Bài thuyết trình kĩ thuật truyền hình HỆ MÀU NTSC

Hệ truyền hình màu NTSC được hình thành tại Mỹ vào năm 1950 và là hệ truyền hình màu được nghiên cứu đầu tiên trên thế giới. NTSC (National Television Systeme Committee) có nghĩa là Ủy ban hệ truyền hình quốc gia). Nó chính thức phát sóng năm 1953 theo tiêu chuẩn FCC. 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 công thức: Trong đó U’Y, U’R,U’G,U’B giá trị điện áp tín hiệu chói và ba màu cơ bản sau hiệu chỉnh gamma .

CÁC HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU

3 HỆ MÀU CƠ BẢN

1 GIỚI THIỆU

Hệ truyền hình màu NTSC được hình thành tại Mỹ vào năm 1950 và là hệ truyền hình màu được nghiên cứu đầu tiên trên thế giới NTSC (National

Television Systeme Committee) có nghĩa là Ủy ban hệ truyền hình quốc gia)

Nó chính thức phát sóng năm 1953 theo tiêu chuẩn FCC

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 công thức:

Trong đó U’ Y , U’ R ,U’ G ,U’ B giá trị điện áp tín hiệu chói và ba màu cơ bản sau hiệu chỉnh gamma

Tần số cao nhất của tín hiệu chói 4.20MHz Hai tín hiệu khác nhau được truyền đồng thời cùng một lúc với tín hiệu chói là hai tín hiệu mang tin tức về mầu Hệ NTSC cho phép dùng một tín hiệu mầu có dải tần rộng và một tín hiệu mầu có dải tần hẹp

hơn, phối hợp với độ rõ mầu của ảnh truyền hình

và khả năng chống lại các hiện tượng nhiễu giữa các tính hiệu mầu sau mạch tách sóng đồng bộ

Điều chế trong hệ NTSC là điều chế vuông góc, cho phép bằng một sóng mang phụ có thể mang

đi tin tức độc lập, đó là hai tín hiệu mầu

Kết quả nghiên cứu cho thấy chỉ có các màu nằm theo

hướng Q lệch pha 33 độ so với trục B-Y ( màu tía thiên về lơ)

là mắt người phân tích kém nhất và dải tần tương ứng chỉ

cần 0.5MHz Còn lại tất cả các hướng khác, dải thông đều xấp xỉ Vì vậy ở hệ NTSC không sử dụng hệ trục và mà hai tín hiệu màu tính theo hệ tọa độ I, Q và được gọi tín hiêu UI

Với cách chọn trục như trên có thể giảm thiểu tối đa

sự phá rối của tín hiệu sắc vào tín hiệu chói, đồng nghĩa với việc thu hẹp dải thông tín hiệu sắc càng

Bảng sự biến thiên của điện áp tín hiệu màu

Màu Um(V) Uh.mmax=Um+E

Khi nhân UR-Y, UB-Y với hệ số 0,877 và 0,493, ta thấy tín hiệu màu đã có biên

độ giảm nhỏ (-0,33;1,33V) để đảm bảo tương thích với truyền hình đen trắng

Màu 0,877(R-Y)(V) 0,493(B-Y)(V) Um(V) U h,mmax (V) Uh,mmax (V)

2 Tín hiệu truyền hình màu đầy đủ

Tín hiệu màu đầy đủ trong hệ NTSC bao gồm tín hiệu chói, tín hiệu màu, xung tắt đầy đủ, xung đồng bộ đầy

đủ và tín hiệu đồng bộ màu

Hệ màu NTSC thực hiện truyền đồng thời hai tín

hiệu màu và tín hiệu chói Ey trên cùng một dòng

Tần số cao nhất của tín hiệu chói EY của hệ NTSC là 4.2 MHz, tiêu chuẩn quét 525 dòng và 30 ảnh/s

Dải tần của tín hiệu chói từ (0÷4.2) MHz, của tín hiệu màu U’Q từ (3÷4.2)

