bai giang KTTH docx

Bài giảng : kỹ thuật truyền hình Ngời soạn: Đặng Quang Huy Trờng Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp Chơng I : Tổng quan về KTTH I / ánh sáng và màu sắc 1, Đặc điểm của mắt ngời Mắt ngời có các đặc điểm sau : + Có khả năng lu ảnh trong khoảng 1/24 giây. + Có khả năng phân biệt các chi tiết hợp với mắt ngời một góc 1' (1/60 ) + Có hình êlip với trục chính là trục ngang + Nhậy theo phơng nằm ngang hơn phơng thẳng đứng. + Góc quan sát tốt nhất khoảng 10 0 . 2. ánh sáng và màu sắc : 2.1 ánh sáng Về phơng diện vật lý : ánh sáng là sóng điện từ có tần số từ 3,8.10 14 ữ7,8.10 14 Hz Vận tốc truyền ánh sáng : C = 3.10 8 m/s Bớc sóng của ánh sáng : = C/f Với f = 3,8.10 14 Hz; = 780 nm (780.10 -9 m) Với f = 7,8.10 14 Hz; = 380 nm (380.10 -9 m) Các tần số nhỏ hơn 3.10 10 Hz tơng ứng sóng vô tuyến (Radio wave) Các tần số cao hơn tơng ứng với các tia hồng ngoại, ánh sáng, tử ngoại, tia X, Hồng ngoại ASáng f(Hz) 10 5 0 Tử ngoại 10 10 Radio Wave 10 15 7,8.10 14 3,8.10 14 10 20 2. ánh sáng và màu sắc 2.,1: KháI niệm ánh sáng trắng cho ta bảy màu phổ khác nhau: Tím V (Violet) Xanh da trời B (Blue) Lam C (Cyan) Xanh lá cây G (Green) Vàng Y (Yellow) Da cam O (orange) Đỏ R (Red) 380 430 470 500 560 590 650 780 Theo quy định của C.I.E (Commission International Eclairage): - Màu đỏ có bớc sóng 700 nm. - Màu xanh lá cây có bớc sóng 546,1 nm. - Màu xanh da trời có bớc sóng 435,8 nm. 2,2 Các đặc tính ( Thông số) của màu sắc a- Độ chói (Luminance) Là đại lợng chỉ mức độ sáng tối của màu sắc. Giữa độ chói và độ sáng có quan hệ theo biểu thức: B = k.n(Ey)+C Trong đó k,C là các hằng số tỉ lệ. b- Độ bão hoà mầu (Saturation) Là thông số chủ quan chỉ mức độ đậm nhạt của màu. Hay nói cách khác độ bão hoà màu cho biết tỉ lệ pha trộn giữa ánh sáng màu với ánh sáng trắng. Độ bão hoà mầu là thớc đo độ đậm nhạt của màu sắc. c- Sắc mầu Là thông số chủ quan chỉ tính chất của màu sắc, Hay nói cách khác là chỉ một mầu nhất định (đỏ, da cam, vàng, xanh lá cây, lam, xanh da trời, tím ). Sắc màu phụ thuộc vào bớc sóng trội trong vùng phân bố. - bớc sóng trội của một màu nào đólà bớc sóngcảu của ánh sáng dơn sầcm trộn nó với ánh sáng trắng theo tỉ lệ xác định sẽ có cùng màu sắc với màu đó. - Với ánh sáng đơn sắc thì bớc sóng trội của nó là bớc sóngcủa dao động điện từ và sắc màu chúng ta cảm nhận đợc chính là màu quang phổ. 2.3 Sự trộn màu: 2.3.1 Thuyết ba màu : - Có thể tạo ra hầu hết các máu sắc trong tự nhiên bằng cách trộn ba màu cơ bản với nhau theo tỉ lệ nhất định. 380 780 (nm) Nguồn sáng có phổ đều từ 380 ữ 780 nm cho cảm giác ở mắt ngời là nguồn sáng trắng - Tổ hợp ba màu gọi là ba màu cơ bản khi chúng thoả mãn yêu cầu : Ba màu đó độc lập tuyến tính với