مقاله سیستم های تلویزیون

مقدمه:
سیستم های تلویزیون، از نخستین روزهای پیدایش خود تا امروز، مسیری طولانی و پرتحول را پشت سر گذاشته اند. آنچه در ابتدا تنها به نمایش تصاویر ساده و سیاه و سفید محدود بود، به تدریج با ورود فناوری های پردازش تصویر، مخابرات دیجیتال، فشرده سازی و نمایشگرهای پیشرفته، به بستری چندلایه و پیچیده تبدیل شد. در قلب این تحول، ترکیب علوم رایانه، الکترونیک، مخابرات و الگوریتم های پردازش تصویر قرار دارد؛ جایی که هر جزء، نقش ویژه ای در کیفیت نهایی تصویر، سرعت انتقال داده و پایداری سیستم بازی می کند. وقتی ساختار یک سامانه تلویزیونی از مرحله capture تا نمایش بررسی می شود، شبکه ای از اجزا دیده می شود که به صورت هماهنگ، داده های بصری را از محیط واقعی به تصویر دیجیتال تبدیل می کنند.

در بخش پردازش تصویر، الگوریتم ها جایگاه محوری دارند. بسیاری از عملیات ها، از حذف نویز و بهبود کنتراست گرفته تا استخراج جزئیات و هموارسازی، در بستر نرم افزاری اجرا می شوند و تنها در مواردی که سرعت بالا یا محدودیت های خاص سخت افزاری مطرح است، به سمت استفاده از ماژول های اختصاصی حرکت می شود. نمونه هایی مانند تصویربرداری در نور کم، نیاز به میانگین گیری روی چندین فریم و دسترسی مداوم به داده های تصویری دارند؛ جایی که ساختار بزرگراه های رایانه ای سنتی، گاهی پاسخ گو نیست و سخت افزارهای ویژه پردازش تصویر وارد جریان کار می شوند. همین ترکیب نرم افزار و سخت افزار، ماهیت سامانه های امروزی را شکل می دهد.

در دهه های گذشته، سیستم های پردازش تصویر معمولاً در قالب تجهیزات بزرگ و جانبی عرضه می شدند و به رایانه های میزبان متصل بودند. با گذشت زمان و گسترش رایانه های شخصی، بردهای تکی، استانداردهای صنعتی و ساختارهای کوچک تر، جایگزین مدل های قدیمی شدند. هزینه ها کاهش یافت و فضای تازه ای برای شرکت هایی ایجاد شد که تمرکز خود را بر توسعه نرم افزارهای پردازش تصویر گذاشتند. هم زمان با این تغییر، راه برای کوچک سازی و یکپارچه سازی بیشتر باز شد و رایانه های همه منظوره، به سراغ ماژول های داخلی پردازش تصویر رفتند.

در ساختار سیستم های تلویزیون، ترکیبی از رقمی ساز، بافر قاب، واحد محاسباتی و منطق (ALU) و حافظه های پرسرعت دیده می شود. این اجزا، جریان تصویر را در طول پردازش هدایت می کنند و امکان اجرای عملیات پیچیده در نرخ قاب را فراهم می سازند. پس از آن، نرم افزارهای نمایش، ابزارهای گزارش گیری و برنامه های مدیریت تصویر وارد عمل می شوند و نتایج پردازش به بردهای سریع منتقل می شود تا با استانداردهای ارتباطی مختلف سازگار شوند. در این میان، لایه مخابرات نقش تعیین کننده ای دارد؛ زیرا تصویر باید با کمترین خطا و در پهنای باند محدود عبور کند.

جایی که بحث فشرده سازی تصویر مطرح می شود، موضوع شکل تخصصی تری پیدا می کند. مدل های مختلف فشرده سازی، از روش های بدون خطا تا الگوریتم های مبتنی بر پیش بینی و کدگذاری طول متغیر، هر کدام برای شرایط خاص طراحی شده اند. رمزگذاری هافمن، کدگذاری حسابی و روش های بیت صفحه ای، به گونه ای ساختار یافته اند که حجم داده کاهش یابد و همچنان کیفیت قابل قبول باقی بماند. استانداردهای متنوعی که برای تصاویر تک رنگ، رنگی و دنباله ای ایجاد شده، نشان می دهد که سیستم های تلویزیونی تنها به نمایش ساده تصویر محدود نیستند و به مجموعه ای گسترده از قواعد وابسته اند.

در کنار فشرده سازی، پردازش تصویر رنگی نیز جایگاه جداگانه ای دارد. مدل های رنگی مانند RGB، CMY، YIQ و HSI، هر کدام برای هدفی خاص تعریف شده اند و در مسیر تبدیل، ذخیره سازی و نمایش، نقش متفاوتی ایفا می کنند. زمانی که تصویر از یک مدل به مدل دیگر منتقل می شود، رفتار رنگ، روشنایی و اشباع تغییر می کند و همین مسئله، طراحی دقیق الگوریتم ها را ضروری می سازد. توسعه ابزارهایی که بتوانند ارتقای تصویر را در این فضا انجام دهند، به تدریج به بخشی ثابت در سیستم های تلویزیون تبدیل شده است و در تعامل با سخت افزار و نرم افزار، جریان پردازش را پیش می برد.

فهرست مطالب
پردازش ۱
مخابرات ۳
نمایش ۳
فشرده سازی تصویر ۴
مبانی ۵
مدلهای فشرده سازی تصویر ۶
رمزگزار ورمزبردار منبع ۶
رمزگذارورمزبردار کانال ۷
فشرده سازی بدون خطا ۷
رمزنگاری طول متغیر ۸
رمزنگاری هافمن ۸
رمزگذاری حسابی ۸
رمز نگاری بیت-صفحه ای ۱۰
رمزنگاری ناحیه ثابت ۱۰
استانداردهای فشرده سازی تصویر ۱۱
فشرده سازی یک بعدی ۱۱
فشرده سازی دوبعدی ۱۲
فشرده سازی تصاویر تکرنگ و رنگی دنباله ای ۱۲
پردازش تصویر رنگی ۱۳
مبانی رنگ ۱۴
مدلهای رنگ ۱۶
مدل رنگRGB 17
مدل رنگ CMY 17
مدل رنگ YIQ 18
مدل رنگ HIS 19
پردازش تصویر تمام رنگی ۱۹
ارتقا با استفاده ازمدلHSI 21