Digital Video Measurements (unit 1)
แนวทางการตรวจสอบสัญญาณดิจิตอลวิดีโอ
จากในอดีตที่ผ่านมาในยุคเริ่มต้น
จากในอดีตที่ผ่านมาในยุคเริ่มต้น
มีหลายสิ่งหลายอย่างเป็นอันมากที่ชวนให้คิดว่าโทรทัศน์แบบดิจิตอลเป็นอะไรสักอย่างในเชิงวิทยาศาสตร์และมีความซับซ้อนในตัวมันเองด้วย
แต่ทว่าเมื่อเรามองดูที่ผลลัพธ์สุดท้ายเราจะพบว่ามันคือสิ่งที่คุ้นเคยมากเลย อะไรบางอย่างที่วิศวกรโทรทัศน์ได้ออกแบบไว้ในยุคเริ่มต้นในอดีต
จนกระทั่งปัจจุบันที่เราได้รับประสบการณ์มากขึ้นได้ถูกพัฒนาให้ดียิ่งขึ้นเรื่อยๆ ไม่ว่าจะเป็นเรื่องคุณภาพของภาพและเสียงที่ถูกบรรจงถ่ายทอดการแสดงของศิลปินไปยังผู้ชมหรือการนำเสนอสิ่งแปลกใหม่เร้าใจที่เป็นข่าวสารตามความสนใจของผู้ชมก็ตาม มีเพียงสิ่งเดียวที่เปลี่ยนไปในยุคของโทรทัศน์แบบดิจิตอลคือวิธีการที่ทำให้ข้อมูลข่าวสารเหล่านั้นอันเกิดขึ้นที่หนึ่งแล้วถูกส่งไปยังผู้ชมต่อไปมีความชัดเจนสมจริงมากยิ่งขึ้นกว่าเดิม
คำถามหนึ่งที่สำคัญเป็นเรื่องที่เกี่ยวข้องกับว่าข้อมูลข่าวสารเดินทางอย่างไร?
ทั้งศิลปินและผู้ชมหรือแม้กระทั่งผู้ทำธุรกิจโฆษณาอาจไม่สนใจด้วยซ้ำไปว่าเส้นทางของสันญาณเดินทางอย่างไร
ตราบใดที่พวกเขาเหล่านั้นสามารถเก็บเกี่ยวผลประโยชน์จากระบบโทรทัศน์แบบดิจิตอลที่ได้รับการปรับปรุงคุณสมบัติให้ดียิ่งขึ้น
โดยไม่ได้มีความรู้ในรายละเอียดแม้แต่น้อย
แต่ในทางวิทยาศาสตร์แล้ว...ความสนุกและความบันเทิงที่ได้รับนี้เป็นผลมาจากความทุ่มเทเอาใจใส่ของเจ้าหน้าที่ทางเทคนิคโทรทัศน์ที่เกี่ยวข้องทั้งหมดทำหน้าที่ตรวจสอบดูแลรักษาคุณภาพของสัญญาณวิดีโอ และพวกเขายังต้องทำหน้าที่อันเป็นผลมาจากความก้าวหน้าของวิทยาศาสตร์ในสาขาโทรทัศน์ที่ผ่านมาระยะหกสิบกว่าปีนี้ด้วยรวมไปถึงความก้าวหน้าของเทคโนโลยีโทรทัศน์แบบดิจิตอลในระยะยี่สิบกว่าปีนี้
ตัวชิ้นส่วนของสัญญาณภาพและชิ้นส่วนของสัญญาณเสียงแบบดิจิตอล
