அலைக்கம்பங்கள் அடிப்படைகள்

ஒப்புமைத் தொலைக்காட்சி அடிப்படைகள் (Basics of Analog TV) -ராஜேஷ் வைதியநாதன்

வரலாறு

தொலைக்காட்சி கோட்பாடுகள் 1800கள் முதன்முதலாக கருத்தமையப்பட்டது. 1884இல் பால் நிப்கவ் என்பவர் ஒளியியக்கவியல் முறையில் பிம்பளை செலுத்துவதற்கான ஒரு காப்புரிமை பெற்றார். இதற்கு நிப்கவ் வட்டு (Nipkow Disk) என அழைக்கப்பட்டது. இதில் ஒரு சுழல்வரிசையில் 24 துளைகள் அமைக்கப்படிருந்தன. முதல் செயல்படியான தொலைக்காட்சி செல்த்தும் (transmission) ஜான் பெயர்டு என்பவரால் 1926ஆம் ஆண்டில் நடத்தப்பட்டது. அவர் பால் நிக்கவின் அதே ஒளியியக்கவியல் அமைப்பை பயன்படுத்தி 30 வரிகள்/சட்டம்; 5 சட்டம்/நொடி வீதத்தில் நடத்தினார். முதல் செயல்படியான தொலைக்காட்சி ஒளிபரப்பு சோதனைம் 1928இல் ஜான் பெயர்டு இன்கிலாந்தில் மற்றும் ஐவ்ஸ் அமெரிக்காவில் தனித்தாக நடத்தப்பட்டன. முதல் அன்றாட ஒளிபரப்புகள் அமெரிக்காவில் 1953 ஆரம்பிக்கப்பட்டன. ஜப்பானில் 1960ஆம் ஆண்டு ஒளிபரப்புகள் துவங்கின.

ஒப்புமைத் தொலைக்காட்சி முறைமைகள்

உலகத்தில் தொலைகாட்சி ஒளிபரப்பு நாடுக்கு நாடு வேறுபாடானது. இந்த வேறுபாடுகள் பெரும்பாலும் அரசியல் ரீதியால் உருவானவை. இத் தொலைகாட்சி அமைப்புகளிலெல்லாம் அடிப்படைகள் ஒன்றே. உலகமெங்கும் தொலைகாட்சி ஒளிபரப்பு மூன்றாக வகைப்படுத்தலாம் - NTSC, PAL மற்றும் SECAM. தொலைகாட்சியில் உள்ள நிற பிரதிபலிப்பு ஒரு நிற ‘வரம்பு’ற்கு அடங்கி உள்ளதாக வேண்டும். NTSC, PAL மற்றும் SECAM ஆகியவற்றில் நிற வெளி, துணை சுமைப்பிகள், பண்பேற்றம் முறை உட்பட பல அம்சங்கள் வேறுபாடானவவ.

தொலைகாட்சி அமைப்புகள் பார்வை நீடிப்பின் அடிப்படையில் (persistence of vision) செயல்படுகின்றன. தொலைகாட்சியின் காட்சிச் சட்டங்கள் (frames) இரண்டு காட்சிப் புலங்களாக (fields) செலுத்தப்படுகின்றன. தொடந்து சட்டங்கள் மாற்றப்படுவதால் கண்களுக்கு ஒரு தொடர் காட்சியாக தோன்றுகிறது. காட்சிப் புலங்களில் ஒன்று விட்ட வரிகள் (alternate lines) வருடப்படுகின்றன. ஒன்றாம் படை புலங்களில் (odd fields) ஒன்றாம் படை வரிகள் (odd lines) செலுத்தப்படுகின்றன; இரண்டாம் படை புலங்களில் (even fields) இரண்டாம் படை வரிகள் செலுத்தப்படுகின்றன (even lines). இதற்கு பின்னியத் துருவல் (interlaced scanning) எனப்படுகிறது. பின்னியத் துருவல் மூலமாக ஒரு தொலைக்காட்சி பட்டையகலத் தேவைப்பாடு (bandwidth requirement) தொடர் துருவலைவிட (progressive scanning) பாதியாகிவிருகிறது.

