Truyền hình số

Tài liệu tham khảo kỹ thuật công nghệ cơ khí Truyền hình số

PHẦN I - TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰCHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH 1.1 GIỚI THIỆU CHUNG

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, đến nay được chia thành:

• 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: Ra đời khi truyền hình đen trắng đã hoàn thiện và sự phát triển của nó gắn liền với lí thuyết 3 màu Hệ này bao gồm các hệ là:

Hệ NTSC: Ra đời năm 1950, được hình thành tại Mĩ, có tính tương hợp đầu tiên trên thế giới Và đến năm 1954, hệ NTSC được phát trên kênh FCC, có độ rộng dải tần tín hiệu chói là :4,5Mhz(thực tế là 4,2Mhz)

Hệ PAL: Ra đời năm 1966 ở tây Đức, là hệ được coi như cải tiến từ hệ NTSC và được phát triển trên kênh CCIT có độ rộng dải tần tín hiệu chói là 5,5Mhz(thực tế là 5,2Mhz)

Hệ SECAM:R a đời năm 1965 ở Pháp, được phát triển trên kênh OIRT có độ rộng dải tần tín hiệu chói là 6,5Mhz

Nhận xét:

Truyền hình đen trắng là hệ thống truyền hình trong đó thực hiện phân tích hình ảnh cần truyền thành các mẫu rời rạc rồi truyền lần lượt các mẫu đó Thông tin được truyền đi là thông tin về độ chói của các điểm ảnh, tại đầu thu,sẽ khôi phục lại hình ảnh truyền đi thành một ảnh đen trắng Còn truyền hình màu là hệ thống thừa hưởng tất các tính chất của truyền hình đen trắng và nó chỉ khác ở chỗ truyền hình màu truyền đi các thông tin về màu sắc của ảnh sao cho phía thu có thể khôi phục được thành ảnh có màu sắc thực tế

• Truyền hình số:

Ngày nay do tính ưu việt của truyền hình số nên nó đã thực sự phát triển để thực hiện các công việc của truyền hình tương tự mà nó khó hoặc không thể thực hiện được trong việc xử

lí tín hiệu và lưu trữ

1.1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình

Khuếch đại video

Bộ tạo xung quét

Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình.

Ống camera chiếu ảnh của vật cần truyền lên catốt quang điện của bộ chuyển đổi ảnh –tín hiệu Đây là quá trình phân tích ảnh

Tín hiệu hình được khuếch đại, gia công rồi truyền đi theo kênh thông tin sang phía thu,

ở đó tín hiệu hình được khuếch đại lên đến mức cần thiết rồi đến bộ chuyển đổi tín hiệu -ảnh nhờ phần tử biến đổi điện-quang Đây là quá trình tổng hợp ảnh

Quá trình chuyển đổi tín hiệu -ảnh phải hoàn toàn đồng bộ và đông pha với quá trình chuyển đổi ảnh-tín hiệu thì mới khôi phục được ảnh đã truyền đi

Hình ảnh cần truyền thông qua hệ thống thấu kính trong camera, được tạo ảnh lên mặt bia quang điện Thông qua hiệu ứhg quang-điện, tín hiệu điện biến thiên theo cường độ sáng của ảnh tại mỗi điểm trên mặt bia được tạo ra Chúng được lấy ra lần lượt theo từng dòng từ trên xuống dưới nhờ bộ tạo xung quét và bộ tạo xung đồng bộ, tạo ra một chuỗi tín hiệu liên tục bao gồm cả xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình tín hiệu này được xử lí rồi đưa đến máy phát Tại đó, tín hiệu truyền hình được đem điều chế vào sóng mang cao tần để có được năng lượng đủ lớn rồi đem khuếch đại cao tần để có công suất lớn và đưa tới anten phát để bức xạ ra không trung Tại máy thu, tín hiệu truyền hình nhận được bởi anten thu được đưa tới bộ tách sóng để tách tín hiệu này thành hai tín hiệu là tín hiệu video và tín hiệu đồng bộ Tín hiệu video được khuếch đại rồi đưa đến ống thu hình(dụng cụ biến đổi điện-quang), còn tín hiệu đồng bộ được đưa đến bộ tạo xung quét để khống chế quá trình quét tia điện tử trên ống thu sao cho tín hiệu bên phát phải đồng bộ với bên thu

1.1.2 Phương pháp quét xen kẽ

Do sự lưu ảnh của mắt, nếu ta truyền 24 ảnh/1giây, khi tái tạo lại hình ảnh người xem sẽ

có cảm giác một hình ảnh chuyển động liên tục Tuy nhiên với 24 ảnh /1giây ánh sáng vẫn bị chớp gây khó chịu Do đó thay vì chiếu 1ảnh trong 1/24giây người ta chiếu ảnh đó làm 2 lần

mỗi lần 1/48 giây Đối với truyền hình để đảm bảo chất lượng người ta thường truyền mỗi giây

50 mành(25 ảnh) đối với những nơi sử dụng điện lưới 50 Hz và 60 mành(30ảnh)

Đối với những nơi sử dụng điện

lưới 60 Hz Ở đây sử dụng biện pháp

quét xen kẽ đầu tiên truyền các dòng

Hình 1 2 Quét xen kẽ

Truyền hình chỉ truyền đi từng điểm sáng một, từ trái qua phải, từ trên xuống dưới Càng có nhiều dòng quét thì càng có nhiều chi tiết nhưng hệ thống sẽ phức tạp và tăng giá thành Tuy nhiên, nếu quá ít dòng quét thì ảnh càng kém chất lượng Từ vấn đề đó, các tiêu chuẩn đã ra đời để đáp ứng vấn đề chất lượng của hình ảnh

