Số hóa tín hiệu và kỹ thuật nén ảnh số ứng dụng trong truyền hình số

Phổ tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tầnTín hiệu màu đợc đem đi điều chế một dao động cao tần có tần số mang fSC sao cho tín hiệu sau điều chế gọi là tín hiệu màu cao tần có các vạch ph

trờng đại học bách khoa Hà Nội

khoa điện tử viễn thông

======  ======

đồ án tốt nghiệp

đề tài

Số hóatín hiệu và kỹ thuật nén ảnh số ứng

dụng trong truyền hình số

Giáo viên hớng dẫn : Hà Thanh Bình Sinh viên thực hiện : Trần Thế Trung

Hà Nội – 06/2006

Bộ Giáo dục và Đào tạo

Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội

-*** -Cộng hòa xã hội chủ nghĩa Việt Nam

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc -*** -

nhiệm vụ

thiết kế tốt nghiệp

Họ và tên: Ngành học:

1 Đầu đề thiết kế

2 Các số liệu ban đầu

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán

4 Các bản vẽ đồ thị (ghi rõ các loại bản vẽ, kích thớc các bản vẽ)

5 Cán hộ hớng dẫn Phần Họ và tên cán bộ

6 Ngày giao nhiệm vụ thiết kế:

7 Ngày phải hoàn thành:

Ngày tháng năm 2005

Chủ nhiệm khoa

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ngày tháng năm 2005

Cán bộ hớng dẫn thiết kế

(Ký tên và ghi rõ họ tên)

Ngày tháng năm 2005

Đánh giá kết quả

Điểm thiết kế:

Điểm bảo vệ:

Điểm tổng hợp:

Ngày tháng năm 2005 Chủ tịch hội đồng (Ký tên và ghi rõ họ tên) Ngày tháng năm 2005 học sinh đã hình thành (và nộp toàn bộ bản thiết kế cho khoa) (Ký tên và ghi rõ họ tên) Mục lục Chơng I Tổng quan về truyền hình

1.1 Hệ thống truyền hình

1.1.1 Nguyên lý quét

1.1.2 Hình dạng tín hiệu hình

1.1.3 Phổ tín hiệu hình

1.2 Truyền hình màu

1.2.1 Lý thuyết 3 màu

1.2.2 Phơng pháp trộn màu

1.2.3 Đồ thị đo màu x, y

1.2.4 Méo gamma

1.2.5 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu

1.2.6 Tín hiệu truyền hình màu

1.2.7 Bộ lập mã màu và bộ giải mã màu

1.2.8 Đo kiểm tra tín hiệu truyền hình màu

1.3 Các hệ truyền hình màu

1.3.1 Hệ truyền hình màu NTSC

1.3.2 Hệ truyền hình màu PAL

1.3.3 Hệ truyền hình màu SECAM

1.4 Hệ thống phát hình

1.4.1 Kênh truyền hình

1.4.2 Mạng lới truyền hình

1.4.3 Máy phát hình

1.4.4 Anten phát hình

1.5 Máy thu hình

1.5.1 Sơ đồ khối máy thu hình màu

1.5.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu hình

1.5.3 ống thu hình màu

Chơng II Tổng quan về truyền hình số

2.1 Hệ thống truyền hình số

2.2.Đặc điểm của truyền hình số

2.3 ảnh số

2.4 Các phơng pháp biến đổi tín hiệu video

2.4.1 Tiến hành video số tổng hợp

2.4.2 Tín hiệu video số thành phần

2.5 Chuyển đổi tơng tự - số và số - tơng tự

2.5.1 Các tham số cơ bản

2.5.2 Nguyên tắc làm việc của bọ chuyển đổi tơng tự - số

2.5.3 Các phơng pháp chuyển đổi tơng tự - số

2.5.4 Các phơng pháp chuyển đổi số - tơng tự

2.6 Camera truyền hình

2.7 Tơng lai của công nghiệp truyền hình

Chơng III: Số hóa tín hiệu video

3.1 Lịch sử phát triển

3.2 Thiết bị hộp đen video số

3.3 Lấy mẫu tín hiệu video số

3.3.1 Lấy mẫu

3.3.2 Cấu trúc lấy mẫu

3.4 Lợng tử hóa

3.5 Mã hóa

3.6 Chuyển đổi D/A

3.7 Tiêu chuẩn số hóa tín hiệu video màu tổng hợp

3.7.1 Lấy mẫu tín hiệu video màu tổng hợp

3.7.2 Tiêu chuẩn 4f SC NTSC

3.7.3 Tiêu chuẩn 4f SC PAL

3.7.4 Các thông số cơ bản và tín hiệu kiểm tra

3.7.5 Phân phối tín hiệu số 4f SC dùng bit song song

3.8 Tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần

3.8.1 Tiêu chuẩn lấy mẫu

3.8.2 Lấy mẫu tín hiệu video thành phần

3.83 Thang lợng tử và các mức lợng tử

3.8.4 Cấu trúc lấy mẫu

3.8.5 Ghép dòng số liệu phân chia theo thời gian

3.8.6 Tín hiệu chuẩn thời gian

3.8.7 Dữ liệu phụ

3.9 CCIR 601 - tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản

3.10 Tín hiệu audio số

3.10.1 Tổng quát

3.10.2 Biểu diễn tín hiệu

3.10.3 Mã hóa kênh truyền

3.10.4 Ghép dòng tín hiệu audio số

Chơng IV: Kỹ thuật nén video số

4.1 Khái niệm về nén tốc độ dòng bit

4.1.1 Tổng quát

4.1.2 Mô hình nén

4.1.3 Thông tin d thừa trong tín hiệu video

4.2 Lý thuyết thông tin - entropy

4.3 Các phơng pháp nén video

4.3.1 Nén không mất thông tin

4.3.2 Nén mất thông tin

4.4 Các mã dùng trong kỹ thuật nén

4.4.1 Mã RLC

4.4.2 Mã hóa Shannon - Fano

4.4.3 Mã Huffman

4.4.4 Phơng pháp mã dự đoán

4.4.5 Phơng pháp mã chuyển vị - Transform coding

4.5 Nén trong ảnh

4.5.1 Nguyên lý

4.5.3 Tiền xử lý

4.5.3 Quá trình biến đổi Cosin rời rạc

4.5.4 Lợng tử hóa khối DCT

4.5.5 Mã hóa entropy

4.5.6 Bộ nhớ đệm

4.5.7 Giải mã DCT

4.6 Kỹ thuật nén liên ảnh (Inter Franme Compression)

4.6.1 Mô hình

4.6.2 Kỹ thuật dự đoán bù chuyển động

4.6.3 ảnh dự đoán trớc

4.6.4 ảnh dự đoán hai chiều

4.7 Ccác tiêu chuẩn nén

4.7.1 Tiêu chuẩn nén JPEG

4.7.2 Tiêu chuẩn nén MPEG

4.7.3 Tiêu chuẩn nén MPEG - 2

4.8 Kỹ thuật nén audio

4.8.1 Phơng pháp nén không mất thông tin

4.8.2 Phơng pháp nén có mất thông tin

4.8.3 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-1

4.8.4 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-2

Chơng V: Truyền dẫn truyền hình số

5.1 Hệ thống ghép kênh và truyền tải MPEG -2

5.1.1 Hệ thống ghép kênh và phân kênh MPEG - 2

5.1.2 Cấu trúc cơ sở dòng ES

5.1.3 Dòng cơ sở đóng gói PES

5.1.4 Ghép kênh dòng chơng trình (Program Stream MUX)

5.1.5 Ghép kênh dòng truyền tải (Transport Stream MUX)

5.2 Kỹ thuật điều chế và giải điều chế

5.2.1 Giới thiệu

5.2.2 Phơng pháp điều chế M - PSK

5.2.3 Điều chế QPSK (4 - PSK)

5.2.4 Điều chế M - QAM 87

5.3 Các phơng thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số

5.3.1 Truyền hình cáp

5.3.2 Truyền hình số mặt đất

5.3.3 Truyền hình số qua vệ tinh

Lời mở đầu

Chơng trình truyền hình ngày càng giữ vai trò, nó không thể thiếu trong

đời sống xã hội Sự phát triển của khoa học kỹ thuật đã trải qua nhiều bớcchuyển biến lớn Hệ thống truyền hình cũng thay đổi theo từng giai đoạn pháttriển ấy

Trong những năm gần đây công nghệ truyền hình đang chuyển sangmột bớc ngoặt Quá trình chuyển đổi từ công nghệ Analog sang Digital Quátrình đó là một cuộc cách mạng, nó làm thay đổi cách suy nghĩa, cách tiếpxúc, phơng thức sản xuất chơng trình truyền hình, nâng cấp chất lợng tín hiệu,tính linh họat và khả năng hội nhập vào môi trờng thông tin chung

ở Việt Nam công nghệ số đã và đang xâm nhập vào từng công đoạncủa truyền hình Trong một tơng lai không xa, trên thế giới nói chung và ởViệt Nam nói riêng tới một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số là mộttất yếu

Để hiểu sâu hơn về lĩnh vực này, em đã chọn đề tài "Số hóa tín hiệu và

kỹ thuật nén ảnh số ứng dụng trong truyền hình số" làm để tại bảo vệ tốt

nghiệp Qua thời gian thực tập và làm đồ án, đặc biệt đợc sự hớng dẫn nhiệt

tình của thầy giáo Hà Thanh Bình cùng các thầy cô, em đã hoàn thành bản

đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên do thời gian ngắn, sự hiểu biết còn hạn chế, đồ ánmới chỉ dừng lại ở những khái niệm cơ bản và chắc chắn không tránh khỏinhững sai sót Kinh mong nhận đợc sự chỉ bảo, góp ý chân thành của các thầycô giáo

Em xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2006

Sinh viên

Trần Thế Trung

Chơng I Tổng quan về truyền hình

1.1 Hệ thống truyền hình

Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theothành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu nàythành dạng ban đầu và hiển thị lên màn hình dới dạng hình ảnh Truyền hìnhdựa trên đặc điểm cảm nhận của ánh sáng mắt ngời là độ chói và màu của vật

