tổng quan về máy phát hình

Hệ PAL gồm có :PAL/I, PAL/BG, PAL/DK … Máy phát hình hệPAL/DK theo tiêu chuẩn việt nam sử dụng và được gọi chung là máy phát hìnhtương tự : - Tín hiệu vào : Tín hiệu video tổng hợp- tươ

LỜI NÓI ĐẦU

Sự ra đời của Điện tử viễn thông là một thành tựu to lớn của nhân loại Trongmọi hoạt động của khoa học kĩ thuật cũng như trong cuộc sống trên phạm vi toàn thếgiới nói chung và Việt Nam nói riêng, việc ứng dụng Điện tử viễn thông là không thểthiếu, đặc biệt là trong Phát thanh – Truyền hình

Ngay từ khi hình thành xã hội loài người,nhu cầu liên lạc thông tin với nhau đãđược nảy sinh Việc thông báo thông tin liên lạc được cải tiến hơn với sự phát triển vàhình thành nhà nước nhưng rất thủ công và rất gian truân

Cùng với sự phát triển của xã hội, công nghệ viễn thông cũng dần phát triển.Tớingày nay, thông tin liên lạc đã được truyền đi với tốc độ cao để đáp ứng yêu cầu của

xã hội và cuộc sống.Có thể nói lĩnh vực viễn thông đã làm thay đổi bộ mặt, tính cáchcủa trái đất, đã hiện thực hóa khả năng liên kết của mỗi người của mỗi quốc gia, gắnkết mọi người với nhau nhờ một mạng lưới viễn thông vô hình và hữu hình trên khắptrái đất và vũ trụ

Sự hội tụ trong lĩnh vực viễn thông cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu

sử dụng và truyền dữ liệu của con người cũng tăng lên theo hàm số mũ Ngành VTđóng góp vai trò lớn lao trong việc vận chuyển đưa tri thức của loài người đến mỗingười, thúc đẩy quá trình sáng tạo đưa thông tin khắp nơi về các ngành lĩnh vực khoahọc, các thông tin giải trí cũng như thời sự khác

Để hoàn thành được đề tài này, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo NGUYỄN HỮU PHƯỚC đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ Đồng thời em xin gửi lời cảm ơn đến các anh

chị trong công ty VINACOM cũng như sự chỉ đạo của các thầy cô giáo trong khoaĐiện tử Viễn thông, trường Cao đẳng phát Thanh – Truyền Hình I đã tạo mọi điềukiện cho em thưc hiện đề tài này.Tuy nhiên, do kiến thức có hạn, kinh nhiệm thực tếchưa có nên bài làm không tránh khỏi những sai sót Vì vậy em kính mong quý thầy côgiáo góp ý nhận xét để báo cáo được hoàn thiện và đạt kết quả tốt hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

HÀ NỘI, ngày tháng năm 2011

Sinh viên

Đỗ Trung Kiên

PHẦN 1: LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 1: NGUYÊN LÝ CỦA HỆ THỐNG PHÁT HÌNH

1.1: NGUYÊN LÝ

1.1.1 kênh truyền hình

Kỹ thuật truyền hình sử dụng một phần dải tần số trong một phạm vi nhất định

để thực hiện truyền hình quảng bá Các kênh truyền hình được truyền trên các kênh truyền hình, mỗi kênh xác định một khoảng tần số xác định trong dải tần số Các tần

số xác định cho các kênh truyền phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và có sự phân định rõ ràng giữa các quốc gia

Thông thường phạm vi dải dùng cho truyền hình quảng bá từ 47Mhz cho đến khoảng 800-900, và đối với các tiêu chuẩn khác nhau sẽ thiết lập các khoảng tần số khác nhau Toàn bộ dải tần đó được chia thành các băng thuộc dải tần số VHF và UHF( phạm vi dải tần số VHF bao gồm 30 đến 300 Mhz, còn phạm vi dải UHF bao gồm từ 300-3000Hz ) Các dải băng đó được chia thành các kênh theo một số thứ tự nhất định

Độ rộng mỗi kênh cho phép truyền được một kênh truyền hình

• Theo tiêu chuẩn OIRT, dải thông sử dụng cho truyền hình quảng bá từ

48Mhz – 960Mhz, bao gồm 5 dải băng đánh số từ : I, II…Đến V Các dải băngđược phân bổ tần số như sau:

• Theo tiêu chuẩn CCIR , dải thông của mỗi kênh là 7Mhz và khoảng cách

giữa tải tần hình và tiếng là 5,5Mhz Các kênh và tải hình và tiếng theo tiêu chuẩn CCIR cho trong bảng 1.2

• Đối với tiêu chuẩn truyền hình của Mỹ do hiệp hội thông tin liên bang FCC

quy định, các dải băng tần bao gồm băng VHF và UHF từ : 54Mhz đến

806Mhz, phân bổ tần số như trong bảng 1.3 Dải thông của mỗi kênh theo FFC

là 6Mhz và khoảng cách giữa tải tần hình và tải tần tiếng là 4,5Mhz

Bảng 1.2 Các kênh và tải tần hình, tiếng theo chuẩn CCIR

46,7553,7560,7567,75180,75187,75194,75201,75208,75215,75222,75

Bảng 1.3 Các kênh truyền hình theo chuẩn FFC

hệ thống chuyển tiếp chương trình, hình thành một mạng lưới truyền hình phức tạp.