รวมถึงข้อมูลในส่วนที่เกี่ยวข้อง ทั้งหมดนี้ถูกนำมารวมเข้าด้วยกันเพื่อสร้างให้เป็นสันญาณโทรทัศน์แบบดิจิตอล สำหรับในโลกของสัญญาณโทรทัศน์แบบแอนะลอก ส่วนประกอบภาพและส่วนประกอบของเสียงสามารถมีเส้นทางแยกกันไปตั้งแต่แหล่งกำเนิดจนกระทั่งไปถึงปลายทางยังบ้านของผู้ชม แต่ในกรณีของสัญญาณโทรทัศน์แบบดิจิตอลนั้นสามารถบริหารจัดการได้อย่างอิสระมากกว่ากันด้วยการที่สันญาณภาพและเสียงรวมไปถึงข้อมูลที่เกี่ยวข้องทำงานร่วมกันเสมือนกลุ่มของข้อมูลสื่อผสมผสาน และทั้งหมดที่เราจำเป็นต้องรู้ก็คือข้อมูลเหล่านั้นบริหารจัดการอย่างไรเพื่อเลือกสรรเอาสิ่งที่เราต้องการออกมา
โทรทัศน์แบบดั้งเดิม
เราสามารถเรียกแยกเป็นสัญญาณวิดีโอและสัญญาณออดิโอในโทรทัศน์แบบดั้งเดิม
แต่ทว่าสิ่งสำคัญที่ต้องตระหนักถึงก็คือเรายังคงพยายามมุ่งไปสู่เป้าหมายแบบเดิมๆ
และนั่นอาจทำให้มีโทรทัศน์ดิจิตอลที่อยู่บนพื้นฐานของระบบแอนะลอก
และความเข้าใจระบบโทรทัศน์แบบดิจิตอลของพวกเราตั้งอยู่บนพื้นฐานของสิ่งที่เราเรียนรู้มาแล้วเกี่ยวกับโทรทัศน์แบบแอนะลอก ที่ระบุว่าแสงตกกระทบเลนส์ของกล้องและเสียงที่เกิดขึ้นไปกระทบที่ไมโครโฟน ที่ยังคงเป็นวิธีการแบบแอนะลอก ในทางการรับชมคือปรากฏการณ์ของแสงที่เกิดขึ้นบนจอรับภาพและเสียงที่มาถึงหูของคุณก็ยังเป็นปรากฏการณ์แบบแอนะลอก
พวกเราทราบดีอยู่แล้วว่าสัญญาณดิจิตอลวิดีโอถูก
“สุ่มค่า” จากปริมาณของแสงทีผ่านเลนส์มาตกกระทบตัวตรวจจับ
ปริมาณความเข้มของแสงถูกแทนค่าด้วยแรงดันทางไฟฟ้า
และด้วยข้อมูลเพิ่มเติมที่กำหนดขึ้นมาก่อให้เกิดการสุ่มค่าของสีต่างๆ
การสุ่มค่าเหล่านี้จำเป็นต้องกระทำแบบสอดประสานกันตั้งแต่ในระบบการส่งไปจนกระทั่งถึงระบบการสร้างภาพดั้งเดิมให้เกิดขึ้นบนจอรับภาพของเราขึ้นมาอีกครั้ง สัญญาณวิดีโอแบบแอนะลอกมีรูปแบบของการเดินทางไปแบบ
“อนุกรม”ของข้อมูลที่เป็นแรงดันทางไฟฟ้าเท่าที่จำเป็นเพื่อให้จอรับภาพของเครื่องรับทราบว่าต้องทำอะไรกับข้อมูลเหล่านั้น ดังนั้นคุณจะเห็นได้ว่าด้วยการทดแทนคำบางคำและเพียงแค่กระทำการบางสิ่งให้เปลี่ยนไปเล็กน้อยเพื่อให้ได้นำเอาสิ่งที่เราได้เรียนรู้มาแล้วจากห้าสิบปีที่ผ่านมา
พวกเราสามารถทำความเข้าใจว่าดิจิตอลวิดีโอไม่ได้ยากกว่าแอนะลอกวิดีโอเลย
ดังนั้นถ้าเราเริ่มต้นจากแสงแบบแอนะลอกแล้วจบที่แสงแบบแอนะลอก ทำไมเราถึงไม่ควรใช้กระบวนการของดิจิตอลวิดีโอทั้งหมดล่ะ?
