Giáo trình Máy thu hình công nghệ cao và kỹ thuật số - CĐ Nghề Công Nghiệp Hà Nội

(NB) Giáo trình Máy thu hình công nghệ cao và kỹ thuật số với mục tiêu là Nắm được khái niệm về một số công nghệ mới áp dụng trên máy thu hình màu và màn hình phẳng. Trình bày được tính năng, tác dụng của một số công nghệ mới đang ứng dụng. Nhận xét được ưu nhược điểm của chúng.

TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ Chủ biên:HÀ THANH SƠN

-*** -

GIÁO TRÌNH MÁY THU HÌNH CÔNG NGHỆ CAO VÀ KỸ

THUẬT SỐ

( Lưu hành nội bộ)

HÀ NỘI 2012

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường trung cấp nghề, cao đẳng nghề Điện tử dân dụng thực hành nghề giữ một vị trí rất quan trọng: rèn luyện tay nghề cho học sinh Việc dạy thực hành đòi hỏi nhiều yếu tố: vật tư thiết bị đầy đủ đồng thời cần một giáo trình nội bộ, mang tính khoa học và đáp ứng với yêu cầu thực tế

Nội dung của giáo trình “Máy thu hình công nghệ cao và kỹ thuật số” đã được xây dựng trên cơ sở kế thừa những nội dung giảng dạy của các trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng đào tạo phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước,

Giáo trình được biên soạn ngắn gọn, dễ hiểu, bổ sung nhiều kiến thức mới và biên soạn theo quan điểm mở, nghĩa là, đề cập những nội dung cơ bản, cốt yếu để tùy theo tính chất của các ngành nghề đào tạo mà nhà trường tự điều chỉnh cho thích hợp và không trái với quy định của chương trình khung đào tạo cao đẳng nghề

Tuy các tác giả đã có nhiều cố gắng khi biên soạn, nhưng giáo trình chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong nhận được sự tham gia đóng góp

ý kiến của các bạn đồng nghiệp và các chuyên gia kỹ thuật đầu ngành

Xin trân trọng cảm ơn!

Tuyên bố bản quyền

Tài liệu này là loại giáo trình nội bộ dùng trong nhà trường với mục đích làm tài liệu giảng dạy cho giáo viên và học sinh, sinh viên nên các nguồn thông tin có thể được tham khảo

Tài liệu phải do trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội in ấn và phát hành

Việc sử dụng tài liệu này với mục đích thương mại hoặc khác với mục đích trên đều bị nghiêm cấm và bị coi là vi phạm bản quyền

Trường Cao đẳng nghề Công nghiệp Hà Nội xin chân thành cảm ơn các thông tin giúp cho nhà trường bảo vệ bản quyền của mình

BÀI 1: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ MỚI ÁP DỤNG TRÊN MÁY THU HÌNH

MÀU MÀN HÌNH PHẲNG

Mã bài: 01

- Xác định được các công nghệ mới trên máy thu hình màu màn hình phẳng

- Xác định được chức năng và tác dụng của các công nghệ mới áp dụng trên máy thu hình màn hình phẳng

Thái độ:

- Rèn luyện được tinh thần tự học, tinh thần giúp đỡ lẫn nhau

- Rèn luyện được tính cần cù, siêng năng học hỏi

Nội dung chính

1 Các công nghệ mới, tính năng, tác dụng và ưu nhược điểm của chúng

Mục tiêu:

- Nắm được tính năng, tác dụng của một số công nghệ mới

- Nêu được những ưu nhược điểm của các công nghệ mới

1.1 Hệ thống âm thanh đa kênh

1.1.1 Tính năng, tác dụng

Tại thời điểm hiện tại, việc tái tạo âm thanh và hệ thống truyền tải được sử dụng trong truyền hình và âm thanh phát sóng truyền hình thường là đơn âm hoặc hai kênh Tuy nhiên, như hệ thống âm thanh stereo hai kênh có nhiều hạn chế, một

hệ thống âm thanh được phát triển là âm thanh đa kênh Nó giúp cho chất lượng âm thanh được trung thực và sống động hơn

1.1.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Ưu thế của loa trung tâm

- Vị trí vùng nghe được mở rộng hơn

- Hình ảnh âm thanh có thể trộn lẫn với nhau từ phái trước

- Tín hiệu âm thanh được thực hiện trùng khớp với hình ảnh hơn

- Những lợi thế này đặc biệt hữu ích và hiệu quả cho bộ phim truyền hình, tài liệu, và tin tức, bởi vì một loa trung tâm có thể được sử dụng dành riêng cho đối thoại hoặc bài bình luận

- Ba kênh của khu vực phía trước cung cấp lợi ích khác cho sản xuất âm thanh truyền hình Trong sản xuất đa ngôn ngữ, các kênh trái và phải có thể được

sử dụng cho các hiệu ứng âm nhạc và âm thanh

Nhược điểm:

- Tốn nhiều kinh phí

- Cần có bộ thu thích hợp

- Việc mã hóa và giải mã phức tạp hơn

1.2 Hệ thống âm thanh Nicam

1.2.1 Tính năng, tác dụng

Nicam là một dạng nén không mất dữ liệu đầu tiên cho âm thanh kỹ thuật số (vắn tắt là âm thanh số)

Nicam là một hệ thống được phát triển bởi BBC một tổ chức cung cấp âm thanh nổi kỹ thuật số cho truyền hình tương tự Nó có nghĩa là âm thanh sắc nét và

rõ ràng , và bạn có thể nghe thấy các hiệu ứng âm thanh nổi đầy đủ

Tất cả các thiết bị phát sóng BBC đều phát sóng âm thanh nổi Nicam Bạn sẽ

có thể nhận được nó nếu bạn có bộ thu truyền hình tốt, hoặc bạn có thể phải điều chỉnh trên không của bạn

Để nghe được nó, bạn cần một máy truyền hình hoặc một máy thu âm thanh nổi với một bộ giải mã Nicam bên trong Bạn cũng có thể cần một bộ khuếch đại

âm thanh nổi và hai loa phóng thanh nếu TV của bạn không có sẵn

1.2.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Tăng chất lượng âm thanh