Trung tâm truyền hình có nhiệm vụ xây dụng các chương trình truyền hình, và truyền các chương trình truyền hình đó đến với người xem, bằng máy phát hình hoặc các phương tiện khác, hoặc ghi lại chương trình đó để thực hiện trao đổi

Ngoài các trung tâm truyền hình có thể xây dựng chương trình, còn có các trungtâm khác phát lại, có nhiệm vụ tiếp nhận các chương trình truyền hình từ các trung tâmkhác phát đến, để phát đi nhằm phục vụ cho một vùng nhất định bằng máy phát thông thường

Để thực hiện chuyển tiếp các chương trình truyền hình cũng như sự phân phối chương trình truyền hình trực tiếp đến người sử dụng có thể thực hiện qua các hệ thống thông tin vệ tinh, vi ba, đường cáp quang v.v…Nhờ vậy mạng lưới truyền hình ngày một mở rộng và phát triển mạnh mẽ

1.1.3 Nguyên lý máy phát hình.

Máy phát hình vô tuyến truyền hình có nhiệm vụ phát đi đồng thời, tín hiệuhình ảnh(gọi tắt là tín hiệu hình) và tín hiệu am thanh(tín hiệu tiếng) ra một antenchung Về kết cấu có thể chia máy phát vô tuyến truyền hình thành hai loại máy pháthình và máy phát tiếng theo các tiêu chuẩn quốc tế thì máy phát hình sử dụng điều chếbiên độ, và máy phát tiếng sử dụng điều chế tần số do tín hiệu hình bao gồm cả thànhphần một chiều và các dạng phức tạp khác, cho nên bộ điều chế trong máy phát hình

có kết cấu đặc biệt vấn đề hiệu chỉnh để chống lại các loại nhiễu phát sinh trong máyphát và hệ thống truyền tín hiệu cũng rất phức tạp

Sơ đồ khối máy phát vô tuyến truyền hình.

Cấu tạo của máy phát hình phụ thuộc vào dải tần làm việc và hệ số khuếch đạicông suất tuy nhiên tất cả các máy phát hình đều có các thành phần chủ yếu sau đây:

- Mạch tiền nhấn âm thanh

- Mạch khuếch đại, xử lý,điều chỉnh mức tín hiệu và khôi phục thành phầnmôt chiều

- Bộ tạo sóng mang hình và mang tiếng

- Bộ điều chế tín hiệu hình vs tín hiệu tiếng

- Bộ lọc loại bỏ các biên tần dưới và lọc các thành phần nhiễu

- Mạch sửa tín hiệu tuyến tính trong kênh tín hiệu hình

- Bộ khuếch đại công suất trung gian và tầng cuối

Hình 1.4 Sơ đồ khối máy phát hình

Bộ điều chế kích thích( exiter- Modularter) là thành phần quan trọng nhất củamáy phát hình Bộ khuếch đại ổn định tái tạo sung đồng bộ và ổn định biên độ tín hiệu,thành phần một chiều được phục hồi bằng các mạch ghim Mức đỉnh trắng được cắt đểtránh quá tải tầng điều chế Bộ kích thích cũng thực hiện sửa tuyến tính và sửa đặc tínhtần số cho tín hiệu video Bộ tạo sóng mang hình và sóng mang tiếng được thực hiện ởtần số trung gian và có độ ổn định tần số cao Khoảng cách của sóng mang hình vàsóng mang tiếng được duy trì ở một giá trị nhất định

1.1.4 Giới thiệu chung về máy phát hình tương tự

Truyền hình tương tự có 3 hệ truyền hình màu cơ bản:

- Hệ thống truyền hình màu NTSC ( National Televison System Committee)

- Hệ thống truyền hình màu PAL ( Phase Alternative Line)

- Hệ thống truyền hình màu SECAM

Tương ứng là các máy phát hình thuộc các hệ trên có đặc trưng, chỉ tiêu, thông số kỹthuật khác nhau Hệ PAL gồm có :PAL/I, PAL/BG, PAL/DK … Máy phát hình hệPAL/DK ( theo tiêu chuẩn việt nam sử dụng) và được gọi chung là máy phát hìnhtương tự :

