Truyền hình số vệ tinh

Tài liệu tham khảo đồ án tốt nghiệp ngành viễn thông Truyền hình số vệ tinh

Lời nói đầu

Trong những năm gần đây nền kinh tế nớc ta đã bớc sang một giai đoạn mới phát triển mạnh mẽ trong mọi lĩnh vực của cuộc sống Điều đó đòi hỏi ngành vô tuyến truyền hình cần đáp ứng đợc những thông tin xã hội một cách đây đủ và hoàn thiện hơn Để đáp ứng đợc những nhu cầu trên góp phần vào đẩy mạnh sự phát triển của ngành truyền thông trên con đờng hiện đại hoá Trong những năm gần đây đã đa vào sử dụng nhiều thiết bị hiện đại phù hợp với tình hình thông tin ở Việt nam trong đó có truyền hình số Nhờ sự phát triển vợt bậc của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự phát triển của công nghệ số với sự u việt của nó hơn hẳn với công nghệ tơng tự Do đó truyền hình số cũng đang thay đổi truyền hình tơng tự.

Tốc độ phát triển của ngành vô tuyến truyền hình ở nớc ta diễn ra nhanh chóng từ các đài phát quốc gia đến hầu hết các tỉnh, thành phố và đều có máy phát hình công suất từ lớn tới nhỏ, vùng sâu vùng xa đều có các trạm phát lại truyền hình nhờ sự phát triển của thông tin vệ tinh Truyền hình là nơi hội tụ những thành tựu khoa học tiên tiến các sản phẩm và ứng dụng công nghệ mới trong lĩnh vực viễn thông - điện tử - tin học Góp phần quan trọng vào sự phát triển của truyền thông ở nớc ta.

Đồ án, này mang đến cái nhìn tổng quan về hệ thống truyền hình nói chung và hệ thống truyền hình số nói riêng Tuy nhiên đây là một đề tài rất mới và rộng, hơn nữa do thời gian và tài liệu tham khảo cộng với trình độ còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong sự góp ý của thầy cô giáo và các bạn.

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Vũ Đức Lý và các bạn đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này.

1

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

phần I truyền hình tơng tựI Cơ sở lý thuyết truyền hình

I.1 Hệ thống truyền hình:

Hệ thống truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị nên màn dới dạng hình ảnh truyền hình dựa trên cảm nhận ảnh sáng của mắt ngời để truyền đi những thông tin cần thiết.

Quá trình gia công tín hiệu hình ảnh ở phía phát và phía thu đợc minh hoạ nh sau:

Hình I.1 Quá trình thu phát truyền hìnhPhía phát

Khối 1: Tín hiệu hình ảnh cần truyềnKhối 2: Camera điện tử

Khối 3: Trung tâm xử lý (Studio)Khối 4: Truyền dẫn tín hiệu hìnhKhối 5: Máy phát hình

Khối 6: Đờng truyền (cáp đồng trục)Khối 7: Anten phát

Phía thu

Khối 1: Anten thu

Khối 2: Đờng truyền dẫn từ anten thu (cáp)Khối 3: Mạch điện tử trong máy thu hình.

2Phía thu

6Phía

I.2 Nguyên lý hệ thống truyền hình:

Hình ảnh quang (1) đợc hiển thị bằng độ chói phản xạ B(x,y) đợc thiết bị Camera điện tử (2) chiếu ảnh của vật cần truyền đi và biến đổi ảnh quang thành tín hiệu điện, tức là chuyển đổi ảnh – tín hiệu Tín hiệu mang tin tức về hình ảnh gọi là tín hiệu video Tín hiệu video biến đổi theo sáng tối, mầu sắc của hình ảnh quang là tín hiệu không liên tục do sự phân tán ảnh quang thành từng điểm (gọi là phần tử hình) Tín hiệu hình tiếp tục tới trung tâm đợc gia công (3) khuyếch đại để đạt tiêu chuẩn kỹ thuật và qua truyền dẫn (4) đợc đa tới máy phát hình Tại đây máy phát hình sóng mang, đợc tín hiệu hình điều chế, qua đ-ờng truyền dẫn (6) tới anten (7) Tại đây tín hiệu đợc bức xạ vào không gian dới dạng sóng cao tần.

Tại phía thu thì quá trình ngợc lại: Anten thu nhận sóng từ đài phát qua bộ khuyếch đại lên đến mức cần thiết rồi đa đến bộ chuyển đổi tín hiệu - ảnh (chuyển đổi năng lợng điện thành năng lợng ánh sáng), đổi tần, tách sóng để phục hồi lại tín hiệu hình Sau khi đã khuyếch đại đủ mức điện áp cần thiết tín hiệu hình đợc đa tới đèn hình Đèn hình sẽ biến đổi tín hiệu điện thành hình ảnh quang tơng ứng lúc ban đầu phát đi.

Để đồng bộ cho các mạch quét phía phát và phía thu ngời ta sử dụng tín hiệu đồng bộ Để thực hiện đợc sự đồng bộ và đồng pha ngời ta dùng một bộ tạo xung đồng bộ Xung đồng bộ đa tới bộ chuyển đổi ảnh – tín hiệu để khống chế quá trình phân tích ảnh đồng thời đa đến bộ khuyếch đại và gia công tín hiệu cộng với tín hiệu hình truyền sang phía thu Tín hiệu hình cộng thêm xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình.

Vậy vô tuyến truyền hình là ngành kỹ thuật sử dụng các tín hiệu điện tử, tin học truyền hình ảnh, tiếng nói đến ngời xem Truyền hình là phơng tiện thông tin đại chúng có sự hấp dẫn và mang tính thuyết phục cao ở nớc ta, năm 1970 truyền hình đen trắng đợc phát thí nghiệm, năm 1978 phát thí nghiệm truyền hình mầu hệ SECAM và từ tháng 1 năm 1991 phát theo hệ PAL D,K tức là phát hệ mầu PAL kết hợp hệ đen trắng OIRT.

Ngày nay chuyển từ kỹ thuật Analog sang kỹ thuật công nghệ Digital Rõ ràng là chỉ có chuyển sang kỹ thuật Digital thì mới phát huy đợc những thế mạnh của công nghệ điện tử Rất nhiều công nghệ mới đợc đa vào ứng dụng 3

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

trong truyền hình để đem lại hiệu quả lớn nh điều chế Digital nâng cao hiệu suất máy phát, nh vệ tinh đem lại vùng phủ sóng rộng lớn và các công nghệ về nén tín hiệu, kỹ sảo, kiểm tra đo thử nhanh nhạy thực hiện ngay cả khi thiết bị vận hành tự động và điều khiển từ xa, nâng cao chất lợng hồi phục lại tín hiệu âm tần, thị tần.

I.3 Quá trình quét:

Nhờ hệ thống quang học mà ảnh của các vật trong truyền hình cần truyền đi trong không gian đợc chiếu lên một mặt phẳng Các vật trong không gian đợc chuyển thành ảnh của chúng trên mặt phẳng, rồi mới biến đổi thành tín hiệu hình ảnh (trong truyền hình là ảnh phẳng).

Nếu ta chia tấm ảnh thành các ô nhỏ thì mỗi ô vuông đó là một phần tử trong một tấm ảnh (điểm ảnh – pixels) Mỗi điểm ảnh đó có độ chói trung bình và mầu sắc của nó, càng nhiều số điểm ảnh tức là ảnh chia ra càng nhỏ vì vậy độ chói và mầu trên toàn diện của mỗi điểm ảnh càng đồng nhất.

Nếu ta chia kích thớc điểm ảnh càng nhỏ mà mắt thờng không phân biệt đợc, thì ta không còn phân biệt đợc các điểm ảnh riêng rẽ nữa, lúc đó ta có cảm giác tầm ảnh nh một khối liên tục liền nhau chứ không phải đợc ghép từ các điểm ảnh nhỏ lại với nhau Nh vậy nếu ta dùng nhiều điểm ảnh có độ chói và mầu tơng ứng thì ta có thể ghép thành ảnh Độ chói của các điểm ảnh trên một dòng quét sẽ đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện tơng ứng của các dòng quét đó.

ảnh quang học sẽ đợc nhận biết bằng một lợt quét gồm các dòng quét theo chiều từ trái qua phải và từ trên xuống dới Dòng điện tử đợc hội tụ vào 1 điểm ảnh và đợc lái lần lợt qua ảnh có hai mành theo các dòng liên tiếp Mỗi mành chứa một nửa số dòng quét của một ảnh Hai mành gần nhau đợc sắp xếp theo chiều đứng sao cho các dòng quét xen kẽ nhau và tạo thành một ảnh Tia quét đợc điều khiển bằng hai từ trờng ngang và đứng thông qua cặp cuộn dây quét ngời ta gọi quá trình đó là quá trình quét xen kẽ tuyến tính Quá trình này sẽ đợc lặp lại cho ảnh tiếp theo Nh vậy thông tin về ảnh sẽ đợc biến đổi liên tục thành dòng tín hiệu điện theo thời gian trong khoảng thời gian quét hết 1 tấm ảnh và quay về dòng 1 của ảnh tiếp theo trong thời gian này, tín hiệu hình đợc xoá mặt (thời gian xoá bằng thời gian quét ngợc của mặt) Cứ nh vậy ảnh sẽ đợc liên tục quét.

4

quét tại đầu thu hoàn toàn đồng bộ với hệ thống tại đầu phát nhằm bảo đảm tái tạo lại một cách chính xác hình ảnh ban đầu.

Số dòng quét càng nhiều thì chất lợng ảnh càng đẹp Khoảng cách tốt nhất từ vị trí ngời xem đến máy thu hình là:

0 ==

l-Nhng đối với truyền hình để tránh tình trạng bị rung lắc hoặc có những vệt đen trôi trên màn hình khi bộ lọc nguồn không bảo đảm chất lợng ngời ta truyền 25 ảnh trên một giây dới điện lới có tần số là 50HZ và truyền 30 ảnh trên một giây với điện lới có tần số dới 60HZ.

