التلفزيون الرقمي

تعود جذور التلفزيون الرقمي في التسعينيات إلى توفر أجهزة كمبيوتر عالية الأداء مزودة بخوارزميات ترميز فيديو قادرة على ضغط الفيديو. ^{[ 13 ]} كان التلفزيون الرقمي غير عملي سابقًا بسبب متطلبات النطاق الترددي العالية للفيديو غير المضغوط ، ^{[ 14 ] [ 15 ]} والتي تتطلب حوالي200 ميجابت/ثانية  لإشارة تلفزيونية ذات تعريف قياسي (SDTV)، ^{[ 14 ]} وأكثر1 جيجابت/ثانية  للتلفزيون عالي الوضوح (HDTV). ^{[ 15 ]}

في منتصف ثمانينيات القرن العشرين، طرحت شركة توشيبا تجاريًا أحد أوائل أجهزة التلفزيون المزودة بإمكانيات رقمية، مستخدمةً رقائق الدوائر المتكاملة ، مثل المعالج الدقيق، لتحويل إشارات البث التلفزيوني التناظري إلى إشارات فيديو رقمية ، مما أتاح ميزات مثل تجميد الصور وعرض قناتين في آن واحد . وفي عام 1986، أعلنت شركتا سوني وإن إي سي هوم إلكترونيكس عن أجهزة تلفزيون مماثلة مزودة بإمكانيات فيديو رقمية. مع ذلك، ظلت هذه الأجهزة تعتمد على إشارات البث التلفزيوني التناظري، إذ لم يكن البث التلفزيوني الرقمي الحقيقي متاحًا آنذاك. ^{[ 16 ] [ 17 ]}

في عام 1986، اقترحت شركة نيبون للتلغراف والهاتف (NTT) ووزارة البريد والاتصالات (MPT) في اليابان خدمة بث تلفزيوني رقمي، حيث كانت هناك خطط لتطوير خدمة "نظام الشبكة المتكاملة". ومع ذلك، لم يكن تطبيق خدمة التلفزيون الرقمي عمليًا متاحًا حتى اعتماد تنسيقات ضغط الفيديو DCT المُعوضة للحركة، مثل MPEG، في أوائل التسعينيات. ^{[ 14 ]}

في منتصف ثمانينيات القرن الماضي، ومع تقدم شركات الإلكترونيات الاستهلاكية اليابانية في تطوير تقنية التلفزيون عالي الوضوح (HDTV) ، اقترحت هيئة الإذاعة والتلفزيون اليابانية (NHK) نظام MUSE التناظري كمعيار عالمي. وحتى يونيو 1990، كان معيار MUSE الياباني - القائم على نظام تناظري - هو المعيار الرائد، وكان من المتوقع أن يتفوق على حلول شركات الإلكترونيات الأمريكية، من بين أكثر من 23 مفهومًا تقنيًا مختلفًا قيد الدراسة.

في أوروبا، وبقيادة الرئيس الفرنسي فرانسواز ميتران والمستشار الألماني هيلموت كول، كانت الهيئات الحكومية تدعم تطوير تقنية HD-MAC، وهي تقنية التلفزيون عالي الوضوح التناظري الأوروبية التي ردت على تقنية MUSE اليابانية. ^{[ 18 ] [ 19 ] [ 20 ]}

في الوقت نفسه، بين عامي 1988 و1991، عملت منظمات أوروبية مثل CMMT وETSI وغيرها على معايير ترميز الفيديو الرقمي القائمة على تحويل جيب التمام المنفصل (DCT) لكل من التلفزيون القياسي (SDTV) والتلفزيون عالي الوضوح (HDTV). وقد طوّر مشروع EU 256، الذي أطلقته CMMT و ETSI بالتعاون مع هيئة الإذاعة الإيطالية RAI ، برنامج ترميز فيديو DCT لبث التلفزيون القياسي (SDTV) بجودة عالية.34  ميجابت/ثانية وجودة تلفزيونية عالية الوضوح تقارب جودة الاستوديوهات بمعدل 70-140 ميجابت/ثانية . وقد برهنت هيئة الإذاعة والتلفزيون الإيطالية (RAI) على ذلك من خلال بثها لكأس العالم لكرة القدم 1990 في يونيو 1990. ^{[ 15 ] [ 21 ]}