nhau,. Nghĩa là khi trộn hai màu bất kỳ trong ba màu đó trong điều kiện bất kỳ theo tỉ lệ bất kỳ đều không thể tạo ra màu thứ ba. 2.3.2 Tổ hợp màu cơ bản trong KTTH Theo địng nghĩa trên thì có vô số tổ hợp ba màu nên đã có nhiều tổ hợp ba màu đợc đề nghị sử dụng, tuy nhiên, để chuẩn hoá việc đo màu trên toàn thế giới , năm 1931, Hội đồng quốc tế nghiên cứu về ánh sáng C.I.E (Commission International Eclairage) đã chọn ba màu cơ bản sau : - Màu đỏ có bớc sóng 700 nm. - Màu xanh lá cây có bớc sóng 546,1 nm. - Màu xanh da trời có bớc sóng 435,8 nm. 2.3.2 Sự trộn màu. Khi chiếu ba nguồn sáng màu (B, G, R) có cùng cờng độ lên màn ảnh (vải trắng) thì mắt ngời ghi nhận đợc phần giao nhau giữa ánh sáng đỏ(R) với lá cây(G) là màu vàng, đỏ và da trời là màu tía (magenta); lá cây với da trời là màu lam. Tại vùng chính giữa giao nhau của ba màu là màu trắng. R = G = B R + G = Y R + B = M B + G = C R + G + B = W ở đây không có sự pha trộn các bớc sóng mà chỉ là sự cảm nhận của mắt ngời, đặc điểm này đã đợc khai thác triệt để trong truyền hình màu. II/NGUYÊN Lý TRUYềN HìNH 1. Hình ảnh và các tham số. 1.1Độ chói trung bình: Mỗi phần tử ảnh đều có đọ chói riêngđể ccấu thành toàn bộ ảnh.Trong TH đen trắng cần truyền đi tín hiệu đặc trng cho độ chói này của mỗi phần tử ảnh. 1.2Màu sắc : Là màu sắc của các phần tử ảnh, tham số này chỉ cần thiết đối với TH màu Hình phẳng : đối với TH hiện nay ta đang xét là các hình phẳng ( không gian hai chiều ). Do vậy trong quá trình phân tích và tổng hợp ảnh tia điwnj tử phải quét hai chiều ảnh động:Trong thực tế truyền hình truyền đi các ảnh động. Điều này liên quan đến tần số ảnh để mắt ngời không nhận thấy sự nhấp nháy của ảnh, cácchuyển động của ảnh là liên tục. Trong TH có 50 ảnh ( hệ OIRT) và 60 ảnh ( hệ FCC) truyền trong 1 giây. 2/ Phơng pháp truyền ảnh. Do các đặc điểm của mắt ngời, hình ảnh đợc truyền theo nguyên tắc : Không truyền toàn bộ các chi tiết của ảnh mà chỉ cần truyền các phần tử ảnh (Pixel) sao cho hai phần tử ảnh kề nhau (theo cả hai chiều ngang và đứng) tạo với mắt ngời một góc < 1 ' . Tỷ lệ khuôn hình hợp lý nhất là 4/3 đối với màn ảnh tiêu chuẩn và 16/9 đối với màn ảnh rộng. 1.2.2. Ph ơng pháp quét : G W C M Y R B Việc truyền tin tức của một ảnh đợc thực hiện bằng phơng thức quét từ trái qua phải, từ trên xuống dới. Tia quét đợc lái theo chiều ngang và chiều dọc và đợc đồng bộ giữa đầu phát và đầu thu. Dòng điện sau khi quét một ảnh có thể chứa các thành phần tín hiệu từ tần số rất cao (ứng với các chi tiết rất nhỏ) đến tần số rất thấp thậm chí thành phần một chiều (ứng với ảnh có độ sáng đồng đều và không đổi). 