- Khả năng truyền hai kênh âm thanh Separate, truyền song ngữ

- Khả năng truyền dữ liệu thay vì truyền âm thanh

- Thích hợp với các chuẩn giao tiếp thông thường

Dịch vụ Teletext được chia thành 8 tạp chí, mỗi tạp chí chứa khoảng 100 trang Mỗi trang cũng có một trang phụ liên quan có thể được sử dụng để mở rộng

số lượng các trang cá nhân trong mỗi tạp chí

1.3.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm

- Công nghệ Teletext đã được chứng minh và đáng tin cậy

- Người xem có thể kiểm soát phụ đề được hiển thị

- Một đài truyền hình có thể cung cấp nhiều ngôn ngữ khác nhau trong một dịch vụ Teletext phụ đề

- Teletext đã được áp dụng trong hầu hết các nước sử dụng hệ thống truyền hình PAL để cung cấp một dịch vụ quan trọng đối với khán giả truyền hình những người khiếm thính

- Một số VCR trong nước không thể để ghi lại các tín hiệu Teletext chính xác

đủ để cho phép giải mã để phát lại

1.4 Jack và cáp Scart

1.4.1 Tính năng, tác dụng

Scart là một phương thức để kết nối các thiết bị với nhau, và nó đã trở thành tiêu chuẩn kết nối cho nhiều thiết bị Do Scart chỉ mang dữ liệu tương tự nên từ đó nhiều tiêu chuẩn số được ra đời như là HDMI HDMI - CEC có nguồn gốc từ AV link Scart

1.4.2 Ưu điểm của Scart

Hầu hết các đài truyền hình và các thiết bị âm thanh hình ảnh khác (TV, máy nghe nhạc, VHS, DVD, ) đặc biệt là ở châu Âu, đều sử dụng tín hiệu RGB thông qua kết nối Scart

Ưu điểm chính của Scart là khả năng gửi và nhận các loại tín hiệu khác nhau trên một kết nối duy nhất

Kết nối không chính xác: nếu dây cắm không được đưa vào jack của thiết bị một cách chính xác thì hình ảnh hoặc âm thanh có thể bị gián đoạn

1.5 Mạch quét 100 Hz

1.5.1 Tính năng, tác dụng

Mạch quét 100 Hz trên một TV là đề cập đến tốc độ refresh của TV Giả sử tốc độ refresh cao hơn thì hình ảnh sẽ mượt mà, làm cho chuyển động ít mờ hơn Trong đó, tốc độ refresh là tốc độ cập nhật hình ảnh của TV

Nhiều TV có tốc độ quét chậm (50 Hz hay 60 Hz) sẽ tạo ra vệt mờ và làm hình ảnh bị nhấp nháy trên TV Vì vậy để cải thiện tình trạng này người ta nâng cao tần số quét lên, tần số quét này có thể là 100 Hz, 120 Hz, 200 Hz, 400 Hz, 600 Hz,

1200 Hz …

1.5.2 Lợi ích của 100 Hz

Mạch quét 100 Hz có một lợi ích rõ ràng trong việc loại bỏ hiệu ứng bóng

mờ mà đôi khi mắt thường có thể nhìn thấy trong TV Các hiệu ứng bóng mờ được tao ra bởi các hình ảnh mới được hiển thị trước khi các hình ảnh trước đó đã phai

mờ dần đi

1.5.3 Nhược điểm:

- Cần có những linh kiện đáp ứng nhanh hơn nên chi phí sản xuất sẽ tăng

- Mạch điều khiển cũng như mạch quét sẽ phức tạp hơn

1.6 Mạch điều chỉnh tốc độ tia điện tử bên ngoài

1.6.1 Tính năng, tác dụng

Mạch điều chỉnh tốc độ tia điện tử là mạch dùng để điều khiển tốc độ cho tia điện tử, chùm tia điện tử này dùng để quét hình ảnh trên màn hình Điều chỉnh tốc

độ cho tia điện tử giúp cho việc quét hình với tần số được chính xác

1.6.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Mạch gồm những thiết bị thông thường, dễ điều khiển

- Giá thành thấp

Nhược điểm:

- Dễ bị ảnh hưởng bởi từ trường

- Màn hình với độ nét không cao

- Công suất tiêu hao lớn

1.7 Mạch điều chỉnh địa từ trường

1.7.1 Tính năng

Dòng điện là nguyên nhân sinh ra điện từ trường Dòng điện AC có thể xoay chiều theo chu kỳ Dòng điện 60 Hz là dòng điện xoay chiều 60 lần trong vòng 1 giây Chu kỳ này tạo nên dòng điện và từ trường có cùng tần số

Điện từ trường tạo ra từ dòng điện lớn hơn 60 Hz gọi là bức xạ ion bởi vì nó

có đủ năng lượng để tách electron ra khỏi nguyên tử Tia X có đủ năng lượng để phá hủy các phân tử chứa gene Nếu con người tiếp xúc nhiều với bức xạ ion có thể

bị ung thư

1.7.2 Ưu nhược điểm

- Trong một số trường hợp vẫn bị ảnh hưởng của từ trường

1.8 Khối xử lý trung tâm (CCU)

- Khi có những hư hỏng sẽ ảnh hưởng đến nhiều khối khác

- Do có tính phức tạp nên khó khăn cho việc sửa chữa

1.9 Tạo ảnh thực bằng kỹ thuật số

1.9.1 Tính năng, tác dụng

Trong truyền hình thì vấn đề hình ảnh luôn là vấn đề quan trọng, chất lượng hình ảnh có tốt hay không, có thực hay không thì tùy thuộc nhiều vào việc tạo ảnh

của TV Việc tái tạo ảnh để hình ảnh chất lượng đòi hỏi phải có độ chính xác cao, đồng thời cần có những giải pháp chống nhiễu để có những hình ảnh chân thực

1.9.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Loại bỏ được tình trạng bóng mờ khi hình chuyển động nhanh

- Khắc phục được những khuyết điểm: độ tương phản thấp, không sắc nét

- Loại bỏ những nhiễu trong khi truyền và xử lý tín hiệu hình

sổ khác nhỏ hơn được lồng vào đó Âm thanh thường là âm thanh của chương trình chính