في عام ١٩٨٧، بدأت لجنة الاتصالات الفيدرالية (FCC) بدراسة أنظمة جديدة محتملة للتلفزيون عالي الوضوح (HDTV). وبعد أن اتضحت جدوى النظام الرقمي في عام ١٩٩٠، شرعت اللجنة في اتخاذ الإجراءات اللازمة. أولًا، أعلنت اللجنة أن معيار التلفزيون الجديد يجب أن يكون أكثر من مجرد إشارة تناظرية محسّنة ، قادرًا على توفير إشارة HDTV حقيقية بدقة لا تقل عن ضعف دقة صور التلفزيون الحالية. ثانيًا، ولضمان استمرار المشاهدين الذين لا يرغبون في شراء جهاز تلفزيون رقمي جديد في استقبال البث التلفزيوني التقليدي، اشترطت اللجنة أن يكون معيار ATV الجديد قادرًا على البث المتزامن مع نظام NTSC على قنوات مختلفة. كما سمح معيار ATV الجديد بأن تستند إشارة DTV الجديدة إلى مبادئ تصميم جديدة كليًا، تتضمن العديد من التحسينات على التلفزيون التناظري الحالي. ^{[ ١٣ ]} ثالثًا، بدأت العديد من الشركات المشاركة بالفعل في نشاط معيار التلفزيون المتقدم التابع للجنة الاتصالات الفيدرالية بتغيير نهجها من HDTV التناظري إلى HDTV الرقمي.

لم يُسفر المعيار النهائي للجنة الاتصالات الفيدرالية عن معيار عالمي لتنسيقات المسح الضوئي، أو نسب العرض إلى الارتفاع، أو خطوط الدقة. نتجت هذه النتيجة عن خلاف بين صناعة الإلكترونيات الاستهلاكية (بمشاركة بعض هيئات البث) وصناعة الحواسيب (بمشاركة صناعة السينما وبعض جماعات المصلحة العامة) حول أي من عمليتي المسح الضوئي - المتداخل أو التدريجي - أفضل. المسح المتداخل، المستخدم في أجهزة التلفزيون حول العالم، يمسح الخطوط ذات الأرقام الزوجية أولاً، ثم الفردية. أما المسح التدريجي، وهو التنسيق المستخدم في الحواسيب، فيمسح الخطوط بالتسلسل، من الأعلى إلى الأسفل. جادلت صناعة الحواسيب بأن المسح التدريجي أفضل لأنه لا يُسبب وميضًا كما في المسح المتداخل. كما جادلت بأنه يُسهّل الاتصال بالإنترنت، ويُمكن تحويله إلى تنسيقات متداخلة بتكلفة أقل من العكس. دعمت صناعة السينما أيضًا المسح التدريجي لأنه يوفر وسيلة أكثر كفاءة لتحويل البرامج المصورة إلى تنسيقات رقمية. جادلت صناعة الإلكترونيات الاستهلاكية وهيئات البث بأن المسح المتداخل هو التقنية الوحيدة القادرة على نقل صور بأعلى جودة ممكنة آنذاك (وحتى الآن)، أي 1080 خطًا لكل صورة و1920 بكسلًا لكل خط. كما فضّلت هيئات البث المسح المتداخل لأن أرشيفها الضخم من البرامج المتداخلة لا يتوافق بسهولة مع التنسيق التدريجي. ^{[ 13 ]}

