کار آموزی سيستم تلويزون

بسمه تعالي
در اجراي اصل يكصدوهفتادوپنجم قانون اساسي جمهوري اسلامي ايران كه به راديو و تلويزيون اشاره دارد و همچمنين قانون اداره صداو سيماي جمهوري اسلامي ايران مصوب هشتم ديماه ۱۳۵۹ مجلس شوراي اسلامي اساسنامه صداوسيماي جمهوري اسلامي ايران كه بشرح زير مي باشد : سازمان صدا و سيماي جمهوري اسلامي ايران سازماني است مستقل و زيرنظر قواي سه گانه كشور كه بر طبق قانون اداري صدا و سيماي جمهوري اسلامي ، قانون خط مشي و مفاد اين اساسنامه اداره مي شود .

اهداف : هدف اصلي سازمان صدا و سيما بعنوان يك دانشگاه عمومي ، نشر فرهنگ اسلامي ، ايجاد محيط مساعد براي تزكيه و تعليم انسان و رشد فضائل اخلاقي و شتاب بخشيدن به حركت تكامل انقلاب اسلامي در سراسر جهان مي باشد . اين اهداف در چهارچوب برنامه هاي ارشادي ، آموزشي ، خبري و تفريحي تامين مي گردد . رياست سازمان صداو سيما جهت وظايف خود داراي ۶ حوزه معاونت مي باشد كه عبارتند از :
۱- معاونت امور برنامه ها كه مسئووليت تهيه كليه طرحها و برنامه هاي راديويي و تلويزيوني و ارائه آن به واحد طرح و برنامه و نيز توليد و پخش آن را بر عهده دارد .
۲- معاونت سياسي كه مسئووليت تهيه ، تنظيم و پخش اخبار و گزارشها را بر عهده دارد .
۳- معاونت آموزشي كه مسئووليت تربيت نيروي انساني مورد نياز سازمان را از طريق دانشكده صدا وسيما بر عهده دارد .
۴- معاونت فني كه مسئوليت انجام كليه امور مربوط به تجهيزات فني سازمان شامل تهيه و تامين وسائل و دستگاههاي فني، نگهداري و تعميرات ، گسترش پوشش راديويي و تلويزيوني در داخل كشور را بر عهده دارد .

۵- معاونت اداري مالي كه مسئوليت تنظيم و اجراي بودجه تامين نيروي انساني ، امور اداري و حقوقي را بر عهده دارد .
۶- معاونت برون مرزي كه مسئووليت تهيه طرح هاي راديويي و تلويزيوني برون مرزي را بر عهده دارد .
معاونت فني سازمان صدا و سيما خود داراي حوزه هاي زير مي باشد :

۱- اداره كل پشتيباني فني
۲- اداره كل فرستنده هاي تلويزيوني
۳- اداره كل فرستنده هاي راديويي
۴- اداره كل تاسيسات

واحد پشتيباني فني سازمان صداوسيماي اراك زير نظر اداره كل پشتيباني فني سازمان صداوسيما قرار دارد وكارآموزي اينجانب در آنجا انجام شد .
اين واحد داراي وظايفي به شرح زير مي باشد :

۱- تعميرات و نگهداري كليه تجهيزات استوديويي و پرتابل الكترونيك راديويي و تلويزيوني .
۲- ارائه خدمات الكترونيك جهت ضبط و پخش برنامه هاي راديويي و تلويزيوني .

۳- فراهم آوردن امكان ارتباط مستقيم تلويزيوني و راديويي از اراك به ساير نقاط كشور .
۴- استفاده از تجهيزات و تكنولوژي هاي جديد براي انجام امورات فوق .
در طول دوره سه مبحث مورد بررسي واقع شد :
۱- نمونه برداري ازسيگنال تصوير
۲-كوانتايي سازي سيگنال تصوير
۳- اصول فشرده سازي تصوير

فصل اول نمونه برداري از سيگنال تصوير
ضبط اطلاعات تصويري:
دستگاه ضبط مغناطيسي تصوير در واقع از اطلاعات تصويري يك كپي برروي نوار مغناطيسي مي كشد. لذا مي توان آن را مشابه باحالتي فرض كرد كه نقاشي بخواهد ازيك تابلوي اصلي نسخه برداري كند. بنابراين هرقدر در صحت كشيدن دقت بيشتري داشته باشد. تابلوي كپي شباهت بيشتري به اصل خواهد داشت. اما اگر دراين نقاشي از تكنيكهاي ضعيف، دستهاي لرزان، قلم موهاي نامناسب وسنگين اشتفاده شود كپي تهيه شده همراه با خطاهاي زياد بوده و در جزئيات ، باكار اصلي متفاوت خواهد بود. در دستگاههاي ضبط تصوير قياسي هنگامي كه از تصوير اصلي برروي نوار مغناطيسي نسخه برداري هاي مكرر انجام مي

شود، عدم كيفيت مطلوب تصويري رابه دنبال خواهد داشت. همانطور كه بهترين هنرمند هاهم نمي توانند چنين ادعايي داشته باشند. مضافا اين كه بخواهيم دوباره كپي ديگري از كپي اولي تهيه كنيم. واضح است كه تفاوتها بازهم بيشتر خواهند شد وكاهش فوق العاده كيفيت تصويري رادرپي خواهند داشت.

