TIỂU LUẬN môn học “kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH đề tài tổng quan hệ truyền hình màu NTSC

Hệ NTSC cho phép dùng một tín hiệu màu có dải tần rộng và một tín hiệu màu có dải tần hẹp hơn, phối hợp độ rõ màu của ảnh truyền hình và khả năng chống lại các hiện tượng nhiễu giữa các

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

“KỸ THUẬT PHÁT THANH

TRUYỀN HÌNH”

Đề tài:

“Tổng quan hệ truyền hình màu NTSC”

Sinh viên thực hiện :

Mã sinh viên :

Nhóm môn học :

Hà Nội, tháng 6/2021

Mục lục

Danh mục hình vẽ 3

Thuật ngữ viết tắt 4

LỜI NÓI ĐẦU 5

1 Tổng quan hệ truyền hình màu NTSC 6

1.1 Giới thiệu chung 6

2 Tín hiệu và phổ trong hệ màu NTSC 7

2.1 Tín hiệu mang màu cao tần 7

2.2 Chọn tần số sóng mang phụ 9

2.3 Phổ tần của các tín hiệu truyền hình 9

2.4 Tín hiệu đồng bộ màu NTSC 10

3 Sơ đồ hệ thống trong hệ màu NTSC 11

3.1 Bộ mã hóa tín hiệu màu hệ NTSC 11

3.2 Bộ giải mã tín hiệu màu NTSC 12

3.3 Đặc điểm của hệ thống truyền hình màu NTSC 13

Danh mục hình vẽ

Hình 1: Quan hệ giữa trục I, Q và (R-Y), (G-Y) 3

Hình 2: Điều chế vuông góc 4

Hình 3: Dạng tín hiệu đầu ra ở mạch biên nén 5

Hình 4: Phổ tần tín hiệu màu 7

Hình 5: Xung đồng bộ màu hệ NTSC 7

Hình 6: Sơ đồ khối của bộ lập mã màu ở hệ NTSC 8

Hình 7: Sơ đồ khối chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC 9

Thuật ngữ viết tắt

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống của con người ngày càng được nâng cao, các chương trình truyền hình ngày càng giữ vai trò không thể thiếu trong đời sống xã hội Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật các hệ thống truyền hình cũng có nhiều sự thay đổi mạnh mẽ

Truyền hình là hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu nay thành dạng ban đầu và hiển thị lên màn dưới dạng hình ảnh Truyền hình dựa trên đặc điểm của mắt người về cảm nhận ánh sáng, để truyền đi thông tin cần thiết Hệ thống truyền hình ra đời và phát triển

Truyền hình tương tự Truyền hình đen trắng: Ra đời năm 1920 và được xem như hoàn tất vào năm 1945, với sự ra đời của ông Vidicon, dựa trên đặc tính quang trở của chất bán dẫn Nó bao gồm 3 hệ là: FCC, OIRT,và CCIT

Truyền hình màu dựa trên lý thuyết ba màu Trong đó mọi màu sắc đều có thể tạo ra từ các màu cơ bản Tín hiệu màu có độ rộng dải tần lớn hơn tín hiệu đen trắng.Truyền hình màu được phát triển dựa trên

kỹ thuật truyền hình đen trắng do đó để có thể đồng thời sử dụng được cả truyền hình màu và đen trắng phải thỏa mãn tính kết hợp Tức là truyền hình màu có thể thu được chương trình đen trắng và ngược lại Truyền hình màu cũng không được làm tăng độ rộng băng tín hiệu, không được làm tăng số kênh thông tin

Vào tháng 12 năm 1953, FCC đã nhất trí phê duyệt tiêu chuẩn

truyền hình màu NTSC (sau này được định nghĩa là RS-170a) Tiêu

chuẩn màu tương thích giữ lại khả năng tương thích ngược hoàn toàn với các TV đen trắng hiện có Thông tin màu sắc đã được thêm vào hình ảnh đen trắng bằng cách giới thiệu sóng mang con màu chính xác là 315/88 MHz Tần số chính xác được chọn sao cho các thành phần điều chế tốc độ đường ngang của tín hiệu sắc độ rơi chính xác

ở giữa các thành phần điều chế tốc độ đường ngang của tín hiệu độ chói, do đó cho phép tín hiệu sắc độ được lọc ra khỏi tín hiệu độ chói với sự suy giảm nhỏ của tín hiệu độ chói.