Để loại bỏ các hiện tợng chớp sáng trong truyền hình, ngời ta sử dụng phơng pháp quét xen kẽ tức là mỗi ảnh đợc quét hai lợt, lợt đầu truyền tất cả các dòng lẻ (mành lẻ) lợt hai truyền tất cả các dòng chẵn (mành chẵn).

Khi khôi phục lại ảnh, ảnh trên máy thu hình không bị nhấp nháy vì tần số điện lới 50HZ hoặc 60HZ bằng tần số nhấp nháy tới hạn Tiêu chuẩn hệ truyền hình OIRT và CCIR mỗi giây truyền đi 50 mành Trong đó có 25 mành lẻ và 25 mành chẵn, hình thành 25 ảnh Tuy mỗi dòng chỉ chớp sáng 25 lần nh-ng hai dòng kề nhau chớp sáng thành 50 lần trong một giây vì độ rộng và khoảng cách của mỗi dòng là rất bé nên mắt ngời không phân biệt đợc.

5Xung quét mành

mmanmanhmành

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

I.5.Hình dạng tín hiệu Video:

I.5.1.Tín hiệu Video.

ảnh truyền hình đợc chia thành nhiều điểm ảnh nhỏ các điểm ảnh này mang thông tin về độ chói và mầu sắc của vật Tại bộ tạo ảnh biến đổi thông tin chứa trong các điểm ảnh thành một tín hiệu điện tơng ứng biểu diễn cho tính chất của điểm ảnh đó là quá trình biến đổi năng lợng quang thành năng lợng điện Tại các tín hiệu điện tơng ứng của các điểm ảnh sẽ đợc sắp xếp một cách liên tục cho ta một dòng các tín hiệu mang thông tin trọn vẹn về một bức ảnh Đây chính là dòng tín hiệu video.

Khi tia điện tử quét hết một lợt qua tất cả các dòng của ảnh từ trên xuống dới Sau đó tia lại quét ngợc trở lại từ dới lên trên gọi là thời gian quét ngợc của ảnh Trong thời gian này, tín hiệu không mang theo tin tức của ảnh nên dòng làm truyền xung tắt (xoá) mặt nhằm tắt tia điện tử của ống thu trong thời gian quét ngợc của ảnh Khoảng 23 – 36 chu kỳ của dòng.

I.5.2 Tín hiệu đồng bộ

Tín hiệu đồng bộ dùng để khống chế độ quét trong máy thu hình điều khiển tia điện tử trong ống thu làm việc đồng bộ và đồng pha với tia điện tử quét trong ống phát.

Tín hiệu đồng bộ đợc truyền đi và đợc tạo ra trên kênh thông tin cùng với tín hiệu video Tổng hợp tín hiệu video và tín hiệu đồng bộ cho ta thông tin video và thông tin đồng bộ.

Tín hiệu đồng bộ dòng dùng để xác định các dòng quét và điều khiển quá trình quét dòng Các tính hiệu đồng bộ mành dùng để điều khiển quá trình quét mành và đặt tại đỉnh xung xoá mành.

Tín hiệu đồng bộ cũng là các xung có biên độ và thời gian xác định nên còn gọi là xung đồng bộ dòng và xung đồng bộ mành Tín hiệu đồng bộ mành còn mang theo các xung cân bằng gồm các chuỗi xung nằm trớc và sau xung đồng bộ mành trong khoảng thời gian xoá mành.

I.5.3 Phổ tín hiệu video:

Xác định các thành phần xoay chiều của tín hiệu chính là xác định tần phổ tín hiệu hình ứng với các chi tiết lớn của ảnh là tần số thấp, với chi tiết nhỏ của ảnh là thành phần tần số cao của tần phổ tín hiệu hình.

6

tần tín hiệu tăng lên thì số dòng quét càng lớn, độ rõ càng cao vì vậy sử dụng phơng pháp quét xen kẽ sẽ giảm đi dải tần tín hiệu Nếu sử dụng quét xen kẽ thì ta nâng tần số mành lên gấp đôi (50 mành) do đó đã giảm tần số tín hiệu hình xuống một nửa.

Đặc điểm của phổ tín hiệu giữa các nhóm phổ hai tần số dòng tồn tại các khoảng trống ta có thể lợi dụng khoảng chống truyền thông tin khác hay áp dụng trong truyền hình mầu phổ của tín hiệu mầu đợc đặt vào khoảng trống của phổ tính hiệu chói.

II Truyền hình mầu

II.1 Khái niệm tổng quát về nguyên lý truyền hình mầu

Tất cả các nguyên tắc của truyền hình đen trắng đều đợc tận dụng ở truyền hình mầu, nói cách khác truyền hình mầu trớc hết phải làm lại tất cả các công việc đã có của truyền hình đen trắng Điểm khác biệt giữa truyền hình đen trắng và truyền hình mầu chỉ ở chỗ thay chỉ quan tâm đến cờng độ sáng tối của từng điểm trên cảnh thì bây giờ truyền hình mầu phải quan tâm tới tính chất mầu sắc của từng điểm 1 trên ảnh.

Truyền hình mầu đợc đặc trng bằng các thông số về độ sáng mầu sắc và độ bão hoà mầu Mầu sắc là cảm nhận chủ quan của con ngời tuy nhiên kết quả trộn mầu cho thấy một mầu bất kỳ là tập hợp lại của 3 thành phần mầu [(Đỏ, Lục, Lam) (Red, Green, Blue)}.

Độ bão hoà mầu đợc coi nh sự mở rộng cho đến khi nào 1 mầu sắc khác xa mầu trắng trong điều kiện trung tính Trong truyền hình mọi ảnh mầu đều có thể phân tích và tổng hợp từ các mầu cơ bản theo những tỷ lệ nhất định ta sẽ có mầu trắng và các mầu khác nhau Để phân tích hình ảnh mầu là Camera truyền hình còn để tổng hợp ảnh là các máy thu hình mầu.

II.2 Tính t ơng hợp giữa truyền hình mầu và truyền hình đen trắng.

Tính tơng hợp thuận cho mọi tivi đen trắng có cùng tiêu chuẩn truyền hình không cần phải thay đổi điều chỉnh gi đều có thể trực tiếp thu đợc chơng trình truyền hình mầu sang ảnh hiện trên màn hình vẫn là đen trắng.

7

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Tính tơng hợp ngợc tại mọi tivi mầu có cùng tiêu chuẩn truyền hình cũng không cần thay đổi điều chỉnh đều có thể trực tiếp thu đợc truyền hình đen trắng ảnh hiện trên màn máy thu hình mầu chỉ là đen trắng.

Để thực hiện đợc tính tơng hợp thì đài phát truyền hình mầu phải phát đi bẩy thông tin

1 Tín hiệu hình video điều biên2 Tín hiệu tiếng, âm thanh điều tần3 Tín hiệu xung đồng bộ dòng FH4 Tín hiệu xung đồng bộ mành FV5 Tín hiệu hiệu mầu ER – Ey

6 Tín hiệu hiệu mầu EB - EY

7 Tín hiệu đồng bộ mầu

Khi phát truyền hình mầu đi không đợc gây nhiễu mầu lên ảnh đen trắng do đó phía đài phát đã không trực tiếp gửi đi tín hiệu mầu cơ bản mà đã gửi đi các tín hiệu hiệu mầu tức là lấy tín hiệu mầu trừ đi tín hiệu chói làm nh vậy sẽ không gây ra nhiễu mầu lên ảnh đen trắng và tin hiệu là số không

II.3 Lý thuyết 3 mầu:

II.3.1 ánh sáng và mầu sắc:

ánh sáng là sóng điện từ nằm trong dải tần số từ 3,8.1014HZ ữ 7,8ữ14

tốc độ truyền lan trong không gianC =3.108m/s

C = 300.000km/s

γλ= C

Mầu sắc là một thuộc tính của dao động điện tử mà mắt ngời cảm nhận đợc Mỗi ánh sáng có bớc sóng khác nhau tác động lên mắt ngời, thì mầu sắc cảm nhận đợc sẽ khác nhau.

II.3.2 Chọn ba mầu cơ bản:

Để tiêu chuẩn hoá việc đo mầu trên thế giới ngời ta đã quy định ba mầu cơ bản và ngày nay đang đợc sử dụng rộng rãi trong công nghệ truyền hình đợc coi là hệ số mầu R, G, B/Red, Green, Blue

Mầu đỏ, ký hiệu bằng chữ R (Red) có bớc sóng λR = 700mm

8

Mầu lam, ký hiệu bằng chữ B (Blue) có bớc sóng λB = 435,8mmĐiều kiện để chọn ba mầu cơ bản là

Nếu đem hai trong ba mầu cơ bản trộn với nhau thì không thể cho ra mầu cơ bản thứ ba.

Nếu đem chọn ba mầu cơ bản trộn với nhau theo các tỷ lệ khác nhau thì sẽ đem cho ra đợc các mầu trong tự nhiên.

II 3.3 Ba yếu tố để xác định một sắc mầu.

Độ chói (Luminance) cho biết mầu sáng hay tối Sắc mầu (Hue) cho biết mầu sắc khác nhau

Độ bão hoà mầu (Saturation) cho biết nồng độ mầu đậm hay nhạt.

II.3.4 tách mầu:

Bằng hệ thống kính quang học và kính lọc mầu ta có thể tách từ một nguồn ánh sáng trắng hoặc từ một ảnh mầu ra thành ba mầu cơ bản theo công thức sau:

Mầu cơ bản + Mầu phụ = Mầu trắngVD: Mầu đỏ + xanh lơ = mầu trắng

Mầu lục + tím mận = mầu trắngMầu lam + vàng = mầu trắng

II.3.5 Trộn mầu:

Nếu đem chiếu 3 nguồn sáng mầu cơ bản có cùng cờng độ lên phông

mầu trắng để sự phản chiếu hoàn toàn thì tại những vùng giao nhau

Nếu đem trộn ba mầu cơ bản trên theo tỷ lệ cơ bản khác nhau thì tại vùng chính tâm sẽ đợc các mầu nh tự nhiên.