ضبط رقمي اطلاعات تصويري:در ضيط تصوير رقمي، سيگنال تصوير پيوسته متناوبا در زمانهاي معيني اندازه گيري مي شود. هريك از اين نقاط اندازه گيري شده كه در طول عمل نمونه برداري بدست مي ايند، توسط يك عدد بيان مي شوند. حال، اين مقدار عددبيان شده است كه روي نوار ضبط مي شود نه خود سيگنال تصويري. مي توان تصور كرد بجاي اين كه از روي يك اثر هنري رنگارنگ با جزئيات فراوان نقاشي كشيده شود، از روي تعدادي عددكپي برداري گردد. بخصوص آن كه جزئيات تصويري به ارزش عددي هر عدد بستگي داشته باشد ونه به خوش خط يابد خط نوشتن اعداد. از آنجا كه در فن آوري رقمي هرعدد به صورت دودويي بيان مي شود، باكمي دقت مي توان اعداد صفر ويك رااز هم تشخيص داد. دراين صورت كپي كاملا شبيه اصل و عمليات كپي برداري بدون افت كيفي خواهد بود.
اصول نمونه برداري تصوير:
نمونه برداري عبارت از اندازه گيري متناوب مقادير سيگنال تصوير قياسي به جهت توليد نمونه هاي تصويري مي باشد. تمام سيستمهاي فيلم وتصاوير الكترونيكي از نمونه برداري به مقدار وسيع استفاده مي كنند. وضوح فاصله اي در فيلم توسط عناصر رنگي حساسي به نور تعداد نمونه هاي تصوير محدود مي شود، در صورتي كه وضوح گذري توسط سرعت فريم وزاويه نوربند محدود مي شود. سيگنال تصوير قياسي اغلب به صورت عمودي نمونه برداري مي شود واين عمل به خاطر روش پويش سيگنال مي باشد. در سيستم تلويزيون ، تصوير از تعدادي خطوط افقي تشكيل مي شود. تعداد اين خطوط در سيستم ۵۰ هرتز ۶۲۵ خط ودر سيستم ۶۰هرتز ۵۲۵ خط مي شاد. در روش پويش خطوط افقي تصوير، وضوح ايستا ووضوح پويا به وسيله چندين عامل تعريف شده اند:
الف- وضوح افقي توسط پاسخ فركانسي وسرعت فريم مجدود مي گردد.

ب- وضوح عمودي توسط بسامد نمونه برداري ونسبت تعداد خطوط يك ميدان ويا يك فريم وهمچنين توسط سرعت فريم ها محدود مي شود.
براي رقمي سازي يك تصوير بايد سيگنال تصويري حاصل از پويش لامپ دوربين يا حسگرهاي دسته بندي شده رادريك خط يادريك فريم نمونه برداري نماييم. هردودسته حسگرهاي خطي وفرعي، تصوير رادر سه بعد نمونه برداري مي كنند. اين سه بعد عبارتند از: افقي ، عمودي وحوزه زمان. وضوح ايستا وووضوح پويا دريك تصوير رقمي شده ره بسامد نمونه برداري وسطوح كوانتش مربوط به هر نمونه بستگي كامل دارد. سيگنال تصوير قياسي ازدونظر پيوسته مي باشد:

پيوستگي در حوزه زمان – پيوستگي از نظر مقدار واندازه . اما سيگنال رقمي از نظر زمان ومقدار گسسته مي باشد. علاوه برآن از نظر زمان فقط در زمانهاي معيني تعريف شده است واز نظر مقدار فقط مي تواند اندازه هاي كاملا مشخصي را دارا باشد. يك سيگنال تصوير رقمي ازيك سري اعداد دودويي دنبال هم تشكيل شده كه هر يك ازاين اعداد نماينده يك نمونه اندازه گيري شده مشخصي مي باشند. مقدار هركدام ازاين اعداد، تركيبي از بيتهاي صفر ويك هستند.

