Bài giảng kỹ thuật truyền hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH Hưng Yên 2015 (Ti liu lu hnh ni b) Giáo trình môn học KTTH Lời nói đầu Truyền hình đ-ợc phổ biến từ đầu Thế kỷ XX, nh-ng đà nhanh chóng phát triển đà đ-ợc ứng dụng lĩnh vực kinh tế trị, xà hội, văn hoá, gi áo dục Vì môn học truyền hình thiếu đ-ợc sinh viên thuộc ngành điện tử, điện tử viễn thông, ngành truyền thông Cuốn giáo trình môn học Kỹ thuật truyền hình đ-ợc soạn phục vụ cho môn học KT truyền hình dành cho đối t-ợng cao đẳng đại học Nội dung giáo trình trình bày vấn đề việc xây dựng hệ thống truyền hình có Vì trình độ kiến thức hạn chế, kinh nghiệm biên soạn ít, nên tránh khỏi thiếu sót, mong đóng góp, phê bình bạn đọc GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH Ch-ơng I: Cơ sở kỹ thuật truyền hình 1.1 Qúa trình phát triển truyền hình Đối với ng-ời, mắt (thị giác) coi giác quan quan trọng Các hình ảnh mà mắt cảm nhận đ-ợc chiếm tới 80% thông tin nói chung Tuy nhiên ng-ời lại không dừng lại hình ảnh mà mắt trực tiếp quan sát Ng-ời ta mong muốn cách đó, ph-ơng thức quan sát đ-ợc hình ảnh phạm vi quan sát trực tiếp mắt ý t-ởng truyền hình Những mẫu thiết kế hệ thống truyền hình đà có từ lâu Bắt đầu dựa sở phát minh đèn sợi đốt nhà bác học Nga A H Lôđ-nghin năm 1873, đặc biệt phần tử bán dẫn quang (tế bào quang điện) nhà bác học ng-ời Anh V Smit cho thấy biến đổi l-ợng ánh sáng thành l-ợng điện ng-ợc lại Đây điều kiện cần thiết cho việc truyền hình ảnh Mẫu truyền hình nhà bác học ng-ời Anh Đ Kêli năm 1875 Theo mẫu hình ảnh đ-ợc chia thành nhiều phần tử ảnh nhỏ đ-ợc truyền đồng thời phần tử ảnh sang bên phía thu Năm 1881 nhà bác học ng-ời Pháp Selenka đ-a mẫu truyền hình khác Trong phần tử ảnh đ-ợc truyền lần l-ợt nhờ hệ thống quét bên phía phát đầu thu nhận đ-ợc lần l-ợt phần tử ảnh nhờ hệ thống quét giống nh- đầu phát Mẫu thực tế đà giảm đ-ợc tính phức tạp hệ thống truyền hình Lúc đầu hệ thống quét đ-ợc thực khí theo kiểu soắn ốc Sau việc quét hình ảnh đ-ợc thay tia điện tử ống điện tử chân không Lúc n ày phần tử ảnh đ-ợc truyền lần l-ợt theo dòng theo cột (quét tuyến tính) Để khôi phục ảnh bên thu đ-ợc xác, trung thực, ng-ời ta tăng số dòng quét lên, hay số l-ợng phần tử ảnh cần truyền nhiều lên Các quốc gia có truyền hình tiên tiến đà tự đ-a chuẩn số dòng quét cần truyền cho ảnh truyền hình: Nga 625 dòng, Mỹ 425 dòng, Đức 525 dòng Năm 1941 Mỹ có trung tâm truyền hình Năm 1959 Liên xô có 60 trung tâm truyền hình, đến năm 1978 đà phủ sóng 70% diện tích đất n-ớc Việt nam năm 1972 đà bắt đầu phát sóng truyền hình đà mở t-ơng lai cho Sự phát triển truyền hình màu coi phát triển tất yếu, dựa tảng truyền hình đen trắng đà phát triển hoàn thiện Việc phát triển hệ thống truyền hình màu cần trọng tới việc phối hợp với truyền hình đen trắng đà có sẵn Trên giới có ba hệ truyền hình màu tồn đến ngày NTSC (1954), SECAM (1965), PAL (1966) Ngày để hoàn thiện thêm cho hệ thống truyền hình, cho phép nâng cao chất l-ợng ảnh thu đ-ợc hệ thống trun h×nh sè (HDTV), trun h×nh chiỊu GV: Ngun Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH 1.2 ánh s¸ng 1.2.1 Kh¸i niƯm chung 1011 Hz mm R f (Hz)  (m) Sãng Radio 760 nm §á 700 nm cam 1014 Hz m Hồng ngoại vàng lục 1016 Hz 30 nm Cùc tÝm lam 500 nm 600 nm 1018 Hz 0,3 nm tia X chµm tia tÝm 380 nm 400 nm Hình 1.1: Phổ sóng điện từ vùng ánh sáng thấy đ-ợc ánh sáng ph-ơng diện vật lý sóng điện từ gọi chung xạ điện từ (xem hình 1.1) Các xạ điện từ có dải tần số rộng từ vài c hục héc (Hz) đến hàng trăm gê-ga-héc (GHz), toàn dải tần số gọi chung phổ điện từ ánh sáng thấy đ-ợc xạ điện từ nằm phổ điện từ mà mắt ng-ời cảm nhận đ-ợc, chiếm phần hẹp toàn dải sóng điện từ chung từ: 3,8x10 14 Hz đến 7,8x10 14 Hz t-ơng ứng víi b-íc sãng 780 nm ®Õn 380 nm Quan hƯ b-ớc sóng với tần số f xạ nh- sau: Trong đó: ( m) = C (m / s) f ( Hz) - B-íc sãng  tÝnh b»ng mÐt (m) - TÇn sè f tính héc (Hz) GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH - Tốc độ ánh sáng C = 300.000 km/s = 3x10 m/s N»m ngoµi vïng ánh sáng thấy đ-ợc miền tần số cao tia cực tím, tia X, tia , miền tần số thấp tia hồng ngoại, sóng Radio