کار آموزی سیستم تلویزون

در اجرای اصل یكصدوهفتادوپنجم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران كه به رادیو و تلویزیون اشاره دارد و همچمنین قانون اداره صداو سیمای جمهوری اسلامی ایران مصوب هشتم دیماه 1359 مجلس شورای اسلامی اساسنامه صداوسیمای جمهوری اسلامی ایران كه بشرح زیر می باشد سازمان صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران سازمانی است مستقل و زیرنظر قوای سه گانه كشور كه بر طبق قانون اد

در اجرای اصل یكصدوهفتادوپنجم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران كه به رادیو و تلویزیون اشاره دارد و همچمنین قانون اداره صداو سیمای جمهوری اسلامی ایران مصوب هشتم دیماه 1359 مجلس شورای اسلامی اساسنامه صداوسیمای جمهوری اسلامی ایران كه بشرح زیر می باشد : سازمان صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران سازمانی است مستقل و زیرنظر قوای سه گانه كشور كه بر طبق قانون اداری صدا و سیمای جمهوری اسلامی ، قانون خط مشی و مفاد این اساسنامه اداره می شود .

اهداف : هدف اصلی سازمان صدا و سیما بعنوان یك دانشگاه عمومی ، نشر فرهنگ اسلامی ، ایجاد محیط مساعد برای تزكیه و تعلیم انسان و رشد فضائل اخلاقی و شتاب بخشیدن به حركت تكامل انقلاب اسلامی در سراسر جهان می باشد . این اهداف در چهارچوب برنامه های ارشادی ، آموزشی ، خبری و تفریحی تامین می گردد . ریاست سازمان صداو سیما جهت وظایف خود دارای 6 حوزه معاونت می باشد كه عبارتند از :

1- معاونت امور برنامه ها كه مسئوولیت تهیه كلیه طرحها و برنامه های رادیویی و تلویزیونی و ارائه آن به واحد طرح و برنامه و نیز تولید و پخش آن را بر عهده دارد .

2- معاونت سیاسی كه مسئوولیت تهیه ، تنظیم و پخش اخبار و گزارشها را بر عهده دارد .

3- معاونت آموزشی كه مسئوولیت تربیت نیروی انسانی مورد نیاز سازمان را از طریق دانشكده صدا وسیما بر عهده دارد .

4- معاونت فنی كه مسئولیت انجام كلیه امور مربوط به تجهیزات فنی سازمان شامل تهیه و تامین وسائل و دستگاههای فنی، نگهداری و تعمیرات ، گسترش پوشش رادیویی و تلویزیونی در داخل كشور را بر عهده دارد .

5- معاونت اداری مالی كه مسئولیت تنظیم و اجرای بودجه تامین نیروی انسانی ، امور اداری و حقوقی را بر عهده دارد .

6- معاونت برون مرزی كه مسئوولیت تهیه طرح های رادیویی و تلویزیونی برون مرزی را بر عهده دارد .

معاونت فنی سازمان صدا و سیما خود دارای حوزه های زیر می باشد :

1- اداره كل پشتیبانی فنی

2- اداره كل فرستنده های تلویزیونی

3- اداره كل فرستنده های رادیویی

4- اداره كل تاسیسات

واحد پشتیبانی فنی سازمان صداوسیمای اراك زیر نظر اداره كل پشتیبانی فنی سازمان صداوسیما قرار دارد وكارآموزی اینجانب در آنجا انجام شد .

این واحد دارای وظایفی به شرح زیر می باشد :

1- تعمیرات و نگهداری كلیه تجهیزات استودیویی و پرتابل الكترونیك رادیویی و تلویزیونی .

2- ارائه خدمات الكترونیك جهت ضبط و پخش برنامه های رادیویی و تلویزیونی .

3- فراهم آوردن امكان ارتباط مستقیم تلویزیونی و رادیویی از اراك به سایر نقاط كشور .