شكل بيت خلاصه شده رقم دودويي نام دارد. براي تبديل يك سيگنال پيوسته زماني به سيگنال گسسته, مي بايست در زمانهاي مشخصي از آن نمونه گرفت كه در نتيجه سيگنال پيوسته زماني به صورت گسسسته ومنقطع درمي آيد. حال اگر اين نمونه هاي زماني به تعداد كافي موجود باشند سيگنال مقطع

اطلاعاتي رااز دست نخواهد داد. شكل ۱ نشان دهنده يك نمونه ايجاد وذخيره اطلاعات تصوير رقمي تك رنگ مي باشد اين نمونه شامل يكسرس نقاط مرتبي مي شود كه عموما مستطيل شكل هستند. مقدار روشنايي در آن نقاط به عنوان يك عدد ذخيره مي گردد. نقاط مذكور به عنوان عناصر تصويري هستند كه عموما آنها راپيكسل مي گويند. ترتيب چيدن عناصر تصويري به وصرت ستوني ورديفي است. باكم كردن فاصله بين عناصر تصويري مي توان اميدوار بود كه

ببيننده تصويري پيوسته را مشاهده كند. مسلما با بهبود ابعاد عناصر تصوير مقدار وضوح تصويري بهتر خواهد شد. دراين صورت مقدار داده هاي رقمي لازم براي ذخيره يك تصوير، به نسبت مربع توان دوم وضوح تصويري افزايش مي يابد. هر عنصر تصويري حتي در تصاوير رنگي اضافه برميزان روشنايي مقدار ديگري ندارد، اماهر نقطه از تصوير شامل برداري است كه ميزان روشنايي ورنگ مايه ودرجه اشباع رنگ را تشكيل مي دهد. دراين صورت مقدار داده ها با همه دشواريها افزايش مي يابد. شكل۱ نشان مي دهد كه تصاوير مي توانند به صورت رقمي وتوسط نسبت دادن ميزان روشنايي هرنقطه به صورت عددي دودويي ذخيره گردند. نمونه برداري اغلب به صورت رديفي و ستوني مي باشد. در اين صورت چنانچه خطوط عمودي وافقي همانند هم وبه يك فاصله باشند بيشترين بازدهي تصويري را خواهيم داشت.

شكل ۱: ذخيره رقمي مقدار روشنايي برروي نقاط تصويري توسط اعداد دودويي
قبلا بيان شد كه نمونه برداري روشي براي بيان سيگنال پيوسته توسط اندازه گيري متناوب مي باشد. در سيستم تلويزيون ، تصوير ورودي به دوربين تلويزيوني ، روي حسگرهايي مي افتد كه پيوستگي زماني دارند. اين حسگرها همچنين از نظر دوبعد طولي وعرضي كه بستگي به ابعادشان دارد پيوسته مي باشند. بنابراين سه بعد پيوسته نمونه برداري خواهند شد. اين ابعاد پيوسته شامل زمان، طول وعرض مي باشند. رابطه اي مستقيم بين نمونه برداري توسط يك

بسامد مشخص يا تعداد اعدادي كه نمايانگر تعداد عناصر تصوير هستند وجود دارد. اين رابطه همان تعداد زمانهاي نمونه برداري شده برواحد سطح هستند كه مشخص كننده روش پويش مي باشد. بسامد گذري از ضرب زمان بسامد فاصله اي در سرعت پويش بدست مي آيد.مثلا در شكل ۲ كه يك حسگر تصويري رابطور فرضي نشان مي دهد، تعداد ۱۰۰۰حسگر در امتداد هم وبه طول يك سانتيمتر وجود دارند. حال اگر اين حسگرها مرتبا توسط سيگنال پويشگري كه در زمان يك ميلي ثانيه يك سانتيمتر راطي مي كند، اندازه گيري شوند نرخ بسامدگذري برابر ۱MHz مي شود.
پس در مدت يك ثانيه تعداد يك ميليون حسگر را پويش مي كند.

شكل -۲ :۱۰۰۰ حسگر به طول يك سانتيمتر [^] .
پس اگر در نمونه برداري فاصله اي ، تعداد ۱۰۰۰ نقطه به امتداد ۱سانتيمتر درمدت يك ميلي ثانيه پويش شود، نرخ نمونه برداري برابر ۱MHz خواهد شد. شكل ۳-۳ {الف} سيگنالي راكه بابسامد نسبتا بالا نمونه برداري شده است نشان مي دهد. مشاهده مي شود كه بااين نرخ نمونه برداري ، شكل موج اصلي كاملا محفوظ مانده است. شكل ۳ {ب} مثالي از نمونه برداري بانرخ نمونه برداري غيركافي مي باشد. دراين تصوير شكل موج اصلي بدست نيامده كه در اينجا مي گويند. پديده Aliasing رخ داده است{۱۰}. زيرا بسامد ديگري جايگزين بسامد اصلي سيگنال شده است.