1.2.3 Số dòng quét : Độ nét của hình ảnh sau khi tái tạo phụ thuộc vào độ phân giải. Trong truyền hình độ phân giải đợc đặc trng bằng số dòng quét trên một ảnh. Số dòng quét càng nhiều độ nét hình ảnh càng cao. Số dòng quét tối thiểu là số dòng quét có khả năng tái tạo hình ảnh mà không gây khó chịu cho ngời xem. + Số dòng quét thích hợp đối với mỗi ảnh : 600 1 6010 ' '0 = x dòng. + Khoảng cách tốt nhất từ mắt ngời đến màn hình bằng : 5 2/ tg h d = (với tg 5 0 = 1/12) d = 6.h trong đó : d là khoảng cách từ mắt ngời đến màn hình h là chiều cao của màn hình 1.2.4. Số ảnh truyền trong một giây : Do khả năng lu ảnh của mắt ngời là 1/24 giây nếu ta truyền 24 ảnh trong một giây thì khi tái tạo lại hình ảnh ngời xem có cảm giác là một hình ảnh liên tục. Tuy nhiên khi truyền 24 ảnh trong 1 giây, ánh sáng vẫn bị chớp gây khó chịu cho ngời xem. Để khắc phục hiện tợng này, trong ngành điện ảnh khi chiếu một ảnh ngời ta ngắt ánh sáng làm hai lần, nghĩa là thay vì chiếu ảnh đó trong khoảng thời gian 1/24 giây, ngời ta chiếu nó làm hai lần, mỗi lần 1/48 giây tạo nên cảm giác xem 48 ảnh/1 giây và hình ảnh không bị chớp. Đối với truyền hình ngời ta truyền 25 ảnh/giây ở những nơi sử dụng điện lới 50Hz và 30 ảnh/giây ở những nơi sử dụng điện lới 60Hz để tránh cho hình khỏi bị bị rung, lắc, hoặc có vệt đen trôi trên màn hình khi bộ lọc nguồn không tốt. Để tránh hiện tợng hình bị chớp ngời ta sử dụng phơng pháp quét xen kẽ (Interlace). 10 0 1 ' d h 1 3 . . . Dòng Mành thứ nhất 1 2 . . . 3 4 Dòng Một ảnh hoàn chỉnh 2 4 . . . Dòng Mành thứ hai Hình 1.3: Quét xen kẽ Đối với hệ 625 dòng : - Mỗi lần quét là 1 mành, trong 1 giây có 50 mành đợc truyền. - Mỗi mành có 312,5 dòng. - Tần số ảnh : 25 ảnh/giây. - Tần số mành (f v ): 50 mành/giây. - Tần số dòng (f h ) = 25x625 = 50x312,5 = 15625 Hz. - Chu kỳ một dòng (T h ) = H =1/15625 = 64 às. - Chu kỳ một mành (T v ) = 1/50 = 20 ms. Đối với hệ 525 dòng : - Tần số ảnh : 30 ảnh/ giây. - Tần số mành (f v ) : 60 mành/giây - Tần số dòng (f h )= 525x30 = 15750Hz - Chu kỳ một dòng (T h ) = H =1/15750 = 63.56 às. - Chu kỳ một mành (T v ) = 1/60 = 16.84 ms. Số điểm ảnh ( độ phân giải ) Tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều cao của màn hình là 4/3 hoặc 16/9. Nếu gọi số dòng theo chiều dọc là m thì số cột theo chiều ngang là m x 4/3 và tổng số điểm ảnh là : Z = m x m x 4/3 Nếu số dòng quét là 625 ( hệ OIRT ) thì số điểm ảnh là : 625x 625 x 4/3 = 520 000 điểm ảnh 1.2.5. Xung đồng bộ : Mục đích để đồng bộ giữa đầu thu và đầu phát ( hệ thống quét tia điện tử ở máy thu đồng bộ với hệ thống quét tia điện tử ở máy phát). Xung đồng bộ là các xung âm nằm trong thời gian xung m m x 4/3 a = b = d = c e f g xóa. Các loại xung đồng bộ bao gồm: Xung đồng bộ dòng, xung đồng bộ mành, xung chẻ, xung cân bằng trớc , xung cân bằng sau. Xung