- Tín hiệu vào : Tín hiệu video tổng hợp- tương tự

Tín hiệu audio - tương tự

- Tín hiệu ra : Tín hiệu cao tần RF

- Độ rộng một kênh RF truyền hình tương tự: 8Mhz

Máy phát hình tương tự chia làm hai loại :

Hình tiếng chung : Phối hợp hình tiếng ở công suất nhỏ

Hình tiếng riêng : Phối hợp hình tiếng ở công suất lớn

A, Máy phát hình tiếng chung:

• Tín hiệu video được qua mạch vào, ghim mức, xử lý tín hiệu, sửa video… sau

đó được đưa ra khối điều chế trung tần (IFv) hình, để điều chế tín hiệu Videolên tín hiệu sóng mang trung tần hình (38,9Mhz)

• Tín hiệu Audio cũng được đưa qua các mạch vào, khuếch đại bù tần số cao…Sau đó được điều chế lên trung tần bằng điều tần (FM) cho ra tín hiệu trung tầntiếng (32,4Mhz)

Dao động

osc1

Điều chế

kđ trộn

Dao động OSC2 Sửa

IFv

• Tiếp theo 2 tín hiệu trung tần hình và tiếng được cộng thành tín hiệu trung tầnchung( IF, bao gồm hình và tiếng).

- Độ rộng băng thông của tín hiệu IF là : 8Mhz

- Phổ tín hiệu trung tần nhìn hình trên

• Tín hiệu trung tần được đua qua bộ trộn để phách lên tầng cao (RF)

fOSC – fIF = fRFPhổ tín hiệu cao tần như hình trên (1.5)

1.1.5 Máy phát hình tiếng riêng

• Tín hiệu Video và Audio đưa vào mạch vào, khuếch đại, sửa… Sau đó đượcdiều chế lên trung tần(trung tần hình IFV và trung tần tiếng IFA) Tiếp theo được

phách lên tần cao hình RFV và tiếng RFA riêng rẽ bằng các bộ trộn 1, bộ trộn 2

và bộ trộn dao động fRF hình = fOSC hình – fRF hình

fRF tiếng = fOSC tiếng – fIF tiếng

• Tín hiệu RFV và RFA được đua qua bộ tiền khuếch và khuếch đại công suất lớnriêng rẽ, sau đó được đưa qua bộ phối hợp (Diplexer) để cộng thành hình tiếngchung và đưa qua bộ lọc rồi ra anten phát

Hình 1.6 Sơ đồ khối máy phát hình/ tiếng riêng

1.1.6 Giới thiệu chung về máy phát hình số DVB-T

Hệ thống phát hình số theo tiêu chuẩn DVB –T bao gồm các khối chức năng

Lọc

KĐCSTiếng

TiềnKĐTrộn 2

Điều chế

RFA

Bộ phốiHợpOSC

KĐHình

1 Khối mã hóa MPEG 2(MPEG Encoder)

2 Khối ghép kênh MPEG 2 (MPEG Multiplexer) phát nhiều chương trình

3 Khối ghép nối cho mạng đơn tần (SFN Adapter)

4 Khối điều chế COFDM 2K/8K

5 Khối tiền khuếch đại và khuếch đại công suất lớn (VHF/UHF Tx)

Video

Audio

Mã hóaMPEG 2

Mã hóaMPEG 2

Mã hóaMPEG 2

Phối hợp mạng

VHF/UHF Tx

Điều chế

COFDM 2K/8K

VHF/UHF Tx

Điều chế

COFDM 2K/8K

Ghép kênhMPEG 2Video

Audio

Video

Audio

Phối hợp đơn tầnĐồng bộ máy phát mạng đơn tần

Tín hiệu vào MPEG – 2 – TS

Tín hiệu ra MPEG – 2 – TS

Điều chế COFDM(2K/8K)Chế độ (2K/8K ) theo DVB –T Hơn 160 chế độ điều chếTín hiệu vào : MPEG – 2 – TSTín hiệu ra: I/Q

Tín hiệu ra : IF 35,5 (36,15)MhzLựa chọn : Đồng bộ mạng đơn tần

các bộ mã hóa MPEG-2 được đưa qua bộ ghép kênh nhiều chương trình( MPEG Multiplexer ) để ghép kênh nhiều chương trình, sau đó qua bộ phốihợp mạng đơn tần( SFN Adapter ) để ghép kênh cho mạng đơn tần.

