پروژه کارآموزی سیستم تلویزیون

در اجرای اصل یکصدوهفتادوپنجم قانون اساسی جمهوری اسلامی ایران که 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 که بشرح زیر می باشد : سازمان صدا و سیمای جمهوری اسلامی ایران سازمانی است مستقل و زیرنظر قوای سه گانه کشور که 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 یک دانشگاه عمومی ، نشر فرهنگ اسلامی ، ایجاد محیط مساعد برای تزکیه و تعلیم انسان و رشد فضائل اخلاقی و شتاب بخشیدن به حرکت تکامل 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 که عبارتند از :

1- معاونت امور برنامه ها که مسئوولیت تهیه کلیه 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 که مسئوولیت تهیه ، تنظیم و پخش اخبار و گزارشها را بر عهده دارد .

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

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

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

6- معاونت برون مرزی که 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 کل پشتیبانی فنی

2- اداره کل فرستنده های تلویزیونی

3- اداره کل فرستنده های رادیویی

4- اداره کل تاسیسات

واحد پشتیبانی فنی سازمان صداوسیمای اراک زیر نظر اداره کل پشتیبانی فنی سازمان صداوسیما قرار دارد وکارآموزی اینجانب در آنجا انجام شد .

این واحد دارای وظایفی به شرح زیر می باشد :

1- تعمیرات و نگهداری کلیه تجهیزات استودیویی و پرتابل الکترونیک رادیویی و تلویزیونی .

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

3- فراهم آوردن امکان ارتباط مستقیم تلویزیونی و رادیویی از اراک به سایر نقاط کشور .

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

در طول دوره سه مبحث مورد بررسی واقع شد :

1- نمونه برداری ازسیگنال تصویر

2-کوانتایی 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 یک کپی برروی نوار مغناطیسی می کشد. لذا می توان آن را مشابه باحالتی فرض کرد که نقاشی بخواهد ازیک تابلوی اصلی نسخه برداری کند. بنابراین هرقدر در صحت کشیدن دقت بیشتری داشته باشد. تابلوی کپی شباهت بیشتری به اصل خواهد داشت. اما اگر دراین نقاشی از تکنیکهای ضعیف، دستهای لرزان، قلم موهای نامناسب وسنگین اشتفاده شود کپی تهیه شده همراه با خطاهای زیاد بوده و در جزئیات ، باکار اصلی متفاوت خواهد بود. در دستگاههای ضبط تصویر قیاسی هنگامی که از تصویر اصلی برروی نوار مغناطیسی نسخه برداری های مکرر انجام می شود، عدم کیفیت مطلوب تصویری رابه دنبال خواهد داشت. همانطور که بهترین هنرمند هاهم نمی توانند چنین ادعایی داشته باشند. مضافا این که بخواهیم دوباره کپی دیگری از کپی اولی تهیه کنیم. واضح است که تفاوتها بازهم بیشتر خواهند شد وکاهش فوق العاده کیفیت تصویری رادرپی خواهند داشت.

ضبط رقمی اطلاعات تصویری:در ضیط تصویر رقمی، سیگنال تصویر پیوسته متناوبا در زمانهای معینی اندازه گیری می شود. هریک از این نقاط اندازه گیری شده که در طول عمل نمونه برداری بدست می ایند، توسط یک عدد بیان می شوند. حال، این مقدار عددبیان شده است که روی نوار ضبط می شود نه خود سیگنال تصویری. می توان تصور کرد  بجای این که از روی یک اثر هنری رنگارنگ با جزئیات فراوان نقاشی کشیده شود، از روی تعدادی عددکپی برداری گردد. بخصوص آن که جزئیات تصویری به ارزش عددی هر عدد بستگی داشته باشد ونه به خوش خط یابد خط نوشتن اعداد. از آنجا که در فن آوری رقمی هرعدد به صورت دودویی  بیان می شود، باکمی دقت می توان اعداد صفر ویک رااز هم تشخیص داد. دراین صورت کپی کاملا شبیه اصل و عملیات کپی برداری بدون افت کیفی 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 الکترونیکی از نمونه برداری به مقدار وسیع استفاده می کنند. وضوح فاصله ای در فیلم توسط عناصر رنگی حساسی به نور تعداد نمونه های تصویر محدود می شود، در صورتی که 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 تشکیل 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 فرکانسی وسرعت فریم مجدود می گردد.