MHz, của tín hiệu màu U’I (2.3÷4.2) MHz Cả hai dải biên tần của tín hiệu U’Qđều được truyền sang phía thu còn tín hiệu U’I bị nén 1 phần biên tần trên

3 Tín hiệu mang màu cao tần

Tín hiệu màu cao tần UC mang hai tin tức màu khác

nhau đó là U’I và U’Q (là các giá trị đã hiệu chỉnh

gamma của UI và UQ ) Tín hiệu U’I điều chế biên độ một dao động hình cosin với tần số sóng mang phụ , còn tín hiệu U’Q điều chế biên độ dao động hình sin cùng tần số

f SC

f SC

Sơ đồ điều chế tín vuông góc

ĐIỀU BIÊN CÂN BẰNG I

TẠO SÓNG MANG

PHỤ

DỊCH PHA 90 0

ĐIỀU BIÊN CÂN BẰNG II

+

Ua

UCU’I

Từ tín hiệu điều chế U’I và U’Q tại đầu ra của hai mạch điều biên cân bằng tín hiệu có dạng:

f

Trong đó : là tần số mang phụ

- Ở hình a, tín hiệu giả sử là hình sin có biên độ

- Ở hình d, để có thể 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 nhập dính vào nhau.

Dạng tín hiệu ra ở mạch điều

ft V

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 không Nói khác đi trong

mạch điều biên nén khi không có tín hiệu (=0) thì cũng không còn sóng mang phụ nữa.

Mỗi khi điện áp tín hiệu đổi chiều từ + sang – hay ngược lại thì sóng mang phụ lại đảo lại pha 180 độ.

Như vậy, tín hiệu mầu của hệ thống NTSC là tín

hiệu điền biên, điều pha có tần số bằng tần số sóng

mang.

4 Chọn tần số sóng mang phụ SMP

Để đảm bảo độ tương thích giữa

truyền hình màu và truyền hình đen

trắng thì kênh của truyền hình màu phải

có phổ kênh bằng đúng phổ kênh của

truyền hình đen trắng.vì vậy tín hiệu

mầu phải nằm trọn vẹn trong phổ của

tín hiệu chói.và để tránh can nhiễu từ

màu sáng chói thì tín hiệu mầu phải nằm

trọn vẹn trong phổ tần cao của tín hiệu

chói.

Mà E γ của NTSC là 0/4.2 MHZ

;Tín hiệu mầu của NTSC có dải phổ cao

nhất 0-1.5MHZ nhưng trong thực tế khi

truyền chỉ truyền dải phổ 0-1.2MHZ

.vậy fmp cao nhất

là:fmp<4.2-0.6=3.6 → fmp<3.6MHZ.

Nhiễu do SMPgây

ra

• Phổ tín hiệu chói là phổ vạch,được phân bố là các bội

số của fH (tần số dòng.vì vậy nếu chọn fmp =fH.(2n-1)/2 dao động tần số sóng mang phụ (SMP) đã giảm đi

nhiều.trong một chu kỳ quét dòng có (2n-1)/2 chu kỳ

dao động tần số SMP nên pha dao động của SPM đảo

điểm sáng và tối gây ra do có dao động SMPsẽ lần lượt đổi vị trí cho nhau khi quét từ dòng trên xuống dòng

dưới.các điểm sáng tối xen kẽ theo chiều đứng bù trừ cho nhau tạo cảm giác màn ảnh có độ chói đồng đều.

• Mặt khác số mành quét trong một mành là lẻ nên cứ

sau 1 mành vị trí đen,trắng thì lại đổi cho nhau,giúp cho

ta cảm giác bình quân độ chói theo thời gian.Vì vậy

hợp để có SMP thỏa mãn cả hai điều kiện đã nêu

5 Tín hiệu đồng bộ màu

x

U0

Bộ tách sóng tín hiệu mang màu

Sau khi tách tín hiệu mang màu cao tần ra khỏi tín hiệu chói, tín hiệu mang màu cao tần được đưa vào bộ tách sóng để tạo lại tín hiệu mang màu tần số cơ sở (tần số video) là U’I và U’Q

.