• Tín hiệu ra cũng là dòng truyền tải MPEG được đưa vào bộ điều chế COFDM2K/8K thực hiện điều chế và cho tín hiệu ra là tín hiệu trung tần IF Sau đó tínhiệu trung tần được phách lên tần số cao RF Phổ trung tần và cao tần tín hiệuCOFDM

• Tín hiệu RF được đưa qua bộ tiền khuếch đại và khuếch đại công suất lớn( giống như máy phát tương tự VHF/UHF) sau đó qua bộ lọc và ra anten phátsóng

1.2 ĐẶC ĐIỂM

1.2.1 Đặc điểm của thiết bị phát tín hiệu truyền hình

Một hệ thống phát hình bao gồm một máy phát tạo ra thành phần sóng manghình và sóng mang tiếng, bộ lọc để loại bỏ dải biên tần thấp, một bộ phối hợp để kếthợp sóng mang hình và sóng mang tiếng và hệ thống anten để bức xạ tín hiệu đã đượcđiều chế ra không gian

Khuếch đại

Bị điều chế

Khối nhân Tần số

Bộ khuếch đại điều chế

Bộ lọc phân cách

Khối nhận tần số

Bộ tạo dao động Phần tử iđều

Tín hiệu hình

Tín

Hiệu tiếng

Máy phát tiếng

Hình 1.8 Sơ đồ khối tiết bị phát vô tuyến truyền hình

Máy phát hình có sơ đồ khối giống máy phát thanh điều biên, tuy nhiên mạchđiên thực hiện có khác nhau đó là:

• Tín hiệu hình có chứa thành phần một chiều, do đó bộ khuếch đại điều chế phảiđược ghép trực tiếp với bộ khuếch đại bị điều chế Khác với tín hiệu âm thanh,tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính, do đó sóng man có thể bị điều biên bằnghai cách: một là biên độ sóng mang có trị số lớn nhất khi chuyển đi điểm trắngcủa ảnh và có giá trị số bé nhất khi truyền đi đỉnh xung đồng bộ phương phápnày gọi là điều chế cực tính dương Hai là biên độ sóng mang có trị số lớn nhấtkhi phát đi đỉnh xung đồng bộ và có trịu số bé nhất khi phát đi điểm trắng củaảnh Phương pháp này được gọi là điều chế cực tính âm Mỗi phương pháp điềuchế có ưu khuyết điểm riêng của nó Hệ thống truyền hình của Việt Nam sửdụng tiêu chuẩn OIRT-điều chế cực tính âm

Điều chế cực tính âm có những ưu điểm sau:

- Thực hiện tự động điều chỉnh khuếch đại ở máy thu đơn giản hơn, vì cóthể lợi dụng mức tín hiệu ứng với đỉnh xung đồng bộ làm mức chuẩn đểkhống chế độ khuếch đại

- Có thể nâng cao công suất ra của máy phát, vì xung đồng bộ có thể nằmtrong vùng không đường thẳng của đặc tuyến điều chế

- Xung nhiễu tạo ra những chấm đen trên màn hình, người xem khó thấyhơn là những chấm trắng.

• Tín hiệu hình có tần phổ rất rộng, theo tiêu chuẩn OIRT, bằng 6Mhz Tín hiệucao tần điều biên có tần phổ 12Mhz Với mức tần phổ như vậy là quá rộng,không thuận lợi cho việc truyền tin

Quá trình biến đổi công nghệ tương tự - số.

Khái niệm từng phần và xen kẽ được hiểu là sự xuất hiện dần các camera sốgọn nhẹ, các studio số, các phòng phân phối phát sóng số tiến đến một dây truyền sảnxuất hoàn toàn số

Mô hình trên cũng cho chúng ta thấy rằng: đến một giai đoạn nào đó, sẽ xuấthiện tình trạng song song cùng tồn tại cả hai hệ thống công nghệ Đó là thời kỳ bắt đầumáy phát số đồng thời các máy thu hoàn toàn số và các hộp SETTOP là các hộpchuyển đổi (từ số sang tương tự) dành cho các máy thu thông thường hiện nay

Lý do cho việc chuyển đổi từng phần và xen kẽ là do chi phí tài chính cũng nhưphải đảm bảo duy trì sản xuất và phát sóng thường xuyên

Hình 1.9 Quá trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tương tự sang truyền hình số

CHƯƠNG 2: SƠ ĐỒ KHỐI MÁY PHÁT HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VÀ

SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH

2.1 Sơ đồ khối máy phát hình số mặt đất

2.1.1 khối mã hóa MPEG( MPEG Encoder )

Khối này có chức năng chuyển đổi tín hiệu Video và Audio tương tự sang số,

thực hiện lấy mẫu, lượng tử hóa, số hóa, và mã hóa MPEG dòng dữ liệu video, audio

số này

Tín hiệu audio và tín hiệu video được mã hóa, nén, và đóng gói … sau đó đượcghép lại thành dòng MPEG Các dòng MPEG này và các thông tin dịch vụ khách đượcđưa qua bộ ghép kênh tạo dòng truyền tải MPEG

