Tổng quan về truyền hình màu

Tổng quan về truyền hình màu

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH MÀU

CHƯƠNG 1: KHÁI NIỆM CHUNG TRUYỀN HÌNH MÀU

1.1 Khái niệm

Truyền hình đen trắng là bước mở đầu cho việc truyền các hình ảnh có trong thực tế đi xa, nó đã được nghiên cứu và chế tạo hoàn chỉnh trong những năm 1960 Ngày nay truyền hình đen trắng đã được sử dụng hầu hết các nước trên thế giới, cùng với sự phát Trion nhanh chóng của ngành điện tử, chất lượng các linh kiện điện tử ngày càng cao và do đó thiết bị của hệ thống truyền hình ổn định cao, chất lượng tốt Tuy nhiên, truyền hình đen trắng chưa có khả năng truyền đi các hình ảnh, các cảnh vật thiên nhiên đầy màu sắc sống động trong thực tế

Do đó truyền hình màu là bước phát triển tiếp theo của truyền hình đen trắng Truyền hình màu phát triển trên nền tảng của truyền hình đen trắng Do vậy hệ truyền hình màu phải đảm bảo tính kết hợp với

hệ truyền hình đen trắng, cụ thể là: Những máy thu hình đen trắng phải thu được chương trình truyền hình màu và chương trình truyền hình đen trắng, máy thu hình màu phải thu được cả chương trình truyền hình đen trắng cũng như thu chương trình truyền hình màu

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA TRUYỀN HÌNH MÀU

2.1 Ánh sáng và đặc tính của nguồn sáng

Ánh sáng là một dạng năng lượng điện từ Năng lượng này truyền đến mắt ta và xảy ra quá trình hóa điện, tạo ra các xung điện tương ứng và được truyền đến hệ thần kinh não giúp ta nhìn thấy vật thể với màu sắc riêng biệt của nó

Ánh sáng thấy được là sóng điện từ có tần số từ 3,8.1014Hz đến 7,9.1014Hz Tương ứng với bước sóng 780nm  380nm với vận tốc truyền c ≈ 300.000Km/s

Hình 2.1 Dải sóng điện từ Ánh sáng mà mắt người thấy được chỉ chiếm một dải rất hẹp trong dải sóng điện từ như hình 3.1, thường được chia thành 2 loại là ánh sáng đơn sắc và ánh sáng phức hợp

Ánh sáng đơn sắc: là sóng điện từ chỉ chứa một bước sóng xác định Song trong thực tế có thể

xem ánh sáng đơn sắc như bức xạ có dải tần rất hẹp Laser có thể được xem như một nguồn tạo ra ánh sáng đơn sắc nhân tạo

Ánh sáng phức hợp: là tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc, được đặc trưng bằng sự phân bố năng

lượng theo một dải tần số, nghĩa là đặc trưng bằng đặc tính phổ của nó Trong thiên nhiên thường gặp

Sóng vô tuyến

Hz

Tử ngoại Hồng ngoại

7,9.1014 3,8.1014

thấy được

Tia X Tia gama Tia vũ trụ

loại ánh sáng phức hợp này Một dạng đặc biệt của ánh sáng phức hợp là ánh sáng trắng trong đó phổ năng lượng được phân bố đều từ 380nm đến 780nm

Nếu nguồn sáng chỉ có một khoảng ngắn của phổ nơi trên thì mắt người ghi nhận được một trong các màu phổ như dưới đây:

2.2 Màu sắc và đặc tính của màu sắc

Nếu vật phản xạ mọi tia sáng có bước sóng trong dải phổ trông thấy thì vật đó được xem là màu trắng Nếu vật chỉ phản xạ một số thành phần bước sóng nào đó trong dải phổ trông thấy và hấp thu những thành phần khác thì ta thấy vật đó tương ứng với màu sắc riêng của nó

Màu đen về phương diện ánh sáng được xem là màu trắng có cường độ chiếu sáng thấp dưới khả năng kích thích của mắt

Màu sắc của vật không chỉ phụ thuộc vào tính chất phản xạ của nó mà còn phụ thuộc vào nguồn chiếu sáng lên vật đó Khi phổ phân bố năng lượng của nguồn chiếu sáng thay đổi thì màu sắc của vật được chiếu sáng cũng thay đổi Ví dụ khi chiếu ánh sáng màu lên vật phản xạ mọi bước sóng ta thấy vật có màu giống màu của nguồn sáng