ஒளிதோற்றத்தின் செலுத்தத்தில் (video transmission) R, G, B என்கிற அடிப்படை நிறங்கள் நேராக பண்பேறப்படுவதில்லை. ஏன் என்றால் இவைகள் தனிதனியாக 4.5 MHz பட்டையகலத்தை எடுக்கின்றன. இவ்வளவு பட்டையகலம் ஒரே நிகச்சிக்கு கட்டுபடியானதல்ல. இதற்கு பதிலாக ஒரு ஒளிதோற்ற குறிகை ஒளிர்மை Y மற்றும் நிறமை C என்ற உறுப்புகளால் பிரிக்கப்பட்டு அனுப்பப்படுகின்றன.

Y` = 0.299R` + 0.587G` + 0.114G`, இதில் R`, G`, B` ஆகியவை காம்மா திருத்தப்பட்டக் குறிகைகள்.

நிறத் தகவல்கள் B`-Y` மற்றும் B`-Y ஆக செலுத்தப்படுகின்றன. G`-Y` செலுத்தப்படுவதில்லை. இதனை மேல்கூறிய இரண்டு குறிகைகளிருந்து கீழ்க்கண்டவாறு மீட்கலாம்:

G`-Y` = -0.51 (R`-Y`) - 0.19 (B`-Y`)

NTSC முறைமை

NTSC முறைமை அமெரிக்கா, பர்மா, ஜப்பான், மெக்ஸிக்கோ, கனடா, தென் கொரியா ஆகிய நாடுகளில் பயனாகிறது. இந்த அமைப்பில் நிறங்கள் நிற வேறுபாடக செலுத்தப்படுகிறது.

R` - Y` = 0.701R` - 0.587G` - 0.114B`
B` - Y` = -0.299R` - 0.587G` + 0.886B`
U = 0.492(B` - Y)
V = 0.877(R` - Y)
I = Vcos33 - Usin33 = 0.569R` - 0.275G` - 0.321B`
Q = Vsin33 - Ucos33 = 0.212R` - 0.523G` + 0.311B`

Q = cos(33_deg) * (R-Y) - sin(33_deg) * (B-Y)
I = cos(33_deg) * (B-Y) + sin(33_deg) * (R-Y)

இங்குள்ள R`-Y, B`-Y ஆகியவற்றின் கெழுகள் பண்பேற்றத்தின் பொது செலுத்திளின் (transmitter) செயல்வரம்பை மீறாமல் கொள்கின்றன. இக்கெழுகள் நிறமை மட்டத்தை வெண்மட்டத்தின் (white level) 75% அளவிற்கு அடைக்கின்றன. I, Q குறிகைகள் U, V ஐவிட வண்ணங்களை உன்மையாக மீட்கின்றன. சிறிய உருவங்கள் 1.3 - 2 MHz ஒளிவரம்பில் வசிக்கின்றன; நடுவளவு உருவங்களின் 0.6 - 1.3 MHz ஒளி அலைவெண் வரம்பு ஆகும். பெரிதான உருவங்கள் 0 - 0.6 MHz (NTSC) ஒளியலைவெண் வரம்பில் திகழ்கின்றன. இந்த குறை ஒளியலைவெண்களில் கண்ணின் வண்ண உணர்வு அதிகமானது. I, Q ஆயங்கள் U, V அச்சுக்களை 33 இடஞ்சுழியாக சுற்றுவதன் மூலம் பெறப்படுகின்றன. NTSC முறைமையில் I-குறிகை முழு நிற பட்டையகலமான 1.4MHz வரம்பில் ஒரு பக்கப்பட்டையாக (single-sideband) செலுத்தப்படுகிறது. Q-குறிகை பச்சை-ஊதா நிறங்களை பிரதிபலிக்கிறது. அது குறைந்த பட்டையகலமான 0.5MHzஇல் இரு பக்கப்பட்டையாக (double-sideband) செலுத்தப்படுகிறது. இந்த ஒரு பக்கப்பட்டை/இரு பக்கப்பட்டை I, Q செலுத்தல்கள் மூலம் I,Q இடையிலான குறுக்கீடு குறைக்கப்படுகிறது. I பக்கப்பட்டை Q-பக்கப்பட்டைகளிருந்து 90° கட்டமாக பெயர்ந்துள்ளது. இது ஒரு பரப்புக்காண் வீச்சு பண்பேற்ற (Quadrature Amplitude Modulation) முறையாகும்.