1.10.2 Ưu nhược điểm

Ưu điểm:

- Đa chức năng, có thể xem nhiều chương trình trên một màn hình

- Có thể tùy biến, thay đổi kích thước của các màn hình

- Tiết kiệm thời gian (khi chờ một chương trình nào đó có thể xem được chương trình khác)

Nhược điểm:

- Kết nối phức tạp

- Có thể xem đa kênh nhưng chỉ nghe được âm thanh của một kênh, kênh còn lại không có tiếng

- Chỉ có TV công nghệ, kỹ thuật PIP mới đáp ứng được

2 Tổng kết các công nghệ mới đang ứng dụng trên máy thu hình màu màn hình phẳng

Mục tiêu: tổng kết các công nghệ mới đang ứng dụng, và một số công nghệ khác

Các công nghệ mới trên máy thu hình luôn được thay đổi và phát triển theo thời gian, những thay đổi đó là để thích ứng với những nhu cầu của xã hội hiện đại Ngoài ra hiện nay còn có một số công nghệ khác trên máy thu hình công nghệ cao như:

- Tiến bộ mới trong công nghệ truyền hình panel phẳng LCD cho phép màn hình lớn hơn, góc nhìn rộng hơn, và hình ảnh video chất lượng cao hơn Có kích thước tương đối nhẹ hơn, và bền hơn các TV CRT

- LED TV LCD sử dụng một bộ lọc bốn màu, thêm màu Y (màu vàng) thay vì chỉ có ba màu R (màu đỏ), G (xanh lá cây) và B (màu xanh lam)

- Các công nghệ trong TV với những tính năng và ứng dụng siêu việt như: + TV internet

+ Công nghệ 3D

+ Tự động nhận dạng mặt người

+ Điều khiển bằng giọng nói, bằng hành động của người

+ Khả năng nhận biết khoảng cách của người để điều chỉnh hình ảnh cũng như âm lượng phù hợp, giúp tiết kiệm năng lượng …

Câu hỏi:

Câu 1: Trình bày tính năng, đặc điểm và ưu nhược điểm của hệ thống âm thanh đa kênh và âm thanh Nicam ?

Câu 2: Trình bày đặc điểm, tính năng và ưu nhược điểm của Teletext ?

Câu 3: Trình bày đặc điểm, tính năng và ưu nhược điểm của Scart ?

Câu 4: Trình bày đặc điểm, tính năng và ưu nhược điểm của mạch quét 100Hz ?

Câu 5: Trình bày đặc điểm, tính năng và ưu nhược điểm của mạch điều chỉnh tốc

Câu 10: Hãy nêu một số công nghệ mới đang được ứng dụng trên máy thu hình hiện nay ?

BÀI 2: HỆ THỐNG ÂM THANH ĐA KÊNH

Mã bài: 02 Giới thiệu:

Âm thanh đa kênh là loại âm thanh phổ biến hiện nay, giúp cho ta nghe với

độ trung thực cao, sống động hơn Qua bài này sẽ giúp cho chúng ta hiểu được hệ thống âm thanh đa kênh hoạt động như thế nào, cách bố trí và sắp đặt như thế nào

là tốt nhất

Mục tiêu của bài:

Kiến thức:

- Phân biệt được các hệ thông âm thanh đa kênh đang hiện hành

- Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch âm thanh đa kênh điển hình

- Kiểm tra và sửa chữa những hư hỏng của mạch âm thanh đa kênh

Kỹ năng:

- Xác định được những hư hỏng của hệ thống âm thanh đa kênh

- Phân tích và dự đoán được những hư hỏng có thể xảy ra trong hệ thống âm thanh đa kênh

- Phát triển được kỹ năng tư duy, phán đoán trong công việc

Thái độ:

- Rèn luyện được tính cần cù, tỉ mỉ trong công việc

- Phát huy được khả năng làm việc chính xác, hiệu quả trong công việc

Nội dung chính

1 Khái niệm về âm thanh đa kênh

Mục tiêu: Nêu được khái niệm về âm thanh đa kênh và một số đặc tính của nó

Multichannel Television Sound (âm thanh truyền hình đa kênh) gọi tắt là

MTS, do BTSC (Broadcast Television Systems Committee: ủy ban phát sóng truyền hình) tạo ra nó MTS là phương pháp mã hóa thêm ba kênh âm thanh vào sóng mang theo định dạng NTSC

Hệ thống âm thanh đa kênh MTS được phát triển bởi Zenith, hệ thống MTS duy trì khả năng tương thích với những TV không có âm thanh nổi đang hiện hành,

và nó còn cung cấp âm thanh nổi chất lượng cao và chương trình âm thanh thứ 2 (SAP) MTS còn kết hợp cả hệ thống giảm tiếng ồn tiên tiến do công ty DBX phát triển

Hình 2.1 Cách bố trí các loa trong hệ thống âm thanh 5 kênh

Trong đó:

b: là khoảng cách từ kênh trái đến kênh phải, có khoảng cách từ 2m đến 4m h: là khoảng cách từ vị trí nghe đến kênh trung tâm, h = 0,9 b

θ: là góc tạo bởi giữa kênh trái và kênh phải, θ = 600

φ: là góc tạo bởi giữa kênh trung tâm với kênh trái phụ hoặc kênh phải phụ, φ =

1100 – 1200

rL: bán kính vùng nghe, rL 0,8 m

1.1 Các tín hiệu của MTS

Hệ thống MTS được sử dụng trong TV tương tự như trong lý thuyết của hệ thống âm thanh đa công FM Các tín hiệu của âm thanh đa kênh bao gồm các kênh: kênh đơn sắc (mono channel), kênh phụ stereo (stereo sub-channel), một kênh âm thanh thứ hai, và một kênh âm thanh chuyên nghiệp Các kênh này kết hợp lại với nhau thành một tín hiệu âm thanh hỗn hợp (xem hình 2.2) trước khi được điều chế vào sóng mang của âm thanh để phát đi

Hình 2 2 Trải phổ của tín hiệu Video

Mono channel: kênh đơn (L + R) thì giống hệt như tín hiệu một bên tai được sử

dụng trong định dạng âm thanh của hệ thống NTSC thông thường, kênh đơn này mục đích là để duy trì khả năng tương thích với các bộ thu mà chỉ có một bên âm thanh