2.1.2 Khối điều chế

Tín hiệu từ khối mã hóa dòng truyền tải MPEG-2 được đưa tới khối này để thực

hiện quá trình ngẫu nhiên hóa dữ liệu, mã hóa tráo dữ liệu và điều chế dữ liệu lên sóngmang

• Mã ngoài ( Outer FEC Coder ) dùng trong ATSC là R/S(207,187,T=10 )

2.1.3 Khối máy phát sóng

Bao gồm các khối khuếch đại,khuếch đại công suất, anten phát : tín hiệu RF từ

khối Exciter được qua khối tiền khuếch đại và khuếch đại công suất lớn ( VHF/UHFTx) rồi đưa ra anten phát sóng

Information

MUX

MUX

Mã hóa MPEG

Anten

UHF VHF Tx Khối phát sóng

Hình 2.1 Sơ đồ khối phần phát truyền hình số mặt đất.

Các từ kỹ thuật:

- Coder: Bộ mã hóa

- Mux: Bộ ghép kênh.

- Program data: dữ liệu chương trình.

- MPEG Stream: Dòng dữ liệu MPEG.

- Other Programs: Dòng dữ liệu của các chương trình khác.

- Transport Stream: Dòng truyền tải.

- System Information: Thông tin hệ thống.

- Data Radomier: Bộ ngẫu nhiên hóa dữ liệu.

- Outer FEC Coder: Bộ tạo mã ngoài (Reed - Solomon).

- Outer Interleaver: Bộ tráo mã ngoài.

- Inter FEC Coder: Bộ mã hóa trong (Covolution Code).

- Inter Interleaver: Bộ tráo mã hóa trong.

- Modulator: Bộ điều chế tín hiệu.

- UHF/VHF Tx: Bộ đổi tần tín hiệu lên cao tần và phát sóng.

- Anten: Ăng ten phát.

2.2 Trình bày số hóa tín hiệu truyền hình

2.2.1 Khái niệm truyền hình số

A khái quát chung

Sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình

truyền hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình đã được nghiên cứu trước Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó có khả năng thực hiện được các chức năng

mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được

So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu chữ, ghi đọc nhiều lần màkhông làm giảm chất lượng ảnh

Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đua ra nhưhình 5-1 Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương

tự Trong thiết bị mã hóa (biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành tín hiệutruyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thốngtruyền hình được lựa chọn.Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát Sau đótín hiệu truyền hình số được truyền tới bên thu qua kênh thông tin.Tại bên thu, tín hiệutruyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương

tự Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệutruyền hình

Hình 2.2 Sơ đồ cấu trúc tống quát của hệ thống truyền hình số

Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hóa kênh Mãhóa kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin Thiết bị mã hóakênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình sốđược truyền đi theo kênh thông tin, thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và bộgiải điều chế

Biến đổi

A/D

KênhThông tin

Điềuchế

Giải điềuChế

Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình sử lýtại phía phát Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mãtín hiệu truyền hình.

B Đặc điểm của thiết bị truyền hình số

Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền chương trình truyền hình là thiết bịnhiều kênh Ngoài tín hiệu truyền hình, còn có các thông tin kèm theo là các kênh âmthanh và các thông tin phụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tần số kiểm tra,hình ảnh tính Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các khoảng trống của đườngtruyền nhờ bộ ghép kênh Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số vớitruyền hình tương tự:

- Yêu cầu về băng tần

- Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh

- Hiệu ứng Ghosts (bóng ma)

2.2.2 Biến đổi tín hiệu tương tự – số (A/D)

a Lấy mẫu tín hiệu video

- Lấy mẫu

Lấy mẫu tín hiệu tương tự là quá trình gián đoạn (rời rạc hóa) theo thời gian

bằng tần số lấy mẫu f lm, kết quả cho ta một chuỗi các mẫu Lấy mẫu bước đầu tiên thể

hiện tín hiệu tương tự sang số Biên độ tín hiệu tương tự được lấy mẫu với chu kỳ T lm ,

thu được một chuỗi các xung hẹp với tần số lấy mẫu được tính bằng:

F lm =1/T lm ;(hình 2.1)

Trong đó: f lm – tần số lấy mẫu, T – chu kỳ lấy mẫu.