Quá trình quét ảnh, xử lí tín hiệu tại phía phát truyền qua kênh thông tin thu nhận, xử lí

và hiển thị thông tin tại phía thu cần phải được đồng bộ đồng bộ tất cả các quá trình trên, nhằm khôi phục lại vị trí các điểm ảnh một cách trung thực Tín hiệu đồng bộ được tạo ra và truyền đi trên kênh thông tin cùng với tín hiệu video Tổng hợp tín hiệu video với tín hiệu đồng bộ được gọi là tín hiệu truyền hình

Tín hiệu đồng bộ được dùng để khống chế bộ quét của máy thu hình, điều khiển tia điện

tử trong ống thu làm việc đồng bộ và đồng pha với phía phát Để thực hiện điều này, người ta

đặt các xung âm nằm phía dưới tin tức sáng tối Mỗi khi tia điện tử trong ống hình quét hết một dòng lại xuất hiện một xung âm, gọi là xung đồng bộ dòng Còn khi đã quét tới đáy màn ảnh, lại xuất hiện một xung âm có bề rộng lớn hơn xung đồng bộ dòng, gọi là xung đồng bộ mành.

Hình 1.3 Tín hiệu hình

• Vấn đề giải tần video và âm thanh:

Theo tính toán, thì ứng với mỗi một tiêu chuẩn có một dải tần video riêng biệt ; FCC: 6Mhz, CCIT:5Mhz, OIRT: 4,2Mhz

Đối với tín hiệu là âm thanh thì đầu tiên tín hiệu audio được điều tần FM với sóng mang phụ 4,5Mhz(FCC) hoặc 6,5Mhz(OIRT); 5,5Mhz (CCIT) Sóng FM này nằm ngoài dải tần video Do đó, tin tức âm thanh có thể nhập chung với tín hiệu video để truyền đi trên cùng một đường mà không bị lẫn tín hiệu

• Nguyên tắc kĩ thuật phát sóng truyền hình đen trắng

Bộ chuyển đổi ảnh tín hiêụ

Bộ khuếch đại và gia công tín hiệu

Bộ khuếch đại tín hiệu

Bộ chuyển đổi tín hiệu ảnhKênh thông tin

Bộ tạo xung đồng bộ

Bộ tách xung đồng bộ

ống kính Hình 1.3 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng

• Nguyên lí phát sóng truyền hình đen trắng

tín hiệu âm thanh

Tin tức thứ 4, âm thanh được điều tần FM với sóng mang fi lớn hơn f’ Sau đó, nó được nhập chung với ba tin tức kia

Như vậy, tất cả 4 tin tức nói trên nằm chung trong một tín hiệu, gọi là tín hiệu hình đen trắng(trong 4 tin tức, thì tin tức âm thanh được phân biệt với 3 tin tức kia bằng tần số, và tín hiệu hình đen trắng được đưa vào mạch điều biên (AM) với sóng mang fo Trong đó, chỉ truyền

đi dải biên tần cao Do đó, tin tức sáng tối chỉ chiếm dải tần fo đến fi và tín hiệu tiếng thì ở tại tần số fo+fi(Mhz)

1.3 PHỔ CỦA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH

Xác định phổ của tín hiệu truyền hình là xác định thành phần xoay chiều của tín hiệu, ứng với các chi tiết lớn của ảnh là các thành phần tần số thấp, ứng với các chi tiết nhỏ của ảnh

Hình 1.4 Sơ đồ khối phát truyền hình đen trắng Hình 1.4 sơ đồ khối phát truyền hình đen trắng

là các thành phần tần số cao của phổ tần tín hiệu truyền hình Thành phần thấp nhất của tín hiệu hình được xác định bằng tần số quét mành Còn giới hạn trên được xác định bằng các thành phần tần số cao của tín hiệu truyền hình tương ứng với các chi nhỏ nhất của hình ảnh cần truyền đi.

Hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại được ảnh với các chi tiết xấp xỉ phần tử ảnh Kích thước này được xác định bằng các ô vuông mà mỗi cạnh bằng độ rộng của mỗi dòng quét Vì vậy, số dòng quét càng lớn, kích thước phần tử ảnh càng nhỏ, ảnh càng rõ nét

Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét Để có độ rõ càng cao thì số dòng quét càng lớn, kéo theo độ rộng dải tần tín hiệu video tăng lên Sử dụng phương pháp quét xen kẽ sẽ giảm được giải tần tín hiệu

Ví dụ:

Nếu sử dụng quét 625 dòng với tỉ lệ khuôn hình 4/3 và số ảnh truyền đi trong 1s là 25 thì số điểm ảnh nhiều nhất cần phải truyền đi là:

625*4/3 =833 phần tử ảnh trong một dòng và

625*833*25=13.106 phần tử ảnh trong một giây Vậy fmax=13Mhz.