Stereo sub-channel: kênh phụ stereo (L–R ), có thể gọi là kênh vi sai Kênh

phụ stereo (L–R) chứa đựng thông tin để phục hồi âm thanh trái – phải tại bộ thu Kênh này giống như kênh phụ stereo được dùng trong hệ thống FM Stereo Tuy nhiên, trong hệ thống MTS thì tín hiệu L–R được xử lý thông qua một hệ thống giảm tiếng ồn

Pilot – tín hiệu chỉ dẫn (pilot signal) tại tần số 15,734 Hz được dùng để nói với

bộ nhận là một tín hiệu âm thanh đang bắt đầu Nó là thông tin cần thiết cho công việc giải điều chế L–R

Secondary Audio Program (SAP): chương trình âm thanh thứ hai Kênh này

cho phép âm thanh khác, như là ngôn ngữ thứ hai, được phát sóng đi cùng với tín hiệu âm thanh

Professional channel: kênh chuyên nghiệp, kênh này dùng để chuyển phát đo

lường từ xa, như là thông tin từ thuyền viên truyền hình từ xa Nó không phải được dùng để phát thông tin truyền thông

1.2 Hoạt động của MTS

Để hiểu âm thanh Stereo của TV làm việc như thế nào thì chúng ta hãy xem xét cách tạo ra tín hiệu cho MTS như thế nào Sau đó, ta sẽ xem cách chuyển đổi

âm thanh trở lại dạng ban đầu

Hình 2 3 Sơ đồ mã hóa âm thanh đa kênh

Hình 2 4 Sơ đồ giải mã âm thanh đa kênh

Tín hiệu âm thanh được chia thành 2 tín hiệu âm thanh trái – phải Tín hiệu

âm thanh trái – phải này được tổng hợp lại để tạo nên cả hai tín hiệu L+R và tín hiệu âm thanh đảo L–R

Mỗi bộ mã hóa và giải mã của MTS đều được thêm vào 1 tín hiệu L-R (tín hiệu dịch phase, tao ra bằng cách tạo ra 1 khoảng thời gian trễ), tín hiệu này sẽ làm cân bằng cho kênh L+R để giữ cho âm thanh khỏi sự tách biệt nhau

Hình 2 5 Trải phổ của tín hiệu dải nền

Tín hiệu L+R là kênh âm thanh chính, nó nằm ở dải tần từ 50 Hz đến 15

kHz, cùng với băng tần của tín hiệu âm thanh đơn Tín hiệu âm thanh chính L+R này được thêm vào 75 S và vì thế sẽ làm lệch +/- 25 kHz so với sóng mang của những TV thông thường tín hiệu L+R này được thu bởi bộ thu đơn nên nó sẽ tương thích với các chuẩn TV

Tín hiệu L–R là kênh phụ hay kênh vi sai giữa kênh trái và kênh phải Tín

hiệu L–R được điều chế bằng bộ đảo của kênh phải (–R) và cộng với tín hiệu của kênh trái Tín hiệu vi sai (L–R) thì cần thiết để tách âm thanh trái - phải tại bộ thu

Tín hiệu vi sai (L–R) được mã hóa đầu tiên bằng mạch giảm nhiễu đặc biệt thiết kế bởi DBX Hệ thống giảm nhiễu này làm mở rộng phạm vi sử dụng của bộ thu MTS và còn khử được nhiễu tần số cao của bộ thu Mã hóa tín hiệu L–R rồi sau

đó điều chế sóng mang phụ 31,468 kHz để điều chế tín hiệu DSBSC Các dải bên

L–R chiếm khoảng 30 kHz băng thông của sóng mang 31,468 kHz Tất cả bộ thu phải thêm vào sóng mang để điều chế thông tin của L-R

Bởi vì thông tin âm thanh L-R nằm ở các dải bên, nên nó không cần thiết phải phát sóng mang Loại bỏ được sóng mang cho phép tất cả công suất phát sẽ được sử dụng cho việc phát thông tin và giảm được nhiễu

Pilot (tín hiệu chỉ dẫn) thì cần thiết bởi vì tín hiệu L-R được phát đi mà

không có sóng mang phụ theo định dang của DSBSC Bộ thu phải thêm vào một sóng mang phụ có tần số 31,468 kHz để khôi phục lại tín hiệu L-R Để làm điều này thì một mẫu của tần số quét ngang, gọi là Pilot có tần số là 15,734 kHz được trộn vào tín hiệu âm thanh Bộ thu sẽ sử dụng tín hiệu này rồi khóa pha để tạo ra sóng mang phụ có tần số 31,468 kHz để điều chế tín hiệu L-R Tín hiệu chỉ dẫn này cũng nói cho bộ thu biết rằng một tín hiệu âm thanh đang diễn ra

Kênh chương trình âm thanh thứ hai (SAP) mang chương trình âm thanh

khác như là một ngôn ngữ thứ hai Âm thanh SAP được gửi thông qua một hệ thống giảm nhiễu DBX giống như kênh phụ L-R Tín hiệu SAP có tần số điều chế

là 78,671 kHz Còn điều chế âm thanh thì có băng thông trong khoảng 50 Hz đến 10kHz

Cuối cùng, một kênh không có chương trình hay còn gọi là kênh chuyên

nghiệp được đặt ở tần số 102,271 kHz Kênh chuyên nghiệp này được sử dụng chủ yếu bởi những người phát thanh trên truyền hình và sẽ không được phép thu bởi những mạch giải mã MTS thông thường trong bộ thu

2 Các hệ thống âm thanh đa kênh

Mục tiêu: Phân biệt được hệ thống âm thanh theo tiêu chuẩn của Nhật Bản, Mỹ và Đức

2.1 Hệ thống âm thanh theo tiêu chuẩn Nhật Bản

Tiêu chuẩn EIAJ (Electronics Industry Association of Japan): EIAJ được phát triển vả sử dụng ở Nhật Bản Nó được phát triển vào những năm 1970, mục tiêu của EIAJ là sử dụng một sóng mang phụ lồng vào sóng mang âm thanh FM chính

