Digital Video Measurements (unit 6)

คาบจังหวะเวลาของแอนะลอกวิดีโอ

               มีการกำหนดมาตรฐานรูปแบบแอนะลอกวิดีโอที่ใช้สัญญาณแบบคอมโพสิตวิดีโอในโทรทัศน์ระบบ PAL , NTSC , SECAM อันมีความแตกต่างกันบ้างในเรื่องของการกำหนดข้อมูลการส่องสว่างและข้อมูลความแตกต่างของสีแต่ในส่วนใหญ่แล้วล้วนมีความคล้ายกัน  สัญญาณวิดีโอในห้องผลิตรายการเป็นข้อมูลข่าวสารที่ต่อเนื่องอันอาจถูกนำไปใช้งานตามที่มันปรากฏขึ้นในแต่ละชั่วขณะ  อันอาจเกิดความล่าช้าไปบ้างเมื่อนำไปเปรียบเทียบกับแหล่งกำเนิดสัญญาณภาพอื่นๆ หรือว่าในกรณีที่ทำการบันทึกไว้เพื่อสำหรับนำมาเล่นกลับในภายหลัง  ในขณะที่สัญญาณวิดีโอเป็นภาพความเคลื่อนไหวมันจะเคลื่อนไหวไปตามเวลาที่เป็นจริงและมันจำเป็นต้องนำเอาข้อมูลข่าวสารทั้งหมดเท่าที่จำเป็นเพื่อสร้างสรรค์ภาพให้ปรากฏขึ้นมาที่ปลายทาง  สัญญาณวิดีโอนั้นจำเป็นต้องบรรจุข้อมูลที่เป็นภาพและข้อมูลจังหวะเวลาที่มีคุณสมบัติถูกต้องและสมบูรณ์เพื่อที่ว่าสามารถนำไปผลิตภาพที่ถูกต้องออกมาได้  ข้อมูลของจังหวะเวลาประกอบด้วยรูปแบบของความสม่ำเสมอที่ปรากฏขึ้นของซิงก์พัลส์ทางแนวนอน (Horizontal Sync Pulse) หรือเป็นคำสั่งข้อมูลสำรองที่ระบุบ่งชี้การเกิดภาพของวิดีโอแต่ละเส้น การขัดจังหวะโดยมีความถี่น้อยกว่าคือการปรากฏขึ้นของข้อมูลข่าวสารที่เป็นซิงก์ทางแนวตั้ง (Vertical Sync Pulse)   และนั่นคือคำสั่งให้มีการแสดงผลเริ่มต้นของให้ทำการเขียนภาพที่ด้านบนของจอภาพอีกครั้งหนึ่ง

               ในรูปแบบของคอมโพสิตวิดีโอแล้วการสังเกตข้อมูลที่เป็นฐานเวลาและตัวข้อมูลวิดีโอทำได้โดยง่าย ตัวอุปกรณ์ เวฟฟอร์มมอนิเตอร์ (Waveform Monitor) มีส่วนประกอบที่ทำหน้าที่กำหนดการกวาดให้เป็นไปตามค่าที่ถูกปรับตั้งเอาไว้แล้วเพื่อแสดงผลของเส้นวิดีโอทางแนวนอนและช่วงจังหวะของคาบเวลาการแบล้งค์กิ้งแนวนอน (Horizontal Blanking)  การตรวจสอบช่วงเวลาของกวาดภาพทางแนวตั้งหรือแค่เพียงช่วงเวลาเฉพาะเส้นของการแบล้งกิ้งแนวตั้ง (Vertical Blanking)  มันเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องคิดคำนึงถึงการแสดงผลสัญญาณวิดีโอในรูปแบบเหล่านี้  ความแตกต่างที่บังเกิดขึ้นเมื่อสัญญาณถูกแสดงให้เห็นและสำหรับว่าการกวาดภาพแต่ละเส้นใช้เวลาเท่าไรในแต่ละครั้ง ตามความหมายของคำจำกัดความในปัจจุบันนี้มีอยู่ว่า  วิดีโอแบบคอมโพสิตแอนะลอกคือการการนำเอาข้อมูลของการสอดประสานและข้อมูลวิดีโอที่เป็นการส่องสว่างมารวมกันตามการแบ่งช่วงของเวลา (time-division multiplex) ในขณะที่ข้อมูลอันเป็นค่าความแตกต่างของสีทั้งสองเป็นการผสมตามการแบ่งช่วงความถี่ (frequency-division multiplex)

