مهندس خميس برعى
21-04-2007, 06:35 AM
فكرة عمل التلفزيون Television
يعتبر التلفزيون واحد من أهم القوى المؤثرة في العصر الحالي حيث يمكنك من خلاله معرفة الأخبار السياسية والأوضاع الاقتصادية وأخبار الرياضة والطقس أو قد تستخدمه للتسلية ومشاهدة البرامج الترفيهية فقد وجد انه في المتوسط يقضي الناس ما بين ساعتين إلى خمس في مشاهدة التلفزيون كل يوم. هل فكرت يوما في التكنولوجيا التي أنتجت مثل هذا الجهاز وكيف يمكن لمئات من القنوات أن تصل لبيتك تحمل أحداثا كاملة الحركة والصوت وغالبا مجانا؟ ما هي الإشارة التي تبثها محطات الإرسال وكيف يستقبلها جهازك و يفك شيفرتها ليحولها إلى صورة متحركة؟ إن كنت تساءلت يوما حول كل هذا أو حتى حول شاشة كمبيوترك قد تجد هنا تفسيرا
http://www.arabelect.net/theori/televi14.gif
دعنا نبدأ ببعض الملاحظات السريعة حول الدماغ حيث توجد حقيقتين مدهشتين حوله انبثقت منهما فكرة عمل التلفزيون. ابدأ بمشاهدة هذه اللقطات . هذه عينة من فيديو منزلي تظهر طفل يلعب.تم تشفير هذا المشهد وتحويله من لقطة فيديو إلى شكل ملف MPEG مما يجعل من الممكن أن تشاهده على جهاز كمبيوترك.
الحقيقة الأولى هي انك إذا قسمت صورة كاملة إلى مجموعة من النقاط الصغيرة المتقاربة سيقوم الدماغ بإعادة تجميع هذه النقاط ليكون منها من جديد صورة ذات معنى.
الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها أن تدرك إن هذا هو ما يحدث هو أن تبعثر نقاط الصورة بحيث لا يستطيع الدماغ تجميعها من جديد كما في الصورة التالية. الآن معظم الأشخاص الذين يجلسون قريبا جدا من شاشات الكمبيوتر لن يمكنهم معرفة ماهية هذه الصورة لان النقاط كبيرة لدرجة لا يستطيع معها الدماغ تجميعها و إدراكها. إذا وقفت على بعد 15 قدم من شاشة الكمبيوتر ستعرف إن الصورة هي لوجه الطفل لأنك حين تبتعد تصغر النقاط بدرجة كافية لان يصبح الدماغ قادرا على إعادة تجميعها و إدراكها.
كلا من صور التلفزيون والكمبيوتر وكذلك الصور في الصحف والمجلات تعتمد على هذه الحقيقة. وهي قدرة الدماغ على تجميع النقاط الصغيرة الملونة فتقطع أي صورة إلى الآلاف من النقاط الملونة هذه النقاط على شاشة الكمبيوتر أو التلفزيون تسمى pixel حيث أن قدرة تحليل (resolution) شاشة كمبيوترك قد تكون 600x800 بكسل أو 1024x768 بكسل.
الحقيقة الثانية المرتبطة بالتلفزيون حول الدماغ هي أنك إذا قسمت أي مشهد متحرك إلى مجموعة متتابعة من الصور الثابتة ثم عرضت هذه الصور في تتابع سريع جدا سيقوم الدماغ بتجميعها ليعيد تكوين المشهد المتحرك.
على سبيل المثال انظر إلى هذه الصور الأربعة من ذلك الفيديو المنزلي. كل صورة تختلف عن الصورة التالية اختلافا طفيفا بعرض 15 أو أكثر من هذه الأطر أي الصور الثابتة في الثانية الواحدة سيقوم الدماغ بتجميعها ليكون منها مشهد متحرك. لاحظ أن 15 هو الحد الأدنى المقبول حيث إن اقل من ذلك سيكون مشهد متقطع.
