Xử lý tín hiệu trong truyền hình kỹ thuật số

s (tì ca e cd' è o o (tì Õ xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số (tì Chương 1: Phần ỉ Cơ cở KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH ÁNH SÁNG VÀ MÀU SAC 1.1 Ánh sáng tính chất ánh sáng 1.1.1 1.1.1.1 Ánh sáng sóng điện từ Sóng điện từ Sóng điện từ vật thể thiên nhiên xạ có dải tần phổ rộng : từ hàng chục Hz đến 2020 Hz lo’1 101S 101S 10n 10ộ 10ớ lũ3 f(Hz) lũ3 J—H—h-h-H ► 106 ỉ I I I I I I -► p Hệ sô" phản xạ đơn nhậnhệ ánh ; xạ để đánh giá tính châ"t phản xạ vật sắc P(Ầ), gọi hệ sô" phản xạ phổ: Sóng radio 1.1.1.6 Vật suốt PW Tia thầy Hình 1.1 Phổ tần dao động điện từ Trong dải tần phổ rộng đó, có khoảng hẹp ứng với khoảng bước sóng định, Khi ánh sáng chiếuụm, lên vậtnhững khoảng suôt dao động phần lượng phần từ 0,380 ỊJm đến 0,78 điện từ mà xuyên mắt taqua có vật, thể cảm nhận phản xạ phần bị hâ"p thụ Phần lượng bị hâ"p thụ thường rât nhỏ , phần được, ánh sáng Dải sóng ngắn sóng ánh sáng tia tử ngoại tia rơnghen v.v dải lượng phản thưởng sóng dài hơnxạsóng ánh râ"t sánglớn tia hồng ngoại, dài nửa sóng radio, sóng âm Để đánh giá độ suô"t r =vật p ^ đôi với bước sóng Ả , người ta dùng hệ sô" (1.2) Anh sáng dao động điện từ cóP M bước sóng nằm khoảng 0,380 ụm đến 0,78 ỊJm Anh sáng thường chia thành ánh sáng đơn sắc ánh sáng phức hợp Anh sáng sắcđặc sóng điện từánh chứa 1.2 Các đạiđơn lượng trưng cho sáng bước sóng xác định Anh sáng phức hợp tập hợp nhiều ánh sáng đơn sắc, đặc trưng 1.2.1 Quang thông SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD :: TRẦN TRẦN XUÂN XUÂN TRƯỜNG TRƯỜNG - GIHD -1- d _F xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số = ^ (L5) Fq = A J V (Ằ)dpXị V {Ả)P{Ả)dẢ (1.3) Độ rọi mặt thoáng Ả \ đựoc h xác địng tỉ sô quang thông rọi lên đơn vị diện tích mặt thoáng : E q; (1.8) Trong : Fq- Quang thông Trong : Eq Hệ Độsorọitỉ ;lệ A Fq - Phân Quang thông; P(Ằ) bô" lượng nguồn xạ ánh L sáng ; =^ (1.7) 1.3 Sắc 1.1.2màu Cường độ quang Cường độKhái quang củavềmột 1.3.1 niệm màunguồn sáng quang thông nguồn sáng xạ theo phươngsắc định, đơn vị góc khôi Nếu quang thông dF L| xạ góc khôi Màu sắc thuộc tính dao động điện từ mà mắt người cảm nhận Tuỳ theo dw, cường độ sáng tính công thức : bước sóng khác tác động vào mắt dw ta cảm thấy màu sắc khác (1.4) 380 435 495 560 585 610 780 A,nm Nếu nguồn sáng485 mặt, thìlàcường độ quang sáng xạ cácbằng hướng khác Cường độ Đơn vị đo cường độ sáng Cadala, thông tính Lumen, gócnhau khôi tính Hình 1.2 bước sóng màu phổ màu sáng theo hướng quan sát : Steradian Iq(a) =I0 co sa phân theo mọi(1.6) Với nguồn sáng điểm có quang thông hướng ,thì cường độ sáng Khi qua sát vật thể tự phát ánh sáng màu sắc cảm thụ định : phổ phân bô" lượng xạcủa củanguồn ; khimặt; quan sát vật thể phản xạ cho ánh Trong đónăng Fq - Quang thông sáng sáng qua màu săc mà cảm nhận phụ thuộc vào : lo - Cường độ sáng theo hướmg vuông góc với nguồn sáng mặt; • Phổ phân bô lượng nguồn sáng sơ câ"p rọi lên vật Iq(a) -Cường độ sáng theo hướng quan sát; • Tính chất phản xạ thông qua vật a - Góc làm thành hướng quan sát hướng vuông góc với nguồn sáng mặt; Các thông sô đặc trưng cho màu sắc 1.2.3 Độ 13.1.1 Độ chói chói Độ chói đại lượng mức độ sáng s coscủa a vật xạ ánh sáng, phản xạ ánh sáng cho ánh Độsáng chói vàqua độ sáng thông sô" khách qua vá chủ quan sô" mức độ ánh sáng màu sắc Trong : L - độ chói ; Độ chói nguồn sáng mặt s tính : Môi quan hệ độ sángđộ thể sautheo : Iq độ- chóiCường sáng hướng quan sát ; a - Góc làm thành hướng quan sát hướng vuông góc với nguồn sáng mặt B =dùng K \ nđơn L +vị C B (1.9) Đơn vị đo dộ chói Nit, Stin Trong Độ : rọi B - Độ sáng ; 1.2.4 K c -Hệ sô" tỉ lệ ; SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -4-3- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Màu chứa nhiều ánh sáng trắng , độ bão hoà màu thấp, màu quang phổ có độ bão hoà màu lớn nhất; màu trung hoà có độ bão hoà màu nhỏ Độ màu thông sô khách quan , hàm lượng tương đôi màu quang phổ chứa ánh sáng , tính theo tỉ lệ phần trăm F Trong : d F Fd+F, -£L= (1.20) f « Fd - Quang thông ánh sáng màu; 1.4 Lý thuyết màu 1.4.1 Lý thuyết màu Thực nghiệm xác định , nhận gần tất màu sắc tồn thiên nhiên cách trộn ba chùm ánh sáng màu đỏ , màu lục ,màu lam theo tỉ lệ xác định Những chùm tia sáng có tần sô" khác gây cảm giác màu khác mắt người Nếu bước sóng chùm tia biến đổ liên tục từ màu lam qua màu lục đến màu vàng cuối màu đỏ Giữa màu kế cận có vô sô" màu trung gian khác Sô lượng màu sắc mà mắt người phân biệt 160 loại , ta nói phân biệt Tổ hợp ba màu xem ba màu chúng thoả mãn yêu cầu : Ba màu độc lập tuyến tính Nghĩa , trộn hai màu ba màu điều kiện , theo tỉ lệ không tạo màu thứ ba Để tiêu chuẩn hoá việc đo màu thê" giới, dựa vào kết thực nghiệm CIE quy định ba màu ngày sử dụng rộng rãi công nghiệp truyền hình , gọi hệ ba màu R, G , B Ba màu : • Màu đỏ , ký hiệu chữ R (Red), có bước sóng ẰR =700 nm; • Màu lam , ký hiệu chữ B (Blue) ,có bước sóng ẰB =435,8 nm; + Phương pháp trộn quang học SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -5- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Phương pháp dựa khả tổng hợp màu có sô xạ màu sắc khác tác dụng đồng thời vào mắt tạo màu sắc độ màu phụ thuộc vào tỉ lệ công suất xạ thành phần Hình 1.3 Trộn màu theo phương pháp cộng quang học + Phương pháp trộn không gian Khi màu sắc tác dụng vào mắt mà tia màu không rơi vào điểm mắt , điểm rọi nằm gần thí mắt tổng hợp kích thích để tạo màu Đó hiệu ứng cộng không gian màu sắc Nếu trộn không gian lần lượt, sắc màu cảm thụ phụ thuộc tỉ lệ thời gian rọi chùm sáng Dựa sở người ta chế tạo ông thu màu khác + Phương pháp trừ Để tạo màu mới, cách cộng màu đơn sắc , người ta dùng phương pháp lọc cắt bỏ bớt sô" màu từ ánh sáng trắng Anh sáng ban đầu phải ánh sáng có phổ tần liên tục để có khả đảm bảo tạo màu sắc sau trình hâ"p thụ SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -6- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số s nguồn sáng cần đo mảu Mất nguừi quan sát Hình 1.4 Thiết bị so màu Tacó : s = a S] + b s2 + c s3 (1.21) Trong : a,b,c hệ sô" tỉ lệ với công suất xạ chuẩn S],S2,S3 Các S],S2,S3 xạ đơn sắc màu lam ,ĩục ,đỏ tương ứng có bước sóng ẦB =435,8 lim, ẰG = 546,1 nm , ẰR = 700 nm Tổng quát: s = B (B) + G (G) + R (R) (1.22) Trong : R,G,B - Hệ sô tỉ lệ với công suất màu , thường gơi thảnh phần màu màu s 1.4.2.3 Các định luật trộn màu • Định luật thứ nhất: “Bất kỳ màu sắc tạo cách trộn ba màu độc lập tuyến tính đôi với nhau” • Định luật thứ hai :”Sự biến đổi liên tục xạ tạo nên màu khác “ Nói cách khác Sự biến đổi hên tục hệ sô công suất màu dẫn đến biến đổi liên tục màu sắc tổng hợp , chuyển từ màu sang SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -7- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Chương 2: NGUYÊN LÝ TRƯYEN HÌNH 2.1 Hệ thông truyền hình Truyền hình, tên gọi hệ thông biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực biến đổi tín hiệu thành dạng ban đầu thị lên hình dạng hình ảnh Hệ thông truyền hình thực xử lý tín hiệu mang thông tin độ chói màu vật Hình 2.1 Sơ đồ khôi hệ thông truyền hình Ống kính camara chiếu ảnh vật cần truyền lên catôt quang điện chuyển đổi ảnh - tín hiệu Bộ chuyển đổi chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện, tức chuyển đổi lượng ánh sáng thành lượng điện, gọi tắt chuyển đổi ảnh - tín hiệu Tín hiệu điên mang tín tức hình ảnh gọi tín hiệu hình hay tín hiệu video Quá trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện trình phân tích ảnh SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -8- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số hiệu - ảnh Bộ chuyển đổi có tác dụng ngược lại với chuyển đổi phía phát, chuyển đổi tín hiệu hình nhận thành ảnh quang (chuyển đổi lượng điện thành lượng ánh sáng) Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang trình tổng hợp ảnh, hay khôi phục ảnh Quá trình chuyển đổi tín hiệu - ảnh phải hoàn toàn đồng đồng pha với trình chuyển đổi ảnh - tín hiệu, khôi phục ảnh quang truyền Để thực đồng đồng pha, hệ thông truyền hình phải dùng tạo xung đồng Xung đồng đưa đến chuyển đổi ảnh - tín hiệu để không chế trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến khuếch đại gia công tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình truyền sang phía thu Tín hiệu cộng thêm xung đồng gọi tín hiệu truyền hình Ớ phía thu, xung đồng tách khỏi tín hiệu truyền hình, dùng để không chê trình tổng hợp ảnh 2.2 Sơ đồ khôi tổng quát hệ truyền hình đen - trắng Hệ thông truyền hình tập hợp thiết bị cần thiết để đảm bảo trình phát thu hình ảnh trông thây Truyền hình dùng vào nhiều mục đích khác Tuỳ theo mục đích truyền hình mà xác định tiêu hệ thông cho phù hợp Yêu cầu chung Hlnh ảnh A' Cảnh vật A Hình 2.1 Sơ đồ khôi tổng quát hệ thông truyền hình đen - trắng Ảnh vật cần truyền qua hệ thông quang học máy quay (camara) hội tụ catôt quang điện chuyển đổi ảnh - tín hiệu Ớ chuyển đổi này, ảnh quang chuyển đổi thành tín hiệu điện, tức chuyển đổi lượng ánh sáng thành lượng điện Tín hiệu điện mang tin tức hình ảnh gọi tín hiệu hình hay gọi tín hiệu video Tín hiệu hình khuếch đại gia công truyền theo kênh thông tin (vô tuyến hay hữu tuyến) sang phía thu Ớ phía thu, tín hiệu hình khuếch đại đến mức cần thiết đưa đến chuyển đổi tín hiệu - ảnh Bộ chuyển đổi có tác dụng ngược với chuyển đổi phía phát, chuyển đổi tín hiệu hình nhận thành ảnh quang (chuyển đổi lượng điện SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG -9- x = ọ( 5\ xử LÝ TÍN HIẼU TRONG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẢT sổ _ (2 2) y-q>(t) / ^ Quá trình hiệu phảicũng hoàn đồngcủa bộthời gian đồng pha với với qua Nếu ảnh chuyển động thìđổi cáctín tham sô"- Lảnh ,Ằ ,P’ đềutoàn hàm trình chuyển hiệu phụcphương ảnh quang truyền Để thực Một ảnhđổi tĩnhảnh đen- -tín trắng cóthì thểmới diễnkhôi đạt trình : đồng đồng pha , thông truyền hình phải dùng một(2.3) tạo xung đồng L =hệ f(x,y) Xung Do đồng đưacủa đến(t)bộnên chuyển đổicũng ảnhlàtínhàm hiệuthời