Trong phổ ánh sáng thấy đ-ợc gồm nhiều màu sắc, màu sắc rõ màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím ánh sáng loại (ví dụ: ánh sáng đơn sắc) hỗn hợp nhiều loại (ví dụ: ánh sáng trắng) ánh sáng loại mang l-ợng chứa b-ớc sóng nhóm b-ớc sóng (ví dụ ánh sáng màu đỏ chiếm b-ớc sóng khoảng 650 nm đến 750 nm, ánh sáng màu lục chiếm b-ớc sóng khoảng 520 nm đến 570 nm) Một nguồn sáng chứa tần số ta gọi nguồn sáng đơn sắc ánh sáng trắng nguồn sáng đơn sắc nguồn sáng trắng tổng hợp nhiều nguồn sá ng đơn sắc khác 1.2.2 Các đại l-ợng đặc tr-ng ánh sáng Vì ánh sáng phần dải sóng điện từ, nên mang đầy đủ tính chất l-ợng điện từ, tính ph-ơng h-ớng, công suất, mật độ dòng l-ợng, độ chói, phân bố l-ợng theo phổ Sự tác động ánh sáng đến mắt đặc tr-ng đại l-ợng: l-ợng ánh sáng, quang thông, c-ờng độ sáng, độ chói, c-ờng độ thụ cảm, màu sắc a/ Quang thông Quang thông l-ợng ánh sáng đơn vị thời gian = W/t (oát - W) Sự cảm thụ ánh sáng mắt tốt màu lục G (Green), màu khác giảm dần Sự phụ thuộc đ-ợc biểu diễn hình 1-2 Độ nhạy cảm t-ơng đối B 0.8 0.6 0.4 0.2 400 450 500 550 600 650 700 tÝm L¬ Lam Lục Vàng Cam Đỏ Hình 1-2: Độ nhạy cảm mắt ánh sáng b/ C-ờng độ sáng (lực ánh sáng) Thông th-ờng nguồn sáng xạ theo h-ớng khác không nh- Mật độ không gian quang thông h-ớng đà cho gọi c-ờng độ sáng (lực ánh GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH sáng) Nh- c-ờng độ sáng đại l-ợng véc tơ, đặc tr-ng độ lớn h-ớng, đ-ợc xác định tỷ số quang thông theo h-ớng ®· cho vµ gãc khèi  I =  / [cadela cd] Nếu nguồn sáng nguồn điểm (là nguồn điểm khoảng cách chiếu sáng lớn 10 lần kích th-ớc nguồn sáng), quang thông đ-ợc phân bố phía (toàn góc 4 cđa vËt thĨ) th× I =  / 4 Giả sử nguồn sáng có diện tích S, c-ờng độ sáng đ-ợc xác định theo quy luật Lamper nh- sau (h×nh 1.3) I =  cos = Io cos Trong đó: - Là quang thông toàn nguồn sáng S Io C-ờng độ sáng theo h-ớng vuông góc với S I - C-ờng ®é s¸ng theo h-íng b¸t kú S  S I   I  I I H×nh 1.4 H×nh 1.3 c/ Độ chói (độ sáng) Độ chói c-ờng độ sáng theo h-ớng đà cho đơn vị diện tÝch (h×nh 1.4) B = I / S cos {cd/m2 = nÝt} Thay I = Io cos Ta có B = I o/S Theo công thức cho thấy độ chói nguồn xạ không phụ thuộc vào h-ớng Điều có nghĩa quan sát nguồn sáng góc khác diện tích nguồn sáng thấy đ-ợc bị thay đổi độ chói nguồn sáng không đổi d/ Sự phản xạ, hÊp thơ, cho qua ¸nh s¸ng cđa vËt thĨ Ngn sáng với quang thông chiếu tới vật thể A đ-ợc chia làm phần: phản xạ p, hấp thơ , cho qua  (h×nh 1.5)  = p +  +   GV: Ngun Vị Th¾ng Giáo trình môn học KTTH - Phản xạ p = p /  HÊp thô  =  /  - Cho qua  =  /  TÊt nhiªn p +  +  = p   Hình 1.5 Tất giá trị phản xạ, hÊp thơ vµ cho qua phơ thc vµo tõng tÝnh chất vật thể 1.3 Mắt đặc tính 1.3.1 Cấu tạo mắt Hệ thống thị giác bao gồm mắt, hệ thần kinh khu vự c thị giác vỏ nÃo Hệ thống coi hệ thống thu thông tin hiển thị, xảy trình thu nhận, biến đổi ảnh quang thành dòng điện sinh học Hệ thần kinh thị giác nối võng mạc với vỏ nÃo có nhiệm vụ xử lý thông tin nhận đ-ợc Cấu tạo mắt nh- sau: Võng mạc mắt chứa phần tử thụ cảm, phần tử nối liền với hai nửa bán cầu nÃo dây thần kinh thị giác Các phần tử thụ cảm gồm hai loại tế bào hình que tế bào hình nón - Tế bào hình que chiếm số l-ợng lớn khoảng 120 triệu tế bào trải khắp võng mạc, tế bào hình que có tác dụng làm cho mắt nhận đ-ợc chi tiết sáng tối với độ nhạy cao Do ánh sáng mờ (c-ờng độ sáng nhỏ) mắt cảm nhận đ-ợc hình dáng cảnh vật không phát đ-ợc màu sắc cảnh vật Điều cho thấy ánh sáng yếu tế bào hình que khả cảm nhận màu sắc - Tế bào hình nón có khoảng 6,5 triệu tế bào tập chung vùng hoàng điểm vùng quanh hoàng điểm Tế bào hình nón có tác dụng làm cho mắt cảm nhận đ-ợc màu sắc Nh-ng độ phân giải mắt màu sắc nhiều so với độ sáng tối (vì số l-ợng tế bào hình nón nhiều so với tế bào hình que), tiết ảnh màu nhỏ hay với ánh sáng mờ mắt không phân biệt đ-ợc màu sắc Do tế bào hình nón nhạy cảm với màu sắc tập chung hoàng điểm vùng xung quanh hoàng điểm, nên mắt phân biệt (phân giải) chi tiết màu sắc tốt ảnh tr-ớc mắt (ảnh nằm trục thị giác) ví dụ: Đây ví dụ so sánh độ phân giải hai loại tế bào hình que hình nón Bằng thực