Vào tháng 12 năm 2003, Nhật Bản bắt đầu phát sóng truyền hình số DTV ISDB-T (Integrated Services Digital Broadcasting) hay còn gọi là truyền hình số

BS Trong hệ thống truyền hình số này, Video được mã hóa theo chuẩn MPEG-2, còn âm thanh được mã hóa theo chuẩn MPEG-2 AAC (Advance Audio Coding)

Tháng 4 năm 2006 Nhật Bản bắt đầu phát sóng ISDB-T cho điện thoại, còn được gọi là 1seg, đó là bước thực hiện đầu tiên của H.264/AVC Video và âm thanh HE-AAC trong dịch vụ HDTV phát sóng trên mặt đất

Hình 2 6 Cách bố trí loa của hệ thống âm thanh hiện tại dựa trên tiêu chuẩn ITU-R

BS.775-1

Sơ lược về MPEG-2:

MPEG-2 là một tiêu chuẩn của các hình ảnh chuyển động và các thông tin liên quan đến âm thanh

Hình 2 7 MPEG-2 được sử dụng trong DVB (Digital Video Broadcast), DVD (Digital Versatile Discs), TS (Transport stream), PS (Program stream)

MPEG-2 được định dạng theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818-1 va ITU-T Rec.H.222.0

Tiêu chuẩn âm thanh của MPEG:

MPEG-1 (ISO/IEC 11172-3): kênh đơn (Mono) và 2 kênh (Stereo hoặc dual mono) mã hóa tại 32,44.1 có tốc độ lấy mẫu là 48 kHz Các tốc độ bit được xác định từ 32 đến 448 kb/s cho lớp I, từ 32 đến 384 kb/s cho lớp II (MP2), từ 32 đến

320 kb/s cho lớp III (MP3)

MPEG-2 BC (ISO/IEC 13818-3): một phần mở rộng đa kênh tương thích ngược với định dạng MPEG-1, thêm 5 kênh chính, 1 kênh LFE (Low Frequent Enhancement), dải tốc độ bit được tăng lên khoảng 1 Mbit/s

Sự mở rộng của MPEG-2 là hướng đến tốc độ lấy mẫu thấp hơn 16,22.05, tốc độ lấy mẫu 24 kHz, dải lấy mẫu từ 32 đến 256 kbit/s cho lớp I, và từ 8 đến 160 kbit/s cho lớp II và lớp III

MPEG-2 AAC (ISO/IEC 13818-7): là chuẩn mã hóa âm thanh chất lượng rất cao cho 1 đến 48 kênh với tốc độ lấy mẫu từ 8 đến 96 kHz, với tính năng đa kênh,

đa ngôn ngữ và đa chương trình

MPEG-2 AAC làm việc với tốc độ bit là 8 kbit/s cho tín hiệu thoại đơn âm,

và tăng lên hơn 160 kbit/s cho việc mã hóa chất lượng rất cao, nó cho phép nhiều chu trình mã hóa và giải mã

Hệ thống tiêu chuẩn của MPEG-2 AAC có 3 cấu hình: cấu hình chính, phức tạp thấp LC và khả năng mở rộng tốc độ lấy mẫu SSR

o Cấu hình chính cho phép mã hóa chất lượng âm thanh cao nhất tại cùng một tốc độ bit như MPEG-1

o Cấu hình LC được sử dụng trong truyền hình số của Nhật Bản, nó có thể giải mã với độ phức tạp ít hơn so với cấu hình chính, mặc dù nó làm giảm

đi một ít chất lượng âm thanh

o Cấu hình SSR cho phép giải mã theo những băng thông âm thanh thông thường Ba cấu hình của AAC cung cấp mức độ phức tạp và khả năng mở rộng khác nhau

MPEG-2 AAC cũng có thể đạt gần bằng chất lượng âm thanh của CD khi tốc

độ bit bằng một nửa tốc độ của MPEG-2 BC (Backward Compatible), phần mở

rộng của MPEG-1 mã hóa âm thanh đa kênh có khả năng tương thích với bộ giải

mã âm thanh 2 kênh MPEG-1

Ví dụ, âm thanh vòm 5.1 có thể được mã hóa với tốc độ 320 kb/s với chất lượng âm thanh của đĩa CD, còn âm thanh 2 kênh có thể mã hóa với tốc độ là 128 kb/s sử dụng cấu hình chính, hoặc tại tốc độ 144 kb/s nếu sử dụng cấu hình LC

MPEG-4 (ISO/IEC 14496-3): là chuẩn mới, việc mã hóa và tổng hợp âm thanh với một tốc độ bit có phạm vi rộng

2.2 Tiêu chuẩn âm thanh của Mỹ BTSC: Broadcast Television Systems Committee

Hình 2 8 Dải nền của âm thanh MTS trong hệ thống BTSC

2.2.1 Tiêu chuẩn âm thanh Stereo trong hệ thống BTSC

Các đài truyền hình có thể truyền âm thanh Stereo bằng cách sử dụng một sóng mang phụ trên sóng mang thanh Tín hiệu điều chế kênh chính sẽ là tín hiệu

tổng hợp của âm thanh Stereo, điều chế sóng mang phụ sẽ là tín hiệu mã hóa âm thanh Stereo khác

Hình 2 9 Sơ đồ mã hóa tín hiệu SAP và tín hiệu Stereo

Sóng mang phụ sẽ là họa âm thứ hai của tín hiệu Pilot, được phát tại tần số bằng với tần số quét dòng ngang là: 15 734 Hz +/- 2 Hz

Sóng mang phụ sẽ được điều biên tại dải biên kép bằng sóng mang triệt dải,

và nó có khả năng tiếp nhận một tín hiệu mã hóa âm thanh Stereo khác trong khoảng tần từ 50 Hz đến 15 000 Hz

Khi chỉ có sóng mang phụ Stereo được phát đi thì tần số tức thời của sóng mang phụ dự trữ sẽ nằm trong khoảng từ 47 kHz đến 120 kHz với sai số là +/- 500

Hz

2.2.2 Tiêu chuẩn của SAP trong hệ thống BTSC

Các đài truyền hình có thể phát một sóng mang phụ mang một chương trình

âm thanh thứ hai (SAP)