4- استفاده از تجهیزات و تكنولوژی های جدید برای انجام امورات فوق .

در طول دوره سه مبحث مورد بررسی واقع شد :

1- نمونه برداری ازسیگنال تصویر

2-كوانتایی سازی سیگنال تصویر

3- اصول فشرده سازی تصویر

فصل اول نمونه برداری از سیگنال تصویر

ضبط اطلاعات تصویری:

دستگاه ضبط مغناطیسی تصویر در واقع از اطلاعات تصویری یك كپی برروی نوار مغناطیسی می كشد. لذا می توان آن را مشابه باحالتی فرض كرد كه نقاشی بخواهد ازیك تابلوی اصلی نسخه برداری كند. بنابراین هرقدر در صحت كشیدن دقت بیشتری داشته باشد. تابلوی كپی شباهت بیشتری به اصل خواهد داشت. اما اگر دراین نقاشی از تكنیكهای ضعیف، دستهای لرزان، قلم موهای نامناسب وسنگین اشتفاده شود كپی تهیه شده همراه با خطاهای زیاد بوده و در جزئیات ، باكار اصلی متفاوت خواهد بود. در دستگاههای ضبط تصویر قیاسی هنگامی كه از تصویر اصلی برروی نوار مغناطیسی نسخه برداری های مكرر انجام می شود، عدم كیفیت مطلوب تصویری رابه دنبال خواهد داشت. همانطور كه بهترین هنرمند هاهم نمی توانند چنین ادعایی داشته باشند. مضافا این كه بخواهیم دوباره كپی دیگری از كپی اولی تهیه كنیم. واضح است كه تفاوتها بازهم بیشتر خواهند شد وكاهش فوق العاده كیفیت تصویری رادرپی خواهند داشت.

ضبط رقمی اطلاعات تصویری:در ضیط تصویر رقمی، سیگنال تصویر پیوسته متناوبا در زمانهای معینی اندازه گیری می شود. هریك از این نقاط اندازه گیری شده كه در طول عمل نمونه برداری بدست می ایند، توسط یك عدد بیان می شوند. حال، این مقدار عددبیان شده است كه روی نوار ضبط می شود نه خود سیگنال تصویری. می توان تصور كرد بجای این كه از روی یك اثر هنری رنگارنگ با جزئیات فراوان نقاشی كشیده شود، از روی تعدادی عددكپی برداری گردد. بخصوص آن كه جزئیات تصویری به ارزش عددی هر عدد بستگی داشته باشد ونه به خوش خط یابد خط نوشتن اعداد. از آنجا كه در فن آوری رقمی هرعدد به صورت دودویی بیان می شود، باكمی دقت می توان اعداد صفر ویك رااز هم تشخیص داد. دراین صورت كپی كاملا شبیه اصل و عملیات كپی برداری بدون افت كیفی خواهد بود.

اصول نمونه برداری تصویر:

نمونه برداری عبارت از اندازه گیری متناوب مقادیر سیگنال تصویر قیاسی به جهت تولید نمونه های تصویری می باشد. تمام سیستمهای فیلم وتصاویر الكترونیكی از نمونه برداری به مقدار وسیع استفاده می كنند. وضوح فاصله ای در فیلم توسط عناصر رنگی حساسی به نور تعداد نمونه های تصویر محدود می شود، در صورتی كه وضوح گذری توسط سرعت فریم وزاویه نوربند محدود می شود. سیگنال تصویر قیاسی اغلب به صورت عمودی نمونه برداری می شود واین عمل به خاطر روش پویش سیگنال می باشد. در سیستم تلویزیون ، تصویر از تعدادی خطوط افقی تشكیل می شود. تعداد این خطوط در سیستم 50 هرتز 625 خط ودر سیستم 60هرتز 525 خط می شاد. در روش پویش خطوط افقی تصویر، وضوح ایستا ووضوح پویا به وسیله چندین عامل تعریف شده اند:

الف- وضوح افقی توسط پاسخ فركانسی وسرعت فریم مجدود می گردد.