nghiệm ng-ời ta tiến hành vạch vạch màu khác lên tờ giấy trắng, sau treo tờ giấy lên bảng để vùng ánh sáng yếu (ánh sáng mờ) Nếu khoảng cách quan sát mắt đủ xa thấy mắt phân biệt đ-ợc số l-ợng vạch giấy trắng Nh-ng lại không phân biệt đ-ợc khác màu vạch GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH Điều cho thấy cảm thụ mắt độ sáng tối hình ảnh tốt nhiều so với cảm thụ màu sắc hình ảnh 1.3.2 Các đặc tính mắt a/ Đặc tính phổ Nh- đà trình bày dải sóng ánh sáng nhìn thấy mắt từ 0,38 m đến 0,78 m Nh-ng dải sóng mắt cảm nhận độ sáng không nh- Đó tính chất phổ mắt Đặc tính đ-ợc biểu thị đồ thị hình - Trên đồ thị biểu thị phụ thuộc cảm nhận độ chói mắt (B ) vào b-ớc sóng kích thích nguồn l-ợng nhnhau B 0,5  0,38 m 0,55 m 0,78 m H×nh 1- 6: Đặc tính phổ mắt phụ thuộc vào ánh sáng Từ đặc tuyến ta thấy mắt nhạy với đoạn phổ vàng lục ( = 0,55 m), bên trái b-ớc sóng 0,38 m dải sóng tử ngoại bên phải b-ớc sóng 0,78 m dải sóng hồng ngoại mà mắt ng-ời quan sát đ-ợc Sự phụ thuộc quan trọng thực tế ta quan sát trực tiếp đối t-ợng không khác độ chói mà khác màu Trong hệ thống truyền hình đen trắng ảnh khôi phục chân thực đặc tuyến phổ hệ thống phải giống đ-ờng cong Còn với hệ thống truyền hình màu đặc tuyến phổ phải không đổi, nghĩa B() = const b/ Độ nhạy Độ nhạy mắt khả nhận biết ảnh mục tiêu Nhìn chung ảnh có độ sáng lớn mắt nhận biết tốt Với ảnh có màu sắc độ nhạy mắt cao Khả nhận biết ảnh mắt giảm ảnh chuyển động với tốc độ cao Đối với thị giác ng-ời bình th-ờng cảm nhận ánh sáng giới hạn 0,1 nít đến 10 nít (khoảng 10 lần) Tuy nhiên thụ cảm (cảm nhận) ánh sáng mắt vào độ chói mục tiêu không tuyến tính (hình d-ới) GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH Sự thụ cảm E B Từ đ-ờng hình ta thấy độ nhạy mắt gi ảm độ chói lớn tăng độ chói nhỏ Hiện t-ợng gọi thích nghi mắt vùng sáng vùng tối Sự thay đổi độ nhạy mắt vùng sáng từ đến phút vùng tối từ 30 đến 50 phút Bằng thực nghiệm, năm 1846 Veber đà thay đổi cảm giác mắt E phụ thuộc vào thay đổi t-ơng ®èi cđa ®é chãi NghÜa lµ E = k.B/Bmin Trong ®ã: k lµ hƯ sè tû lƯ B = Bmax-Bmin Bmin độ chói cực tiểu tức sáng Tỷ số B/Bmin = o độ t-ơng phản ng-ỡng Trong giới hạn bình th-ờng độ chói B = 10 đến 1000 nít nhỏ 0,02 đến 0,05 c/ Khả phân giải mắt Nếu gọi góc nhỏ mà mắt có khả phân biệt đ-ợc hai điểm (trong truyền hình gọi hai phần tử ảnh liên tiếp) chói khả phân giải đ-ợc định nghĩa là: V=1/ Khả phân giải phụ thuộc vào độ chói mục tiêu quan sát, vào sáng, vào điều kiện quan sát vào thân ng-ời Bằng thực nghiệm điều kiện bình th-ờng ng-ời ta đà xác định đ-ợc góc = - 1,5 phút Nếu quan sát với góc < phút mắt ta không phân biệt đ-ợc hai điểm chói ta cảm nhận đ-ợc d-ờng nh- có điểm Đặc tính mắt cho phép ta chọn số dòng tối -u cho ảnh hệ thống truyền hình (Vấn đề xin đ-ợc trình bày sau) GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH d/ Tính quán tính mắt Mắt khả tức thời hay kết thúc cảm giác độ chói có xung độ chói xuất mà phải có trễ định (hình 1-7) Đó tính quán tính mắt Tính chất phụ thuộc vào c-ờng độ ánh sáng, b-ớc sóng kích thích, vào thân ng-ời vào điều kiện khác Bmax = 0,638 0,368 t 2 1 H×nh 1.7 : Xung độ sáng : Quy luật tăng trởng B1 : Quy luật giảm cảm giác mắt B2 Quá trình bắt đầu kết thúc cảm giác mắt có xung độ sáng đ-ợc biểu thị nhsau: B1  Bmax  (1  e  t 1 ) T t B2  Bmax e  Trong đó: Bmax: độ chói xung ánh sáng 1: thời gian tăng tr-ởng mắt, đ-ợc xác định từ giá trị B = đến B = 0,638 B max 2: thời gian giảm mắt, đ-ợc xác định từ giá trị B = B max đến B = 0,368 Bmax Trong điều kiện bình th-ờng khoảng 0,1 giây Giá trị lớn khoảng vài trục lần Tính chất quán tính mắt giúp ta nhận biết đ-ợc ảnh mục tiêu không bị lấp lánh (ảnh liên tục) với tần số lặp lại xung định Tần số cực tiểu xung ánh sáng mà đảm bảo ảnh khôi phục liên tục gọi tần số tới hạn lấp lánh Trong truyền hình tần số tới hạn f th ≈ 50Hz 1.4 BiÕn ®ỉi quang ®iƯn 1.4.1 HiƯu øng quang điện Các thiết bị biến đổi l-ợng ánh sáng ảnh thành tín hiệu điện thành phần hệ thống truyền hình Quá trình hoạt động thiết bị dựa sở hiệu ứng quang điện GV: Nguyễn Vũ Thắng Giáo trình môn học KTTH URT1 + R1 U01 C1 T1 R2 