để truyền đi thông tin cần thiết Độ chói và màu của vật phụ thuộc của vật phụthuộc vào cờng độ và thành phần phổ của tia sáng

Trong hệ thống truyền hình, tín hiệu, mang tin tức về hình ảnh gọi là tínhiệu video, tín hiệu mang tin tức về âm thanh gọi là tín hiệu audio Các quátrình chuyển đổi tín hiệu - ảnh hay ảnh - tín hiệu phải đồng bộ và đồng phavới nhau mới đáp ứng đợc sự phân tích ảnh ở phía phát và sự khôi phục ảnh ởphía thu Sự đồng bộ ở đây đợc thực hiện bởi một bộ tạo xung đồng bộ

1.1.1 Nguyên lý quét

a Phơng pháp quét liên tục

Trong truyền hình, ảnh đợc chia thành nhiều phần tử nhỏ gọi là điểm

ảnh, mỗi điểm ảnh đợc đặc trng bởi độ chối trung bình và màu của nó Hình

ảnh quang học đợc thực hiện bằng một lợt quét gồm các dòng quét theo chiềungang từ trái qua phải và từ trên xuống dới

Hình 1.1 Phơng pháp quét liên tục

Dòng điện tử bắt đầu quét từ mép trái dòng 1, sang mép phải A và lậptức quay về phía trái theo đờng nét rời và lại bắt đầu từ mép trái dòng 2 quét

về mép phải B, sau đó lập tức quay về mép trái và bắt đầu dòng 3 Cứ nh vậy,dòng điện tử quét từ trên xuống dới cho đến Z Nh vậy đã kết thúc việc phântích hoặc tổng hợp một ảnh Tín hiệu quét ngợc đợc xóa bởi xung xóa dòng

Số dòng quét càng nhiều, chất lợng hình ảnh càng đẹp Số dòng quétthích hợp đối với mỗi ảnh là 600 dòng để không gây khó chịu cho mắt ngờixem.

c Số ảnh truyền trong một giây

Số ảnh truyền đi trong 1 giây phụ thuộc vào cấu tạo quang học của mắtngời Trong điện ảnh, ngời ta chiếu 48 ảnh / 1 giây, chia làm 2 lần để hình ảnhchiếu sẽ chuyển động liên tục và ánh sáng không bị chớp Trong truyền hình,ngời ta truyền 25 ảnh/1 giây đối với những nơi sử dụng điện lới có tần số 50

Hz và 30 ảnh/1 giây đối với những nơi có tần số điện lới 60Hz

Để đảm bảo về mặt chất lợng kỹ thuật và kinh tế, trong truyền hình còn

sử dụng phơng pháp quét xen kẽ Mỗi ảnh quét đợc chia làm 2 lợt, lợt đầu quétnhững dòng lẻ (1,3,5 ) gọi là mảnh lẻ, lợt hai quét những dòng chẵn (2,4,6 )gọi là mành chẵn Theo hệ thống truyền hình OIRT và CCIR mỗi giây truyền

về một bức ảnh Đây chính là dòng tín hiệu video

Đặc điểm của tín hiệu hình: tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính bởi độchói của ảnh có trị số dơng biến đỏi từ 0 đến trị số dơng cực đại Tín hiệu hình

có chứa thành phần một chiều còn gọi là trị trung bình, trị trung bình tỉ lệ với

Tín hiệu đồng bộ là các tín hiệu có dạng xung, bao gồm đồng bộ dòng

và đồng bộ mành Các xung có biên độ và thời gian xác định nên đợc gọi làxung đồng bộ và xung đồng bộ mành

1.1.3 Phổ tín hiệu hình

Xác định phổ tần của tín hiệu hình là xác định các thành phần xoaychiều của tín hiệu Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào sốdòng quét Số dòng quét càng lớn, kích thớc của phần tử ảnh càng nhỏ, ảnhcàng rõ, độ rộng dải tần tăng lên Khi đó sử dụng phơng pháp quét xen kẽ đểgiảm dải tần tín hiệu Ví dụ với màn hình có 625 dòng, tỉ lệ khuôn hình 4/3,

số ảnh truyền đi là 25 ảnh /1 giây, đối với phơng pháp quét liên tục thì tần sốcao nhất của tín hiệu hình là 13 MHz, còn với phơng pháp quét xen kẽ thì tần

số cao nhất của tín hiệu là 6,5 MHz

Hình 1.2 Phổ tín hiệu hình

Tần phổ của tín hiệu hình là phổ gián đoạn, gồm các hài của tần số mặt

và các nhóm phổ quanh hài của tần số dòng, trong đó hài càng cao thì biên độcàng bé Vì giữa các nhóm hài tần số dòng tồn tại các khoảng trống nên đờngnày đợc ứng dụng trong truyền hình màu Phổ của tín hiệu màu đợc sắp đặtvào khoảng trống của phổ tín hiệu chói

1.2 Truyền hình màu

Hệ thống truyền hình đen trắng thực hiện phân tích hình ảnh cần truyềnthành các mẫu rời rạc rồi truyền lần lợt các mẫu đó Thông tin đợc truyền đi làthông tin về độ chói của các điểm ảnh, tại phía thu sẽ khôi phục đợc hình ảnhtruyền đi thành một ảnh đen trắng

Hệ thống truyền hình màu thực hiện sự kết hợp giữa tín hiệu chói củahình ảnh và tín hiệu mang tin tức về màu sắc Tín hiệu chói có thể tạo ra từ 3tín hiệu màu cơ bản, hình ảnh màu là sự tổng hợp từ 3 màu cơ bản

1.2.1 Lý thuyết ba màu

a Thị giác màu

Nhiều thực nghiệm đã chứng tỏ rằng, có thể nhận đợc gần nh tất cả cácmàu sắc tồn tại trong thiên nhiên bằng cách tộn ba chùm ánh sáng màu đỏ,lục, lam theo các tỉ lệ khác nhau Theo cấu tạo quang học, mắt có ba loại tếbào nhạy cảm 3 màu cơ bản, hệ thống thị giác của ngời có khả năng phân tích

và tổng hựp màu cơ bản theo các tỉ lệ khác nhau, hình thành nên sự cảm thụmàu sắc không gian môi trờng sống xung quanh con ngời

b Các màu cơ bản và màu phụ

Theo một quy định đã đợc chuẩn hóa thì 3 màu cơ bản đó là:

 Màu đỏ, ký hiệu bằng chữ R (Red), có bớc sóng R = 700nm

 Màu lục, ký hiệu bằng chữ G (Green), có bớc sóng G = 546,8 nm

 Màu lam, ký hiệu bằng chữ B (Blue), có bớc sóng B = 435,8 nm

Đây là những màu quang phổ, bớc sóng của các màu cơ bản là các vạchphổ có trong bức xạ của hơi thủy ngân

Ba màu cơ bản phải là ba màu độc lập tuyến tính, nghĩa là trộn hai màubất kỳ trong ba màu đó trong điều kiện bất kỳ, theo tỉ lệ bất kỳ đều không thểtạo ra màu thứ ba

1.2.2 Phơng pháp trộn màu

a Phơng pháp trộn quang học

Phơng pháp này đựa trên khả năng tổng hợp maùy khi có một số bức xạmàu sắc khác nhau tác dụng đồng thời vào mắt, thì tạo ra đợc một màu mới.Sắc độ của màu mới đó phụ thuộc vào cờng độ và thời gian xuất hiện của cácbức xạ thành phần

Hình 1.3 Trộn màu theo phơng pháp cộng quang học

b Phơng pháp trộn màu không gian

Giả sử các tia sáng khi rọi vào mắt không rơi cùng vào một điểm trongmắt mà các điểm rọi nằm gần nhau thì mắt cũng có thể tổng hợp đợc các kíchthích để tạo thành một màu mới Kỹ thuật truyền hình ứng dụng phơng phápnày bằng cách ghép các dòng màu khác nhau hoặc các điểm màu khác nhau

để tạo ra các ảnh màu phức tạp

c Phơng pháp trừ

Để tạo thành màu mới, có thể dùng phơng pháp lọc cắt bỏ một số màu

từ ánh sáng trắng Cho ánh sáng trắng qua một số môi trờng hấp thụ hoặcphản xạ có tính chọn lọc liên tiếp trên đờng lan truyền của sóng, ta sẽ thu đợcmàu nhất định Phơng pháp này đợc dùng trong kỹ thuật điện ảnh và phimmàu Đặc điểm của phơng pháp này là độ chói của màu đợc tạo ra bao giờcũng nhỏ hơn độ chói của màu trắng ban đầu

d Các định luật cơ bản về trộn màu.

Các định luật này đợc nhà toán học ngời Đức H Grasman phát biểu

Nguồn sáng

R G B

lục lơ

đỏ

lam

mận chín vàng trắng

Định luật thứ nhất: "Bất kỳ một màu sắc nào cũng có thể tạo đợc bằngcách trộn 3 màu cơ bản độc lập tuyến tính đối với nhau".