Quá trình lấy mẫu tương đương với một quá trình điều biên tín hiệu (f th ) Quá

trình điều biên tạo ra các biên trên và biên dưới Sóng lấy mẫu có dạng hình chữ nhật, phổ của nó bao gồm thành phần tần số lấy mẫu và các hài của nó (hình 2.2)

f

0 flm flm – fth flm flm + fth 2flm – fth 2flm 2flm + fth 3flm –fth 3flm 3flm+fth

Hình 2.3 Phổ của tín hiệu lấy mẫu

Tín hiệu lấy mẫu chứa trong đó toàn bộ lượng thông tin mang trong tín hiệu gốcnếu :

- tín hiệu gốc có băng tân hữu hạn, tức là nó không có những phần tử có tần sốnằm ngoài một tần số fc nào đó

- Tần số lấy mẫu phải bằng hoặc lớn hơn hai lần flm tức là ffm >=2 fc

Hình 2.4 minh họa phổ tần số lấy mẫu lý tưởng, khi tín hiệu băng cơ bản có dảithông fc và tần số lấy mẫu là 2fc Như vậy dải biên trên và biên dưới đều có dảithông là fc

A

Phổ băng Dải biên Dải biên Dải biên Dải biên

cơ bản dưới trên dưới trên

fc flm = fc 2flm t

Hình 2.4 phổ tần số lấy mẫu lý tưởng

Hình 2.5 minh họa trường hợp lấy mẫu với tần số nhỏ hơn 2fc. một phần dảibiên dưới của tín hiệu lấy mẫu chồng lên phổ cua tín hiệu băng cơ bản (nguyênnhân gây nên hiện tương méo do chuông phổ)

Tín hiệu video, do có đặc trưng riêng, nên ngoài việc thỏa mãn định lý lấy mẫuNyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thỏa mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tínhtương thích giữa các hệ thống v.v… Quá trình này phải xác định được tần số lấy

mẫu, cấu trúc lấy mẫu nhằm đặt được chỉ tiêu về chất lượng ảnh, tính tương thíchgiữa các hệ truyền hình, tốc độ bit thích hợp và mạch thực hiện đơn giản.

A

Phổ băng Dải biên Dải biên Dải biên Dải biên

cơ bản dưới trên dưới trên

fc flm < fc 2flm ttrống phổ flm – fc 2flm – fc

Hình 2.5 Méo do chuông phổ

Đối với tiêu chuẩn tần số Nyquist, việc lấy mẫu tín hiệu video với tần số f lm < f Ny

là nguyên nhân của méo chồng phổ và làm giảm độ phân giải theo chiều ngang Thànhphần tần số cao nhất đối với các hệ truyền hình tương tự là:

- Cấu trúc lấy mẫu

Tín hiệu ảnh từ camera và được hiển thị trên màn hình chứa thông tin về đồng

bộ theo mành và dòng, đó là các ảnh hai chiều Vì vậy để khôi phục chính xác hìnhảnh, tần số lấy mẫu có liên quan đến tần số dòng Các kết quả nghiên cứu cho thấy tần

số lấy mẫu phải là bội của tần số dòng Với quan hệ này, điểm lấy mẫu trên các dòngquét kề nhau và tránh được các hiệu ứng méo đường biên gây ra

Như vậy, việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộcvào tọa độ các điểm lấy mẫu

Hình 2.6 Cấu trúc mẫu trên hai mành liên tiếp.

Hình 2.3 mô tả một cấu trúc trên hai mành liên tiếp Trong đó:

− X H là khoảng cách giữa hai mẫu liền kề, có độ dài phụ thuộc trực tiếp vào tần số lấy mẫu, X H = 1/f lm

− X l là khoảng cách so le giữa hai mẫu của hai dòng liên tiếp trong cùng mộtmành

− X l là khoảng cách so le giữa hai mẫu của hai dòng trên hai mành liên tiếp

− X l là khoảng cách so le giữa hai mẫu trên cùng một dòng của hai ảnh liên tiếp

Khi X l = 0 tức là các mẫu trên cùng một dòng của hai ảnh liên tiếp trùng nhau, ta có

được một cấu trúc tĩnh (static)

Khi X l # 0 tức là có sự so le giữa các mẫu trên các dòng của hai ảnh liên tiếp,

tạo thành một cấu trúc động (mobile)

Phân bố phổ tần của cấu trúc này rất có ý nghĩa đối với mành một, nó cho phéplàm giảm tần số lấy mẫu theo dòng Phổ tần cấu trúc nói trên của mành hai so với phổmành một bị dịch và có thể lồng với phổ tần cơ bản, gây ra méo ở các chi tiết ảnh( khihình ảnh có sọc)

