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.
لنبدأ ببعض الملاحظات السريعة حول عمل الدماغ في رؤية الصور المتحركة حيث ان هناك حقيقتين للدماغ انبثقت منهما فكرة عمل التلفزيون.لنفترض انك تشاهد جزء من فيلم على شاشة التلفزيون أو شاشة الكمبيوتر ولنفترض ان جزء من هذا المشهد هو المبين في الشكل 1.
شكل 1 يبين على اليمين صورة لمشهد فيديو يعرض على شاشة التلفزيون، وعلى اليسار تكبير لجزء من الصورة
الحقيقة الأولى للعلاقة بين فكرة عمل التلفزيون والدماغ اذا ما قمت بتثبيت الصورة عند أي مشهد مثل الموضح في الصورة أعلاه لطفل يلعب بدراجته حيث قمنا بتكبير منطقة الرأس فقط من الصورة، لابد إنك تلاحظ ان الصورة كما لو انها مقسمة إلى مجموعة من المربعات الصغيرة المتقاربة حيث يقوم الدماغ بإعادة تجميع هذه المربعات ليكون منها صورة ذات معنى.
إن الطريقة الوحيدة التي يمكنك من خلالها أن تدرك إن هذا هو أن تقترب من شاشة التلفزيون وتنظر إلى رأس الطفل التي تم تثبيتها في المشهد السابق فإن ما ستراه هو الموضح في الشكل أعلاه عندما قمنا بتكبير عرض صورة رأس الطفل، وبالتالي فإن من يكون قريبا جدا من التلفزيون لن يمكنه 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 600×800 بكسل أو 1024×768 بكسل.
الحقيقة الثانية المرتبطة بعلاقة التلفزيون مع 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 لو قمت بالتحكم بجهاز الفيديو ليعرض المشهد ببطء شديد جداً فإنك تلاحظ أن كل مشهد يختلف عن المشهد التالي اختلافا طفيفا وعند تحريك هذه المشاهد بسرعة مناسبة لتصل الى 15 اطار في الثانية فإن الدماغ سيقوم بتجميعها ليكون منها مشهد متحرك. لاحظ أن 15 اطار في الثانية هو الحد الأدنى المقبول حيث إن اقل من ذلك سيكون عرض الفيلم متقطع.
عندما تشاهد التلفزيون فإن هاتين العمليتين تحدثان 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. ولنتعرف الآن على فكرة عمل التلفزيون.
أنبوبة أشعة المهبط cathode ray tube
تعتمد معظم أجهزة التلفزيون المستخدمة على جهاز يسمى أنبوبة أشعة المهبط (CRT) لعرض الصور والذي يتكون من أنبوبة مفرغة من الهواء بها الكاثود والأنود والشعاع الإلكتروني والشاشة الفسفورية كما هو مبين في الشكل 2.
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 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.
الشكل 2 يوضح مكونات انبوبة أشعة المهبط
إذا نظرت إلى أنبوبة أشعة المهبط في تركيبها الأساسي الموضح بالرسم في الشكل 3 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.
شكل 3 صورة لاجزاء انبوبة اشعة المهبط موضح بها الملفات النحاسية
التي تولد المجال المغناطيسي 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. والمجموعة الثانية تتحكم بمساره الرأسي وهي إشارة كهربية على شكل سن المنشار ويتحكم بها دائرة الكترونية في جهاز التلفزيون.
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 4. 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.
الشكل 4 مسار الشعاع الإلكتروني لمسح شاشة التلفزيون لرسم الصورة.
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 وفيها 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.
الشكل 5 اجزاء اشارة التلفزيون المرسلة
الإشارة التي تحتوي على هذه المعلومات الثلاث تسمى composite video signal وهي كما بالشكل 5 حيث تكون horizontal-retrace signal عبارة عن ومضات مدتها 5 ميكرثانية بفرق جهد مقداره صفر حيث تلتقطها الالكترونيات داخل التلفزيون وتستخدما 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.
التلفزيون الملون
تختلف شاشة التلفزيون الملون عن شاشة التلفزيون الأبيض والأسود في ثلاث أشياء هي على النحو التالي:
(1) بدلا من شعاع الالكترونات الواحد يوجد ثلاث أشعة تقطع الشاشة في آن واحد و هي الشعاع الأحمر والأخضر والأزرق. وهي الألوان الأساسية والتي تختصر بـ RGB
(2) الشاشة ليست مطلية بطبقة واحدة من الفسفور وإنما مغطاة بقطاعات أو نقاط من الألوان الأحمر والأزرق والأخضر كما في الشكل 6.
الشكل 6 يوضح طبقة الفسفور المكونة من الالوان الاساسية الثلاثة الأحمر والأخضر والأزرق
(3) في داخل الأنبوب وقريبا جدا من الطلاء الفسفوري توجد شاشة معدنية رقيقة تسمى قناع الظل shadow mask بها فتحات صغيرة جدا متناسقة مع النقاط الفوسفورية على الشاشة. الشكل 7 المرسوم يوضح فكرة عمل shadow mask عندما يريد التلفزيون إظهار اللون الأحمر فانه يوجه الشعاع الأحمر إلى النقاط الفسفورية الحمراء و كذلك يفعل في حالة اللون الأخضر أو الأزرق. اللون الأبيض ينتج عن توجيه الأشعة الحمراء و الزرقاء و الخضراء إلى النقاط الفسفورية المقابلة في وقت واحد بينما اللون الأسود ينتج من حجب الأشعة بكل ألوانها عن الوصول للشاشة.