Tần số sóng mang phụ bằng họa âm thứ năm của tốc độ quét dòng ngang Tín hiệu mã hóa chương trình thứ hai có tần số điều chỉnh các sóng mang phụ không vượt quá +/- 10 kHz

Kênh phụ SAP cũng có khả năng tiếp nhận tín hiệu mã hóa chương trình thứ hai tại khoảng tần từ 50 Hz đến 10 000 Hz

Việc điều chế sóng mang âm bằng sóng mang phụ SAP không được vượt quá +/- 15 kHz

2.3 Tiêu chuẩn âm thanh của Đức

Tiêu chuẩn âm thanh FM-FM được sử dụng ở Đức, Áo, Hà Lan, Thụy Sĩ

và Úc Tiêu chuẩn này sử dụng một kênh đôi để truyền tải âm thanh Stereo FM ở dạng tương tự Cũng giống như MTS, kênh thứ cấp có thể được sự dụng để truyền tải một ngôn ngữ thứ hai

Tiêu chuẩn âm thanh Zweikanalton hay còn được gọi là Zweiton, hoặc

German stereo, hoặc A2 stereo, hoặc West German Stereo và IGR stereo

Zweiton được phát triển từ tiêu chuẩn âm thanh German A2 vào đầu những năm 1980 Zweiton là âm thanh số, như những hệ thống khác, Zweiton có một tín hiệu sóng mang chính và một tín hiệu sóng mang thứ cấp dùng cho âm thanh ngôn ngữ thứ 2 Zweiton là một hệ thống phát âm thanh TV được dùng ở Đức, Úc, Thụy

Sĩ và một số quốc gia khác những nơi mà sử dụng hệ PAL-B hay PAL-G Không giống như tiêu chuẩn NICAM, Zweiton là hệ thống tương tự

Zweiton có thể tương thích với bất cứ hệ thống TV tương tự nào đang hiện hành, và hệ thống PAL hiện đại hay những bộ thu truyền hình SECAM gồm có một

IC dò âm thanh, loại IC mà có thể giải mã cả hai hệ thống Zweiton và NICAM

Hệ thống Zweiton vừa có thể thực hiện một chương trình âm thanh hoàn toàn riêng biệt, vừa có thể được sử dụng để truyền âm thanh Stereo Như trong những trường hợp sau: thứ nhất là sóng mang FM mang (L+R)/2 để tương thích, thứ hai là sóng mang phụ mang R (không phải L-R) Sau khi nối 2 kênh, phương pháp này cải thiện tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu bằng cách làm giảm tiếng ồn tương quan giữa các kênh

3 Sơ đồ mạch điện âm thanh đa kênh điển hình

Mục tiêu: Nắm được sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch điện âm thanh đa kênh

Như trong hình 2.10 thì IC mã hóa MTS cần có bộ lọc dải hình (Mutara), bởi

vì phổ của video chỉ nằm trong khoảng dải tần 4,5 MHz, nên cần có bộ lọc này

Một bộ lọc thông thấp được mắc trên chân ngõ ra CA của N101 trước khi đưa vào IC điều chế N102 Nó là một bộ lọc Bessell với đặc tính là trở kháng ngõ vào thấp khoảng 500 Ω, trở kháng ngõ ra cao, và hoạt động trong tầm tần số khoảng 50 kHz

Tần số dao động của mạch rất khắt khe, nó chỉ cho sai số trong khoảng +/- 2 kHz dưới mọi điều kiện

Ngõ ra xung clock 4 Mhz của N101, với tần số khá chính xác, và được lọc trước khi đưa vào chân dao động (XTAL) để cấp xung dao động cho IC điều chế N102 Nó lọc đơn giản chỉ sử dụng một cuộn cảm 1 H, tụ 1500 F được mắc nối tiếp với điện trở 750 Ω

Trở kháng ngõ vào của IC điều chế chỉ trong khoảng 70 kΩ và để tránh nhiễu tần số thấp thì cần có tụ ghép khoảng 0,1 F hoặc lớn hơn

Ngõ ra có bộ lọc thông thấp gồm R10, C12 để cho tín hiệu được ổn định, bộ lọc trong khoảng tần số khoảng 50 kHz, tốt nhất nên dùng bộ lọc Bessell

Xung clock chủ cấp cho IC giải mã có thể cấp trực tiếp qua chân MCLK (Master Clock) hoặc một bộ dao động được tạo ra bằng một bộ PLL từ tín hiệu hình tổng hợp tại chân ngõ vào VID_IN

Dao động thạch anh cấp cho IC qua 2 chân XIN và XOUT để tạo xung cho

IC hoạt động, xung này dùng để điều chế RF hoặc những ứng dụng khác

Hình 2 10 Sơ đồ mã hóa âm thanh đa kênh

Hình 2 11 Sơ đồ mạch mã hóa âm thanh đa kênh

Hình 2 12 Sơ đồ mạch giải mã âm thanh MTS

4 Phương pháp chẩn đoán và sửa lỗi trong mạch âm thanh đa kênh

Mục tiêu: Có khả năng chẩn đoán và sửa chữa những hư hỏng thông thường trong mạch âm thanh đa kênh

4.1 Phương pháp chẩn đoán

Phần thực hành

 Khảo sát và nhận dạng khối linh kiện

- Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ, bao gồm: tua-vit, kìm, nhíp, khăn, hộp đựng ốc

vít …

- Bước 2: Tháo gỡ phần vỏ phía sau của TV (xem hướng dẫn bài 12)

- Bước 3: Xác định khối mạch điện liên quan đến mạch âm thanh đa kênh

- Bước 4: Khảo sát tình trạng của các linh kiện trong khối, kiểm tra sơ bộ xem

có hiện tượng gì khác thường như là: linh kiện bị rỉ sét, linh kiện bị cháy, nổ, linh kiện bị phù …

- Bước 5: Kiểm tra các dây nối giữa khối mạch đang xem xét với các khối lân

cận Cần chú ý đến các đầu dây cắm xem có còn nguyên vẹn, hay có bị lỏng hay không

- Bước 6: Ghi lại hiện trạng của khối mạch, những gì khác thường, hoặc còn

tốt vào bên dưới:

………

………

………

- Bước 7: Xác định một số linh kiện chính của khối mạch đang xét trên board

thực tế, chỉ rõ các IC, một số cuộn cảm, tụ điện, bộ dao động …

 Kiểm tra hoạt động của máy.