ب- وضوح عمودی توسط بسامد نمونه برداری ونسبت تعداد خطوط یك میدان ویا یك فریم وهمچنین توسط سرعت فریم ها محدود می شود.

برای رقمی سازی یك تصویر باید سیگنال تصویری حاصل از پویش لامپ دوربین یا حسگرهای دسته بندی شده رادریك خط یادریك فریم نمونه برداری نماییم. هردودسته حسگرهای خطی وفرعی، تصویر رادر سه بعد نمونه برداری می كنند. این سه بعد عبارتند از: افقی ، عمودی وحوزه زمان. وضوح ایستا وووضوح پویا دریك تصویر رقمی شده ره بسامد نمونه برداری وسطوح كوانتش مربوط به هر نمونه بستگی كامل دارد. سیگنال تصویر قیاسی ازدونظر پیوسته می باشد: پیوستگی در حوزه زمان – پیوستگی از نظر مقدار واندازه . اما سیگنال رقمی از نظر زمان ومقدار گسسته می باشد. علاوه برآن از نظر زمان فقط در زمانهای معینی تعریف شده است واز نظر مقدار فقط می تواند اندازه های كاملا مشخصی را دارا باشد. یك سیگنال تصویر رقمی ازیك سری اعداد دودویی دنبال هم تشكیل شده كه هر یك ازاین اعداد نماینده یك نمونه اندازه گیری شده مشخصی می باشند. مقدار هركدام ازاین اعداد، تركیبی از بیتهای صفر ویك هستند. شكل بیت خلاصه شده رقم دودویی نام دارد. برای تبدیل یك سیگنال پیوسته زمانی به سیگنال گسسته می بایست در زمانهای مشخصی از آن نمونه گرفت كه در نتیجه سیگنال پیوسته زمانی به صورت گسسسته ومنقطع درمی آید. حال اگر این نمونه های زمانی به تعداد كافی موجود باشند سیگنال مقطع اطلاعاتی رااز دست نخواهد داد. شكل 1 نشان دهنده یك نمونه ایجاد وذخیره اطلاعات تصویر رقمی تك رنگ می باشد این نمونه شامل یكسرس نقاط مرتبی می شود كه عموما مستطیل شكل هستند. مقدار روشنایی در آن نقاط به عنوان یك عدد ذخیره می گردد. نقاط مذكور به عنوان عناصر تصویری هستند كه عموما آنها راپیكسل می گویند. ترتیب چیدن عناصر تصویری به وصرت ستونی وردیفی است. باكم كردن فاصله بین عناصر تصویری می توان امیدوار بود كه ببیننده تصویری پیوسته را مشاهده كند. مسلما با بهبود ابعاد عناصر تصویر مقدار وضوح تصویری بهتر خواهد شد. دراین صورت مقدار داده های رقمی لازم برای ذخیره یك تصویر، به نسبت مربع توان دوم وضوح تصویری افزایش می یابد. هر عنصر تصویری حتی در تصاویر رنگی اضافه برمیزان روشنایی مقدار دیگری ندارد، اماهر نقطه از تصویر شامل برداری است كه میزان روشنایی ورنگ مایه ودرجه اشباع رنگ را تشكیل می دهد. دراین صورت مقدار داده ها با همه دشواریها افزایش می یابد. شكل1 نشان می دهد كه تصاویر می توانند به صورت رقمی وتوسط نسبت دادن میزان روشنایی هرنقطه به صورت عددی دودویی ذخیره گردند. نمونه برداری اغلب به صورت ردیفی و ستونی می باشد. در این صورت چنانچه خطوط عمودی وافقی همانند هم وبه یك فاصله باشند بیشترین بازدهی تصویری را خواهیم داشت.