شكل 7 فكرة عمل قناع الظل لاظهار الالوان في التلفزيون الملون
تختلف الإشارة التلفزيونية الملونة عن تلك المرسلة للتلفزيون الأبيض والأسود في أنها تحمل إشارة تشبع ضوئي الـ chrominance signal تنتج عن تحميل موجة جيبية ترددها 3.579545 ميجاهيرتز على إشارة التلفزيون الأبيض و الأسود الأصلية. هنا تضاف ثمان دورات من هذه الموجة مباشرة بعد الإشارة الخاصة بتزامن المسح الأفقي والعمودي لشعاع الالكترونات و تكون هي مصدر اللون في الإشارة التلفزيونية حيث عند نهاية الدورة الثامنة تحدد اللون بمعرفة طور الموجة بينما درجة اللون تتحدد من شدة الموجة.
شكل 8 يوضح الاشارة التلفزيونية الملونة المرسلة
بينما يتخلص التلفزيون الأبيض و الأسود من هذه الإشارة فان التلفزيون الملون يلتقطها ويفك شيفرتها ويضيفها إلى الإشارة الأصلية المشتركة بينه وبين التلفزيون الأبيض والأسود والتي تتحكم بشدة شعاع الالكترونات.
مصادر الإشارة التلفزيونية
الآن بعد أن تعرفت على تركيب التلفزيون و عرفت مما تتكون الإشارة التلفزيونية نكون قد وصلنا للجزء الأخير والذي سنتحدث فيه فقط عن الطرق المختلفة التي تصل بها الإشارة التلفزيونية إلى جهازك والتي غالبا ما تعرفها و هي:
الهوائي العادي أو ما يعرف باسم الانتينا و الذي يستقبل البث التلفزيوني من المحطات التقليدية.
عرض النطاق للإشارة التلفزيونية التي تحدثنا عنها هو 4 ميجاهرتز مع إضافة إشارة الصوت و ما قد يلزم تصبح 6ميجاهرتز. فمثلا FCC تخصص ثلاث فرق من الترددات في طيف الراديو عرض كل منها 6 ميجاهرتز لكي تلائم قنوات التلفزيون. فترسل الإشارة التلفزيونية إلى بيتك عبر إي قناة حيث تكون محمولة على موجة راديو يتم تحوير سعتها amplitude modulation لكي تحمل الإشارة المرئية بينما تحمل موجة أخرى يحدث لها تعديل في التردد frequency modulation الإشارة الصوتية. فلو كان هناك احد البرامج يبث على احد القنوات فان جهازك حين يضبط على هذه القناة سيقوم باستخلاص الموجة المرئية و المسموعة من على الموجة الحاملة.
جهاز الفيديو
هذا في حالة استقبال الإشارة من خلال محطة بث عادية لكن لو كنت ستشاهد البرنامج عن شريط فيديو فان جهاز الفيديو يحتوي على دائرة الكترونية تقوم بتحويل الإشارات الخاصة بالصورة والصوت المحفوظة على الشريط إلى إشارات مماثلة لتلك التي ترسلها محطات الإرسال ولكنها فقط تكون مناسبة لواحد من قنوات التلفزيون.
تلفزيون الكوابل وتصل إليه إشارات تلفزيونية عن طريق الكوابل إلى جهاز الرسيفر ليفك شيفرتها و تذهب إلى مدخل الانتينا التقليدي بعد ذلك.
في تلفزيون الكوابل يكون هناك عدد كبير جدا من القنوات التي تنتقل إشاراتها عبر الكابل إلى بيتك و لكن الشارات تكون مشفرة بحيث تحتاج إلى ما يسمى جهاز الرسيفر ليفك شيفرتها ويحولها إلى إشارة تلفزيونية عادية ثم تدخل إلى جهاز تلفزيونك من خلال مدخل الهوائي العادي إلى إحدى القنوات فقط.
Large satellite dish antenna وهي الأطباق التي تعتمد على الأقمار الصناعية وقد يصل قطرها ما بين 6-12 قدم.
في الأطباق لكبيرة المعتمدة على الأقمار الصناعية فانك في البداية توجه الطبق إلى احد الأقمار الصناعية ثم تختار احد القنوات التي يبثها ثم يقوم جهاز الرسيفر باستقبال الإشارة ويفك شيفرتها و يحولهه لإشارة تلفزيونية عادية تستقبلها احد محطات تلفزيونك.
Small satellite dish antenna وهي ذات قطر صغير ما بين 1-2 قدم
في حالة الأطباق الصغيرة فان الإشارات التلفزيونية تشفر وتحول إلى ملفات MPEG-2 ترسل إلى الأرض حيث يقوم جهاز الرسيفر بجهد كبير لفك شيفرتها و تحويلها إلى إشارة تلفزيونية يدركها جهازك.
ربما تكون الآن قد شعرت بالملل فمشاهدة ذلك الجهاز الجميل و متابعة برامجه المسلية لم تكن بحاجة لكل هذا الجهد لفهم كيف يعمل ولكن أحيانا حين نفهم بعض الأشياء تعجبنا أكثر وربما نحبها أكثر.
مزيد من المعلومات تجدها في المواقع التالية:
