فيديو متداخل

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 7 صور
الموسوعة الحرة

رسوم متحركة لشاشة تلفزيون CRT متداخلة، تُظهر الحقول الفردية والزوجية التي يتم مسحها بالتتابع، لعرض إطار كامل

الفيديو المتداخل (المعروف أيضًا باسم المسح المتداخل ) هو تقنية لمضاعفة معدل الإطارات المرئية على شاشة الفيديو دون استهلاك نطاق ترددي إضافي . تحتوي الإشارة المتداخلة على حقلين من إطار الفيديو تم التقاطهما على التوالي. يُحسّن هذا من إدراك الحركة لدى المشاهد، ويقلل من الوميض بالاستفادة من خصائص النظام البصري البشري. [ 1 ]

يؤدي هذا فعليًا إلى مضاعفة الدقة الزمنية (وتُسمى أيضًا الدقة الزمنية ) مقارنةً باللقطات غير المتداخلة (لمعدلات الإطارات التي تساوي معدلات الحقول). تتطلب الإشارات المتداخلة شاشة عرض قادرة أصلاً على عرض الحقول الفردية بترتيب تسلسلي. صُممت شاشات CRT وشاشات البلازما ALiS لعرض الإشارات المتداخلة.

يشير المسح المتداخل إلى إحدى الطريقتين الشائعتين لعرض صورة فيديو على شاشة عرض إلكترونية (والأخرى هي المسح التدريجي )، وذلك عن طريق مسح أو عرض كل سطر أو صف من البكسلات. تستخدم هذه التقنية حقلين لإنشاء إطار. يحتوي أحدهما على جميع الأسطر ذات الأرقام الفردية في الصورة، بينما يحتوي الآخر على جميع الأسطر ذات الأرقام الزوجية.

في بعض الأحيان، يُطلق على الحقل في الفيديو المتداخل اسم إطار، مما قد يؤدي إلى حدوث لبس. [ 2 ]

تشوهات التداخل. لاحظ الخطوط البارزة للخارج من الأجسام المتحركة بسبب عدم محاذاة الإطارات على طول المحور السيني.

على سبيل المثال، تقوم شاشة التلفزيون التي تعمل بنظام خطوط التناوب الطوري (PAL) بمسح 50 حقلاً كل ثانية ( 25 حقلاً فردياً و25 حقلاً زوجياً). تعمل مجموعتا الحقول الـ 25 معاً لتكوين إطار كامل كل 1/25 من الثانية (أو 25 إطاراً في الثانية )، ولكن مع التداخل، يتم تكوين نصف إطار جديد كل 1/50 من الثانية (أو 50 حقلاً في الثانية). [ 3 ] لعرض الفيديو المتداخل على شاشات المسح التدريجي، يتم تطبيق عملية إزالة التداخل على إشارة الفيديو (مما يضيف تأخيراً في الإدخال ).

عارض اتحاد البث الأوروبي استخدام الفيديو المتداخل في الإنتاج والبث. وحتى أوائل العقد الثاني من الألفية، أوصى الاتحاد بدقة 720p بمعدل 50 إطارًا في الثانية كصيغة إنتاج حالية، وكان يعمل مع القطاع على إدخال دقة 1080p بمعدل 50 إطارًا في الثانية كمعيار إنتاج مستقبلي. توفر دقة 1080p بمعدل 50 إطارًا في الثانية دقة رأسية أعلى، وجودة أفضل بمعدلات بت أقل، وسهولة أكبر في التحويل إلى صيغ أخرى، مثل 720p بمعدل 50 إطارًا في الثانية و1080i بمعدل 50 إطارًا في الثانية. [ 4 ] [ 5 ] وتتلخص الحجة الرئيسية في أنه مهما بلغت درجة تعقيد خوارزمية إزالة التداخل، لا يمكن التخلص من التشوهات في الإشارة المتداخلة لأن بعض المعلومات تُفقد بين الإطارات.

على الرغم من الاعتراضات، [ 6 ] [ 7 ] لا تزال منظمات معايير التلفزيون تدعم تقنية التداخل. ولا تزال هذه التقنية مُدرجة في تنسيقات بث الفيديو الرقمي مثل DV و DVB و ATSC . أما معايير ضغط الفيديو الجديدة، مثل ترميز الفيديو عالي الكفاءة (HIV)، فهي مُحسّنة للفيديو ذي المسح التدريجي ، ولكنها تدعم أحيانًا الفيديو المتداخل.

وصف

المسح المتداخل: عرض الإطارات الفردية والزوجية، وعودة الخطوط
المسح المتداخل: عرض خطوط المسح الفردية (باللون الأخضر) والزوجية (باللون الأحمر)، وفترات حجب عودة الخط (منقط).

تلتقط تقنية المسح التدريجي الصورة وتنقلها وتعرضها في مسار مشابه لمسار النص على الصفحة - سطرًا سطرًا، من أعلى إلى أسفل. ويُجري نمط المسح المتداخل في شاشة CRT ذات الدقة القياسية مسحًا مماثلاً، ولكن على مرحلتين (حقلين). تعرض المرحلة الأولى السطر الأول وجميع الأسطر ذات الأرقام الفردية، من الزاوية العلوية اليسرى إلى الزاوية السفلية اليمنى. وتعرض المرحلة الثانية السطر الثاني وجميع الأسطر ذات الأرقام الزوجية، لتملأ الفراغات في المرحلة الأولى.

يُطلق على هذا المسح للخطوط المتناوبة اسم التداخل . والحقل هو صورة تحتوي على نصف الخطوط اللازمة فقط لتكوين صورة كاملة. في أيام شاشات CRT، كان التوهج اللاحق للفوسفور في الشاشة يُساعد في هذا التأثير.

توفر تقنية التداخل تفاصيل رأسية كاملة بنفس عرض النطاق الترددي المطلوب للمسح التدريجي الكامل، ولكن بمعدل إطارات ومعدل تحديث مضاعفين . ولمنع الوميض، استخدمت جميع أنظمة البث التلفزيوني التناظري تقنية التداخل.

تُحدد مُعرّفات التنسيق مثل 576i50 و720p50 معدل الإطارات لتنسيقات المسح التدريجي، بينما تُحدد عادةً معدل الحقول (وهو ضعف معدل الإطارات) لتنسيقات المسح المتداخل. قد يُسبب هذا لبسًا، لأن تنسيقات الترميز الزمني SMPTE القياسية في الصناعة تتعامل دائمًا مع معدل الإطارات، وليس معدل الحقول. لتجنب هذا اللبس، تستخدم SMPTE وEBU دائمًا معدل الإطارات لتحديد التنسيقات المتداخلة، على سبيل المثال، 480i60 هو 480i/30، و576i50 هو 576i/25، و1080i50 هو 1080i/25. يفترض هذا الاصطلاح أن الإطار الكامل في الإشارة المتداخلة يتكون من حقلين متتاليين.

فوائد التداخل

صورة متحركة بصيغة GIF من برنامج HandBrake ، توضح الفرق بين الصور المتشابكة وغير المتشابكة [ 8 ]

يُعدّ عرض نطاق الإشارة، الذي يُقاس بالميغاهرتز، أحد أهم العوامل في التلفزيون التناظري. فكلما زاد عرض النطاق، زادت تكلفة وتعقيد سلسلة الإنتاج والبث بأكملها. ويشمل ذلك الكاميرات، وأنظمة التخزين، وأنظمة البث، وأنظمة الاستقبال: الأرضية، والكابل، والأقمار الصناعية، والإنترنت، وشاشات المستخدم النهائي ( أجهزة التلفزيون وشاشات الكمبيوتر ).

عند استخدام نطاق ترددي ثابت، توفر تقنية التداخل إشارة فيديو بمعدل تحديث شاشة مضاعف لعدد خطوط محدد (مقارنةً بالفيديو ذي المسح التدريجي عند معدل إطارات مماثل - على سبيل المثال ، 1080i بمعدل 60 إطارًا نصفيًا في الثانية، مقابل 1080p بمعدل 30 إطارًا كاملًا في الثانية). يُحسّن معدل التحديث الأعلى من مظهر الجسم المتحرك، لأنه يُحدّث موضعه على الشاشة بشكل متكرر، وعندما يكون الجسم ثابتًا، تجمع الرؤية البشرية المعلومات من عدة إطارات نصفية متشابهة لإنتاج نفس الدقة المُدركة التي يوفرها الإطار الكامل التدريجي. مع ذلك، لا تُفيد هذه التقنية إلا إذا كانت المادة المصدرية متوفرة بمعدلات تحديث أعلى. تُسجّل أفلام السينما عادةً بمعدل 24 إطارًا في الثانية، وبالتالي لا تستفيد من تقنية التداخل، وهي حل يُقلّل الحد الأقصى لعرض نطاق الفيديو إلى 5  ميجاهرتز دون تقليل معدل مسح الصورة الفعلي البالغ 60  هرتز.

مع عرض نطاق ترددي ثابت ومعدل تحديث عالٍ، يمكن للفيديو المتداخل أن يوفر دقة مكانية أعلى من المسح التدريجي. على سبيل المثال، يتمتع تلفزيون عالي الوضوح متداخل بدقة 1920×1080 بكسل ومعدل حقل 60  هرتز (المعروف باسم 1080i60 أو 1080i/30) بعرض نطاق ترددي مماثل لتلفزيون عالي الوضوح بمسح تدريجي بدقة 1280×720 بكسل ومعدل  إطار 60 هرتز (720p60 أو 720p/60)، ولكنه يحقق ضعف الدقة المكانية تقريبًا في المشاهد ذات الحركة البطيئة.

مع ذلك، لا تنطبق فوائد عرض النطاق الترددي إلا على إشارة الفيديو التناظرية أو الرقمية غير المضغوطة . أما مع ضغط الفيديو الرقمي، كما هو مستخدم في جميع معايير التلفزيون الرقمي الحالية، فإن التداخل يُضيف أوجه قصور إضافية. [ 9 ] وقد أجرت رابطة البث الأوروبية (EBU) اختبارات تُظهر أن توفير عرض النطاق الترددي للفيديو المتداخل مقارنةً بالفيديو التدريجي ضئيل للغاية، حتى مع ضعف معدل الإطارات. أي أن إشارة 1080p50 تُنتج تقريبًا نفس معدل البتات الذي تُنتجه إشارة 1080i50 (المعروفة أيضًا باسم 1080i/25)، [ 5 ] وفي الواقع، تتطلب إشارة 1080p50 عرض نطاق ترددي أقل ليتم اعتبارها أفضل من الناحية الموضوعية من نظيرتها 1080i/25 (1080i50) عند ترميز مشهد رياضي. [ 10 ]

يمكن استغلال تقنية التداخل لإنتاج برامج تلفزيونية ثلاثية الأبعاد، خاصةً مع شاشات CRT، وبالأخص مع النظارات المُرشِّحة للألوان ، وذلك عن طريق نقل الصورة المُرمَّزة بالألوان لكل عين في الحقول المتناوبة. لا يتطلب هذا تعديلات كبيرة على المعدات الحالية. كما يمكن استخدام نظارات الغالق ، مع ضرورة تحقيق التزامن. في حال استخدام شاشة عرض مسح تدريجي لعرض هذه البرامج، فإن أي محاولة لإزالة التداخل ستُفقد الصورة تأثيرها. بالنسبة للنظارات المُرشِّحة للألوان، يجب إما تخزين الصورة مؤقتًا وعرضها كما لو كانت تدريجية بخطوط مُرمَّزة بالألوان متناوبة، أو مضاعفة كل حقل وعرضه كإطارات منفصلة. يُعد الإجراء الأخير هو الطريقة الوحيدة لملاءمة نظارات الغالق مع شاشة العرض التدريجية.

مشاكل التشابك

عندما يشاهد شخص ما فيديو متشابكًا على شاشة عرض متتابعة مع ضعف (أو انعدام) إزالة التشابك، يمكنه أن يرى "التمشيط" في الحركة بين حقلين من إطار واحد.
صورة لإطار سيارة متحرك، تم تقليل التداخل بين العناصر عن طريق إعادة محاذاة الحقلين الزوجي والفردي على المحور السيني. تم تحريك الحقل الآخر 16 بكسل إلى اليمين، مما قلل من التداخل على المصد ومحيط الإطار، لكن غطاء العجلة الذي دار بين الحقلين لا يزال يعاني من تداخل ملحوظ.

صُمم الفيديو المتداخل ليتم التقاطه وتخزينه ونقله وعرضه بنفس التنسيق المتداخل. ولأن كل إطار فيديو متداخل يتكون من حقلين تم التقاطهما في لحظات زمنية مختلفة، فقد تظهر في إطارات الفيديو المتداخلة تشوهات حركية تُعرف بتأثيرات التداخل أو التمشيط ، إذا تحركت الأجسام المسجلة بسرعة كافية لتكون في مواقع مختلفة عند التقاط كل حقل على حدة. وقد تكون هذه التشوهات أكثر وضوحًا عند عرض الفيديو المتداخل بسرعة أبطأ من سرعة التقاطه، أو في صور ثابتة.

رغم وجود طرق بسيطة لإنتاج إطارات متتابعة مرضية نوعًا ما من الصورة المتداخلة، كالمضاعفة في أحد الحقلين وحذف الآخر (تقليل الدقة الرأسية إلى النصف)، أو تنعيم الصورة على المحور الرأسي لإخفاء بعض التشويش، إلا أن هناك أحيانًا طرقًا تُنتج نتائج أفضل بكثير. إذا كانت الحركة بين الحقلين جانبية (محور X) فقط، وكانت هذه الحركة منتظمة في كامل الإطار، فمن الممكن محاذاة خطوط المسح واقتصاص الأطراف اليمنى واليسرى التي تتجاوز مساحة الإطار لإنتاج صورة مرضية بصريًا.  يمكن تصحيح الحركة الطفيفة على محور Y بطريقة مماثلة، وذلك بمحاذاة خطوط المسح بتسلسل مختلف واقتصاص الزيادة في الأعلى والأسفل. غالبًا ما يكون منتصف الصورة هو المنطقة الأكثر أهمية للمراجعة، وسواءً طُبِّق  تصحيح المحاذاة على محور X أو Y فقط، أو على كليهما، فإن معظم التشوهات ستظهر عند حواف الصورة. مع ذلك، حتى هذه الإجراءات البسيطة تتطلب تتبع الحركة بين الحقول، وسيؤدي دوران أو إمالة جسم ما، أو تحركه على  المحور Z (بعيدًا عن الكاميرا أو باتجاهها)، إلى ظهور تشويش، بل قد يبدو أسوأ مما لو تم دمج الحقول بطريقة أبسط. تستطيع بعض عمليات إزالة التشابك تحليل كل إطار على حدة وتحديد الطريقة الأمثل. أفضل تحويل، بل والتحويل المثالي الوحيد في هذه الحالات، هو التعامل مع كل إطار كصورة منفصلة، ​​لكن هذا قد لا يكون ممكنًا دائمًا. بالنسبة لتحويلات معدل الإطارات والتكبير، يُفضل في الغالب مضاعفة كل حقل خطيًا لإنتاج معدل مضاعف من الإطارات المتتابعة، ثم إعادة أخذ عينات من الإطارات إلى الدقة المطلوبة، ثم إعادة مسح البث بالمعدل المطلوب، إما في الوضع المتتابع أو المتشابك.

تويتر بين السطور

يُسبب التداخل مشكلة محتملة تُسمى "تغريد الخطوط" ، وهي شكل من أشكال التداخل . لا يظهر هذا التأثير إلا في ظروف معينة، عندما يحتوي العنصر على تفاصيل رأسية تقترب من الدقة الأفقية لتنسيق الفيديو. على سبيل المثال، قد تُنتج سترة مخططة بدقة على مذيع أخبار تأثيرًا لامعًا. هذا ما يُعرف بالتغريد . لهذا السبب، يتجنب العاملون في مجال التلفزيون ارتداء ملابس ذات أنماط مخططة دقيقة. تُطبق كاميرات الفيديو الاحترافية أو أنظمة الصور المولدة بالحاسوب مرشح تمرير منخفض على الدقة الرأسية للإشارة لمنع "تغريد الخطوط".

يُعدّ التداخل بين الخطوط السبب الرئيسي وراء عدم ملاءمة تقنية التداخل لشاشات الكمبيوتر. ففي شاشة الكمبيوتر عالية الدقة، يعرض كل خط مسح عادةً وحدات بكسل منفصلة، ​​لا يمتد أي منها على خط المسح الذي يعلوه أو ينزله. وعندما يكون معدل الإطارات المتداخل الإجمالي 60 إطارًا في الثانية، فإن البكسل (أو الأهم بالنسبة لأنظمة النوافذ أو النصوص المسطرة، الخط الأفقي) الذي يمتد على ارتفاع خط مسح واحد فقط يكون مرئيًا لمدة 1/60 من الثانية، وهي المدة المتوقعة لشاشة  عرض متقدمة بتردد 60 هرتز، ولكنه يتبعه 1/60 من الثانية من الظلام (أثناء مسح الحقل المقابل)، مما يقلل معدل التحديث لكل سطر/بكسل إلى 30 إطارًا في الثانية مع وميض واضح.

لتجنب ذلك، لا تعرض أجهزة التلفزيون المتداخلة القياسية عادةً تفاصيل حادة. فعند ظهور رسومات الحاسوب على جهاز تلفزيون قياسي، تُعامل الشاشة إما كما لو كانت بنصف دقتها الحقيقية (أو حتى أقل)، أو تُعرض بدقتها الكاملة ثم تُخضع لمرشح تمرير منخفض في الاتجاه الرأسي (مثل نوع "ضبابية الحركة" بمسافة بكسل واحد، والذي يمزج كل سطر بنسبة 50% مع السطر التالي، محافظًا على درجة من الدقة الموضعية الكاملة، ويمنع "التكتلات" الواضحة الناتجة عن مضاعفة الخطوط البسيطة، مع تقليل الوميض إلى أقل مما تحققه الطريقة الأبسط). إذا عُرض نص، يكون حجمه كبيرًا بما يكفي بحيث يكون ارتفاع أي خطوط أفقية سطرين مسح على الأقل. تتميز معظم خطوط برامج التلفزيون بخطوط عريضة وسميكة، ولا تتضمن نهايات دقيقة تجعل التذبذب أكثر وضوحًا؛ بالإضافة إلى ذلك، تُطبق مولدات الأحرف الحديثة درجة من التنعيم تُحدث تأثيرًا مشابهًا لتأثير مرشح التمرير المنخفض المذكور سابقًا على كامل الإطار.

إزالة التشابك

يمكن لشاشات البلازما ALiS وشاشات CRT عرض الفيديو المتداخل مباشرة، لكن شاشات عرض الفيديو الحديثة لأجهزة الكمبيوتر وأجهزة التلفزيون تعتمد في الغالب على تقنية LCD، والتي تستخدم في الغالب المسح التدريجي.

يتطلب عرض الفيديو المتداخل على شاشة المسح التدريجي عملية تُسمى إزالة التداخل . قد لا تكون هذه التقنية مثالية، خاصةً إذا لم يتم مضاعفة معدل الإطارات في مخرج إزالة التداخل. يتطلب توفير أفضل جودة صورة لإشارات الفيديو المتداخلة دون مضاعفة معدل الإطارات أجهزة وخوارزميات معقدة ومكلفة، وقد يتسبب ذلك في ظهور تشوهات مختلفة. بالنسبة لشاشات التلفزيون، تُدمج أنظمة إزالة التداخل في أجهزة التلفزيون ذات المسح التدريجي التي تستقبل إشارات متداخلة، مثل إشارة البث التلفزيوني الرقمي القياسي (SDTV).

لا تدعم معظم شاشات الكمبيوتر الحديثة الفيديو المتداخل، باستثناء بعض أوضاع الدقة المتوسطة القديمة (وربما 1080i كإضافة إلى 1080p)، كما أن دعم الفيديو ذي الدقة القياسية (480/576i أو 240/288p) نادرٌ للغاية نظرًا لانخفاض تردد مسح الخطوط فيه مقارنةً بأوضاع الفيديو التناظرية "VGA" أو أعلى. يتطلب تشغيل الفيديو المتداخل من قرص DVD أو ملف رقمي أو بطاقة التقاط تناظرية على شاشة الكمبيوتر نوعًا من إزالة التداخل في برنامج التشغيل و/أو وحدة معالجة الرسومات، والتي غالبًا ما تستخدم طرقًا بسيطة جدًا. هذا يعني أن الفيديو المتداخل غالبًا ما يُظهر تشوهات مرئية على أنظمة الكمبيوتر. يمكن استخدام أنظمة الكمبيوتر لتحرير الفيديو المتداخل، ولكن التباين بين أنظمة عرض الفيديو في الكمبيوتر وتنسيقات إشارات التلفزيون المتداخلة يعني أنه لا يمكن عرض محتوى الفيديو الذي يتم تحريره بشكل صحيح دون استخدام جهاز عرض فيديو منفصل.

تستخدم أجهزة التلفزيون الحديثة نظامًا ذكيًا لاستخلاص المعلومات الإضافية الموجودة في الإشارة التقدمية من إشارة متداخلة. نظريًا، يُفترض أن تكون هذه مجرد مسألة تطبيق الخوارزميات المناسبة على الإشارة المتداخلة، إذ يفترض أن تكون جميع المعلومات موجودة فيها. عمليًا، النتائج متفاوتة حاليًا، وتعتمد على جودة الإشارة المدخلة وقوة المعالجة المستخدمة في التحويل. العائق الأكبر حاليًا هو التشوهات في الإشارات المتداخلة منخفضة الجودة (عادةً ما تكون في بث الفيديو)، لأنها غير متسقة بين الحقول. في المقابل، تعمل الإشارات المتداخلة عالية معدل البت، مثل تلك الصادرة من كاميرات الفيديو عالية الدقة التي تعمل بأعلى معدل بت، بكفاءة عالية.

تقوم خوارزميات إزالة التشابك بتخزين بعض إطارات الصور المتشابكة مؤقتًا، ثم تستخدم بيانات إطارات إضافية لإنتاج صورة سلسة وخالية من الوميض. ينتج عن تخزين الإطارات ومعالجتها تأخير طفيف في العرض ، وهو ما يظهر بوضوح في صالات عرض الشركات التي تعرض عددًا كبيرًا من الطرازات المختلفة. على عكس إشارة NTSC القديمة غير المعالجة، لا تتزامن جميع الشاشات مع الحركة بشكل كامل، إذ يبدو أن بعض الطرازات تُحدّث بشكل أسرع أو أبطأ قليلًا من غيرها. وبالمثل، قد يُعاني الصوت من صدى نتيجةً لاختلاف تأخيرات المعالجة.

تاريخ

عند تطوير أفلام الصور المتحركة، كان لا بد من إضاءة شاشة العرض بمعدل عالٍ لمنع الوميض المرئي . يختلف المعدل المطلوب باختلاف السطوع؛ فـ 50  هرتز مقبول (بصعوبة) للشاشات الصغيرة ذات السطوع المنخفض في الغرف ذات الإضاءة الخافتة، بينما  قد يكون 80 هرتز أو أكثر ضروريًا للشاشات الساطعة التي تمتد إلى مجال الرؤية المحيطية. كان الحل في صناعة الأفلام هو عرض كل إطار من الفيلم ثلاث مرات باستخدام مصراع ثلاثي الشفرات: فيلم مصور بمعدل 16 إطارًا في الثانية كان يُضيء الشاشة 48 مرة في الثانية. لاحقًا، عندما أصبح الفيلم الصوتي متاحًا، سمحت سرعة العرض الأعلى البالغة 24 إطارًا في الثانية باستخدام مصراع ثنائي الشفرات بإنتاج إضاءة 48 مرة في الثانية، ولكن فقط في أجهزة العرض غير القادرة على العرض بالسرعة المنخفضة.

لم يكن بالإمكان استخدام هذا الحل في التلفزيون. فاستخدام إطار فيديو كامل وعرضه مرتين يتطلب ذاكرة تخزين مؤقتة ( ذاكرة وصول عشوائي ) كافية لتخزين إطار فيديو واحد. ولم يصبح هذا الأسلوب عمليًا إلا في أواخر ثمانينيات القرن الماضي مع ظهور التقنية الرقمية. إضافةً إلى ذلك، ولتجنب أنماط التداخل على الشاشة الناتجة عن إضاءة الاستوديو ومحدودية تقنية الصمامات المفرغة ، كان لا بد من مسح شاشات CRT الخاصة بالتلفزيون بتردد التيار المتردد  (60 هرتز في الولايات المتحدة، و50  هرتز في أوروبا).

طُرحت العديد من براءات الاختراع المختلفة للتداخل منذ عام 1914 في سياق نقل الصور الثابتة أو المتحركة، لكن القليل منها كان قابلاً للتطبيق. [ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] في عام 1926، عرض أوليسيس أرماند سانابريا التلفزيون أمام 200,000 شخص حضروا معرض شيكاغو العالمي للراديو. كان نظام سانابريا يُمسح ميكانيكيًا باستخدام قرص نيبكو "ثلاثي التداخل" بثلاثة حلزونات متداخلة، وبالتالي كان نظامًا بنسبة 3:1 بدلاً من النسبة المعتادة 2:1. كان يعمل مع صور مُرسلة بمعدل 45 سطرًا و15 إطارًا في الثانية. مع 15 إطارًا في الثانية وتداخل بنسبة 3:1، كان معدل الحقول 45 حقلاً في الثانية، مما أدى (بالنسبة لذلك الوقت) إلى صورة ثابتة للغاية. لم يتقدم بطلب للحصول على براءة اختراع للمسح المتداخل حتى مايو 1931. [ 13 ]

في عام 1930، صاغ المهندس الألماني فريتز شروتر، من شركة تيليفونكن، مفهوم تقسيم إطار الصورة الواحد إلى خطوط متشابكة متتالية، وحصل على براءة اختراع له، استنادًا إلى تجاربه السابقة في مجال التصوير الضوئي. [ 11 ] [ 14 ] وفي الولايات المتحدة، حصل المهندس راندال سي. بالارد، من شركة آر سي إيه ، على براءة اختراع للفكرة نفسها عام 1932، وكان الغرض منها في البداية إعادة تنسيق الأفلام الصوتية للتلفزيون، وليس لنقل الصور الحية. [ 11 ] [ 15 ] [ 16 ] وبدأ التطبيق التجاري لهذه التقنية عام 1934 مع ازدياد سطوع شاشات أنابيب أشعة الكاثود، مما زاد من مستوى الوميض الناتج عن المسح التدريجي (المتسلسل). [ 12 ]

في عام 1936، عندما كانت المملكة المتحدة تضع معايير التناظرية، لم تكن إلكترونيات تشغيل شاشات CRT المبكرة، القائمة على الصمامات الحرارية،  قادرة إلا على المسح الضوئي بمعدل 200 خط تقريبًا في 1/50 من الثانية (أي بمعدل تكرار 10 كيلوهرتز تقريبًا لموجة الانحراف الأفقي المنشاري). باستخدام تقنية التداخل، أمكن دمج حقلين من 202.5 خطًا لتكوين إطار أكثر وضوحًا من 405 خطوط (مع استخدام حوالي 377 خطًا للصورة الفعلية، وعدد أقل منها مرئي داخل إطار الشاشة؛ في المصطلحات الحديثة، سيكون المعيار "377i"). بقي تردد المسح الرأسي 50  هرتز، ولكن تحسنت التفاصيل المرئية بشكل ملحوظ. ونتيجة لذلك، حل هذا النظام محل نظام المسح التدريجي الميكانيكي ذي 240 خطًا الذي ابتكره جون لوجي بيرد ، والذي كان قيد التجربة أيضًا في ذلك الوقت.

ابتداءً من أربعينيات القرن العشرين، سمحت التطورات التكنولوجية للولايات المتحدة وبقية أوروبا بتبني أنظمة تستخدم ترددات مسح خطي أعلى وعرض نطاق ترددي أكبر لإشارات الراديو، مما أدى إلى إنتاج عدد أكبر من الخطوط بنفس معدل الإطارات، وبالتالي تحقيق جودة صورة أفضل. مع ذلك، ظلت أساسيات المسح المتداخل جوهرية في جميع هذه الأنظمة. اعتمدت الولايات المتحدة نظام 525 خطًا ، ثم دمجت لاحقًا معيار الألوان المركب المعروف باسم NTSC ، بينما اعتمدت أوروبا نظام 625 خطًا ، وانتقلت المملكة المتحدة من نظامها الخاص ذي 405 خطًا إلى نظام 625 خطًا (الأكثر شبهًا بالنظام الأمريكي) لتجنب الحاجة إلى تطوير طريقة فريدة (كليًا) للتلفزيون الملون. انتقلت فرنسا من نظامها الأحادي اللون الفريد ذي 819 خطًا إلى المعيار الأوروبي الأكثر شيوعًا وهو 625 خطًا. ثم تبنت أوروبا عمومًا، بما فيها المملكة المتحدة، معيار ترميز الألوان PAL ، الذي كان قائمًا أساسًا على NTSC، ولكنه عكس طور حامل اللون مع كل خط (وإطار) لإلغاء تحولات الطور المشوهة للألوان التي كانت تُشوه بث NTSC. في المقابل، اعتمدت فرنسا نظام SECAM الفريد الخاص بها، والقائم على حامل FM مزدوج ، والذي قدم جودة محسّنة على حساب زيادة التعقيد الإلكتروني، وقد استخدمته أيضًا بعض الدول الأخرى، ولا سيما روسيا ودولها التابعة. على الرغم من أن معايير الألوان تُستخدم غالبًا كمرادفات لمعيار الفيديو الأساسي - NTSC لـ 525i/60، وPAL/SECAM لـ 625i/50 - إلا أن هناك العديد من حالات الانعكاس أو التعديلات الأخرى. على سبيل المثال، يتم استخدام ألوان PAL في البث التلفزيوني "NTSC" (أي 525i/60) في البرازيل ، وكذلك العكس في أماكن أخرى، إلى جانب حالات ضغط عرض نطاق PAL إلى 3.58  ميجاهرتز ليتناسب مع تخصيص نطاق الموجة للبث في NTSC، أو توسيع NTSC ليشمل 4.43  ميجاهرتز الخاصة بـ PAL.