Nếu quét xen kẽ, thực tế này đã làm tần số mành tăng lên gấp đôi(50 mành), điều đó có nghĩa là làm giảm tần số tín hiệu xuống còn một nửa

Phổ của tín hiệu hình được vẽ dưới đây:

Nó bao gồm các hài của tần số mành và các nhóm phổ quanh hài của tần số dòng, với hài càng cao thì biên độ càng bé Và đặc điểm của nó là : Giữa các hài tần số dòng tồn tại các khoảng cách Nó được lợi dụng để truyền các tín hiệu khác như tín hiệu màu, và các thông tin phụ khác

A f fV 2fV nfV Hình 1.5 Phổ tín hiệu hình

fH fH-fV fH+fV fH+nfV

1.4 TRUYỀN HÌNH MÀU

1.4.1- Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu

Camera Hiệu chỉnh gamma Mạch ma trận

Bộ điều chế

Mạch cộng

Bộ chọn tín hiệu

Bộ tách sóng màu Mạch ma trận

Hình 1.6 sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình màu.

1.4.2 Lí thuyết ba màu

a) Thị giác màu

Thực nghiệm đã xác định rằng: Có thể nhận được hầu như tất cả các màu sắc tồn tại trong thiên nhiên bằng cách trộn ba chùm ánh sáng màu đỏ, màu lục, và màu lam theo các tỉ lệ xác định Từ đó cho ra các thuyết khác nhau về cơ chế cảm nhận của mắt người, đó là thuyết ba thành phần cảm thụ màu

Theo thuyết này thì:

- Trên võng mạc tồn tại ba loại phần tử nhạy cảm với ánh sáng là các tế bào hình chóp Các tế bào này có phản ứng khác nhau đối với ánh sáng có bước sóng khác nhau Do đặc điểm của ba loại tế bào này nên bất kì màu sắc nào cũng có thể được tổng hợp lên từ ba màu cơ bản

- Sự cảm thụ màu được quyết định bởi mức độ kích thích của các tế bao hình chóp Giá trị tổng năng lượng kích thích của cả ba tế bào cho ta cảm giác về độ sáng, còn tỉ lệ giữa chúng cho ta cảm giác về tính màu

- Giữa độ nhạy của mắt người với bước sóng ánh sáng kích thích đối với từng loại tế bào hình chóp co mối quan hệ, nó được chứng minh bằng nhiều thực nghiệm và nó được thể hiện trên đặc tuyến dưới đây:

Cảm nhận

0,80,60,40,20

VG

VR VB

b) Các màu cơ bản và phụ màu

Thực nghiệm đã chứng minh rằng: Không phải tồn tại một nhóm màu cơ bản mà có thể chọn ba màu bất kì để làm ba màu cơ bản Tổ hợp ba màu được gọi là ba màu cơ bản khi chúng thoả mãn yêu cầu: B màu đó phải độc lập tuyến tính Nghĩa là, trôn hai màu bất kì trong ba màu

đó trong điều kiện bất kì, đều không tạo ra màu khác

Màu phụ là màu mà khi trộn với màu cơ bản, nó tạo thành màu trắng

Tổ hợp ba màu được sử dụng trong truyền hình, thoả mãn và đáp ứng được yêu cầu thực tế là: Hệ so màu R,G,B

Màu đỏ (Red), có bước sóng λR=700 nm, Phụ màu là màu lơ

Màu lục(Green), có bước sóng λB =546,8nm, phụ màu là màu mận chín

Màu lam(Blue), có bước sóng λB =435,8nm, phụ màu là màu vàng

c) Phương pháp trộn màu không gian

Khi các tia sáng tác động vào mắt mà các tia không rơi vào cùng một điểm trong mắt, giả sử các điểm được rọi nằm gần nhau, thì mắt cũng có khả năng tổng hợp được các kích thích để tạo ra các màu mới Đó là hiện tượng cộng không gian các màu sắc Màu mà mắt cảm thụ được phụ thuộc vào tỉ lệ diện tích và cương độ sáng của các điểm hoặc dải của các màu cơ bản Đây là phương pháp được sử dụng trong truyền hình

d) Các định luật trộn màu cơ bản

• Định luật 1: Bất kì một màu sác nào cũng co thể được tạo bằng cách trộn ba màu cơ

bản độc lập tuyến tính với nhau

• Định luật 2: Sự biến thiên liên tục của các bức xạ có thể tạo lên màu khác.

• Định luật 3: Màu sắc tổng hợp của các bức xạ không phải được xác định bởi đặc

tuyến phổ của bức xạ được trộn mà được xác định bởi màu sắc thành phần của các bức xạ đó

1.4.3 Tín hiệu truyền hình màu

Cần chọn tín hiệu mang màu sao cho: Khi cho phát ảnh đen trắng thì tín hiệu mang màu triệt tiêu, chỉ còn tín hiệu chói EY Ngoài ra tín hiệu mang màu không tăng biên độ khi tăng độ chói của ảnh Nghĩa là tín hiệu mang màu không mang tin tức về độ chói Các tín hiệu mang màu được truyền đi là các tín hiệu hiệu màu: R-Y, B-Y,còn G-Y sẽ được suy ra từ R-Y, B-Y, theo biểu thức:

G-Y=0,509(R-Y)+ 0,194(B-Y)

1.4.4 Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói

Tín hiệu mang màu đem đi điều chế vào một dao động có tần số sang mang phụ fsc, sao cho tín hiệu đã điều chế có các vạch phổ nằm đúng vào vùng khe hở của tín hiệu chói thì tín hiệu mang màu có thể phát đi cùng với tín hiệu chói trong cùng một dải tần số

+ Phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổ tín hiệu chói

Sau đây là đặc tuyến phổ – tần số tín hiệu chói và tín hiệu màu

Hình 1.8: Phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần

1.5 CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU

Vấn đề lựa chọn sóng mang phụ và phương pháp điều chế như thế nào để sự xuyên lẫn,

sự phá rối lẫn nhau giữa tin tức chói và tin tức màu giảm thiểu tối đa là nguyên nhân tồn tại các

hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM Cả ba hệ truyền hình này: Nếu đạt được mặt này thì lại mất mặt kia và không một hệ truyền hình chiếm ưu thế tuyệt đối

Về cơ bản tín hiệu truyền hình của cả ba hệ thống truyền hình này đều phải có đủ 7 thông tin :

• Tín hiệu hiệu màu R-Y đã được xử lí

• Tín hiệu hiệu màu B-Y đã được xử lí

1.5.1 Hệ truyền hình màu NTSC

1.5.1.1 Sơ đồ khối phía phát

ảnh màu cần truyềnđi

Mạch ma trậnKhuếch đại EYMạch tạo mã màu : Dùng một sóng mang phụ 3,58MHz điều biên nén và vuông góc để mang hai tín hiệu EI

và EQ rồi tổ hợp lại thành tín hiệu màu c

EYUMHzf4,20 C C Đem tín hiệu màu C lồng vào phổ tần của tín hiệu chói EY

Y

fA = fT - 4,5MHz Tín hiệu audio đến

3,58

Hình 1.8 Sơ đồ khối phía phát NTSC.

B -Y

R -Y Q

330EI=0,877ER-Y cos330 - 0,493EB-Y sin330

EQ =0,877ER-Y sin330 - 0,493EB-Y cos330

EI =0,74ER-Y -0,27EB-Y EQ=0,48ER-Y -0,41EB-Y

Hình 1.10 Quan hệ giữa trục I, Q và (R-y), (G - y)

b Tín hiệu mang màu

Tín hiệu mang màu EC mang 2 tin tức màu là E'

I và E'

Q (sau hiệu chỉnh gamma ) với E'

I

điều chế dao động cosin, E'

Q điều chế dao động sin

Tạo sóng mang phụĐiều biên cân bằng IDịch pha 900Điều biên cân bằng II

+

U' I

U' QEa Eb Ec Hình 1.11 Điều chế vuông góc NTSC

Ea= E' I cos(ωSC t + 33 0 )

Eb= E' Qsin(ωSC t + 33 0 )

hai tín hiệu được cộng tuyến tính tại

mạch cộng, tín hiệu ra Ec sẽ mang toàn

hiệu chói 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 Vậy trung tần tiếng fttt = nfH

Trung tần tiếng của hệ FCC được xác định bằng 4,5MHz Với hệ NTSC tiêu chuẩn (z=

là 50/ 4 =12,5Hz vì tần số lặp lại nhỏ nên có hiện tượng nhấp nháy ở mức độ nhất định

c.Tín hiệu đồng bộ màu

Tín hiệu đồng bộ màu là 1 chuỗi xung gồm 8 ÷10 chu kỳ có tần số đúng bằng tần số mang màu fSC = 3,58MHz được đặt sườn phía sau xung xoá dòng Từ những chuỗi xung đồng

bộ màu này người ta sẽ tạo ra tín hiệu E0 liên tục từ bộ so sánh pha để tự động điều chỉnh pha

và tần số của bộ dao động tần số fSC ở trong máy thu Tín hiệu đồng bộ màu được đặt ở thềm sau xung quét dòng nên không ảnh hưởng đến việc đồng bộ mạch quét dòng trong máy thu hình Dải tần tín hiệu chói từ (0 ÷4,2)MHz, tín hiệu hiệu màu EQ từ (3 ÷ 4,2) MHz, EI từ (2,3

÷4,3)MHz và bị nén một phần biên tần trên

1.5.1.2 Tạo mã và giải mã màu hệ NTSC

a Tạo mã màu hệ NTSC

- Mạch ma trận nhận các tín hiệu điện áp màu ER, EG, EB tạo ra tín hiệu chói EY và 2 tín hiệu hiệu màu EI, EQ

+Tín hiệu chói EY(0÷4,2)MHz qua dây trễ làm chậm tín hiệu đưa đến bộ khuếch đại EY

để khuếch đại đủ lớn cấp cấp cho bộ cộng

+Tín hiệu EI(0÷1,5)MHz qua mạch lọc thông thấp (0÷1,3)MHz sau đó qua dây trễ đưa đến bộ khuếch đại EI để khuếch đại đủ lớn

+Tín hiệu EQ (0÷0,5)MHz qua mạch lọc (0÷0,6)MHz đưa thẳng tới bộ khuếch đại EQ

-Bộ tạo sóng mang phụ tạo ra tần số fSC = 3,58MHz đưa đến bộ điều biên nén 1 để điều biên nén tín hiệu EI vào fSC, đồng thời fSC được trễ pha 900đưa đến bộ điều biên nén 2 để điều biên nén tín hiệu EQ vào fSC để tạo ra 2 dải biên tần trên và biên tần dưới

+Tạo xung đồng bộ dòng, mành, màu đua đến bộ cộng để tổng hợp tín hiệu chói EY và tín hiệu sắc tạo thành tín hiệu màu tổng hợp EM

trận E

E

E+

Điều biên nén 1

Khuếch đại

E I

Dây trễ

Lọc thông thấp (0 ÷ 1,3MHz)

E

E

Điều biên nén 2

Khuếch đại

E Q

Lọc thông thấp (0 ÷ 0,6MHz)

Trễ pha 90Tạo sóng mang phụ f

=3,58MHz

Tạo xung đồng bộ màu

Tạo xung đồng bộ dòng,

mành

Hình 1.12 Sơ đồ khối bộ tạo mã màu hệ NTSC

+Tín hiệu chói EY qua dây trễ (2 đầu dây trễ cần phối hợp trở kháng để tránh hiện tượng sóng dừng) có dải tần 4,2MHz và trễ (0,3÷0,7)µs Tín hiệu qua mạch lọc chắn dải để nén sóng mang và các thành phần phổ của tín hiệu màu (gần fSC) nhằm giảm ảnh hưởng chất lượng ảnh, nếu mất EY khôi phục bằng mạch ghim.