để gian không x,ybộ đềuđược hàm độ chói : chế trình phân tích ảnh ,đồng thi đưa đến khuếch đại vàL gia công tín hiệu hình để cộng với tín(2.4) hiệu hình truyền = f(t) sang phía thu, tín hiệu hình cộng thêm xung đồng gọi tín hiệu truyền hình 2.3 Phương pháp phân tích tổng hựp ảnh 2.3.1 2.3.1.1 Nguyên lý quét Phương pháp quét liên tục Chúng ta nhìn thây phân biệt vật nhờ tính chất phản xạ ánh sáng khác vật chi tiết vật Trong truyền hình ảnh vật cần truyền không gian chiếu lên mặt phẳng nhờ hệ thông quang học, biến đổi tín hiệu hình ảnh thành tín hiệu điện Muôn biển đổi hình ảnh vật thành tín hiệu điện chia ảnh vật thành nhiều phần tử nhỏ, biến đổi độ chói màu phần tử thành tín hiệu điện (U) U = f(L,Ằ,P\x,y,t) Trong : L - Độ chói phần tử ảnh ; Ầ P’ - Bước sóng độ khiết; y - Xác định vị trí phần tử ảnh ; t -Thời gian xác định thời điểm lấy ảnh ; X SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG - 10- (2.1) a xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số 23.1.2 Phương pháp quét ảnh xen kẽ Hình 2.2 Phương pháp quét liên tục Đôi với truyền hình để tránh tượng bị rung , lắc có vết đen trôi ảnh bộTheo lọc nguồn không đảmđiện bảotửchất người ta truyền 25 ảnh1 /, 1sang giâymép đôi với hình 2.2 , dòng bắtlượng, đầu quét từ mép trái dòng phảinhững A nơi lập điện lưới có 50 theo Hz vàđường 30 ảnhnét / 1rời giây có trái tần sô" điện lưới 60Hz tức quay tần phíasô"trái vàđôi lạivới bắtnhững đầu từnơi mép dòng quét mép phải B,sau quay mép trái bắt đầu dòng , dòng điện tử quét tử quét từ xuống z kết thúc việc phân tích tổng hợp ảnh Sau tia điện tử quay nhanh mép trái dòng ảnh thứ Quá trình xảy hên tiếp với ảnh thứ , thứ , với tốc độ lớn Thời gian truyền phần tử ảnh : [...]... tạp đã phát 3.3 Truyền tín hiệu truyền hình màu Hệ thông truyền hình cho phép sử dụng hai dạng tín hiệu, được gọi là tín hiệu video SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG - 33 - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số thành phần và tín hiệu video tổng hợp để xử lý, lưu trữ và phát sóng chương trình Tín hiệu video thành phần gồm bộ ba tín hiệu được xử lý riêng lẻ Có hai tập tín hiệu video thành... lượng ảnh truyền hình màu Nhiệm vụ của kênh màu là : - Tách lây tín hiệu màu Uc từ tín hiệu truyền hình màu đầy đủ SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG - 36- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số - Tự động tắt kênh màu lúc thu chương trình truyền hình đen - trắng hoặc lúc thu chương trình truyền hình khác hệ màu hoặc lúc tín hiệu ở lôi vào máy thu hình màu quá yếu Tín hiệu truyền tới... sao cho tín hiệu đã được điều chế (gọi là tín hiệu mang màu cao tần ) có các vạch phổ nằm đúng SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG - 34 - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Hình 3.4 Phổ tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần Bên máy thu chỉ cần dùng một bộ lọc đặc biệt có dạng thông dải hoặc đặc tính hình lược có thể tách riêng tín hiệu mang màu cao tần ra khỏi tín hiệu chói Tín hiệu. .. điểm của tín hiệu là tất cả các thông tin về tính màu của cảnh vật được biểu diển bằng một tín hiệu Tín hiệu video tổng hợp sẽ được xử lý, lưu trữ và truyền dẫn dưới dạng một tín hiệu duy nhất mà thôi Như vậy tín hiệu thành phần yêu cầu dải băng tần lớn, sử dụng ba kênh truyền tín hiệu, còn tín hiệu