ภาพที่ 18. ช่วงของการแบล้งกิ้งทางแนวนอนในระบบ NTSC

ภาพที่ 19. ช่วงเวลาการแบล้งกิ้งแนวนอนในระบบ PAL

คาบจังหวะเวลาทางแนวนอน

               จากภาพที่ 18. และ ภาพที่ 19. แสดงความคล้ายคลึงกันของรูปแบบการสะแกนที่ได้รับการพัฒนาด้วยข้อจำกัดของกล้องวิดีโอและจอแสดงภาพจากในอดีต  แสดงให้เห็นถึงคาบเวลาของการแบล้งกิ้งที่ปรากฏเพียงครั้งเดียวของข้อมูลวิดีโอและสามารถทำการปรับแต่งเพื่อให้เกิดเป็นช่วงเวลาของแบล้งกิ้งทางแนวตั้งด้วย

               จากขอบด้านหน้าของรูปคลื่นนี้เป็นตัวกำหนดเวลาสำหรับจุดสิ้นสุดของวิดีโอในแต่ละเส้นเท่ากับว่าเป็นการสิ้นสุดการปล่อยลำแสงไปยังจอภาพด้วยเช่นกัน  ที่จุดระดับ 50 เปอร์เซ็นต์ของขอบขาลงของรูปคลื่นเป็นฐานเวลาอ้างอิงของระบบที่สามารถกระตุ้นการเริ่มต้นกวาดภาพเส้นต่อไปของลำแสงบนจอภาพ  จากยอดของปลายซิงก์จนกระทั่งหมดช่วงของการแบล้งค์กิ้งเป็นการรับประกันได้ว่าสัญญาณวิดีโอจะยังไม่เริ่มต้นการเปล่งแสงของจอภาพในจังหวะที่ลำแสงอยู่ในช่วงของการสะบัดกลับไปยังจุดเริ่มต้นใหม่ ที่จุดอ้างอิงของระดับของสีขาวและระดับของสีดำเป็นการกำหนดเพื่อเป็นการรับประกันว่าในทุกรายการอันที่ปรากฏบนจอภาพจะมีความสว่างสูงสุดและต่ำสุดเท่าเทียมกันสำหรับกำหนดเป็นค่าของความแตกต่างระดับแสง  โดยที่ผู้ชมไม่จำเป็นต้องทำการปรับแต่ง  รูปคลื่นช่วงสั้นๆเป็นคลื่นตัวพาหนะย่อยของข้อมูลสีเพื่อทำหน้าที่เป็นข้อมูลอ้างอิงสำหรับเครื่องรับนำไปผลิตสร้างความถี่เพื่อใช้ถอดระหัสเอาข้อมูลความแตกต่างของสีออกมา  ถึงแม้ว่าตัวของคลื่นย่อยนี้จะมีเพียงรูปคลื่นตัวอย่างเพียงแค่จำนวน 8-10 ลูกของความถี่ตัวอย่างอันคงที่ก็ตาม  เครื่องเวฟฟอร์มมอนิเตอร์จะทำการตรวจจับช่วงเวลาของซิงก์พัลส์แนวนอนเพื่อใช้อ้างอิงในขณะที่ส่วนประกอบทั้งหมดของช่วงคาบเวลาทางแนวนอนก็จะปรากฏขึ้นบนจอของเวฟฟอร์มมอนิเตอร์ดังภาพที่ 18. และภาพที่ 19.