Q உறுப்பு பச்சை-ஊதா அச்சை பிரதிபலிக்கும்; I உறுப்பு ஆரஞ்சு-வெண்நீல அச்சை பிரதிபலிக்கும். இவ்விரண்டு குறிகைகளும் 1.3 MHz குள் பட்டை வரம்பிடப்படுகிறது (band-limited); ஒளிர்மை குறிகை I, Q-வின் பண்பேற்றத்தால் பெறப்படுகிறது.

NTSCயில் துணைச்சுமைப்பி மீது பண்பேற்றப்ட்ட நிறமை குறிகை: C = I cos wt + Q sin wt

NTSCயின் கலவை ஒளிதோற்றம்:
COMPOSITE(NTSC) = Y + I cos wt + Q sin wt + நேரவிவரம்

NTSCயின் துணைச்சுமைப்பி கிடைவீச்சு வீதத்தின் ஒன்றரை காரணியாக நிர்ணயிக்கப்பட்டது. இது துணைச்சுமைப்பி குறிகை காட்சியில் தென்படுவதை குறைக்கிறது. இரண்டாவது, துணைச்சுமைப்பி குறிக்கீடாதபடி ஒரு உயர்ந்த அலைவெண்ணாக நிர்ணயிக்கப்பட்டது. மூன்றாவது, I, Q குறிகைகளின் இரு பக்கப்பட்டைகளும் 0.6 MHz வரை இயலான ஒரு அமைப்பு தேவைப்பட்டது. இந்த நிபந்தனைகளை மேற்கொண்டு NTSC கூற்றளவுகள் கீழ்வருமாறு தேர்ந்தெடுக்கப்பட்டது:

FH = 4.5 x 106 MHz/286 = 15735 Hz
FV = FH / (525/2) = 59.95 Hz
FSC = (13 x 7 x 5)/2 x FH = (455/2) FH = 3.579545 MHz (525-வ்ரி அமைப்பு);

NTSC முறைமையின் முதன் முதலாக வந்த தொலக்காட்சி முறையாக இருப்பதால் அதை சற்று இங்கே விளக்குவோம். NTSC 1941இல் தொடக்கத்தில் நொடிக்கு 60 X 525 = 15750 வரிசை வீதத்தில் அமைக்கப்பட்டது. அப்பொழுது ஒளிபரப்புகள் கருப்பு வெள்ளையில் இருந்தன. 1950களில் வண்ண ஒளிபரப்புகள் தேவைப்பாடு ஏற்பட்டது. அப்போழுது சந்தையில் இலட்சக்கணக்கான கறுப்பு வெள்ளை தொலைக்காட்சிப் பெட்டிகளுக்கு பொறுத்தமின்மௌ ஏற்படாத வகையில் வண்ணம் சேர்க்க வேண்டிய நிலை ஏற்பட்டது. வண்ண தகவல் மேற்படி கூறப்பட்ட இரண்டு கூற்றுகள் மூலம் உருவகிக்கப்பட்டது. இவ்விரண்டு கூற்றுகள் தனித்தனி நிறமை துணை சுமைப்பிகளை (colour sub-carriers) பண்பேற்றவைக்கப்படுகின்றன (modulate), பின்ன பண்பேற்ற சமிக்ஞைகள் ஒன்றாக கூட்டப்படுகின்றன. இவ்விரண்டு துணைச் சுமைப்பிகள் ஒரே அலைவெண், ஆனால் 90 கட்டக் கோணத்தில் (phase angle) உள்ளன. இவ்விரண்டு துணைச் சுமைப்பிகள் ஒரே படிக அலைப்பியிலிருந்து (crystal oscillator) பெறப்படுகின்றன. மேலே குறிப்பிட்டது போல் துணைச் சுமைப்பிகள் 3.579545 MHz அலைவெண்ணில் இயங்கின்றன. அந்த காலக்கட்டத்தில் நடத்தப்பட்ட சோதனைகளில் துணைச் சுமைப்பி அலைவெண் வரிசை வீதத்தின் ஒற்றைப்படை மடங்காக இருக்கும்போது, கேட்பொலி மேது ஏற்படும் குறுக்கீடுகள் குறையுமென கண்டறியப்பட்டது. மேலும் சட்டக வீதம் நொடிக்கு 30இலிருந்து 0.1001% சதவீதம் 29.997 குதைத்தால் கேட்பொலி-வண்ண துணைச் சுமைப்பி குறுக்கீடுகள் இன்னும் குறைவதாகவும் கண்டறியப்பட்டது. எனவே வரிசை வீதம் 15750இலிருந்து 15734.264ஆக மாற்றியமைக்கப்பட்டது. நிறமை துணைச்சுமைப்பிகள் ஒற்றைப் படையின் அரை மடங்காக, 455/2 மடங்காக 3.579545 MHz ஆக நிர்ணயிக்கப்பட்டது.