كان التداخل شائعًا في شاشات العرض حتى سبعينيات القرن الماضي، عندما أدت احتياجات شاشات الكمبيوتر إلى إعادة استخدام المسح التدريجي، بما في ذلك في أجهزة التلفزيون العادية أو الشاشات البسيطة التي تعتمد على نفس الدوائر الإلكترونية. معظم شاشات CRT قادرة تمامًا على عرض كل من المسح التدريجي والتداخل بغض النظر عن استخدامها الأصلي المقصود، طالما أن الترددات الأفقية والرأسية متطابقة، لأن الفرق التقني يكمن ببساطة في بدء/إنهاء دورة المزامنة الرأسية في منتصف خط المسح كل إطارين (تداخل)، أو المزامنة دائمًا في بداية/نهاية السطر (تدريجي). لا يزال التداخل مستخدمًا في معظم أجهزة التلفزيون ذات الدقة القياسية، ومعيار البث التلفزيوني عالي الوضوح 1080i ، ولكنه غير مستخدم في شاشات LCD أو شاشات DLP أو معظم شاشات البلازما . لا تستخدم هذه الشاشات المسح النقطي لإنشاء الصورة (قد يتم تحديث لوحاتها بطريقة مسح من اليسار إلى اليمين ومن الأعلى إلى الأسفل، ولكن دائمًا بطريقة تدريجية، وليس بالضرورة بنفس معدل إشارة الإدخال)، وبالتالي لا يمكنها الاستفادة من تقنية التداخل (حيث تستخدم شاشات LCD القديمة نظام "المسح المزدوج" لتوفير دقة أعلى بتقنية تحديث أبطأ، بينما تُقسم اللوحة إلى نصفين متجاورين يتم تحديثهما في وقت واحد ): عمليًا، يجب تشغيلها بإشارة مسح تدريجي. ويمكن أن تزيد دوائر إزالة التداخل اللازمة للحصول على مسح تدريجي من إشارة بث تلفزيوني متداخلة عادية من تكلفة جهاز التلفزيون الذي يستخدم هذه الشاشات. وتهيمن الشاشات التدريجية حاليًا على سوق أجهزة التلفزيون عالية الوضوح.

التداخل والحواسيب

في سبعينيات القرن العشرين، بدأت أجهزة الكمبيوتر وأنظمة ألعاب الفيديو المنزلية باستخدام أجهزة التلفزيون كشاشات عرض. في ذلك الوقت، كانت إشارة NTSC ذات 480 خطًا تتجاوز بكثير قدرات الرسومات في أجهزة الكمبيوتر منخفضة التكلفة، لذا استخدمت هذه الأنظمة إشارة فيديو مبسطة تجعل كل حقل فيديو يُمسح مباشرةً فوق الحقل السابق، بدلًا من مسح كل خط بين خطين من الحقل السابق، بالإضافة إلى عدد بكسلات أفقي منخفض نسبيًا. مثّل هذا عودة المسح التدريجي الذي لم يُشهد منذ عشرينيات القرن العشرين. ولأن كل حقل أصبح إطارًا كاملًا بحد ذاته، يُطلق على هذا في المصطلحات الحديثة 240p على أجهزة NTSC، و 288p على أجهزة PAL . مع أن الأجهزة الاستهلاكية كانت مسموحة بإنشاء مثل هذه الإشارات، إلا أن لوائح البث منعت محطات التلفزيون من بث الفيديو بهذه الطريقة. مثّلت معايير شاشات الكمبيوتر، مثل وضع TTL-RGB المتوفر في CGA و BBC Micro على سبيل المثال ، تبسيطات إضافية لـ NTSC، مما حسّن جودة الصورة عن طريق حذف تعديل اللون، والسماح باتصال أكثر مباشرة بين نظام رسومات الكمبيوتر وشاشة CRT.