أطلقت شركة DirecTV في الولايات المتحدة أول منصة بث فضائي رقمي تجارية في مايو 1994، باستخدام معيار نظام البث الفضائي الرقمي (DSS). ^{[ 22 ] [ 23 ]} وتم اختبار البث عبر الكابل الرقمي وإطلاقه في الولايات المتحدة عام 1996 بواسطة شركتي TCI و Time Warner . ^{[ 24 ] [ 25 ]} أما أول منصة بث أرضي رقمي فقد أُطلقت في نوفمبر 1998 تحت اسم ONdigital في المملكة المتحدة، باستخدام معيار DVB-T . ^{[ 26 ]}

يدعم التلفزيون الرقمي العديد من تنسيقات الصور المختلفة التي تحددها أنظمة البث التلفزيوني والتي هي مزيج من الحجم ونسبة العرض إلى الارتفاع.

مع البث التلفزيوني الرقمي الأرضي ، يمكن تقسيم نطاق الصيغ بشكل عام إلى فئتين: التلفزيون عالي الوضوح (HDTV) لنقل الفيديو عالي الوضوح ، والتلفزيون ذو الوضوح القياسي (SDTV). وهذه المصطلحات بحد ذاتها ليست دقيقة تمامًا، وتوجد العديد من الحالات الوسيطة الدقيقة.

من بين تنسيقات البث التلفزيوني عالي الوضوح (HDTV) التي يمكن بثها عبر البث الرقمي (DTV) تنسيقان: 1280 × 720 بكسل في وضع المسح التدريجي (يُختصر إلى 720p ) أو 1920 × 1080 بكسل في وضع الفيديو المتداخل ( 1080i ). يستخدم كلا التنسيقين نسبة عرض إلى ارتفاع 16:9 . لا يمكن بث البث التلفزيوني عالي الوضوح غير المضغوط عبر قنوات التلفزيون التناظرية بسبب قيود سعة القناة .

بالمقارنة، قد يستخدم التلفزيون ذو الدقة القياسية (SDTV) أحد التنسيقات المختلفة التي تتخذ أشكال نسب عرض مختلفة تبعًا للتقنية المستخدمة في بلد البث. يمكن لنظام NTSC عرض دقة 640 × 480 بكسل بنسبة 4:3 و 854 × 480 بكسل بنسبة 16:9 ، بينما يمكن لنظام PAL عرض دقة 768 × 576 بكسل بنسبة 4:3 و 1024 × 576 بكسل بنسبة 16:9 . مع ذلك، قد يختار المذيعون تقليل هذه الدقة لخفض معدل البت (على سبيل المثال، تستخدم العديد من قنوات DVB-T في المملكة المتحدة دقة أفقية تبلغ 544 أو 704 بكسل لكل سطر). ^{[ 27 ]}

تُخصص لكل قناة تلفزيونية رقمية أرضية تجارية في أمريكا الشمالية نطاق ترددي كافٍ للبث يصل إلى 19 ميغابت في الثانية باستخدام تعديل 8VSB. ^{[ 28 ]} ومع ذلك، لا يحتاج المذيع إلى استخدام هذا النطاق الترددي بالكامل لقناة بث واحدة فقط. بدلاً من ذلك، يمكن للبث استخدام بروتوكول معلومات البرنامج والنظام ( PIM) وتقسيمه عبر عدة قنوات فرعية للفيديو (تُعرف أيضًا باسم التغذية) بجودة ومعدلات ضغط متفاوتة، بما في ذلك خدمات بث البيانات غير المرئية .

قد يختار المذيع استخدام إشارة رقمية قياسية الوضوح (SDTV) بدلاً من إشارة عالية الوضوح (HDTV )، لأن النظام الحالي يسمح بتقسيم عرض نطاق قناة التلفزيون الرقمي (أو " المُضاعِف ") إلى قنوات فرعية رقمية متعددة (على غرار ما تقدمه معظم محطات راديو FM مع راديو عالي الوضوح )، مما يوفر بثًا متعددًا لبرامج تلفزيونية مختلفة تمامًا على نفس القناة. تُعرف هذه القدرة على توفير بث واحد عالي الوضوح أو بث متعدد بدقة أقل بتوزيع ميزانية البتات أو البث المتعدد. ويمكن أحيانًا ترتيب ذلك تلقائيًا باستخدام مُضاعِف إحصائي . في بعض التطبيقات، قد لا تكون دقة الصورة محدودة بشكل مباشر بعرض النطاق؛ على سبيل المثال، في DVB-T ، يمكن للمذيعين الاختيار من بين عدة أنظمة تعديل مختلفة، مما يمنحهم خيار تقليل معدل بتات الإرسال وربما تحسين الاستقبال للمشاهدين البعيدين أو المتنقلين.

