التردد

📅 آخر تحديث: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 26 صور
الموسوعة الحرة

الصورة على اليسار هي الأصلية. الصورة الوسطى مُصغّرة إلى 16 لونًا. الصورة على اليمين أيضًا 16 لونًا، ولكن تم تنعيمها لتقليل تأثير التدرج اللوني.

التمويه أو التمويه هو شكل من أشكال التشويش يُطبق عمدًا لتقليل خطأ التكميم ، مما يمنع ظهور أنماط واسعة النطاق مثل تدرجات الألوان غير المتجانسة في الصور. يُستخدم التمويه بشكل روتيني في معالجة بيانات الصوت والفيديو الرقمية ، وغالبًا ما يكون إحدى المراحل الأخيرة في عملية إتقان الصوت على قرص مضغوط .

يتمثل الاستخدام الشائع للتردد في تحويل صورة رمادية إلى صورة بالأبيض والأسود ، بحيث تقارب كثافة النقاط السوداء في الصورة الجديدة متوسط ​​مستوى الرمادي في الصورة الأصلية.

أصل الكلمة

ظهر مصطلح "التردد" في كتبٍ تتناول الحوسبة التناظرية والمدافع التي تعمل بالتحكم الهيدروليكي بعد الحرب العالمية الثانية بفترة وجيزة . [ 1 ] [ 2 ] [ ملاحظة 1 ] على الرغم من أنه لم يستخدم مصطلح "التردد" تحديدًا، إلا أن مفهوم التردد لتقليل أنماط التكميم طُبِّق لأول مرة من قِبَل لورانس ج. روبرتس [ 4 ] في رسالته للماجستير في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا عام 1961 [ 5 ] ومقالته عام 1962. [ 6 ] وبحلول عام 1964، كان مصطلح "التردد" يُستخدم بالمعنى الحديث الموصوف في هذه المقالة. [ 7 ] كانت هذه التقنية مُستخدمة على الأقل منذ عام 1915، وإن لم يكن تحت اسم "التردد" . [ 8 ]

في المعالجة الرقمية وتحليل الموجات

تُستخدم تقنية التمويه في العديد من المجالات المختلفة التي تعتمد على المعالجة والتحليل الرقميين. وتشمل هذه الاستخدامات الأنظمة التي تستخدم معالجة الإشارات الرقمية ، مثل الصوت الرقمي والفيديو الرقمي والتصوير الرقمي وعلم الزلازل والرادار وأنظمة التنبؤ بالطقس .

ينتج عن التكميم خطأ. إذا كان هذا الخطأ مرتبطًا بالإشارة، فقد تكون النتيجة دورية أو قابلة للتنبؤ. في بعض المجالات، وخاصةً عندما يكون المُستقبِل حساسًا لمثل هذه التشوهات، تُنتج الأخطاء الدورية تشوهات غير مرغوب فيها. في هذه المجالات، يُحوّل إدخال التشويش الخطأ إلى ضوضاء عشوائية. يُعد مجال الصوت مثالًا رئيسيًا على ذلك. تعمل الأذن البشرية بشكل مشابه لتحويل فورييه ، حيث تسمع ترددات فردية. [ 9 ] [ 10 ] لذلك، تكون الأذن حساسة جدًا للتشويه ، أو محتوى التردد الإضافي، ولكنها أقل حساسية بكثير للضوضاء العشوائية الإضافية عند جميع الترددات كما هو الحال في الإشارة المُشوشة. [ 11 ]

الصوت الرقمي

في النظام التناظري، تكون الإشارة متصلة ، أما في النظام الرقمي PCM ، فيقتصر سعة الإشارة الخارجة من النظام الرقمي على إحدى مجموعة من القيم أو الأرقام الثابتة. تُسمى هذه العملية بالتكميم . كل قيمة مُشفّرة هي خطوة منفصلة... إذا تم تكميم الإشارة دون استخدام التمويه، فسيحدث تشويه ناتج عن التكميم مرتبط بإشارة الإدخال الأصلية... ولمنع ذلك، يتم "تمويه" الإشارة، وهي عملية تزيل التوافقيات أو التشوهات الأخرى غير المرغوب فيها رياضيًا تمامًا، وتستبدلها بمستوى ضوضاء ثابت. [ 12 ]

تحتوي النسخة النهائية من الصوت التي تُطبع على قرص مضغوط على 16 بت فقط لكل عينة، ولكن خلال عملية الإنتاج، يُستخدم عادةً عدد أكبر من البتات لتمثيل العينة. يجب تقليل هذا العدد إلى 16 بت لإنتاج القرص المضغوط. هناك عدة طرق للقيام بذلك. على سبيل المثال، يمكن ببساطة حذف البتات الزائدة - وهو ما يُسمى بالتقطيع . كما يمكن تقريب البتات الزائدة إلى أقرب قيمة. مع ذلك، تُنتج كلتا الطريقتين أخطاءً يمكن تحديدها. يُستبدل استخدام التمويه هذه الأخطاء بمستوى ضوضاء ثابت.