بحلول منتصف ثمانينيات القرن الماضي، تجاوزت أجهزة الكمبيوتر قدرات أنظمة الفيديو هذه، وأصبحت بحاجة إلى شاشات عرض أفضل. عانت معظم أجهزة الكمبيوتر المنزلية والمكتبية الأساسية من استخدام طريقة المسح الضوئي القديمة، حيث بلغت أعلى دقة عرض حوالي 640×200 بكسل (أو أحيانًا 640×256 بكسل في  المناطق ذات 625 خطًا/50 هرتز)، مما أدى إلى تشوه كبير في شكل البكسل الطويل والضيق ، وجعل عرض النصوص عالية الدقة جنبًا إلى جنب مع الصور ذات النسب الواقعية أمرًا صعبًا (كانت أوضاع "البكسل المربع" المنطقية ممكنة، ولكن فقط بدقة منخفضة تبلغ 320×200 بكسل أو أقل). تباينت حلول الشركات المختلفة بشكل كبير. ولأن إشارات شاشات الكمبيوتر لم تكن بحاجة إلى البث، فقد استهلكت نطاقًا تردديًا أكبر بكثير من 6 و7 و8 ميجاهرتز التي اقتصرت عليها إشارات NTSC وPAL. قامت محولات العرض أحادية اللون من IBM ومحولات الرسومات المحسّنة بالإضافة إلى بطاقة الرسومات Hercules وجهاز كمبيوتر Macintosh الأصلي بتوليد إشارات فيديو من 342 إلى 350 بكسل، بمعدل 50 إلى 60 هرتز، مع عرض نطاق ترددي يبلغ حوالي 16 ميجاهرتز، وتمكنت بعض أجهزة الكمبيوتر الشخصية المحسّنة مثل AT&T 6300 (المعروف أيضًا باسم Olivetti M24 ) بالإضافة إلى أجهزة الكمبيوتر المصممة للسوق المنزلية اليابانية من الوصول إلى 480 بكسل بدلاً من ذلك بمعدل 24 ميجاهرتز تقريبًا، ودفع جهاز Atari ST ذلك إلى 71 هرتز مع عرض نطاق ترددي يبلغ 32 ميجاهرتز - كل ذلك تطلب شاشات مخصصة عالية التردد (وعادةً ما تكون أحادية الوضع، أي غير متوافقة مع "الفيديو") نظرًا لزيادة معدلات الخطوط الخاصة بها. بدلاً من ذلك، ابتكر جهاز كومودور أميغا إشارة RGB متداخلة حقيقية بدقة 480i60/576i50 بمعدلات بث الفيديو (وبعرض نطاق ترددي 7 أو 14 ميجاهرتز)، مناسبة لترميز NTSC/PAL (حيث تم تخفيض معدل الإطارات بسلاسة إلى 3.5-4.5 ميجاهرتز). هذه الميزة (بالإضافة إلى خاصية مزامنة الإشارة المدمجة ) جعلت أميغا يهيمن على مجال إنتاج الفيديو حتى منتصف التسعينيات، لكن وضع العرض المتداخل تسبب في مشاكل وميض لتطبيقات الكمبيوتر التقليدية التي تتطلب تفاصيل بكسل واحد، حيث كانت ملحقات مضاعفة المسح الضوئي "المُصلحة للوميض" بالإضافة إلى شاشات RGB عالية التردد (أو شاشة A2024 المتخصصة من كومودور لتحويل المسح الضوئي) من المشتريات الشائعة، وإن كانت باهظة الثمن، بين المستخدمين المحترفين. شهد عام 1987 ظهور تقنية VGA ، التي سرعان ما اعتمدت عليها أجهزة الكمبيوتر الشخصية، بالإضافة إلى مجموعة أجهزة Macintosh II من Apple التي قدمت شاشات ذات دقة وعمق ألوان مماثلة، ثم متفوقة، مع التنافس بين المعيارين (والمعايير شبه القياسية لأجهزة الكمبيوتر الشخصية اللاحقة مثل XGA وSVGA) مما أدى إلى رفع جودة العرض المتاحة لكل من المستخدمين المحترفين والمنزليين بسرعة.        

في أواخر ثمانينيات وأوائل تسعينيات القرن الماضي، طرح مصنّعو الشاشات وبطاقات الرسومات معايير جديدة عالية الدقة تضمنت مجددًا تقنية التداخل. عملت هذه الشاشات بترددات مسح أعلى، مما سمح عادةً  بمعدل مجال يتراوح بين 75 و90 هرتز (أي معدل إطار يتراوح بين 37.5 و45  هرتز)، واعتمدت في الغالب على مواد فسفورية ذات ثبات أطول في أنابيب أشعة الكاثود، وكان الهدف من ذلك التخفيف من مشاكل الوميض والاهتزاز. لم تلقَ هذه الشاشات رواجًا كبيرًا، باستثناء تطبيقات فائقة الدقة مثل التصميم بمساعدة الحاسوب (CAD) والنشر المكتبي (DTP) التي تتطلب أكبر عدد ممكن من البكسلات، حيث كان التداخل ضرورة لا غنى عنها وأفضل من محاولة استخدام ما يعادله من المسح التدريجي. ورغم أن الوميض لم يكن واضحًا في كثير من الأحيان على هذه الشاشات، إلا أن إجهاد العين وقلة التركيز أصبحا مشكلة خطيرة، وكان ثمن الوميض الأطول انخفاض السطوع وضعف الاستجابة للصور المتحركة، مما يترك آثارًا مرئية وغالبًا ما تكون باهتة الألوان. كانت هذه المسارات الملونة مصدر إزعاج بسيط لشاشات العرض أحادية اللون، والشاشات الأبطأ تحديثًا المستخدمة لأغراض التصميم أو الاستعلام عن قواعد البيانات، لكنها كانت أكثر إزعاجًا لشاشات العرض الملونة والحركات الأسرع المتأصلة في أنظمة التشغيل القائمة على النوافذ، والتي أصبحت شائعة بشكل متزايد، بالإضافة إلى التمرير بملء الشاشة في معالجات النصوص وجداول البيانات، وبالطبع في ألعاب الحركة السريعة. علاوة على ذلك، فإن الخطوط الأفقية الرقيقة المنتظمة الشائعة في واجهات المستخدم الرسومية القديمة، إلى جانب عمق الألوان المنخفض الذي يعني أن عناصر النافذة كانت عالية التباين بشكل عام (بل غالبًا ما كانت بالأبيض والأسود بشكل صارخ)، جعلت الوميض أكثر وضوحًا مما هو عليه في تطبيقات الفيديو ذات معدل الحقول المنخفض. ومع التطور التكنولوجي السريع الذي جعل الأمر عمليًا وميسور التكلفة، بعد عقد واحد فقط من ظهور أولى ترقيات التداخل فائقة الدقة لأجهزة IBM PC، لتوفير ترددات بكسل عالية ومعدلات مسح أفقي كافية لأوضاع المسح التدريجي عالي الدقة في شاشات العرض الاحترافية أولًا ثم الاستهلاكية، تم التخلي عن هذه الممارسة سريعًا. خلال ما تبقى من تسعينيات القرن الماضي، ركزت شاشات العرض وبطاقات الرسومات بشكل كبير على أعلى دقة عرض مُعلنة لها، والتي كانت "غير متداخلة"، حتى عندما كان معدل الإطارات الإجمالي بالكاد أعلى مما كان عليه في الأوضاع المتداخلة (مثل SVGA بمعدل 56 إطارًا في الثانية مقابل 43 إطارًا في الثانية إلى 47 إطارًا في الثانية)، وعادةً ما تضمنت وضعًا أعلى يتجاوز تقنيًا الدقة الفعلية لشاشة CRT (عدد ثلاثيات الفوسفور اللوني)، مما يعني عدم وجود وضوح إضافي للصورة يمكن تحقيقه من خلال التداخل و/أو زيادة عرض نطاق الإشارة. هذه التجربة هي السبب في أن صناعة أجهزة الكمبيوتر الشخصية لا تزال اليوم تعارض التداخل في HDTV، وتضغط من أجل معيار 720p، وتواصل الضغط من أجل اعتماد 1080p (بمعدل 60  هرتز للدول التي تستخدم نظام NTSC القديم، و50 هرتز) . Hz لـ PAL)؛ ومع ذلك، لا تزال دقة 1080i هي دقة البث عالية الوضوح الأكثر شيوعًا، ولو فقط لأسباب تتعلق بالتوافق مع أجهزة HDTV القديمة التي لا تدعم 1080p - وأحيانًا لا تدعم حتى 720p - بدون إضافة مُقسِّم خارجي، على غرار كيفية ولماذا لا يزال معظم البث الرقمي الذي يركز على SD يعتمد على معيار MPEG2 القديم المضمن في DVB-T على سبيل المثال .