Hình I.3 trộn mầu

Lục Lam

Xanh lơTím

Trắng

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

II.3.6 Các định luật cơ bản về trộn mầu:

Nhà toán học ngời Đức H.Grasman đã đa ra định luật trộn mầu nh sau Bất kỳ một mầu sắc nào cũng có thể tạo đợc bằng cách chọn ba mầu cơ bản độc lập tuyến tính đối với nhau.

Sự biến đổi liên tục của các bức xạ có thể tạo nên mầu khác.

Mầu sắc tổng hợp của một số bức xạ không phải đợc xác định bởi đặc tính phổ của các bức xạ đợc trộn mà đợc xác định bởi mầu sắc thành phần của các bức xạ đó.

II 4 Các thông số cơ bản của tín hiệu vô tuyến truyền hình:

II.4.1 Tín hiệu truyền hình mầu toàn phần PAL D/K

Tín hiệu mầu toàn phần đợc tạo bởi tín hiệu chói E/

Y, tín hiệu mầu Em , xung đồng bộ mầu Esm, xung xoá tổng hợp Ex và xung đồng bộ tổng hợp Es

Biểu thức biểu thị là:Emt = E/

R: tín hiệu mầu đỏ cơ bảnE/

G: tín hiệu mầu lục cơ bảnE/

B: tín hiệu mầu xanh lam cơ bảnEm = m2(E/

B - E/

y)sin Ωt ± m1(E/R - E/

y)cos Ωt(tín hiệu mầu)m1 , m2: hệ số biên độ tín hiệu mầu

Ω = 2Πfm tần số góc mang mầufm : tần số mang mầu

Esm : đồng bộ mầuEx : xoá tổng hợp

Es : đồng bộ tổng hợp của kênh truyền hình với PAL D/K là 6,5 MHZ

II.4.2 Các thông số của tín hiệu mầu:

II.4.2.1 Tín hiệu chói EY (Lumirace Signal)

Để cho máy thu hình đen trắng lúc thu chơng trình truyền hình mầu vẫn nhận đợc ảnh đen trắng bình thờng với các bậc sáng chính xác nh ở ảnh truyền đi Các hệ truyền hình mầu đại chúng, ngoài các tín hiệu phản ánh tin tức mầu

10

Tín hiệu chói chính là tín hiệu hình ở truyền hình đen trắng Các tín hiệu truyền hình mầu cơ bản đều có mang tin tức về độ chói, vì rằng khi độ chói của hình cần truyền tăng hoặc giảm thì biên độ các tín hiệu mầu cơ bản cũng tăng hoặc giảm theo, nhng tỷ lệ giữa chúng không thay đổi.

Tín hiệu chói đợc tạo thành bởi tổng hợp tuyến tính các tín hiệu mầu cơ bản sau khi sửa phi tuyến đó là

y = 0,3 E/

R + 0,59 E/

G + 0,11E/B

Trong đóE/

y: tín hiệu chóiE/

R: tín hiệu mầu đỏ cơ bảnE/

G: tín hiệu mầu xanh lục cơ bảnE/

B: tín hiệu mầu xanh lam cơ bản

Hiện nay các hệ NTSC, PAL, SECAM đều sử dụng biểu thức này để hình thành tín hiệu chói ở bộ lập mã mầu Chỗ khác nhau giữa các hệ này là độ rộng dải tần tín hiệu chói Độ rộng dải tần tín hiệu chói đợc chọn bằng độ rộng dải tần tín hiệu hình ở hệ truyền hình đen trắng cùng tiêu chuẩn.

II.4.2.2 Các tín hiệu hiệu mầu (Color dibberence Signal)

Tín hiệu chói, về lý thuyết chứa toàn bộ tin tức về độ chói của cảnh vật truyền đi Vì vậy, để truyền tất cả tin tức về mầu sắc của cảnh vật, chỉ cần thêm một tín hiệu nữa, nó chỉ chứa toàn bộ tin tức về tính mầu (cả sắc mầu lẫn độ bão hoà mầu)

Song trong các tín hiệu mầu cơ bản E/R , E/

G ,E/

B có chứa cả tin tức về độ chói lẫn tin tức về tính mầu của cảnh vật Vì vậy nếu truyền tín hiệu chói và các tín hiệu mầu cơ bản là không cần thiết Để khắc phục tình trạng này Các hệ NTSC, PAL, SECAM đều dùng các tín hiệu mầu hoặc các tổ hợp tuyến tính của nó thay cho các tín hiệu cơ bản.

Để kết hợp giữa truyền hình mầu với truyền hình đen trắng thì đài phát hình mầu đã phát đi các tín hiệu hiệu mầu lấy tín hiệu mầu trừ đi tín hiệu chói làm nh vậy là không gây nhiễu mầu lên màn ảnh đen trắng vì tại ảnh trắng các tín hiệu mầu là số không.

Ta có các tín hiệu mầu sau:

ER – y = ER – EY = 0,7ER – 0,59EG – 0,11EB

11

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

EG – y = EG – EY = - 0,3ER + 0,41EG – 0,11EB

EB – y = EB – EY = - 0,3ER + 0,59EG + 0,89EB

Về lý thuyết các tín hiệu mầu chỉ chứa tin tức về tính mầu, không chứa tin tức về độ chói của cảnh truyền đi (ta dùng các mạch ma trận để hình thành các tín hiệu mầu).

Nh vậy để máy thu đen trắng khi ta truyền tín hiệu mầu vẫn thu đợc tín hiệu đen trắng đúng ra thì phải truyền đi tin tức chói EY và ba tín hiệu hiệu mầu kể trên Trong thực tế trong bốn tin tức là EY và ba tín hiệu hiệu mầu ta chỉ cần truyền đi ba tin tức là ta có thể suy ra tin tức thứ 4 Ngời ta đã chọn ER – EY và EB – EY để truyền đi cùng với EY (EY là tin tức bắt buộc phải truyền cho các máy thu đen trắng) Tại máy thu tin tức còn lại EG – EY sẽ đợc suy ra từ ba tin tức trên.

Lý do không truyền EG – EY cùng cờng độ sáng chuẩn nh nhau giá trị tín hiệu EG – y nhỏ hơn của EB – y và ER – y.

Tại máy thu EG – EY sẽ đợc suy ra từ ER – EY và EB – EY

12

Còn lúc truyền các chi tiết có độ bão hoà mầu thấp, giá trị các tín hiệu hiệu mầu nhỏ (các cảnh thờng gặp hàng ngày có độ bão hoà thấp).

Giảm nhỏ ảnh hởng của nhiễu tới độ chói của ảnh truyền hình Mắt ngời rất nhạy cảm với sự sai lệch độ chói (so với sự sai lệch mầu sắc) Dù truyền các tín hiệu E/

Y, E/

R và E/

B hay truyền E/Y, E/

R và E/

B thì không những thay đổi tín hiệu mầu mà còn làm cho độ chói thay đổi nhiều hơn.

Thuận tiện cho việc xây dựng mạch điện ở máy thu hình mầu chỉ cần cộng từng tín hiệu hiệu mầu với tín hiệu chói sẽ nhận đợc các tín hiệu mầu cơ bản E/

R , E/

G và E/B

II.4.2.3 Sóng mang phụ truyền tín hiệu hiệu mầu:

Ta không thể truyền tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu mầu theo một ờng truyền, vì phổ của chúng đều là phổ rời rạc ở phía thu không thể nào tách riêng chúng Nên chỉ có tín hiệu chói EY truyền trực tiếp, còn lại hai tín hiệu hiệu mầu phải dịch phổ về phía tần số cao nhất của tín hiệu chói Việc lựa chọn sóng mang phụ và phơng pháp điều chế hai tín hiệu mầu là nguyên nhân tồn tại các hệ mầu ngày nay NTSC, PAL, và SECAM

đ-II.4.2.4 Tín hiệu xung đồng bộ mầu:

Để cho mầu sắc của ảnh truyền hình mầu không sai so với mầu của ảnh quang truyền đi, điều kiện trớc tiên là phải đảm bảo cho đợc tần số và góc pha của sóng mang phụ chuẩn đợc tạo ra tại máy thu hình mầu và của sóng mang phụ ở phía phát luôn bằng nhau Do đó để giúp cho mạch tách sóng mầu ở máy thu làm việc đợc tốt, phải truyền sang phía thu một tín hiệu đặc biệt, gọi là tín hiệu đồng bộ mầu để thực hiện đồng bộ và đồng pha cỡng đợc bức sóng mang phụ chuẩn đợc tạo ra ở máy thu hình mầu.

II.5 Một số hệ truyền hình mầu chính đ ợc sử dụng trên thế giới hiện nay

13

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Nh đã trình bày ở phần trên việc chèn sóng mang mầu đã điều chế vào với tín hiệu chói EY ta thấy có một vùng tần số mà ở đấy có cả tín hiệu chói và tín hiệu mầu, (tín hiệu chói chèn phá tín hiệu mầu và ngợc lại) đây là sự xuyên lẫn Vấn đề lựa chọn sóng mang mầu và phơng pháp điều chế hai tín hiệu mầu nh thế nào để cho sự xuyên lẫn trên giảm đi tối thiểu là nguyên nhân sinh ra các hệ mầu khác nhau Nh NTSC, PAL, SECAM, cả ba hệ này đều đợc mặt nọ thì lại kém mặt kia, không hệ nào đạt đợc tuyệt đối u điểm, chính vì vậy cả ba hệ vẫn song song tồn tại.