Định luật thứ ba: "Để xác định đợc màu sắc của bức xạ tổng hợp, phảixác định đợc thành phần các màu sắc cơ bản đợc trộn"

1.2.3 Đồ thị đo màu xy

Một màu thực bất kỳ S đợc biểu diễn trong không gian XYZ bằng vectơ

có ba thành phần là XYZ:

 X Y Y Z Z X

Mặt phẳng đơn vị qua X = 1, Y = 1, Z = 1 đợc gọi là mặt phẳngMacxoel Véctơ S cắt mặt phẳng đơn vị tại điểm s Đặt m = X + Y + Z; X =

Để xác định thông tin đầy đủ về sắc độ và độ chói của màu, chỉ cần

thiết thông số về x, y và môđun m là đủ Những màu cơ bản trong truyền hình

là đỏ (R), lục (G), lam (B) có thể tạo ra bằng cách bắn phá các chất huỳnh

quang khác nhau bằng tia điện tử Việc chọn các màu cơ bản RGB phải thỏa

mãn điều kiện là màu tạo lại phía thu phải bao gồm hầu hết các màu có trongthiên nhiên với độ bão hòa cao

Tọa độ RGB hiện nay đang đợc sử dụng là:

Độ tơng phản của ảnh là tỷ số độ chói của vùng sáng nhất và vùng tốinhất của ảnh Số bậc chói là số mức chói lớn nhất trong dải chói đã cho (từvùng tối nhất đến vùng sáng nhất) mà mắt ngồi còn phân biệt đợc các mức

đấy Độ tơng phản càng cao thì số bậc chói càng lớn, ảnh càng rõ nét

Để đảm bảo tỷ lệ số bậc chói trên hình ảnh truyền đi và hình ảnh thu

đ-ợc là hằng số thì đặc tuyến truyền đạt của hệ thống là đờng thẳng Tuy nhiên

đặc tính đạt của các bộ biến đổi quang - điện, các thiết bị đờng truyền, bộ biến

đổi điện - quang thờng là phi tuyến Méo gamma là méo gây ra do tính không

đờng thẳng của đặc tuyến truyền đạt

Trong hệ thống truyền hình cần có các mạch bù phi tuyến đợc gọi làmạch sửa méo gamma Mạch này đợc mắc tại camera và đặc tuyến đợc chuẩnhóa để phù hợp với đờng truyền của máy thu

1.2.5 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu.

Hình 1.4 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình màu

Hình ảnh cần truyền qua camera truyền hình màu đợc biến đổi thành 3

tín hiệu màu cơ bản E R , E G , E B Sau đó đợc đa qua mạch hiệu chỉnh gamma để

bù méo Các tín hiệu đã bù méo E’ R , E’ G , E’ B đợc đa vào ma trận tạo tín hiệu

chói E’ Y và hai tín hiệu màu S 1 , S 2 Các tín hiệu S 1 , S 2 điều chế dao động sóngmang phụ tạo ra truyền hình màu cao tần EC Trong bộ cộng, các tín hiệu E’Y

và Ec đợc trộn với nhau tạo thành tín hiệu truyền hình tổng hợp EM = E’y + Ec

Tín hiệu E M đợc truyền đến bên thu bằng cáp, hệ thống viba hoặc máy thuphát vô truyến điện Quá trình này gọi là quá trình mã hóa tín hiệu màu

Phía bên thu, tín hiệu E M nhận đợc thì đem đi biến đổi ngợc lại với quá

trình trên để tạo thành các tín hiệu màu cơ bản E’ R , E’ G , E’ B Quá trình này gội

là quá trình giải mã

1.2.6 Tín hiệu truyền hình màu

a Tín hiệu chói

Các tín hiệu truyền hình màu cơ bản đều mang tin tức về độ chói, khi

độ chói của hình ảnh cần truyền tăng hay giảm thì biên độ các tín hiệu màu cơ

Bộ điều chế màu

Mạch cộng

ER

E

G E

B

E’

R E’GE’B

S 2

S1

E’

Y

E C

E

M = E’

Y + E C

bản cũng tăng hoặc giảm theo, nhng tỉ lệ giữa chúng không thay đổi Biểuthức của tín hiệu chói sau hiệu chỉnh gamma trong các hệ truyền hình màu là:

E’ y = 0,299E’ R + 0,587E’ G + 0,114 E’ B

trong đó E’ y (Y’) là điện áp hiệu chỉnh gamma tín hiệu chói của tínhiệu ảnh màu

E’ R (R’), E’ G (G’), E’ B (B’) là các điện áp hiệu chỉnh gamma ứng với cáctín hiệu đỏ, lục, lơ khi quét phần tử ảnh đã quan

b Tín hiệu số màu

Tín hiệu màu đợc truyền đi là E’ R - E’ y và E’ B - E’ y Việc loại bỏ tín hiệu

E’ G = E’ y vì nguyên nhân sau:

 Với cùng cờng độ ánh sáng chuẩn nh nhau, E’ G - E’ y có quãng biếnthiên bé nhất, chỉ có 0,41 làm cho thông tin không rõ ràng

 Mắt ngời khá nhạy cảm với màu lá cây, do đó đòi hỏi dải tần cao hơnnhiều so với hai dải tần còn lại (chỉ khoảng 1,5 MHz)

Tại máy thu, E’ G - E’ y sẽ đợc suy ra từ E’ R - E’ y và E’ B - E’ y

E’ G - E’ y = - 0,509 (E’ R - E’ y ) - 0,194 (E’ B - E’ y)

c Tín hiệu thành phần và tín hiệu tổng hợp

Hệ thống truyền hình sử dụng hai dạng tín hiệu là tín hiệu video thànhphần và tín hiệu video tổng hợp để xử lý, lu trữ và truyền phát chơng trình

Có hai tập các tín hiệu video thành phần đợc sử dụng bao gồm tín hiệu

RGB và tín hiệu E’ y , E’ B - E’ y và E’ B - E’ y Yêu cầu của tín hiệu này là dảibăng tần phải lớn và sử dụng 3 kênh truyền tín hiệu

Tín hiệu video tổng hợp đợc sử dụng trong kênh truyền thông đạichúng, phát triển dựa trên cơ sở tơng hợp với hệ truyền hình đen trắng Vớiloại tín hiệu này, tất cả các thông tin về tính màu của cảnh vật đợc xử lý, lu trữ

và truyền dẫn dới một tín hiệu duy nhất, chỉ sử dụng một kênh truyền

d Ghép phổ tín hiệu mang màu và tín hiệu chói.

Hình 1.5 Phổ tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần

Tín hiệu màu đợc đem đi điều chế một dao động cao tần có tần số mang

fSC sao cho tín hiệu sau điều chế (gọi là tín hiệu màu cao tần) có các vạch phổnằm đúng vào vùng khe hở của phổ tín hiệu chói, khi đó tín hiệu màu và tínhiệu chói có thể phát đi trong cùng một dải tần số Phép điều chế ở đây nhằmdịch phổ của tín hiệu màu lên phía tần số cao của tín hiệu chói, đồng thời đảmbảo cho các vạch phổ của hai loại có thể đan xen vào nhau mà không trùngpha

Tần số sóng mang phụ fSC cần phải thỏa mãn là fSC phải ở miền tần sốcao của phổ tần tín hiệu chói nhng phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổ tầntín hiệu chói Điều anỳ để giảm chi tiết nhiễu trên ảnh

Bên thu chỉ cần dùng một bộ lọc đặc biệt có dạng thông dải hoặc đặctính lợc có thể tách riêng tín hiệu màu cao tần ra khỏi tín hiệu chói

1.2.7 Bộ lập mã màu và bộ giải mã màu

ở khối bộ lập mã màu, từ ba thành phần tín hiệu màu cơ bản E’R , E G,

E’ B đợc đi qua các bộ ma trận, bộ trễ, bộ lọc thông thấp, điều chế và bộ cộng

để tạo thành một tín hiệu mã hóa tại đầu ra

Hình 1.6 Sơ đồ khối bộ lập mã màu.

ở khối bộ giải mã màu, các quá trình đợc tiến hành ngợc lại, từ một tín

hiệu mã háo ở đầu giải mã ra thành các tín hiệu màu cơ bản E’ R , E’ G , E’ B tại

1.2.8 Đo kiểm tra tín hiệu truyền hình màu

Tín hiệu kiểm tra đợc dùng phổ biến là tín hiệu để tạo ra ảnh kiểm tragồm 8 sọc màu dọc (ba màu cơ bản máy thu hình màu và các màu phụ của nó,màu trắng chuẩn và màu đen) đợc sắp xếp theo trình tự: trắng, vàng, lơ, lục,tím mận, đỏ, lam, đen Với cách sắp xếp nh vậy thì giá trị tín hiệu sẽ tăng dần

từ trái sang phải, thuận tiện cho việc kiểm tra, điều chỉnh hàng loạt thông sốcủa đờng truyền (đặc biệt là đặc tuyến biên độ) và việc cân bằng trắng

Mỗi dạng sọc màu đợc biểu diễn bằng 4 giá trị số: mức tín hiệu màu cơbản khi truyền sọc tín hiệu trắng và sọc tín hiệu đen, tín hiệu màu cơ bản khitruyền sọc tín hiệu màu ứng với mức nhỏ nhất và lớn nhât.s

Một số kết luận về kiểm tra tín hiệu màu:

 Các tín hiệu E’ R , E G , E’ B và E’ y là đơn cực (chỉ có một cực tính)

 Các tín hiệu màu là lỡng cực

 Trị trung bình của các tín hiệu màu bằng "không"

 Giá trị cực đại của tín hiệu E’ R-Y và E’ B-Y lớn hơn của các tín hiệu màucơ bản

1.3 Các hệ truyền hình màu

1.3.1 Hệ truyền hình màu NTSC

Năm 1950, hệ thống truyền hình màu NTSC (National TelevisionStandard Commitee) đợc hình thành tại Mỹ có tính tơng hợp đầu tiên trên thếgiới Theo hệ NTSC, tín hiệu chói đợc tạo ra từ ba tín hiệu màu cơ bản, đợcphá đi trong toàn bộ giải tần dành cho hệ thống truyền hình đen trắng thôngthờng và đợc xác định theo biểu thức:

Y = 0,299R + 0,5879G + 0,114B’ ’ ’ ’trong đó: Y’, R’, G’, B’ là giá trị điện áp tín hiệu chói và ba màu cơ bảnsau hiệu chỉnh gamma Tần số cao nhất của tín hiệu chói là 4,20 MHz