ในความเป็นจริงหลายกรณีแล้ว อุปกรณ์ตรวจจับภาพของกล้องยังคงผลิตสัญญาณแบบแอนะลอกวิดีโออยู่
แต่ในปัจจุบันนี้เกือบทั้งหมดข้อมูลการเปลี่ยนแปลงแรงดันทางไฟฟ้าจะถูกแปลงให้เป็นค่าของดิจิตอลวิดีโอโดยทันทีเพื่อรักษาสิ่งที่สำคัญที่สุดไม่ให้ลดทอนคุณภาพลงไป
ในบางกรณีเช่นสันญาณวิดีโอที่เกิดจากเครื่องคอมพิวเตอร์กราฟิกข้อมูลของวิดีโอจะเริ่มต้นด้วยรูปแบบข้อมูลที่เป็นดิจิตอล
และในระบบโทรทัศน์แบบดิจิตอลสมัยใหม่นี้มันจะเดินทางไปถึงจอแสดงผลโดยไม่ต้องเดินทางกลับไปแบบแอนะลอกอีกเลย
เรายังคงสามารถใช้วิธีการส่งและรับสัญญาณโทรทัศน์ผ่านระบบแอนะลอกแบบ
PAL,NTSC,SECAM
ได้อยู่ แต่เราได้นำระบบการส่งแบบดิจิตอลมาใช้ทดแทนระบบแอนะลอกแล้วเพื่อให้ได้คุณภาพที่สูงกว่าเดิมและ
มีประสิทธิภาพในการส่งสัญญาณไปยังบ้านผู้ชมได้ดีกว่าเป็นอันมาก เราสามารถมีส่วนร่วมกับโทรทัศน์แบบดิจิตอลได้ในทุกภาคส่วนของชีวิตประจำวัน
พวกเราบางคนจะใช้มันและมีส่วนร่วมสนับสนุนปรับปรุงให้มันดียิ่งขึ้น ในขณะที่บางคนในหมู่พวกเราจะใช้ประโยชน์จากมันโดยปราศจากความจำเป็นที่ต้องเรียนรู้ในรายละเอียดเลยก็ได้
โทรทัศน์ดิจิตอลยุคใหม่
สัญญาณแบบดิจิตอลได้มีส่วนร่วมในวงการโทรทัศน์มาหลายปีก่อนหน้าแล้ว ในเบื้องต้นมันได้ฝังตัวอยู่ในอุปกรณ์เฉพาะทางเช่นเครื่องมือวัดทดสอบและอุปกรณ์กำเนิดสัญญาณตัวอักษร ต่อมาได้ถูกนำไปไว้ในระบบต่างๆหลากหลายมากยิ่งขึ้น
ก่อนที่จะเริ่มต้นทำความเข้าใจในรายละเอียดเราควรจะทำข้อตกลงกันในส่วนภาควิดีโอของสัญญาณโทรทัศน์เบื้องต้น
และเรื่องของเสียงที่เป็นแบบดิจิตอลอันถูกนำมาเป็นข้อมูลที่ส่งไปยังเครื่องรับโทรทัศน์
โดยเฉพาะระบบเสียงแบบดิจิตอลนั้นจะได้พูดถึงอีกทีในบทถัดไป
วิดีโอแบบดิจิตอลนั้นคือส่วนขยายอย่างง่ายของวิดีโอแบบแอนะลอก และถ้าเราเข้าใจวิดีโอแบบแอนะลอกแล้วก็เป็นการง่ายที่จะทำความเข้าใจว่าวิดีโอแบบดิจิตอลนั้นถูกสร้างสรรค์ขึ้นมาได้อย่างไร รวมไปถึงการบริหารจัดการ
การประมวลผลและการแปลงข้อมูลเปลี่ยนไปเป็นแอนะลอกหรือดิจิตอล ทั้งวิดีโอแบบแอนะลอกและแบบดิจิตอลมีข้อจำกัดส่วนใหญ่คล้ายกันและปัญหาที่อาจปรากฏขึ้นในเชิงดิจิตอลยังคงเป็นผลที่เกิดจากแหล่งกำเนิดวิดีโอแบบแอนะลอกที่ไม่ถูกต้องด้วย