xoá : - Mục đích để xoá tia quét ngợc: - Thời gian xoá dòng bằng 0,18H = 11,52às - Thời gian xoá mành bằng 0,08V = 25H +12às Hình 1.4 : Xung đồng bộ và xung xóa dòng Bảng 1.1 : Thông số tín hiệu đồng bộ và tín hiệu xoá : Ký hiệu Thông số Tiêu chuẩn 625/50 Tiêu chuẩn 525/60 Chu kỳ 1 dòng (às) 64 63,555 a Khoảng xoá dòng (às) 12,05 0,25 10,7 b Khoảng cách giữa sờn trớc xung đồng bộ dòng và sờn sau xung xoá dòng (às) 10,5 9,2 0,2 c Độ rộng vai trớc xung xoá dòng (às) 1,5 0,3 1,5 0,1 d Độ rộng xung đồng bộ dòng (às) 4,7 0,2 4,7 0,1 e Thời gian thiết lập xung xoá dòng (às) 0,3 0,1 0,14 0,02 f Thời gian thiết lập xung đồng bộ dòng (às) 0,2 0,1 0,14 0,02 g Thời gian từ điểm cuối xung đồng bộ dòng đến điểm cuối xung xoá dòng (às) 5,8 4,5 Chu kỳ mành (ms) 20 16,84165 j Thời gian xoá mành 25H 25H 1,5às l Thời gian chuỗi xung cân bằng trớc 2,5H 3H n Thời gian chuỗi xung cân bằng sau 2,5H 3H m Thời gian của chuỗi xung chẻ 2,5H 3H Độ rộng xung cân bằng trớc và sau (às) 2,350,1 2,30,1 Độ rộng xung đồng bộ mành 2,5H 3H Hình 1.5 : xung đồng bộ mành, xung cân bằng trớc, xung cân bằng sau Tín hiệu truyền hình đen trắng 1.3.1 Các loại tín hiệu : Tín hiệu truyền hình tổng hợp (CVS-Composite Video Signal) đợc tạo từ Camera, hoặc thiết bị tạo tín hiệu chuẩn, bao gồm các thông tin : + Thông tin về hình ảnh (Video) + Xung xoá (dòng, mành) + Xung đồng bộ (dòng, mành), và một số thông tin khác Tín hiệu Video có biên độ dao động từ mức đen (0V) đến mức trắng (0.7V). Xung đồng bộ (dòng, mành) có nhiêm vụ kích mạch quét dòng và quét mành trong máy thu, với mức điện bằng -0,3V. Biên độ tín hiệu Video tổng hợp bằng 1V P-P /75. Xung xoá bao gồm xoá dòng và xoá mành, mục đích để xoá tia quét ngợc theo chiều ngang và chiều dọc. Thời gian xung xoá lớn hơn thời gian xung đồng bộ. Hình 1.7 : Một dòng tín hiệu truyền hình 1.3.2 Bề rộng phổ tín hiệu Video (dải tần Video) : Gọi chu kỳ của một dòng tín hiệu truyền hình là H, thời gian quét thuận của một dòng là t H và của một mành là t V . Thời gian quét ngợc của một dòng là t nH và của một mành là t nV, theo quy định của CCIR: t nH = 0,18H, với H = 64 às t nH = 0,18x64=11,52 às t H = 64 às - 11,52 às = 52,48 às t nV = 0,08V, với V = 20 ms t nV = 0,08x20= 1,6 ms t V = 20 - 1,6 = 18,4 ms Số dòng trong một ảnh = 625 dòng Với khuôn hình 4/3, số điểm ảnh theo chiều ngang= (4/3).625(1-0,08)= 767 Pixel Số Pixel/1ảnh = 767x625(1-0,08) = 440833 Pixel/ảnh Thời gian truyền một ảnh (không tính thời gian quét ngợc) là : V H t nV t nH t nH H t H t nV t V V t ảnh = 64às(1-0,18)x625(1-0,08) = 30,176ms = 30176 às Thời gian quét một phần tử ảnh : t Ptử = 30176/440833 = 0,0684 às Tần số cao nhất của tín hiệu video đạt đợc khi hình ảnh là những sọc đen/trắng hoặc