Tín hiệu chói và hai tín hiệu mang tin tức về màu đợc truyền cùng lúctrên một kênh truyền Hệ NTSC cho phép sử dụng dùng một tín hiệu màu códải 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 tợng nhiễu giữa các tín hiệumàu sau mạhc tách sóng đồng bộ Có thực hiện sự ghép phổ giữa tín hiệu màu

và tín hiệu chói nhng sự điều chế ở đây là điều chế vuông góc, cho phép mộtsóng mang phụ có thể mang đi hai tin tức độc lập (đó là tín hiệu màu)

Hệ NTSC không sử dụng hệ trục (R-Y) và (B-Y) mà hai tín hiệu màu tính theo hệ tọa độ [I(E’ 1 ), Q(E’ Q )] Tín hiệu màu I, Q đợc tính theo biểu thức:

I = (R - Y) cos330 - (G - Y) sin 330

Q = (R - Y)sin330 - (G - Y) cos 330

hay:

I = 0,375 (R - Y) - 0,268 (G - Y)

Q = 0,478 (R - Y) + 0,413 (G - Y)Việc xoay hệ trục 330 nh trên làm giảm tối đa sự phá rối của tín hiệusắc vào tín hiệu chói, đồng nghĩa với việc thu hẹp dải thông tín hiệu sắc càngnhiều càng tốt Tín hiệu màu NTSC đợc truyền đi trên kênh sóng FCC hẹp có4,5 MHz trong đó Y chỉ có 4,2 MHz

a Điều chế vuông gốc

Hai tín hiệu đợc điều biên nén vào sóng mang fSC có tần số là 3,85 MHztrớc khi ghép phổ với tín hiệu chói Hai tín hiệu màu tại đầu ra của mạch điềubiên cân bằng lệch pha nhau 900, sau đó đợc cộng tuyến tính để tạo thành mộttín hiệu màu tổng hợp cần truyền đi

Hình 1.8 Điều chế vuông góc

b Sóng mang phụ

Với fSC bằng một số lẻ nửa tần số dòng, phổ của tín hiệu màu sau điềuchế sẽ xen kẽ với phổ của tín hiệu chói Thông tin về màu sắc của ảnh cầntruyền đi đợc truyền trong cùng dải phổ của tín hiệu truyền hình đen trắng

f SC = (2n + 1) (f H /2)

trong đó: n là số nguyên dơng;

f H là tần số dòng;

f SC là tần số sóng mang phụVới hệ NTSC tiêu chuẩn có z = 525 dòng, chọn n = 286 thì tần số dòng

f H = 15734,254 Hz, f SC  = 3,58 MHz Với hệ NTSC có 625 dòng, f H = 15625 thì f SC  4,43MH.

c Tín hiệu đồng bộ màu

Tại máy thu nhận đợc sóng S.A.M (tín hiệu ra ở mạch điều biên nén) sẽphải tách sóng ra để lấy lại tín hiệu bằng cách cộng thêm vào sóng S.A.M mộtsóng mang hình sin thuần túy với điều kiện pha của sóng sin cũng chính là

Điều biên cân bằng I

Dịch pha

90 0 độ

Điều biên cân bằng I

Tạo sóng mang phụ

pha của sóng S.A.M Vậy để cho màu sắc của ảnh truyền hình màu không saikhác so với màu sắc của ảnh cần truyền đi, cần phải đảm bảo điều kiện tần số

và pha của sóng mang phụ chuẩn đợc tạo ra ở máy thu hình và ở phía phátluôn bằng nhau

Tín hiệu đồng bộ màu là chuỗi xung gồm 8 đến 10 chu kỳ, có tần số

đúng bằng tấn số mang màu f SC = 3,58 MHz đợc đặt ở sờn phía sau của cácxung xóa dòng có biên độ đỉnh bằng 0,9 S (S là chiều cao xung đồng bộ dònghình), trừ 9 dòng đầu của xung tắt mành

d Phổ tần của các tín hiệu

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 (2,395  4,2) MHz Cả hai dải biên tần củatín hiệu Q đều đợc truyền sang phía thu còn tín hiệu I bị nén một phần biêntần trên

1.3.2 Hệ truyền hình PAL

Hệ truyền hình PAL là hệ truyền hình màu do CHLB Đức nghiên cứu

đ-ợc công bố là hệ tiêu chuẩn từ năm 1966 Hệ truyền hình này đồng thời truyền

đi tín hiệu chói và tín hiệu màu

a Tín hiệu PAL và phơng pháp điều chế

Dải tần tín hiệu video hệ PAL rộng 5 MHz, tơng thích với tiêu chuẩn

625/50 Hai tín hiệu màu U và V có độ rộng dải tần bằng 1,3 MHz

V = 0,877 (R - Y) = 0,615R - 0,515G - 0,100B

U = 0,493 (R - Y) = -0,147R - 0,2939G + 0,437B

Hệ PAL dùng một sóng mang phụ mang đồng thời hai tín hiệu mjàu U

và V, sử dụng phơng pháp điều chế vuông gốc và thành phần sóng mang phụmang tín hiệu V đảo pha theo từng dòng quét Việc đảo pha này xảy ra trongthời gian quét ngợc của dòng, nhằm mục đích giảm ảnh hởng của méo pha tínhiệu màu đến chất lợng ảnh màu đợc khôi phục

b Tấn số sóng mang phụ

Tần số sóng mang phụ đợc chọn theo công thức

f 2

f 2

1 n

c Tín hiệu đồng bộ màu

Tín hiệu đồng bộ màu của hệ PAL là chuỗi xung gồm 8 đến 11 chu kỳ,

có tần số đúng bằng tần số mang màu fSC đợc đặt ở sờn phía sau của các xungxóa dòng, pha ban đầu của tín hiệu đồng bộ màu của hệ PAL luôn thay đổitheo từng dòng để đảm nhận chức năng đồng pha giữa các chuyển mạnh điệntử

d Bộ má hóa tín hiệu màu

Các tín hiệu màu đã sửa méo gamma đợc đa vào ma trận điện trở để tạo

ra tín hiệu chói và hai tín hiệu màu Các tín hiệu màu đợc giới hạn giải thông

là 1,2MHz trớc khi đa vào bộ điều chế cân bằng tơng ứng Một sóng mangphụ tần số 4,43 MHz đợc đa vào bộ điều chế U và qua bộ dịch pha  900 đavào bộ điều chế V

Hình 1.9 Bộ tạo mã hóa tín hiệu PAL

Tín hiệu đồng màu cũng đợc tạo ra nhờ một bộ di pha  1350 Pha củatín hiệu U và tín hiệu đòng bộ màu sẽ đợc chuyển tại tần số fd/2 (= 7812,5Hz) Tín hiệu Y đợc làm trễ để bù lại thời gian xử lý tín hiệu tại bộ lọc của tínhiệu màu Bộ cộng sẽ phối hợp tín hiệu chói, biên của tín hiệu thành phần màu

Bộ cộng

Tín hiệu mã hóa

Trigơ 7,8 MHz Khóa màu Đồng bộ tổng hợp

đã điều chế, tín hiệu đồng bộ đầy đủ và đồng bộ sóng mang phụ để tạo thànhtín hiệu tổng hợp.

e Bộ giải mã tín hiệu màu PAL

Các giải biên tín hiệu màu đợc tách ra nhờ bộ lọc thông dải và đợc đavào hai bộ giải điều chế và bộ tách tín hiệu đồng bộ màu Tín hiệu đồng bộmàu đợc điều kiện bằng một khóa màu lấy từ tín hiệu đồng dòng Đầu ra củatín hiệu này dùng để đồng bộ tạo sóng mang phụ

Hình 1.10 Bộ giải mã tín hiệu PAL

Sóng mang phụ có pha biến đổi theo dòng giữa các giá trị 1350 tùytheo vectơ U Đầu ra bộ lọc thông thấp đa vào một bộ trễ 1TH và các bộ cộng,trừ Tín hiệu tại đầu ra của bộ cộng chứa các biên của U Tín hiệu tại đầu racủa bộ trừ lần lợt là các biên của tín hiệu  V Hai tín hiệu này đợc đa vào hai

bộ tách sóng đồng bộ PHa của sóng mang phụ đa vào bộ tách sóng U làkhông đổi Pha của sóng mang phụ đa vào bộ tách sóng V biến đổi lần lợt 

900 theo từng dòng

Các tín hiệu hiệu màu sau tách sóng và tín hiệu chói sau bộ trễ đợc đavào ma trận để tạo lại màu cơ bản ban đầu Có thể nhận thấy, độ phân giảimàu theo chiều dọc ở hệ PAL bằng một nửa độ phân giải của thông tin chói

1.3.3 Hệ truyền hình màu SECAM

Hệ truyền hình màu SECAM (Séquetiel Couleur A Mémoire) là hệtruyền hình màu đồng thời - lần lợt Sau nhiều năm hoàn thiện, năm 1967, hệnày có thể là SECAM IIIB hay còn gọi là SECAM tối u Hệ SECAM IIIB cótính chống nhiễu tơng đối cao, kém nhạy với méo pha, méo pha - vi sai, mépbiên độ - vi sai

a Tín hiệu màu và phơng pháp điều chế.

