلومات الخط , وحتى بداية نبضة التزامن الأفقي التالية . وهى تستعمل لإطفـاء الشعـاع مبـاشرة قبل بداية رحـلة العـودة الأفقية , ليبدأ الشعـاع مرة أخرى في مسح معلومـات الخط التالي مـن اليسـار . 2-منطقـة الإزاحـة Breezeway منطقة الإزاحة , هي الجـزء الممتد من نهايـة حافـة نبضة التزامـن الأفقـي, حتى بدايـة حافـة عينة اللـون Color Burst والغـرض منها المحافظـة على حالـة الإطفـاء طوال هـذه الفترة . 3-الشرفـة الخلفيـة Back Porch تمتد الشرفـة الخلفيـة , من نهاية نبضة التزامن الأفقي وحتى بداية معلومات الخط التالي والتي تبدأ من يسار الكادر , وتتضمن إشارة عينة اللون Color Burst . وتحافظ عل حالة إطفاء الشعاع حتى بداية فاعليته في مسح معلومات الخط التالي . الإطفـاء الـرأسـي Vertical Blanking يستغرق الإطفـاء الرأسي, الفترة من نهاية مسح معلومات آخر خط في المجال الزوجي , أو نصف خط أفقي في المجال الفردي وحتى بداية مسح معلومات المجال التالي . وهى حالة إطفـاء كامل للشعاع أثناء رحلة العودة . وزمن فترة الإطفـاء الـرأسي يعادل زمنا حوالي "24 خط أفقي " . نبضـات التزامـن Synchronization Pulses عندما يتحرك الشعاع ليمسح الصورة الساقطة على اللوح الحساس , يقابله شعاع آخر في أنبوب الشاشة في كل جهاز تلفزيونى , يتحرك حركة مماثلة متزامنة معه . أي في كل لحظة يكون الشعاع على نقطة (Pixel) من الكادر , يكون شعاع الشاشة على نفس مكان النقطة المناظرة لها حتى يضع معلومات كل نقطة (Pixel) بقيمتها وفى مكانها لذلك أصبح من الملزم وجود نظام تزامن أفقي ورأسي واحد ينظم الحركة الأفقية, والرأسية للشعاع سواء في الكاميرا التلفزيونية , أو في شاشة أجهزة الاستقبال التي تشاهد ما تصوره هذه الكاميرا . ويتم هذا التزامن باستعمال جهاز يعرف بمولد نبضات التزامن " SPG” وهو اختصار لـ Sync Pulse Generator . ويقوم هذا الجهاز بتوليد سلسله من نبضات التزامن الإلكتروني تستخدم للسيطرة الكاملة على عملية النسخ أثناء الإرسال والاستقبال . وترسل نبضات التزامن هذه إلى جهاز الاستقبال كجزء من إشارات الصورة المركبة , ولكنها تحدث أثناء فترات الإطفاء فقط , عندما لا ترسل أي معلومات للصورة . حيث يكون الشعاع الإلكتروني في طريق العودة ليبدأ المسح التالي . نبضات التزامن الأفقي Horizontal Synchronizing Pulses عندما يتحرك الشعاع الإلكتروني من اليسار إلى اليمين ماسحا خطا من المعلومات في كادر , يبدأ رحلة العودة الأفقية من اليمين إلى اليسار وهو في حالة إطفاء حاملا نبضة التزامن الأفقي والتي تكون في بداية الخط التالي مباشرة .
نبضـات التزامـن الرأسـي Vertical Synchronizing Pulses عندما ينتهي الشعاع من رسم أي مجال في حركته من أعلى الكادر إلى قاعدته , ويبدأ في رحلة العودة الرأسية إلى أعلى ليبدأ في رسم المجال التالي . تكون رحلة العودة هذه في حالة إطفاء حاملة معها نبضات التزامن الرأسي والتي تحدده بداية توقيت المجال التالي . ويتم فيها : 1ـ النبضـات المعادلـة :Pre-equalizing and Post Equalizing Pulsesهناك خمس نبضات معادلة تأتى واحدة كل نصف خط خلال 2.5 خط ,وعرض كل منها 2.3 u أي نبضات ضعيفة , وهى تسبق نبضات التزامن الرأسي وتتكرر بعدها . والغرض منها التأكيد من عدم تسبب التزامن المتشابك interlace synchronization في التأثير على دقة مكان نبضات التزامن الرأسي 2ـ نبضات التزامن الرأسي : Vertical Synchronizing Pulses هذه النبضات توجه الشعاع الإلكتروني إلى البداية الصحيحة لبدء مسح المجال التالي . وهى تعادل خمس نبضات, تأتى أيضا مرة واحدة كل 2/1 خط أي أنها 2.5 خط مثل النبضات المعادلة تماما . إلا أنها نبضات عريضة عرض كل منها أقل قليلا من نصف خط أفقي . 3ـ الخطوط الأفقية الباقية في فترة الإطفاء الرأسي تستعمل في أغراض أخرى ـ فالخطوط من 12 إلى14 مخصصة لنبضات كود الإطفاء الرأسي الزمني, والتى تستعملها أجهزةVertical interval time code واختصارها VITC, والتي تستعملها أجهزة الفيديو ذات الرأس الحلزونى Helical systems حيث توفر ميزة تكنيك الحركة المتغيرة البطيئة والسريعة Slow and Fast Motion, والكادر الثابت Freeze Frame . 4ـ تستعمل الخطوط المتبقية في فترة الإطفاء الرأسي "لإشارات الاختبار والضبط " ( الخطوط17ـ20 لإشارة الاختبار (vits) vertical interval test signalوأيضا معلومات تعريف الإشارة identification على سبيل المثال معلومات عن رقم الكاميرا أو الماكينة .... CAM 2 ,VTR 1 ,TLC 3 أو اسم القناة أو المحطة مثل : .... CH2,CH4..ART,MBC, أو قناة المعلوماتTele Text ..video Text .)
وفى النهاية فإن المعلومات المرئية The Visual Information , تنتج من خلال المسح المصاحب بفترات الإطفاء الأفقي والرأسيVertical and Horizontal Blanking Intervals ,ونبضات التزامن الأفقي والرأسيVertical and Horizontal Synchronization Pulses والتي تتولد بواسطة مولد النبضات The Sync Pulse Generator , وتسمى " إشارة الفيديو المركبة" Composite Video Signal . وترسل هذه الإشارة المركبة , على موجة حامله من برج التلفزيون أو من شريط فيديو مسجل , لتصل في النهاية إلى جهاز التلفزيون الذي يحولها إلى صورة مرئية