T2 D R3 R4 Uch U02 C2 R5 H×nh 2.11: Mạch ổn áp chiều theo ph-ơng pháp bù tuyến tính Trong đó: - Ub02 Là điện áp chiỊu trªn cùc (B - E) cđa T2 - U01 Điện áp chiều thay đổi ch-a ổn áp - U02 Điện áp chiều đà đ-ợc ổn định U02 = U01 URT1 URT1 Là điện áp sụt điện trở transistor T1 (RT1) *> Nuyên lý ổn định Khi điện áp chiều U01 tăng, dẫn tới U02 có khuynh h-ớng tăng theo Nh-ng U 02 tăng kéo theo Ub2 tăng Ub02 tăng nên dòng Colecter I c2 tăng Từ hình vẽ ta thấy Ub1 = Uc2 = Uc1 Ic2.R1 Ic2 tăng dẫn tới Uc2 giảm, nghĩa Ub1 giảm, làm T1 bị khoá bớt lại, điện trở transistor T R1 tăng lên tức UR1 tăng Vì vậy, U01 tăng qua trìh tác động mạch dẫn tới U RT1 tăng, U02 giảm ng-ợc lại, nên điện áp U 02 đ-ợc ổn định Để nâng cao độ ổn định mạch ta có biện pháp sau: - Thay transistor khuếch đại dùng IC - Dùng transistor mắc phối hợp T để thay cho T1 sơ đồ (2.11), transistor mắc phối hợp có ệ số KĐ  ’ cùc lín ( ’=  1. 2) T1 T2 GV: Nguyễn Vũ Thắng 106 Giáo trình môn học KTTH 4.2 Máy thu hình màu a/ Sơ đồ khối Anten thu Hộp kênh U+V Hạn biên KĐ.TT tiếng KĐ trung tần T.S video Tách sóng tiếng Ma trận màu KĐ kênh chói Y R-Y G-Y B-Y KĐ công suất KĐ tín hiệu màu Loa Tới KR Tới KG Tới KB Đèn hình AGC Mạch phối ghép AV AV out Thu tín hiệu từ xa Bàn phím Giải mà màu C KĐ tách XĐB Các tín hiệu quay fV Tích phân CPU Bộ nhớ GV: Nguyễn Vũ Thắng Các tín hiệu điều khiển Vi phân fH Dao động mành CS Mành Dao động dòng So pha fH CS dòng fH Khử từ Nguồn cung cấp Lái mành Chỉnh l-u cao áp AV in Lái dòng Các điện áp: HV, S, F cấp điện áp phụ khác Hình 2.2: Sơ đồ khối máy thu hình mu 107 Giáo trình môn học KTTH b/ Nguyên lý hoạt động Về nguyên lý hoạt động máy thu hình màu không khác với máy thu hình đen trắng Các khối xử lý tín hiệu máy thu hình màu phần nhiều giống với máy thu hình đen trắng, chúng khác phần xử lý tín hiệu màu mà Sau mạch tách sóng video tín hiệu thu đ-ợc máy thu hình màu đ-ợc chia làm năm đ-ờng - Đ-ờng AGC: đ-ờng tự động điều chỉnh hệ số KĐ KĐ trung tần KĐ cao tần hộp kênh nhằm mục đích san đ-ờng đặc tuyến biên độ tần số KĐ t-ơng ứng tín hiệu thu đ-ợc hình không bị thăng giáng ngẫu nhiên theo biên độ (luôn ổn định) - Đ-ờng âm thanh: hoạt động hoàn toàn giống máy thu hình đen trắng - Đ-ờng xung đồng : giống máy thu hình đen trắng - Đ-ờng tín hiệu chói Y: sau mạch tách sóng video tín hiệu chói Y đ-ợc tách khỏi tín hiệu truyền hình chung, qua mạch KĐ đ-a tới mạch ma trận màu để với hai tín hiệu hiệu số màu tạo nốt tín hiệu hiệu số màu lại Tín hiƯu chãi Y cã bỊ réng phỉ réng nhÊt toàn phổ tín hiệu truyền hình t-ơng ứng với tốc độ truyền lớn nên phải thông qua mạch trễ tr-ớc đ-a tới mạch ma trận màu - Mạch giải mà màu C: mạch giải điều chế vuông góc, sau mạch giải mà thu đ-ợc hai tín hiệu hiệu số màu R Y B Y mà phía phát gửi tới đ-a tới mạch ma trận màu - Mạch ma trận màu: thực chất cầu điện trở mà đầu vào tín hiệu : tín hiệu chói Y, hai tÝn hiƯu sè mµu R – Y vµ B Y đầu ba thành phần tín hiệu số màu R-Y, G -Y B -Y Cả ba tín hiệu hiệu số màu thông qua mạch KĐ t-ơng ứng đ-a tới ba katốt đèn hình hiển thị lên hình GV: Nguyễn Vũ Thắng 108 Giáo trình môn học KTTH Ch-ơng Hệ thống truyền hình 5.1 Các hệ thống truyền hình quảng bá Để thực ch-ơng trình truyền hình phạm vi rộng, phục vụ đông đảo nhiều ng-ời xem cần phải thiết lập nhiều trung tâm truyền hình, chúng có hệ th ống chuyển tiếp truyền hình, hình thành mạng l-ới truyền hình phứ c tạp Trung tâm truyền hình có nhiệm vụ xây dựng ch-ơng trình truyền hình, truyền tín hiệu đến ng-ời xem máy phát vô tuyến truyền hình, ph-ơng tiện khác, ghi lại ch-ơng trình để trao đổi với trung tâm truyền hình khác Các trung tâm truyền hình liên lạc với để phát ch-ơng trình truyền hình sử dụng phần ch-ơng trình truyền hình trung tâm truyền hình khác Ngoài trung tâm truyền hình có khả xây dựng ch-ơng trình truyền hình, có trung tâm phát lại, có nhiệm vụ tiếp nhận ch-ơng trình trung tâm khác gửi đến phát cho vùng dân c- định Các trung tâm phát lại không tự xây dựng cho ch-ơng trình truyền hình riêng Ngày nay, thực chuyển tiếp ch-ơng trình trung tâm truyền hình, ng-ời ta dùng phổ biến hệ thống vi ba, cáp cao tần, cáp