أمثلة

لنأخذ على سبيل المثال شكل موجة يتكون من القيم التالية:

1 2 3 4 5 6 7 8

إذا تم تقليل شكل الموجة بنسبة 20%، فإن القيم الجديدة هي كالتالي:

0.8 1.6 2.4 3.2 4.0 4.8 5.6 6.4

إذا تم اقتطاع هذه القيم، فستكون النتيجة هي البيانات التالية:

٠ ١ ٢ ٣ ٤ ٤ ٥ ٦

أما إذا تم تقريب هذه القيم بدلاً من ذلك، فستكون النتيجة هي البيانات التالية:

1 2 2 3 4 5 6 6

بالنسبة لأي شكل موجي أصلي، ينتج عن عملية تقليل سعة الموجة بنسبة 20% أخطاء منتظمة. لنأخذ، على سبيل المثال، موجة جيبية تتطابق، في جزء منها، مع القيم المذكورة أعلاه. في كل مرة تصل فيها قيمة الموجة الجيبية إلى 3.2، ستكون النتيجة المقتطعة منحرفة بمقدار 0.2، كما في بيانات العينة أعلاه. في كل مرة تصل فيها قيمة الموجة الجيبية إلى 4.0، لن يكون هناك خطأ لأن النتيجة المقتطعة ستكون منحرفة بمقدار 0.0، كما هو موضح أعلاه أيضًا. يتغير مقدار هذا الخطأ بانتظام وتكرار خلال دورة الموجة الجيبية. هذا الخطأ تحديدًا هو ما يظهر على شكل تشويه . ما تسمعه الأذن على أنه تشويه هو المحتوى الإضافي عند ترددات منفصلة ناتج عن خطأ التكميم المنتظم والمتكرر.

يتمثل أحد الحلول الممكنة في أخذ العدد المكون من رقمين (مثلاً 4.8) وتقريبه في أحد الاتجاهين. على سبيل المثال، يمكن تقريبه إلى 5 مرة ثم إلى 4 في المرة التالية. سيؤدي هذا إلى جعل المتوسط ​​طويل الأجل 4.5 بدلاً من 4، بحيث تكون القيمة أقرب إلى قيمتها الحقيقية على المدى الطويل. مع ذلك، لا يزال هذا الحل ينتج عنه خطأ قابل للتحديد (وإن كان أكثر تعقيدًا). ​​ففي كل مرة تظهر فيها القيمة 4.8، يكون الخطأ 0.2، وفي المرات الأخرى يكون -0.8. وهذا بدوره ينتج عنه خطأ متكرر وقابل للقياس.

حلٌّ آخر مُحتمل هو أخذ العدد 4.8 وتقريبه بحيث يُقرَّب إلى 5 في المرات الأربع الأولى من أصل خمس، وإلى 4 في المرة الخامسة. وهذا من شأنه أن يُعطي متوسطًا قدره 4.8 بالضبط على المدى الطويل. مع ذلك، وللأسف، لا يزال هذا الحل يُؤدي إلى أخطاء قابلة للتكرار والتحديد، وتظل هذه الأخطاء تظهر على شكل تشويش في السمع.

يؤدي هذا إلى حل التقريب العشوائي . فبدلاً من التقريب لأعلى أو لأسفل بنمط متكرر يمكن التنبؤ به، يُمكن التقريب لأعلى أو لأسفل بنمط عشوائي. إذا تم توليد سلسلة من الأرقام العشوائية بين 0.0 و0.9 (مثلاً: 0.6، 0.1، 0.3، 0.6، 0.9، إلخ) وإضافتها إلى 4.8، ففي حالتين من أصل عشر، سيتم تقريب الناتج إلى 4 (إذا تمت إضافة 0.0 أو 0.1 إلى 4.8)، وفي ثماني حالات من أصل عشر، سيتم تقريبه إلى 5. لكل حالة احتمال عشوائي بنسبة 20% للتقريب إلى 4 أو 80% للتقريب إلى 5. على المدى الطويل، سيبلغ متوسط ​​هذه النتائج 4.8، وسيكون خطأ التكميم عبارة عن ضوضاء عشوائية. هذه الضوضاء أقل إزعاجاً للأذن من التشوه الملحوظ الذي قد تُنتجه الحلول الأخرى.

الاستخدام

تُضاف عملية التمويه قبل أي عملية تكميم أو إعادة تكميم، وذلك لفصل ضوضاء التكميم عن إشارة الإدخال ومنع السلوك غير الخطي (التشويه). يتطلب التكميم ذو عمق البت الأقل كميات أكبر من التمويه. لا تزال نتيجة العملية تُنتج تشويهاً، لكن هذا التشويه عشوائي، وبالتالي فإن الضوضاء الناتجة تكون، عملياً، منفصلة عن الإشارة المقصودة.

في ورقة بحثية رائدة نُشرت في مجلة AES ، أشار ليبشيتز وفاندركوي إلى أن أنواع الضوضاء المختلفة، ذات دوال كثافة الاحتمال المختلفة ، تتصرف بشكل مختلف عند استخدامها كإشارات تداخل، [ 13 ] واقترحا مستويات مثلى لإشارة التداخل للصوت. تتطلب الضوضاء الغاوسية مستوى أعلى من الضوضاء المضافة للقضاء التام على التشوه المسموع مقارنةً بالضوضاء ذات التوزيع المستطيل أو المثلثي . كما تُقلل الضوضاء ذات التوزيع المثلثي من تعديل الضوضاء - أي التغيرات المسموعة في مستوى صوت الضوضاء المتبقية خلف الموسيقى الهادئة والتي تلفت الانتباه إلى الضوضاء. [ 14 ] 

يمكن أن يكون التمويه مفيدًا لكسر دورات الحد الدورية ، وهي مشكلة شائعة في المرشحات الرقمية. عادةً ما تكون الضوضاء العشوائية أقل إزعاجًا من النغمات التوافقية الناتجة عن دورات الحد.

توزيعات الضوضاء

ضوضاء التذبذب ذات دالة كثافة الاحتمال المستطيلة (RPDF) لها توزيع منتظم ؛ أي قيمة في النطاق المحدد لها نفس احتمالية الحدوث.

تتميز ضوضاء التذبذب ذات دالة كثافة الاحتمال المثلثية (TPDF) بتوزيع مثلثي ؛ حيث تكون احتمالية ظهور القيم في مركز النطاق أعلى. ويمكن الحصول على التوزيع المثلثي بإضافة مصدرين مستقلين لدالة كثافة الاحتمال المثلثية (RPDF).