عندما تحمل و تشاهد ملف MPEG الذي قدم لك في بداية هذا المقال ستتم هاتان العمليتان معا حيث يقوم دماغك بتجميع النقاط المختلفة لكل صورة ثابتة ليكون منها صورة كاملة ثم يقوم بتجميع الصور الثابتة المتلاحقة ليكون منها مشهد متحرك. بدون هاتان الحقيقتان ما كان ليكون هناك تلفزيون بالشكل الذي نعرفه الآن. لنرى الآن ما هو التلفزيون.
أنبوبة أشعة المهبط cathode ray tube
تعتمد معظم أجهزة التلفزيون المستخدمة هذه الأيام على جهاز يسمى أنبوبة أشعة المهبط (CRT) لعرض الصور والذي يتكون من أنبوبة مفرغة من الهواء بها الكاثود والأنود والشعاع الإلكتروني والشاشة الفسفورية.
مصطلح مصعد (anode) يستخدم للدلالة على الطرف الموجب بينما المهبط (cathode) يستعمل للدلالة على الطرف السالب. في أنبوبة أشعة المهبط يكون المهبط عبارة عن فتيل ساخن (يختلف كثيرا عما تشاهده في المصابيح) موضوع في أنبوب مفرغ من الهواء). الشعاع هو عبارة عن قناة من الالكترونات تنطلق من المهبط المتوهج. بما أن الالكترونات تحمل شحنة سالبة فهي تنجذب نحو المصعد لأنه موجب. في أنبوبة أشعة المهبط المستخدمة في التلفزيون تتركز الالكترونات أولا بواسطة أنود ثم تسرع بواسطة أنود آخر. هذا الشعاع الرفيع السريع من الالكترونات يسقط على شاشة مسطحة عند الطرف الآخر للأنبوب. هذه الشاشة مطلية بالفوسفور و الذي يتوهج عندما تصطدم به الالكترونات.
http://www.arabelect.net/theori/televi5.gif أنبوبة أشعة المهبط
http://www.arabelect.net/theori/televi4.gif
إذا نظرت إلى أنبوبة أشعة المهبط في تركيبها الأساسي الموضح بالرسم أدناه ستجد أنها لا تحتوي على أي وسيلة لتوجيه الالكترونات فالشعاع دائما سيسقط على نقطة صغيرة في منتصف الشاشة. لهذا السبب تلاحظ إن أنبوب أشعة الكاثود المستخدم في أجهزة التلفزيون يكون دائما ملفوف بملفات نحاسية كما هو واضح في الصورة المقابلة. عندما يمر تيار كهربي في الملفات النحاسية يتولد عنه مجال مغناطيسي يمكنه أن يوجه شعاع الالكترونات حسب اتجاه و شدة التيار المار به.
يوجد دائما مجوعتين من الملفات المجموعة الأولى تتحكم في المسار الأفقي لشعاع الالكترونات ويكون مصدر التيار الذي يغذي هذا الملف النحاسي هو الشعاع الكهرومغناطيسي المرسل من محطة الإرسال ويحمل خصائص الصورة وعندما يستطدم بالهوائي (antenna) يتحول إلى إشارة كهربية تغذي الملف النحاسي. و المجموعة الثانية تتحكم بمساره الرأسي وهي إشارة كهربية على شكل سن المنشار ويتحكم بها دائرة الكترونية في جهاز التلفزيون.