quang, vệ tinh nhân tạo Vì hệ thống truyền hình mở rộng phạm vi toàn cầu 5.1.1 Bộ phận cung cấp tín hiệu truyền hình Là phận trung tâm truyền hình, có nhiệm vụ cung cấp tín hiệu truyền hình từ nhiều nguồn khác nh- từ camera tr-ờng quay (studio), từ máy chiếu phim truyền hình, máy ghi hình, từ xe truyền hình l-u động, từ trạm truyền hình trung tâm từ trạm chuyển tiếp Trạm truyền hình Xe l-u động Studio Chiếu phim Chuyển mạch đầu vào (chọn tín hiệu truyền hình) Thiết bị sử dụng ch-ơng trình truyền hình Ghi hình Chuyển mạch đầu Phát chuyển tiếp Phân phối ch-ơng trình truyền hình Máy phát VTTH Máy ghi h×nh Thu chun tiÕp Bé phËn cung cÊp t/h TH Bộ phận xây dựng ch-ơng trình TH Bộ phận sử dụng CTTH Hình 5-1 GV: Nguyễn Vũ Thắng 109 Giáo trình môn học KTTH Các thiết bị cung cấp tín hiệu truyền hình bao gồm a/ Thiết bị studio Trong số thiết bị cung cấp tín hiệu truyền hình, thiết bị studio quan trọng Studio tr-ờng quay đ-ợc xây dựng nh- nơi biểu diễn nghệ thuật có đầy đủ tiện nghi nh-: phông màn, hệ thống ánh sáng, hệ thống thoáng khí, cách âm , Các trang thiết bị cho truyền hình nh-: camera, máy kiểm tra hình, hệ thống micrô, loa, hệ thống đèn hiệu Thiết bị kiểm tra hình Thiết bị đo l-ờng Kiểm tra sóng K1 Camera Thiết bị trộn KĐ ổn định KĐTG Phát ảnh thử Camera phim K3 KĐTG Thiết bị chuyển mạch Camera K2 Tạo xung đồng Đến TB phát phận xây dựng ch-ơng trình TH Tín hiệu xung đến camera KĐTG Hình 5-2: Sơ đồ khối thiết bị studio (phần đ-ờng hình) Trên hình 5-2 phận hệ thống thiết studio Tín hiệu hình từ camera đ-ợc đ-a đến KĐ trung gian để KĐ, sửa méo trộn với xung xoá Sau KĐ trung gian, tín hiệu có biên độ khoảng 1v đ-ợc đ-a vào thiết bị chuyển mạch máy kiểm tra hình máy sóng Tín hiệu đ-ợc chọn sau chuyển mạch đ-ợc đ-a đến trộn để trộn với xung đồng dòng, mành từ khối tạo xung đồng Bộ KĐ ổn định có nhiệm vụ giữ điện áp tín hiệu không đổi điện áp tín hiệu vào thay đổi Tín hiệu đ-ợc đ-a tới máy phát trung tâm truyền hình có mét ngn cung cÊp tÝn hiƯu trun h×nh nhÊt Trong tr-ờng hợp trung tâm cón có nhiều nguồn tín hiệu khác tín hiệu đ-ợc đ-a vào khối xây dựng ch-ơng trình truyền hình trung tâm tiến hành phối hợp nguồn tín hiệu khác để có đ-ợc ch-ơng trình truyền hình phong phú Bên cạnh thiết bị kể có thiết bị kiểm tra hình, thiết bị đo l-ờng, thiết bị tạo xung đồng bộ, thiết bị phát ảnh thử GV: Nguyễn Vũ Thắng 110 Giáo trình môn học KTTH Trong hệ thống studio camera thiết bị quan trọng nhất, có nhiệm vụ biến đổi ảnh quang đối t-ợng cần truyền thành tín hiệu điện b/ Các thiết bị chuyển tiếp Thiết bị chuyển tiếp dùng để nhận ch-ơng trình truyền hình từ nơi khác chuyển tới viba cáp Thực tế thiết bị thu sửa tín hiệu để có đ-ợc tín hiệu truyền hình tiêu chuẩn Trong tr-ờng hợp tín hiệu nhận đ-ợc c chuẩn (ví dụ khác tần số quét ) thiết bị chuyển tiếp có thiết bị chuyển đổi tiêu chuẩn truyền hình c/ Trạm truyền hình xe truyền hình l-u đông Là thiết bị quan trọng để cung cấp cho trung tâm truyền hình ch-ơng trình thời sự, thể thao, văn hoá nghệ thuật cách kịp thời từ địa điểm khác bên studio Các thiết bị xe di động giống nh- trạm truyền hình cố định cúng gần nh- phòng studio Tuy nhiên phải làm việc động nên thiết bị xe truyền hình có yêu cầu riêng Trên xe truyền hình l-u động th-ờng có từ - camera Các camera đ-a cách xa xe tõ 300 - 400 mÐt nhê c¸p trun tÝn hiƯu có chất l-ợng tốt Máy phát đặt xe làm viƯc víi b-íc sãng tõ ®Õn 15 cm, dïng an ten parabol có đặc tính ph-ơng h-ớng nhọn đảm bảo truyền tín hiệu truyền hình trung tâm truyền hình cố định cách xa từ 25 - 50 Km mà công suất phát cần vài trăm milioát đến vài oát Ph-ơng pháp điều chế th-ờng dùng điều tần Có thể truyền tín hiệu hình tín hiƯu tiÕng kÌm theo b»ng nhiỊu c¸ch kh¸c - Truyền hai kênh cao tần dùng chung anten với phân cực khác (tín hiệu hình dùng phân cực ngang, tín hiệu tiếng dùng phân cực dọc) Cách tránh đ-ợc t-ợng xuyên nhiễu lẫn tín hiệu mà không cần dùng đến lọc ngăn cách đặc biệt - Truyền kênh cao tần Trong tr-ờng hợp này, tr-ớc tiên tín hiệu tiếng đ-ợc đem đến điều tần sóng mang phụ sau cộng với tín hiệu hình thực điều tần lần vào sóng mang có tần số cao - Truyền