Lơ

B Blue

Lam

C Cyan

Lá cây

G Green

Vàng

Y Yellow

Cam

O Crange

Đỏ

R Red

2.2.2.2 Độ bão hò (Saturation)

Độ bão hòa của một màu là sự tinh khiết của màu ấy với màu trắng, là khả năng màu ấy bị pha loãng bởi ánh sáng trắng nhiều hay ít

Như vậy các nguồn đơn sắc có độ bão hòa tuyệt đối vì không bị ánh sáng trắng lẫn vào Nguồn

sáng trắng có độ bão hòa bằng 0 vì xem như đã bị ánh sáng trắng lẫn vào hoàn toàn Màu bất kỳ = Lượng sáng trắng + Lượng sáng màu

Độ bão hoà ở đây là có thể được xem mối tương quan giữa hai thành phần lượng sáng trắng và lượng sáng màu Tỉ lệ thành phần sáng trắng càng nhiều, độ bão hoà càng kém và ngược lại Tia laze có

độ bão hoà cực tuyệt đối vì chỉ còn một bước sóng duy nhất

2.2.2.3 Sắc thái (Hue, Tint

Sắc thái của một màu hoàn toàn là cảm giác chủ quan của con người Thường sắc thái quyết định bởi bước sóng lấn lướt nhất trong toàn phổ Cùng một màu đỏ chẳng hạn nhưng mỗi người cảm nhận sắc thái đỏ đó có thể khác nhau

Hình 2.5 Sơ đồ biểu diễn độ bão hoà

Khác nhau về độ chói Khác nhau về sắc thái

Khác nhau về bão hoà Khác nhau về các đặc tính Hình 2.6 Sự khác nhau về các đặc tính xác định một màu



Biên độ trung bình (Cường độ sáng)

Hình 2.4 Độ chói là đáp ứng của mắt với biên

độ trung bình của toàn phổ

2.3 Cấu trúc của mắt người

2.3.1 Cấu tạo của mắt

Mắt người bị kích thích trong vùng của bước sóng điện từ 380nm ÷ 780nm và cảm nhận là ánh sáng Cảm nhận này có được là nhờ các tế bào thần kinh thị giác nằm bên trong hốc mắt Có hai loại tế bào thần kinh thị giác, khoảng:

 130 triệu tế bào que nằm rãi rác khắp võng mô, cho cảm giác về độ chói (cường độ sáng)

 7 triệu tế bào nón hầu hết tập trung ở hoàng điểm (nằm ngay chính giữa phía trong hốc mắt) cho cảm giác về cả cường độ sáng và màu sắc

Tế bào này có 3 loại:

 Loại thứ hai: nhạy với màu đỏ (Red)  = 700nm

 Loại thứ ba: nhạy với màu lá cây (Green)  = 546,1nm

 Loại thứ nhất: nhạy với màu lơ (Blue)  = 435,8nm

Mắt thu nhận hình ảnh của vật chủ yếu nhờ các tế bào hình que đồng thời 3 loại tế bào hình nón cho ta cảm giác về màu sắc của vật

2.3.2 Độ chói của mắt

Hình vẽ 2.8 biểu diễn độ chói của mắt ở từng bước sóng Nếu lấy một nguồn sáng trắng có cường độ chuẩn mà mắt người ghi nhận độ chói 100% thì cũng với cường độ ấy, ánh sáng đỏ (Red) cho mắt cảm giác độ chói 30%, ánh sáng lơ (Blue) là 11% và ánh sáng xanh (Green) là 59%

Từ đó suy ra công thức độ chói Y của một màu X (R, G, B) (tín hiệu trắng đen của mắt):

Hoàng điểm

Hình 2.7 Cấu tạo của mắt Các loại tế bào

Việc chọn các màu cơ bản cần phải thoả mãn điều kiện: Trộn 2 màu bất kỳ trong 3 màu cơ bản

sẽ không cho ra màu cơ bản thứ 3 Ta có thể có vô số tập ba màu cơ bản nhưng cần lưu ý là, nếu như hai trong số 3 màu cơ bản nằm ở cuối hai đầu vùng nhìn thấy, còn màu cơ bản thứ ba nằm ở giữa thì có khả năng dễ dàng tạo lại phần lớn các màu tồn tại trong thiên nhiên