http://www.arabelect.net/theori/televi7.jpg
التلفزيون الأبيض و الأسود
التلفزيون الأبيض و الأسود
في التلفزيون الأبيض و الأسود تطلى الشاشة عند نهاية أنبوبة أشعة المهبط بفسفور أبيض حيث يرسم شعاع الالكترونات الصورة المطلوبة بتحركه ماسحا الشاشة في خطوط حيث يقطع الشعاع الشاشة في خط مستقيم من اليسار لليمين ثم ينتقل بسرعة لليسار مرة أخرى ليرسم خطا جديدا من اليسار لليمين ولكن أسفل الخط السابق قليلا وهكذا إلى أن يمسح الشاشة كلها كما هو واضح بالشكل. الخطوط الزرقاء تمثل الخطوط التي يرسمها الشعاع على الشاشة من اليسار لليمين بينما الخطوط الحمراء المتقطعة تمثل الشعاع عندما يعود مسرعا لليسار مرة أخرى horizontal retrace. عندما يصل الشعاع للزاوية اليمنى أسفل الشاشة يتحرك من جديد للزاوية اليسرى في الأعلى كما الخط الأـخضر vertical retrace. عندما يتحرك الشعاع راسما من اليسار لليمين يكون مشتعلا ولكن حين يتحرك عائدا لليسار يكون مطفأ بحيث لا يترك أثر على الشاشة.
عندما يتحرك الشعاع من اليسار إلى اليمين تتغير شدته تبعا للصورة التي يرسمها بحيث تنتج عنه حين يسقط على الشاشة نقاط متباينة من الأسود للأبيض مرورا بالرمادي ولأن هذه النقاط صغيرة ومتقاربة جدا يقوم الدماغ بتجميعها ليكون منها صورة كاملة. غالبا ما تحتوي شاشة التلفزيون على 480 خط من الأعلى للأسفل.
التلفزيونات العادية تستخدم تقنية تسمى interlacing لمسح الشاشة حيث يمسح شعاع الالكترونات الشاشة 60 مرة في الثانية ولكنه يمر فقط بنصف الخطوط في كل مرة فمثلا يقطع الخطوط الفردية من أعلى الشاشة لأسفلها إلى أن ينتهي يعود للأعلى ليمر بالخطوط الزوجية و بالتالي فان كل خط يرسم 30 مرة كل ثانية.
التقنية البديلة لذلك هي progressive scanning و فيها يرسم كل خط من خطوط الشاشة 60 مرة في الثانية و هي الأكثر استخداما في شاشات الكمبيوتر لأنها تقلل الاضطراب.
عندما تبث محطة الإرسال إشارة تلفزيونية لجهازك أو عندما تعرض فيلم من شريط فيديو فلابد للإشارة أن تشبك بالدوائر الالكترونية التي تتحكم بشعاع الالكترونات حتى يستطيع إن يرسم على الشاشة بدقة الصور التي تأتي من محطة الإرسال أو جهاز الفيديو. وهذا يعني أن الإشارة التي تصل لتلفزيونك لابد أن تحتوي على ثلاث أجزاء مختلفة:
Intensity information معلومات تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه للخطوط عبر الشاشة من اليسار لليمين.
horizontal-retrace signal وهي التي تحدد الزمن الذي يجب عنده أن يعود الشعاع لليسار من جديد عند نهاية كل خط.
vertical-retrace signal وهي إشارات ترسل 60 مرة في الثانية لتحرك الشعاع من الزاوية السفلية اليمنى للزاوية العلوية اليسرى.
