✳️ 1. ทฤษฎีแสงและสี (Theory of Light and Color)
🔹 1.1 ธรรมชาติของแสง
แสงคือพลังงานรูปหนึ่งที่อยู่ในช่วงความยาวคลื่นประมาณ 380–780 นาโนเมตร (nm) ซึ่งเป็นช่วงที่ตาของมนุษย์สามารถมองเห็นได้ (Visible Spectrum)
- แสงสีม่วงมีความยาวคลื่นสั้นสุด (~380 nm)
- แสงสีแดงมีความยาวคลื่นยาวสุด (~700 nm)
การรับรู้ “สี” ของมนุษย์เกิดจากการกระตุ้นเซลล์รับแสง 3 ชนิดในดวงตา ซึ่งตอบสนองต่อแสงสีแดง (R), เขียว (G), และน้ำเงิน (B)
🔹 1.2 แม่สีของแสง (Additive Color Mixing)
- การผสมสีของแสงจะใช้หลัก “การรวมกันของแสง (Additive Mixing)”
โดยแม่สีหลักคือ- Red (R)
- Green (G)
- Blue (B)
| การผสม | ผลลัพธ์ | ชื่อสี |
|---|---|---|
| R + G | = | Yellow (เหลือง) |
| R + B | = | Magenta (ม่วงแดง) |
| G + B | = | Cyan (ฟ้า) |
| R + G + B | = | White (ขาว) |
| ไม่มีแสง | = | Black (ดำ) |
💡 สรุป: จอภาพทุกชนิด (TV, Smartphone, Monitor) แสดงภาพโดยการ “เปล่งแสง” ของพิกเซลย่อย 3 ดวง (R, G, B) ด้วยความเข้มต่างกัน
🔹 1.3 แม่สีของวัตถุ (Subtractive Color Mixing)
ตรงข้ามกับจอภาพ วัตถุที่เห็นด้วยตาอาศัย “การสะท้อนแสง (Reflective)”
แม่สีของวัตถุคือ C (Cyan), M (Magenta), Y (Yellow)
เมื่อผสมกันจะดูดซับบางส่วนของแสงออกไป เช่น
- C + M + Y = Black (เพราะดูดกลืนแสงเกือบทั้งหมด)
| การผสมวัตถุ | ผลลัพธ์ | หมายเหตุ |
|---|---|---|
| C + M | = | Blue |
| M + Y | = | Red |
| C + Y | = | Green |
🔹 1.4 พิกเซล (Pixel)
- Pixel (Picture Element) คือหน่วยย่อยที่สุดของภาพดิจิทัล
- แต่ละพิกเซลประกอบด้วย Sub-pixel 3 สี: R, G, B
- การปรับความสว่างของแต่ละสีด้วยค่า 8-bit ทำให้สามารถแสดงสีได้
256 × 256 × 256 = 16.7 ล้านสี
✳️ 2. มาตรฐานสัญญาณภาพโทรทัศน์ (Television Standards)
🔹 2.1 เหตุผลที่ต้องมีมาตรฐาน
ในยุคโทรทัศน์แอนะล็อก (Analog TV) เครื่องส่งและเครื่องรับต้อง “เข้าใจกัน” เช่น ความถี่การสแกน, จำนวนเส้นภาพ, และการส่งสัญญาณสี
หากไม่ตรงกัน ภาพจะสั่น สีเพี้ยน หรือไม่แสดงผลเลย
🔹 2.2 รายละเอียดของระบบหลัก
| มาตรฐาน | เส้นสแกน (Lines) | ความถี่ไฟฟ้า | ฟิลด์/วินาที | พื้นที่ใช้งาน | หมายเหตุ |
|---|---|---|---|---|---|