hai kênh độc lập với hai anten riêng trung tâm tuyền hình, để nhận đ-ợc tín hiệu từ xe l-u động trạm truyền hình cố định phát về, anten thu đ-ợc đặt cao để thu đ-ợc tín hiệu từ tất h-ớng cần an ten parabol đặt cách 120 mặt phẳng ngang Các an ten điều chỉnh h-ớng từ xa để nhận đ-ợc tín hiệu tốt Đi kèm với xe truyền hình l-u động có thiết bị truyền hình sách tay Thiết bị nhỏ gọn cầm tay, chúng tạo đ-ợc ch-ơng trình truyền hình nơi mà xe truyền hình l-u động không vào đ-ợc Thiết bị thu đặt xe l-u động nhận tín hiệu từ truyền hình sách tay sau tín hiệu đ-ợc truyền trung tâm truyền hình cố địng nhờ hệ thống viba gắn xe Máy phát truyền hình sách tay có công suất phát khoảng 50 - 100 mW chạy pin ắcquy, dùng anten cần, cự ly tác dụng khoảng 200 - 300 m 5.1.2 Bộ phận xây dựng ch-ơng trình truyền hình Đối với trung tâm truyền hình lớn, nơi có nhiều nguồn cung cấp tín hiệu truyền hình xây dựng đồng thời nhiều ch-ơng trình truyền hình cho máy phát khác Bộ phận xây dựng ch-ơng trình truyền hình có vai trò quan trọng , đảm bảo việc sử dụng hợp lý GV: Nguyễn Vũ Thắng 111 Giáo trình môn học KTTH nguồn tín hiệu truyền hình, chọn lọc chúng để xây dựng thành ch-ơng t rình truyền hình theo yêu cầu khác Trên hình 5-3 cho ta sơ đồ khối phận xây dựng ch-ơng trình truyền hình Chúng gồm có thiết bị sau - Thiết bị chuyển mạch lối vào để chọn tín hiệu cần thiết cho khối xây dựng ch-ơng trình truyền hình - Bộ trộn tín hiệu: Để xây dựng ch-ơng trình truyền hình từ tín hiệu đ-ờng camera studio, camera phim, camera phát viên, tín hiệu máy phát ảnh thử, tín hiệu từ studio đ-a - Thiết bị tạo xung đồng trung tâm dùng để cung cấp xung đồng cho nhiều thiết bị khác trung tâm truyền hình để điều khiển khối đồng nằm hệ thống thiết bị studio - Các máy phát ảnh thử - Các khuếch đại ổn định để khuếch đại tín hiệu truyền hình tr-ớc đ-a đến máy phát - Thiết bị chuyển đổi lối để phân phối ch-ơng trình truyền hình cho máy phát - Các thiết bị chuyển mạch phụ để thực chọn tín hiệu truyền hình cho khối kiểm tra kỹ thuật, cho thiết bị ghi hình - Hệ thống điều khiển, hiển thị Hệ thống đặt trung tâm dùng để điều khiển làm việc thiết bị trên, báo cho biết tín hiệu đ-ợc chọn để làm ch-ơng trình, hình thức trộn tín hiệu (từ từ hay tức khắc) GV: Nguyễn Vũ Thắng 112 Giáo trình môn học KTTH Đến thiết bị đồng khác Thiết bị đồng trung tâm Máy phát ảnh thử Studio Studio Trạm2TH Ghi hình Bộ trộn Thiết bị chuyển mạch đầu vào GV: Nguyễn Vũ Thắng Ch-ơng trình TH Ch-ơng trình TH KĐ ổn định KĐ ổn định Bộ trộn KĐ ổn định Đến máy ghi hình Thiết bị thay xung đồng Bộ trộn Thiết bị chuyển mạch để kiểm tra kỹ thuật Thiết bị chuyển mạch cho ghi Tín hiệu chuyển đến Máy phát Máy phát Ghi hình Chuyển đến nơi khác Ch-ơng trình TH Thiết bị chuyển mạch đầu Thiết bị chuyển mạch cho kiểm tra Đến Studio Hệ thống điều khiển hiển thị Đến khối thiết bị kiểm tra Hình 5-3: Bộ phận xây dựng ch-ơng trình truyền hình 113 Giáo trình môn học KTTH 5.2 Các hệ thống truyền hình công nghiệp 5.2.1 Nhiệm vụ, phân loại đặc điểm Truyền hình đại chúng (dân dụng, quảng bá) ph-ơng tiện giáo dục, tuyên truyền, giải trÝ phơc réng r·i vïng l·nh thỉ, mét qc gia hay nhiều quốc gia Còn truyền hình công nghiệp ph-ơng tiện giải vấn đề đó, phục vụ cho hoạt động nghiên cứu, sản xuất, giáo dục kinh tế quốc dân, cho an ninh quốc phòng Nh- xét đối t-ợng phục vụ, mục đích phục vụ, phạm vi phục vụ truyền hình đại chúng truyền hình công nghiệp có khác Song hai loại lấy truyền hình làm ph-ơng tiện nên chúng có sở lý thuyết chung truyền hình Sự khác có cấu trúc sơ đồ khối (phát, thu, đ-ờng truyền, điều khiển ) Theo ph-ơng pháp sử dụng, truyền hình công nghiệp đ-ợc chia làm hai nhóm Nhóm 1: Mang chất truyền hình, nghĩa hệ thống thực quan sát đ-ợc ảnh mục tiêu Các hệ thống thuộc nhóm đ-ợc ¸p dơng réng r·i v× nã cho phÐp quan s¸t đ-ợc mục tiêu mà thân ng-ời không trực tiếp nhìn thấy đ-ợc (do nhiều nguyên nhan nh-: nhiệt độ, môi tr-ờng độc hại, không gian không cho phép) Nhóm 2: Các hệ thống thực việc phân tích tín hiệu thị tần, phản ánh thông tin tính chất mục tiêu quan sát Các mục tiêu quan sát qua hệ thống nhìn thấy không nhìn