توجد عدة طرق لاستقبال البث التلفزيوني الرقمي. إحدى أقدم هذه الطرق هي البث عبر أجهزة الإرسال الأرضية باستخدام هوائي (يُعرف بالهوائي في بعض البلدان). تُعرف هذه الطريقة بالبث التلفزيوني الرقمي الأرضي (DTT). مع البث الرقمي الأرضي، يقتصر المشاهدون على القنوات التي تقع أجهزة إرسالها الأرضية ضمن نطاق هوائياتهم.

تشمل طرق البث الأخرى الكابل الرقمي والأقمار الصناعية الرقمية . في بعض الدول التي تعتمد عادةً على الموجات الدقيقة لنقل إشارات التلفزيون، تُستخدم خدمة التوزيع الرقمي متعدد القنوات ومتعدد النقاط . كما طُوّرت معايير أخرى، مثل البث الرقمي متعدد الوسائط (DMB) والبث الرقمي للفيديو المحمول (DVB-H)، لتمكين الأجهزة المحمولة كالهواتف الذكية من استقبال إشارات التلفزيون. ومن الطرق الأخرى تلفزيون بروتوكول الإنترنت (IPTV)، وهو بث التلفزيون عبر شبكة حاسوب. وأخيرًا، يُمكن استقبال إشارات التلفزيون الرقمي عبر الإنترنت المفتوح ( تلفزيون الإنترنت )، سواءً من خدمة بث مركزية أو نظام نظير إلى نظير (P2P).

تُحمي بعض إشارات التلفزيون بالتشفير ، وتُدعم هذه الحماية بقوة القانون بموجب معاهدة الويبو لحقوق المؤلف والتشريعات الوطنية المنفذة لها، مثل قانون الألفية الرقمية لحقوق المؤلف في الولايات المتحدة . ^{[ 29 ]} ويمكن التحكم في الوصول إلى القنوات المشفرة بواسطة بطاقة قابلة للإزالة، على سبيل المثال عبر واجهة Common Interface أو CableCard .

يجب ألا تتداخل إشارات التلفزيون الرقمي مع بعضها البعض، وفي كثير من الأحيان تتعايش مع التلفزيون التناظري حتى يتم إيقافه نهائيًا. يوضح الجدول التالي نسب الإشارة إلى الضوضاء والإشارة إلى التداخل المسموح بها في سيناريوهات التداخل المختلفة. يُعد هذا الجدول أداة تنظيمية أساسية للتحكم في مواقع محطات التلفزيون الرقمي ومستويات طاقتها. يتميز التلفزيون الرقمي بقدرة أكبر على تحمل التداخل مقارنةً بالتلفزيون التناظري. ^{[ 30 ]}

يستطيع المشاهدون التفاعل مع محطات البث التلفزيوني الرقمي وإرسال البيانات إليها عبر طرق متنوعة موضحة في القائمة أدناه. وتُتاح إمكانية إرسال البيانات إلى محطة البث في أنظمة البث التلفزيوني الرقمي التي ظهرت بعد عام 2020، عادةً عبر اتصال الإنترنت الخاص بالمشاهد. وتدعم بعض أنظمة البث التلفزيوني الرقمي خدمة الفيديو حسب الطلب باستخدام قناة اتصال محلية، بدلاً من قناة مخصصة لحي سكني (أرضي) أو منطقة أوسع (فضائي).