Tùy theo cấu trúc lấy mẫu, sẽ xuất hiện loại méo ảnh đặc trưng Với cấu trúctrực giao, độ phân giải ành sẽ giảm ngược lại với cấu trúc “quincunx” dòng sẽ xuấthiện các vòng tròn theo chiều ngang (méo đường biên) Tóm lại, cấu trúc trực giao chochất lượng ảnh cao nhất vì đối với mắt người, thì độ phân giải giảm dễ chịu hơn là hailoại méo nêu trên

b Lượng tử hóa

Bước tiếp theo trong quá trình biến đổi A/D là lượng tử hóa Trong quá trìnhnày biên độ tín hiệu được chia thành các mức – gọi là mức lượng tử Khoảng cách giũahai mức kề nhau gọi là bước lượng tử Các mẫu có được từ quá trình lấy mẫu sẽ cóbiên độ bằng các mức lượng tử

c Mã hóa

- Khái quát chung

Mã hóa là khâu cuối cùng của bộ biến đổi A/D Mã hóa, theo quan điẻm thống

kê, là một quá trình biến đổi cấu trúc nguồn mà không làm thay đổi tin tức, mục đích

là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật cho hệ thống truyền tin Dữ liệu mã hóa có ưu điểm:Tính chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình thành tương đương khả năng thông qua củakênh

Quá trình này biến đổi các mức tín hiệu đã lượng tử hóa thành chỗi các bit “0”,

“1” Độ dài của dãy tín hiệu nhị phân được tính bằng số lượng các con số “0”, “1”, làmột trong những chỉ tiêu chất lượng của kỹ thuật số hóa tín hiệu Nó phản ánh sốlượng mức sáng, tối, màu sắc của hình ảnh được ghi nhận và biến đổi Về nguyên tắc

độ dài của từ mã nhị phâncangf lớn thì quá trình biến đổi càng chất lượng, nghĩa là nóđược xem như là “ độ phân giải” của quá trình số hóa Tuy nhiên độ phân giải đố cũngchỉ đến một giới hạn nhất định là đủ khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện nay, cũng

như khả năng phân biệt của mắt người xem Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8bit/mẫu.

Các mã được sử dụng trong truyền hình số có thể được phân chia một cách quyước thành 4 nhóm, đó là:

− Các mã để mã hóa tín hiệu truyền hình;

− Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin;

− Các mã thuận tiện cho việc giải mã và đồng bộ bên thu;

− Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thốngtruyền hình số;

Các quá trình mã hóa tín hiệu truyền hình truyền tin tức theo kênh thông tin, vàquá trình giải mã tín hiệu bên thu là độc lập, thậm chí không phối hợp với nhau Điều

đó có nghĩa là các mã thích nghi cho việc biểu diễn số của tín hiệu truyền hình có thểkhông thíc hợp cho việc truyền kênh thông tin

- Các đặc tính cơ bản của mã hóa

Quá trình biến đổi rất nhiều các điểm yếu lương tử hóa của tín hiệu( trong đó cótín hiệu truyền hình) thành tổ hợp các ký hiệu khác nhau gọi là sự mã hóa, còn cácnhóm ký hiệu thông tin các điểm gọi là mã

Các thuật ngữ “ mã hóa” và “mã” đặc trưng cho quy trình của việc đối chiếu tínhiệu truyền hình đã được lượng tử hóa để xác định các nhóm ký hiệu mã

Để phục vụ yêu cầu về ghi, truyền tín hiệu video, mã hóa được sử dụng trongcác trường hợp:

− Mã hóa sơ cấp: dùng để tạo tín hiệu số ở studio

− Mã bảo vệ và sửa sai: tăng khả năng chịu đựng của tín hiệu trong kênh cónhiễu

− Mã truyền tính: tăng khả năng truyền đẫn

Các mã sơ cấp

Các mã sơ cấp chủ yếu được sử dụng để mã hóa tín hiệu truyền hình, xử lý số,trong các thiết bị tổ hợp studio của trung tâm truyên hình số, v.v

Mã sơ cấp trong truyền hình số là mã đồng đều, vơi, có cấu trúc tuyệt đối:

− NRZ(Non Return to Zero): không trở lại mức không

− RZ(Return to Zero): trở lại mức không

− BiPh(Bi Phase): hai pha

Bảng từ mã của mã sơ cấp cần phải thỏa mãn điều kiện q nl < N<=q n trong đó N

là số mức lượng tử của tín hiệu truyền hình được mã hóa

Các mã sơ cấp được phân thành loại có trọng số và không có trọng số Khi đó

U(t) = U(t) – 2U(t -0,5T) + U(1-T) (2.9)

Hình 2.9.Tín hiệu tại đầu ra bộ biến đổi D/A

2.2.3 Biến đổi tín hiệu số – tương tự ( D/A)

Biến đổi tín hiệu số – tương tự(D/A) là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự N sốhạng (N biz) đã biết của tín hiệu số với độ chính xác là một mức lượng tử (1 LSB) Đểlấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số, dùng sơ đồ nguyên tắc như hình (2.7)

video số Um Video tương

tựMạch

Xung lấy Mẫu

Thấp

Hình 2.10 Sơ đồ khối mạch biến đổi số - tương tự.