Sau đây em đi tìm hiểu chi tiết hơn về tiêu chuẩn truyền hình màu NTSC

1 Tổng quan hệ truyền hình màu NTSC

1.1.Giới thiệu chung

NTSC (National Television System Committee) được đặt theo tên của Uỷ ban Hệ thống truyền hình Quốc gia, là hệ thống màu truyền hình tương tự được sử dụng ở hầu hết Bắc Mỹ từ năm 1954 cho đến khi chuyển đổi kĩ thuật số Tiêu chuẩn NTSC đầu tiên được phát triển vào năm 1941 và không có quy định về màu sắc Năm 1953 thì một tiêu chuẩn NTSC thứ hai đã được thông qua, cho phép phát sóng truyền hình màu tương thích với các máy thu đen trắng hiện có NTSC là hệ thống màu phát sóng được áp dụng rộng rãi đầu tiên và vẫn chiếm ưu thế đến những năm 2000, khi nó bắt đầu được thay thế bằng các tiêu chuẩn kỹ thuật số khác nhau như ATSC và các tiêu chuẩn khác

Theo hệ NTSC, tín hiệu chói được tạo ra từ ba tín hiệu màu cơ bản

và phát đi trong toàn dải tần dành cho hệ thống truyền hình đen trắng thông thường Tín hiệu chói được xác định theo biểu thức như sau:

U Y ' =0,299 U ' K +0.587 U G ' +0,114U B ' (1)

Trong đó U Y ' ,U K ' ,U B ' ,U G ' là các giá trị điện áp tín hiệu chói và ba 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 Hệ NTSC cho phép dùng một tín hiệu màu có dải tần rộng và một tín hiệu màu có dải tần hẹp hơn, phối hợp độ rõ màu của ảnh truyền hình và khả năng chống lại các hiện tượng nhiễu giữa các tín hiệu màu sai lệch đồng bộ Để có thể “đan” các vạch phổ của tín hiệu màu vào tín hiệu chói, các tín hiệu màu được dịch phổ về phía trên bằng phép điều chế với tần số sóng mang phụ xác định Sự điều chế ở đây khá khác biệt gọi là điều chế vuông góc, cho phép bằng một sóng mang phụ có thể mang đi hai tin tức độc lập, đó

là hai tín hiệu màu

Hình 1: Quan hệ giữa trục I, Q và (R-Y), (G-Y).

Kết quả nghiên cứu cho thấy chỉ có các màu nằm theo hướng Q (Hình 1.1) lệch pha 33° 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, thông dải tương ứng đều xấp xỉ 1,5 MHz

Vì vậy, ở hệ thống NTSC không sử dụng hệ trục (R-Y) và (B-Y) mà hai tín hiệu màu tính theo hệ tọa độ I, Q và được gọi là tính hiệu U I ,U Q .

Tín hiệu màu U I ,U Q được tính theo biểu thức:

U I =0,735 U R−Y +0,268U B−Y(2)

U Q =0,487 U R−Y +0,413U B−Y(3)

2 Tín hiệu và phổ trong hệ màu NTSC

2.1.Tín hiệu mang màu cao tần

Tín hiệu mang màu cao tần U Cmang hai tin tức màu khác nhau đó

là U ' I vàU Q ' (là các giá trị đã hiệu chỉnh gamma của U I ,U Q¿.Tín hiệu U ' I

điều chế biên độ một dao động hình cosin với tần số sóng mang phụ

là f sc, còn tín hiệu U Q ' điều chế biên độ dao động hình sin cùng tần số

f sc '

Hình 2: Điều chế vuông góc

Theo hình 2, từ tín hiệu điều chế U ' I và U Q ' tại đầu ra của hai mạch điều biên cân bằng tín hiệu có dạng:

u a =U I ' cos ⁡(ω sc t +33°) (4)

u b =U Q ' cos ⁡(ω s c ' t+33°) (5)