http://www.arabelect.net/theori/televi8.gif
الإشارة التي تحتوي على هذه المعلومات الثلاث تسمى composite video signal وهي كما بالشكل حيث تكون horizontal-retrace signal عبارة عن ومضات مدتها 5 ميكرثانية بفرق جهد مقداره صفر حيث تلتقطها الالكترونيات داخل التلفزيون و تستخدما للتحكم في حركة شعاع الالكترونات إثناء عودته عند نهاية كل خط. بينما الإشارة الأصلية التي تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه لكل خط هي عبارة عن موجات تتغير ما بين 0.5 فولت إلى 2 فولت حيث يمثل 0.5 فولت اللون الأسود بينما 2 فولت تمثل اللون الأبيض. vertical-retrace signal هي ومضات مشابهة لتلك التي تتحكم بالمسار الأفقي و لكن مدتها تكون ما بين إلى 400 إلى 500 ميكروثانية
http://www.arabelect.net/theori/televi9.gif
[color=#FF1493][size=7]
يعتبر التلفزيون واحد من أهم القوى المؤثرة في العصر الحالي حيث يمكنك من خلاله معرفة الأخبار السياسية والأوضاع الاقتصادية وأخبار الرياضة والطقس أو قد تستخدمه للتسلية ومشاهدة البرامج الترفيهية فقد وجد انه في المتوسط يقضي الناس ما بين ساعتين إلى خمس في مشاهدة التلفزيون كل يوم. هل فكرت يوما في التكنولوجيا التي أنتجت مثل هذا الجهاز وكيف يمكن لمئات من القنوات أن تصل لبيتك تحمل أحداثا كاملة الحركة والصوت وغالبا مجانا؟ ما هي الإشارة التي تبثها محطات الإرسال وكيف يستقبلها جهازك و يفك شيفرتها ليحولها إلى صورة متحركة؟ إن كنت تساءلت يوما حول كل هذا أو حتى حول شاشة كمبيوترك قد تجد هنا تفسيرا
http://www.arabelect.net/theori/televi14.gif
دعنا نبدأ ببعض الملاحظات السريعة حول الدماغ حيث توجد حقيقتين مدهشتين حوله انبثقت منهما فكرة عمل التلفزيون. ابدأ بمشاهدة هذه اللقطات . هذه عينة من فيديو منزلي تظهر طفل يلعب.تم تشفير هذا المشهد وتحويله من لقطة فيديو إلى شكل ملف MPEG مما يجعل من الممكن أن تشاهده على جهاز كمبيوترك.
الحقيقة الأولى هي انك إذا قسمت صورة كاملة إلى مجموعة من النقاط الصغيرة المتقاربة سيقوم الدماغ بإعادة تجميع هذه النقاط ليكون منها من جديد صورة ذات معنى.
الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها أن تدرك إن هذا هو ما يحدث هو أن تبعثر نقاط الصورة بحيث لا يستطيع الدماغ تجميعها من جديد كما في الصورة التالية. الآن معظم الأشخاص الذين يجلسون قريبا جدا من شاشات الكمبيوتر لن يمكنهم معرفة ماهية هذه الصورة لان النقاط كبيرة لدرجة لا يستطيع معها الدماغ تجميعها و إدراكها. إذا وقفت على بعد 15 قدم من شاشة الكمبيوتر ستعرف إن الصورة هي لوجه الطفل لأنك حين تبتعد تصغر النقاط بدرجة كافية لان يصبح الدماغ قادرا على إعادة تجميعها و إدراكها.
كلا من صور التلفزيون والكمبيوتر وكذلك الصور في الصحف والمجلات تعتمد على هذه الحقيقة. وهي قدرة الدماغ على تجميع النقاط الصغيرة الملونة فتقطع أي صورة إلى الآلاف من النقاط الملونة هذه النقاط على شاشة الكمبيوتر أو التلفزيون تسمى pixel حيث أن قدرة تحليل (resolution) شاشة كمبيوترك قد تكون 600x800 بكسل أو 1024x768 بكسل.
الحقيقة الثانية المرتبطة بالتلفزيون حول الدماغ هي أنك إذا قسمت أي مشهد متحرك إلى مجموعة متتابعة من الصور الثابتة ثم عرضت هذه الصور في تتابع سريع جدا سيقوم الدماغ بتجميعها ليعيد تكوين المشهد المتحرك.
على سبيل المثال انظر إلى هذه الصور الأربعة من ذلك الفيديو المنزلي. كل صورة تختلف عن الصورة التالية اختلافا طفيفا بعرض 15 أو أكثر من هذه الأطر أي الصور الثابتة في الثانية الواحدة سيقوم الدماغ بتجميعها ليكون منها مشهد متحرك. لاحظ أن 15 هو الحد الأدنى المقبول حيث إن اقل من ذلك سيكون مشهد متقطع.