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ "المسح المتداخل"، رودولف ف. غراف (محرر)، "القاموس الحديث للإلكترونيات"، هوارد و. سامز، 1968
  2. ↑ "InfoWorld" . 11 يونيو 1979.
  3. ↑ "التداخل" . دليل لوك المرئي. مؤرشف من الأصل في 5 أبريل 2014. تم الاطلاع عليه في 5 أبريل 2014 .
  4. ↑ "EBU R115-2005: أنظمة التلفزيون عالية الوضوح المستقبلية" (ملف PDF) . الاتحاد الأوروبي للبث. مايو 2005. مؤرشف (ملف PDF) من الأصل بتاريخ 26 مارس 2009. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 مايو 2009 .
  5. 1 2 "10 أشياء يجب أن تعرفها عن... 1080p/50" (ملف PDF) . الاتحاد الأوروبي للبث. سبتمبر 2009. تاريخ الاسترجاع: 26 يونيو 2010 .
  6. ↑ فيليب لافين (25 يناير 2005). "المراجعة الفنية رقم 300 الصادرة عن اتحاد البث الأوروبي (أكتوبر 2004)" . اتحاد البث الأوروبي. مؤرشف من الأصل في 7 يونيو 2011.
  7. ↑ فيليب لافين (26 يناير 2005). "المراجعة الفنية رقم 301 الصادرة عن اتحاد البث الأوروبي" . اتحاد البث الأوروبي. مؤرشف من الأصل في 16 يونيو 2006.
  8. ↑ "دليل إزالة التشابك" . هاند بريك . مؤرشف من الأصل بتاريخ 11-05-2012 . تم الاطلاع عليه بتاريخ 12-07-2012 .
  9. ↑ "التلفزيون عالي الوضوح ووزارة الدفاع" . مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 1999. تم الاطلاع عليه في 14 مارس 2019 .
  10. ↑ هوفمان، هانز؛ إيتاغاكي، تاكيبومي؛ وود، ديفيد؛ ألويس، بوك (4 ديسمبر 2006). "دراسات حول متطلبات معدل البت لتنسيق HDTV بدقة 1920×1080 بكسل، ومسح تدريجي بمعدل 50 هرتز، يستهدف شاشات العرض المسطحة الكبيرة" (ملف PDF) . مجلة IEEE للمعاملات في البث، المجلد 52، العدد 4. تاريخ الاسترجاع: 8 سبتمبر 2011. لقد ثبت أن كفاءة ترميز 1080p/50 مماثلة جدًا (محاكاة) أو حتى أفضل (اختبارات عملية) من 1080i/25، على الرغم من أنه يجب ترميز ضعف عدد البكسلات. ويعود ذلك إلى كفاءة الضغط الأعلى وتتبع الحركة الأفضل لإشارات الفيديو الممسوحة تدريجيًا مقارنةً بالمسح المتداخل.
  11. 1 2 3 جانكوفيتش، ماريك (2023)، "التشابك: أول طريقة لضغط الفيديو" ، تاريخ ضغط الفيديو في الإعلام ، تشام: دار نشر سبرينغر الدولية، ص 77-119 ، doi : 10.1007/978-3-031-33215-9_3 ، ISBN  978-3-031-33214-2تم الاطلاع عليه بتاريخ 23 نوفمبر 2023
  12. 1 2 ر. و. بيرنز، التلفزيون: تاريخ دولي للسنوات التكوينية ، معهد الهندسة والتكنولوجيا، 1998، ص 425. ISBN 978-0-85296-914-4.
  13. 1 2 مارشال، بول (16 ديسمبر 2018). "التشابك - القصة الخفية لتقنية ضغط الفيديو في عشرينيات القرن العشرين" . مجموعة الحفاظ على هندسة البث . تم الاسترجاع في 28 فبراير 2023 .
  14. ↑ مسجلة لدى مكتب براءات الاختراع التابع للرايخ الألماني، رقم براءة الاختراع 574085.
  15. ↑ "الريادة في الإلكترونيات" . مجموعة ديفيد سارنوف . مؤرشف من الأصل بتاريخ 21 أغسطس 2006. تم الاطلاع عليه بتاريخ 27 يوليو 2006 .
  16. ↑ براءة الاختراع الأمريكية رقم 2,152,234 . إن تقليل الوميض مدرج في المرتبة الرابعة فقط في قائمة أهداف الاختراع.