II.5.1 Hệ truyền hình mầu NTSC (National television Sýtem Committee Tổ chức hệ thống truyền hình quốc gia)–

II.5.1.1 Hệ này có các đặc điểm chính sau:

Hệ truyền hình mầu NTSC là hệ truyền hình mầu có tính tơng hợp đầu tiên trên thế giới vào năm 1950 đợc hình thành tại nớc Mỹ Theo hệ NTSC tín hiệu chói đợc tạo ra từ ba tín hiệu mầu cơ bản và phát đi trong toàn dải tần dành cho hệ thống truyền hình đen trắng thông thờng.

Tín chói đợc xác định theo biểu thức

EI = 0,73(ER – EY) – 0,27(EB – EY)có độ rộng dải tần là 1,5 MHZEQ = 0,48(ER – EY) + 0,41(EB – EY)có độ rộng dải tần là 0,5MHZ

Điều biên nén vuông góc EI và EQ vào sóng mang mầu phụ có tần số đợc chọn là f = 3,58 MHZ

Tần số quét dòng fH = 15750 HZTần số quét mành fV = 60 HZ

Khoảng cách hình cách tiếng: 4,5 MHZ

II.5.1.2 Dùng đồ thị véc tơ mầu để giải thích tín hiệu mầu EI và EQ

14

Hình I.4 Đồ thị giải thích tín hiệu EI và EQ ở hệ NTSC

Riêng tín hiệu EQ vì mắt ngời không nhạy cảm không phân đợc các chi tiết nhỏ của hình ảnh Do đó chỉ cần gửi tín hiệu đi trong một dải thông hẹp từ (0 ữ 0,5)MHZ là đủ, dải không hẹp để giảm bớt các thiết bị.

Giải thích góc vuông.

Ta đem dịch sóng mang mầu 3,58 MHZ lấy một góc dơng (+450) vợt trớc mang tín hiệu EI và một góc lùi sau âm (-450) mang tín hiệu EQ để cho hai tín hiệu khỏi lẫn vào nhau.

Đặc điểm của sóng điều biên nén là khi tín hiệu mầu cần gửi đi không có (bằng không) thì sóng mang mầu cũng bị triệt tiêu hết (bằng không).

Biên độ lớn nhất của sóng điều biên nén cũng chỉ bằng độ cao của tín hiệu mầu.

Với hai đặc điểm trên ngời Mỹ đã chọn phơng thức điều biên nén để mang tín hiệu mầu đi nhằm không gây nhiễu mầu lên ảnh đen trắng.

II 5.1.3 Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu phía phát

15) 330

(ER – EY)

(EB – EY)0

mầu cần truyền

Tín hiệu mầu CMạch tạo mã mầu

(cách gửi tín hiệu mầu đi).Dùng một sóng mang phụ 3,58MHZ điều biên nén và vuông góc để mang hai tín hiệu EI và EQ rồi tổ hợp thành 1 tín hiệu mầu C

3,58 4

Điều biên

Máy phát sóng mang hình

ảnh fA

ftTín hiệu

Audio đếm

Máy phát sóng mang âm thanh ft

điều tầnĐem tín hiệu mầu C lồng

vào trong phổ tần của tín hiệu chói EY

Ey

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

II.5.1.4 Sơ đồ khối mạch giải mã mầu ở phía thu

16Kênh

Tín hiệu video

Mạch cộng hưởng 3,58 MHZ- Chọn lọc- Khuyếch đại Trung tần mầu

ER - EY(EB - EY)Tách sóng

điều biên nén

ER - EYEG - EY(EB - EY)Mạch

ma trậnG - Y

FHXung quét

Cổng Bursh

So pha

Tạo lại sóng mang

mầu 3,58 MHZ

Dịch pha ±

Hình I.5 sơ đồ khối mạch tạo mã mầu phía phát

Hình I.6: Sơ đồ khối mạch giải mã mầu phía thu

Tín hiệu video mầu đa đến mạch giải mã mầu trớc hết đợc mạch cộng ởng 3,58 MHZ để tiếp nhận, chọn lọc lấy trung tần mầu rồi khuyếch đại cho trung tần mầu mạnh lên và đa đến mạch tách sóng điều biên nén (còn đợc gọi là mạch tách sóng đồng bộ) Muốn tách đợc sóng điều biên nén để lấy ra tín hiệu mầu thì trớc hết máy thu phải tạo lại sóng mang mầu 3,58 MHZ rồi cho so pha đồng bộ với sóng mang mầu ở phía phát gửi đến làm chuẩn và đợc xung quét dòng mở cổng để lấy xung đồng bộ mầu do đài phát gửi đến Sóng mang mầu 3,58 MHZ đợc dịch pha ± 450 rồi đem cộng với sóng điều biên nén do đài phát gửi đến để thành sóng điều biên thông thờng rồi dùng đi ốt tiếp điểm cao tần để tách sóng điều biên lấy ra hai tín hiệu hiệu mầu (ER – EY) và (EB – EY) rồi cho qua mạch ma trận G – Y để cho ra ba tín hiệu hiệu mầu.

h-Tín hiệu mầu NTSC có chứa tổng cộng 7 tin tức: 4 tin tức có sẵn ở truyền hình đen trắng EY, 2 tin hiện mầu EI và EQ, tín hiệu đồng bộ mầu Trong đó tín hiệu đồng bộ mầu là tin tức về pha gốc của sóng mang phụ cần thiết phải truyền đi để tách sóng điều biên nén

Hệ truyền hình NTSC tồn tại một số nhợc điểm trong đó quan trọng hơn cả tín hiệu mầu rất nhạy cảm với méo pha vi sai Do sự biến đổi pha sóng mang mầu phụ, làm cho mầu sắc của ảnh khôi phục thiếu chính xác Đòi hỏi các thông số kỹ thuật của các thiết bị truyền hình phải có độ chính xác cao, độ sai lệch là rất nhỏ.

II.5.2 Hệ truyền hình mầu PAL (Pluse Alterntion line: pha thay đổi theo dòng)

17

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Để khắc phục nhợc điểm của hệ NTSC nhiều hệ truyền hình mầu đã lần lợt ra đời và có những khác biệt so với hệ NTSC Hệ truyền hình PaL là hệ truyền hình mầu đợc Cộng hoà Liên bang Đức nghiên cứu và đợc xem là hệ tiêu chuẩn từ năm 1966 Đây là hệ truyền hình đồng thời, nó đồng thời truyền tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu mầu.

II.5.2.1 Dùng đồ thị véc tơ mầu để giải thích nguyên lý sửa méo pha trong hệ PAL

Trong hệ truyền hình mầu PAL ngời ta cũng truyền tín hiệu chói Y/ và hai tín hiệu hiệu mầu U và V.

Y/: 0,299 R/ + 0,587 G/ + 0,114 B/

V = 0,877 (R – Y)U = 0,493 (B –Y)

Dải tần tín hiệu video hệ PAL rộng 5 MHZ (tơng thích với chuẩn quét 625 dòng/50 Hai tín hiệu mầu U và V có độ rộng dải tần bằng nhau và bằng 1,3 MHZ Hệ PAL dùng một sóng mang phụ mang đồng thời hai tín hiệu hiệu mầu U và V, dùng phơng pháp điều chế vuông góc và có thành phần sóng mang phụ mang tín hiệu V đảo pha theo từng dòng quét Việc đảo pha này xẩy ra trong thời gian quét ngợc của dòng.

Việc đảo pha thành phần sóng mang phụ tín hiệu hiệu mầu V của hệ PAL nhằm giảm ảnh hởng của méo pha tín hiệu mầu đến chất lợng ảnh mầu đợc khôi phục.

Đồ thị giải thích quá trình này nh sau:

M1+ M//2

(EB – EY)

M2- EV

- 2EV

Hình I.7: Đồ thị giải thích nguyên lý sửa méo pha ở hệ PAL

Giả sử tại dòng thứ n thì phía đài phát gửi đi một tín hiệu mầu là véc tơ OM1 có góc pha là α và có toạ độ là + EV và EU nhng đến phía thu nhận đợc thì bị sai pha thành véc tơ OM/

1 Đến dòng tiếp theo n + 1 thì máy phát cố ý phát đi một mầu giả là véc tơ OM2 có toạ độ là - EV và + EU thì máy thu nhận đợc cũng bị sai pha thành véc tơ OM/

2 nhng đây là mầu giả máy thu lại phải đảo ngợc pha lại để thành mầu thật, do đó thành véc tơ OM//

2 Bây giờ đem cộng hai véc tơ mầu của hai dòng kẻ liền kề nhau lại và bảo đó là một mầu của một dòng ta đợc véc tơ tổng hợp là M/

1 + M/

2 chính là véc tơ OM1 đã kéo dài ra Vậy là góc pha đã trở về góc pha ban đầu không bị méo pha nữa, chỉ là biên độ lớn lên gần gấp đôi ta dùng chiết áp giảm xuống một lần là xong.

II.5.2.2 Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu hệ PAL phía phát

19Tín hiệu chói EY

Hai tín hiệu hiệu

(ER - EY)(x hệ số)EV

(EB - EY)(x hệ số)

Tín hiệu video

Khuyếch đại EY

Tín hiệu mầu CMạch tạo mã mầu

(cách gửi tín hiệu mầu đi)Dùng một sóng mang phụ 4,43 MHZ điều biên nén và vuông góc để mang hai tín hiệu Ev và EM trong đó riêng EV cứ liên tục đảo pha theo dòng kẻ

Rồi tổ hợp thành một tín hiệu mầu C

Điều biên

Máy phát hình fA

Đem tín hiệu mầu C lồng vào trong phổ tần của tín hiệu chói EY

Hình I.8: Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu hệ PAL phía phát

C

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

II.5.2.3 Sơ đồ khối mạch phải giải mã mầu hệ PAL phía thu

20(ER - EY)(EG - EY)

(EB - EY)

Trực tiếp

Trể 64MS

Đảo pha 1800

Mạch ma trận G - Y

Kênh mầutín hiệu video mầu

Mạch cộng hởng 4,43 MHZ- Chọn lọc- Khuyếch đại

Trung tần mầu

Cổng Burst

So phafH

Xung quét dòng

anten

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

II.5.2.4 Hệ PAL có các đặc điểm chính sau:

Tín hiệu chói vẫn xác định nh hệ NTSC nhng dải tần rộng 5 MHZ tơng thích với tiêu chuẩn quét 625/50 Tín hiệu mầu đợc ghép kênh theo tần số cùng tín hiệu chói để truyền đi Hai tín hiệu hiệu chỉnh mầu là:

V = 0,877(R – Y)U = 0,493 (B – Y)

Hai tín hiệu mầu U, Y có độ rộng dải tần bằng 1,3 MHZTần số quét dòng: fH = 15625 HZ

Tần số quét mành: fV = 50HZ

Khoảng cách hình cách tiếng: 5,5 MHZ (PAL D/K: 6,5 MHZ)Hệ PAL dùng một sóng mang phụ mang đồng thời hai tín hiệu mầu U và V dùng phơng pháp điều chế vuông góc và có thành phần sóng mang phụ mang tín hiệu V đảo pha theo từng dòng quét, đảo pha trong thời gian quét ngợc của dòng.

