Tiếp theo chúng ta sẽ đề cập đến việc xử lý tín hiệu hai chiều tương tự trong ảnh truyền hình. Các khái niệm truyền hình có độ phân giải cao (HDTV) và truyền hình nổi (EDTV) cũng được đề cập đến trong phần này. Chương này làm nền tảng cho hai chương tiếp theo khi thiết kế bộ lọc tương tự.
định chiều rộng nhỏ băng tần video Để đánh giá chiều rộng băng, xem xét phần ảnh đen trắng hình 14.6 Nếu tần số xuất hình vng theo chiều dọc tần số xuất hình vng theo chiều ngang, tỷ lệ 4:3, số hình vng theo chiều ngang (4/3) 525 = 700 hình vng Tổng số hình vng ảnh 700 525 = 367,500 hình vng Nếu khung ảnh xuất 1/60 giây số hình vng xuất giây 367,500 60 = 22,050,000 Tần số tín hiệu sóng hình vng xuất 22,050,000/2 Hz 11 MHz Vì với hệ thống 512 dịng, dải thơng tối thiểu (cho tín hiệu đen trắng) 11 MHz Chiều rộng dải thông chia cho ta áp dụng quét xen kẽ T f T Hình 14.6 u cầu giải thơng Trong kỹ thuật quét xen kẽ ảnh chia làm hai tập hợp ảnh, tập hợp chứa nửa số dòng quét ảnh 512 dòng chia ảnh 262 dòng Phần dòng quét ảnh cho hình 14.7 Các dịng qt cho ảnh thứ điểm A kéo dài đến điểm B Nó chuyển động với tốc độ nhanh đến điểm C Điểm cuối ảnh thứ điểm D Tại điểm kết thúc ảnh thứ nhất, tia điện tử chuyển động nhanh với tốc độ cao đến điểm E Ảnh thứ hai nửa dòng kết thúc điểm cuối dịng Trong q trình qt ngược theo chiều dọc dòng ngang tiếp tục gửi đi, chúng bị loại xung đồng mành Thơng thường 21 dịng bị loại bỏ ảnh Vì số dịng qt thực trơng thấy ảnh 525 - (2 21) = 483 dòng Trong quét xen kẽ, 30 khung hình chuyển giây mắt người nhận 60 hình ảnh giây ta không trông thấy rung hình ảnh 30 khung hình/giây cho tín hiệu có dải thơng gần MHz có dạng hình 14.6 Thực tế hệ truyền hình Mỹ dùng băng tần có dải thơng 5.25 MHz Trong 1.25 MHz phần băng tần số thấp MHz phần băng tần số cao tín hiệu video điều biên (AM) Vì 398 thực tế có MHz dùng cho video BW Âm điều tần (FM) tần số sóng mang 4.5 MHz cao tần số sóng mang video (xem hình 14.8) Bắt đầu ảnh Bắt đầu ảnh E A C B D Kết thúc ảnh F Kết thúc ảnh Hình 14.7 Quét xen kẽ 14.4 Tín hiệu tivi màu Vào năm 1949 RCA đề xuất hệ truyền hình màu mà tương thích với hệ truyền hình đen trắng Hệ thống phát triển Uỷ ban Truyền thông Liên Bang cho hệ thống truyền hình màu năm 1953, sau chuẩn hố thành hệ thống truyền hình quốc gia (NTSC) Tương tự hệ truyền hình này, hệ thống truyền hình quét màu có nhớ (SECAM) Pháp hệ thống truyền hình dịng pha ln phiên (PAL) Đức xuất để khắc phục nhược điểm hệ NTSC Hệ NTSC thiết kế có dải băng thơng tín hiệu MHz mang đầy đủ tín hiệu màu, tín hiệu đen trắng tín hiệu âm Để kết hợp tín hiệu vào dải thơng MHz người ta phải dùng đặc tính phổ tần số tín hiệu quét Từ năm 1929 người ta phát tín hiệu đen trắng xuất dạng cụm lượng điều hoà tần số dòng quét Tần số dòng quét tín hiệu NTSC 525 30 = 15,750 Hz Một biểu diễn tốn học 399 tín hiệu quét biểu diễn tham khảo tham khảo Nó để lại khoảng trống cho chuyển tải thơng tin màu sắc (hình 14.9) Chú ý biên độ phổ tần số giảm dần Tín hiệu truyền hình đầy đủ bao gồm tín hiệu đen trắng tín hiệu màu Để đơn giản phân chia tín hiệu đen trắng tín hiệu màu, sóng mang phụ tín hiệu màu đặt vào cuối miền phổ tần số cao-đặc biệt hệ NTSC tần số xấp xỉ 455 lần rưỡi tần số sóng mang đen trắng, hay 3.58 MHz (thực tế đặt tần số 3.579545 MHz) Hệ NTSC