Tạo Burst màu

 4,43 MHz

Trễ 1T H

Tách 7,8 MHz

Tín hiệu chói Y đợc truyền ở tất cả các dòng, có dải tần rộng 6 MHz.Hai tín hiệu hiệu màu DR và DB truyền lần lợt theo dòng quét trên hai sóng

mang phụ có tần số trung tâm là f OR và f OB theo phơng pháp điều tần

D’ R = -1,9 (R - Y) D’ B = -1,5 (R - Y)

Hai tín hiệu màu này có độ rộng dải tần bằng nhau và bằng 1,3 MHz )ởmức - 3 dB) Dấu trừ trớc biểu thức biểu thị bởi cực tính tín hiệu (R - Y) Chọn

f OR và f OB khác nhau để tăng tính chống nhiễu mà không làm giảm hệ thống

t-ơng hợp, và tần cao làm giảm méo giao thoa giữa các tín hiệu màu ở máy thuhình

b Làm méo tần thấp

ở hệ SECAM áp dụng biện pháp làm méo dạng tín hiệu màu (gọi làméo tần thấp hay tiền nhấn) trớc khi điều tần, nhằm làm tăng tính chống nhiễucủa hệ thống Mạch làm méo tần thấp đợc mắc trớc mạhc điều tần

Thực chất của biện pháp này là tăng dần biên độ tín hiệu hiệu màu D’R

và D’B mà không làm tăng độ rộng dải tần, vì đối với các ảnh màu, biên độ cácthành phần có tần số càng cao thì càng nhỏ

c Làm méo tần cao

Phơng pháp này làm cho biên độ tín hiệu màu càng tăng khi tần số tức

thừoi của nó càng xa lệch tần số trung gian f 0 Mạch làm méo tần cao mắc saumạch điều tần Mục đích của phơng pháp này nhằm tăng tính tơng hợp giữacác chi tiết màu, sự chênh lệch về độ chói và cải thiện tính chống nhiễu

d Tín hiệu đồng bộ màu

Để đảm bảo cho tín hiệu màu D’R và D’B đợc quét lần lợt theo từngdòng trên màn hình của máy thu hình đồng bộ với tín hiệu phát lần lợt thotừng dòng, máy phát phải truyền đi tín hiệu đồng bộ màu Tín hiệu đồng bộmàu bao gồm đồng bộ màu theo mành và đồng bộ màu theo dòng

e Phổ của tín hiệu màu tổng hợp

Phổ của tín hiệu màu tổng hợp bao gồm phổ tín hiệu chói Y’ và phổ tínhiệu điều tần của hai tín hiệu màu D’R và D’B Hai tín hiệu hiệu màu đềutruyền đi đầy đủ hai dải biên, biên độ của tín hiệu màu hơn biên độ của tiếnhành chói

f Tách riêng tín hiệu chói và tín hiệu màu

Hệ SECAM sử dụng mạch lọc thông thấp để tách lấy tín hiệu màu vàmạch lọc chắn dải để triệt tiêu tín hiệu màu đi qua kênh chói

Hình 1.11 Tách tín hiệu chói từ tín hiệu màu

Lối ra của mạch lọc thông thấp không cho qua thành phần tần số cao

hơn tần số f 1, và ở lối ra của mạch cộng nhận đợc phổ tần tín hiệu chói từ 0

đến f 2 mà không lẫn tín hiệu màu, trong đó f 1 và f 2 là thành phần thấp nhất vàcao nhất của tín hiệu màu

h Mã hóa tín hiệu SECAM

Các màu cơ bản đã ửa méo gamma đợc đa vào ma trận điện trở để tạo ratín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu Các tín hiệu hiệu màu đợc giới hạn giảithông là 1,5 MHz, qua bộ tiền nhấn đa vào bộ điều chế tần số Đầu ra của các

bộ điều chế lần lợt đợc chọn cho từng dòng nhờ bộ khuếch đại đợc điều khiển

bằng tín hiệu xác định, có tần số f d /2 = 7,8125 KHz và đa vào bộ lọc chuông

Hình 1.12 Bộ mã hóa SECAM

Tín hiệu Y cũng đợc làm trễ để bù lại độ trễ của tín hiệu chói Bộ cộng

sẽ phối hợp tín hiệu chói, sóng mang màu điều tần với các biên và tín hiệu

Tiền nhấn FM

FM

Chuyển

chuông g

Bộ công

Giới hạn biên độ

Giới hạn biên độ

Tách sóng

Tách sóng

Giải tiền nhấn

Giải tiền nhấn

Điều khiển chuyển mạch Dao động 7,8 MHz

Hình 1.13 Bộ giải mã SECAM

Tín hiệu tổng hựp đợc đa qua bộ lọc thông thấp có các suy giảm tại haitần số 4,25 và 4,4 MHz để thu đợc tín hiệu chói Tín hiệu tổng hợp qua bộ lọcthông dải và bộ lọc chuông ngợc cho ta sóng mang màu và các dải biến của

nó Tín hiệu này đợc đa vào chuyển mạch trực tiếp và qua dây trễ 1 TH

Chuyển mạch đợc điều khiển bằng xung với tần số 7,8125 kHz, để đảmbảo rằng sóng mang đa vào bộ tách sóng là theo thứ tự đúng Sóng mang phụ

đợc giới hạn biên độ và đa vào bộ tách sóng Tín hiệu hiệu màu sau tách sóng

đợc giải tiền nhấn, cùng với tín hiệu chói qua dây trễ, tín hiệu đồng bộ để đavào ma trận tạo lại tín hiệu màu cơ bản ban đầu

Để thu đợc ảnh truyền hình màu, tại máy thu hình phải đồng thời nhận

đợc tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu Tín hiệu hiệu màu th sba là sự tổhợp tuyến tính của hai tín hiệu màu kia

Để bổ sung tín hiệu hiệu màu bị thiếu, ở bộ giải mã màu hệ SECAM,dùng dây trễ có thời gian trễ bằng thời gian quét dòng, để sử dụng lại một lầnnữa tín hiệu hiệu màu truyền ở dòng trớc đó Nh vậy, dây trễ đóng vai trò mộtphần tử nhớ

1.4 Hệ thống phát hình

1.4.1 Kênh truyền hình

a Dải băng tần

Kỹ thuật truyền hình sử dụng một phạm vi tần số nhất định để thực

hiện truyền hình quảng bá Các chơng trình truyền hình đợc truyền đi trên cáckênh truyền hình, mỗi kênh xác định một khoảng tần số nhất định trong dảitần số sao cho phải phù hợp với tiêu chuẩn quốc tế và có sự phân chia rõ rànggiữa các quốc gia

Thông thờng phạm vi dải tần số đợc dùng cho truyền hình quảng bá từ

47 MHz cho đến khoảng 800  900 MHz, và đối với tiêu chuẩn khác nhau sẽthiết lập các dải tần số khác nhau Toàn bộ dải tần đợc chia thành các băngthuộc dải tần số VHF (từ 30  300MHz) và UHF (từ 300  3000 MHz) Cácdải băng đó đợc chia thành các kênht heo một số thứ tự nhất định Độ rộngmỗi kênh cho phép truyền một chơng trình truyền hình

b Đặc điểm kênh truyền hình

Theo tiêu chuẩn của FCC, độ rộng kênh truyền hình là 6 MHz, khoảngcách sóng mang hình và sóng mang tiếng là 4,5 MHz, tần số sóng mang hình

cách giới hạn dới của kênh tần số là 1,25 MHz Sóng mang hình đợc điều chếbiên độ bằng tín hiệu hình, hệ số truyền công suất đợc xác định bằng giá trịcủa đỉnh xung đồng bộ Công suất phát trung bình phụ thuộc vào nội dung bức

ảnh truyền hình

1.4.2 Mạng lới truyền hình

Trung tâm truyền hình có nhiệm vụ xây dựng các chơng trình truyềnhình và truyền các chơng trình đó đến với ngời xem bằng nhiều phơng tiệnkhác nhau Các trung tâm truyền hình khác nhau có thể liên kết với nhau để vfxây dựng các chơng trình truyền hình một cách đa dạng phong phú, phục vụkhán giả xem truyền hình với chất lợng tốt nhất

Các chơng trình truyền hình đợc truyền đi qua các hệ thống nh vệ tinh,viba, đờng cáp v.v Cùng với công nghệ số hóa toàn cầu, mạng lới truyền hìnhphát triển mạnh mẽ và rộng khắp cung cấp thông tin tới tất cả mọi ngời

1.4.3 Nguyên lý máy phát hình

Một hệ thống phát hình bao gồm một máy phát tạo ra thành phần sóngmang hình và sóng mang tiếng, bộ lọc để loại bỏ dải biên tần thấp, một bộphối hợp để kết hợp sóng mang hình và sóng mang tiếng, hệ thống anten đểbức xạ tín hiệu đã đợc điều chế ra không gian

Máy phát vô tuyến truyền hình có nhiệm vụ phát đi đồng thời tín hiệuhình ảnh và tín hiệu âm thanh ra một anten chung Kết cấu của máy có thểchia làm hai loại: máy phát hình và máy phát tiếng Theo các tiêu chuẩn quốc

tế hiện nay thì máy phát hình sử dụng điều chế biên độ, còn máy phát tiếng sửdụng điều chế tần số Do tín hiệu hình có dải tần khá rộng và có dạng phứctạp, bao gồm cả thành phần một chiều nên bộ điều chế trong máy phát hình cókết cấu đặc biệt Vấn đề hiệu chỉnh để chống các loại nhiễu phát sinh trongmáy phát và hệ thống truyền tín hiệu cũng rất phức tạp

Khuếch đại công suất trung gian Khuếch đại

công suất cuối phối hợp Bộ

Anten

1.4.4 Anten phát hình

Nhiệm vụ của anten là chuyển đổi năng lợng điện từ đầu ra máy pháthình bức xạ điện từ trong không gian Tham số cơ bản của anten là tính địnhhớng theo phơng ngang và phơng thẳng đứng, độ tăng ích, sự phân cực, trởkháng, vào dải thông và khả năng truyền tải công suất

Các anten truyền hình luôn nhằm tăng cờng độ tín hiệu truyền hình trên

bề mặt trái đất với công suất bức xạ tối thiểu trong không gian và độ tập trungvào gốc cần hớng tới hay ở dới đờng chân trời

1.5 Máy thu hình

Nhiệm vụ của máy thu vô tuyến truyền hình là tiếp nhận tín hiệu caotần cảm ứng trên anten, khuếch đại và biến đổi tín hiệu đố thành tín hiệu hình

ảnh và tín hiệu âm thanh, khôi phục hình ảnh và âm thanh đã phát đi

1.5.1 Sơ đồ khối máy thu hình màu

AFT (Automatic Fine Tuning): Mạch tự động tinh chỉnh tần số.