ภาพที่ 20. ช่วงเวลาของเส้นในแบบความคมชัดสูง

ภาพที่ 21. แผนผังการจัดตำแหน่งกรอบของวิดีโอ

               แต่ละเส้นของวิดีโอแบบแอนะลอกนั้นเริ่มต้นที่ตำแหน่งจุดระดับ 50 เปอร์เซ็นต์ขอบขาลงของซิงก์พัลส์และมีจุดสิ้นสุดอยู่ที่ตำแหน่งเดียวกันของเส้นวิดีโอถัดไป  ในระบบของวิดีโอความคมชัดสูงแบบแอนะลอกอาจใช้วิธีการแบบของซิงก์ที่มีสามระดับ (tri-level sync pulse) ที่เริ่มต้นจากการให้มีค่าลดต่ำลงก่อนแล้วต่อมาให้มีระดับสูงกว่าค่าของการแบล้งกิ้ง  ส่วนเรื่องของจังหวะเวลาอ้างอิงนั้นกำหนดให้จุดกึ่งกลางช่วงการเปลี่ยนแปลงขาขึ้นตามภาพที่ 20.

               จากแผนผังความเชื่อมโยงของสัญญาณจังหวะเวลาไปยังสัญญาณวิดีโอดังแสดงในภาพที่ 21. สำหรับรูปแบบของการสะแกนแบบก้าวหน้า (progressive) เป็นการสะแกนภาพจากบนลงล่างให้มีความสมบูรณ์ทุกเส้นในหนึ่งเฟรม  แต่ถ้าเป็นรูปแบบของการสะแกนแบบแทรกสอด (interlaced) แล้วเป็นการสะแกนจากบนลงล่างจำนวนสองฟิลด์ที่เป็นเส้นคี่ก่อนแล้วจึงทำการสะแกนเส้นคู่เมื่อรวมกันจากทั้งสองฟิลด์จึงเป็นการสร้างภาพที่สมบูรณ์จำนวนหนึ่งเฟรม 

ตารางที่ 5. จังหวะเวลาในการสุ่มค่าตัวอย่าง

คาบจังหวะเวลาทางแนวตั้ง

               ข้อมูลของคาบจังหวะเวลาทางแนวตั้งเป็นการเปลี่ยนแปลงรูปทรงแบบสม่ำเสมอในช่วงที่จังหวะเวลาของการกวาดภาพทางแนวนอนครบเสร็จแล้วและเพิ่มด้วยรูปคลื่นชดเชย  ชุดขบวนของรูปคลื่นทางแนวตั้งตามภาพที่ 22. และภาพที่ 23. คือช่วงเวลาของของเส้นวิดีโอตั้งแต่จำนวน 20 เส้นถึง 25 เส้น  ที่แสดงให้เห็นตรงกลางจอภาพของเครื่อง Waveform Monitor ชนิดแสดงผลแบบจำนวนสองฟิลด์  ช่วงจังหวะเวลาอันยาวนานของ Vertica Blanking เมื่อเทียบกับจังหวะเวลาทางแนวนอนก็เพื่อรองรับต่อการเริ่มต้นทำการกวาดลำแสงของลำอิเล็กตรอนที่ด้านบนของจอภาพ  จากภาพทั้งสองแสดงถึงความแตกต่างของรูปแบบระบบทั้งสองนี้  การตัดสินเลือกเอาความถี่นี้ก็เพื่อลดการปรากฏขึ้นของข้อมูลที่เป็นคลื่นพาห์รอง (Sub Carrier) ซึ่งกำลังทำงานแบบไม่ปรากฏตัวให้เห็นซ่อนอยู่กับความถี่ของวิดีโอ  มันต้องใช้เวลาเป็นจำนวนแปดฟิลด์สำหรับให้ทุกสิ่งกลับมาจุดอันเป็นเฟสเดิมสำหรับในระบบของโทรทัศน์ PAL และถ้าเป็นระบบ NTSC  จะใช้เวลาจำนวนสี่ฟิลด์

