Giáo trình Kỹ thuật Audio-Video: Phần 2 - Trường ĐH Công nghiệp Quảng Ninh

Phần 2 của giáo trình Kỹ thuật Audio-Video tiếp tục cung cấp cho học viên những nội dung về: các tùy chọn trong kỹ thuật truyền hình; mã hóa hay định dạng video; nguyên lý cơ bản của đài phát và máy thu hình; các loại màn hình hiển thị;... Mời các bạn cùng tham khảo!

6.2 Tùy chọn tỉ lệ khuôn hình

Đầu tiên, vào năm 1935, khi bắt đầu có hệ thống truyền hình đen trắng, khuôn hình được chọn tỉ lệ 3-4-5 Trong đó 3 là chiều cao, 4 là chiều rộng và 5 là kích thước của đường chéo (theo định lý Pythagone) Như vậy, khi muốn nói kích thước của khuôn hình chỉ cần nói kích thước của đường chéo là đủ

Tỉ lệ khuôn hình 3-4-5 có nhược điểm là khi ngồi cách xa màn hình khoảng 5 lần chiều cao màn hình thì tầm nhìn của mắt có góc rộng khoảng 2000 theo chiều rộng

và 1200 theo chiều cao Khi xem tivi, mắt sẽ đồng thời thấy nhiều không gian dư thừa chung quanh, để thấy rõ hình trên màn ảnh phải tăng độ sáng màn ảnh cao hơn chung quanh nhiều lần và điều này làm cho mắt mau mỏi

Ở các hệ truyền hình mới và truyền hình độ nét cao (HDTV), tỉ lệ khuôn hình được đổi thành 16x9 Điều này giúp tận dụng trường quan sát của mắt theo chiều ngang, khoảng cách ngồi xa màn ảnh được thu ngắn lại khoảng 2 lần chiều cao Như vậy, màn ảnh chiếm tỉ lệ cao hơn trong trường hợp của mắt nên độ sáng không cần cao hơn chung quanh mà mắt vẫn thấy rõ hơn và đỡ mỏi mắt hơn

6.3 Tùy chọn số hình/giây – tần số quét dọc

Việc chọn số hình/ giây nhằm mục đích mắt nhìn thấy hình cử động liên tục và tránh hiện tượng nhấp nháy (flicker) trên màn ảnh xuống mức có thể chấp nhận được

6.3.1 Hiện tượng flicker

Khi truyền hết một đường từ trái sang phải sẽ có thời gian xóa hồi ngang, khi truyền xong một hình sẽ có thời gian xóa hồi dọc Thời gian xóa hồi dọc chiếm khoảng 10% thời gian truyền hình, nếu tính cả thời gian xóa khoảng 25% thời gian truyền

114

hình

Khi truyền hình chỉ truyền từng điểm một (trong điện ảnh truyền từng hình và

có khoảng 24 hình/giây), khi truyền đến điểm dưới cùng của màn hình thì các điểm đầu màn hình đã bị mờ

Độ sáng trên màn hình tỉ lệ với mức điện áp DC cung cấp từ nguồn Nguồn DC lấy từ lưới xoay chiều công nghiệp nên sẽ có dợn sóng theo tần số của lưới (50Hz hay 60Hz) Khi điện áp bị giảm do gợn sóng sẽ làm độ sáng của hình hơi bị tối đi

Tất cả các hiện tượng trên sẽ làm cho hình ảnh thu được có hiện tượng nhấp nháy (flicker)

6.3.2 Chọn tần số quét dọc

Trong ba nguyên nhân trên, điện áp dợn sóng của nguồn là quan trọng nhất Để giảm hiện tượng flicker, tần số quét dọc được chọn bằng tần số của lưới điện 50Hz (hay 60Hz) Khi điện áp dợn sóng giảm xuống cũng là lúc thời gian hồi dọc và không

vó hình nên mắt không nhìn thấy được

6.3.3 Chọn cách quét liên tục hay quét xen kẽ

Trong điện ảnh chỉ cần thiếu 24 hình/giây cũng đủ thấy ảnh cử động liên tục Nếu tần số quét dọc là 50Hz hay 60Hz mà quét liên tục từ trên xuống dưới thì mỗi giây phải truyền 50 hình hay 60 hình Cách này làm hình có thể bị mờ vì thời gian trở lại điểm quét cũ dài

Chọn cách quét xen kẽ, mỗi lần quét chỉ quét được một bán ảnh (còn gọi là mành = field), quét bán ảnh lẻ trước, bán ảnh chẵn sau Cách quét này làm ảnh không

bị mờ và số ảnh quét trong mỗi giây chỉ là 25 hình hay 30 hình Số ảnh quét trong mỗi giây gọi là m

6.4 Chọn số dòng quét/hình – tần số quét ngang

1981, tổ chức CCIR quốc tế hóa các thông số của hai tiêu chuẩn quét này trong khuyến nghị CCIR 601 nên thường được gọi chung là Video 601

- OIRT: Organization International Radio Televison = Hiệp hội quốc tế Phát thanh Truyền hình

- FCC: Federal Comunication Committee = Hiệp hội Viễn thông Liên bang Mỹ

- CCIR: Consultative Committee on International Radio = Hội Tư vấn

115

Sóng điện Quốc tế

- NTSC: National Television System Committee = Hội hệ thống truyền hình Quốc gia Mỹ

- PAL: Phase Alternative Line = Pha thay đổi từng dòng

Ngày nay, người ta có tiêu chuẩn 1125 dòng/hình cho hệ HDTV của Nhật và

1225 dòng/hình cho hệ HDTV của châu Âu

Để mắt không còn nhận ra các dòng quét nữa thì phải ngồi xa màn hình một khoảng cách nhất định Đối với hệ truyền hình tiêu chuẩn SDTV thì phải ngồi xa khoảng 5 lần chiều cao màn hình (tức là khoảng 3 lần đường chéo) Đối với hệ truyền hình độ nét cao HDTV thì chỉ cần ngồi xa khoảng cách 2 lần chiều cao màn hình

6.4.2 Chọn tần số quét ngang

Nếu hệ thống truyền hình khi phân tích ảnh có N hàng ngang, tần số quét ngang

fH (quét dòng) và quét dọc fV (quét mành) quan hệ theo biểu thức:

𝑓𝐻 =1

2𝑁𝑓𝑉 ℎ𝑎𝑦 𝑓𝐻 = 𝑁 𝑚 (6.1) Thí dụ: hệ PAL có N = 625 hàng, số ảnh truyền trong một giây là 50 bán ảnh thì:

fv = 50Hz, fH = ½ *625*50 = 15625Hz (6.2)

Hệ NTSC có N = 525 hàng, số ảnh truyền trong một giây là 60 bán ảnh thì:

fv = 60Hz, 𝑓𝐻 =1

2∗ 525 ∗ 60 = 15750𝐻𝑧. (6.3)

6.5 Chọn dải tần của video

Theo cách tái lập hình tại đèn hình máy thu, hai điểm sáng tối sát nhau theo chiều ngang, tương ứng ½ chu kỳ sóng của video Hình càng sắc nét đòi hỏi chu kỳ

video càng ngắn tức tần số video càng cao Điều này đòi hỏi dải tần video càng rộng

Tính theo chiều dọc, hai điểm sáng tối sát nhau nhất chính là khoảng cách d của hai dòng quét Tương tự, để có độ nét dọc và ngang như nhau, hai điểm sát nhau theo chiều ngang cũng có khoảng cách như hình 6-1

Tùy tỷ lệ của màn hình là 4x3 hay 16x9 sẽ xác định được thời gian của một dòng quét, từ đó tần số video cao nhất (hay dải tần video) được tính như sau:

Gọi D là chiều ao màn hình, nếu có 625 hàng ngang (575 dòng hình) thì: d=D/575

4

4

3× 575 𝑑 = 52𝜇𝑠 => 𝑑 = ⋯

Tiêu chuẩn 525 hàng và 60 mành/giây thì 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 6,3 𝑀𝐻𝑧

Tiêu chuẩn 1125 hàng và 60 mành/giây thì 𝑓𝑚𝑎𝑥 = 39𝑀𝐻𝑧

Hình 6-1 Khoảng cách giữa hai điểm sát nhau là d = 1/2T

6.6 Chọn âm thanh hay chọn kênh sóng

6.6.1 Chọn tần số FM cho âm thanh

Khi truyền hình phải truyền cả âm thanh kèm theo Để thuận tiện, âm thanh được điều tần rồi ghép chung vào tín hiệu video, truyền chung trên một đường Sóng mang FM được chọn có tần số cao hơn và sát cạnh tần số cao nhất của video, do đó, sóng âm FM có thể nhập chung với video mà không bị lẫn lộn nhau