Năm 1931 Hội đồng quốc tế nghiên cứu về ánh sáng CIE (Commission International de l’Eclairge: CIE) đã chọn 3 màu cơ bản sau đây:

 Đỏ (Red) có bước sóng  = 700nm

 Lá cây (Green) có bước sóng  = 546,1nm

 Lơ (Blue) có bước sóng  = 435,8nm

2.5 Thí nghiệm kiểm chứng thuyết 3 màu và sự trộn màu

2.5.1 Thí nghiệm kiểm chứng

Để kiểm chứng người ta dùng máy đo màu (Sắc kế) Máy đo màu gồm 3 nguồn sáng R, G, B và màn ảnh có dạng tam giác Màu X chiếu sáng một bên màn ảnh còn bên màn ảnh còn lại được chiếu bởi ba nguồn sáng cơ bản R, G, B có thể điều chỉnh cường độ được Tiến hành điều chỉnh 3 nguồn sáng cho đến khi màu tổng hợp đồng nhất với màu cần xác định X, nghĩa là cùng độ chói, sắc thái và độ bão hoà màu Từ đó ta tìm được phần trăm của 3 màu theo công thức:

X  a(R) + b(G) +c(B) Với a, b, c là tỉ lệ phần trăm tương ứng cần tìm

Bằng cách thay đổi các tỉ lệ ấy, người ta có thể tạo ra hầu hết các màu trong thiên nhiên

Mắt Màu X

Hiện tượng trộn màu được giải thích như sau:

Thực ra không hề có sự pha trộn giữa các bước sóng của các màu cơ bản Tại vùng mắt người thấy màu trắng chẳng hạn, vẫn có đủ 3 bước sóng của 3 màu R, G, B riêng rẽ đến mắt cùng một lượt và

cả 3 nhóm tế bào nón R, G, B cùng bị kích thích giống y như trường hợp đã chiếu ánh sáng trắng vào mắt Hai hiện tượng vật lý khách quan khác nhau đã gây cùng cảm giác cho mắt người

Màu tía (Magnenta) không phải là một thực thể khách quan (vì không có bước sóng của màu tía)

mà do màu R và B kích thích vào 2 loại tế bào nón nhạy với màu R và B gây cho người quan sát có cảm giác màu tía

Sự trộn màu như vậy thực ra chỉ là kết quả lợi dụng sự nhầm lẫn của mắt và được khai thác triệt

để trong truyền hình màu

2.6 Nguyên lý Came a màu và đèn hình màu

2.6.1 Came a màu (Color Came a)

Điểm màu sau khi qua thấu kính và lăng kính sẽ chia làm 3 hướng, tạo ra các tia sáng 1, 2, 3 Các tia 1 và 3 sau khi qua lăng kính sẽ hướng lên trên và xuống dưới, gặp các gương 1 và 3 đổi phương thành đi ngang Tia 2 sau khi qua lăng kính cũng truyền theo phương ngang như hình 3.11 Sau đó, cả 3 tia được đưa vào các bộ lọc màu R,G,B để lọc lấy 3 thành phần màu Các thành phần này được đưa vào

3 tế bào nhạy với 3 màu (gọi là ống VIDICON 1,2,3), để biến thành 3 thành phần điện áp ER, EG, EB(gọi tắt là R, G, B) tỉ lệ với các thành màu tương ứng

Sự phân tích màu được thực hiện cho từng điểm ảnh của vật

Phía sau camera có bộ phận hoạt động như tế bào que tạo lại tín hiệu trắng đen, hay còn gọi là độ chói:

Y = 0,3R + 0,59G + 0,11B Mạch tạo ra tín hiệu trắng đen cho tivi gọi là mạch matrix Tín hiệu video tổng hợp R, G, B và độ chói Y sẽ được gửi đến máy thu.Sau đó, cho 3 tia R, G, B vào 3 Cathod của đèn hình để pha lại màu trên mặt đèn hình màu

Hình 2.12 Sơ đồ nguyên lý của mạch cộng tỉ lệ (Matrix)