| NTSC | 525 | 60Hz | 60 | อเมริกา, ญี่ปุ่น | ภาพเคลื่อนไหวนุ่มนวล แต่สีเพี้ยนง่าย |
| PAL | 625 | 50Hz | 50 | ไทย, ยุโรป, จีน, ออสเตรเลีย | ความละเอียดสูงกว่า NTSC, สีเสถียรกว่า |
| SECAM | 625 | 50Hz | 50 | ฝรั่งเศส, รัสเซีย | ใช้วิธีส่งสีแบบเก็บค่าทีละเฟรม (Sequential) |
🔹 2.3 การสแกนภาพ (Scanning)
ภาพบนจอไม่แสดงพร้อมกันทั้งภาพ แต่จะ “สแกน” ทีละเส้นแนวนอน จากบนลงล่าง
- H-Sync (Horizontal Synchronization) = การเริ่มต้นเส้นใหม่แนวนอน
- V-Sync (Vertical Synchronization) = การเริ่มภาพใหม่ทั้งหมด
ระบบ PAL มีอัตรา:
- H-Sync ≈ 15,625 ครั้งต่อวินาที
- V-Sync ≈ 50 ครั้งต่อวินาที
🔹 2.4 การสแกนแบบ Interlace
เพื่อให้ภาพเคลื่อนไหวลื่นไหลและประหยัดแบนด์วิดธ์ ระบบแอนะล็อกใช้เทคนิค “Interlaced Scanning”
- แบ่งภาพหนึ่งเฟรมออกเป็น 2 ฟิลด์ (Field): ฟิลด์คู่และคี่
- ฟิลด์แรกสแกนเส้นเลขคี่, ฟิลด์ที่สองสแกนเส้นเลขคู่
✳️ 3. โครงสร้างของสัญญาณภาพคอมโพสิต (Composite Video Signal Structure)
🔹 3.1 ความหมาย
สัญญาณภาพคอมโพสิต (Composite Video) คือสัญญาณวิดีโอแบบอนาล็อก (Analog) ที่ รวมข้อมูลทั้งหมด ที่จำเป็นสำหรับการแสดงภาพไว้ใน สายสัญญาณเพียงเส้นเดียว
โครงสร้างของสัญญาณนี้ออกแบบมาเพื่อรวมข้อมูล 3 ส่วนหลักเข้าด้วยกัน ทำให้สามารถส่งผ่านสายเคเบิลเส้นเดียวได้ (เช่น สาย RCA หัวสีเหลืองที่เราคุ้นเคย)
🔹 3.2 องค์ประกอบหลักของสัญญาณคอมโพสิต
สัญญาณคอมโพสิต 1 เส้น ประกอบด้วยข้อมูล 3 ส่วนที่ถูกนำมารวมกัน:
1. สัญญาณความสว่าง (Luminance – Y)
นี่คือส่วนประกอบพื้นฐานที่สุดของสัญญาณภาพ ทำหน้าที่เป็น “ภาพขาวดำ” (Monochrome) โดยจะบอกระดับความสว่าง (Brightness) ของแต่ละจุดในภาพ
2. สัญญาณสี (Chrominance – C)
ส่วนนี้คือข้อมูล “สี” ที่ถูกเพิ่มเข้าไปในสัญญาณความสว่าง ประกอบด้วย 2 องค์ประกอบย่อย:
- Hue (เฉดสี): บอกว่าเป็นสีอะไร (เช่น แดง, เขียว, น้ำเงิน)
- Saturation (ความอิ่มตัว): บอกว่าสีนั้น “สด” หรือ “ซีด” แค่ไหน
ในการส่งสัญญาณคอมโพสิต สัญญาณสี (C) จะถูก ผสม (Modulate) เข้ากับคลื่นพาหะความถี่สูงที่เรียกว่า “คลื่นพาย่อยของสี” (Color Subcarrier) (เช่น 3.58 MHz สำหรับ NTSC หรือ 4.43 MHz สำหรับ PAL) จากนั้นจึงนำไป “บวก” รวมกับสัญญาณความสว่าง (Y)