Tần số sóng mang phụ phải ở miền tần số cao của phổ tần tín hiệu chói fsc

= 4,43 MHZ

Cả hai hệ PAL và SECAM đều dùng chung một luận cứ cho rằng hai dòng kẻ liền kề nhau thì tín hiệu hình ảnh và mầu sắc hoàn toàn giống nhau, coi nh là một Do đó, ở hệ PAL đã lấy tín hiệu mầu của dòng trên cho đi chậm lại 64MS là một chu kỳ quét dòng để đồng thời xuất hiện cùng với mầu của dòng sau đến rồi đem cộng hai dòng mầu đó lại và bảo đó là mầu của một dòng để sửa đợc méo pha.

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Còn ở hệ SECAM thì lấy tín hiệu mầu ở dòng trên cho đi chậm lại cũng 64MS để đồng thời xuất hiện cùng với mầu của dòng dới đến và bảo đó là hai mầu của một dòng mặc dù phía đài phát chỉ phát đi mỗi dòng kẻ có một mầu (lần lợt về mầu).

II.5.3 Hệ truyền hình mầu SECAM

(Séquentiel Couleur Amémoire): là hệ truyền hình mầu đồng thời lần lợt Sau nhiều năm hoàn thiện năm 1967 hệ còn có tên SECAM IIIB hệ này có tính chống nhiễu tơng đối cao, kém nhạy với méo pha, méo pha – visai, méo biên độ – visai.

II.5.3.1 Tín hiệu mầu và phơng pháp điều chế:

Trong hệ truyền hình SECAM ngời ta truyền đi tín hiệu chói Y/ và hai tín hiệu hiệu mầu D/

R và D/B

Trong đó Y/ = 0,299 R/ + 0,587 G/ + 0,114 B/

R = - 1,9 (R – Y)D/

B = 1,5 (B – Y)

Tín hiệu chói Y/ có độ rộng bằng tần là 6MHZ, hai tín hiệu hiệu mầu có độ rộng dải tần bằng nhau và bằng 1,3 MHZ, dấu trừ thể hiện cực tính của (R – Y) tín hiệu chí Y/ đờng truyền ở tất cả các dòng, còn hai tín hiệu mầu D/

R và D/

B truyền lần lợt theo dòng quét trên hai sóng mang phụ có tần số trung tâm là fOR và fOB theo phơng pháp điều tần.

fOR = 282 x fH = 282 x 15,625 = 4,40625 MHZfOB = 272 x fH = 272 x 15,625 = 4,25 MHZ

Ngời ta chọn fOR và fOB khác nhau để làm tăng tính chống nhiễu mà không giảm hệ thống tơng hợp, và tần số cao để làm giảm méo giao thoa giữa các tín hiệu ở máy thu hình

II.5.3.2 Tiền nhấn tần cao ở phía phát và giải nhấn tân cao ở phía thu

Vì hệ SECAM đã mang tín hiệu mầu đi bằng phơng thức điều tần mà sóng điều tần có biên độ rất lớn không hề bị suy giảm nên ở hệ SECAM phải bổ xung thêm hai kỹ thuật tiền nhần và giải nhấn (khác với hệ NTSC và PAL)

Dùng mạch cộng hởng có đặc tuyến tần số dạng chuông ngửa ở phía phát để suy giảm sóng mang mầu xuống cực tiểu nhằm không gây nhiễu mầu lên ảnh đen trắng và dạng chuông xấp ở phía thu để khôi phục lại sóng mang mầu, đỉnh chuông cộng hởng đợc chỉnh đúng tần số bằng 4,286 MHZ.

22

Hình 10: Đặc tính dạng chuông

Vì hệ SECAM dùng phơng thức điều tần để mang các tín hiệu hiệu mầu Do đó trong khi điều tần Nhiễu lọt vào ở phía tần số cao của tín hiệu mầu là rất nhiều hơn nhiễu ở vùng tần số thấp khi cùng biên độ Vì vậy trớc khi đừa vào điều chế ngời ta đã cố ý khuyếch đại cho tín hiệu mầu mạnh hẳn lên ở phía tần số cao trớc khi đa vào điều tần để vốn càng đợc nhiễu và đợc gọi đó là tiền nhấn tần cao ậ phía thu, sau khi điều tần lấy ra tín hiệu mầu thì phải suy giảm tần số cao xuống cho trở lại bình thờng và gọi là giải nhấn tần cao.

Hình 11 Tiền nhấn tần cao ở phía phát, giải nhấn tần cao ở phía thuII.5.3.3Sơ đồ khối mạch tạo mã mầu hệ SECAM:

23Phía thu

Phía phátU

antenĐem tín hiệu mầu C lồng vào

trong phổ tần của tín hiệu chói EY

Hình 12:sơ đô khối mạch tạo mã mầu hệ Secam

Tín hiệu video

Tín hiệu chói EYHai tín hiệu hiệu mầu

C4,406

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số

Đỗ Khắc Phú Khoa ĐTVT - ĐHBK – HN 24Mạch cộng hư

ởng 4,286MHZ dạng chuông

xấp.-Chọn lọc-Khuyếch đạiTrung tần màu

64 àSDR

DR DBD

Trực tiếp

Tín hiệu màu lần lượt lẫn lộn

Tín hiệu màu đồng thời riêng

biêt Tách sáng FM f0= 4,406MHZ phải nhấn tần

Tách sáng F.M f0B=4,250MH

Z giải nhấn tần caoDB

G-Y(ER –

B –

(ER –(EG –Ey)(E

B –Ey)Kênh

màu Tín hiệu

Video

Mạch cộng hưởng 4,250MHZ nhấn

dạng màu (Ident gate)

Triệt màu

Killer Flip Flop

Tín hiệu video màu đa đến mạch giải mã SECAM trớc hết đi qua mạch cộng hởng dạng xung chuông xấp điều chỉnh đúng tần số 4,286 MHZ để chọn lọc và khuyếch đại trung tần mầu rồi chia ba ngả nh sau:

Ngả 1: Trực tiếp đa tín hiệu mầu đến đầu vào của chuyển mạch SECAM (permutator)

Ngả 2: Cho tín hiệu mầu đi qua dây trễ sóng 64ms làm chậm lại thời gian một dòng kẻ rồi cũng đa đến đầu vào của chuyển mạch SECAM Vậy là ở đầu vào của chuyển mạch SECAM chỉ từ một dòng đầu tiên ra, còn từ dòng thứ hai trở đi thì dòng nào vào cũng đồng thời có hai mầu đỏ và lam nhng tín hiệu mầu ở đây là lần lợt về mầu vẫn lẫn lộn về đờng đi Khi thông qua chuyển mạch SECAM thì tín hiệu mầu đã đợc hớng đi cho đúng tuyến nên ở đầu ra cuả chuyển mạch SECAM thì mỗi dòng kẻ đều đồng thời có cả hai mầu đỏ và lam và riêng biệt tách ra thành hai đờng Chúng đợc dẫn đến hai mạch tách sóng điều tần để lấy ra tín hiệu hiệu màu để lấy ra màu đỏ, mạch tách sóng điều tần phải chỉnh theo tần số f0R = 4,406 MHz để lấy ra màu lam, mạch tách sóng đều mang chỉnh theo tần số FOB = 4,250 MHZ các tín hiệu mầu này đợc giải nhấn tần cao cho trở lại bình thờng rồi đa đến mạch ma trận G – Y để lấy ra ba tín hiệu hiệu mầu.

Ngả 3: Trung tần mầu đợc đa đến mạch cộng hởng 4,250 MHZ để nhận dạng mầu để mở cửa nhận dạng và dùng xung quét dòng fH để mở cửa nhận dạng Nếu không nhận dạng ra có tín hiệu mầu thì nó sẽ điều khiển cho mạch triệt mầu khoá chuyển mạch SECAM làm tắt kênh mầu để không gây nhiễu mầu lên ảnh đen trắng.

Còn việc điều khiển lập trạng thái của chuyển mạch SECAM là lấy xung quét dòng thông qua mạch Flíp Flốp để chia đôi tần số đi vào điều khiển.

II.5.3.5 Một vài đặc điểm chính hệ SECAM

Tín hiệu chói vẫn xác định nh hai hệ trên nhng độ rộng dải tần 6 MHZ.Truyền hình đồng thời lần lợt từng dòng một hai tín hiệu mầu DR và DB

DR = - 1,9 (ER – EY)DB = 1,5 (EB – EY)

Cứ một dòng truyền đi DR: 1 dòng DB rồi lại DR và DB

Hai tín hiệu này có độ rộng dải tần bằng 1,3 MHZ.