- Theo OIRT, dải tần video 0Hz đến 6MHz, sóng FM là 6,5MHz

- Theo FCC, dải tần video 0Hz đến 4,2MHz, sóng FM là 4,5MHz

- Theo CCIR, dải tần video 0Hz đến 5MHz, sóng FM là 5,5MHz

6.6.2 Chọn kênh sóng

Tần số sóng FM sẽ quyết định độ rộng của mỗi kênh truyền hình theo từng tiêu chuẩn Mỗi kênh sẽ có sóng mang cao tần để truyền tín hiệu video, tần số sóng mang của các kênh phải cách nhau một khoảng gọi là độ rộng kênh truyền hình Độ rộng kênh truyền hình tùy thuộc theo tiêu chuẩn truyền hình sử dụng bởi các quốc gia khác nhau Thí dụ:

- Kênh 9 OIRT có khoảng tần số từ 199,25 MHz đến 205,75MHz (rộng 6,5MHz)

- Kênh 11 FCC có khoảng tần số từ 199,25 MHz đến 203,75MHz (rộng 4,5MHz)

6.7 Chọn truyền hình đen trắng hay màu

Đầu tiên chỉ có truyền hình đen trắng, chỉ cần một đầu đọc đổi hình ra tín hiệu

117

hình đen trắng (B&W video), phản ánh cường độ sáng của từng điểm trên cảnh Đúng

ra phải gọi là video thang xám (Grayscale Video) để phân biệt với B&W video trong

đồ họa, chỉ có hai màu đen và trắng

Tín hiệu này có điện áp là EY phản ánh biên độ trung bình của toàn phổ (toàn dải sóng ánh sáng)

Để truyền hình màu, trước hết phải tách riêng ba thành phần ánh sáng đỏ R, ánh sáng xanh lá cây G và ánh sáng xanh lơ B có trong nguồn sáng Ba tín hiệu này được

ba đầu đọc riêng đổi thành ba loại video đỏ ER, video xanh lá cây EG và video xanh lơ

EB

Việc tách màu có nghĩa là chia phổ ra làm ba quãng và ba điện áp ER, EG, EB chính là ba mức trung bình của ba quãng phổ riêng

6.8 Chọn tín hiệu màu

6.8.1 Cảm giác màu sắc của mắt người

Cảm sắc màu mắt người có được, nhờ ba nhóm tế bào thần kinh thị giác nằm trong hốc mắt, gọi là nhóm đỏ (Red), nhóm lá cây (Green) và nhóm lơ (Blue) Gọi nhóm R vì các tế bào thuộc nhóm này nhạy cảm nhất với ánh sáng đỏ Tương tự, nhóm

G nhạy cảm nhất với màu xanh lá cây, nhóm B nhạy cảm nhất với màu lơ

Khi đem 3 nguồn sáng đỏ, xanh lá và lơ chiếu lên màn ảnh bằng vải trắng, vùng giao nhau giữa đỏ và xanh lá sẽ thấy màu vàng (Yellow), vùng giao nhau giữa màu xanh lá cây và màu lơ sẽ thấy màu lam (Cyan), vùng giao nhau giữa màu lơ và màu đỏ

sẽ thấy màu tía (Magnenta) Tại vùng chính giữa, nơi cả 3 vòng màu giao nhau sẽ cho

ra màu trắng

Vẫn tại vùng chính giữa, nếu thay đổi cường độ sáng của 3 màu với tỉ lệ khác nhau, mắt có thể cảm nhận được hầu hết các màu có trong thiên nhiên Nói khác đi, cảm giác màu sắc của mắt là do ba nhóm tế bào R, G, B bị kích thích theo những tỉ lệ màu nhận được khác nhau mà thôi

6.8.2 Tín hiệu màu RGB (RGB color video)

Để truyền hình màu, ở đầu phát chỉ cần “lọc ra” và “do riêng” cường độ ba thành phần ánh sáng đỏ, xanh lá và xanh lơ có trong từng điểm sáng Kết quả đo được,

ba điện áp ER, EG, EB là tin tức về tỉ lệ liều lượng kích thích ba nhóm tế bào R, B, G trong mắt, để giúp có lại cảm giác màu đã truyền

118

Hình 6-2 Truyền hình màu là tỉ lệ pha trộn R, G, B

Ba điện áp ER, EG, EB là ba tin tức đầu tiên có được từ cảnh màu, nên được gọi là “video gốc” hay “video RGB” (RGB video)

6.8.3 Video thành phần Y, R-Y, và B-Y (component video)

Theo phân tích trên, ba điện áp ER, EG, EB phản ánh mức trung bình (khách quan) của ba quảng phổ riêng, điện áp EY hay “độ chói” lại phản ảnh “độ cảm nhận (chủ quan) của mắt với mức trung bình toàn phổ”

Người ta làm thí nghiệm sau:

- Giả sử với độ sáng của đèn neon trắng 40W, mắt đọc sách dễ dàng, xem là

119

Hình 6-3 Độ chói thay đổi theo bước sóng

Nói cách khác, độ chói 100% mà mắt người cảm nhận được ở ánh sáng trắng (cảm giác với toàn phổ), có sự đóng góp 30% của thành phần ánh sáng đỏ (quãng phổ đỏ), 59% của thành phần ánh sáng xanh lá cây (quãng phổ xanh lá cây) và 11% của thành phần ánh sáng xanh lơ (quãng phổ xanh lơ) Từ đó, người ta suy ra điện áp chói

EY từ ba điện áp ER, EG, EB theo công thức

EY = 0,30ER + 0,59EG + 0,11EB (6.5) Điện áp EY chính là video đen trắng (Black & White video)

Truyền hình đen trắng truyền tín hiệu EY, khi truyền hình màu chỉ cần truyền them hai trong ba điện áp ER, EG, EB là đủ

Người ta đã chọn hai “điện áp trừ màu” là ER-EY và EB-EY để truyền đi cùng

EY như sau:

ER – EY = + 0,70ER - 0,59EG - 0,11EB (6.6)

ER – EY = - 0,30ER - 0,59EG + 0,89EB (6.7) Việc đổi từ ER, EG và EB ra EY, ER-EY và EB-EY hoặc ngược lại được thực hiện nhờ các ma trận Thực chất đây chính là các mạch cộng và trừ điện áp theo các tỉ

lệ cho trước

Tín hiệu màu gồm một điện áp chói Y (luminance Y) và hai điện áp trừ màu

R-Y, B-Y (color difference) được gọi là tín hiệu màu thành phần (component color video) Như vậy, truyền hình màu chính là truyền hình đen trắng Y có them hai tin tức của màu là R-Y và B-Y

120

Hình 6-4 Ma thuật và ma trận ngược

6.8.4 Tín hiệu màu Chói Sắc hay Y,C (S video)

Trong nhiều trường hợp ứng dụng, tín hiệu màu thành phần vẫn không thuận lợi, vì vẫn là ba điện áp riêng rẽ Người ta tìm cách thu gọn video thành phần bằng cách nhập chung R-Y, B-Y để có một điện áp sắc C (color) bằng cách điều chế hai điện áp R-Y và B-Y vào trong sóng mang phụ (sub carrier), tương tự như điều chế tín hiệu âm thanh vào sóng mang tiếng

Hình 6-5 Điều chế R-Y và B-Y bằng sóng mang phụ

Sóng mang phụ đã điều chế, bên trong mang hai tin tức của màu R-Y và B-Y được gọi là “sóng mang màu” hay “tín hiệu sắc”, ký hiệu là C (Chrominance) Tín hiệu màu thu gọn chỉ còn một điện áp chói Y (thông tin của hình đen trắng) và một

121

điện áp sắc C (thông tin của màu), được gọi là tín hiệu màu Chói*Sắc hay Y*C

Do các hệ màu không thống nhất nhau vế cách thức điều chế nên tín hiệu Y*C còn phân biệt ra ba loại Y*C NTSC, Y*C PAL và Y*C SECAM

6.8.5.Tín hiệu màu tổng hợp (composite color video)

Truyền hình màu ra đời sau truyền hình đen trắn nên khi phát phải sao cho máy thu đen trắng đã có trước đó vẫn nhận được video màu (nhưng cho ra hình đen trắng)

Yêu cầu tương hợp với đen trắng, do đó bắt buộc video màu trước hết phải chính là video đen trắng, truyền đi trên chính kênh sóng của đen trắng, đồng thời đem điện áp sắc C nhập chung vào điện áp chói Y, để có điện áp duy nhất, gọi là video màu tổng hợp

Vì có ba loại sóng mang màu, nên cũng có ba loại video màu tổng hợp là NTSC, PAL và SECAM

Hình 6-6 Mạch mã hóa khi truyền hình màu

Hình 6-7 Mạch giải mã ở máy video màu

Tín hiệu màu tổng hợp được thực hiện nhờ mạch mã hóa ở đài phát và ở máy thu sẽ có mạch giải mã để tạo lại tín hiệu màu cơ bản

Câu hỏi ôn tập chương 6

Câu 1: Tùy chọn tỉ lệ khuôn hình?