+Tín hiệu sắc EC qua mạch lọc thông dải để lấy tín hiệu màu và xung đồng bộ màu Tín hiệu sắc EC đưa đến bộ khuếch đại sắc EC để khuếch đại tại tần số 3,58MHz sau đó đưa tín hiệu song biên và sóng mang phụ f'

SC đến bộ tách sóng lấy ra tín hiệu màu EI, tín hiệu EI cho qua mạch lọc dải (0÷1,3)MHz rồi đưa đến dây trễ Tín hiệu song biên và sóng mang phụ f'

SC trễ 900

đưa đến bộ tách sóng lấy ra tín hiệu EQ cho qua mạch lọc dải (0÷0,6)MHz

- Mạch khuếch đại và mạch ma trận tạo ra tín hiệu EG -Y, ER -Y, EB -Y nhờ mạch ma trận G-Y, sau đó đưa các tín hiệu EY, EG -Y, ER -Y, EB -Y đến mạch ma trận RGB tạo ra các tín hiệu EG ,

ER , EBcác tín hiệu này được khuếch đại và đưa đến đèn hình

1.5.1.3 Đặc điểm của hệ truyền hình màu NTSC

- Ưu điểm: đơn giản, thiết bị mã hoá và giải mã không phức tạp, giá thành thiết bị thấp hơn các hệ thống khác

- Nhược điểm:

Mạch khuếch đại

và mạch ma trận

Lọc chắn dải 3,58MHz

Dây trễKhuếch đại

-EE

E

Dây trễLọc dải

(0÷1,3)MHz

Tách sóng EKhuếch đại sắc

EC

Lọc thông dải

-E

ELọc dải

(0÷0,6)MHz

Tách sóng ETách xung đồng

bộ màu

-E

Tạo sóng mang phụ f'

SC Trễ pha 90 Khối quét dòng

Khối quét mành

Hình 1.13 Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC

+ Rất dễ bị sai màu khi hệ thống truyền tín hiệu màu không lý tưởng và có nhiễu, rất nhạy cảm với méo pha và méo biên độ.

+ Dải tần của 2 tín hiệu mang màu bị hạn chế và khác nhau gây ra méo

+ Nhiễu của tín hiệu chói vào kênh màu

+ Các tín hiệu mang màu do phát hai biên không đối xứng gây ra nhiễu

1.5.2 Hệ truyền hình màu PAL.

1.5.2.1 Sơ đồ khối phía phát

ảnh màu cần truyềnđi Mạch ma trậnKhuếch đại EYMạch tạo mã màu : Dùng một sóng mang phụ 4,43MHz điều biên nén và vuông góc để mang hai tín hiệu EV

và EU trong đó riêng EVcứ liên tục đảo pha theo dòng

f60 C C Đem tín hiệu màu c lồng vào phổ tần của tín hiệu chói EY

Y

fT = fA + 6,5MHz Tín hiệu audio đến

EV=0,877(ER-EY)=0,615ER -0,515EG -0,100EB

EU=0,493(EB-EY)=-0,147ER -0,2939EG +0,437EB

hai tín hiệu hiệu màu EV, EU có dải tần bằng 1,3MHz được điều chế vuông góc và sóng mang mang tín hiệu EV được đảo pha theo từng dòng quét

b Tín hiệu mang màu

Hình 1.14 Sơ đồ khối phía phát hệ Pal

Hệ PAL cho rằng cứ 2 dòng kẻ liền kề nhau thì hình ảnh và màu sắc coi như là một để lấy màu 2 dòng liên tiếp cộng lại và coi đó là màu một dòng

Giả sử tại một dòng nào đó đài phát phát đi vectơ màu là OM1 với góc pha là α, tại máy thu nhận được tín hiệu màu là OM'1 sớm pha hơn, dòng tiếp theo đài phát phát tín hiệu màu giả OM (-E2 V,+EU), máy thu nhận được tín hiệuOM , sau đó đảo pha tín hiệu '2 OM '2

thành OM"2 cộng hai tín hiệu màu OM với '1 OM"2

theo qui tắc cộng vectơ: OM + '1 OM"2

=OM , OM lớn dùng chiết áp giảm xuống sẽ được màu của một dòng

Hình 1.16: Đồ thị giải thích nguyên lí sửa méo pha

của hệ PAL 2EV EV +2EU

bằng EV

90

900/270Tách sóng

EĐiều biên cân bằng EV

Hình 1.15 Bộ điều chế vuông góc hệ PAL

M' 1

M' 2M2

Tín hiệu chói EY có dải tần (0÷5)MHz, hai tín hiệu EV,eu điều biên vào tần số fSC, truyền đi toàn dải biên tần dưới và một phần dải biên tần trên Phổ của EV,EU không trùng nhau, cách nhau fH/2.