VIF (Video Intermedium Frequency): Khối khuếch đại trung tần SIF (Sound Intermedium Frequency): bộ khuếch đại trung tần đờng

tiếng

Gồm các khối nh khối chọn kênh, đờng tiếng, đờng hình, kênh chói, tínhiệu màu, kênh màu, khối đồng bộ màu, khối quét mành, mạch tạo dòng điệnhội tụ, mạch cân bằng trẳng, mạch khử từ, làm sạch màu, nguồn cung cấp chomáy thu hình màu Sơ đồ khối máy thu hình màu hình 1.15

Hình 1.15 Sơ đồ khối máy thu hình màu

1.5.2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của máy thu hình

Dải tần số làm việc và kênh sóng: máy thu hình làm việc trên dải tần

VHF gồm 12 kênh sóng, còn nếu làm việc trên dải tần UHF thì gồm 47 kênhsóng

Độ nhạy: đợc đánh giá bằng mức tín hiệu vào máy thu cần thiết để trên

lối ra bộ khuếch đại tín hiệu hình đạt đợc tỉ số S/N quy định (thờng là 20dB)

Độ nhạy phụ thuộc vào bộ khuếch đại của các khối trong máy thu, mức nhiễucủa các khối và dải thông của toàn máy

Độ chọn lọc: đợc đánh giá bằng tỉ số độ khuếch đại giữa tín hiệu cần

thu và tín hiệu của các vùng lân cận

Dải thông: quyết định độ rõ của ảnh truyền hình Dải thông của các

máy thu hình tốt chỉ đạt gần 6MHz mức - 6 dB

Ngoài ra còn nhiều chỉ tiêu cơ bản có thể đánh giá chất lợng máy thuhình nh: độ nhạy của đờng tiếgn, độ chọn lọc đối với tần số ảnh hay với nhiễutần số trung tần, phạm vi biến đổi tơng phản, méo hình học v.v

Hiện nay, các máy thu hình màn đều sử dụng lại đèn hình màu 3 súng

điện tử nh: đèn hình màu màn dạng điểm, đèn hình màu Trinitron, đèn hìnhmàu PIL v.v

a Đèn hình màu màn dạng điểm

Ưu điểm: việc trộn màu hoàn hảo vì 3 điểm RGB xếp thành tam giác

đều đến mắt với các góc độ nh nhau; độ tinh màu cao vì có khoảng hở thấmquang (không phát quang khi bị điện trở chạm vào giữa các điểm phosphorRGB)

Nhợc điểm: cơ cấu hội tụ ba tia điện tử vào bộ ba sẽ rất khó và phức tạp,kết quả không thể hoàn toàn đúng tuyệt đối; hiệu suất vì để hiệu chỉnh đợc dễdàng, diện tích các tia phải lớn hơn lỗ thủng; hiệu suất đèn hình màu giảm do

không tận dụng hết diện tích màn ảnh để tạo ánh sáng, màn hình mau già vàtuổi thọ kém.

b Đèn hình màu Trinitron

Ưu điểm: loại bỏ gần nh hoàn toàn việc hiệu chỉnh hội tụ, mạch hội tụ

điện tử còn lại đơn giản, ít tốt kém; hiệu suất cao trong khi ống phóng tiakhông cần phải khỏe

Nhợc điểm: độ tinh màu theo chiều dọc kém vì để tận dụng hiệu suấtcủa đèn, đờng quét dòng bên trên có thể bị nhòe vào đờng quét dòng bên dới;

sự trộn màu không hoàn hảo vì điểm tam xếp thẳng hàng, góc độ đến mắt ngờicủa 3 màu RGB không đồng đều

c Đèn PIL (Precision In Line)

Ưu điểmL màn hình sáng, từ trờng trái đất ít ảnh hởng đến độ sạch màutrên toàn bộ màn; ít cơ cấu điều chỉnh phụ, sử dụng đơn giản

Nhợc điểm: hiệu suất thấp

Chơng 2 Tổng quan về truyền hình số và ảnh số

2.1 Hệ thống truyền hình số

Sử dụng phơng pháp số để tạo, lu trữ và truyền tín hiệu của chơng trìnhtrên kênh thông tin, mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị Do

có những u việt hơn so với tín hiệu tơng tự, nh tạo, xử lý tín hiệu, lu trữ, ghi

đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lợng ảnh, tín hiệu số đang thay dần,hoặc hoàn toàn tín hiệu tơng tự trong một số thiết bị Vì vậy, xu hớng chungcho sự phát triển ngành công nghiệp truyền hình trên thế giới, nhằm đạt đợc

sự thống nhất toàn cầu, đó là một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số

có chất lợng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin

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

Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình

t-ơng tự Trong thiết bị mã hóa (biến đổi A/B), tín hiệu hình sẽ đợc biến đổithành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trng của tín hiệu này đợc hệthống truyền hình lựa chọn

Tín hiệu truyền hình số đợc đa đến thiết bị phát, sau đó qua kênh thôngtin và lại đợc đa tới thiết bị thu Tại thiết bị thu, tín hiệu đợc xử lý ngợc lại vớiquá trình xử lý tai phía phát

Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi truyền hình số thành tínhiệu truyền hình tơng tự Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấutrúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình

Truyền hình số là một ngành công nghiệp phát triển rất nhanh trongthập kỷ qua 20, nó đợc thừa hởng những kỹ thuật tiên tiến từ nhiều lĩnh vựckhác nhau Kỹ thuật số là một ngoại lệ

2.2 Đặc điểm của truyền hình số

Tách kênh giải nén

Mã hóa kênh

Giải mã

hóa kênh

Điều chế

Giải điều chế

Kênh thông tin Thiết bị phát

Yêu cầu về băng tần: là một sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và

tín hiệu tơng tự Tín hiệu số có băng tần rộng hơn Ví dụ nh đối với hệ NTSC,tần số lấy mẫu là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hóa với những từ mã dài 8 bit,tốc độ dòng bít sẽ là 115,2 Mbit/s, độ rộng băng tần khoảng 58 MHz Trongkhi đó tín hiệu tơng tự cần một băng tần 4,25 MHz Nếu có thêm các bít sửalỗi, yêu cầu băng tần sẽ phải tăng thêm nữa Thực tế thì độ rộng băng tần cóthể giảm nhờ kỹ thuật nén băng tần

Tín hiệu số có u điểm lớn ở khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lýtại các khâu truyền dẫn và ghi Với tín hiệu số, nhiễu là các bít lỗi, ví dụ nhxung "on" chuyển thành xung "off" Hiện tợng nhiễu đợc khắc phục nhờ cácmạch sửa lỗi Bằng các mạch này các dòng bit ban đầu có thể đợc khôi phục.Khi có quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hởng của nhiễu đợc làm giảm bằng cách chelỗi Tỉ lệ S/N (Signal/Noise) của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi cho

đến khi tỉ lệ bit lõi BER (Bit Error Rate) quá lớn, làm cho các mạnh sửa lõi vàche lỗi mất tác dụng Khi đó dòng bit không còn ý nghĩa tin tức

Méo phi tuyến: Tín hiệu số không bị ảnh hởng trong quá trình ghi và

truyền bởi méo phi tuyến Tính chất này rất quan trọng trong việc ghi đọc

ch-ơng trình nhiều lần, đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy cảm vớicác méo khuếch đại vi sai nh hệ NTSC

Hiện tợng chồng phổ: do một tín hiệu số đợc lấy mẫu theo cả chiều

đứng và chiều ngang, nên hiện tợng này có thể xảy ra theo cả hai hớng Theochiều thẳng đứng, chồng phổ trong hai hệ thống số và tơng tự là nh nhau.Theo chiều ngang, độ lớn của méo chồng phổ phụ thuộc vào các thành phầntần số vợt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist, hiện tợng này có thể đợc loạitrừ bằng cách thực hiện sử dụng tần số lấy mẫu lớn hơn hai lần thành phần tần

số cao nhất trong hệ thống tơng tự

Giá thành và độ phức tạp: các thiết bị số hiện nay có xu hớng nhỏ gọn,

dễ sử dụng và giá thành rẻ Nâng cao tính tơng thích và tích hợp nhiều côngnghệ cao trong một sản phẩm

Xử lý tín hiệu: Sau khi tín hiệu tơng tự qua bộ biến đổi A/D, tín hiệu

còn lại là một chuỗi các bit "0’" và "1" nên đợc ứng dụng để thao tác các côngviệc phức tạp mà không làm giảm chất lợng hình ảnh Khả năng này đợc tănglên nhờ việc lu trữ các bít trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh

Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh: tín hiệu số cho

phép khoảng cách này gần nhau hơn nhiều sơ với hệ thống tơng tự mà không

bị nhiễu Nguyên nhân là tín hiệu số khả năng thay thế xung xóa và xung

đồng bộ bằng các từ mã nên ít chịu ảnh hởng của nhiễu đồng kênh Việc giảmkhoảng cách kết hợp với việc giảm băng tần tín hiệu cho phép nhiều chơngtrình truyền hình đợc phát với độ phân giải cao HDTV nh hiện nay.

Hiệu ứng Ghosts (bóng ma): do tránh đợc nhiễu đồng kênh của hệ

thống số nên đợc hiện tợng này cũng đã giảm đi trong truyền hình quảng bá

Với những điểm vợt trội về tín hiệu số, truyền hình số đang tiến tớiviệc thay thế hoàn toàn truyền hình tơng tự, để vf với các mạng truyền thông

và các ngành công nghiệp khác, tạo thành một thế giới thông tin số, phục vụcon ngời một cách hữu hiệu

số hóa thì nó trở thành ảnh số và ảnh số này lại là một tập hợp của các phần tử

ảnh nhỏ đợc gọi là điểm ảnh "pixel" Mỗi điểm ảnh lại đợc biểu diễn dới dạngmột số hữu hạn các bit Ta có thể chia thành 3 loại ảnh khác nhau:

ảnh đen trắng: mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bởi 1 bit, các ảnh này đoikhi còn đợc gọi là Bi - level hoặc Bi - tonal images

ảnh Gray - scale: mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bằng các mức chói khácnhau, thờng thì đợc biểu diễn bằng 256 mức chói hay 8 bit cho mỗi điểm ảnh

ảnh màu: mỗi điểm ảnh màu đợc chia ra gồm 1 tín hiệu chói và các tínhiệu màu

Biểu diễn ảnh số

Một mẫu tín hiệu hai chiều có thể mô tả bằng một dãy hai chiều x(n 1 T v ,

n 2 T H ), kí hiệu x(n 1 , n 2 ) Trong đó n 1 , n 2 là các số nguyên, T v và T H là khoảngcách các mẫu của mành và dòng Cờng độ của tín hiệu đợc đặc trng bởi độ cao

của tọa độ ô (n 1 T v , n 2 T H ).