يتبع توزيع الكثافة الاحتمالية الغاوسي التوزيع الطبيعي . وتتبع علاقة احتمالات النتائج منحنىً جرسياً، أو منحنى غاوسياً ، وهو نمط نموذجي للتشويش الناتج عن مصادر تناظرية مثل مضخمات الميكروفونات الأولية. إذا كان عمق البت للتسجيل كبيراً بما يكفي، فسيكون ضجيج المضخم الأولي كافياً لتشويش التسجيل.

تشكيل الضوضاء هو عملية ترشيح تُعدّل الطاقة الطيفية لخطأ التكميم، عادةً إما لتقليل حدة الترددات التي تكون الأذن أكثر حساسية لها، أو لفصل نطاقي الإشارة والضوضاء تمامًا. عند استخدام التمويه، يعتمد طيفه النهائي على ما إذا كان مُضافًا داخل حلقة التغذية الراجعة لمُشكّل الضوضاء أو خارجها. في حال إضافته داخل الحلقة، يُعامل التمويه كجزء من إشارة الخطأ ويُشكّل مع خطأ التكميم الفعلي. أما في حال إضافته خارجها، فيُعامل التمويه كجزء من الإشارة الأصلية ويُخطّط التكميم دون أن يُشكّل هو نفسه. في هذه الحالة، يكون مستوى الضوضاء النهائي هو مجموع طيف التمويه المُسطّح وضوضاء التكميم المُشكّلة. مع أن تشكيل الضوضاء في الواقع العملي يتضمن عادةً التمويه داخل الحلقة، إلا أنه من الممكن أيضًا استخدامه دون إضافة أي تمويه، وفي هذه الحالة يكون خطأ التكميم واضحًا عند مستويات الإشارة المنخفضة.

يُشار أحيانًا إلى التمويه الملون على أنه تم ترشيحه ليكون مختلفًا عن الضوضاء البيضاء . ويُعد تشكيل الضوضاء أحد تطبيقاته.

أي توزيع للضوضاء يجب استخدامه

إذا كانت الإشارة المُعالجة ستخضع لمزيد من المعالجة، فينبغي معالجتها باستخدام مُرَجِّح مثلثي بسعة خطوتين من خطوات التكميم، بحيث تتراوح قيم المُرَجِّح المحسوبة، على سبيل المثال، من -1 إلى +1، أو من 0 إلى 2. [ 13 ] يُعد هذا المُرَجِّح الأمثل ذو أقل استهلاك للطاقة، إذ لا يُدخل تعديلًا للضوضاء (والذي يظهر على شكل مستوى ضوضاء ثابت)، ويُزيل التشوه التوافقي الناتج عن التكميم. أما إذا استُخدم مُرَجِّح مُلوَّن في مراحل المعالجة الوسيطة هذه، فقد يتداخل محتوى التردد مع نطاقات تردد أخرى أكثر وضوحًا، ما يُؤدي إلى تشتيت الانتباه المسموع.

إذا لم تخضع الإشارة المُعالجة بتقنية التمويه لأي معالجة إضافية - أي إذا تم تمويهها للوصول إلى نتيجتها النهائية للتوزيع - فإن استخدام التمويه الملون أو تشكيل الضوضاء يُعدّ مناسبًا. يُمكن لهذا الأسلوب أن يُخفّض مستوى الضوضاء المسموعة بشكل فعّال عن طريق وضع معظم هذه الضوضاء في نطاق ترددي أقل أهمية.

التصوير الرقمي ومعالجة الصور

رسم توضيحي لتقنية التمويه اللوني. اللونان الأحمر والأزرق هما اللونان الوحيدان المستخدمان، ومع تصغير المربعات الحمراء والزرقاء، تظهر الرقعة باللون الأرجواني.

تُستخدم تقنية التمويه اللوني في رسومات الحاسوب لخلق وهم عمق الألوان في الصور على الأنظمة ذات لوحة الألوان المحدودة . في الصورة المُموّهة، تُقارب الألوان غير المتوفرة في لوحة الألوان بانتشار وحدات البكسل الملونة من داخل اللوحة المتاحة. [ 15 ] ترى العين البشرية هذا الانتشار كمزيج من الألوان الموجودة فيه (انظر: رؤية الألوان ). غالبًا ما يمكن تمييز الصور المُموّهة، وخاصةً تلك التي تستخدم لوحات ألوان ذات عدد قليل نسبيًا من الألوان، من خلال مظهرها المُحبّب أو المُرقّط.

يُدخل التمويه ضوضاءً أو نمطًا إلى الصورة، وغالبًا ما يكون هذا النمط مرئيًا. في هذه الحالات، ثبت أن التمويه الناتج عن الضوضاء الزرقاء هو الأقل تشويهًا وتشتيتًا للانتباه. [ 16 ] كانت تقنيات نشر الخطأ من أوائل الطرق المستخدمة لتوليد أنماط تمويه الضوضاء الزرقاء. مع ذلك، يمكن لتقنيات أخرى، مثل التمويه المُرتب، توليد تمويه الضوضاء الزرقاء دون ميل إلى التدهور إلى مناطق بها تشوهات.

أمثلة

قد يؤدي تقليل عمق الألوان في الصورة إلى آثار جانبية بصرية ملحوظة. فإذا كانت الصورة الأصلية فوتوغرافية، فمن المرجح أن تحتوي على آلاف أو حتى ملايين الألوان المختلفة. وتؤدي عملية حصر الألوان المتاحة في لوحة ألوان محددة إلى فقدان قدر كبير من معلومات الألوان.