25

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Điều tần DR, DB vào hai sóng mang mầu phụ riêng có tần số fOR = 4,406 MHZ

fOB = 4,25 MHZ

Tín hiệu mầu SECAM có 8 tin tức có sẵn ở đen trắng, tin tức thứ 5 tín tức thứ 6 của fMR và fMB chỉ xuất hiện cái nọ hoặc cái kia tại mỗi thời điểm

fMR = fOB = ± 280 KHZfMB = fOB = ± 230 KHZ

Tin tức thứ 7 là nhận dạng dọc, tin tức thứ 8 là nhận dạng ngang chỉ sử dụng một trong hai tại máy thu.

Ưu điểm nổi bật của hệ SECAM: tín hiệu điều tần ít nhạy cảm với méo pha nên hệ SECAM đảm bảo đợc mầu sắc của ảnh truyền hình có độ ổn định cao.

26

Phần II Truyền hình số

Chơng I Tổng quan về truyền hình số.

I.Giới thiệu chung.

Truyền hình màu với ba hệ: NTSC PAL, SECAM xuất hiện vào những thập kỷ 50, 60 đã tạo nên một bớc ngoặt lớn trong quá trình phát triển của công nghệ truyền hình Cả ba hệ sử dụng các tín hiệu thành phần là tín hiệu chói và hai tín hiệu màu (Y, R-Y, B-Y) Điều khác nhau cơ bản giữa ba hệ này là ph-ơng pháp điều chế tín hiệu hiệu màu, tần số sóng mang màu và phơng thức ghép kênh.

Trong những năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bớc ngoặc mới – quá trình chuyển đổi từ công nghệ Analog sang Digital Nhiều nhà nghiên cứu cho rằng “Thời đại Digital Video, Digital Television đã bắt đầu, công nghệ Analog đã sắp hết vai trò lịch sử Truyền hình Analog ngày càng đa vào sự quên lãng, nhờng đờng cho truyền hình số Công nghệ truyền hình đang trải nghiệm một sự thay đổi lớn lao – một s thay đổi về chất!”.

Thật vậy, thiết bị Analog truyền thống nh máy ghi hình, Camera, Mixer, kỹ xảo đã đợc Digital hoá Vài năm trớc đây, thiết bị sử dụng công nghệ Digital mới chỉ là những “hòn đảo Digital” nhỏ trong “ đại dơng Analog” mênh mông Ngày nay những “hòn đảo Digital” nhỏ bé đó đã tự khẳng định mình và trở thành “châu lục Digital” rộng lơn, nhanh chóng chiếm lĩnh môi trờng công nghệ truyền hình.

Trên thực tế, các nhà sản xuất đã giảm việc thiết kế các thiết bị truyền hình Analog Vì vậy thiết bị Analog ngày càng vắng bóng trên thị trờng Trong một tơng lai không xa, các thiết bị sản xuất chơng trình, các máy phát hình, các thiết bị vi deo, Audio nói chung sẽ đợc thay thế bằng thiết bị Digital.

Cùng không có gì quá, nếu ta gọi quá trình Digital hoá là một cuộc cách mạng vì công nghệ Digital sẽ làm thay đổi tận gốc cách suy nghĩ cách tiếp cận , phơng thức sản xuất chơng trình truyền hình, đó là cha kể đến việc nâng cấp chất lợng tín hiệu, tính linh hoạt, và khả năng hội nhập vào trờng thông tin chung nh Fax, Telephone, Máy tín sự hội nhập này tạo điều kiện không chỉ có ý nghĩa về mặt kinh tế, kỹ thuật mà còn tạo cho ngành truyền hình những khả năng ứng dụng mới.

27

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Với công nghệ Digital, tín hiệu Video trong các trung tâm truyền hình sẽ không còn xuất hiện trên màn hình hiện sóng với những thành phần quen thuộc “mức trắng”, “mức đen” Thế hệ kế tiếp, trong một vài năm tới sẽ chỉ còn biết đến tín hiệu truyền hình nh những chuổi bits (bits stremam) hoặc đồ thị mắt EYDGRAM) Tín hiệu Video thực sự trở thành những chuổi số liệu hoàn toàn tơng thích và có khả năng truyền tải, xử lý trong mạng máy tính.

Trong các Studio Digital, việc truyền và xử lý Video sẽ đợc thay thế việc truyền và xử lý Data Với sự phát triển của công nghệ thông tin ngày nay, truyền hình Digital trong tơng lai sẽ làm thay đổi về căn bản dây chuyền công nghệ, phơng thức sản xuất chơng trình truyền hình.

Công nghệ truyền hình số đang bộc lộ thế mạnh tuyệt đối so với công nghệ tơng tự trên nhiều lĩnh vực.

*Tín hiệu số ít nhạy cảm với các dạng méo xảy ra trên đờng truyền.*Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.

*Tính đa năng và linh hoạt trong quá trình xử lý tín hiệu.

*Hiệu quả sử dụng dải thông cao và có khả năng truyền nhiều chơng trình trên một kênh RF.

*Tính phân cấp Ví dụ: một dòng dữ liệu có thể đợc truyền một chơng trình có độ phân giải cao duy nhất hoặc một vài chơng trình có độ phân giải tiêu chuẩn.

*Khả năng tải nhiều dạng thông tin khác nhau.

*Tiết kiệm năng lợng, với cùng một công suất phát, diện phủ sóng lớn hơn công nghệ tơng tự Công suất máy phát số chỉ bằng 1/4 công suất máy phát tơng tự.

*Truyền hình số với công nghệ mạng đơn tần (SFN) có thể tiết kiệm đợc tài nguyên tần số quý hiếm của quốc gia.

*Dễ dàng thích nghi với các bớc phát triển tiếp theo sang truyền hình độ phân giải cao hoặc phát thanh với chất lợng CD trong tơng lai.

*Thị trờng đa dạng, có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ.*Chi phí khai thác thấp.

*Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào xa lộ thông tin.

Tuy nhiên việc chuyển đổi tín hiệu truyền hình từ tơng tự sang số cũng gặp phải nhiều vấn đề cần xem xét nghiên cứu.

28

hoá Tín hiệu Video theo tiêu chuẩn OIRT có tần số nhỏ hơn hoặc bằng 6MHz, để đảm bảo chất lợng tần số lấy mẫu phải lớn hơn 12MHz, với số hoá 8 bit/s, để truyền tải đầy đủ thông tin một tín hiệu Video thành phần với độ phân giải tiêu chuẩn, tốc độ bit phải lớn hơn 200 bit/s Đối với truyền hình độ phân giải cao (HDTV) tốc độ bit phải lớn hơn 1 Gbit/s.

Dung lợng này quá lớn, các kênh truyền hình thông thờng không có khả năng truyền tải Có một số vấn đề mấu chốt cần xem xét trong quá trình số hoá tín hiệu truyền hình, trong đó bao gồm:

*Tần số lấy mẫu.*Phơng thức lấy mẫu.

*Tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu (trong trờng hợp số hoá các tín hiệu thành phần)

*Và nén tín hiệu Video để có thể truyền tín hiệu truyền hình số trên các kênh truyền hình thông thờng trong khi vẫn đảm bảo chất lợng tín hiệu theo mục đích sử dụng.

I.1.Đặc điểm của truyền hình số:1.1.Yêu cầu về băng tần.

Tín hiệu số gắn liền với yêu cầu băng tần rộng hơn rất nhiều so với tín hiệu tơng tự Ví dụ đối với tín hiệu tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu phải bằng 4fsc nh đối với hệ NTSC là 14,4 MHz Nếu thực hiện mã hoá 8bit/mẫu, tốc độ dòng bit sẽ là 115,2 Mbit/s, độ rộng bằng tần khoảng 58 MHz Trong khi đó tín hiệu tơng tự cần một băng tần là 4,2 MHz Biện pháp khắc phục nén tín hiệu.

1.2.Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm (Signall/Noise).

*Tỷ lệ : Signal/noise Nhiễu, tạp âm trong tín hiệu tơng tự có tính chất cộng Tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiều thành phần gây ra vì vậy S/N của toàn bộ hệ thống < S/N có tỷ lệ thấp nhất ⇒ nhiểu lớn.

*Đối với tín hiệu số nhiễu là các bit lỗi đợc khắc phục bằng mạch sữa lỗi Khi có quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hởng của nhiễu đợc làm giảm bằng cách che lỗi, tỷ số S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi trừ trờng hợp tỷ lệ lỗi quá lớn làm cho mạch sữa lỗi mất tác dụng khi đó dòng bit không còn ý nghĩa tin tức.

29

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

*ý nghĩa: đặc điểm có ích cho việc sản xuất chơng trình truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp , cần nhiều lần đọc và ghi, việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng cũng đợc thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số mà không làm suy giảm chất lợng tín hiệu hình.

1.3.Méo phi tuyến.

Tín hiệu số không bị ảnh hởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền Cũng nh đối với tỷ lệ S/N tính chất này rất quan trọng trong quá trình ghi đọc nhiều lần.

1.4.Chồng phổ (Aliasing).

Một tín hiệu số đợc lấy mẫu theo cả chiều ngang và chiều dọc nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hớng Theo chiểu dọc, chồng phổ trong hệ thống tơng tự và số là nh nhau Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộc vào thành phần tần số vợt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist Để ngăn ngừa hiện tợng chồng phổ theo chiều ngang có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu bằng hai lần tần số cao nhất trong hệ thống tơng tự.

1.5.Xử lý tín hiệu

Tín hiệu số có thể đợc chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tơng tự không làm đợc hoặc gặp nhiều khó khăn Có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm chất lợng hình ảnh Khả năng này đợc tăng cờng nhờ khả năng lu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh Công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng là: sửa lỗi gốc thời gian , chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần.

1.6.Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh.

Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tơng tự mà không bị nhiễu Một phần vì tín hiệu số ít chịu ảnh hởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung hoá và xung đồng bộ bằng các từ mã, nơi mà hệ thống tơng tự gây ra nhiễu lớn nhất.

1.7.Hiện tợng Ghosts (bóng ma)

Hiện tợng này xảy ra trong hệ thống tơng tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đờng Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiện tợng này trong truyền hình quảng bá.