để tái tạo độ chói Y từ các thành phần màu

2.6.3 Cấu trúc của đèn hình màu

Phát quang màu B

Phát quang màu G

Hình 2.13 Sơ đ ng yên ắc ổng hợp màu ừ 3 hành phần màu

Lưới hội tụ Focus

G LK

B LK

R LK Tim đèn

Các máy nội địa Nhật sản xuất trước 1979 còn loại đèn hình này Mặt đèn hình được phun sơn oxid đặc biệt để chùm tia đập vào với vận tốc cao thì phát ra ánh sáng màu Ba điểm màu tập trung thành một tổ hợp màu Khi ba chùm tia đập vào ánh sáng phát ra sẽ hoà lại cho ra 1 điểm màu

Trước mặt máy có mặt nạ đục lỗ giúp cho chùm tia hội tụ tại điểm 0 trước khi đập vào màn hình màu (Shadow mask) Mặt nạ đục lỗ làm bằng thép cứng Khi các chùm tia đến lỗ thì có một số e- đập vào mặt nạ sinh nhiệt nó rất nóng, năng lượng mất mát có khi lên đến 60% Ngoài ra khi mặt nạ bị nhiễm từ do loa, nam châm thì hình bị lem, nhiều vân nhiễu Lúc đó phải khử từ bằng máy khử dùng dòng cao tần Ở loại máy này có 12 biến trở ở đuôi đèn để chỉnh màu nên việc cân chỉnh gặp nhiều khó khăn, nhất là vấn đề chỉnh chùm tia Hiệu suất thấp 10% ÷ 15%  Công suất cung cấp gấp 10 lần TV trắng đen tương đương  đèn mau già

2.6.3.2 Đèn hình TRINITRON

Đèn hình  có chất lượng tương đối nhưng việc hiệu chỉnh tụm tia khó khăn và hiệu suất thấp Sau nhiều năm nghiên cứu, năm 1968 hãng SONY đèn hình màu TRINITRON

Màn hình photpho bây giờ gồm có các sọc R, G, B xếp xen kẻ

Mặt nạ đục lỗ được thay bằng lưới có điện thế âm  để hướng dẫn chùm tia bắn trúng vào các

tổ hợp màu, khi e- đến lưới nó sẽ bị điện thế âm đẩy lọt vào giữa chính vì công suất chỉ cần thấp và hiệu suất đạt được cao Ngoài ra vì lưới nhỏ nên ít bị nhiễm từ

Giữa các vạch màu có lằn đen để hấp thu các tia e- bị lệch gọi là vi sọc đen(Micro Black) nên màu không bị lem, hình rực và đẹp

Hiệu suất 25% ÷ 30%  Đèn hình bền, tuổi thọ cao, hiệu suất cao nhất so với các loại đèn hình

Mặt máy chứa

B

3 chùm tia e- o

Hình 2.16 Cấu trúc các tổ hợp màu và mặt nạ đục lỗ của đèn hình Delta

Về cơ bản, đèn InLine vẫn như đèn Trinitron nhưng để vạch màu được ngắt ra từng quảng tương ứng với dòng một Khe lưới hở cũng được thay đổi cho phù hợp và trước mỗi điểm G lại khoan một lỗ hình dạng y như điểm G Điều này làm giảm hiệu suất so với đèn Trinitron (thực tế chỉ còn 20% ÷ 25%)

Cho đến nay trừ hãng SONY vẫn duy trì sọc phát quang để tận dụng hiệu suất, còn tất cả các hãng trên thế giới đều dùng loại đèn InLine

2.7 Toạ độ màu

Một màu hoàn toàn được xác định bằng một điện áp của tín hiệu chói Y và 2 điện áp tín hiệu sắc (R – Y) và (B – Y) Nếu xem Y là một thông số (bằng bao nhiêu cũng được)  có thể biểu diễn tính chất một màu bằng hệ trục vuông góc: trục tung (R – Y), trục hoành (B – Y)