تؤثر عدة عوامل على جودة الصورة المُصغّرة الألوان. ولعلّ أهمها لوحة الألوان المستخدمة. على سبيل المثال، يمكن تصغير صورة أصلية ( الشكل 1 ) إلى لوحة ألوان آمنة للويب مكونة من 216 لونًا . إذا تم تحويل ألوان البكسل الأصلية ببساطة إلى أقرب لون متاح من اللوحة، فلن يحدث أي تدرج لوني ( الشكل 2 ). مع ذلك، عادةً ما ينتج عن هذه الطريقة مناطق مسطحة (خطوط محيطية) وفقدان للتفاصيل، وقد تُنتج بقعًا لونية مختلفة بشكل ملحوظ عن الأصل. كما قد تُنتج المناطق المظللة أو المتدرجة تدرجات لونية غير متجانسة ، مما قد يُشتت الانتباه. يُساعد تطبيق التدرج اللوني على تقليل هذه التشوهات البصرية، وعادةً ما يُؤدي إلى تمثيل أفضل للأصل ( الشكل 3 ). يُساعد التدرج اللوني على تقليل التدرجات اللونية غير المتجانسة والمسطحة.

من المشاكل المرتبطة باستخدام لوحة ألوان ثابتة أن العديد من الألوان المطلوبة قد لا تكون متوفرة فيها، والعديد من الألوان المتوفرة قد لا تكون ضرورية؛ فلوحة ألوان ثابتة تحتوي في معظمها على درجات اللون الأخضر لن تكون مناسبة لصورة صحراء ، على سبيل المثال. في مثل هذه الحالات، يُمكن الاستفادة من استخدام لوحة ألوان مُحسّنة. لوحة الألوان المُحسّنة هي تلك التي تُختار فيها الألوان المتاحة بناءً على مدى تكرار استخدامها في الصورة الأصلية. إذا تم تصغير الصورة باستخدام لوحة ألوان مُحسّنة، فغالبًا ما تكون النتيجة أقرب بكثير إلى الصورة الأصلية ( الشكل 4 ).

يُعدّ عدد الألوان المتاحة في لوحة الألوان عاملاً مؤثراً أيضاً. فإذا اقتصرت لوحة الألوان، على سبيل المثال، على 16 لوناً فقط، فقد تعاني الصورة الناتجة من فقدان إضافي للتفاصيل، مما يؤدي إلى مشاكل أكثر وضوحاً في التسطيح وتداخل الألوان ( الشكل 5 ). ومرة ​​أخرى، يمكن أن يساعد التمويه اللوني في تقليل هذه التشوهات ( الشكل 6 ).

التطبيقات

تدرج لوني سلس باستخدام تقنية التمويه المنظم من الأسود إلى الأبيض، باستخدام ثلاثة ألوان فقط (الأسود والرمادي والأبيض).

من التطبيقات الشائعة لتقنية التمويه اللوني عرض الرسومات بدقة أكبر، خاصةً تلك التي تحتوي على نطاق ألوان أوسع مما تستطيع شاشة العرض عرضه. على سبيل المثال، يمكن استخدام هذه التقنية لعرض صورة فوتوغرافية تحتوي على ملايين الألوان على جهاز عرض لا يستطيع عرض سوى 256 لونًا في المرة الواحدة. تُستخدم هذه الألوان الـ 256 المتاحة لإنشاء نسخة مُموّهة من الصورة الأصلية. بدون التمويه اللوني، ستُختزل ألوان الصورة الأصلية إلى أقرب لون متاح، مما ينتج عنه صورة معروضة لا تُمثل الصورة الأصلية بدقة.

كانت الاستخدامات الأولى لهذه التقنية هي تحويل الصور إلى صور أحادية البت بالأبيض والأسود. وربما استُخدمت هذه التقنية للطباعة حتى قبل استخدامها في رسومات الفيديو النقطية. وكان من الشائع تحضير الصور لعرضها على شاشات الفيديو أحادية البت لأنظمة X و Apollo ومحطات عمل Unix المشابهة . عادةً ما كانت عملية التمويه تُحسب مسبقًا، ويتم تخزين الصورة المُموّهة فقط؛ إذ كانت القدرة الحاسوبية والذاكرة محدودة للغاية بحيث لا تسمح بحسابها مباشرةً .

من الأمثلة التي ربما شاهدها مستخدمو أجهزة الكمبيوتر المنزلية محاكاة رسومات CGA ذات 4 ألوان منخفضة الدقة على بطاقات رسومات Hercules أحادية اللون عالية الدقة ، حيث تُترجم الألوان إلى أنماط تدرج لوني مُرتبة. [ 17 ] [ 18 ] [ 19 ]

تستخدم بعض شاشات الكريستال السائل تقنية التمويه الزمني لتحقيق تأثير مماثل. فمن خلال التبديل السريع لقيمة لون كل بكسل بين لونين متقاربين في فضاء ألوان الشاشة، يمكن لشاشة تدعم أصلاً ألوان 18 بت فقط (6 بتات لكل قناة) أن تعرض صورة ملونة 24 بت (8 بتات لكل قناة). [ 20 ]

يُستخدم التمويه اللوني، الذي تُعدّ فيه شاشة الحاسوب العامل الرئيسي المُحدد لعمق الألوان ، بشكل شائع في برامج مثل متصفحات الويب . ولأن متصفح الويب قد يسترجع عناصر رسومية من مصدر خارجي، فقد يكون من الضروري تطبيق التمويه اللوني على الصور التي تحتوي على عدد كبير جدًا من الألوان يفوق قدرة الشاشة المتاحة. وبسبب مشاكل التمويه اللوني، تم تحديد لوحة ألوان تُعرف باسم لوحة ألوان الويب الآمنة، لاستخدامها في اختيار الألوان التي لا تتأثر بالتمويه اللوني على الأنظمة القادرة على عرض 256 لونًا فقط في وقت واحد.