Hình 3: Dạng tín hiệu đầu ra ở mạch biên nén

- Hình 3a, tín hiệu giả sử là hình sinh có biên độ v(t)=V0sin 2 πft

- Hình 3b là sóng mang phụ f SC =3,58 MHz có biên độ

v0(t)=V0sin 2π f SC tvới V0≫V

- Hình 3c là sóng điều biên thông thường, trong đó biên độ của sóng mang phụ thay đổi theo dạng tín hiệu, tần số vẫn giữ nguyên là 5,8MHz Để ý là biên độ của sóng điều biên thông thường phải cao tối thiểu là gấp hai lần biên độ của tín hiệu

- Hình 3d, để có sóng điều biên nén ta hãy tưởng tượng nén cả hai đỉnh của sóng điều biên thông thường lại, nén cho tới khi tại mức zero của tín hiệu (cả ở mức trên lẫn mức dưới) nhập dính vào nhau ngay tại mức zero của sóng mang phụ

Như vậy trong sóng điều biên nén:

- Tần số sóng mang phụ vẫn giữ nguyên

- Biên độ đỉnh-đỉnh bằng chính biên độ đỉnh-đỉnh của tín hiệu

- Tại mức mà tín hiệu bằng 0, thì biên độ của sóng điều biên nén cũng bằng 0 Nói cách khác đi trong mạch điều biên nén khi không có tín hiệu thì cũng không còn sóng mang phụ nữa

- Mỗi khi điện áp tín hiệu đổi chiều từ dương sang âm hay ngược lại thì sóng mang phụ lại đảo pha 180°

Như vậy tín hiệu màu của hệ thống NTSC là tín hiệu điều biên, điều pha có tần số bằng tần số sóng mang phụ

2.2.Chọn tần số sóng mang phụ

Để nhiễu của tín hiệu mang màu cao tần đối với kênh tín hiệu chói

ít nhất cần chọn tần số sóng mang phụ theo biểu thức:

f SC=(2 n+1)(f H/2)(6) trong đó : n – số nguyên dương

fH – tần số dòng

fSC – tần số sóng mang phụ với fSC bằng 1 số lẻ lần nửa tần số dòng, phổ của tín hiệu màu sau điều chế xen kẽ với phổ của tín hiệu chói Thông tin về màu sắc của ảnh cần truyền được truyền trong cùng dải phổ của tín hiệu truyền hình đen – trắng

Để tránh can nhiễu vào tín hiệu chói , hiệu giữa trung tần tiếng và sóng mang màu cũng phải bằng một số lẻ lần nửa tần số dòng Nói một cách khác, trung tần tiếng (fm) phải bằng một số nguyên lần tần

số dòng:

f m =n f H (7)

Hệ NTSC ra đời trong môi trường đã tồn tại truyền hình đen trắng theo tiêu chuẩn FCC trong nhiều năm, trung tần tiếng của hệ FCC bằng 4,5MHz Với hệ NTSC tiêu chuẩn (z = 525 dòng) chọn n = 286

sẽ thỏa mãn điều kiện trên, ta có:

 Tần số dòng:

f H = 4,5.106

286 ≈15734,264(Hz)(8)

 Tần số mặt:

f V=2f H

z =59,94(Hz)(9)

 Tần số sóng mang phụ:

f SC=(2n+1)(f H/2)=3,58(MHz)(10)

Tương tự hệ NTSC 625 dòng, chọn n = 283 ta có:

f SC=(2 n+1)(f H/2)=4,43(MHz)(11)

2.3.Phổ tần của các tín hiệu truyền hình

Phổ tần của tín hiệu màu đầy đủ trong hệ NTSC bao gồm phổ tần tín hiệu chói Y’ và phổ tần tín hiệu màu I và Q Dải tần của tín hiệu chói từ (0 ÷ 4,2) MHz, của tín hiệu màu Q từ (3 ÷ 4,2) MHz, của tín hiệu màu I từ (2,3 ÷ 4,2) MHz Cả hai dải biên tần của tín hiệu Q đều