ดังนั้นมันจึงเป็นเรื่องสำคัญที่จะต้องมีมาตรฐานสำหรับอ้างอิงในการออกแบบและปฏิบัติการของอุปกรณ์วิดีโอแบบแอนะลอกและแบบดิจิตอล
จำนวนที่หลากหลายเพื่ออธิบายโลกของแอนะลอก
ดิจิตอลวิดีโอในยุคเริ่มต้นเป็นเพียงการนำเอาระบบดิจิตอลเพื่อใช้อธิบายคุณลักษณะของสันญาณวิดีโอแบบคอมโพสิตในมาตรฐานการออกอากาศแบบ
PAL หรือ NTSC เท่านั้น
มาตรฐานถูกกำหนดเขียนขึ้นเพื่อใช้อธิบายการทำงานแบบจำกัดอันเป็นเฉพาะเจาะจงกำหนดจำนวนข้อมูลแรงดันแต่ละระดับและจำนวนเหล่านั้นถูกสร้างขึ้นหรือว่านำกลับมาได้อย่างไร เพราะเหตุที่ข้อมูลมีความเร็วสูงมาก จึงเป็นการยอมรับการจัดการข้อมูลภายในแบบแปดหรือสิบบิตเท่านั้นและมีการกำหนดมาตรฐานเริ่มต้นเพื่อใช้อธิบายการเชื่อมต่อภายนอกแบบใช้ตัวนำหลายเส้นขึ้นมา
ซึ่งมาตรฐานที่กำหนดขึ้นยังขึ้นอยู่กับข้อมูลภายในเพื่อทำงานร่วมกับตัวเครื่องรับและข้อมูลที่ถูกส่งออกไป และเพื่อให้การบริการเพิ่มเติมเป็นไปได้
เช่นการผสมภาพและสัญญาณเสียงไปด้วยกัน
ต่อมาเมื่อการประมวลผลด้วยความเร็วที่สูงขึ้นเริ่มถูกนำมาใช้งานได้จริงการเชื่อมต่อด้วยสันญาณคอมโพสิตแบบมาตรฐานอนุกรมได้รับการพัฒนาขึ้น มันเกิดขึ้นในรูปแบบพื้นฐานที่ว่า
ดิจิตอลวิดีโอคือจำนวนที่ถูกนำเสนอแทนค่าของแรงดันทางไฟฟ้าแบบแอนะลอก ด้วยจำนวนของข้อมูลที่ปรากฏขึ้นมีความเร็วเพียงพอสำหรับบรรจุการเปลี่ยนแปลงของวิดีโอและข้อมูลที่จำเป็น
องค์ประกอบของดิจิตอลวิดีโอ
การออกแบบระบบเครื่องมือทำเทคนิคภาพพิเศษแบบแอนะลอกในยุคเริ่มต้นเตือนให้เราระลึกถึงข้อดีของการแยกช่องสัญญาณสีแดง
สีเขียว สีน้ำเงิน
ให้ออกจากกันมากที่สุดเท่าที่จะเป็นได้ในระหว่างกระบวนการทำงาน
เนื่องจากการเข้ารหัสและถอดรหัสในโทรทัศน์ระบบของ PALและ NTSC ยังมีข้อจำกัดเมื่อมีการนำสัญญาณเหล่านั้นไปใช้ทำงานหลายเจนเนอเรชั่นแล้วเป็นเหตุให้สันญาณถูกลดทอนคุณภาพลงไป สัญญาณที่กำเนิดขึ้นในตัวกล้องเริ่มจากข้อมูลที่เป็นแม่สีสามสีแยกจากกันคือ
สีแดง สีเขียว สีน้ำเงิน ดังนั้นย่อมเป็นการดีที่สุดในการจัดการสัญญาณทั้งสามสีนี้ให้ผ่านไปในระบบด้วยรูปแบบที่ยอมให้มีการเปลี่ยนแปลงและลดทอนคุณภาพของสัญญาณน้อยที่สุดก่อนที่จะทำการเข้ารหัสเพื่อส่งต่อไปยังบ้านผู้ชม แต่ทว่าการจัดการกับข้อมูลทั้งสามช่องทางที่แยกกันอยู่ไปยังจุดหมายปลายทางย่อมมีปัญหาทั้งด้านการขนส่งและความเชื่อมั่นไว้วางใจตามมาอีก จากมุมมองทางการนำไปใช้งานจริงแล้วทั้งสัญญาณทั้งสามนี้ควรถูกนำมารวมไว้บนสายแบบโคแอกเชียลเส้นเดียวกัน ดังนั้นเพื่อก้าวให้พ้นจากปัญหานี้เราสามารถนำเอาองค์ประกอบของแม่สีทั้งสามคือ