لكن حتى عندما يكون إجمالي عدد الألوان المتاحة في شاشة العرض كافيًا لعرض الصور الرقمية الملونة بدقة، قد يظل التدرج اللوني واضحًا للعين، خاصةً في المساحات الكبيرة ذات التدرجات اللونية السلسة. يمكن لتقنية التمويه المعتدلة حل هذه المشكلة دون أن تبدو الصورة محببة . تستخدم برامج معالجة الصور الثابتة المتطورة هذه التقنيات عادةً لتحسين العرض.

يُعدّ التمويه الضوئي تطبيقًا مفيدًا آخر في الحالات التي يكون فيها تنسيق ملف الرسومات هو العامل المُقيّد. على وجه الخصوص، يقتصر تنسيق GIF الشائع الاستخدام على استخدام 256 لونًا أو أقل. [ أ ] تحتوي الصور من هذا النوع على لوحة ألوان مُحدّدة تتضمن عددًا محدودًا من الألوان التي يُمكن للصورة استخدامها. في مثل هذه الحالات، قد يكون برنامج تحرير الرسومات مسؤولاً عن تمويه الصور قبل حفظها في هذه التنسيقات المُقيّدة.

تُشابه تقنية التظليل تقنية التظليل النصفية المستخدمة في الطباعة . ولهذا السبب، يُستخدم مصطلح التظليل أحيانًا بشكل متبادل مع مصطلح التظليل النصفي ، خاصةً فيما يتعلق بالطباعة الرقمية .

أدت قدرة طابعات نفث الحبر على طباعة نقاط منفصلة إلى زيادة استخدام تقنية التمويه اللوني في الطباعة. تستطيع طابعة نفث الحبر المكتبية العادية طباعة 16 لونًا كحد أقصى، وذلك من خلال دمج النقاط أو عدم وجودها من رؤوس الطباعة السماوية والأرجوانية والصفراء والسوداء. [ ب ] ولإعادة إنتاج نطاق واسع من الألوان، يُستخدم التمويه اللوني. في المناطق المطبوعة بكثافة، حيث يكون اللون داكنًا، لا يكون التمويه اللوني مرئيًا دائمًا لأن نقاط الحبر تندمج، مما ينتج عنه طباعة أكثر تجانسًا. ومع ذلك، يكشف الفحص الدقيق للمناطق الفاتحة من الطباعة، حيث تكون النقاط متباعدة، عن أنماط التمويه اللوني.

كجمالية ألعاب الفيديو

أصبح استخدام الرسومات المُرَقَّطة في ألعاب الفيديو القديمة يحظى بإعجاب واسع لدرجة اعتباره جمالية فنية مميزة . وقد وُجِّهت انتقادات لألعاب الفيديو المُعاد تصميمها التي حاولت استبدال الرسومات المُرَقَّطة برسومات عالية الدقة، بدعوى تأثيرها السلبي على جاذبية اللعبة الفنية. [ 21 ] تُدمج بعض ألعاب الإندي الحديثة تقنية الترقيع عمدًا، كما هو الحال في لعبة الفيديو Return of the Obra Dinn . [ 22 ] ويُطلق على دمج الترقيع لأسباب أسلوبية بحتة أحيانًا اسم "ديثربانك". [ 23 ]

الخوارزميات

توجد عدة خوارزميات مصممة لتنفيذ عملية التمويه. ومن أقدمها، ولا تزال من أكثرها شيوعًا، خوارزمية فلويد-شتاينبرغ للتمويه ، التي طُوّرت عام ١٩٧٥. ومن نقاط قوة هذه الخوارزمية أنها تُقلل من التشوهات البصرية من خلال عملية نشر الخطأ ؛ وعادةً ما تُنتج خوارزميات نشر الخطأ صورًا تُحاكي الأصل بشكل أدق من خوارزميات التمويه الأبسط. [ ٢٤ ]

تشمل أساليب التردد ما يلي:

  • تحديد العتبة (أو التمويه المتوسط ​​[ 25 ] ): تُقارن قيمة كل بكسل بعتبة ثابتة، مما يُقلل عمق الصورة إلى مستويين، أسود أو أبيض. هذه ليست خوارزمية تمويه بحد ذاتها، ولكنها أبسط طريقة لتقليل عمق الصورة إلى مستويين، وهي مفيدة كخط أساس. ينتج عن تحديد العتبة فقدان كبير في التفاصيل والخطوط الخارجية. [ 24 ]
  • كان التمويه العشوائي أول محاولة (على الأقل منذ عام 1951 [ 26 ] ) لمعالجة عيوب تحديد العتبة. تتم مقارنة قيمة كل بكسل بعتبة عشوائية، مما ينتج عنه صورة مشوشة. على الرغم من أن هذه الطريقة لا تُنتج تشوهات نمطية، إلا أن التشويش يميل إلى طغيان تفاصيل الصورة. وهي تُشابه تقنية الطباعة الميزوتينتية . [ 24 ]
  • تُطبَّق تقنية التمويه النمطي باستخدام نمط ثابت. لكل قيمة من قيم الإدخال، يُوضع نمط ثابت في صورة الإخراج. أكبر عيوب هذه التقنية هو أن صورة الإخراج تكون أكبر (بمقدار حجم النمط الثابت) من نمط الإدخال. [ 24 ]
  • يستخدم التمويه المُرتب مصفوفة تمويه . لكل بكسل في الصورة، تُستخدم قيمة النمط في الموقع المقابل كعتبة. لا تؤثر البكسلات المتجاورة على بعضها البعض، مما يجعل هذا النوع من التمويه مناسبًا للاستخدام في الرسوم المتحركة. يمكن للأنماط المختلفة أن تُنتج تأثيرات تمويه مختلفة تمامًا. على الرغم من سهولة تطبيقه، إلا أنه لا يُمكن تعديل خوارزمية التمويه هذه بسهولة للعمل مع لوحات ألوان حرة الشكل وعشوائية.
    • تُنتج مصفوفة التظليل النصفية مظهرًا مشابهًا لتقنية التظليل النصفية في الصحف. وهذا نوع من التظليل المُتكتل، حيث تميل النقاط إلى التجمع معًا. يُساعد هذا في إخفاء الآثار السلبية للبكسلات الضبابية الموجودة في بعض أجهزة الإخراج القديمة. يُستخدم هذا الأسلوب بشكل أساسي في الطباعة الأوفست وطابعات الليزر . في كلا الجهازين، يميل الحبر أو مسحوق الحبر إلى التكتل معًا، ولن يُشكّل النقاط المنفردة التي تُنتجها طرق التظليل الأخرى.
    • تنتج مصفوفة باير [ 24 ] نمطًا متقاطعًا مميزًا للغاية.
    • إن المصفوفة المضبوطة للضوضاء الزرقاء ، مثل تلك التي يتم إنشاؤها بواسطة طريقة الفراغ والتجميع ، [ 27 ] تنتج مظهرًا أقرب إلى طريقة التذبذب لنشر الخطأ.
  • توفر تقنية التمويه ريميرسما حلاً وسطاً بين التمويه المنظم ونشر الخطأ. [ 28 ] وتكون النتيجة أقل دقة من تقنيات نشر الخطأ (مثل فلويد-شتاينبرغ). عند تمويه بكسل، يكون عدد البكسلات المجاورة المتأثرة محدوداً. وهذا ما يجعل تقنية التمويه ريميرسما مناسبة للاستخدام في الرسوم المتحركة المشفرة بإطارات دلتا، حيث يستفيد الضغط الناتج من انخفاض التباين في الإطارات المتتالية.
(إبداعي)عتبةعشوائي
نصف لونيتم الطلب (باير)مُرتب (فارغ ومُجمّع)
فلويد-شتاينبرغجارفيس، جوديس ونينكيستوكيبوركس
  • التذبذب الناتج عن انتشار الخطأ (تابع):
    • تعتمد تقنية التمويه Sierra على تقنية التمويه Jarvis، لكنها أسرع مع إعطاء نتائج مماثلة.
    • طريقة سييرا ذات الصفين هي الطريقة المذكورة أعلاه ولكن تم تعديلها بواسطة سييرا لتحسين سرعتها.
    • Sierra Filter Lite هي خوارزمية من شركة Sierra أبسط وأسرع بكثير من Floyd–Steinberg، مع الحفاظ على نتائج مماثلة.
    • طُوِّرت تقنية التمويه أتكينسون بواسطة مبرمج أبل بيل أتكينسون ، وهي تُشبه تقنيتي جارفيس وسيرا للتمويه، لكنها أسرع. ويكمن اختلاف آخر في أنها لا تُخفف خطأ التكميم بالكامل، بل ثلاثة أرباعه فقط. وهي تحافظ على التفاصيل بشكل جيد، لكن قد تظهر المناطق شديدة الإضاءة والظلام باهتة.
    • تم تطوير تقنية التمويه القائم على انتشار الخطأ في عام 2016 [ 29 ] لإزالة القطع الأثرية الهيكلية التي تم إنتاجها في خوارزمية FS الأصلية عن طريق التوزيع العشوائي المعدل ولتحسين الهياكل عن طريق تعديل الانتشار القائم على التدرج.
سييراسييرا ذات صفينسييرا فلتر لايتأتكينسونقائم على التدرج
لاتيس-بولتزمان

تطبيقات أخرى

يُعدّ تشتت بريلوين المحفز (SBS) ظاهرة بصرية غير خطية تحدّ من القدرة الضوئية المُرسلة في أنظمة الألياف الضوئية . ويمكن زيادة هذا الحدّ عن طريق تغيير تردد مركز الإرسال الضوئي، ويتم ذلك عادةً بتعديل مدخل انحياز الليزر. انظر أيضًا: تشويش الاستقطاب .

يمكن استخدام تقنية التذبذب الطوري لتحسين جودة المخرجات في التوليف الرقمي المباشر . [ 32 ] ومن التطبيقات الشائعة الأخرى استخدامها في ساعات الطيف المنتشر لإخفاء قمم التردد الواحد وتحسين التوافق الكهرومغناطيسي . [ 33 ]

تم مؤخراً إدخال نوع آخر من التأخير الزمني في الأسواق المالية ، بهدف الحد من الحافز على الانخراط في التداول عالي التردد . وتفرض بورصة ParFX، وهي سوق صرف عملات أجنبية في لندن بدأت التداول عام 2013، تأخيرات عشوائية قصيرة على جميع الطلبات الواردة؛ وتشير التقارير إلى أن بورصات عملات أخرى تجرّب هذه التقنية. وقد تم الترويج لاستخدام هذا النوع من التخزين المؤقت أو التأخير الزمني على نطاق أوسع في التداول المالي للأسهم والسلع والمشتقات. [ 34 ]