Câu 2: Tùy chọn số hình/giây và tần số quét dọc?

Câu 3: Chọn số dòng quét/hình và tần số quét ngang?

Câu 4: Chọn dải tần của video?

122

Câu 5: Chọn âm thanh tần số FM và chọn kênh sóng?

Câu 6: Cách chọn truyền hình đen trắng, màu?

Câu 7: Tín hiệu màu RGB (RGB color video)?

Câu 8: Video thành phần Y, R-Y, và B-Y (component video)?

Câu 9: Tín hiệu màu Chói Sắc hay Y,C (S video)?

Câu 10: Tín hiệu màu tổng hợp (composite color video)?

CCIR: Consultative Committee on International Radio = Hội Tư vấn Sóng điện Quốc tế

ITU: International Telecomunication Union = Hiệp ước Viễn thông Quốc tế

7.2 Tín hiệu đen lóe (black burst)

7.2.1 Tín hiệu Đen Lóe (BB)

Trong thời gian phát hình, lúc đóng camera lại thì video cho ra từ camera chính

là tín hiệu BB Như vậy, BB là video không chứa tin tức gì của cảnh, BB chỉ chứa các

123

thuộc tính bất biến của hình như: số dòng trong một hình, số hình trong một giây, hệ truyền hình màu, …

Hình 7-1 Khi đóng camera, chỉ có tín hiệu đen lóe

Hình 7-2 Khi mở camera, có tin tức của mình

Khi chỉ có tín hiệu Đen lóe thì màn hình sẽ có ánh sáng nền, ứng với mức đen nhất của hình, chỉ hơi sáng hơn khi tắt máy Khi có video thì điện áp sẽ bị thay đổi theo độ sáng của hình thu được

Như vậy, BB là khung chung cho tin tức của cảnh chồng lên Burst (hay lóe màu) là tin tức chỉ có trong truyền hình màu Trong truyền hình đen trắng chỉ có xung đồng bộ tổng hợp (Composite Synchro)

Trong tín hiệu BB có 5 tin tức cố định là:

 Bốn tin tức đầu giúp xác định tiêu chuẩn quét có bao nhiêu dòng/hình, có bao nhiêu hình/giây

 Tin tức lóe màu giúp xác định cách tạo màu theo hệ màu

7.2.2 Tin tức xóa ngang và dọc (Horizontal & Vertical Blanking)

Tín hiệu xóa có mức áp là 0V, mức điện áp nền là 0,03V Thời gian xóa tùy thuộc tiêu chuẩn quét 625/50 hay 525/60 Hình 7.3, 7.4 là dạng xóa ngang và dọc theo tiêu chuẩn 625/50

124

Hình 7-3 Tin tức xóa ngang

Hình 7-4 Tin tức xóa dọc

Theo tiêu chuẩn 625/50, thời gian có hình mỗi hàng ngang là 52𝜇𝑠, mỗi hình có

625 dòng nhưng mất 25 dòng cho xóa dọc cho mỗi bán ảnh Như vậy, mỗi hình thực chất chỉ có 625 – 50 = 575 dòng có hình

Suy ra:

 Thời gian có hình là: 52𝜇𝑠 × 575 hàng = 29900𝜇𝑠

 Thời gian xóa ngang và dọc: (12𝜇𝑠 × 575) + (64𝜇𝑠 + 50) = 10100𝜇𝑠

Tỉ lệ thời gian xóa trên thời gian tổng cộng là: 10100/(29900+10100) = 25,25% Đây là nhược điểm lớn của truyền hình tương tự vì ¼ công suất phát ra vô ích cho mắt

125

Hình 7-5 Dạng sóng và biên độ xung xóa và đồng bộ ngang

Hình 7-6 Chi tiết dạng sóng và biên độ xung đồng bộ ngang

7.2.3.2 Đồng bộ dọc

Theo cách quét xen kẽ, mỗi ảnh có 625 dòng, mỗi bán ảnh có 312,5 dòng Khi hết bán ảnh lẻ sẽ có xung xóa hồi dọc quét từ giữa cạnh đáy của màn hình (dòng 313 ) lên giữa cạnh trên cùng của màn hình (dòng 625) lên điểm đầu của cạnh trên cùng (dòng 1 bán ảnh kế)

Trong khoảng thời gian xóa hồi, người ta đặt thêm nhiều xung nhỏ gọi chung là xung đồng bộ dọc Thực chất xung đồng bộ dọc gồm nhiều xung âm có độ rộng khá hẹp liên tiếp nhau, gọi là xung cân bằng và xung chẻ

Hình 7-7 Chi tiết dạng sóng và biên độ xung đòng bộ dọc

7.2.4 Tin tức Lóe màu

126

Lóe màu (Color Burst) không phải là tin tức của cảnh mà là tin tức thêm vào trong quá trình điều chế R-Y, B-Y để có tín hiệu sắc (sóng mang màu) Do có ba kiểu điều chế C là NTSC, PAL và SECAM nên cũng có ba loại lóe màu tương ứng

Tín hiệu lóe màu chỉ xuất hiện một dòng một lần và nằm trong thời gian thềm sau xung đồng bộ ngang Hình 7-8 cho thấy chi tiết của lóe màu hệ PAL gồm 10 chu

kỳ của sóng sin 4,43MHz (là sóng mang tín hiệu màu), biên độ Vpp bằng mức biên độ sync 0,3V và đặt ở mức ±0,15V so với mức xóa 0V

Hình 7-8 Tin tức lóe màu trong đồng bộ ngang

Hình 7-9 Chi tiết tín hiệu lóe màu hệ PAL

7.3 Tín hiệu màu chói sắc (y,c)

Để truyền hình được đơn giản, người ta nhập hai điện áp R-Y và B-Y thành tín hiệu sắc C Tín hiệu R-Y và B-Y sẽ được điều chế trong sóng mang phụ (sub carrier,

fsc), do không thống nhất cách điều chế màu nên vẫn tồn tại ba hệ NTSC, PAL và SECAM

7.3.1 Sóng mang màu hay tín hiệu sắc NTSC

Hai tín hiệu R-Y và B-Y sẽ được nén để giảm biên độ cho tương đương với biên độ Y, như vậy sẽ thuận lợi cho việc nhập lại và truyền chung trên một đường Hai tín hiệu này được gọi là:

𝑢 = 0,493(𝐵 − 𝑌) 𝑣à 𝑣 = 0,877(𝑅 − 𝑌) Theo hệ NTSC, tín hiệu u và v sẽ được “Điều biên nén” (SAM: Suppress

127

Amplitude Modulation) bằng sóng sin có tần số sóng mang phụ fsc = 3,58MHz (gọi là

C1 và C2) Sau đó hai sóng được nhập chung nhờ phương pháp “điều chế vuông góc”

để có một sóng sin duy nhất C Hai khâu điều chế này được gọi là “Điều biên nén vuông góc” (QSAM: Quadrature Suppress Amplitude Modulation )

7.3.1.1 Điều biên nén

Điều biên nén chính là điều biên mà biên độ sóng mang bị giảm xuống bằng 0V Điều biên nén còn gọi là “Điều biên sóng mang bị triệt tiêu”

Hình 7-10 Sóng điều biên AM

Hình 7-11 Sóng diều biên nén SAM

Phương trình biểu diễn sóng AM:

𝑉𝐴𝑀(𝑡) = 𝑉0𝑠𝑖𝑛2𝜋𝑓0𝑡 + 𝑘𝑉0𝑉𝑠𝑖𝑛2𝜋𝑓𝑡 sin 2𝜋𝑓0𝑡 Phương trình biểu diễn sóng SAM:

𝑉𝑆𝐴𝑀(𝑡) = 0 + 𝑘𝑉0𝑉𝑠𝑖𝑛2𝜋𝑓𝑡 sin 2𝜋𝑓0𝑡 Trong đó: 𝑉0𝑠𝑖𝑛2𝜋𝑓0𝑡 là điện áp của sóng mang (theo NTSC f0 là 3,58MHz), Vsin2𝜋𝑓𝑡 là điện áp của tin tức điều chế (theo NTSC f là u và v), k là hệ số điều chế