được truyền sang phía thu còn tín hiệu I bị nén một phần biên tần trên, hình 4

2.4.Tín hiệu đồng bộ màu NTSC

Tại máy thu nhận được tín hiệu điều biên nén, phải tách sóng để lấy lại tín hiệu Một cách đơn giản là “kéo dãn” sóng điều biên nén ra bằng cách cộng thêm vào sóng điều biên nén một sóng mang hình sin thuần tuý Phép cộng này chỉ lấy đúng ra được tín hiệu khi pha của sóng sin cũng chính là pha của sóng điều biên nén Tức là để cho màu sắc của ảnh truyền hình màu không sai khác so với màu sắc của ảnh cần truyền đi, cần phải đảm bảo điều kiện tần số và pha của sóng mang phụ chuẩn được tạo ra của máy thu hình và sóng mang phụ ở phía phát luôn luôn bằng nhau

Hình 5: Xung đồng bộ màu hệ NTSC

Tại máy thu người ta có thể dễ dàng tạo ra sóng mang hình sin bằng một thạch anh, nhưng làm sao đảm bảo pha của sóng sin này cũng trùng với pha của sóng mang tại đài phát Đối với hệ NTSC, do tần số mang màu fSC bị nén hoàn toàn ở mạch điều biên cân bằng, bên phát không truyền sang phía thu, vì vậy máy phát phải truyền đi

Hình 4: Phổ tần tín hiệu màu

Q

Biên

độ

0 1 2 3 3.58 4.2 Tần

tín hiệu đồng bộ màu (Colour Burst), mang tin tức về pha gốc của sóng mang phụ, để thực hiện đồng bộ và đồng pha cưỡng bức sóng mang phụ được tạo ra ở máy thu Tín hiệu đồng bộ màu là chuỗi xung gồm 8 đến 10 chu kỳ, có tần số đúng bằng tần số sóng mang phụ, và được đặt sau các xung xóa dòng

3 Sơ đồ hệ thống trong hệ màu NTSC

3.1 Bộ mã hóa tín hiệu màu hệ NTSC

Hình dưới là sơ đồ khối đơn giản của bộ lập mã màu hệ NTSC.Trong sơ đồ này không vẽ các mạch khuếch đại,mạch ghim,mạch vi phân …

 Mạch ma trận: nhận điện áp tín hiệu màu cơ bản UR, UG, UB để tạo ra các tín hiệu độ chói UY và hai tín hiệu màu UI, UQ theo công thức (1), (2), (3)

- Tín hiệu độ chói UY có dải tần rộng 0 đến 4,2 MHz nên phải qua dây trễ để làm chậm tín hiệu lại, sau đó đưa qua bộ khuếch đại UY để khuếch đại tín hiệu đủ lớn cung cấp cho bộ cộng

- Tín hiệu UI sau khi qua mạch lọc thông thấp có dải tần từ 0 đến 1,3 MHz, dải tần này rộng hơn dải tần của tín hiệu UQ, nên cũng phải đưa qua dây trễ, rồi đưa tới bộ khuếch đại UI để khuếch đại điện áp đủ lớn

- Tín hiệu UI sau khi qua mạch lọc thông thấp có dải tần hẹp nhất 0 đến 0,6 MHZ, do đó tín hiệu này không qua dây trễ mà đưa thẳng tới

bộ khuếch đại UQ

U I

U Q

U Y

U B

U G

U R

+ ¿

Điều biên

Điều biên nén 1

Tạo xung đồng

bộ màu

Trễ pha

90°

Khuếch đại

U IQ

Khuếch đại

U y

Khuếch đại

U y

Dây trễ

Dây trễ

Lọc thông thấp (0 ÷1,3 MHz)

Lọc thông thấp (0÷0,6 MHz)