عندما تحمل و تشاهد ملف MPEG الذي قدم لك في بداية هذا المقال ستتم هاتان العمليتان معا حيث يقوم دماغك بتجميع النقاط المختلفة لكل صورة ثابتة ليكون منها صورة كاملة ثم يقوم بتجميع الصور الثابتة المتلاحقة ليكون منها مشهد متحرك. بدون هاتان الحقيقتان ما كان ليكون هناك تلفزيون بالشكل الذي نعرفه الآن. لنرى الآن ما هو التلفزيون.
أنبوبة أشعة المهبط cathode ray tube
تعتمد معظم أجهزة التلفزيون المستخدمة هذه الأيام على جهاز يسمى أنبوبة أشعة المهبط (CRT) لعرض الصور والذي يتكون من أنبوبة مفرغة من الهواء بها الكاثود والأنود والشعاع الإلكتروني والشاشة الفسفورية.
مصطلح مصعد (anode) يستخدم للدلالة على الطرف الموجب بينما المهبط (cathode) يستعمل للدلالة على الطرف السالب. في أنبوبة أشعة المهبط يكون المهبط عبارة عن فتيل ساخن (يختلف كثيرا عما تشاهده في المصابيح) موضوع في أنبوب مفرغ من الهواء). الشعاع هو عبارة عن قناة من الالكترونات تنطلق من المهبط المتوهج. بما أن الالكترونات تحمل شحنة سالبة فهي تنجذب نحو المصعد لأنه موجب. في أنبوبة أشعة المهبط المستخدمة في التلفزيون تتركز الالكترونات أولا بواسطة أنود ثم تسرع بواسطة أنود آخر. هذا الشعاع الرفيع السريع من الالكترونات يسقط على شاشة مسطحة عند الطرف الآخر للأنبوب. هذه الشاشة مطلية بالفوسفور و الذي يتوهج عندما تصطدم به الالكترونات.
http://www.arabelect.net/theori/televi5.gif أنبوبة أشعة المهبط
http://www.arabelect.net/theori/televi4.gif
إذا نظرت إلى أنبوبة أشعة المهبط في تركيبها الأساسي الموضح بالرسم أدناه ستجد أنها لا تحتوي على أي وسيلة لتوجيه الالكترونات فالشعاع دائما سيسقط على نقطة صغيرة في منتصف الشاشة. لهذا السبب تلاحظ إن أنبوب أشعة الكاثود المستخدم في أجهزة التلفزيون يكون دائما ملفوف بملفات نحاسية كما هو واضح في الصورة المقابلة. عندما يمر تيار كهربي في الملفات النحاسية يتولد عنه مجال مغناطيسي يمكنه أن يوجه شعاع الالكترونات حسب اتجاه و شدة التيار المار به.
يوجد دائما مجوعتين من الملفات المجموعة الأولى تتحكم في المسار الأفقي لشعاع الالكترونات ويكون مصدر التيار الذي يغذي هذا الملف النحاسي هو الشعاع الكهرومغناطيسي المرسل من محطة الإرسال ويحمل خصائص الصورة وعندما يستطدم بالهوائي (antenna) يتحول إلى إشارة كهربية تغذي الملف النحاسي. و المجموعة الثانية تتحكم بمساره الرأسي وهي إشارة كهربية على شكل سن المنشار ويتحكم بها دائرة الكترونية في جهاز التلفزيون.