điểm ảnh đen trắng xen kẽ nhau, (T là chu kỳ tín hiệu sọc đen trắng). T = 2.t Ptử = 0,0684x2 = 0,137 às Tần số cao nhất của tín hiệu Video là : f Video (max) = 1/T = 1/0,137.10 -6 = 7,3 MHz Trên thực tế do tia điện tử có kích thớc nhất định, ngời ta chọn hệ số làm tròn k = 2/3 f max = 7,3 MHz x 2/3 5 MHz 1.3.3. Phổ tín hiệu video : Tín hiệu Video có các thành phần tần số chiếm bề rộng phổ khoảng 5 hoặc 6 MHz, nhng không liên tục Năng lợng phổ chủ yếu tập trung tại n.f H (n = 1, 2, 3, ; f H là tần số dòng). Các thành phần phổ tại f H cũng nh hài của chúng đều có các biên về hai phía của nf H . Ngoài ra còn có một thành phần phổ biểu diễn độ sáng trung bình của ảnh tại f=0Hz (thành phần 1 chiều - DC). 1.4 Truyền dẫn tín hiệu 1.4.1 Điều chế A/V : Để truyền dẫn tín hiệu Video, Audio đến đầu thu (TV) ngời ta phải thực hiện việc điều chế và phách lên miền tần số cao. Tín hiệu Video đợc điều chế AM với cực tính âm và tín hiệu Audio đợc điều chế FM. Điều chế Audio (FM) : - Độ di tần 50 KHz - Mạch nhấn trớc (nâng tần số cao) với hằng số thời gian 50às Điều chế Video (VSB - Vestigial Sideband Amplitude Modulation) : T Hình 1.8 : Phổ tín hiệu video U f V f nf V f H +f V f H +nf V f H f H -f V 2f H +f V 3f H 2f H 2f H -f V Phổ tín hiệu điều chế AM có hai dải biên tần chứa cùng thông tin do đó trên lý thuyết chỉ cần truyền một dải biên tần là đủ. Tuy nhiên trên thực tế khó có khả năng chế tạo đợc các bộ lọc thẳng đứng do vậy phổ của tín hiệu video sau điều chế có dạng biên tần cụt nh hình vẽ : Hình 1.9 : Phổ điều biên tín hiệu video 1.4.2. Kênh cao tần RF : Đối với hệ PAL/DK 625 dòng : Kênh RF có độ rộng là 8 MHz Trung tần hình: 38,9MHz Trung tần tiếng: 32,4MHz Khoảng cách giữa sóng mang hình và sóng mang tiếng : 6,5MHz Tỷ lệ công suất hình/tiếng : 5/1 (đối với mầu 10/1) 1.5 Hệ thống thu - phát truyền hình 1.5.1 Quá trình thu, phát truyền hình : Quá trình thu, phát tín hiệu truyền hình đợc thực hiện thông qua 5 công đoạn nh đợc biểu thị trên sơ đồ khối sau : Hình 1.10 : Hệ thống thu phát truyền hình Công đoạn 1 : Tiền kỳ Studio Studio Truyền dẫn Truyền dẫn T X T X TV TV (1) (2) (3) (4) (5) f o - f S f o f o + f S MHz a- Phổ tín hiệu điều biên f o - 4,5 f o f o + 4,5 MHz b- Phổ điều biên tín hiệu video 4,5 MHz c- Phổ điều biên với một dải biên tần cụt MHz . hình Ngời soạn: Đặng Quang Huy Trờng Đại Học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp Chơng I : Tổng quan về KTTH I / ánh sáng và màu sắc 1, Đặc điểm của mắt ngời Mắt ngời có các đặc điểm sau : + Có khả. điều kiện bất kỳ theo tỉ lệ bất kỳ đều không thể tạo ra màu thứ ba. 2.3.2 Tổ hợp màu cơ bản trong KTTH Theo địng nghĩa trên thì có vô số tổ hợp ba màu nên đã có nhiều tổ hợp ba màu đợc đề nghị sử dụng,