1.5.2.2 Tạo mã và giải mã màu hệ PAL

a Tạo mã màu hệ PAL

Các tín hiệu màu đã sửa méo gamma được đưa vào ma trận điện trở để tạo ra tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu

Ma trận Khuếch đại EV (0 ÷ 1,5)MHz

Dây trễ Khuếch đại EY Điều biên nén EV Khuếch đại EU (0 ÷ 1,5)MHz Điều biên nén EU

+ + Tạo sóng mang màu fSC =4,43MHz

+900-900

+1350-1350

Tạo xung đồng bộ màu

CMĐT1 CMĐT2

ER EG EB EY

EU EY

EC EM

Xung đồng bộ dòng, mànhXung điều khiển fH/2Xung điều khiển fH/2Xung điều khiển fH/2

Hình 1.17 Sơ đồ khối bộ mã hoá tín hiệu PAL

Bộ chuyển mạch điện tử 1 và mạch di pha ±900 sẽ thực hiện việc đảo pha, các bộ chuyển mạch điện tử được điều khiển bởi xung điều khiển fH/2

Bộ cộng tạo ra tín hiệu sắc EC từ 2 tín hiệu điều biên nén EV và EU.Bộ cộng tổng hợp, tổng hợp các tín hiệu chói, tín hiệu sắc, xung đồng bộ dòng, mành, xung đồng bộ màu để tạo tín hiệu tổng hợp màu EM

b Bộ giải mã tín hiệu màu PAL

- Tín hiệu màu tổng hợp sau khi qua bộ khuếch đại tín hiệu ra là tín hiệu chói và tín hiệu sắc:

+Tín hiệu chói qua bộ lọc chắn dải tại tần số 4,43MHz và cho qua dây trễ để tín hiệu chói tín hiệu hiệu màu đến mạch ma trận cùng lúc để ảnh đen trắng và ảnh màu trùng khít

+Tín hiệu sắc qua bộ khuếch đại cộng hưởng tại tần số 4,43MHz với dải thông 1,5MHz

để lấy ra 2 tín hiệu hiệu màu Bộ phân chia tín hiệu thu nhận đồng thời 2 tín hiệu hiệu màu sau

đó phân chia riêng biệt 2 tín hiệu hiệu màu

Khuếch đại EM Lọc chắn dải 4,43MHz

Dây trễ Khuếch đại EY Khuếch đại EC Lọc dải 3 ÷ 5MHz

Dây trễ 64 µ s Trừ EV Cộng EU +900-900Tách sóng EV Tách sóng EU

CMĐTTín hiệu EM

Xung đồng bộ màu

2EU

± 2EV EY ER-Y EG-Y EB-Y

E V

E U

Hình 1.18 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu PAL

-Bộ tách sóng điều biên nén biến đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên nén sau

đó tách sóng điều biên

+Bộ tách sóng tín hiệu EU, Ev: nhận tín hiệu song biên EU, Ev và tần số sóng mang tự tạo

fSC =4,43MHz với góc ϕ =00 tạo ra tín hiệu EB-Y, với fSC đảo pha từng dòng nhờ bộ di pha và chuyển mạch điện tử tạo ra tín hiệu ER-Y

- Mạch ma trận nhận ba tín hiệu EY, ER-Y và EB-Y để tạo ra ba tín hiệu hiệu màu là: ER-Y,

EG-Y và EB-Y

1.5.2.3 Đặc điểm của hệ truyền hình màu PAL

-Ưu điểm: +có méo pha nhỏ hơn hệ NTSC

+không có hiện tương xuyên lẫn màu

+thuận tiện cho việc ghi băng hình

- Nhược điểm: +máy thu hình phức tạp vì cần dây trễ 64µs có chất lượng cao và kết hợp với truyền hình đen trắng kém hơn hệ NTSC

1.5.3 Hệ truyền hình màu SECAM

1.5.3.1 Sơ đồ khối phía phát

Các tín hiệu màu được làm méo tần thấp và méo tần cao:

Làm méo tần thấp: khuếch đại tín hiệu màu mạnh lên hẳn ở phía tần số cao trước khi đưa vào điều tần để tăng tính chống nhiễu của hệ thống

ảnh màu cần truyềnđi Mạch ma trậnKhuếch đại EYMạch tạo mã màu : Dòng thứ n: EY, DR fOR=4,406MHz(Điều tần) Dòng thứ n+1:EY, DB

fOB=4,25MHz(Điều tần) Dòng thứ n+2:EY, DR fOR=4,406MHz(Điều tần) Dòng thừ n+3: EY,DB fOB=4,25MHz(Điều tần)

Tín hiệu chói EY

EYUMHzf 0 C CĐem tín hiệu màu c lồng vào phổ tần của tín hiệu chói EY

Y

fT = fA + 6,5MHz Tín hiệu audio đến

Hình 1.19 Sơ đồ khối phía phát hệ SECAM

b Tín hiệu đồng bộ màu

Đồng bộ màu theo mành: là tín hiệu điều tần có tần số thay đổi đối với các xung có cực tính dương tần số biến đổi từ 4,406 đến 4,756MHz và cực tính âm tần số biến đổi từ 4,25 đến 3,9MHz

Xung đồng bộ màu theo dòng: gồm 1 số chu kỳ dao động điều hoà được xếp ở sườn sau xung xoá dòng, kết thúc khi truyền tín hiệu hiệu màu D'

R,D'