MHz cho hình vẽ 14.10 Sóng mang âm Biên độ Sóng mang hình Bên băng tần cao 1.25 Phần bên băng tần thấp 5.5 Hình 14.8 Chuẩn truyền hình Mỹ Tín hiệu độ chói |Y(f)| Tín hiệu màu Sóng mang video f 253 f fH f 15,750H fv =Tần số quét ngang 31,500H z 3.98475MH z f 4.2MH z fv =Tần số quét dọc fv fv fv=30 400 Hình 14.9 Phân phối phổ tín hiệu đơn sắc tín hiệu màu 14.4.1 Tín hiệu đen trắng Tín hiệu đen trắng tạo từ ba tín hiệu màu theo biểu thức sau: Y = 0.59 G + 0.30 R + 0.11 B (14.5) Tín hiệu cịn có tên tín hiệu chói hay tín hiệu độ sáng Nó chiếm tần số vào khoảng từ đến MHz 14.4.2 Tín hiệu màu Tín hiệu màu sắc ghép với tín hiệu đen trắng tín hiệu video Tín hiệu gọi tín hiệu màu hay chrominace Để biết vai trị thơng tin tín hiệu này, cần phải hiểu rõ cách người nhận biết màu sắc Các nghiên cứu nhận thức màu sắc người cho ta kết sau đây: Mắt người thấy khoảng màu rộng miền đối tượng quan sát tương đối rộng Mắt người phân biệt màu sắc vật thể quan sát nhỏ Người ta chứng minh ba màu riêng cần phải có đầy đủ cho vật thể lớn, vật thể có kích thước trung bình hai màu riêng tương đối đủ Ở miền nhỏ mắt người trở nên mù màu nhận khác biệt độ sáng 4.83 Sóng mang phụ 4.45 MHz 5.75 Sóng mang âm Kêt thúc 1.25 sóng mang video đơn sắc 0.5 Các thuộc tính áp dụng hệ truyền hình NTSC Tiếp theo, ta mô tả cách hệ NTSC truyền tin tức màu sắc dùng sóng mang riêng lẻ cho tín hiệu màu Thơng tin đơn sắc có tải thêm băng tần màu Bên băng tần thấp 3.58 4.2 MHz 4.5 MHz MHz 401 Hình 14.10 Giải thơng giành cho tín hiệu đơn sắc, màu âm Tín hiệu (B-Y) (R-Y) Thông tin màu sắc chứa thành phần R, G, B Tín hiệu đen trắng hay tín hiệu chói biểu diễn tín hiệu Y Nếu tín hiệu Y chứa giá trị ba thành phần màu cần truyền hai tín hiệu màu Từ nhận xét mắt người phân biệt màu sắc miền rộng truyền tín hiệu (R-Y) (B-Y), tín hiệu Y lọc qua lọc thông thấp với tần số cắt 1.5 MHz (xem hình 14.11) Tín hiệu Y ngun vẹn có dải thơng từ đến MHz Kỹ thuật phát triển từ thực tế chi tiết vật thể rộng nằm phần tần số thấp, mắt người phân biệt màu sắc vật thể rộng Để chuyển hai tín hiệu tín hiệu màu sắc, phương pháp điều chế vng góc dùng Hai tín hiệu, B-Y R-Y, điều chế dùng hai điều chế riêng biệt, với điều chế dùng tần số sóng mang, 3.58 MHz cho hệ NTSC, góc pha bị lệch 90 0, (xem hình 14.11) Các đặc tính nhận biết màu sắc mắt người đề cập đến Thông tin vật thể rộng tìm thấy miền tần số 0.5 MHz, thơng tin vật thể có kích thước trung bình tìm thấy miền tần số 0.5 1.5 MHz Nếu vật thể rộng cần có đủ ba màu riêng, vật thể có kích thước trung bình cần hai màu riêng, tín hiệu (R-Y) cho phép tần số từ đến 0.5 MHz, tín hiệu (B-Y) cho phép khoảng từ đến 1.5 MHz Bộ cộng trọng lượng BLUE GREEN Y Tín hiệu độ chói Y=0.59G+0.30R+0.11B Bộ lọc thơng thấp Bộ đảo Y Bộ cộng Tín hiệu màu B-Y Bộ điều chế Bộ cộng 3.58MHz Bộ tạo dao động 900 Bộ cộng Bộ cộng Tín hiệu hiệu màu Bộ điều chế RED R-Y 402 Hình 14.11 Trộn tín hiệu màu Tín hiệu I Q Các nhà thiết kế cho hệ thống NTSC nhận thấy kết tốt dùng hai loại tín hiệu khác I Q Các tín hiệu định nghĩa Tín hiệu I tín hiệu pha, Q tín hiệu vng góc I = 0.60 R - 0.28 G - 0.32 B (14.6) Q = 0.21 R - 0.52 G + 0.31B Tín hiệu Q có tần số từ đến 0.5 MHz Nếu sóng tải màu có tần số 3.58 MHz, dải Q chiếm băng từ 3.58 MHz đến (3.58 + 0.5) = 4.08 MHz Dải Q chiếm