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

برای رقمی سازی یک تصویر باید سیگنال تصویری حاصل از پویش لامپ دوربین یا حسگرهای دسته بندی شده رادریک خط یادریک فریم نمونه برداری نماییم. هردودسته حسگرهای خطی وفرعی، تصویر رادر سه بعد نمونه برداری می کنند. این سه بعد عبارتند از: افقی ، عمودی وحوزه زمان. وضوح ایستا وووضوح پویا دریک تصویر رقمی شده ره بسامد نمونه برداری وسطوح کوانتش مربوط به هر نمونه بستگی کامل 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 کاملا مشخصی را دارا باشد. یک سیگنال تصویر رقمی ازیک سری اعداد دودویی دنبال هم تشکیل شده که هر یک ازاین اعداد نماینده یک نمونه اندازه گیری شده مشخصی می باشند. مقدار هرکدام ازاین اعداد، ترکیبی از بیتهای صفر ویک هستند. شکل بیت خلاصه شده رقم دودویی نام دارد. برای تبدیل یک سیگنال پیوسته زمانی به سیگنال گسسته, می بایست در زمانهای مشخصی از آن نمونه گرفت که در نتیجه سیگنال پیوسته زمانی به صورت گسسسته ومنقطع  درمی آید. حال اگر این نمونه های زمانی به تعداد کافی موجود باشند سیگنال مقطع اطلاعاتی رااز دست نخواهد داد. شکل 1 نشان دهنده یک نمونه ایجاد وذخیره اطلاعات تصویر رقمی تک رنگ می باشد این نمونه شامل یکسرس نقاط مرتبی می شود که عموما مستطیل شکل هستند. مقدار روشنایی در آن نقاط به عنوان یک عدد ذخیره می گردد. نقاط مذکور به عنوان عناصر تصویری هستند که عموما آنها راپیکسل می گویند. ترتیب چیدن عناصر تصویری به وصرت ستونی وردیفی است. باکم کردن فاصله بین عناصر تصویری می توان امیدوار بود که ببیننده تصویری پیوسته را مشاهده کند. مسلما با بهبود ابعاد عناصر تصویر مقدار وضوح تصویری بهتر خواهد شد. دراین صورت مقدار داده های رقمی لازم برای ذخیره یک 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 که میزان روشنایی ورنگ مایه ودرجه اشباع رنگ را تشکیل می دهد. دراین صورت مقدار داده ها با همه دشواریها افزایش می یابد. شکل1 نشان می دهد که 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 یک فاصله باشند بیشترین بازدهی تصویری را خواهیم داشت.

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

قبلا بیان شد که 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 که پیوستگی زمانی دارند. این حسگرها همچنین از نظر دوبعد طولی وعرضی که 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 یک بسامد مشخص یا تعداد اعدادی که نمایانگر تعداد عناصر تصویر هستند وجود دارد. این رابطه همان تعداد زمانهای نمونه برداری شده برواحد سطح هستند که مشخص کننده روش پویش می باشد. بسامد گذری از ضرب زمان بسامد فاصله ای در سرعت پویش بدست می آید.مثلا در شکل 2 که یک حسگر تصویری رابطور فرضی نشان می دهد، تعداد 1000حسگر در امتداد هم وبه طول یک سانتیمتر وجود دارند. حال اگر این حسگرها مرتبا توسط سیگنال پویشگری که در زمان یک میلی ثانیه یک سانتیمتر راطی می کند، اندازه گیری شوند نرخ بسامدگذری برابر 1MHz می شود.

پس در مدت یک ثانیه تعداد یک میلیون حسگر را پویش می کند.

شکل -2 :1000 حسگر به طول یک سانتیمتر [^] .

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

شکل 3: نمونه برداری، الف- بانرخ کافی، ب- بانرخ غیر کافی 10

پدیده  Aliasing مشترکا در فیلم وتلویزیون ممکن است مشاهده گردد. به عنوان مثال در فیلمبرداری از چرخهای کالسکه ای درحال حرکت، از آنجا که سرعت فریم برابر با24هرتز است، سرعت گردش چرخها خیلی آهسته تر از سرعت اصلی  آنها به نظر می آید.وحتی اینطور تصور می شود که چرخها گاهی برعکس می گردند.

بسامد نمونه برداری ومقدار مناسب آن:

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

شکل4 :تابع  g[ t] که بین  t + H, t تناوبی است.{11}.

  g [t] = A. +

g[t] = A. + 

که در آن ضریب  مشخص کننده بسامدهارمونیک اصلی و N  درواقع حداکثر بسامد سیگنال یعنی هارمونیک 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 یک تناوب رانمونه برداری کنیم باید 2 N+1 سمپل داشته باشیم. اگر بخواهیم دوتناوب رانمونه برداری کنیم باید  4N+1 سمپل داشته باشیم. اگر بخواهیم  R تناوب رانمونه برداری کنیم 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 کند ودر حد داریم:                

اگر بالاترین بسامدسیگنال  g رابا  نشان دهیم داریم:    

پس باجایگذاری N در رابطه  خواهیم داشت:

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

نکته: در شرایط خاص، تنها برقراری شرط کافی نیست. مثلا اگر سیگنال اطلاعات دارای شکل ومشخصات زیر باشد وداشته باشیم:

        که حداکثر بسامد سیگنال  دراین رابطه برابر است با:          اگر بسامد نمونه برداری را2برابر انتخاب کنیم ونمونه ها از t  =0

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