شكل ۳: نمونه برداري، الف- بانرخ كافي، ب- بانرخ غير كافي ۱۰
پديده Aliasing مشتركا در فيلم وتلويزيون ممكن است مشاهده گردد. به عنوان مثال در فيلمبرداري از چرخهاي كالسكه اي درحال حركت، از آنجا كه سرعت فريم برابر با۲۴هرتز است، سرعت گردش چرخها خيلي آهسته تر از سرعت اصلي آنها به نظر مي آيد.وحتي اينطور تصور مي شود كه چرخها گاهي برعكس مي گردند.
بسامد نمونه برداري ومقدار مناسب آن:
باتوجه به بسط سري فوريه در مورد تابع g[t] كه در فاصله زماني بين t+T,t تناوبي باشد داريم:

شكل۴ :تابع g[ t] كه بين t + H, t تناوبي است.{۱۱}.
g [t] = A. +
g[t] = A. +
كه در آن ضريب مشخص كننده بسامدهارمونيك اصلي و N درواقع حداكثر بسامد سيگنال يعني هارمونيك N ام وb ,a بالاترين ضرايب فوريه مي باشند. ضرايب a وb ,a از روابط زير بدست مي آيند:
a
a

پس براي معلوم شدن g احتياج به بدست آوردن ۲N+1 مجهول مربوط به ضرايب تا
و تا و داريم. اگر بخواهيم يك تناوب رانمونه برداري كنيم بايد ۲ N+1 سمپل داشته باشيم. اگر بخواهيم دوتناوب رانمونه برداري كنيم بايد ۴N+1 سمپل داشته باشيم. اگر بخواهيم R تناوب رانمونه برداري كنيم بايد ۲RN+1 سمپل داشته باشيم. پس بسامد نمونه برداري براي R تناوب برابر مي شود با
= تعداد نمونه ها F S =
زمان
با ميل دادن R به سمت در نتيجه به سمت ميل مي كند ودر حد داريم:

اگر بالاترين بسامدسيگنال g رابا نشان دهيم داريم:

پس باجايگذاري N در رابطه خواهيم داشت:

اين صورت كلي نمونه برداري سيگنال تصوير است. اما مقدار رابا توجه به عوامل مختلف بيشترازاين مقدار اختيار مي كنند.
نكته: در شرايط خاص، تنها برقراري شرط كافي نيست. مثلا اگر سيگنال اطلاعات داراي شكل ومشخصات زير باشد وداشته باشيم:
كه حداكثر بسامد سيگنال دراين رابطه برابر است با: اگر بسامد نمونه برداري را۲برابر انتخاب كنيم ونمونه ها از t =0
شروع شوند سيگنال باز هم قابل نمونه برداري نخواهد بود زيرا همانطور كه در شكل ۵ ديده مي شود. اگر نقاط و T و و ۲T و.. نمونه برداري شوند، همگي صفر بوده وخروجي كاملا صفر خواهد شد. ولي اگر باشد سيگنال راتوسط نمونه برداري مي توان تعريف كرد.

شكل ۵ : سيگنال با تناوب T [11] .
تااينجا حداقل بسامد نمونه برداري رابررسي كرديم. از طرف ديگر نمونه برداري در بسامدهاي بالا از پديده aliasing جلوگيري مي كند ولي مقدار آن را نمي توان خيلي افزايش داد. چون نمونه برداري در بسامد بالا وغير لازم، بخصوص هنگام ذخيره يا انتقال اطلاعات مشكل نياز داشتن به حافظه هاي بيشتر ونيز اشغال باند بسامدي را سبب مي شود. بنابراين بايد به دنبال ارتباط دقيق مابين نرخ نمونه برداري وپهناي باند باشيم.
مقدار فركانس نمونه برداري سيگنالهاي مركب تصوير: حد بسامد نمونه برداري براي بازسازي سيگنال اصلي، بدون ايجاد پديده aliasing افتادن بسامدهاي مجازي برروي بسامدهاي اصلي باحفظ وضوح فاصله اي ووضوح گذري توسط تئوري نمونه برداري بيان شده است. آن تئوري به بيشترين بسامد فاصله اي براي بازسازي بدون پديده برهم افتادگي بسامد اشاره دارد كه مقدار آن اندكي كمتر از نصف بسامد نمونه برداري است. [ ۱۰,۸] . از آنجا كه بعداز رقمي سازي سيگنال مركب تصوير، براي رمزگشايي ۲سيگنال، به انواع صافي هاي رقمي نيازمند هستيم وبا اين كه اين امكان وجوددارد كه صافي هايي باهرپاسخي طراحي گردد، اما اگر بسامد نمونه برداري راچهار برابر بسامد حامل فرعي رنگ درسيستم پال و NTSC در نظر بگيرند، طراحي صافي ها ساده تر ودر نتيجه از پيچيدگي صافي ها كاسته مي شود.