Bộ tách sóng tín hiệu mang màu thường là tách sóng đồng bộ (còn gọi là bộ tách sóng nhân) Trong máy thu hình còn phải có mạch tạo ra dao động tần số mang phụ có tần số và pha đồng bộ với tần số và pha dao động tần số sóng mang phụ bên phát Dao động đó cũng được đưa vào bộ tách sóng để tạo ra tích số:

U(t) =U0 Uc =U0.[U’Qsin(ωt+33o)+UIcos(ωt+33o)]

U0 =a sin(ωt + α) là dao động tần số mang phụ tạo ra ở bên thu

Như vậy bên thu cần có U 0 ổn định và đồng bộ với sóng mang phụ

ở phía phát.vì vậy bên phát truyền sang phía thu một chuỗi dao động chuẩn về pha và tần số của SMP đây là tín hiệu đồng bộ màu.Yêu cầu tín hiệu đồng bộ màu không ảnh hưởng đến đồng bộ dòng và đồng bộ mành.

Vậy tín hiệu đồng bộ màu NTSC là một chuỗi 8/10 chu kỳ có tần

số bằng tần số fmp có pha đồng pha với sóng mang phụ phía phát và chuỗi xung này được cài ở sườn sau của xung xóa dòng có biên độ đỉnh bằng 0,9.S(S: biên độ xung đồng bộ dòng) trừ 9 dòng đầu của sung tắt mành.

Các tiêu chuẩn của hệ màu NTSC

6 MÃ HÓA NTSC

Trễ pha

90 độ

Tạo xung đồng bộ màu

Mạch ma trận : nhận điện áp tín hiệu màu cơ bản U R ,U G ,U B để tạo ra các tín hiệu độ chói U Y và hai tín hiệu màu U l , U Q

Tín hiệu độ chói U Y có dải tần rộng từ 0 đến 4,2 MHz nên phải qua dây trễ

để làm chậm tín hiệu lai, sau đó đưa qua bộ khuếch đại U Y để khuếch đại điện

áp tín hiệu đủ lớn cung cấp cho bộ cộng.

Tín hiệu U l sau khi qua mạch lọc thông thấp có dải tần từ 0 đến 1,3 MHz , dải tần nay rông hơn dải tần của tín hiệu U Q , nên cũng phải đưa qua dây trễ rồi đưa tới bộ khuếch đại U l để khuếch đại điện áp đủ lớn.

Tín hiệu U Q sau khi qua mạch lọc thông thấp có dải tần hẹp nhất từ 0 đến 0,6 MHz , do đó tín hiệu này không qua dây trễ mà đưa thẳng tới bộ khuếch đại điện áp U Q

+ Bộ tạo sóng mang phụ f sc :Đây là bộ dao động tự kích có nhiệm vụ tạo tần số f sc

= 3.58 MHz Tần số f sc được đưa trực tiếp tới bộ điều chế biên độ tín hiệu Up đồng thời tần số fsc được đưa qua bộ trễ pha 900 rồi đưa tới bộ điều chế biên

độ tín hiệu U Q

+ Bộ điều biên nén (S.A.M = Suppress amplitude modulator): trước khi đưa tín hiệu sắc tổng hợp với tín hiệu chói , ta phải điều biên nén tín hiệu U l và U Q vào sóng mang phụ f sc

Điều biên nén có nhiệm vụ lấy tín hiệu sắc điều chế biên độ vào sóng mang phụ f sc

sau đó nén tần số mang phụ f sc và chỉ đưa ra hai dải tần trên và dải tần dưới + Bộ điều biên nén 1 có nhiệm vụ lấy tín hiệu màu U l điều biên nén vào tần số

mang màu phụ f sc , để cho ra tín hiệu song biên nén tần số mang.

+ Bộ điều biên nén 2 có nhiệm vụ lấy tín hiệu hiệu màu U Q điều biên nén vào tần

số mang màu phụ f sc đã trễ pha 90 độ, để cho ra tín hiệu song biên nén tần số mang.