- Bước 1: Điều chỉnh nút Volume ở mức thấp nhất, rồi ta cấp nguồn cho thiết

bị

- Bước 2: Ta điều chỉnh cho âm thanh to dần và kiểm tra âm thanh ở ngõ ra

như thế nào Ta nên kiểm tra khi âm thanh đang hoạt động ở mức to, khi đó

ta sẽ thấy rõ được những khác biệt rõ rệt Chú ý xem âm thanh có những gì bất thường hay không, sau đó ghi lại hiện trạng ở bên dưới

Tình trạng của âm thanh:

………

………

……… Nhận xét về âm thanh đó:

………

………

- Bước 3: Ta cần chỉnh âm thanh to nhỏ khác nhau, theo nhiều kiểu trầm bổng

khác nhau Cần cho máy hoạt động trong một khoảng thời gian và lặp lại nhiều lần để có kết luận chính xác nhất

4.2 Cách sửa lỗi

Phần thực hành

Nếu có những âm thanh bất thường như: bị rè, bị sôi, âm thanh không thực,

bị méo giọng … thì cần tiến hành kiểm tra và sửa chữa mạch theo bước sau:

Bước 1: Đo tín hiệu ngõ vào trước khi vào IC xử lý âm thanh, các tín hiệu

này có thể đo từ jack cắm audio, cho đến chân input của IC, để xem tín hiệu có tốt hay không? Ghi kết quả và nhận xét vào bên dưới

Nhận xét về tín hiệu ngõ vào:

………

………

………

Nếu tín hiệu âm thanh tốt thì tiếp tục bước 2

Bước 2: Đo và kiểm tra tín hiệu âm thanh tại các chân output của IC xử lý

âm thanh, sau đó ghi nhận xét lại

Nhận xét về tín hiệu ngõ ra của IC:

………

………

………

Nếu tín hiệu ngõ ra bị mất, bị méo ta tiến hành hàn lại các mối hàn cho IC,

và kiểm tra lại, nếu không có gì khác biệt thì tiến hành thay thế IC Nếu tín hiệu ngõ ra này còn tốt, ta tiến hành bước 3

Bước 3: Đo và kiểm tra các bộ lọc, bộ khuếch đại và tín hiệu ở loa

Nhận xét về tín hiệu đo được:

Một số gợi ý về cách đo đạc, kiểm tra:

- Có thể tháo bỏ bớt một số tụ ghép để cô lập các khối, giúp cho việc xác định

- Kiểm tra các mạch lọc thông thấp của các ngõ vào và ngõ ra, nếu bị hư hỏng những mạch này thì sẽ làm cho âm thanh bị nhiễu

- Có thể có những linh kiện do lâu ngày, do di chuyển, nhiệt độ … làm hở chân linh kiện, linh kiện hoạt động sai, nên ta càn hàn lại các mối hàn cho những linh kiện này, hoặc có thể do tụ điện hoạt động lâu ngày bị khô, bị rỉ,

ta thay thế những tụ tương đương (chú ý về giá trị điện áp của tụ)

Câu hỏi:

Câu 1: Trình bày khái niệm về âm thanh đa kênh và những đặc tính của nó ?

Câu 2: Trình bày đặc điểm của hệ thống âm thanh theo tiêu chuẩn của Nhật, Mỹ và Đức ?

Câu 3: So sánh hệ thống âm thanh theo tiêu chuẩn Nhật, Mỹ và Đức ?

Câu 4: Trình bày nguyên lý hoạt động của mạch điện âm thanh đa kênh ?

Câu 5: Trình bày cách sửa khi hệ thống âm thanh có một trong những biểu hiện sau: âm thanh bị rè, không có tín hiệu âm thanh ngõ ra, âm thanh không trung thực? Câu 6: Hãy đưa ra một lỗi hư hỏng trong hệ thống âm thanh đa kênh và trình bày cách chẩn đoán và sửa chữa hư hỏng đó ?

BÀI 3 HỆ THỐNG ÂM THANH NICAM

Mã bài: 03 Giới thiệu:

Hệ thống âm thanh Nicam là một hệ thống được sử dụng chủ yếu ở Mỹ, nó cũng được sử dụng ở nhiều quốc gia khác Qua bài này sẽ cho ta biết được khái quát của một hệ thống âm thanh Nicam và nguyên tắc điều chế cũng như giải mã của hệ thống

Mục tiêu của bài:

Kiến thức:

- Khái quát được hệ thống âm thanh NiCam

- Phân tích được nguyên tắc giải điều chế và giải mã của mạch âm thanh NiCam

- Kiểm tra và sửa chữa những hư hỏng của mạch âm thanh NiCam

Kỹ năng:

- Xác định được những hư hỏng của hệ thống âm thanh Nicam

- Phân tích và dự đoán được những hư hỏng có thể xảy ra trong hệ thống âm thanh Nicam

- Phát triển được kỹ năng tư duy, phán đoán trong công việc

Thái độ:

- Rèn luyện được tính cần cù, tỉ mỉ trong công việc

- Phát huy được khả năng làm việc chính xác, hiệu quả trong công việc

Nội dung chính

1 Khái niệm về âm thanh Nicam

Mục tiêu: Nắm được khái niệm về hệ thống âm thanh Nicam và một số đặc điểm của nó

Nicam hay Nicam 728 là từ viết tắt của Near Instantaneous Companded Audio Multiplex là một dạng nén không mất dữ liệu đầu tiên cho âm thanh kỹ thuật

số (vắn tắt là âm thanh số)

Tiền thân của nó được phát triển để ứng dụng trong các liên kết điểm nối điểm của các mạng lưới phát thanh vào đầu những năm 1970 Sau đó, trong những năm 1980, các nhà đài mới bắt đầu sử dụng Nicam như là một chuẩn nén trong hệ thống TV âm thanh nổi của họ Tiêu chuẩn âm thanh Nicam thường được sử dụng phổ biến ở Mỹ