7.3.1.2 Điều chế vuông góc

Điều chế vuông góc được thực hiện bằng cách cho sóng sin 3,58MHz điều chế tín hiệu v sớm pha 900, so với sóng sin 3,58MHz điều chế tín hiệu u

128

Hình 7-12 Sóng điều biên nén vuông góc

7.3.1.3 Sự cần thiết của lóe màu (color burst hay burst)

Tại máy thu, để có sóng mang phụ 3,58MHz, người ta dùng thạch anh, nhưng cần phải đồng pha với sóng sin 3,58MHz của đài phát Như thế thì sự tái hiện màu sắc

ở máy thu mới giống như ảnh được truyền từ đài phát

Tại đài phát, sóng sin 3,58MHz qua đảo pha 1800 sẽ được đưa vào cổng lóe (Burst Gate) và cổng này sẽ mở mỗi dòng quét một lần, đúng vào thời gian thềm sau của xung đồng bộ ngang Khi mở cổng, khoảng 10 chu kỳ sóng sin 3,58MHz lọt qua

và cộng chung với sóng điều biên nén vuông góc

Như vậy, lóe màu không phải là tin tức của hình mà là xung đồng bộ màu, giúp máy thu chuẩn pha dao động 3,58MHz ở 00 và 1800 đúng theo yêu cầu

Sơ đồ khối hình 7-13 cho thấy cách mã hóa và định dạng video của hệ NTSC

Hình 7-13 Cách mã hóa và định dạng video của hệ NTSC

7.3.2 Sóng mang màu hay tín hiệu sắc PAL

Tín hiệu sắc C (V, 𝜑) của NTSC có nhược điểm, một trong hai tin tức của C là tin tức về pha 𝜑 của sóng sin 3,58MHz Sai pha tức là sai màu, mà pha thì lại rất khó kiểm soát trên đường truyền, thường bị sai Các máy thu NTSC phải thiết kế có núm HUE (hay TINT) để điều chỉnh bằng tay pha của tín hiệu sắc, giúp màu trên màu trên

129

ảnh được đúng Hệ PAL (Phase Altenative Line) ra đời tại Đức đưa ra cách khắc phục nhược điểm trên

7.3.2.1 Truyền luân phiên từng dòng màu

Trong tín hiệu sắc hệ PAL, hai điện áp trừ mày R-Y, B-Y vẫn được điều chế nén vuông góc vào sóng mang phụ, như NTSC, nhưng sóng mang phụ là 4,43MHz Pha của sóng mang phụ điều chế tín hiệu u vẫn 00, nhưng pha sóng mang phụ điều chế tín hiệu v cứ luân phiên một dòng sớm pha 900 và một dòng trễ pha 900

(𝜑𝑣 = +90, 𝜑 − 𝑣 = −90)

Như vậy, sóng điều biên nén của u luôn luôn là C1, sóng điều biên nén của v ở dòng 𝜑𝑣 = +900 là +C2, ở dòng 𝜑 − 𝑣 = −900 là –C2 Từ đó, sóng điều chế nén vuông góc của hệ PAL ở hai dòng kế nhau là 𝐶 = 𝐶1+ 𝐶2 hay C(V, 𝜑) và 𝐶 = 𝐶1−𝐶2hay C’(V, 𝜑)

Với cách truyền thay đổi pha từng dòng, tại máy thu sẽ có khả năng tự sửa sai pha, núm HUE sẽ không cần nữa

Thí dụ: khi truyền, dòng 𝜑𝑣 bị sớm pha một góc 𝜔(𝜑𝑣+)𝜔 thì dòng 𝜑 − 𝑣 cũng bị sớm pha một góc 𝜔(𝜑 − 𝑣 − 𝜔) Khi tổng hợp lại sẽ triệt tiêu góc 𝜔

7.3.2.2 Lóe màu và nhận dạng PAL

Tín hiệu sắc của PAL cũng phải truyền thêm tin tức đồng bộ màu là tin tức gốc

Hình 7-14 Cách mã hóa thay đổi pha từng dòng của hệ PAL

130

pha của sóng mang phụ Do hai dòng điện liên tiếp luân phiên thay đổi pha nên PAL phải có hau loại lóe màu Ở các dòng thật (+900) lóe màu có pha +1350, ở các dòng giả (-900) lóe màu có pha -1350

Tầng cổng lóe (Burst Gate) mở ra một dòng một lần để đặt lóe màu PAL vào thời gian xóa của mỗi dòng Công tắc S1 lần lượt đóng lóe màu +1350 cho từng dòng thật, lóe màu -1350 cho từng dòng giả

Hình 7-15 Các mã hóa lóe màu luân phiên của hệ PAL

7.3.3 Sóng mang màu hay tín hiệu sắc SECAM

7.3.3.1 Truyền lần lượt từng dòng R-Y và B-Y

Hệ SECAM (từ Pháp) phân tích: mắt có khả năng quan sát màu rất kém, dải tần tín hiệu sắc tối đa là 1,5MHz, tương ứng với độ nét 120 dòng; trong khi hình được chia tới 525/625 dòng Thêm nữa, tín hiệu sắc của dòng trên và dòng kề dưới chẳng khác nhau nhiều và nếu có khác thì mắt khó nhận biết được

Hệ SECAM đưa ra cách truyền 1 trong 2 điện áp trừ màu (R-Y hoặc B-Y), lần lượt cho mỗi dòng quét Để tái tạo màu ở máy thu, phải có cả 2 tín hiệu trừ màu R-Y

và B-Y Điều này được thực hiện bằng cách giữ trễ R-Y (hay B-Y) của dòng trên đem xuống dùng chung với B-Y (hay R-Y) của dòng bên dưới Như vậy, lúc nào cũng có

đủ hai điện áp R-Y và B-Y để tạo màu, nhưng chỉ có một là của dòng chính đang truyền, một còn lại của dòng bên trên giữ lại nhờ dây trễ 1H

Để có kết quả tối ưu, hệ SECAM dùng hai sóng mang phục có tần số nghỉ là

f0B = 4,25MHz để điều tần B-Y và f0R = 4,40MHz để điều tần R-Y Do điều tần nên tần số sóng mang biến thiên trong khoảng fmB = 3,9MHz – 4,48MHz và fmB = 4,12MHz – 4,75MHz

7.3.3.3 Lóe màu và nhận dạng SECAM

Tương tự như hai hệ trước, hệ SECAM cũng có hai tin tức nhận dạng ghép kèm vào tín hiệu sắc

 Nhận dạng từng bán ảnh: dùng 9 xung nhận dọc hình thang, mỗi xung có chu kỳ 1H, ghép thêm vào cả B-Y và R-Y

 Nhận dạng từng dòng: khi đưa R-y, B-Y vào điều tần với sóng mang phụ, người ta đưa vào cả thời gian thềm sau của xung đồng bộ ngang Ở dòng đang truyền R-Y, tần

số đưa vào là f0R, ở dòng đang truyền B-Y, tần số đưa vào là f0B Hai tín hiệu này cũng được gọi là Lóe màu và là tin tức để nhận dạng từng dòng của hệ SECAM

7.3.3.4 Ưu và nhược điểm của SECAM

 SECAM không dùng điều chế biên độ vuông góc nên không có khó khăn về pha

 Do dùng cách điều tần nên biên độ sóng mang phụ luôn luôn không đổi, bất chấp biên độ tín hiệu Điều này làm cho tín hiệu chói Y bị phá rối ở mức không đổi

Do nhược điểm trên, khi Việt Nam theo hệ SECAM (1985-1990), các studio vẫn dùng các thiết bị PAL Tín hiệu PAL sau đó chỉ đổi thành SECAM trước khi phát ra ngoài không gian dành cho các máy thu

7.4 Tín hiệu màu tổng hợp

7.4.1 Các tin tức trong tín hiệu màu tổng hợp

Trong Tín hiệu Hình màu Tổng hợp, hay Video Tổng hợp (Composite Video), toàn bộ các tin tức của hình (Y, C, BB, …) đều nhập chung trong một điện áp tín hiệu duy nhất Đây chính là tổng của tín hiệu sắc C và tín hiệu chói Y Có 3 loại tín hiệu video tổng hợp cho 3 hệ NTSC, PAL, SECAM