3. สัญญาณซิงโครไนซ์ (Synchronization – Sync)
นี่คือส่วนที่สำคัญอย่างยิ่ง ทำหน้าที่เป็น “ตัวกำหนดจังหวะ” เพื่อบอกให้จอแสดงผล (ทีวี) รู้ว่า:
- Horizontal Sync (H-Sync): เมื่อไหร่จะสิ้นสุดการวาดเส้นแนวนอนเส้นหนึ่ง และเมื่อไหร่จะเริ่มเส้นถัดไป
- Vertical Sync (V-Sync): เมื่อไหร่จะสิ้นสุดการวาดภาพทั้งเฟรม (จากบนสุดลงล่างสุด) และเมื่อไหร่จะกลับไปเริ่มวาดเฟรมใหม่ที่มุมบนซ้าย
✳️ 4. การแสดงสัญญาณบนออสซิลโลสโคป
🔹 4.1 การวัดสัญญาณ
ในภาคปฏิบัติ นักเรียนจะใช้ ออสซิลโลสโคป (Oscilloscope) ตรวจสอบรูปคลื่นจริงจากสาย AV สีเหลือง
- ตั้งค่าช่องต่อ (Channel 1) ต่อกับสายสัญญาณ Video
- กำหนด Time base ประมาณ 10 µs/div เพื่อดูคลื่นแนวนอน (H-Sync)
- ปรับขยาย (Volt/div) ให้เห็นยอดคลื่นชัดเจน
🔹 4.2 ลักษณะคลื่นที่สังเกตได้
- ส่วนบนของคลื่นคือระดับสัญญาณภาพ (Video Level)
- ช่วงรอยต่อเป็นสัญญาณ Sync (ระดับแรงดันต่ำสุด)
- ความถี่ 15.625 kHz หมายถึง 1 เส้นแนวนอนของระบบ PAL
✳️ 5. ระบบสัญญาณภาพดิจิทัล (Digital Video Signals)
แม้สัญญาณคอมโพสิตจะใช้ในยุคแอนะล็อก แต่ในปัจจุบันได้พัฒนาเป็นระบบดิจิทัล เช่น
- SDI (Serial Digital Interface) ใช้ในระบบโทรทัศน์มืออาชีพ
- HDMI (High Definition Multimedia Interface) ใช้ส่งสัญญาณภาพและเสียงแบบดิจิทัลผ่านสายเดียว
- DisplayPort และ USB-C (Alt Mode) ในคอมพิวเตอร์รุ่นใหม่
✳️ 6. สรุปความเข้าใจ
| ประเด็น | สรุปใจความ |
|---|---|
| แสงและสี | ภาพบนจอเกิดจากการเปล่งแสง RGB ผสมกันในพิกเซล |
| มาตรฐานโทรทัศน์ | ประเทศไทยใช้ระบบ PAL (625 เส้น, 50Hz) |
| Composite Signal | รวม Y, C, และ Sync ในสายเดียว |
| การวัดสัญญาณ | ใช้ออสซิลโลสโคปตรวจวัดและวิเคราะห์รูปคลื่นจริง |
| แนวโน้มใหม่ | ระบบดิจิทัล เช่น HDMI, SDI แทนที่ระบบแอนะล็อกเดิม |
📘 คำถามทบทวน (Review Questions)
- อธิบายความแตกต่างระหว่าง “แม่สีของแสง” และ “แม่สีของวัตถุ”
- เหตุใดจึงต้องมีมาตรฐานโทรทัศน์หลายแบบ (NTSC, PAL, SECAM)?
- ระบบ PAL ใช้ความถี่ไฟฟ้ากี่เฮิรตซ์ และมีเส้นสแกนจำนวนเท่าใด?
- สัญญาณคอมโพสิตประกอบด้วยส่วนใดบ้าง?
- ออสซิลโลสโคปสามารถใช้ตรวจสอบสัญญาณใดในระบบภาพได้บ้าง?