Hình 3 1 Sơ đồ khối của một hệ thống Nicam NC200A

1.1 Sự nén-giãn gần như tức thời (Near Instantaneous Companding)

Ý tưởng này được mô tả đầu tiên vào năm 1964, “sự định tầm” (ranging) sẽ được áp dụng trên tín hiệu tương tự trước khi chuyển đổi ADC (tương tự sang số)

và sau khi chuyển đổi DAC (số sang tương tự) Đưa ý tưởng này vào trong phát thanh truyền hình (broadcasting), trong đó sự nén-giãn sẽ được làm hoàn toàn trên

số sau khi chuyển đổi ADC và trước khi chuyển đổi DAC

Hình 3 2 Sự mã hóa tín hiệu âm thanh số đã được nén-giãn

1.2 Các liên kết điểm nối điểm

Ban đầu, Nicam dự định cung cấp cho các nhà đài với 6 kênh âm thanh chất lượng cao trong một băng thông 2048 kbit/s Cấu hình này được chọn để tương hợp với tốc độ đa hợp sơ cấp E1 và các hệ thống dùng hoạt động ở tần số này dễ dàng

sử dụng PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) cho mạng viễn thông quốc gia và quốc tế

Một số hệ thống tương đương đã được phát triển ở nhiều quốc gia khác nhau như là: hệ thống RAI, hệ thống NICAM-type, NICAM-1 (13:10), NICAM-2 (14:11), NICAM-3 (14:10) Trong đó, NICAM-2 cho chất lượng âm thanh tốt nhất, nhưng tồn tại nhiều nhược điểm, vì vậy NICAM-3 được sử dụng nhiều hơn

Để tương thích với mono, tín hiệu Nicam được truyền trên một sóng mang phụ dọc theo sóng mang âm thanh Điều đó có nghĩa là sóng mang âm thanh mono trong các hệ thống FM và AM chỉ còn lại âm thanh mono

Trong truyền hình, có thể phát sóng mang âm thanh mono hay stereo hay đồng thời cả mono và stereo và ở bộ thu người ta có thể chọn chế độ âm thanh muốn nghe bằng bộ chọn âm thanh (sound-select control)

Hình 3 3 Trải phổ của tín hiệu Nicam

Trong hệ thống Nicam, sóng mang âm thanh có tần số 5.85 MHz, sóng mang video nằm trong khoảng 6.5 MHz đến 5.5 MHz

Hiện tại, Nicam có các chế độ phát và nhận như sau Chế độ có thể được chọn bằng 3 bit trong trường của data stream

- Một kênh âm thanh stereo số

- Hai kênh âm thanh mono số khác nhau

- Một kênh âm thanh mono số và một kênh dữ liệu 352 kbit/s

- Một kênh dữ liệu 704 kbit/s

1.3 Sự truyền các gói Nicam

Bốn giai đoạn trong xử lý âm thanh trước khi truyền:

Hình 3 4 Các giai đoạn trong xử lý âm thanh

Các gói dữ liệu Nicam (vắn tắt là gói Nicam), ngoại trừ các header, đều được trộn với bộ phát bit giả ngẫu nhiên 9-bit trước khi truyền

Bộ phát giả ngẫu nhiên này sinh ra một bit stream với chu kỳ lặp lại là 511 kbit/s

Công thức của bộ giả ngẫu nhiên là x9 + x4 + 1

Bộ giả ngẫu nhiên bắt đầu với dữ liệu 111111111

Việc tạo Nicam bitstream giống với nhiễu trắng là điều quan trọng bởi vì nó

sẽ làm giảm nhiễu tạo mẫu (patterning interference) trên các kênh TV đặt kế cận nhau

Các header không được trộn với các bit giả ngẫu nhiên Điều này là cần thiết

vì để khóa dòng dữ lệu Nicam lại và tái đồng bộ hóa dòng dữ liệu này ở máy thu

Ở thời điểm bắt đầu của mỗi gói Nicam thì thanh ghi dịch của bộ phát giả ngẫu nhiên được reset về không

AD

C

Near Instantaneous

ation Analog sound

signal

Hình 3 5 Sơ đồ hoạt động của thanh ghi dịch

1.4 Các vấn đề truyền dẫn trong Nicam

Nicam không giống chuẩn CD vì lấy mẫu 14 bit ở tần số 32 kHz

Giới hạn tần số trên của kênh âm thanh Nicam là 15 kHz do các bộ lọc lược

Tín hiệu 3 bit điều khiển cho mỗi khối ghi trong đó các bit bị bỏ qua

Sự nén-giãn số sẽ đảm bảo cho các thuật toán mã hóa và giãi mã hoàn hảo

2 Mã hóa - giải mã của mạch âm thanh Nicam

Mục tiêu: Nắm được sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch mã hóa âm thanh Nicam

2.1 Sơ đồ và nguyên lý hoạt động của mạch mã hóa âm thanh Nicam

Mô tả các chân của IC MC44

VINA: ngõ vào kênh A

C1-C4: điều khiển ngõ vào

VREFP: điện áp tham chiếu cho ADC, VREFM: điện áp tham chiếu cho ADC,

điện áp dương điện áp âm

VAGO: mass ảo cho analog SYS_I: chọn định dạng ngõ ra

VINB: ngõ vào kênh B QPSK: ngõ ra âm thanh QPSK

XTAL: dao động thạch anh CLK4MHZ: ngõ ra xung clock 4 Mhz,

cấp cho IC điều chế

Hình 3 6 Sơ đồ mạch điện mã hóa âm thanh Nicam 728

Hình 3 7 Sơ đồ khối của IC mã hóa âm thanh Nicam

Các ngõ vào của kênh A và kênh B được lọc bỏ thành phần DC trong mạch bởi 2 tụ 1 F

Ngõ ra xung clock 4 MHz cấp xung hoạt động cho IC điều chế Audio/Video, ngõ ra này được lọc bằng bộ lọc thông thấp, bộ lọc này gồm một cuộn cảm 1 H song song với tụ 1500 F, mắc nối tiếp với điện trở 750 Ω như hình dưới đây

Hình 3 8 Sơ đồ của bộ lọc thông thấp