B

1.5.3.2 Mã hoá và giải mã tín hiệu màu hệ SECAM

Dây trễ Khuếch đại EY Mạch ma trận

+ + Đảo pha Tiền nhấn tần thấp Tạo dao động dòng và mành Tạo xung đồng bộ màu Tạo xung điều khiển CMĐT

Bộ lọc 1,5MHz Hạn biên Điều chế tần số FM Đảo pha sóng mang phụ Tiền nhấn tần cao Tiền nhấn tần thấp

Sóng mang phụ fCR=4,406MHz Sóng mang phụ fCB=4,25MHz

+ ER EG EB

-DR

+D B

EM

fV fH

fH

fH/2

a.Mã hoá tín hiệu màu hệ SECAM

Hình 1.20 Sơ đồ khối mã hoá màu hệ SECAMCác tín hiệu ER, EG, EB qua mạch ma trận tạo ra tín hiệu EY và 2 tín hiệu hiệu màu Hai tín hiệu hiệu màu qua bộ tiền nhấn đưa vào bộ điều chế tần số

Bộ cộng tổng hợp tín hiệu chói, sóng mang màu điều tần và tín hiệu đồng bộ tạo thành tín hiệu tổng hợp EM.

b Giải mã tín hiệu màu SECAM

Đường trễ Bẫy sóng mang phụ

Bộ lọc chuông Dây trễ TH Hạn chế Hạn chế

Tách sóng tỉ lệ Tách sóng tỉ lệ

Giải tiền nhấn Giải tiền nhấn

Ma trận giải mã

+ Trigơ Đảo mạch EY ER EG EB

Tín hiệu nhận dạng màu và đồng bộ màu

Xung đồng bộ dòng Tín hiệu EM

ER-Y

Hình 1.21 Sơ đồ khối giải mã màu hệ SECAMTín hiệu EM qua bộ trễ và bộ bẫy sóng mang phụ làm suy giảm tại tần số 4,25MHz và 4,4MHz để thu tín hiệu chói.

Sóng mang phụ qua dây trễ là DR, không qua dây trễ là DB Bộ đảo mạch dùng để chuyển các tín hiệu màu lần lượt, lẫn lộn thành các tín hiệu màu đồng thời và riêng biệt

1.5.3.3 Đặc điểm của hệ truyền hình màu SECAM

-Ưu điểm: Tính chống nhiễu cao và tăng tính tương hợp

-Nhược điểm: Máy thu hình phức tạp vì cần dây trễ có chất lượng cao và bộ tiền nhấn tần thấp, tiền nhấn tần cao

PHẦN II - TRUYỀN HÌNH SỐ CHƯƠNG II: SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO 2.1 HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Biến đổi A/D

mã hoá kênh

Biến đổi tín hiệu Kênh thông tin

Biến đổi tín hiệu

Giải mã hoá kênh

Biến đổi D/A

Thiết bị thu

Thiết bị phát

Tín hiệu truyền hình tương tự

Tín hiệu truyền hình tương tự

2.1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc khối tổng quát hệ thống truyền hình số

Bộ biến đổi A/D: tín hiệu hình tương tự sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn

Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát Sau đó qua kênh thông tin, tín hiệu này đưa đến thiết bị thu, cấu tạo từ thiết bị biến đổi ngược lại với quá trình xử lí tại phía phát.

Giải mã tín hiệu truyền hình số : 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 hoá và giải mã tín hiệu truyền hình

Mã hoá kênh : Đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị trên được gọi là bộ điều chế và giải điều chế

2.1.2 Quá trình biến đổi tương tự-số (biến đổi AD)

Thực chất, quá trình này là quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình từ dạng tương tự sang dạng số Kĩ thuật PCM mà ta đã nghiên cứu, được áp dụng trong quá trình này Nó bao gồm các khâu liên tiếp là: Lọc thông thấp- lấy mẫu-lượng tử hóa và mã hoá

Đối với tín hiệu video tổng hợp, tín hiệu tương tự được lấy mẫu với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang phụ màu (4fsc) Nó có ưu điểm về dải tần nhưng có nhược điểm là: Hiện tượng can nhiễu chói, màu, gây khó khăn trong việc xử lí, tạo kĩ xảo truyền hình

Đối với tín hiệu video thành phần (EB-EY,ER-EY,EY), quá trình chuyển đổi các tín hiệu màu được quy định theo tiêu chuẩn CCIR 601 Nó cho ta dòng số có tốc độ cao hơn tín hiệu số tổng hợp và nó có ưu điểm là xử lí dễ dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kĩ xảo và chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu chói, màu Mặt khác, do sự phát triển của công nghệ điện tử, nên cho phép truyền toàn bộ chuỗi số liệu video sô thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫn duy nhất mà hông bị nhiễu kí sinh, không méo,tỉ số S/N cao và có thể cài đặt tín hiệu audio trong chuỗi tín hiệu video số

Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi tương tự sang số được minh hoạ trên sơ đồ khối hình

Xung lấy mẫu +

Hình 2.2 Sơ đồ khối mạch biến đổi tươngtự –số.

a) Mạch lọc thông thấp

Mạch này dùng để hạn chế băng tận tín hiệu vào Nhiệm vụ của nó là ngăn ngựa méo chéo(các tín hiệu khác nhau chồng lên nhau) Đặc trưng của nó phải được chọn sao cho không làm xuất hiện méo tín hiệu tương tự cần lấy mẫu Do đó, mạch lọc phải làm suy giảm mạnh tín hiệu ngoài băng tần (45 dB), có đặc trưng biên độ đều và đặc trưng tuyến tính về pha trong băng tần tín hiệu cần lấy mẫu, đồng thời cần có đặc tuyến thích hợp cho băng tần tín hiệu có ích

b) Mạch tạo xung đồng hồ và lấy mẫu.

Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu và đồng bộ tất cả các khâu trong mạch ADC Nó tạo ra hai loại xung sau đây:

+ Xung lấy mẫu được tạo từ tần số lấy mẫu fsa(đồng bộ với tần số dòng) Thời gian

xung lấy mẫu bằng 20 (

1

Tsa

TSA= fsa

1)

+Xung đồng hồ dùng để đồng bộ các khâu trong bộ ADC, đồng bộ với xung lấy mẫu Tần số các xung nay phụ thuộc phương pháp chọn mạch mã hoá Nếu mạch mã hoá làm việc theo phương pháp song song, thì tần số xung đồng hồ sẽ bằng tần số lấy mẫu fsa, còn theo nguyên tắc mạch nối tiếp thì tần số này sẽ bằng nfsa(n-số bit)

c) Mạch lấy mẫu.

Mạch này có hai nhiệm vụ:

+Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những điểm khác nhau và cách đều nhau (dời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian)

+Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển đổi tiếp theo(nghĩa là trong quá trình lượng tử hoá và mã hoá)

Trong đó: XAi-tín hiệu tương tự ở thời điểm i; (2.1)

ZDi-tín hiệu số ở thời điểm i;

Q-mức lượng tử;

∆ XAi-số dư trong phép lượng tử hoá;

Int(intege r)-phần nguyên.

Trong phép chia theo biểu thức (2.1 ) chỉ lấy phần nguyên của kết quả, phần dư còn lại

(không chia hết cho Q) chính là sai số lượng tử hoá Vậy quá trình lượng tử hoá thực chất là

quá trình lam tròn số Lương tử hoá được thực hiện theo nguyên tắc so sánh Tín hiệu cần

chuyển đổi được so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn Q

e) Mạch mã hoá

Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá Trong mạch mã hoá, kết quả lượng tử hoá được

sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mã hoá yêu cầu trên đầu ra bộ

chuyển đổi

Trong nhiều loại ADC, quá trình lượng tử hoá và mã hoá xẩy ra đồng thời, lúc đó không

thể tách rời hai quá trình đó Phep lượng tử hoá và phép mã hoá được gọi chung là phép biến

đổi AD

2.1.3- Quá trình chuyển đổi số – tương tự

Quá trình chuyển đổi số –tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự đã được lấy

mẫu Ta có sơ đồ nguyên lí sau:

Lọc thông thấp

>

Xung lấy mẫu

Video số

Mạch cơ bản DAC bao gồm:

Mạch số: Có nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào

t

um

Mạch giải mã số – tương tự : Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu rời rạc tương ứng dưới dạng các xung có biên độ thay đổi Đồ thị thời gian của tín hiệu ra của mạch này như sau:

Hình 2.3 Sơ đồ khối biến đổi sô - tương tự

Hình 2.4 Đồ thị thời gian của tín hiệu ra mạch chuyển đổi

Mạch lấy mẫu thứ cấp: Có nhiệm vụ khử nhiễu( xuất hiện do chuyển mạch nhanh ở đầu

ra mạch giải mã số – tương tự )

Mạch lọc thông thấp: Có nhiệm vụ tách băng tần cơ bản của tín hiệu lấy mẫu Nó đóng vai trò như một bộ nội suy, ở đây tín hiệu tương tự biến thiên liên tục theo thời gian là tín hiệu nội suy của tín hiệu rời rạc theo thời gian Um

Khuếch đại tín hiệu video ra

*Trong thực tế, mạch giải mã số –tương tự thường làm việc bằng cách cộng điện áp hoặc dòng Mạch giải mã đặc trưng bao gồm:

+Nguồn điện áp hoặc dòng chuẩn

+Mạng điện trở thích hợp

+Chuyển mạch chuyển đổi trong các thời khắc thích hợp với độ chính xác cao về điện

áp hoặc dòng chuẩn ở đầu vào mạng điện trở Tốc độ làm việc của nó phải giống tốc độ làm việc của mạch mã hoá

2.2- CHUYỂN ĐỔI SỐ ĐỐI VỚI TÍN HIỆU VIDEO

2.2.10 Quá trình số hoá tín hiệu video tổng hợp

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng: Việc lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp với tần số lấy mẫu

có giá trị nFsc là có hiệu quả hơn cả Theo định lí lấy mẫu , tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cực đại của tín hiệu Nên người ta lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp tại tần số bằng 4 lần tần số sóng mang phụ màu(4fsc)

Đối với tín hiệu video tổng hợp, các pixel được lượng tử hoá 8 hay 10 bít Do chất lương của tín hiệu này thấp nên tín hiệu này ít được sử dụng Thay vào đó là việc chuyển đổi A/D theo khuyến cáo của CCIR 601 đối với tín hiệu video thành phần

2.2.2 Quá trình số hoá tín hiệu video thành phần

Tiêu chuẩn CCIR601 là tiêu chuẩn mã hoá truyền hình số tại studio Tiêu chuẩn này phù hợp với cả hai hệ truyền hình có 525 và 625 dòng quét Chuẩn này xác định 8 bít cho mã hoá