شكل 1: ذخیره رقمی مقدار روشنایی برروی نقاط تصویری توسط اعداد دودویی

قبلا بیان شد كه نمونه برداری روشی برای بیان سیگنال پیوسته توسط اندازه گیری متناوب[1] می باشد. در سیستم تلویزیون ، تصویر ورودی به دوربین تلویزیونی ، روی حسگرهایی می افتد كه پیوستگی زمانی دارند. این حسگرها همچنین از نظر دوبعد طولی وعرضی كه بستگی به ابعادشان دارد پیوسته می باشند. بنابراین سه بعد پیوسته نمونه برداری خواهند شد. این ابعاد پیوسته شامل زمان، طول وعرض می باشند. رابطه ای مستقیم بین نمونه برداری توسط یك بسامد مشخص یا تعداد اعدادی كه نمایانگر تعداد عناصر تصویر هستند وجود دارد. این رابطه همان تعداد زمانهای نمونه برداری شده برواحد سطح هستند كه مشخص كننده روش پویش می باشد. بسامد گذری از ضرب زمان بسامد فاصله ای در سرعت پویش بدست می آید.مثلا در شكل 2 كه یك حسگر تصویری رابطور فرضی نشان می دهد، تعداد 1000حسگر در امتداد هم وبه طول یك سانتیمتر وجود دارند. حال اگر این حسگرها مرتبا توسط سیگنال پویشگری كه در زمان یك میلی ثانیه یك سانتیمتر راطی می كند، اندازه گیری شوند نرخ بسامدگذری برابر 1MHz می شود.

پس در مدت یك ثانیه تعداد یك میلیون حسگر را پویش می كند.

شكل -2 :1000 حسگر به طول یك سانتیمتر [^] .

پس اگر در نمونه برداری فاصله ای ، تعداد 1000 نقطه به امتداد 1سانتیمتر درمدت یك میلی ثانیه پویش شود، نرخ نمونه برداری برابر 1MHz خواهد شد. شكل 3-3 {الف} سیگنالی راكه بابسامد نسبتا بالا نمونه برداری شده است نشان می دهد. مشاهده می شود كه بااین نرخ نمونه برداری ، شكل موج اصلی كاملا محفوظ مانده است. شكل 3 {ب} مثالی از نمونه برداری بانرخ نمونه برداری غیركافی می باشد. دراین تصویر شكل موج اصلی بدست نیامده كه در اینجا می گویند. پدیده Aliasing رخ داده است{10}. زیرا بسامد دیگری جایگزین بسامد اصلی سیگنال شده است.

شكل 3: نمونه برداری، الف- بانرخ كافی، ب- بانرخ غیر كافی 10

پدیده Aliasing مشتركا در فیلم وتلویزیون ممكن است مشاهده گردد. به عنوان مثال در فیلمبرداری از چرخهای كالسكه ای درحال حركت، از آنجا كه سرعت فریم برابر با24هرتز است، سرعت گردش چرخها خیلی آهسته تر از سرعت اصلی آنها به نظر می آید.وحتی اینطور تصور می شود كه چرخها گاهی برعكس می گردند.

بسامد نمونه برداری ومقدار مناسب آن:

باتوجه به بسط سری فوریه در مورد تابع g[t] كه در فاصله زمانی بین t+T t تناوبی باشد داریم:

شكل4 :تابع g[ t] كه بین t + H t تناوبی است.{11}.

g [t] = A. +

g[t] = A. +

كه در آن ضریب مشخص كننده بسامدهارمونیك اصلی و N درواقع حداكثر بسامد سیگنال یعنی هارمونیك N ام وb a بالاترین ضرایب فوریه می باشند. ضرایب a وb a از روابط زیر بدست می آیند:

a

a

پس برای معلوم شدن g احتیاج به بدست آوردن 2N+1 مجهول مربوط به ضرایب تا

و تا و داریم. اگر بخواهیم یك تناوب رانمونه برداری كنیم باید 2 N+1 سمپل داشته باشیم. اگر بخواهیم دوتناوب رانمونه برداری كنیم باید 4N+1 سمپل داشته باشیم. اگر بخواهیم R تناوب رانمونه برداری كنیم باید 2RN+1 سمپل داشته باشیم. پس بسامد نمونه برداری برای R تناوب برابر می شود با