7.4.2 Thuận lợi của video tổng hợp

 Sự tương hợp (compatible) giữa truyền hình màu và truyền hình đen trắng Năm

1935 có truyền hình đen trắng, khoảng 1960 bắt đầu có truyền hình màu, nhờ Video tổng hợp nên tivi đen trắng vẫn sử dụng được, nhưng tất nhiên chỉ có thể xử lý Y (của video tổng hợp) mà không có phần xử lý C để tạo màu Ngược lại, máy tivi màu xử lý

Y và C của video tổng hợp để tạo hình màu, đồng thời, cũng xử lý riêng Y của video

đen trắng để tạo hình đen trắng

 Tiện dụng vì chỉ dùng một đường dây duy nhất (dây Video Out, RF Out của các

máy chuyên dùng), đã có thể truyền đầy đủ các tin tức của truyền hình màu

Bất lợi của video tổng hợp làm suy giảm chất lượng kỹ thuật hình, nhất là suy giảm độ nét

Hình 7-17 Dải tần của video tổng hợp

Theo lý thuyết, dải tần của hình đen trắng từ 0 đến 5MHz Dải tần của video tổng hợp phải giống như dải tần video đen trắng Dải tần của C khi nhập chung với Y sẽ chiếm khoảng tần số cao của Y, ứng với những hình ảnh nhiều chi tiết Khoảng tần số này của Y thường có biên độ thấp, trong khi sóng mang màu lại có biên độ cao Điều này làm cho những hình ảnh đen trắng tần số cao sẽ bị ảnh hưởng, nếu ngẫu nhiên hai

133

biên độ trùng pha sẽ làm tăng biên độ, hai biên độ đảo pha có thể làm triệt tiêu tín hiệu

7.5 Tóm tắt các dạng thức video tương tự

Hình 7-18 Sơ đồ khối video tương tự

Câu hỏi ôn tập chương 7

Câu 1: Trình bày sơ đồ và tín hiệu đen lóe?

Câu 2: Trình bày sơ đồ và Tin tức xóa ngang và dọc?

Câu 3: Vẽ dạng sóng và biên độ xung xóa tin tức đồng bộ ngang, dọc?

Câu 4: Vẽ sơ đồ tin tức lóe màu trong đồng bộ ngang?

Câu 5: Sóng mang màu hay tín hiệu sắc NTSC?

Câu 6: Sóng mang màu hay tín hiệu sắc PAL?

Câu 7: Sóng mang màu hay tín hiệu sắc SECAM?

Câu 8: Vẽ sơ đồ dải tần và tín hiệu màu tổng hợp?

Câu 9: Vẽ sơ đồ khối, chức năng các khối của các dạng thức video tương tự?

Chương 8

NGUYÊN LÝ CƠ BẢN CỦA ĐÀI PHÁT VÀ MÁY THU HÌNH

8.1 Đài phát hình hệ NTSC

8.1.1 Khái quát về hệ màu NTSC

Hệ màu NTSC ra đời năm 1954 tại Mỹ và được phát sóng theo tiêu chuẩn FCC Theo hệ NTSC, tín hiệu chói được tạo ra từ 3 tín hiệu màu cơ bản và phát đi trong toàn

bộ dải tần dành cho hệ thống truyền hình đen - trắng thông thường Trong đó EY,ER,

EG, EB, là giá trị điện áp tín hiệu chói và 3 tín hiệu màu cơ bản sau hiệu chỉnh gamma Tần số cao nhất của tín hiệu chói là 4,2 MHz Hai tín hiệu khác được truyền đồng thời cùng một lúc với tín hiệu chói là hai tín hiệu mang tin tức về màu (ER-Y và EB-Y)

Hệ NTSC cho phép dùng một tín hiệu màu có dải tần rộng và một tín hiệu màu

có dải tần hẹp hơn Để có thể đan các vạch phổ của tín hiệu màu vào tín hiệu chói, các

134

tín hiệu màu được dịch phổ về phía trên bằng phép điều chế với tần số sóng mang màu xác định Sự điều chế ở đây khá đặc biệt gọi là điều chế vuông góc, cho phép bằng một sóng mang phụ có thể mang đi hai tin tức độc lập (hai tín hiệu sắc)

Kết quả nghiên cứu cho thấy chỉ có các màu nằm theo hướng Q lệch pha 330 so với trục B - Y (màu tím thiên về lơ) là mắt người phân tích kém nhất và dải tần tương ứng chỉ cần 0,5 MHz Còn lại tất cả các hướng khác dải thông tương ứng đều xấp xỉ 1,5 MHz Vì vậy ở hệ NTSC không sử dụng hệ trục tọa độ ER-Y và EB-Y Hai tín hiệu sắc được tính theo hệ trục tọa độ mới là I và Q, với biên độ là EI và EQ (Hình 8-1)

E

Y

EB-Y

-0,1481

-0,097

0,517

135

Hình 8-2 Tọa độ màu theo NTSC

Tín hiệu sắc bây giờ xác định theo tọa độ U, V như sau:

Y R

E U

E V

M

493 , 0

877 , 0

Tọa độ của 3 màu cơ bản bây giờ sẽ bị thay đổi đi một ít ở hình 8-1

Rõ ràng khi nén xuống như vậy, biên độ của tín hiệu sắc bây giờ (V=1,2 Vpp

và U= 0,868 Vpp) đã xấp sỉ với biên độ tín hiệu chói (Ey=1 Vpp) nên dễ dàng nhập chung chúng lại với nhau

Việc xoay hệ trục tọa độ đi 330 như trên giúp dải tần tín hiệu EQ chỉ còn 0,5 MHz và dải tần tín hiệu EQ theo lý thuyết là 1,5 MHz, thực tế chỉ còn 1,2 MHz

Với cách chọn hệ trục tọa độ như vậy có thể giảm thiểu tối đa sự phá rối của tín hiệu sắc vào tín hiệu chói, đồng nghĩa với việc thu hẹp dải thông của tín hiệu sắc càng nhiều càng tốt

Phép xoay trục tọa độ cho ta:

Đây là các tín hiệu thực tế của hệ NTSC Chú ý rằng các tín hiệu EI, EQ có được

là do phép xoay trục tọa độ đi 330 nên không làm thay đổi vị trí các điểm màu (các

Camera nhận cảnh thực, qua các bộ lọc màu đổi thành tín hiệu video thành phần

R, G, B Ma trận cho ra tín hiệu chói Y và hai hiệu số màu R-Y và B-Y

Hai hiệu số màu R-Y và B-Y qua mạch điều chế nén vuông góc rồi cộng lại ra tín hiệu sắc C Sóng mang màu phụ có tần số 3,58MHz Tín hiệu lóe màu qua cổng Burst cộng chung với C cho ra tín hiệu sắc định dạng theo NTSC

Song song với việc xử lý hình, âm thanh cần truyền qua micro đổi thành âm tần, được khuếch đại lên đủ lớn rồi được điều chế tần số (FM) nhờ sóng mang trung tần âm là SIF = 4,5MHz

Sóng trung tần âm qua mạch cộng với sóng mang hình fP (AM) và sóng mang

âm cao tần fS = fP + 4,5MHz (nằm chung trong dải tần của đài phát)

138

Sóng mang hình fP (AM) và sóng mang âm fS (FM) được đưa chung vào khối khuếch đại cao tần để khuếch đại rồi đưa lên anten truyền đi

8.2 Máy thu hình hệ NTSC

8.2.1 Lựa chọn tần số sóng mang màu

Do hai tín hiệu sắc bị điều biên nén, vì vậy để khôi phục lại tín hiệu sắc tại máy thu, thì tín hiệu điều biên nén phải biến đổi lại thành sóng điều biên thường, trước khi tách sóng Để thực hiện được việc này phía phát phải truyền đi tín hiệu đồng bộ màu hay còn gọi là loé màu (color burst)

Sóng mang màu fsc nằm trong dải tần của tín hiệu chói, sẽ phá rối tín hiệu chói dưới dạng một tạp Cụ thể là đỉnh dương của sóng mang sẽ tạo trên màn ảnh một chấm sáng và đỉnh âm sẽ tạo ra một chấm tối Nếu tần số fSC là bất kỳ, từ dòng bên trên xuống dòng bên dưới các chấm đen- trắng sẽ bị xê dịch đi một chút theo chiều ngang

và trên toàn màn ảnh dạng tạp sẽ là các sọc đen trắng xen kẽ và nằm chéo nhau đan lại thành một mắt lưới hoặc mạng nhện

Nếu chọn fSC = n fH (bội số của tần số quét dòng hay thời gian của một dòng quét bằng n chu kỳ của dao động sóng mang màu) thì các sọc đen trắng nói trên sẽ được xếp thẳng đứng