Hình 2.2 Biểu diễn ảnh bằng hàm f (x,y)

Đối với ảnh đen trắng thì ảnh đợc biểu diễn bằng một hàm cờng độ

sáng hai chiều f(x,y), trong đó x, y là các giá trị tạo độ không gian và giá trị f

tại bất kỳ một điểm (x, y) sẽ tỉ lệ với độ sáng của ảnh tại điểm này Đôi khingời ta còn biểu diễn hàm ảnh với một trục thứ 3 là cờng độ sáng

Một ảnh số là một ảnh f(x,y) đợc gián đoạn theo không gian và độ sáng.

Một ảnh số đợc xem nh một ma trận với hàng và cột biểu diễn một

điểm trong ảnh và giá trị điểm ma trận tơng ứng mức xám tại điểm đó Cácphần tử của một dãy số nh thể đợc gọi là các điểm ảnh (pixels)

2.4 Các phơng pháp biến đổi tín hiệu video

2.4.1 Tín hiệu video số tổng hợp

Thực chất là việc chuyển đổi tín hiệu video tơng tự tổng hợp sang video

số với u điểm hơn về giải tần, nhng cũng có nhợc điểm của tín hiệu tổng hợptơng tự nh hiện tợng can nhiễu, chói màu v.v

Hình 2.3 Biến đỏi A/D tín hiệu màu tổng hợp

2.4.2 Tín hiệu video số thành phần

Thực hiện sự chuyển đổi tín hiệu video tơng tự thành phần sang số, quengọi là tiêu chuẩn D - 1 hay tiêu chuẩn 4:2:2 Phơng pháp này cho ta bốc độ dòngbit cao hơn nhng lại cho phép xử lý dễ dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo với chất lợng ảnh không chịu ảnh hởng bởi can nhiễu chói

Hình 2.4 Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần 2.5 Chuyển đổi tơng tự - số và số - tơng tự

2.5.1 Các tham số cơ bản

Lọc thông thấp

Lọc thông tháp

Lọc thông tháp

Lọc thông tháp

Đồng bộ

Lấy mãu

Lấy mãu

Lấy mãu

L ợng tử

L ợng tử

L ợng tử

Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tơng tự ở đầu vào khoảng điện áp mà

bộ chuyển đổi tơng tự - số (A/D) có thể thực hiện chuyển đổi đợc

Độ chính xác của một ADC có các tham số nh độ phân biệt, sai số lệchkhông, sai số đơn điệu, số bít, méo phi tuyến, sai số khuếch đại Nếu ADClàm việc lý tởng thì vẫn tồn tại sai số, đó là sai số lợng tử hóa Sai số lợng tửhóa đợc gọi là sai số hệ thống củ ADC

Tốc độ chuyển đổi cho biết số kết quả chuyển đổi trong một giây, đợc

gọi là tần số chuyển đổi fC ở một số ADC có tốc độ cao thì phải trả giá bằng

độ chính xác giảm và ngợc lại Tùy theo từng yêu cầu mà ta đáp ứng một cách

Mạch lấy mẫu: lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại những điểm khác nhau, cách

đều nhau và giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trongquá trình chuyển đổi tiếp theo

Mạch lợng tử hóa: làm nhiệm vụ rời rạc hóa tín hiệu về mặt biên độ.Mạch mã hóa: kết quả lợng tử hóa đợc sắp xếp lại theo một quy luậtnhất định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra bộ chuyển đổi

2.5.3 Các phơng pháp chuyển đổi tơng tự - số

Để tổng quát tốc độ chuyển đổi, ngời ta phân loại về mặt thời gianthành 4 phơng pháp chuyển đổi sau đây:

Biến đổi song song: tín hiệu đợc so sánh cùng một lúc bvới nhiều giá

trị chuẩn, các bit đợc xác định đồng thời và đa đến đầu ra

Biến đổi nối tiếp theo mã đếm: quá trình so sánh đợc thực hiện lần lợt

theo từng bớc quy định của mã đếm, kết quả chuyển đổi đợc xác định bằngcách đếm số lợng giá trị chuẩn có thể chứa đợc trong giá trị tín hiệu tơng tựcần chuyển đổi

Lọc thông

Mạch tạo xung đồng bộ

Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân: các đơn vị chuẩn dùng để so sánh

lấy các giá trị giảm dần theo quy luật nhị phân, do đó các bít đợc xác định lầnlợt từ bít có nghĩa lớn nhất (MSB) đến các bít có nghĩa nhỏ nhất (LSB)

Biến đổi song song - nối tiếp kết hợp: qua mỗi bớc so sánh có thể xác

định đợc tối thiểu là 2 bít đồng thời

Hình 2.6 Sơ đồ khối mạch biến đổi số - tơng tự

Mạch cơ bản của DAC bao gồm:

 Mạch số (đa hài loại D) với nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào

 Mạch giải mã số - tơng tự: biến tín hiệu số thành tín hiệu rời rạc tơngứng dới dạng các xung biên độ thay đổi

 Mạch tạo xung đồng bộ: đồng bộ các quá trình trong DAC

 Mạch lọc thông thấp: tách băng tần cơ bản của tín hiệu lấy mẫu

 Khuếch đại tín hiệu video

2.6 Camera truyền hình

Chất lợng và đặc tính tự nhiên của hình ảnh trong sản xuất video đợcquyết định ngay tại thời hình ảnh thu đợc từ camera truyền hình Bộ cảm biến

là bộ phận quan trọng nhất của camera Hầu hết tất cả các camera truyền hình

đều sử dụng thiết bị ghép nối điện tích CCD làm bộ cảm biến

Mạch

Xung lấy mẫu

m

Hình 2.7 Sơ đồ khối camera truyền hình

Thiết bị ghép nối điện tích - CDD - bao gồm mảng các hàng và các cộtphần tử bán dẫn cảm quang có kích thớc điểm ảnh Khi các phần tử cảmquang bị chiếu sáng, điện tích của chúng sẽ tăng lên tơng ứng với năng lợng

ánh sáng chiếu vào Thông tin này sẽ đợc chuyển dịch qua các phần tử liêntiếp tới đầu ra Chức năng chuyển dịch điện tích tích đợc thực hiện tơng tự vớichức năng của chùm tia quét trong thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện Và

nh vậy, ở đầu ra ta có dòng tín hiệu tơng ứng với các điểm ảnh đã thu đợc.Thiết bị CCD sử dụng hai tia quét cùng tần số 60 Hz cho dòng quét dọc nêncho hình ảnh trung thực hơn so với thiết bị sử dụng hiệu ứng quang điện Độphân giải của CDD đạt đợc phụ thuộc vào số phần tử cảm quang trên một bềmặt điện tích

2.7 Tơng lai của công nghiệp truyền hình

Ngành công nghệ truyền hình có xu hớng hòa nhập với các ngành côngnghệ khác đề cùng tạo thành một thể thống nhất đa dịch vụ trong tơng lai Thểthống nhất này tồn tại sự hội nhập của công nghệ máy tính với công nghệ âmthanh và hình ảnh, kèm theo chất lợng phục vụ tổn thất Thể thống nhất này sẽphục vụ theo yêu cầu của con ngời một cách chính xác, nhanh chóng, hiệu quả

và có tính chuyên môn hóa cao

Các dịch vụ tơng tác hai chiều là yếu tố khẳng định sự phát triển trongtruyền hình viễn thông ở đây máy tính là các thiết bị xử lý thông tin trongthời gian không thực, có hiệu quả trong môi trờng truyền thông tin điểm -

điểm, còn truyền hình là các thiết bị xử lý thông tin trong thời gian thực cùngvới dịch vụ điểm - đa điểm Sự kết hợp của máy tính và truyền hình tạo nênmột hệ thống mang nhiều lợi điểm trong mạng tổng hợp

Chính phủ

Nhà cung cấp

Trạm phát mặt đất

Internet

Trạm chuyển tiếp

Tr ờng đại học

Trung tâm

th ơng mại

Mạng tổng hợp

Hình 2.8 Mô hình mạng tổng hợp

Truyền hình tơng tác ITV là truyền hình do ngời xem điều khiển, kể cảkhả năng thực hiện các quyết định trong và ngoài phạm vi chơng trình Tơngtác trong chơng trình có thể đợc hiểu nh là sự lựa chọn các chơng trình videoyêu cầu (VOD), ví dụ nh chọn một bộ phim khi mà ngời xme muốn xem, vớithời gian chờ đợi ít nhất (từ vài giây đến vài phút) dới sự xử lý thông tin giúpyêu cầu của ngời xem đợc đáp ứng ngay lập tức Truyền hình tơng tác chính làhớng phát triển của công nghiệp truyền hình, là điều mà tất cả mọi ngời trêntoàn thế giới mong đợi đợc phục vụ ở một tơng lai gần

 Thiết bị video số có thể hoàn toàn hoạt động của một cách có hiệu quả

và kinh tế hơn so với thiết bị video tơng tự

 Tín hiệu video số có thể tiết kiệm bộ lu trữ thông tin nhờ nén tín hiệu

Thập niên 70 bắt đầu sử dụng công nghệ video số trong studio Lúc đầucông nghệ số đợc coi nh là các "hộp đen số" Một hộp đen số là một thiết bị

mà đầu vào là tín hiệu tơng tự và đầu ra là tín hiệu số Ví dụ nh bộ sửa thờigian gốc TBC, bộ đồng bộ frame