Ví dụ: màu trắng W có: R – Y = 0 và B – Y = 0 nên nằm tại tâm 0 của hệ trục

Hình 2.19 Ba cathod được bố trí trên cùng nằm trên một phẳng

CHƯƠNG 3: SƠ ĐỒ KHỐI MÁY THU HÌNH

3.1 Sơ đồ khối máy thu hình màu

Hình 3.1 Sơ đồ khối máy thu hình màu

3.2 Chức năng của các khối trong máy thu hình màu

3.2.1 Hộp kênh sóng VHF và UHF

Làm nhiệm vụ thu sóng cao tần từ đài phát gửi tới bao gồm sóng mang hình ảnh điều biên và sóng mang âm thanh điều tần, sau đó chọn lọc khuếch đại và đổi thành trung tần Ngoài ra hộp kênh còn làm nhiệm vụ

- Phối hợp trở kháng giữa anten và tầng khuếnh đại cao tần

- Cần đạt được tỷ số tín hiệu trên tạp âm lớn, sao cho độ nhiễu nhỏ

- Có độ khuếch đại lớn và có chiều rộng dải thông là 8MHz

- Có khả năng dao động tự kích nhỏ và ngăn cản dược tín hiệu dao động không quay trở lại anten của tầng trộn tần

3.2.2 Khối khuếch đại trung tần chung

Đảm nhận các chức năng sau:

- Khuếch đại trung tần chung cho biên độ lên hàng vạn lần

- Bảo đảm chọn lọc 40dB đối với các kênh lân cận kể cả mang hình và mang tiếng

- Đảm bảo độ khuếch đại điều khiển được 40dB đến 60dB

3.2.3 Tách sĩng và khuếch đại tín hiệu video

Làm nhiệm vụ tách sĩng điều biên lấy tín hiệu video màu, tạo ra điện áp 1 chiều để đưa lên hộp kênh

tự động điều chỉnh tần số ngoại sai Xử lý đường đi cho trung tần tiếng, tách riêng trung tần tiếng ra khỏi tín hiệu video màu và khuếch đại tín hiệu video màu đủ lớn

3.2.4 Khối đường tiếng

Bao gồm các khối : Khuếch đại cộng hưởng để lọc lấy trung tần tiếng, loại bỏ các thành phần tần số khác, khối tách sĩng điều tần để lấy ra âm tần sau đĩ qua khối khuếch đại âm tần, cơng suất âm tần để phát ra loa

3.2.5 Khối khuếch đại tín hiệu chĩi

Tín hiệu chĩi EY sau khi được tách từ khối tách sĩng video, đi vào mạch làm trễ 07 s μ cho tín hiệu chậm lại qua mạch khuếch đại rồi đến mạch ma trận R, G, B đồng thời với các tín hiệu màu rồi qua mạch lọc, lọc bỏ trung tần màu để khơng lẫn vào đường kênh chĩi, sau đĩ tín hiệu được khuếch đại đến giá trị cần thiết để đưa tới mạch ma trận

3.2.6 Khối giải mã màu

Đây là một khối quan trọng trong máy thu hình màu vì nĩ quyết định rất lớn đến chất lượng của ảnh truyền hình màu Khối này bao gồm đường kênh màu và kênh đồng bộ màu, khối này cĩ nhiệm vụ:

- Tách lấy tín hiệu màu tín hiệu truyền hình màu đầy đủ

- Khuếch đại tín hiệu màu tới giá trị cần thiết

- Giải mã tín hiệu màu để nhận lại các tín hiệu sắc (tín hiệu hiệu số màu ER – EY và EB – EY) gửi

đi từ đài phát Khối này cĩ nhiệm vụ:

+ Tách lấy tín hiệu đồng bộ màu để thực hiện đồng bộ và đồng pha cưỡng bức, mạch tạo lại sĩng mang mái 3,58 Mhz hoặc 4,43 Mhz trong máy thu hệ NTSC hoặc hệ PAL

+Lấy tín hiệu đồng bộ màu để thực hiện đồng pha chuyển mạch điện tử trong máy thu hệ PAL và hệ SECAM

+ Tự động cắt kênh màu khi thu chương trình truyền hình đen trắng (Kielerir – triệt màu) hoặc thu chương trình hình khác hệ, hay mức thu tín hiệu ở lối máy thu hình quá yếu Ngồi ra tuỳ theo loại máy thu hình màu, thường cĩ thêm xung tần số mành, hoặc xung tần số dịng để cho kênh đồng bộ màu ít ảnh hưởng của các loại nhiễu

EG – EY = -0,59 (ER – EY) – 0,19 (EB – EY)

Ma trận này nằm trong IC giải mã màu