1. تصفح دليل البرنامج الإلكتروني .
2. الإعلانات الموجهة ^{[ 31 ]}
3. إحصائيات المشاهدة ^{[ 32 ]}

تحتوي صور التلفزيون الرقمي على بعض عيوب الصورة غير الموجودة في التلفزيون التناظري أو دور السينما، وذلك بسبب القيود الحالية لمعدل البت وخوارزميات الضغط مثل MPEG-2 . ويُشار إلى هذا العيب أحيانًا باسم ضوضاء البعوض . ^{[ 35 ]}

بسبب طريقة عمل الجهاز البصري البشري، تكون العيوب في الصورة التي تقتصر على خصائص معينة أو التي تظهر وتختفي أكثر وضوحًا من العيوب المنتظمة والثابتة. مع ذلك، صُمم نظام DTV للاستفادة من بعض قيود الجهاز البصري البشري للمساعدة في إخفاء هذه العيوب، على سبيل المثال، من خلال السماح بمزيد من تشوهات الضغط أثناء الحركة السريعة حيث لا تستطيع العين تتبعها وتمييزها بسهولة، وعلى العكس من ذلك، تقليل التشوهات في الخلفيات الثابتة التي يمكن فحصها بدقة في المشهد نظرًا لضيق الوقت.

يتحكم مشغلو البث التلفزيوني عبر الإنترنت والكابل والأقمار الصناعية والإنترنت الرقمي بجودة صورة أجهزة تشفير إشارات التلفزيون باستخدام خوارزميات متطورة تعتمد على علم الأعصاب، مثل أداة قياس جودة الفيديو باستخدام مؤشر التشابه الهيكلي (SSIM). كما تُستخدم أداة أخرى تُسمى دقة المعلومات المرئية (VIF) في نظام مراقبة جودة الفيديو VMAF الخاص بشركة نتفليكس .

قد تُؤدي تأثيرات التكميم إلى ظهور خطوط محيطية - بدلاً من تدرجات لونية سلسة - في المناطق ذات التدرجات الصغيرة في السعة. عادةً، يُظهر مشهد مسطح للغاية ، مثل سماء صافية، تدرجات مرئية عبر مساحته، وغالبًا ما تظهر على شكل دوائر متحدة المركز أو أشكال بيضاوية. يُعرف هذا باسم تدرج الألوان . يمكن رؤية تأثيرات مماثلة في المشاهد المظلمة للغاية، حيث تُغطى الخلفيات السوداء تمامًا بمناطق رمادية داكنة. قد تكون هذه الانتقالات سلسة، أو قد تُظهر تأثير تشتت حيث تتذبذب المعالجة الرقمية ولا تستطيع تخصيص قيمة ثابتة إما للون الأسود المطلق أو للدرجة التالية في تدرج الرمادي.

قد تؤدي التغيرات في استقبال الإشارة، الناتجة عن عوامل مثل تدهور توصيلات الهوائي أو تغيرات الأحوال الجوية، إلى انخفاض جودة البث التلفزيوني التناظري تدريجيًا. أما البث التلفزيوني الرقمي، فيُنتج في البداية صورة قابلة للفك تمامًا، إلى أن يبدأ جهاز الاستقبال بالتقاط تداخلات تُطغى على الإشارة المطلوبة، أو إذا كانت الإشارة ضعيفة جدًا بحيث لا يمكن فك تشفيرها. قد تُظهر بعض الأجهزة صورة مشوشة مع تلف كبير، بينما قد تنتقل أجهزة أخرى مباشرةً من صورة قابلة للفك تمامًا إلى انقطاع الصورة كليًا أو إلى توقفها عن العمل. ^{[ 36 ]} تُعرف هذه الظاهرة بتأثير "الهاوية الرقمية". ^{[ 37 ]}

قد تحدث أخطاء في عرض الصور عند نقلها باستخدام الصور المضغوطة. غالبًا ما يؤدي خطأ عرض صورة واحدة إلى ظهور مربعات سوداء في عدة إطارات لاحقة، مما يجعل المشاهدة صعبة.