Nếu chọn fSC bằng bội số lẻ của một nửa tần số quét dòng (hay thời gian của một dòng quét bằng (2n +1)/2 chu kỳ quét của fSC) thì phân tích cho thấy dạng tạp xuất hiện trên màn ảnh sẽ là các chấm xen kẽ đen trắng hai ô một Cứ hai hình một lần các điểm đen lại đổi thành điểm trắng và ngược lại Nói khác đi các chấm đen trắng xen kẽ

ấy sẽ chớp tắt 30 lần trong 1giây và mắt người chẳng thể nào nhận thấy được Như vậy

để vô hiệu hóa dạng tạp do sóng mang phụ xuất hiện trên màn ảnh, phải chọn tần số sóng mang màu bằng:

𝑓𝑆𝐶 = (2𝑛 + 1).𝑓

2 (8.1) Một vấn đề nữa cần chú ý là sóng mang phụ màu và sóng mang tiếng nằm chung trong tín hiệu màu đều là hình sin và khi đi chung trong cùng một đường sẽ gây

ra hiện tượng giao thoa (làm xuất hiện các tín hiệu có tần số cộng và trừ) Thành phần tổng không gây tác hại vì đã nằm ngoài dải tần của kênh sóng Thành phần hiệu nằm trong dải tần của EY sẽ phá rối EY dưới dạng một tạp Muốn vô hiệụ hóa chúng lại phải chọn bằng bội số lẻ của nửa tần số dòng: 𝑓𝐹𝑀 – 𝑓𝑆𝐶 = (2𝑛’ + 1).𝑓

Hình 8-5 Tín hiệu đồng bộ màu

8.2.2 Điều biên nén (SAM )

Để thực hiện việc điều biên nén ngời ta có thể dùng mạch điều biên nén cân bằng dùng điốt hoặc transistor Mạch điều biên cân bằng dùng điốt ít được dùng vì các điốt chỉ thuần tuý làm nhiệm vụ đóng cắt như những chuyển mạch điện tử Trong thực tế mạch điều biên nén dùng transsistor được sử dụng phổ biến hơn, vì ngoài khả năng điều biên nó còn làm nhiệm vụ khuếch đại Mạch điều biên nén dùng transsistor

140

Hình 8-6 Mạch điều biên cân bằng dùng TZT

- Trong mạch này Tr1 là biến áp dẫn tín hiệu cần điều chế (US) vào mạch điện, tín hiệu ở đây là tín hiệu hiệu màu (hệ NTSC hoặc hệ PAL) cần điều chế

- Tr2 là biến áp tần số cao dùng để ghép tín hiệu sóng mang (UC);

- Tr3 là biến áp ghép tín hiệu đã điều biên nén (USAM) ra tải;

- T1,T2 là hai transsistor công suất;

Giả thiết rằng điện áp tín hiệu cần điều chế US và điện áp sóng mang UC là những sóng hình sin Với tần số của sóng mang phải lớn hơn nhiều lần tần số của tín hiệu cần điều chế và biên độ sóng mang phải lớn hơn biên độ của tín hiệu ít nhất là hai lần Ta có đồ thị biểu diễn quá trình điều chế SAM như hình vẽ 8-7

Hình 8-7 Đồ thị thời gian dạng sóng điều biên nén

Từ đồ thị ta thấy cứ mỗi lần tín hiệu điều chế US đổi dấu thì tín hiệu điều chế

USAM lại đảo pha một lần Sóng SAM chính là hình ảnh của điện áp tín hiệu đã bị băm

ra theo nhịp của của điện áp sóng mang cao tần Nguyên lý hoạt động như sau:

t U

C

141

Khi tín hiệu vào US = 0 bằng không thì T1 và T2 hoặc là cùng khóa hoặc là cùng dẫn tùy thuộc vào biên độ của tải tin, nên dòng điện chạy qua sơ cấp của biến áp TR3 là ngược chiều nhau Bởi vậy dòng điện bên thứ cấp của biến áp này bị triệt tiêu Như vậy tần số sóng mang FSC không lọt ra tải được, hay nói theo cách khác là sóng mang đã bị nén lại cho đến khi biên độ bằng không

Khi US ≠ 0 thì T1 và T2 thay nhau làm việc theo chu kỳ của tin tức Biên độ của điện áp tín hiệu được truyền ra tải theo nhịp đóng ngắt của sóng mang nên dạng sóng của nó sẽ bị băm ra theo nhịp đóng cắt đó Kết quả là tín hiệu điều chế có dạng điều biên nén như hình vẽ

8.2.3 Giải điều biên nén (SAM)

Để có thể tách sóng điều biên nén ở máy thu trước tiên ta cần biến đổi sóng SAM thành sóng điều biên thường (AM), bằng cách cộng thêm vào sóng SAM một sóng hình sin thuần tuý có cùng tần số và góc pha với sóng SAM

Để thực hiện được việc này thì đài phát phải phát đi tin tức về loé màu (Colour burst) mang pha gốc của sóng mang màu Nguyên tắc của mạch giải điều biên nén được minh họa trên hình 8-8

Hình 8-8 Mạch giải điều biên nén

Hình 8-9 Dạng sóng mạch giải điều biên nén

Tín hiệu điều biên nén SAM được đa vào cuộn W1, còn sóng hình sin có gốc pha của Burst màu được đa vào cuộn W2, khi hai tín hiệu này có cùng tần số và trùng nhau về góc pha thì chúng sẽ được cộng với nhau, kết quả là ở cuộn W3 ta có được sóng AM (Hình 8-9) Sau đó thực hiện việc tách sóng AM để loại bỏ thành phần sóng mang màu, khôi phục lại tín hiệu hiệu sắc ban đầu

SAM Wave

Carrier

CS.A.M

Carrier sin Wave

W1

W2

W3

EI và EQ được điều biên nén với sóng mang phụ fSC có tần số 3,58 MHz tạo ra

từ một mạch dao động chuẩn , có pha lần lượt là 1230 và 330 so với pha gốc 00 ở đầu

ra ta được hai sóng điều biên nén là C1 và C2 Sau đó 2 tín hiệu này được nhập chung

để được một sóng điều biên nén duy nhất C, có giá trị bằng √𝐸2

𝐼 + 𝐸2

𝑄 Sau đó C lại được nhập chung với EY Tín hiệu màu C được đi thẳng đến bộ cộng còn EY thì được làm chậm 0,7 s để đồng pha với tín hiệu màu C

Để có thể tách sóng điều biên nén ở phía máy thu, ở phía đài phát người ta truyền đi thêm tin tức về gốc pha của sóng mang màu Thông tin này được gọi là loé màu (Color burst), Đầu tiên sóng mang phụ fSC có gốc pha 00 được đảo pha 1800 để đa vào cổng loé (Burst gate) Cổng này bình thường đóng, nó chỉ mở ra mỗi dòng một lần khi có xung đồng bộ dòng xuất hiện Khi cổng mở ra có khoảng từ 8 đến 12 chu kỳ sóng sin, tần số 3,58 MHz, góc pha 1800 đi xuyên qua cổng, rồi nằm gọn tại thềm sau của xung đồng bộ dòng, là thời gian không có các tin tức của hình ảnh

Delay 0,7s

NTSC Color Video

143

Ở mạch cộng cuối người ta còn đa vào tín hiệu âm tần sau khi đã điều chế với sóng mang tiếng có tần số 4.5 MHz theo phương pháp điều tần ở đầu ra mạch cộng này ta có được tín hiệu hình màu NTSC tổng hợp, chứa tổng cộng 7 tin tức: EY,

FMSOUND, HSYNC, VSYNC , C1, C2, và Color burst (hình 8-11)

Hình 8-11 Tín hiệu hình màu tổng hợp NTSC

Bốn thông tin đầu là của truyền hình đen trắng Tin tức về độ sáng tối và FM tiếng nằm bên trên mức zero (mức xoá BLK) có biên độ tối đa là 100%, được phân biệt với nhau bằng tần số Hai tin tức đồng bộ nằm dưới mức zero có biên độ –40%, được phân biệt với nhau bằng độ rộng của xung

Hai thông tin về màu là CI và C2 nằm trong sóng điều biên nén vuông góc, dao động xung quanh tần số 3,58 MHz và được phân biệt với nhau bởi góc pha Khi nhập chung với tín hiệu độ chói, biên độ của nó có thể lên đến tối đa là +133% và tối thiểu

là -33%

Tin tức cuối cùng là loé màu có biên độ  20% nằm gọn ở thềm sau của xung đồng bộ dòng độc lập với 6 tin tức trên Dải tần số của tín hiệu hình màu NTSC được mịnh họa trên hình 8-12