Tạo xung đồng

bộ dòng, mành

Tạo sóng mang phụ

Mạch

ma

trận

U M

Hình 6: Sơ đồ khối của bộ lập mã màu ở hệ NTSC

 Bộ tạo sóng mang phụ fSC: Đây là bộ dao động tự kích thích có nhiệm vụ tạo ra tần số fsc = 3,58 MHz Tần số fsc được đưa trực tiếp

tới bộ điều chế tín hiệu Ut đồng thời tần số fsc được đưa qua bộ trễ

pha 90 ° rồi đưa tới bộ điều chế biên độ tín hiệu UQ

 Bộ điều biên nén (SAM = Suppress amplitude modulator): trước khi đău tín hiệu sắc tổng hợp với tín hiệu chói, ta phải điều bên nén

tín hiệu UI và UQ vào sóng mang phụ fsc

Điều biên có nhiệm vụ lấy tín hiệu sắc điều chế biên độ vào sóng mang phụ fsc sau đó nén tần số sóng mang phụ fsc và chỉ đưa ra hai

dải tần biên trên và biên dưới

 Bộ điều biên nén 1 có nhiệm vụ lấy tín hiệu màu UI điều biên nén vào tần số sóng mang phụ fsc, để tạo ra tín hiệu song biến nén

tần số mang

 Bộ điều biên nén 2 có nhiệm vụ lấy tín hiệu màu UQ điều biên nén vào tần số sóng mang màu phụ fsc đã trễ pha 90 ° , để cho tín

hiệu song biên nén tần số mang

 Bộ cộng có nhiệm vụ tổng hợp các tín hiệu độ chói UY, tín hiệu sắc UQ, xung đồng bộ dòng, xung đồng bộ mành và xung đồng

bộ màu để tạo thành tín hiệu tổng hợp UM

3.2 Bộ giải mã tín hiệu màu NTSC

 Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC :

 Sơ đồ:

−U G

−U R

U Y

U M

Lọc dải

0 ¿ 0.6 MHz

Tách sóng

U I

Tách xung đồng bộ màu

Dây trễ

Lọc dải

0 ¿ 1.3MHz

Tách sóng U I

Khuếch đại sắc

U C

Lọc

thông

dải

Mạch khuếch đại và mạch ma trận

Lọc chắn dải 3.58MHz Dây trễ

Khuếch

đại

 Chức năng:

 Bộ khuếch đại nhận tín hiệu tổng hợp U M rồi khuếch đại

 Kênh chói: Để cho tín hiệu chói và các tín hiệu màu của một phần tử ảnh đến mạch ma trận hoặc đèn hình màu cùng một lúc

 Kênh màu :

- Mạch lọc thông dải chọn lấy tín hiệu màu, tín hiệu đồng bộ màu và nén các thành phần tần thấp của tín hiệu chói nằm ngoài phổ tần tín hiệu màu

- Mạch khuếch đại sắc U C là bộ khuếch đại cộng hưởng nhằm khuếch

đại điện áp tín hiệu sắc

- Bộ tạo sóng mang phụ f ' SC có nhiệm vụ tạo lại tần số sóng mang f SC

- Bộ tách sóng tín hiệu sắc có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên, sau đó tách sóng điều biên để lấy tín hiệu U I và

U Q

- Mạch tách sóng U I nhận tín hiệu song biên và tần số mang tự tao f ' C

đã trễ pha 90o, để thay đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên, sau

đó tách sóng điều biên để lấy tín hiệu màu U BY hay U Q.

 Mạch khuếch đại và mạch ma trận: Khối này có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu màu U RY và U BY thành U GY sau đó khuếch đại ba tín hiệu màu U RY, U GY và U BY

Hình 7: Sơ đồ khối chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC

3.3 Đặc điểm của hệ thống truyền hình màu 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 còn tồn nhiều nhược điểm cho nên nó không được

sử dụng ở châu Âu và nơi khác

 Ưu điểm chính của hệ thống NTSC là đơn giản, thiết bị mã hóa

và giải mã không phức tạp vì vậy giá thành của thiết thấp hơn so với thiết bị của các hệ thống khác

 Khuyết điểm chính của hệ thống NTSC là rất dễ bị sai màu khi

hệ thống truyền tín hiệu màu không lý tưởng và có nhiễu