= تعداد نمونه ها F S =

زمان

با میل دادن R به سمت در نتیجه به سمت میل می كند ودر حد داریم:

اگر بالاترین بسامدسیگنال g رابا نشان دهیم داریم:

پس باجایگذاری N در رابطه خواهیم داشت:

این صورت كلی نمونه برداری سیگنال تصویر است. اما مقدار رابا توجه به عوامل مختلف بیشترازاین مقدار اختیار می كنند.

نكته: در شرایط خاص، تنها برقراری شرط كافی نیست. مثلا اگر سیگنال اطلاعات دارای شكل ومشخصات زیر باشد وداشته باشیم:

كه حداكثر بسامد سیگنال دراین رابطه برابر است با: اگر بسامد نمونه برداری را2برابر انتخاب كنیم ونمونه ها از t =0

شروع شوند سیگنال باز هم قابل نمونه برداری نخواهد بود زیرا همانطور كه در شكل 5 دیده می شود. اگر نقاط و T و و 2T و.. نمونه برداری شوند، همگی صفر بوده وخروجی كاملا صفر خواهد شد. ولی اگر باشد سیگنال راتوسط نمونه برداری می توان تعریف كرد.

شكل 5 : سیگنال با تناوب T [11] .

تااینجا حداقل بسامد نمونه برداری رابررسی كردیم. از طرف دیگر نمونه برداری در بسامدهای بالا از پدیده aliasing جلوگیری می كند ولی مقدار آن را نمی توان خیلی افزایش داد. چون نمونه برداری در بسامد بالا وغیر لازم، بخصوص هنگام ذخیره یا انتقال اطلاعات مشكل نیاز داشتن به حافظه های بیشتر ونیز اشغال باند بسامدی را سبب می شود. بنابراین باید به دنبال ارتباط دقیق مابین نرخ نمونه برداری وپهنای باند باشیم.

مقدار فركانس نمونه برداری سیگنالهای مركب تصویر: حد بسامد نمونه برداری برای بازسازی سیگنال اصلی، بدون ایجاد پدیده aliasing افتادن بسامدهای مجازی برروی بسامدهای اصلی باحفظ وضوح فاصله ای ووضوح گذری توسط تئوری نمونه برداری بیان شده است. آن تئوری به بیشترین بسامد فاصله ای برای بازسازی بدون پدیده برهم افتادگی بسامد اشاره دارد كه مقدار آن اندكی كمتر از نصف بسامد نمونه برداری است. [ 10 8] . از آنجا كه بعداز رقمی سازی سیگنال مركب تصویر، برای رمزگشایی 2سیگنال، به انواع صافی های رقمی نیازمند هستیم وبا این كه این امكان وجوددارد كه صافی هایی باهرپاسخی طراحی گردد، اما اگر بسامد نمونه برداری راچهار برابر بسامد حامل فرعی رنگ درسیستم پال و NTSC در نظر بگیرند، طراحی صافی ها ساده تر ودر نتیجه از پیچیدگی صافی ها كاسته می شود.

شكل 6 : نمونه برداری سیگنال مركب تصویر بابسامد 4*Fsc .

الف- در سیستم NTSC . ب- پال [10]. همانطور كه شكل 3-6نشان می دهد، هرقدر فاصله میان لبه سیگنال باند پایه [2]ونزدیكترین باندكناری بیشتر باشد صافی های پاد aliasing وصافی های بازسازی كننده، باشیب كمترطراحی می گردند. در نتیجه از پیچیدگی صافی می كاهد وطراحی آن ساده تر می شود. [ 8] .