thấy đ-ợc Điểm khác nhóm so với nhóm thiết bị cuối thực xử lý thông tin tín hiệu thị tần Nói cách khác hệ thống truyền hình thuộc nhóm ph-ơng tiện tự động hoá trình sản xuất, nghiên cứu Hoặc phân loại hệ thống truyền hình công nghiệp theo đặc tính kỹ thuật chúng Theo có hệ thống truyền hình dùng quét tuyến tính (lần l-ợt xen dòng), quét xoắn ốc, quét hình sin Tuy nhiên việc phân loại hệ thống truyền hình công nghiệp theo loại mang tính chất t-ơng đối Không có phân biệt rạch ròi nhóm này, nhóm mà thực chất chúng có quan hệ t-ơng hỗ lẫn Hệ thống truyền hình đại chia làm hai dạn g: dạng hở dạng kín Truyền hình đại chúng thuộc nhóm hở, có trung tâm phát có nhiều máy thu (hình) nằm vùng thu Vùng thu Máy thu Trung tâm phát Hình 5-4: Diện tích phủ sóng trung tâm phát sóng Để đảm bảo máy phạm vi cần thiết thu đ-ợc tín hiệu máy phát trung tâm truyền hình phải có công suất lớn Cũng nh- để đồng cho việc quét máy thu, trung tâm truyền hình việc truyền tín hiệu ảnh phải truy ền xung đồng phức GV: Nguyễn Vũ Thắng 114 Giáo trình môn học KTTH tạp Vậy hệ thống hở trung tâm truyền hình điều khiển làm vi ệc tất máy thu máy thu phần tử bị điều khiển Có nghĩa cấu tạo máy thu đơn giản , phức tạp phía phát Hệ thống mà mối liên hệ thiết bị phát thu có liên hệ chặt chẽ (bằng vô tuyến hay cáp) gọi hệ thống truyền hình kín hay hệ thống truyền hình hạn chế, cục Đặc tr-ng hệ thống máy phát làm việc với vài máy thu ng-ợc lại (Hình -5) Máy thu Camera phát Máy thu Máy thu Camera phát Camera phát Máy thu Camera phát Hình 5-5 Hệ thống truyền hình công nghiệp phức tạp tổng hợp hệ thống đơn iản Trong hệ thống truyền hình đại chúng, ch-ơng trình truyền hình muôn hình muôn vẻ phức tạp, đòi hỏi trung tâm truyền hình phải có thiết bị phù hợp Camera phát hệ thống truyền hình công nghiệp dùng để quan sát mục tiêu định, điều kiện quan sát đơn giản, hệ thống đơn giản Mặt khác truyền hình công nghiệp hệ thống kín, điều khiển đòi hỏi trọng l-ợng, kích th-ớc phải gọn nhẹ Do nhiệm vụ máy thu phức tạp 5.2.2 Sơ đồ khối Theo sơ đồ chức hệ thống truyền hình công nghiệp chia làm nhóm sau - Hệ thống với đầu phát phức tạp, hệ thống mà phần lớn khâu tập trung phía phát - Hệ thống với đầu thu phức tạp, hệ thống mà phần lớn khâu bả n tập trung phía thu - Hệ thống mà khâu phân bố tỉ lệ đầu phát đầu thu - Hệ thống mà phần lớn khâu đ-ợc tập trung khối trung tâm: Hệ thống nhiều khâu GV: Nguyễn Vũ Thắng 115 Giáo trình môn học KTTH a/ Hệ thống với đầu phát phức tạp, hệ thống mà phần lớn khâu tập trung phía phát KĐ sơ Dao động CT, điều chế Tách sóng KĐ thị tần DĐ đồng Tách sóng đồng Quét Camera (Phát) Quét Nguồn Thu Nguồn Hình 5-6 - Hệ thống có nh-ợc điểm sau Sử dụng điều khiển phức tạp Tổn hao l-ợng điện camera phát lớn Kích th-ớc trọng l-ợng camera lớn Giá thành hệ thống tăng Hệ thống đ-ợc áp dụng dùng camera phát kết hợp với nhiều máy thu b/ Hệ thống với đầu thu phức tạp, hệ thống mà phần lớn k hâu tập trung phía thu KĐ sơ KĐ sơ Hình thành xung xo¸ Khèi quÐt cho èng ph¸t Khèi quÐt èng thu Nguồn điều khiển Camera phát Thu Hình 5-6 GV: Nguyễn Vũ Thắng 116 Giáo trình môn học KTTH Trong sơ đồ hình 5-6 khối tạo sóng đồng bộ, dòng quét cho ống phá t đ-ợc cung cấp từ thiết bị thu công suất làm lệch ống viđicôn nhỏ Để xoá tia quét ng-ợc ống phát, xung xoá cần có biên độ từ 10 đến 20V nên việc truyền dẫn qua cáp khó khăn Vì camera phát cần có khối hình thành xung xoá Để truyền dòng quét tần số dòng dùng quét đồng trục nên phát sinh méo tín hiệu quét đặc tính điện cảm cáp Do cần phải có sơ đồ hiệu ch ỉnh, cự ly liên lạc hệ thống khoảng 300 đến 500m đ-ợc áp dụng rộng rÃi KĐ sơ KĐ sơ Khối quét Dao động đồng Khối quét ống thu KĐ xung xoá Nguồn Nguồn 50 Hz Hình - Hệ thống truyền hình theo sơ đồ hình 5-7 phân bố tỷ lệ khối đầu phát đầu thu Khối quét cho ống phát nằm camera phát, khối quét cho ống thu đ-ợc đặt rong kiểm tra thị tần Kích thích mạch quét đ-ợc thực xung ® ång bé bé t¹o sãng ®ång bé t¹o nên đ-ợc đặt thiết bị thu Các xung đồng theo cáp đ-ợc đ-a đến camera phát Cự ly liên lạc bị hạn chế độ lệch thời gian xung xoá cho ống thu ống phát Theo sơ đồ hình 5-7 thấy độ lệch thời gian