ภาพที่ 22. ช่วงเวลาของแบล้งค์กิ้งแนวตั้งของระบบ NTSC

ภาพที่ 23. ช่วงเวลาแบล้งค์กิ้งแนวตั้งของระบบ PAL

               จากภาพที่ 22. แสดงให้เห็นการเปลี่ยนฟิลด์จำนวนสี่ครั้งเฟสของ Sub Carrierในระบบขอ NTSC. ถึงจะกลับมาที่ตรงตำแหน่งเดิมอีกครั้งหนึ่งแต่ในกรณีของระบบ PAL. ตามภาพที่ 23. เฟสของ Sub Carrier จะกลับมาตำแหน่งเดิมต่อเมื่อมีการเปลี่ยนฟิลด์ครั้งที่แปดเนื่องจากมีค่า offset กันอยู่ 25 Hz. ความสัมพันธ์ของคาบจังหวะแนวตั้งของทั้งสองระบบนี้เป็นตัวบ่งชี้ถึงฟิลด์ที่ถูกต้องและเฟสของ Sub Carrier อันเป็นเรื่องความสำคัญมากเมื่อทำการนำเอาแหล่งจ่ายของสัญญาณวิดีโอไปใช้งานร่วมกันหรือในกรณีเมื่อมีการนำไปทำการตัดต่อหรือทำเทคนิคภาพพิเศษ  ซึ่งสิ่งเหล่านี้มีความสำคัญอันเนื่องจากจากหมายถึงเป็นค่าของ Sub carrier-to-Horizontal phase (SCH)  สำหรับในกรณีของวิดีโอแบบ Component แล้วสิ่งที่จำเป็นต้องกระทำเพียงแค่การเชื่อมต่อสายของสัญญาณวิดีโอทั้งสามเส้นในตำแหน่งที่ถูกต้องเพื่อให้เกิดข้อมูลภาพสีขึ้นมาโดยไม่จำเป็นต้องนำเสนอด้วยวิธีการเอา Sub Carrier ผสมไปด้วย

               การเรียงจำนวนเส้นในระบบของ NTSC. เริ่มต้นด้วยอันดับแรกสุดคือรูปคลื่นชดเชยทางแนวตั้งภายหลังจากเสร็จสิ้นของวิดีโอเส้นสุดท้ายและต่อเนื่องกันในแต่ละฟิลด์ (จำนวน 263 เส้นในฟิลด์ที่หนึ่งและฟิลด์ที่สาม จำนวน 262 เส้นในฟิลด์ที่สองและฟิลด์ที่สี่)  ส่วนในระบบของ PAL. และชนิดรูปแบบความคมชัดสูงแบบแอนะลอกส่วนใหญ่แล้วเริ่มต้นด้วยรูปคลื่นแบบกว้างๆภายหลังจากวิดีโอเส้นสุดท้ายจำนวนครึ่งเส้นและการนับแบบต่อเนื่องจนกระทั่งเต็มเฟรม (จำนวน 625 เส้น)  ในระบบความคมชัดสูงที่มีทั้งการสะแกนแบบก้าวหน้า (progressive scan) และการสะแกนแบบแทรกสอด (interlaced scan) ดังแสดงในภาพที่ 24. รูปคลื่นแบบกว้างๆจำนวนห้าเส้นค่อนข้างแตกต่างจากประเภทความคมชัดมาตรฐานเพราะว่าการใช้สัญญาณซิงก์พัลส์แบบสามระดับ (tri-level sync pulse)

ภาพที่ 24. ช่วงเวลาแบล้งค์กิ้งแนวตั้งของแอนะลอกวิดีโอแบบความคมชัดสูง

หมายเหตุ บทต่อไปเป็นเรื่องของ รูปแบบการสะแกนภาพระบบดิจิตอลในห้องผลิตรายการ