băng từ (3.58 - 0.5) = 3.08 MHz đến 3.58 MHz Tín hiệu I có tần số từ đến 1.5 MHz Dải tín hiệu I kéo dài từ (3.58 - 1.5) = 2.08 đến 3.58 MHz Nếu toàn phần băng truyền đi, chiếm tần số từ 3.58 MHz đến (3.58 + 1.5) = 5.08 MHz Nếu phần băng giới hạn 4.2 MHz (xem hình 14.10), với chiều rộng kênh MHz, phần I cho phép 0.6 MHz Điều làm phần I có tần số từ 3.58 đến 3.58 + 0.6 = 4.18 MHz Phần tín hiệu sau 4.5 MHz dùng cho sóng mang âm Tín hiệu đồng màu Trong hệ thống NTSC sóng mang phụ tải màu nén lại trước truyền Nguyên nhân việc địng dạng cho tin tức nằm khoảng sóng tải màu (3.58 MHz) sóng mang âm (4.5 MHz) Có trội hẳn khoảng tần số 0.9MHz xuất ta quét xen kẽ Một lý khác cho việc nén tín hiệu cho phép loại bỏ cách tự động tín hiệu màu cảnh đen trắng Cho ảnh đen trắng, I Q khơng, sóng mang màu nén lại khơng có xuất tín hiệu màu phía thu Dù có nữa, cần thiết phải tạo sóng mang phụ tải màu nơi nhận cho chức giải điều chế Việc tạo sóng mang phụ tải màu phải xác tần số pha với sóng mang phụ nơi phát Để đảm bảo việc này, sóng ngắn gọi color burst cộng vào để chuyển tín hiệu Các xung burst theo sau xung dòng xác định vào vị trí phía sau xung đồng 403 dịng (xem hình 14.2) Các tín hiệu burst màu chứa chu kỳ sóng mang phụ tải màu chuyển Tại nơi nhận, tín hiệu dùng để đồng tần số pha dao động 3.58 MHz Tín hiệu burst có độ khuyếch đại thấp độ khuyếch đại sóng mang tải màu khơng gây nhiễu cho tín hiệu đề cập trước Hình 14.12 Tín hiệu video tổng hợp Lựa chọn tần số sóng mang phụ Người ta tìm ảnh hưởng tín hiệu xảy tần số quét dòng bội số tần số sóng mang âm thanh, cụ thể K fH = 4.5 MHz Cho K = 286 rút tần số quét dòng fH 15,734.26 Hz 286 Để tín hiệu màu sắc khơng ảnh hưởng tới tín hiệu đơn sắc, sóng mang phụ tải màu lựa chọn bội số lẻ nửa tần số quét dòng Hệ số 455 lựa chọn để tính sóng mang phụ tải màu có tần số gần 3.6 MHz, chẳng hạn, f color 455 15,734.26 3.579545MHz Vì có 525 dòng tỷ lệ quét xen kẽ 2:1, nên tần số quét mành f däc 15,734.26 59.94 Hz 525 14.5 Bộ lọc lược Quét xen kẽ tín hiệu màu tín hiệu đen trắng cách để tối thiểu hố dải rộng băng tương thích với tivi đen trắng Tại phía thu, tín hiệu chia thành hai tín hiệu quét xen kẽ Trong hệ thống thu TV màu, lọc thông dải dùng cho chức Nếu tín hiệu Y giới hạn 3.2 MHz thay cho tín hiệu 4.2 MHz, chiều rộng băng có dạng gốc phát (xem hình 14.10) Một phương pháp nội suy dùng lọc lược Một sơ đồ đơn giản cho loại lọc đáp ứng tần số cho hình 14.13 Đây kiểu lọc lược trễ 1H Bộ lọc lược cho phép khôi phục lại đầy đủ băng thơng 4.2 MHz tín hiệu chói, điều làm cho tăng độ phân giải dòng lên 25 phần trăm (chi tiết nét hơn) Từ hình 14.13 viết: VL ( z ) z 1 Vin ( z ) (14.7) Ở z 1 e jH 404 ... thực tế có MHz dùng cho video BW Âm điều tần (FM) tần số sóng mang 4. 5 MHz cao tần số sóng mang video (xem hình 14. 8) Bắt đầu ảnh Bắt đầu ảnh E A C B D Kết thúc ảnh F Kết thúc ảnh Hình 14. 7 Qt... xen kẽ 14. 4 Tín hiệu tivi màu Vào năm 1 949 RCA đề xuất hệ truyền hình màu mà tương thích với hệ truyền hình đen trắng Hệ thống phát triển Uỷ ban Truyền thơng Liên Bang cho hệ thống truyền hình... Hình 14. 8 Chuẩn truyền hình Mỹ Tín hiệu độ chói |Y( f)| Tín hiệu màu Sóng mang video f 253 f fH f 15,750H fv =Tần số quét ngang 31,500H z 3.9 847 5MH z f 4. 2MH z fv =Tần số quét dọc fv fv fv=30 40 0