E Ymax 100%

Cmax 133%

(H+V)

3

F

M Sound

144

Hình 8-12 Dải tần của tín hiệu hình tổng hợp hệ NTSC

8.2.5 Giải mã màu hệ NTSC

Hình 8-13 Sơ đồ khối mạch giải mã NTSC

Tín hiệu hình màu có dải tần nằm hoàn toàn trong kênh sóng FCC được phát ra không gian giống nhau việc đã làm với truyền hình đen trắng Tại đầu ra của mạch tách sóng hình là tín hiệu truyền hình màu hệ NTSC trong đó có chứa tổng cộng 7 tin tức Bốn tin tức đầu được dùng vào các mục đích như ở truyền hình đen trắng Còn lại

ba tin tức về màu gồm C1, C2, và color Burst dùng cho việc tái tạo hình màu Toàn bộ quá trình giải mã NTSC được mô tả trên hình 8-13

Từ tầng tách sóng hình, toàn bộ dải thông của tín hiệu hình tổng hợp NTSC được đa qua một dây trễ (Delay) 0,7 s để lọc ra tín hiệu chói có dải tần từ 04.2 MHz cung cấp cho mạch matrrix1 Toàn bộ dải thông tần này đồng thời cũng được đưa vào tầng trung tần màu (Colour IF) Đây là một tầng khuyếch đại có chọn lọc, nó chỉ khuếch đại các tín hiệu có tần số xung quanh sóng mang màu 3,58 MHz Kết quả

là ở đầu ra ta nhận được các tin tức của màu đã điều chế, đa vào hai mạch tách sóng điều biên nén riêng rẽ và đa vào cổng loé màu

Cổng loé màu có nhiệm vụ tách ra tín hiệu đồng bộ màu của đài phát Cổng này

sẽ mở ra mỗi dòng một lần, khi có tín hiệu xung đồng bộ dòng kích vào 8 đến 12 chu

B urst

g ate

O

SC

3 ,58

B -Y

0- 4,2 Mhz

D L.0,7µs

145

kỳ xung đồng bộ màu có tần số 3.58 MHz, nằm sát ngay tại thềm sau của xung đồng

bộ dòng sẽ được tách ra để kích cho mạch dao động bằng thạch anh cũng có cùng tần

số hoạt động Nhưng lúc này nó sẽ hoạt động với góc pha trùng với pha gốc tín hiệu đồng bộ màu của đài phát Sau đó sóng sine 3,58 MHz này đợc làm sớm pha lên 330

để đa vào mạch tách sóng điều biên nén EQ Tiếp theo nó lại được làm sớm pha lên 900

nữa thành 1230 để đa vào mạch tách sóng điều biên nén tín hiệu sắc EI ở mỗi mạch tách sóng điều biên nén ta có hai tín hiệu đưa vào Một của đài phát đưa tới , một của máy thu tạo ra Do hai tín hiệu này có cùng tần số là 3.58 MHz và có cùng góc pha là

330 hoặc 1230 nên chúng sẽ được cộng với nhau Kết quả là tín hiệu điều biên nén được biến đổi thành tín hiệu điều biên thường

Tín hiệu điều biên thường sau đó được đưa vào mạch tách sóng điều biên để loại bỏ thành phần sóng mang màu 3.58 MHz, khôi phục lại 2 tín hiệu sắc ban đầu là R –Y và B-Y để đưa vào mạch matrix1 Mạch này nhận 2 tín hiệu sắc và 1 tín hiệu chói, thực hiện các phép thuật toán để khôi phục lại tín sắc thứ 3 là G – Y cung cấp cho mạch matrix2 Mạch này có nhiệm vụ khôi phục lại 3 tín hiệu màu cơ bản R, G, B khi đầu vào đã có đủ 3 tín hiệu sắc và 1 tín hiệu chói Đây chính là thông tin về điểm màu của hình ảnh, sẽ được cung cấp cho mạch khuếch đại công suất sắc nâng cao biên độ phân cực cho 3 katốt đèn hình

8.2.6 Khối cao tần

Tín hiệu cao tần từ đài phát đến anten (hay từ đường truyền cáp) được mạch Tuner chọn tần số theo từng kênh có fP, fS Mạch dao động tại chỗ Osc cho tần số cao

f0 để thực hiện việc đổi tần nhờ mạch Mixer Ở ngõ ra của mạch Mixre cho nhiều tần

số, trong đó trung tần hình IFP = f0 – fP = 45,75MHz và trung tần âm IFs = f0 – fs = 41,25MHz sẽ được chọn nhờ có mạch lọc dải thông

Thực hiện việc tạo lại sóng mang âm 4,5MHz bằng cách lấy hiệu số IFP – IFS

để chuyển sang khối âm thanh

8.2.9 Khối âm thanh

Sóng mang âm được tái tạo nhờ mạch lọc CF 4,5MHz chọn SIF = IFP – IFS = 4,5MHz được khuếch đại qua khối SIF AMP rồi tách sóng FM loại bỏ sóng mang âm, tạo lạo âm thanh đã thu tại đài phát

8.2.10 Khối tách sóng điều biên nén

Tín hiệu video tổng hợp Y*C sau tách sóng hình được tách ra nhiều ngõ, mạch lọc hạ thông lấy tín hiệu từ 0 – 3MHz để chọn tín hiệu chói Y, cổng Burst nhận tín hiệu lóe để điều khiển mạch dao động 3,58MHz đồng pha với tín hiệu 3,58MHz của đài phát

Sóng sin 3,58MHz đồng và sớm pha 900 kết hợp hai mạch tách sóng điều biên nén tạo lại tín hiệu u = R-Y và v = B-Y

8.2.11 Khối ma trận ngược

147

Ba tín hiệu Y, R-Y, B-Y qua ma trận ngược thực hiện việc giải maz màu để tạo lại ba tín hiệu màu thành phần là R, B, G Ba tín hiệu này sẽ khuếch đại công suất tăng biên độ lên đủ lớn trước khi đưa vào đèn hình điều khiển ba tia điện tử quét lên màn

hình cho ra ánh sáng tạo lại ảnh như đã được camera thu tại đài phát

8.2.12 Khối đồng bộ

Trong tín hiệu tổng hợp còn có cả tín tức về đồng bộ dọc, đồng bộ ngang, xóa hồi dọc và xóa hồi ngang Khối đồng bộ và mạch AFC nhận các thông tin này để điều khiển mạch dao động dọc, dao động ngang thực hiện việc kéo tia điện tử đồng bộ với việc phân tích ảnh ở đài phát

8.2.13 Khối tạo khung sáng

Mạch dao động dọc và ngang tại máy thu sẽ cho ra xung quét có tần số fv và fH

theo đúng tiêu chuẩn truyền hình 525/60 của NTSC là fH = 15.750Hz, fv = 60Hz

Điện áp quét dọc và ngang được khuếch đại công suất, sau đó cho vào cuộn dây xiên lệch tạo từ trường kéo tia điện tử theo chiều dọc và ngang để tạo khung sáng

8.2.14 Kết luận về hệ NTSC

Hệ thống NTSC ra đời rất sớm, do đó đã được thử nghiệm trong thời gian khá dài, kinh nghiệm tích lũy về hệ thống này khá phong phú Tuy nhiên vì tồn tại nhiều nhược điểm, cho nên nó không được sử dụng ở châu âu và nhiều nơi khác Đặc điểm của hệ thống NTSC là truyền đồng thời cả hai tín hiệu màu là EI và EQ Điều biên nén vuông góc hai tín hiệu màu EI và EQ vào một sóng mang phụ là fSC có tần số 3,58 MHz Tín hiệu màu NTSC chứa tổng cộng 7 tin tức, bốn tin tức đầu giống như ở truyền hình đen trắng, ba tín hiệu thêm vào là EI, EQ, và loé màu

Ưu điểm chính của hệ thống là đơn giản, thiết bị mã hóa và giải mã không phức tạp, vì vậy giá thành thiết bị thấp hơn so với thiết bị của các hệ thống khác Khi không có tín hiệu sắc (ER-Y = EB-Y = 0) thì sóng mang màu không có (EfSC = 0) và như vậy tín hiệu màu sẽ không ảnh hưởng đến tín hiệu chói

Khuyết điểm của hệ thống NTSC là rất dễ bị sai màu (khi hệ thống truyền tín hiệu màu không lý tưởng) và có nhiễu, cụ thể là:

- Méo gây ra do dải tần tín hiệu mang màu bị hạn chế nên sinh ra sự nhòe danh giới giữa các dải màu thuần khiết nằm kề nhau theo chiều ngang, làm cho độ chói bị giảm thấp ở vùng giới hạn các giải màu và ở các chi tiết màu nhỏ

- Méo gây ra do dải tần của hai tín hiệu màu khác nhau dẫn đến sự sai màu ở vùng độ chói biến đổi đột ngột, vì tại đó tốc độ thay đổi của EI và EQ không giống nhau do đó góc pha  thay đổi theo thời gian Kết quả là làm sai sắc thái màu Để khắc phục hiện tượng này ở máy thu phải thiết kế thêm chức năng chỉnh Tint (hoặc HUE)

- Một nhược điểm nữa là nhiễu của tín hiệu chói vào kênh màu Khi các tín hiệu chói có các đột biến hoặc chứa các thành phần tần số cao thì dưới tác dụng của nó, đầu

148

ra của bộ lọc thông dải tần số fSC sẽ xuất hiện các dao động tần số sóng mang phụ Các dao động này được tách sóng và gây nhiễu cho tín hiệu màu Chính nhiễu này làm các chi tiết ảnh đen - trắng trở nên có màu khi có kích thước thích hợp

8.3 Đài phát hình hệ PAL

8.3.1 Khái quát và lý do hình thành về hệ PAL

Do hệ NTSC có nhược điểm sai pha trong quá trình truyền sóng dẫn đến hiện tượng sai sắc thái màu và hiện tượng xuyên nhiễu giữa kênh chói với kênh màu, cho nên các nhà khoa học Tây đức đã nghiên cứu đa ra phương pháp mã hoá màu khác để khắc phục các nhược điểm trên của hệ NTSC Đó là phương pháp mã hoá PAL

PAL - có nghĩa là pha thay đổi theo từng dòng Đây là hệ truyền hình màu ra đời tại Tây đức chính thức phát sóng vào năm 1966 trên kênh sóng CCIR (5,5 Mc) và sau đó một số nước phát sóng trên kênh sóng OIRT (6,5 Mc) Phương pháp mã hoá có thể xem như là NTSC cải tiến Hai tín hiệu sắc là U và V vẫn được điều biên nén vuông góc vào một sóng mang phụ được chọn là bội số lẻ của một phần hai tần số dòng, chỉ thay đổi một chút về góc pha của sóng mang màu Hình 8-15 là giản đồ Freshnelt của sóng điều chế tín hiệu sắc với pha của các lóe màu

Hình 8-15 Tọa độ màu hệ PAL

- Sóng mang màu với pha gốc 00 dùng để điều chế tín hiệu sắc U

- Còn sóng mang màu với góc pha -900 hoặc +900 lần lượt từng dòng một để điều chế tín hiệu sắc V

- Pha của xung đồng bộ màu (lóe màu) là -1350 hoặc +1350 lần lượt thay đổi theo từng dòng tùy theo dòng đang truyền đi có pha của V là -900 hay +900

Ở hệ PAL cứ một dòng truyền đi màu thật m (u, v), dòng tiếp theo lại truyền đi màu giả m /(u, -v), rồi lại m (u, v) vv Hai tín hiệu sắc được định nghĩa là:

U = 0,493 (EB – EY)

V = 0,877 (ER – EY)

Hai hệ số nén 0,493 và 0,877 ta đã thấy ở hệ màu NTSC nhưng ở PAL hệ trục toạ độ vẫn giữ nguyên, không bị xoay đi 330 Giải tần của U và V vẫn từ 0 đến 1,5

149

MHz U vẫn giữ nguyên pha gốc 00, còn V được đảo pha lần lượt từng dòng một với góc pha tương ứng là + 900 hoặc- 900 so với pha gốc Phổ của hệ PAL có dạng như hình 8-16

Hình 8-16 Phổ tín hiệu màu PAL

fSC - tần số sóng mang phụ tín hiệu màu

Tần số sóng mang phụ phải ở miền tần cao của phổ tần tín hiệu chói Thuận tiện cho việc biến đổi tín hiệu của hệ PAL thành tín hiệu NTSC và ngược lại Với những yêu cầu trên ở hệ PAL với tần số quét dòng là 15625 Hz, tần số quét mành là 50 Hz, chọn n = 284, thay vào ta có:

4,43

6,5

6,0

f(MHz)0

fSC tiếng A

150

8.3.3 Tín hiệu đồng bộ màu

Cũng như đối với hệ NTSC, do phía phát sử dụng điều biên nén 2 tín hiệu sắc, nên cần phải truyền đi tín hiệu đồng bộ màu, để thực hiện đồng bộ với tín hiệu sóng mang phụ chuẩn tạo ra ở máy thu Ngoài ra ở hệ PAL, thành phần sóng mang phụ mang tín hiệu màu UV đảo pha theo từng dòng, cho nên phía phát còn phải truyền thêm tin tức về pha để phía thu biết được pha của từng dòng quét Tín hiệu đồng bộ màu là một chuỗi xung gồm 8 đến 11 chu kỳ, có tần số đúng bằng tần số sóng mang màu fSC, được đặt ở sườn phía sau của các xung xóa dòng là khoảng thời gian không

có tin tức của hình ảnh (hình 8-17)

Hình 8-17 Tín hiệu đồng bộ màu hệ PAL

Khác với tín hiệu đồng bộ hệ NTSC, pha đầu của tín hiệu đồng bộ màu hệ PAL luôn thay đổi theo từng dòng để đảm bảo chức năng đồng bộ pha các chuyển mạch điện tử Cụ thể là đối với các dòng quét mà sóng mang phụ mang tín hiệu V, vector tín hiệu đồng bộ màu tạo với trục U một góc bằng +1350, còn đối với các dòng quét mà sóng mang phụ mang tín hiệu –V, tín hiệu đồng bộ màu sẽ có góc pha là -1350 (hình 8-17) Cũng giống nh ở hệ NTSC tín hiệu đồng bộ màu không truyền trong khoảng thời gian truyền xung cân bằng trước, xung đồng bộ mành và xung cân bằng sau Song khác với hệ NTSC ở chỗ là thời điểm bắt đầu và kết thúc của xung xóa tín hiệu đồng

bộ màu đối với các lượt quét là khác nhau, nhằm đảm bảo cho tín hiệu đồng bộ màu cuối cùng trước khi xóa và tín hiệu đồng bộ màu đầu tiên xuất hiện trong bất kỳ lượt quét nào cũng đều có pha đầu là 1350

20%

60%

Tín hiệu đồng

bộ màu dòng n

Xung đồng

bộ dòngh

0,9h

Tín hiệu đồng

bộ màu dòng n+1

8-11 chu kỳ

40%

0

%

151

Hình 8-18 Phổ tần truyền hình hệ PAL

8.3.5 Sơ đồ khối

Camera nhận cảnh thực, qua các bộ lọc màu đổi thành tín hiệu video thành phần

R, G, B Ma trận cho ra tín hiệu chói Y và hai hiệu số màu R-Y và B-Y

Hai hiệu số màu u và v được điều chế nén vuông góc nhưng v được điều chế luân phiên với sóng mang màu qua mạch tạo sớm pha 900 và trễ pha 900 rồi cộng lại ra tín hiệu sắc C Sóng mang màu phụ có tần số 4,43MHz Tín hiệu lóe màu qua cổng Brust được điều khiển bởi sóng mang màu qua mạch tạp pha +1350 và -1350 cho ra tín hiệu lóe luân phiên cho từng dòng thật và dòng giả Tín hiệu lóe màu luân phiên cộng chung với C cho ra tín hiệu sắc định dạng theo PAL

Song song với việc xử lý hình, âm thanh cần truyền qua micro đổi thành âm tần, được khuếch đại lên đủ lớn rồi được điều chế tần số (FM) nhờ sóng mang trung tần âm là SIF = 6,5MHz

Sóng trung tần âm qua mạch cộng với sóng mang hình fP để cho ra sóng mang

âm cao tần là fS = fP + 6,5MHz (nằm chung trong dải tần của đài phát)

Sóng mang hình fP (AM) và sóng mang âm fS (FM) đưa chung vào khối khuếch đại cao tần rồi đưa lên anten truyền đi

8.4 Máy thu hình hệ PAL

Các khối Cao tần, Trung tần hình, Tách sóng hình, Âm thanh, Đồng bộ và Tạo khung sáng trong máy thu hình PAL giống như trong máy thu hình NTSC Phần khác biệt gồm các khối sau:

8.4.1 Mã hoá PAL