tổng hợp chỉ yêu cầu một kênh truyền 3.3.2 Ghép phổ tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói Nếu tín hiệu mang... 17 - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Từ hình 2.7 chúng ta rút ra những nhận xét sau: - Tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính, bởi vì độ chói của ảnh có giá trị dương, biến đổi từ 0 đến giá trị cực đại Do đó tín hiệu hình tương ứng cũng chỉ có một cực tính, hoặc là dương hoặc là âm Nếu ứng với điểm trắng của ảnh, thì tín hiệu có trị sô" điện áp lến nhất; ứng với các điểm đen, thì tín hiệu. .. hình • Tầng tách sóng hình đảm nhân hai nhiệm vụ: - Từ tín hiệu trung tần hình tách lây tín hiệu hình - Hình thành tín hiệu trung tần tiếng thứ hai Đây là tín hiệu điều tần mang tín hiệu âm thanh Nó được hình thành nhờ phách giữa tín hiệu trung tần hình và tín hiệu trung tần tiếng • Mạch khuếch đại hình (thường có từ 1 đến 3 tầng khuếch đại) có nhiệm vụ chính là khuếch đại tín hiệu hình đến mức cần thiết... gồm : • Tín hiệu UR , UG ,UB : Các tín hiệu thành phần UR , UG ,UB là các tín hiệu cơ bản của truyền hình màu, mõi một tín hiệu biểu diễn cho một màu cơ bản • Tín hiệu Uy , UG.y ,U _Y :Các tín hiệu Uy , UG.y ,UB.y là tổng hợp các giá trị tín hiệu màu cơ bản UR , UG ,UB B Tín hiệu video tổng hợp được sử dụng trong kênh truyền thông đại chúng, phát triển trên cơ sở tương hợp với hệ truyền hình đen... (2.24) xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số càng cao thì biên độ càcg bé Đặc điểm của phổ tín hiệu hình là giữa các nhóm phổ hài tần sô dòng tồn tại các khoảng trông Có thể lợi dụng các khoảng trông này để truyền các tín hiệu khác Trong trường hợp hai tín hiệu có cấu trúc phổ giông nhau, nếu bô" trí sao cho các nhóm phổ của tín hiệu thứ hai nằm vào các khoảng trông giữa các nhóm phổ của tín hiệu. .. TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Chương 4: CÁC HỆ TRƯYEN H ÌNH MÀ Ư 4.1 Hệ truyền hình màu NTSC Hệ truyền hình NTSC cho phép dùng một tín hiệu màu có dải tần rộng và một tín hiệu màu có dải tần hẹp hơn, phôi hợp độ rõ màu của ảnh truyền hình và khả năng chông lại các hiện tượng nhiễu giữa các tín hiệu màu sau mạch tách sóng đồng bộ Để có thể đan các vạch phổ của tín hiệu màu vào tín hiệu chói , các tín hiệu màu... trình truyền hình cần xem, truyền ở các băng sóng met hay decimet - Khuếch đại tín hiệu tần sô" radio nhận được từ anten thu tới mức cần thiết, đảm bảo độ khuếch đại đồng đều ở các kênh - Đổi tín hiệu tần sô" radio thành tín hiệu trung gian (gọi tắt là trung tần ) SVTH : LÊ ĐÌNH LUÂN GIHD : TRẦN XUÂN TRƯỜNG - 27 - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số • Khôi khuếch đại trung tần hình: Tín hiệu ... -7- xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Chương 2: NGUYÊN LÝ TRƯYEN HÌNH 2.1 Hệ thông truyền hình Truyền hình, tên gọi hệ thông biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện, truyền. .. - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số Từ hình 2.7 rút nhận xét sau: - Tín hiệu hình tín hiệu đơn cực tính, độ chói ảnh có giá trị dương, biến đổi từ đến giá trị cực đại Do tín hiệu hình. .. -45 - xử LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYEN HÌNH KỸ THUẬT số 4.3 Hệ truyền hình màu SECAM 4.3.1 Tín hiệu màu phương pháp điệu chế Tín hiệu chói U’Y truyền tất dòng , cón hai tín hiệu màu D’R D’B truyền