http://www.arabelect.net/theori/televi7.jpg
التلفزيون الأبيض و الأسود
التلفزيون الأبيض و الأسود
في التلفزيون الأبيض و الأسود تطلى الشاشة عند نهاية أنبوبة أشعة المهبط بفسفور أبيض حيث يرسم شعاع الالكترونات الصورة المطلوبة بتحركه ماسحا الشاشة في خطوط حيث يقطع الشعاع الشاشة في خط مستقيم من اليسار لليمين ثم ينتقل بسرعة لليسار مرة أخرى ليرسم خطا جديدا من اليسار لليمين ولكن أسفل الخط السابق قليلا وهكذا إلى أن يمسح الشاشة كلها كما هو واضح بالشكل. الخطوط الزرقاء تمثل الخطوط التي يرسمها الشعاع على الشاشة من اليسار لليمين بينما الخطوط الحمراء المتقطعة تمثل الشعاع عندما يعود مسرعا لليسار مرة أخرى horizontal retrace. عندما يصل الشعاع للزاوية اليمنى أسفل الشاشة يتحرك من جديد للزاوية اليسرى في الأعلى كما الخط الأـخضر vertical retrace. عندما يتحرك الشعاع راسما من اليسار لليمين يكون مشتعلا ولكن حين يتحرك عائدا لليسار يكون مطفأ بحيث لا يترك أثر على الشاشة.
عندما يتحرك الشعاع من اليسار إلى اليمين تتغير شدته تبعا للصورة التي يرسمها بحيث تنتج عنه حين يسقط على الشاشة نقاط متباينة من الأسود للأبيض مرورا بالرمادي ولأن هذه النقاط صغيرة ومتقاربة جدا يقوم الدماغ بتجميعها ليكون منها صورة كاملة. غالبا ما تحتوي شاشة التلفزيون على 480 خط من الأعلى للأسفل.
التلفزيونات العادية تستخدم تقنية تسمى interlacing لمسح الشاشة حيث يمسح شعاع الالكترونات الشاشة 60 مرة في الثانية ولكنه يمر فقط بنصف الخطوط في كل مرة فمثلا يقطع الخطوط الفردية من أعلى الشاشة لأسفلها إلى أن ينتهي يعود للأعلى ليمر بالخطوط الزوجية و بالتالي فان كل خط يرسم 30 مرة كل ثانية.
التقنية البديلة لذلك هي progressive scanning و فيها يرسم كل خط من خطوط الشاشة 60 مرة في الثانية و هي الأكثر استخداما في شاشات الكمبيوتر لأنها تقلل الاضطراب.
عندما تبث محطة الإرسال إشارة تلفزيونية لجهازك أو عندما تعرض فيلم من شريط فيديو فلابد للإشارة أن تشبك بالدوائر الالكترونية التي تتحكم بشعاع الالكترونات حتى يستطيع إن يرسم على الشاشة بدقة الصور التي تأتي من محطة الإرسال أو جهاز الفيديو. وهذا يعني أن الإشارة التي تصل لتلفزيونك لابد أن تحتوي على ثلاث أجزاء مختلفة:
Intensity information معلومات تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه للخطوط عبر الشاشة من اليسار لليمين.
horizontal-retrace signal وهي التي تحدد الزمن الذي يجب عنده أن يعود الشعاع لليسار من جديد عند نهاية كل خط.
vertical-retrace signal وهي إشارات ترسل 60 مرة في الثانية لتحرك الشعاع من الزاوية السفلية اليمنى للزاوية العلوية اليسرى.
http://www.arabelect.net/theori/televi8.gif
الإشارة التي تحتوي على هذه المعلومات الثلاث تسمى composite video signal وهي كما بالشكل حيث تكون horizontal-retrace signal عبارة عن ومضات مدتها 5 ميكرثانية بفرق جهد مقداره صفر حيث تلتقطها الالكترونيات داخل التلفزيون و تستخدما للتحكم في حركة شعاع الالكترونات إثناء عودته عند نهاية كل خط. بينما الإشارة الأصلية التي تتحكم بشدة شعاع الالكترونات إثناء رسمه لكل خط هي عبارة عن موجات تتغير ما بين 0.5 فولت إلى 2 فولت حيث يمثل 0.5 فولت اللون الأسود بينما 2 فولت تمثل اللون الأبيض. vertical-retrace signal هي ومضات مشابهة لتلك التي تتحكم بالمسار الأفقي و لكن مدتها تكون ما بين إلى 400 إلى 500 ميكروثانية
http://www.arabelect.net/theori/televi9.gif
[color=#FF1493][size=7]