انظر أيضاً

ملحوظات

  1. ↑ …[كان] أحد أقدم تطبيقات التردد المتذبذب (dither) خلال الحرب العالمية الثانية. استخدمت قاذفات الطائرات حواسيب ميكانيكية لإجراء عمليات الملاحة وحساب مسار القنابل. ومن المثير للاهتمام أن هذه الحواسيب (صناديق مليئة بمئات التروس) كانت تعمل بدقة أكبر أثناء الطيران على متن الطائرة، وأقل دقة على الأرض. أدرك المهندسون أن اهتزاز الطائرة يقلل من الخطأ الناتج عن الأجزاء المتحركة العالقة. فبدلاً من الحركة بحركات متقطعة قصيرة، أصبحت تتحرك بشكل أكثر استمرارية. تم دمج محركات اهتزاز صغيرة في الحواسيب، وسُمي اهتزازها بالتردد المتذبذب (dither) من الفعل الإنجليزي الأوسط "didderen" الذي يعني "الارتجاف". اليوم، عندما تنقر على مقياس ميكانيكي لزيادة دقته، فأنت تستخدم التردد المتذبذب، وتُعرّف القواميس الحديثة التردد المتذبذب بأنه حالة من التوتر الشديد أو الارتباك أو الانفعال. وبكميات ضئيلة، يُضفي التردد المتذبذب على نظام التحويل الرقمي طابعًا تناظريًا أكثر، بالمعنى الإيجابي للكلمة. كين بولمان، مبادئ الصوت الرقمي [ 3 ]
  1. ↑ قد تخضع الصور بتنسيقات ملفات أخرى، مثل PNG ، لقيود لونية مفروضة عليها بهدف تقليل حجم الملف.
  2. ↑ بعض تركيبات الحبر هذه غير مفيدة، لأنه عند استخدام الحبر الأسود فإنه عادة ما يحجب أيًا من الألوان الأخرى.