I.2.Sơ đồ khối hệ thống thu phát hình số.

30

truyền hình trên kênh thông tin mở ra khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình.

*Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số.

Hình 1 Sơ đồ khối hệ thống thu phát hình số.

I.3.Nguyên lý hoạt động.

Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận những tín hiệu truyền hình Analog , qua bộ biến đổi A/D tín hiệu truyền hình sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu truyền hình số Các tham số và đặc trng của tín hiệu này đợc xác định từ hệ thống truyền hình đợc lựa chọn.

Tín hiệu truyền hình số đợc đa đến thiết bị phát sau đó qua kênh thông tin tín hiệu truyền hình số đợc đa tới thiết bị thu qua giải mã, bộ chuyển đổi, bộ biến đổi tín hiệu Digital thành tín hiệu truyền hình tơng tự (Bộ giải mã) Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình.

Mã hoá kênh thông tin đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin Các thiết bị biến đổi trên đợc gọi là bộ điều chế và giải điều chế Tùy theo phơng pháp biến đổi tín hiệu sử dụng tín hiệu Video tổng hợp hoặc tín hiệu Video thành phần mà đặc điểm của hệ thống truyền hình cũng thay đổi theo.

31Mã hoá

Biến đổi tín hiệuThiết bị phátBiến đổi A/

T/h truyền hìnhDigital

Kênh thông tin

Giải mã Biến đổi tín hiệuThiết bị thu

Biến đổi A/DT/h truyền

hình Analog

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

II.Số hoá tín hiệu truyền hình.

II.1 Mở đầu.

Các hệ truyền hình màu đợc sử dụng hiện nay (NTSC, PAL, SECAM) là những hệ truyền hình tơng tự Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tơng tự (từ khâu tạo, truyền dẫn phát sóng đến khâu thu) chịu ảnh hởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài làm giảm chất lợng hình ảnh.

Tín hiệu Video số đợc tạo từ tín hiệu Video tơng tự Tín hiệu Video số có hai trạng thái logíc “0” và “1” Tập hợp các giá trị logic “0” và “1” biểu diễn tín hiệu Video số Tín hiệu Video số có tính chống nhiễu cao, có nhiều u điểm hơn tín hiệu Video tơng tự Ngày nay nhiều nớc đã sử dụng truyền hình số thay thế truyền hình tơng tự trong nhiều công đoạn của hệ thống truyền hình.

II.2.Biến đổi t ơng tự sang số.

Quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số bao gồm ba giai đoạn: *Lấy mẫu tín hiệu :Là quá trình gián đoạn theo thời gian băng tần số lấy mẫu (fsa) Kết quả cho ta chuổi các mẫu (sample).

*Lợng tử hoá tín hiệu : Là quá trình rời rạc hoá biên độ tín hiệu, có nghĩa là chia biên độ ra nhiều mức khác nhau và mỗi mức khác nhau sẽ đợc gán một giá trị biên độ.

*Mã hóa tín hiệu: là quá trình biến đổi tín hiệu đã đợc lợng tử hoá thành tín hiệu số bằng cách sắp xếp các mức tín hiệu tơng ứng theo hệ đếm thập phân ( theo hệ đếm nhị phân “0” và “1” )

III.Cơ sở biến đổi tín hiệu truyền hình.

III.1.Biến đổi tín hiệu Video.

Biến đổi tín hiệu Video tơng tự thành tín hiệu Video số là quá trình biến đổi thuận, còn quá trình biến đổi Video số thành Video tơng tự là quá trình biến đổi ngợc Trong hệ thống truyền hình số có sử dụng rất nhiều bộ biến đổi thuận ADC và các bộ biến đổi ngợc DAC.

Trong truyền hình màu tin tức hình ảnh truyền đợc biểu diễn bằng ba tín hiệu màu cơ bản: Đỏ (R), Lục (G), và Lam (B) Nó có thể đợc truyền bằng ba khả năng sau:

*Ba tín hiệu băng rộng R, G , B.

*Một tín hiệu chói băng rộng Y và hai tín hiệu băng hẹp I,Q.

32

Nh vậy, có thể chia tín hiệu Video thành hai loại chính: tín hiệu Video màu tổng hợp và tín hiệu Video thành phần Vì thế quá trình biến đổi Video t-ơng tự thành tín hiệu Video số sẽ có hai cách chính.

*Biến đổi tín hiệu Video màu tổng hợp.

*Biến đổi tín hiệu Video màu thành phần (tín hiệu chói Y và hai tín hiệu hiệu màu R-Y và B-Y hoặc ba tín hiệu màu cơ bản R, G, B).

III.2.Tần số lấy mẫu tín hiệu Video.

Tần số lấy mẫu đợc chọn sao cho hình ảnh có chất lợng cao nhất, tín hiệu truyền có tốc độ bit nhỏ nhất, tốc độ băng tần nhỏ nhất và mạch thực hiện đơn giản Để việc lấy mẫu không gây méo, phải chọn tần số lấy mẫu thỏa mãn định lý Nyquist: fsa (2fgh) Kết quả nghiên cứu cho thấy, khi tần số lấy mẫu tiến gần tới 13MHz thì chất lợng khôi phục ảnh rất tốt, còn nếu nhỏ hơn 13MHz, chất lợng ảnh giảm rõ rệt ( khi lấy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp) Ví dụ nh giảm độ nét conture (độ nhoè) các chi tiết ảnh theo chiều đứng Trong trờng hợp lấy mẫu tín hiệu thành phần , nếu giảm tần số lấy mẫu tín hiệu màu từ 1/2fsa

của tín hiệu chói xuống 1/4fsa có thể gây ra méo dới dạng dòng nhấp nháy hoặc xuất hiện các vòng theo dòng.

Việc chọn tần số lấy mẫu tối u với từng loại tín hiệu nh sau:

III.2.1.Tín hiệu Video tổng hợp.

Đối với tín hiệu Video tổng hợp (NTSC và PAL), tần số lấy mẫu tín hiệu Video số (fsa) thờng gấp nhiều lần tần số sóng mang màu fSC, ví dụ fSa = 2fSC; fSa= 3fSC hoặc fSa= 4fSC.

Hệ SECAM dùng hai tải tần mang màu, và sử dụng điều tần nên không dùng đợc một tần số fSa cho các tín hiệu hiệu số màu và chọn tần số lấy mẫu tối u rất khó.

ở hệ NTSC, tần số lấy mẫu (fSa), nếu muốn có thể có mỗi quan hệ chặt chẽ với cả tần số dòng (fH) và tần số sóng mang màu fSC Nhng điều này không thể thực hiện đợc ở hệ PAL và SECAM.

Nếu chọn fSa= 3fSCđối với hệ NTSC tơng đơng 10.74 MHz là giá trị cha đủ lớn Nếu chọn fSa= 4fSCtơng đơng 14.3MHz sẽ cho chất lợng hình ảnh rất tốt Việc chọn tần số lấy mẫu càng lớn sẽ làm cho việc sử dụng các bộ lọc tránh chồng phổ (đợc đặt trớc bộ ADC) dễ dàng hơn và bộ lọc tái tạo cũng đa lại một 33

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

đặc tuyến tốt hơn, tuy nhiên nó sẽ làm tăng tốc độ bit, dẫn đến lãng phí dải thông.

Để tiến tới xu hớng chuẩn hoá cho các thiết bị Video số, ngời ta đã đa ra hai tiêu chuẩn về tần số lấy mẫu là 4fSC NTSC và 4fSCPAL, tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang màu, và sử dụng 8 bit hoặc 10 bit để biểu diển các mẫu.

Tín hiệu Video số tổng hợp còn mang đầy đủ những nhợc điểm của tín hiệu Video tơng tự, nhất là hiện tợng can nhiễu giữa tín hiệu chói và tín hiệu màu.

Trong những năm gần đây ngời ta thờng sử dụng phơng pháp số hoá tín hiệu Video thành phần.

Tần số lấy mẫu lớn đòi hỏi thiết bị, đờng truyền và các bộ nhớ có dung ợng lớn Chi phí cho toàn bộ hệ thống do vậy tăng lên gấp nhiều lần Tần số lấy mẫu thích hợp nhất nằm trong khoảng 12 ữ 14MHz.

l-Số hoá tín hiệu Video tổng hợp có u điểm là tốc độ bit thấp so với số hoá tín hiệu Video thành phần, điều đó cũng có nghĩa là lợng băng từ dùng trong các máy ghi hình hạn chế hơn.

Tuy nhiên tín hiệu số tổng hợp bộc lộ, nhiều nhợc điểm trong quá trình xử lý số, tạo kỹ xảo, dựng hình

III.2.2.Tín hiệu Video thành phần.

Với tín hiệu Video thành phần, tần số lấy mẫu thờng đợc biểu thị thông qua tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu các tín hiệu hiệu màu Ví dụ 14:7:7 là tỷ lệ lấy mẫu ứng với tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 14MHz và đối với hai tín hiệu hiệu màu là 7MHz Hệ thống dùng tiêu chuẩn 14:7:7 với 8 bit/mẫu cho ta tốc độ bit bằng 244 Mbit/s lớn hơn tốc độ bit hệ 12:4:4 40% và hệ 12:6:6 17%.

4:2:2 là tiêu chuẩn trong đó tỷ số lấy mẫu giữa tần số lấy mẫu của tín hiệu Video thành phần Y/CB/CR= 4:2:2 và các tần số lấy mẫu tơng ứng với các tín hiệu thành phần bằng (với cấu trúc lấy mẫu trực giao):

Shanno và Nyquist, tần số lấy mẫu tối thiểu phải bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu Nh vậy với tần số lấy mẫu nh trên, bề rộng dải phổ của tín hiệu thành phần theo lý thuyết sẽ bằng 6,75 MHz đối với tín hiệu chói, và 3,75 MHz đối với tín hiệu hiệu màu CB, CR.