Mạch cơ bản của D/A bao gồm:

− Mạch số (đa hài loại D) nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào

− Mạch giải mã số – tương tự với nhiệm vụ biến tín hiệu số thành tín hiệu rời rạctương ứng dạng các xung có biên độ thay đổi, hình (2.6)

− Mạch tạo xung lấy mẫu và xung đồng bộ có nhiệm vụ tạo các xung lấy mẫu vàđồng bộ các quá trình còn lại trong D/A, đồng bộ với mạch tạo xung giốngnhau

− Mạch lấy mãu thứ cấp, có nhiệm vụ khử nhiễu

− Mạch lọc thông thấp để tách băng cơ bản của tín hiệu lấy mẫu (rời rạc), đóngvai trò như một bộ nội suy

− Khuếch đại tín hiệu video ra

Phổ của một xung chữ nhật có độ rộng T được cho bởi hàm số:

trong đó: A – phổ của xung chữ nhật;

f v – tần số tín hiệu video; f lm – tần số lấy mẫu

Phổ của một xung chữ nhật với độ rộng T = 1/f s và phổ của tín hiệu tại đầu racủa bộ biến đổi D/A được( như hình vẽ 2.8 va 2.9):

băng cơ bản biên dưới biên trên

thời gian fgh fsa tần số

Hình 2.11: Tín hiệu tai đầu ra Hình 2.12: Phổ tín hiệu tại đầu ra

2.2.4 Tín hiệu video số tổng hợp tiêu chuẩn 4f sc NTSC

a Giới thiệu chung

Các tiêu chuẩn video số tổng hợp được xây dựng để hướng tới mục tiêu pháttriển các studio hoàn toàn kỹ thuật số yêu cầu một tiêu chuẩn chung cho các thiết bịvideo số Phù hợp với yêu cầu công nghệ, hai hệ thống tiêu chuẩn số hóa tín hiệu

video tổng hợp đã được phát triển rộng rãi Đó là tiêu chuẩn 4f sc NTSC và tiêu chuẩn

4f sc PAL

b Các tham số cơ bản của tiêu chuẩn 4Fsc NTSC

Tiêu chuẩn 4f sc NTSC được xác định trong SMPTE 244M gồm các tham số củatín hiệu video tổng hơp theo hệ NTSC cũng như tính chất kết nối song song của hệthống Chuẩn SMPTE được mô tả trong bảng :

Số mẫu trên một dòng

Số mẫu trên một dòng tích cực

Tần số lấy mẫu

Cấu trúc lấy mẫu

Khoảng cách lấy mẫu

Mã hóa

Thang lượng tử

9107684fmp= 14,32818 MhzTrực giao+330, +1230 ,+2130, +3030Lượng tử hóa đều8hoawjc 10bit

A

Dải thông mức Dải thông cao có

danh định thể chấp nhận Tần số

lấy mẫu

fsc 2fsc 3fsc 4fsc 5fsc t

3,58Mhz 7,16 10,7 14,3

Hình 2.13: Phổ của tín hiệu lấy mẫu chuẩn 4f sc NTSC

Trong phổ tín hiệu trên, có một khoảng cách hở giữa các tần số 4,2 MHz – tần số lớn nhất của NTSC cơ bản, và tần số 7,16 MHz (tần số Nyquist) Với khoảngcách hở này, các bộ lọc chống nhiễu và bộ lọc tái tạo có đặc tuyến không lý tưởng

và bộ lọc tái tạo, vì vậy các nhà sản xuất có thể tự do lựa chọn các bộ lọc, phục vụ chomục đích kinh tế và kỹ thuật

Hình 2.14 Các khoảng lấy mẫu tại tần số 4f sc của tín hiệu tương tự NTSC

c.Cấu trúc lấy mẫu

Trên hình 2.11 minh họa quá trình lấy mẫu theo tiêu chuẩn 4f(sc) NTSC, theo

đó, khoảng lấy mẫu cần trùng với đỉnh âm và dương của các thành phần sóng mang

phụ l và Q Phần trên của hình có vẽ các thông tin tương ứng về tín hiệu R - Y và B – Y.

Với tần số lấy mẫu là f lm = 14,3181 MHz, tần số quét dòng là f H = 15734,25 Hz,

tổng số mẫu thu được trên một dòng là:

F lm / f H = 910 mẫu.

Trong đó, dòng video tích cực chiếm 768 mẫu 142 mẫu còn lại dành cho đồng

bộ dòng tín hiệu số

và không được phép xuất hiện trong dòng số.

Bảng giá trị mức có ý nghĩa của tín hiệu NSTC, mã hóa 8 và 10 bit tín hiệu sọc màu100/7.5/100.5

3CF, 3FD, 3FE, 3FF

3FB3CC32011A0F0010004