+ Bộ cộng có nhiệm vụ tổng hợp các tín hiệu độ chói U Y tín hiệu sắc U C xung đồng

bộ dòng , xung đồng bộ mành và xung đồng bộ màu để tạo thành tín hiệu tổng hợp U M

7 GIẢI MÃ NTSC

Dây trễ

Khuếch

đại

Lọc chắn dải 3.58 MHz

Lọc thông

dải Khuếch đạisắc UC Tách sóng UI 0 1.3 MHzLọc dải

Tách xung đồng bộ màu

Dây trễ

Tạo sóng mang phụ

Khối quét dòng

Mạch khuếch đại và mạch

Bộ khuếch đại tín hiệu màu tổng hợp nhận tín hiệu mùa tổng hợp U M rồi khuếch đại ở đầu ra của bộ khuếch đại ta lấy được hai tín hiệu : độ chói U Y và tín hiệu sắc U C

Kênh chói: Dây trễ dải rộng có dải thông tần 4.2 MHz và thời gian trễ

khoảng (0,3-0,7) ms, 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 Ở đây cần có sự phối hợp trở kháng tại lối vào và lối ra của dây trễ Nếu không có sự phối hợp tốt sẽ xuất hiện tín hiệu phản xạ, sinh ra sóng đứng; do đó có nhiều đường viền trên ảnh truyền hình Mạch lọc chắn dải sẽ nén sóng mang phụ và các thành phần phổ của tín hiệu màu gần f sc nhằn giảm ảnh hưởng của tín hiệu màu đến chất lượng ảnh truyền hình màu.

Khi có mạch lọc chắn dải trong kênh chói , dải thông kênh chói thu hẹp vì vậy, lúc thu truyền hình đen trắng phải tìm cách làm cho mạch lọc chắn dải mất tác dụng.

Mạch ghim sẽ khôi phục thành phần trung bình của tín hiệu chói ( nếu bị mất) trước khi đặt nó lên mạch ma trận.

Kênh màu : mạch lọc thông thấp dải chọn lấy tín hiệu đồng bộ màu và nén các thành phần tần thấp của tín hiệu chói nằm ngoài tần tín hiệu màu.

Mạch khuếch đại sắc U C là bộ khuếch đại cộng hưởng nhằm khuếch đại điện áp tín hiệu sắc U C tại tần số f SC = 3,58 MHz và đưa hai tín hiệu song biên nén tần số mang tới các bộ tách sóng tín hiệu song biên.

Bộ tạo sóng mang phụ f sc có nhiệm vụ tạo lai tần số sóng mang phụ f sc Để tần số tự tạo luôn đồng bộ với phí phát , bộ tạo sóng f sc làm việc dưới sự điều khiển của xung đồng bộ màu f sc

Bộ tách song tín hiệu sắc có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên, sau đó tách song 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 màu tự tạo f sc để đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên Sau đó tách song điều biên để lấy tín hiệu màu U RY hay U I Do dải tần của U I rộng (0 -1,3 MHz ), nên tín hiệu này phải qua dây trễ để tín hiệu chậm lại.

Mạch tách song U Q nhận tín hiệu song biên và tần số mang tự tạo fi đã trễ pha 90 độ , để đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên Sau đó, tách sóng điều biên để lấy tín hiệu mầu 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

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

mã không phức tạp vì vậy giá thành thiết bị 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

- Méo gây ra do dải tần tín hiệu mang màu bị hạn chế

- Méo gây ra do dải tần của tín hiệu mang màu khác nhau

- Nhiễu của tín hiệu chói vào kênh màu

- Nhiễu lẫn nhau giữa các tín hiệu mang màu do phát hai biên tần không đối xứng

Trịnh Văn Bốn Lương Văn Huyên

Nguyễn Bá Dũng Nguyễn Đức Thông

Trần Đức Hậu Nguyễn Văn Vinh

Nguyễn Đình Tới Trần Tuấn Phong

Chu Tuyên Hoàng (C) Trương Văn Hải