thời gian 5.2.3 Phạm vi ứng dụng a/ ứng dụng truyền hình phục vụ sản xuất Một vấn đề quan trọng phát triển kinh tế quốc dân tổ chức điều phối trình sản xuất Để giải vấn đề ng-ời ta sử dụng thiết bị thông tin khác nhau: thông tin thoại, số liệu, máy tính Trong thông tin hình ảnh ph-ơng tiện có vai trò quan trọng công tác tổ chức, quản lý sản xuất Truyền hình công nghiệp đà đ-ợc ứng dụng rộng rÃi nhiều lĩnh vực khác kinh tế quốc dân b/ Truyền hình phục vụ nghiên cứu khoa học Yêu cầu nghiên cứu cần có thông tin dạng hình ảnh Tuy nhiên nhiều trực tiếp quan sát trực tiếp mắt đ-ợc đối t-ợng cần q uan sát khoảng cách xa điều kiện môi tr-ờng quan sát không cho phép Vì cần có dụng quang học để quan sát gián tiếp ảnh mục tiêu nh- kính thiên văn, ống nhòm, chụp ảnh, truyền hình GV: Nguyễn Vũ Thắng 117 Giáo trình môn học KTTH Sử dụng truyền hình để quan sát mục tiêu có loạt -u điểm nh- l-u trữ để phân tích, nghiên cứu, phóng to, thu nhỏ, quay nhanh, chậm Các lĩnh vực nghiên cứu khoa học sư dơng trun h×nh rÊt réng r·i nh- kÝnh hiĨn vi truyền hình, truyền hình thiên văn học, truyền hình vũ trụ Sau ta xét hệ thống truyền hình trên, kính hiển vi truyền h×nh a/ 11 10 b/ 12 13 11 Hình 5-8: Kính hiển vi truyền hình a/ Với ph-ơng pháp tia sáng chạy; b/ Với camera phát ống chiếu hình Hệ thấu kính Bộ nhân quang điện KĐ tín hiệu thị tần Tạo dao ®éng Ngn cao ¸p VËt thĨ quan s¸t Nguồn cho nhân quang điện Tạo xung xoá 10 Tạo quét 11 ống thu hình 12 Camera phát 13 Nguồn sáng Kính hiển vi truyền hình đ-ợc phát minh từ năm 50 kỷ 20, làm việc dải sóng tử ngoại, hồng ngoại ánh sáng bình th-ờng Nó đ-ợc ứng dụng sinh häc, y häc, vËt lý Nã cho phÐp quan s¸t vËt thĨ víi ¸nh s¸ng u, rÊt thích hợp nghiên cứu y hhọc, sinh học Khi làm việc dải sóng hồng ngoại kính hiển vi truyền hình có độ ph ân giải lớn, nên dùng để quan sát nghiên cứu cấu trúc kim loại chất không suốt (các chất không cho ánh sáng th-ơng qua) GV: Nguyễn Vũ Thắng 118 Giáo trình môn học KTTH Trong hình - 8a ống chiếu hình tạo tia sáng qua hệ thấu kính chiếu lên vật thể quan sát Tia sáng ®i qua vËt thĨ (nÕu vËt thĨ st) hc tia sáng phản xạ từ vật thể qua hệ thấu kính tới phôtô ca tốt nhân quang điện Sơ đồ loại có -u điểm: - Tia sáng quét lần l-ợt lên vật thể cần quan sát, vật thể bị chiếu sáng Ưu điểm quan trọng nghiên vật thể không chịu đ-ợc ánh sáng mạnh chiếu vào nhmô tế bào - Nếu dùng ống quét với ánh sáng màu dùng lọc màu nghiên cứu đ-ợc vật thể theo tính chất phổ ánh sáng - Độ phân giải cao, tuyến tính Trong sơ đồ hình - 8b đơn giản Với ph-ơng án này, vật thể phải đ-ợc chiếu sáng toàn bộ, độ sáng cần tăng so với ph-ơng án cỡ đến lần Đây nh-ợc điểm của kính hiển vi truyền hình loại này, đăc biệt thiết bị làm việc dải sóng t ngoại GV: Nguyễn Vũ Thắng 119 Giáo trình môn học KTTH Kết luận Qua trình thực biên soạn, với nguồn tài liệu tham khảo với kinh nghiệm thân, tác giả đà hoàn thành nội dung giáo trình theo yêu cầu đặt Nội dung giáo trình chủ yếu sâu vào nghiên cứu trình gia công, xử lý nhquá trình thu nhận tín hiệu truyền hình hệ thống truyền hình quảng bá mà n-ớc ta thực Tuy đề cập tới hệ thống truyền hình t-ơng tự, nhiên đà chứa đựng đầy đủ nội dung, trình phát triển từ hệ thống truyền hình đen trắng lên hệ thống truyền hình màu; Cấu trúc hệ thống thu, phát truyền hình Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp khoa Điện -Điện tử T-ờng ĐHSPKT H-ng Yên đà tạo nhiều điều kiện để tác gải sớm hoàn thành tài liệu H-ng yên, ngày 15 tháng năm 2008 Tác giả GV: Nguyễn Vũ Thắng 120 ... rÃi truyền hình công nghiệp camera truyền hình xách tay 2.4.2 Thiết bị tái tạo ảnh truyền hình 2.4.2.1 ống thu hình KINESCốP Kinescốp dụng cụ điện tử chân không, thiết bị cuối hệ thống truyền hình. .. dựa tảng truyền hình đen trắng đà phát triển hoàn thiện Việc phát triển hệ thống truyền hình màu cần trọng tới việc phối hợp với truyền hình đen trắng đà có sẵn Trên giới có ba hệ truyền hình màu... KTTH Ch-ơng II: Nguyên lý truyền hình 2.1 Nguyên tắc truyền hình 2.1.1 Khái quát chung Truyền hình, nh- tên gọi hệ thống biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện truyền đến máy thu, nơi