Đến thập niên 80 thì xuất hiện máy ghi hình DVR (Digital VideoRecorder) dùng băng từ dựa trên cơ sở khuyến cáo của CCIR Tuy nhiên cónhiều dạng hộp đen số hoạt động với nhiều tiêu chuẩn, không tơng quan,không tơng thích dẫn đến việc kết nối giữa các hộp đen số với thiết bị tơng tựhoặc thiết bị số đầu vào/đầu ra tơng tự trở nên khó khăn và không thực hiện đ-

ợc Ví dụ nh máy tạo kỹ xảo video DVE (Digital Video Fffects), hệ thống đồhọa GS (Graphic System)

Trong thập niên 90, nổi bật lên vấn đề tiêu chuẩn hóa về video số Với

sự tham gia tích cực của tổ chức SMPTE (the Society of Motion Picture andTelevision Engineers) của Mỹ, nhiều tiêu chuẩn số đã ra đời Ví dụ tiêu chuẩnvideo số tổng hợp (4fSC) và tiêu chuẩn nối kết số bit - nối tiếp

3.2 Thiết bị hộp đen video số

đa đến bộ xử lý số DP (Digital Processor) Tín hiệu số sau DP đợc dẫn đến bộbiến đổi số - tơng tự (DAC), sau đó qua bộ lọc thông thấp LPF để loại bỏ cácthành phần phổ cao tần và chỉ cho phép tín hiệu video tơng tự đi qua (thờnggọi là bộ giải mã Decoder) ở đầu ra ta chỉ có dạng tín hiệu tơng tự.

3.3 Lấy mẫu tín hiệu video số

3.3.1 Lấy mẫu

Lấy mẫu tín hiệu tơng tự là quá trình gián đoạn (rời rạc hóa) tín hiệu

theo thời gian bằng tần số lấy mẫu fsa, kết quả cho ta một chuỗi các mẫu Tínhiệu sau khi lấy mẫu phải mang đủ thông tin của dòng tín hiệu vào Biên độtín hiệu tơng tự đợc lấy mẫu với chu kỳ T thì thu đợc một chuỗi các xung hẹpvới tần số mẫu đợc tính:

fsa = 1/T

trong đó: f sa là tần số lấy mẫu; T là chu kỳ lấy mẫu

Quá trình lấy mẫu tơng đơng với một quá trình điều biên tín hiệu (f 0)

trong sóng mang có tần số bằng tần số lấy mẫu (f sa) Quá trình điều biên tạo

ra các biên tần thấp và cao Dạng sóng lấy mẫu là hình chữ nhật, phổ của nóbao gồm các thành phần tần số lấy mẫu và các bài của nó

Hình 3.2 Phổ của tín hiệu lấy mẫu.

Quá trình lấy mẫu đợc thực hiện theo định lý Nyquist: Với một tín hiệu

có băng tần f 0 thì tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số f c

Một trong những yêu cầu làm tăng tần số tín hiệu truyền hình là tăngkhoảng bảo vệ cho mạch lọc thông thấp trớc khi lấy mẫu Mạch lọc này làthành phần đầu tiên của bộ biến đổi AD Để không làm xuất hiện méo tín hiệutơng tự, mạch lọc thông thấp của hệ thống loại bỏ các thành phần gây chồngphổ tín hiệu Do các mạch lọc không có đợc đặc trng lý tởng nên phải sử dụngbăng tần bảo vệ để các mạch lọc mang tính thực tế hơn Vì vậy mà tần số lấy

Tín hiệu video tổng hợp đợc lấy mẫu với tần số bằng bội số cua tần số

sóng mang phụ Khi tần số lấy mẫu bằng 3f c, hệ NTSC có tần số lấy mẫu là

10,7 MHz, hệ PAL là 13,3 MHz Khi tần số lấy mẫu bằng 4f c, NTSC tơng ứng

có tần số lấy mẫu là 14,3 MHz, hệ PAL là 17,7 MHz Tấn số lấy mẫu càngcao, càng dễ dàng cho việc sử dụng các bộ lọc tránh chồng phổ và bộ lọc táitạo cũng đợc mã hóa thành tín hiệu thành phần, sau đó đợc số hóa riêng biệt.Các tín hiệu video thành phần tơng tự đợc lấy mẫu tại tấn số bằng bội số củatần số dòng quét

3.3.2 Cấu trúc lấy mẫu

Để khôi phục chính xác hình ảnh, tấn số lấy mẫu phải là bội của tần sốdòng Với quan hệ này, điểm lấy mẫu trên các dòng sẽ kề nhau sẽ thẳng hàngvới nhau và tránh đợc các hiệu ứng méo đờng biên gây ra Việc lấy mẫukhông những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào tạo độ các điểmlấy mẫu Tần số lấy mẫu phụ thuộc vào cấu trúc lấy mẫu sẽ cho phép khôiphục hình ảnh tốt nhất

Có 3 dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu đợc sử dụng phổ biến chocấu trúc lấy mẫu tín hiệu video tĩnh là: cấu trúc trực giao, cấu trúc "quincunx"mành, cấu trúc "quincunx" dòng.

a Cấu trúc trực giao

Các mẫu đợc sắp xếp trên các dòng kề nhau, thẳng hàng theo chiều

đứng Cấu trúc này đợc cố định theo mành và theo hải ảnh (Hình 3.4)

Trong trờng hợp này tần số mẫu thỏa mãn định lý Nyquist, do đó tốc độbit sử dụng rất lớn

Hình 3.4 Cấu trúc lấy mẫu

b Cấu trúc "quincunx" mành

Các mẫu trên các dòng kề nhau thuộc một mành xếp thắng hàng theochiều đứng (trực giao), nhng các mẫu thuộc mành một lại dịch đi một nửa chu

kỳ lấy mẫu so với các mẫu mành thứ hai (Hình 3.4)

Phân bố phổ tần của các cấu trúc quincunx mành rất có ý nghĩa đối vớimành một, nó cho phép làm giảm tần số lấy mẫu theo dòng Phổ tần cấu trúcnói trên của mành hai so với phổ mành một bị dịch và có thể lồng với phổ tầncơ bản, gây ra méo ở các chi tiết ảnh (khi hình ảnh có các sọc hoặc các đờngthẳng đứng)

c Cấu trúc " quincunx" dòng

Các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau nửa chu kỳlấy mẫu, các mẫu trên dòng của hai mành kế tiếp sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấymẫu

Cấu trúc này không xảy ra trờng hợp các phổ biên với phổ chính làkhông bị méo Điều này cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần sốNyquist, tiết kiệm đợc độ rộng của tín hiệu số

Tùy theo cấu trúc lấy mẫu sẽ xuất hiện loại méo ảnh đặc trng Với cấutrúc trực giao, độ phân giải ảnh sẽ giảm Đối với cấu trúc " quincunx" mành sẽxuất hiện nhấp nháy các điểm ảnh Cấu trúc " quincunx" dòng sẽ xuất hiệncác vòng tròn theo chiều ngang (méo đờng biên)

Tóm lại, cấu trúc trực giao có nhiều u điểm hơn, nó cho chất lợng ảnhcao nhất vì đối với mắt ngời độ phân giải giảm dễ chịu hơn hai loại méo nêutrên.

3.4 Lợng tử hóa

Lợng tử hóa là bớc tiếp theo của quá trình biến đổi A/D Biên độ tínhiệu đợc chia thành các mức gọi là mức lợng tử Khoảng cách giữa hai mức kềnhau là bớc lợng tử

Giá trị lợng tử Q xác định theo biểu thức

Q = 2N

trong đó: N là số bit biểu diễn mỗi mẫu

Tín hiệu nhận đợc là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu ban đầu, nguyênnhân là do quá trình lợng tử hoá xác định các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu.Tất cả các giá trị nằm trong phạm vi của mức lợng tử đều đợc thiết lập mộtgiá trị nh nhau, đó là mức lợng tử Q

Có hai phơng pháp lợng tử hoá: lợng tử tuyến tính có các bớc lợng tửbằng nhau và lợng tử hoá phi tuyến có các bớc lợng tử khác nhau Các mức l-ợng tử đều có biên độ bằng nhau, quá trình lợng tử hoá đợc gọi là lợng tử hoá

đồng đều Đây là quá trình biến đổi từ một chuỗi các mẫu với vô hạn biên độsang các giá trị nhất định, vì vậy các quá trình này gây ra sai số, gọi là sai sốlợng tử Sai số lợng tử là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi hệ thống số.Các giá trị lợng tử có thể chứa sai số trong phạm vi 1/2 Q Hệ thống số sử dụng

8 bit hoặc lớn hơn 8 bit đê biểu diễn mẫu, sai số lợng tử có thể coi nh mộtnguồn tín hiệu không mong muốn (nhiễu) cộng thêm tín hiệu trong quá trìnhlợng tử Trong hệ thống sử dụng ít hơn 8 bit để biểu diễn mẫu, sai số lợng tử

sẽ ảnh hởng nghiêm trọng đến tín hiệu ban đầu, làm méo dạng sóng, tăng hiệuứng viền không mong muốn

(t) = x(t) - x’(t)

trong đó: t) là sai số lợng tử

x(t) là giá trị mẫu tín hiệu trớc khi lợng tử

x’(i) là giá trị mẫu tín hiệu sau khi lợng tử

Sai số t) tuỳ thuộc vào tính thống kê của nguồn tín hiệu vào và độ rộngcác mức lợng tử Có thể xem t) là một loại nhiễu do quá trình lợng tử hoá gây

ra - gọi là méo lợng tử

Méo lợng tử phụ thuộc vào số mức lợng tử Đối với tín hiệu video, méolợng tử xuất hiện ở hai dạng chính: hiệu ứng đờng viền và nhiễu hạt ngẫunhiên