في المناطق النائية، قد تصبح القنوات البعيدة، التي كانت قابلة للاستخدام سابقًا كإشارات تناظرية في ظروف ضبابية ومتدهورة، قابلة للفك تمامًا كإشارات رقمية، أو قد تصبح غير متاحة على الإطلاق. ويزيد استخدام الترددات العالية من هذه المشاكل، خاصةً في الحالات التي لا يتوفر فيها خط رؤية واضح من هوائي الاستقبال إلى جهاز الإرسال، لأن إشارات الترددات العالية عادةً لا تستطيع اختراق العوائق بسهولة.

لا تستطيع أجهزة التلفزيون المزودة بموالفات تناظرية فقط فك تشفير البث الرقمي. وعندما يتوقف البث التناظري عبر الأثير، يمكن لمستخدمي هذه الأجهزة اللجوء إلى مصادر برامج أخرى (مثل الكابلات أو الوسائط المسجلة) أو شراء أجهزة استقبال رقمية خارجية لضبط الإشارات الرقمية. وفي الولايات المتحدة، كانت هناك قسيمة مدعومة من الحكومة متاحة لتخفيف تكلفة جهاز الاستقبال الرقمي الخارجي.

بدأ التحول إلى التلفزيون الرقمي في أواخر التسعينيات، وقد اكتمل على أساس كل دولة على حدة في معظم أنحاء العالم.

قبل التحول إلى البث التلفزيوني الرقمي، كان التلفزيون التناظري يبث الصوت للقنوات التلفزيونية عبر إشارة حاملة FM منفصلة عن إشارة الفيديو. وكان بالإمكان سماع إشارة الصوت FM هذه باستخدام أجهزة الراديو العادية المزودة بدوائر الضبط المناسبة.

ومع ذلك، بعد التحول إلى التلفزيون الرقمي ، لم يطور أي مصنع لأجهزة الراديو المحمولة طريقة بديلة لأجهزة الراديو المحمولة لتشغيل الإشارة الصوتية فقط لقنوات التلفزيون الرقمي؛ راديو التلفزيون الرقمي ليس هو نفسه.

أدى اعتماد معيار بث غير متوافق مع أجهزة الاستقبال التناظرية الحالية إلى مشكلة التخلص من أعداد كبيرة من هذه الأجهزة. ونُقل عن أحد مديري الأشغال العامة قوله عام ٢٠٠٩: "تشير بعض الدراسات التي قرأتها في المجلات المتخصصة إلى أن ما يصل إلى ربع الأسر الأمريكية قد تتخلص من جهاز تلفزيون خلال العامين التاليين لتغيير اللوائح". ^{[ ٣٨ ]} وفي ميشيغان عام ٢٠٠٩، قدّر أحد العاملين في مجال إعادة التدوير أن ما يصل إلى أسرة واحدة من كل أربع أسر ستتخلص من جهاز تلفزيون أو تعيد تدويره في العام التالي. ^{[ ٣٩ ]} ويُعدّ التحول إلى التلفزيون الرقمي، والانتقال إلى أجهزة استقبال التلفزيون عالية الوضوح ، واستبدال شاشات CRT بشاشات مسطحة، من العوامل التي تُسهم في تزايد عدد أجهزة استقبال التلفزيون التناظرية التي تعمل بتقنية CRT والتي يتم التخلص منها. في عام 2009، قُدّر عدد أجهزة استقبال التلفزيون التناظري غير المستخدمة في المنازل في الولايات المتحدة وحدها بنحو 99 مليون جهاز، وبينما يجري تحديث بعض أجهزة الاستقبال القديمة بمحولات، يتم التخلص من عدد أكبر منها ببساطة في مكبات النفايات حيث تمثل مصدراً للمعادن السامة مثل ^الرصاص ، بالإضافة إلى كميات أقل من مواد مثل الباريوم والكادميوم والكروم . ^{[ 40 ]} [ ^{41 ]}