காணொளி பட்டையகலம் 0லிருந்கலம்து 4.2MHz வரை அனைத்தும் ஒளிர்மைக்காக ஒதுக்கப்பட்டது. புதிதாக அறிமுகப்படுத்தப்பட்ட நிறமை சமிக்ஞையின் கற்றைய் 0.6MHzஆக வரையிடப்பட்டது.

PAL முறைமை

PAL அமைப்பிலும் NTSCயில் உள்ள அதே வரையறுக்கப்பட்ட Y, U, V குறிகைகள் பயனாகின்றன. NTSCயில் வரையறுக்கப்பட்ட I, Q குறிகைகள் பயனாகுவதில்லை. R`-Y` மற்றும் B`-Y` பண்பேற்றும் குறிகைகளாக பயன்படுத்தப்படுகின்றன.

U = 0.492(B` - Y)
V = 0.877(R` - Y)

FSC = (567/2) x FH = 4.4296875MHz (625-வரி CCIR சோதனை அமைப்பு - இது PAL/SECAM தரப்படுத்தவதற்கு முன்பு செயல்படுத்தப்பட்டது.)

FSC = 1135x(FH/4)+(FV/4) = 4.43361875; இதில் FH 15625 என்பது வரி வீதம்; FV என்பது சட்ட வீதம் (frame rate)

பிரேசில் நாட்டில் இது 3.57561149MHz ஆகும்.

U, V குறிகைகள் 1.3 MHz வரம்பிடப்படுகின்றன.

PALஇல் துணைச்சுமைப்பி மீது பண்பேற்றப்பட்ட நிறமை குறிகை:

தொலைக்காட்சி வானலைகளின் பெறுகை

தொலைக்காட்சி வானலை சமிக்ஞை தொலைக்காட்சி பெட்டியின் அலைக்கம்பத்தில் முதலில் கைப்பற்றப்படுகிறது. ஒருங்குசேர் காணொளி (composite video), கிடக்கை ஒத்தியங்கு துடிப்புகள் (horizontal sync pulses), நெடுக்கை ஒத்தியங்கு துடிப்புகள் (vertical sync pulses), கேட்பொலி (audio) தனித்தனியாக பிரிக்கப்படுகின்றன. கிடக்கை துடிப்புகள் ஒரு கட்டமடை வளையத்தை (phase locked loop) பூட்ட விடப்படுகின்றன. கட்டமையிலிந்து பெறப்படும் துடிப்புகள் கிடக்கை இயக்கச் சுருளுக்கு (horizontal steering coil) வழங்கப்படுகின்றன. தனியாக பிரித்தெடுக்கப்பட்ட நெடுக்கை துடிப்புகள் நெடுக்கை இயக்கச் சுருளுக்கு வழங்கப்படுகின்றன. இவ்விரண்டு இயக்கச் சுருள்களும் 15-27KV உயழழுத்தம் உருவாக்கின்றன. இதன் மூலம் மின்னிகளை எதிர் மின்வாயிலிருந்து நேர் மின்வாயான தீமுறி பூசப்பட்ட திரைக்கு (phosphor coated screen) முடக்குகின்றன. இவ்விரண்டு இயக்கங்கள் திரயை வருடுகின்றன. காணொளி சமிக்ஞை கண்ணியை (grid) பண்பேறற செய்யப்படுகிறது. இதன் மூலம் திரையின் பிரகாசத்தை கட்டுப்படுத்தி படமாக தெரிகிதது.

புதுப்பிப்பு சனி, 17 நவம்பர் 2007