แดง เขียว น้ำเงิน
มาเข้าสมการเพื่อให้มีประสิทธิภาพมากขึ้นจัดองค์ประกอบใหม่ให้เหลือเพียงค่าความส่องสว่างและค่าความแตกต่างของสีทั้งสอง
(Luma and two color-difference signal)
แล้วนำแต่ละองค์ประกอบมาแปลงเป็นเลขฐานสองในระบบดิจิตอลแล้วรวมเข้าด้วยกันเป็นจำนวนเชิงซ้อน
(digitize and multiplex)
ทำให้เราสามารถนำส่งไปด้วยสายโคแอกเชียลเคเบิลเพียงเส้นเดียวได้แล้วและ เราสามารถบริหารจัดการสัญญาณข้อมูลเหล่านี้ได้เท่าเทียมกับคอมโพสิตวิดีโอในระบบแอนะลอกแบบดั้งเดิม ในปัจจุบันนี้เราจัดการกับข้อมูลที่เป็นความเร็วสูงได้สบายมาก ถึงแม้ว่าสัญญาณของข้อมูลเหล่านี้จะถูกบรรจุไว้ด้วยพลังงานที่เปลี่ยนแปลงรวดเร็วกว่าการเปลี่ยนแปลงพลังงานในสัญญาณวิดีโอแบบดั้งเดิมที่มีความกว้างของแถบความถี่เพียง
5-6 MHz
(NTSC or PAL) ด้วยระบบนี้สามารถจัดการไม่ให้เกิดการสูญเสียข้อมูลและมีต้นทุนการบำรุงรักษาระบบต่ำในระยะทางการส่งที่สมเหตุผล อนึ่งเนื่องจากสัญญาณวิดีโออยู่ในรูปแบบของดิจิตอลทำให้เราสามารถเลือกที่จะดึงเอาองค์ประกอบแต่ละส่วนมาทำการประมวลผลแล้วนำไปรวมเข้าด้วยกันอีกครั้งได้โดยปราศจากการสูญหายข้อมูลแม้แต่น้อย
ด้วยองค์ประกอบและเทคนิคทางดิจิตอลสนับสนุนให้เกิดข้อดีอันสำคัญต่อการควบคุมคุณภาพของสันญาณวิดีโอและด้วยความรวดเร็วของอุปกรณ์แบบดิจิตอลทำให้การนำมาใช้งานกับระบบความคมชัดสูงที่ต้องการแถบความถี่มากกว่ามีความเป็นไปได้ทางปฏิบัติ
ระบบดิจิตอลยังคงอนุญาตให้สามารถทำการบีบอัดข้อมูลด้วยขั้นตอนหรือกระบวนการที่จะลดจำนวนของข้อมูลให้เหลือเท่าที่จำเป็น
ในปัจจุบันนี้สามารถที่จะบรรจุข้อมูลของภาพแบบความคมชัดสูงและข้อมูลเสียงแบบหลายช่องไว้ในแถบความถี่ที่มีความกว้างเท่ากันกับช่องโทรทัศน์แบบแอนะลอกดั้งเดิมได้
สำหรับเนื้อหาของการบีบอัดสันญาณวิดีโอมีให้ค้นคว้าศึกษาได้จากหลายแหล่งตามที่ระบุไว้ในบรรณานุกรม
หมายเหตุ บทความนี้ยังไม่จบมีอีกหลายตอนครั้งต่อไปเป็นเรื่องของการอพยพจากแอนะลอกสู่ดิจิตอล
ความคิดเห็น
แสดงความคิดเห็น