مراجع

  1. ↑ ويليام سي. فارمر (1945). دليل ميداني للذخائر: مقيد . دار نشر الخدمة العسكرية.
  2. ↑ كورن، غرانينو آرثر؛ كورن، تيريزا م. (1952). الحواسيب التناظرية الإلكترونية: (الحواسيب التناظرية من د إلى ج) . ماكجرو هيل.
  3. ↑ كين سي. بولمان (2005). مبادئ الصوت الرقمي . ماكجرو هيل بروفيشنال. ISBN 978-0-07-144156-8.
  4. ↑ توماس ج. لينش (1985). ضغط البيانات: التقنيات والتطبيقات . منشورات لايف تايم ليرنينج. ISBN 978-0-534-03418-4.
  5. ↑ لورانس ج. روبرتس، ترميز الصور باستخدام الضوضاء شبه العشوائية ، معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا، رسالة ماجستير، 1961. مؤرشفة إلكترونيًا بتاريخ 26 سبتمبر 2006 في أرشيف الإنترنت (Wayback Machine) .
  6. ↑ لورانس ج. روبرتس (فبراير 1962). "ترميز الصور باستخدام الضوضاء شبه العشوائية". معاملات IEEE في نظرية المعلومات . 8 (2): 145-154 . doi : 10.1109/TIT.1962.1057702 .
  7. ↑ ل. شوخمان (ديسمبر 1964). "إشارات التردد وتأثيرها على ضوضاء التكميم". معاملات IEEE للاتصالات . 12 (4): 162-165 . doi : 10.1109/TCOM.1964.1088973 .
  8. ↑ تعليق من إل بي فيريس في نهاية كتاب إيه إي كينلي؛ إف إيه لوز؛ بي إتش بيرس (1915). "أبحاث تجريبية حول تأثير الجلد في الموصلات" . معاملات المعهد الأمريكي للمهندسين الكهربائيين . 35 (2): 1953-2021 . doi : 10.1109/T-AIEE.1915.4765283 . S2CID 51654558 . 
  9. ↑ دويتش، ديانا (1999). سيكولوجية الموسيقى . دار جلف للنشر الاحترافي. ص 153. ISBN  978-0-12-213565-1.
  10. ↑ هاوزر، مارك د. (1998). تطور الاتصالات . مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا. ص 190. ISBN  978-0-262-58155-4.
  11. ↑ مونتغمري، كريستوفر (مونتي) (2012-2013). "عرض تقديمي رقمي" . Xiph.Org / Red Hat , Inc. تاريخ الاسترجاع: 27 فبراير 2013. التشويش هو ضوضاء مُصممة خصيصًا لتحل محل الضوضاء الناتجة عن التكميم البسيط. لا يُخفي التشويش ضوضاء التكميم أو يُغطيها، بل يستبدلها بخصائص ضوضاء نختارها ولا تتأثر بالمدخلات.
  12. ↑ إتقان الصوت: الفن والعلم، بقلم بوب كاتز ، الصفحات 49-50، رقم ISBN 978-0-240-80545-0
  13. 1 2 فاندركوي، جون؛ ليبشيتز، ستانلي ب (ديسمبر 1987). "التردد في الصوت الرقمي" . مجلة جمعية مهندسي الصوت . 35 (12): 966-975 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2009 .
  14. ↑ ليبشيتز، ستانلي ب؛ فاندركوي، جون؛ واناميكر، روبرت أ. (نوفمبر 1991). "تشكيل الضوضاء بأقل قدر من الضوضاء المسموعة" . مجلة جمعية مهندسي الصوت . 39 (11): 836-852 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 28 أكتوبر 2009 .
  15. ↑ "تقنية التظليل لفناني البكسل" . بيكسل بارميزان . 18 يناير 2021.
  16. ↑ أوليتشني، روبرت أ. (1994). "توصيف النغمات النصفية في مجال التردد" (ملف PDF) . مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 14 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه في 12 أغسطس 2013 .
  17. ↑ "حاسوب آي بي إم - كيف تعمل محاكيات CGA لرسومات هيركليز؟" . موقع Retrocomputing Stack Exchange . تم الاطلاع عليه في 7 فبراير 2021 .
  18. ↑ "أيام DOS - محاكيات CGA لبطاقات Hercules" . www.dosdays.co.uk . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 ديسمبر 2022 .
  19. ↑ "ركن المبرمج » SIMCGA41.ZIP » أدوات العرض" . www.pcorner.com . تم الاطلاع عليه بتاريخ 3 ديسمبر 2022 .  
  20. ↑ "6 بت مقابل 8 بت... PVA/MVA مقابل TN+Film - هل تتغير الأمور؟" . TFT Central . مؤرشف من الأصل في 10 أبريل 2008. تم الاطلاع عليه في 6 فبراير 2008 .
  21. ↑ هوكينز، جانين (16 مارس 2017). "فن 'برينسيس ميكر ريفين' يحاول إصلاح شيء لم يكن معيبًا" . فايس . تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2026 .
  22. ↑ رايت، ستيفن ت. (23 يناير 2019). "لوكاس بوب يتحدث عن تحدي ابتكار جمالية أوبرا دين أحادية البت" . بي سي غيمر . تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2026 .
  23. ↑ غراي، كيت (11 يونيو 2022). "نادي الألعاب المؤجلة: عودة أوبرا دين تحفة فنية في الاستنتاج والأجواء" . نينتندو لايف . تم الاطلاع عليه في 9 مايو 2026 .
  24. 1 2 3 4 5 كروكر، لي دانيال ؛ بولاي، بول؛ مورا، مايك (20 يونيو 1991). "التظليل الرقمي" . مختبر الحاسوب والمكتبة المرجعية . مؤرشف من الأصل في 27 سبتمبر 2007. تم الاسترجاع في 10 سبتمبر 2007 .ملاحظة: تحتوي هذه المقالة على خطأ بسيط: "(لإعادة إنتاج صورتنا ذات المستوى 256 بالكامل، سنحتاج إلى استخدام نمط 8x8 .)" يجب أن يكون الجزء المكتوب بخط غامق "16x16".
  25. ^ سيلفا، أريستوفانيس كوريا. لوسينا، باولا سالجادو؛ فيغيرولا، ويلفريدو بلانكو (13 كانون الأول/ديسمبر 2000). "متوسط ​​التشتت" . الصورة القائمة على التردد الفني . مختبر فيسجراف . تم الاسترجاع 10 سبتمبر 2007 .
  26. ↑ جودال، دبليو إم (1951). "التلفزيون عن طريق تعديل رمز النبض". مجلة بيل سيستم التقنية 30 : 33-49 . doi : 10.1002/j.1538-7305.1951.tb01365.x
  27. ↑ أوليتشني، روبرت أ. (1993). "طريقة الفراغ والتجميع لتوليد مصفوفة التذبذب" (ملف PDF) . تم الاطلاع عليه بتاريخ 11 فبراير 2014 .
  28. ↑ ريميرسما، ثيادمر (1998). "تقنية التمويه المتوازن" . مجلة مستخدمي لغة C/C++ ، 16 (ديسمبر 1998). سي إم بي ميديا، إنك: 51-58 .
  29. ↑ شيانغيو واي. هو (2016). "طريقة بسيطة لنشر الخطأ تعتمد على التدرج" (ملخص) . مجلة التصوير الإلكتروني . 25 (4) 043029. Bibcode : 2016JEI....25d3029H . doi : 10.1117/1.JEI.25.4.043029 . S2CID 35527501 . 
  30. ^ هاغنبورغ، كاي؛ بروس، مايكل. فوجل، أوليفر. ويكرت، يواكيم. ويلك، مارتن (2009). “نموذج بولتزمان الشبكي للتردد الثابت الدوراني”. التقدم في الحوسبة المرئية (PDF) . ملاحظات محاضرة في علوم الكمبيوتر. المجلد. 5876. سبرينغر برلين هايدلبرغ. ص 949 – 959. دوى : 10.1007 / 978-3-642-10520-3_91 . إيسن 1611-3349 . رقم ISBN    978-3-642-10519-7ISSN 0302-9743​​ 
  31. ^ شمالتز، كريستيان؛ جووسديك، باسكال؛ برون، أندريس. ويكيرت، يواكيم (10 نوفمبر 2010). “التنغيم الكهروستاتيكي”. منتدى رسومات الحاسوب . 29 (8): 2313–2327 . دوى : 10.1111/j.1467-8659.2010.01716.x . ردمك 0167-7055 . S2CID 10776881 .  
  32. ↑ "11"، دليل تقني حول توليف الإشارات الرقمية (ملف PDF) ، شركة Analog Devices ، 1999
  33. ↑ لاودر، د.؛ موريتز، م. (2000). دراسة التأثيرات المحتملة الناتجة عن مذبذبات الساعة المترددة على قياسات التوافق الكهرومغناطيسي والتداخل مع أنظمة الإرسال اللاسلكي . جامعة هيرتفوردشاير . مؤرشف من الأصل في 13 يوليو 2012. تم الاطلاع عليه في 25 مايو 2013 .
  34. ↑ مانيكس، برايان ف. (يناير 2013). "السباقات والاندفاعات والهروب: ترويض الاضطرابات في التداول المالي" (ملف PDF) (ورقة عمل). مؤرشف من الأصل (ملف PDF) في 3 سبتمبر 2021. تم الاطلاع عليه في 9 يوليو 2018 .
  • "التشويش - ليس كل ضجيج سيئًا"
  • ما هو التمويه الصوتي؟ مقال نُشر سابقًا في مجلة Australian HI-FI مع أمثلة مرئية لكيفية تقليل التمويه الصوتي بشكل حاد للتشويه التوافقي عالي الرتبة.
  • ألدريدج، نيكا. " شرح التردد "
  • يشرح كتاب DHALF الكثير عن التمويه ويتضمن أيضًا تفاصيل كافية لتنفيذ العديد من خوارزميات التمويه.
  • مثال على اهتزاز التذبذب
  • أجرى ستان ليبشيتز وفاندركوي وواناميكر أبحاثًا في مجال التمويه الصوتي في جامعة واترلو.
  • صورة مشوشة