Video số thành phần đợc coi là phơng pháp số hoá đợc sử dụng hiện tại cũng nh trong tơng lai tại các studio hoàn toàn số (All Digital Studio) Tín hiệu Video số thành phần có thể dễ dàng đợc xử lý, ghi, dựng trong các công đoạn hậu kỳ tại các studio Tín hiệu Video số thành phần loại bỏ đợc những ảnh h-ởng do sóng mang màu trong tín hiệu Video tổng hợp gây nên.

Trong quá trình số hoá tín hiệu Video số thành phần khái niệm tần số lấy mẫu phải là bội số của sóng mang màu đã trở nên không phù hợp Tần số lấy mẫu, nh trên đã trình bày, ngoài yêu cầu có giá trị trong khoảng từ 12414 MHz là bội số của tần số dòng còn phải đạt điều kiện là tần số lấy mẫu chung cho cả hai tiêu chuẩn truyền hình 525 và 625 dòng, để có thể tiến tới một tiêu chuẩn Video số chung cho toàn thế giới Loại bỏ đợc những điều phiền phức gây nên bởi tình trạng đa hệ truyền hình tơng tự.

Tóm lại, tần số lấy mẫu đáp ứng đợc những yêu cầu trên đã đợc các tổ chức phát thanh truyền hình (SMPTE, EBU, CCIR) thống nhất lựa chọn là:

FSa= 13,5 MHz chung cho cả hai tiêu chuẩn 525 và 625 dòng Cả hai tiêu chuẩn sử dụng chung cùng một tần số lấy mẫu, cùng một lợng mẫu trong thời gian tích cực của một dòng.

Thời gian một dòng của hai hệ 625 và 525 bằng 64 às và 63,56 às (hệ 625 có thời gian lớn hơn), trong khi thời gian tích cực của một dòng trong hệ 625 là 52 às Nếu cả hai hệ đều lấy thời gian tích cực bằng 52 às, thời gian xoá dòng tơng ứng với từng hệ là 12 às và 11,59 às thông số cơ bản đối với mỗi hệ là:

Tổng số mẫu mỗi dòng:

Hệ 625 dòng: 64 x 13,5 =864 mẫu.Hệ 525 dòng: 63,56 x 13,5 = 858 mẫu

Số mẫu trong thời gian tích cực của mỗi dòng:Hệ số 625 dòng: 52 x 13,5 = 702mẫu

Hệ 525 dòng : 52 x 13,5 = 702 mẫu

35

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Số mẫu trong thời gian xoá dòng:Hệ 625 dòng : 12 x 13,5 = 162 mẫuHệ 525 dòng : 11,56 x 13,5 = 156 mẫu.

III.2.3.Cấu trúc mẫu (sample)

Tín hiệu hình ảnh từ camera và đợc hiển thị trên ảnh hình chứa thông tin về đồng bộ theo mành và dòng, đó là ảnh hai chiều Vì vậy để khôi phục chính xác ảnh, tần số lấy mẫu phải có liên quan đến tần số dòng Các kết quả nghiên cứu cho thấy, tần số lấy mẫu phải là bội số của tần số dòng Khi đó điểm lấy mẫu trên các dòng quét sẽ thẳng hàng với nhau, do đó tránh đợc các hiệu ứng méo đờng biên.

Nh vậy, việc lấy mẫu không những phụ thuộc vào thời gian mà còn phụ thuộc vào toạ độ các điểm lấy mẫu Vị trí các điểm lấy mẫu hay cấu trúc lấy mẫu đợc xác định theo thời gian, theo các dòng và theo các mành Hàm lấy mẫu có thể biến đổi dạng xq(t,x,y) Tần số lấy mẫu phù hợp với cấu trúc lấy mẫu sẽ cho phép khôi phục hình ảnh tốt nhất Vì vậy tần số lấy mẫu phải thích hợp theo cả 3 chiều t,x,y Tuy nhiên, trong các cấu trúc lấy mẫu phổ biến, ta chỉ xét các mẫu theo 2 chiều x,y Có 3 dạng cấu trúc đợc dùng phổ biến cho tín hiệu Video:

III.2.3.1.Cấu trúc trực giao.

Các mẫu đợc sắp xếp trên các dòng kề nhau thẳng hàng theo chiều đứng Cấu trúc này cố định theo mành và theo ảnh (hai mành) Trong trờng hợp này tần số lấy mẫu thoả mãn định lý Nyquist do đó tốc độ bit rất lớn đợc sử dụng.

Dòng 1, mành 1

Hình II.2 Cấu trúc trực giao

III.2.3.2.Cấu trúc quincunx mành.“ ”

36Dòng 1, mành 2Dòng 2, mành 2Dòng 2, mành 1

một mành xếp thẳng hàng theo chiều đứng (trực giao), nhng các mẫu thuộc mành một lại dịch đi nữa chu kỳ lấy mẫu so với các mẫu của mành thứ hai.

Hình II.3 Cấu trúc quinncunx mành

Phân bố phổ tần cấu trúc quinncunx mành rất có ý nghĩa với mành 1, nó cho phép giảm tần số lấy mẫu theo dòng Phổ tần của cấu trúc nói trên của mành 2 so với phổ của mành 1 bị dịch đi và có thể lồng với phổ tần cơ bản, gây ra méo ở các chi tiết ảnh (khi hình ảnh có các sọc đứng).

III.2.3.3.Cấu trúc quinncunx dòng.“ ”

Các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu, còn các mẫu trên một dòng của mành 1 sẽ lệch so với mẫu của dòng tiếp theo của mành 2 một nửa chu kỳ lấy mẫu.

ở đây không xảy ra trờng hợp lồng phổ biên với phổ chính và không bị méo Điều đó cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần số Nyquist, và tiết kiệm đợc phổ biến của tín hiệu số.

Hình II.4 Cấu trúc quincunx dòng.

37Dòng 1, mành 2Dòng 2, mành 2Dòng 2, mành 1

Dòng 1, mành 1

Dòng 1, mành 2Dòng 2, mành 2Dòng 2, mành 1

Dòng 1, mành 1

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Tuỳ theo cấu trúc lấy mẫu, sẽ xuất hiện méo ảnh đặc trng Đối với cấu trúc trực giao, độ phân giải của ảnh sẽ giảm Đối với cấu trúc quincunx mành sẽ xuất hiện nhấp nháy các điểm ảnh.Ngợc lại cấu trúc quincunx dòng sẽ xuất hiện các vòng tròn theo chiều ngang (méo đờng biên) Tóm lại cấu trúc trực giao cho chất lợng ảnh cáo nhất, vì đối với mắt ngời thì độ phân giải thấp dễ chịu hơn là hai loại méo nêu trên.

II.2.4 Các chuẩn lấy mẫu tín hiệu Video.

Quá trình lấy mẫu là bớc đầu tiên của việc số hoá tín hiệu Video , trớc hết ta tìm hiểu về một vài tiêu chuẩn lấy mẫu Có nhiều tiêu chuẩn Video số thành phần, điểm khác nhau cơ bản giữa chúng ở tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu và phơng pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu màu, trong đó bao gồm: tiêu chuẩn 4:4:4, 4:2:2, 4:4:0, 4:1:1 Dới đây ta xét phơng thức từng chuẩn Tốc độ lấy mẫu dựa trên cơ sở tần số chuẩn là 3,375 MHz.

III.2.4.1.Chuẩn 4:4:4

Mẫu tín hiệu chỉ đợc lấy đối với các phần tử tích cực của tín hiệu Video Với hệ PAL, mà hình đợc chia làm 625 x 720 điểm (pixel).

Hình II.5 Tiêu chuẩn 4:4:4.

Các tín hiệu chói (Y), tín hiệu hiệu màu (CR, CB) đợc lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu Video Cấu trúc lấy mẫu là cấu trúc trực giao, ví trị lấy mẫu nh trình bày trong hình vẽ trên đây:

Tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phục hình ảnh chất lợng tốt nhất trong các tiêu chuẩn, thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu Tiêu chuẩn này có thể dùng trong trờng hợp xử lý tín hiệu chói và tín hiệu màu RGB Nó có thể đợc dùng 38 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR

Điểm lấy mẫu màu lam CB

độ bit rất cao Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã thống nhất về chỉ tiêu tần số lấy mẫu cho truyền hình số theo tiêu chuẩn này với tên gọi là CCIR-601.

Với chuẩn 4:4:4 tốc độ dòng dữ liệu (ví dụ cho hệ PAL) đợc tính nh sau:*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x 10 x 25 = 311 Mbit/s

III.2.4.2.Chuẩn 4:2:2.

Hình II.6 Tiêu chuẩn 4:2:2.

Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ ba tín hiệu : chói (Y) và hiệu màu (CR, CB) Điểm kế tiếo chỉ lấy mẫu tín hiệu chói Y, còn hai tín hiệu hiệu màu không lấy mẫu Khi giải mã màu suy ra từ màu của điểm ảnh trớc.

Điểm sau nữa là lấy mẫu đủ ba tín hiệu Y, CR, CB

Tuần tự nh thế, cứ 4 lần lấy mẫu tín hiệu chói Y, thì hai lần lấy mẫu CR, hai lần lấy mẫu CB tạo nên cơ cấu 4:2:2.

Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này đợc tính nh sau:*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 8 x 25 = 166 Mbit/s*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/sTiêu chuẩn 4:2:2 là tiêu chuẩn cơ bản của truyền hình số Chất lợng hình ảnh của tiêu chuẩn này cao hơn sau tiêu chuẩn 4:4:4 Nó cho phép xử lý tín hiệu một cách thuận lợi.

III.2.4.3.Chuẩn 4:2:0.

Theo chuẩn này, tín hiệu Y đợc lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh của dòng, còn tín hiệu hiệu màu thì cứ cách một điểm sẽ lấy mẫu cho một tín hiệu hiệu màu Tín hiệu hiệu màu đợc lấy xen kẽ, nếu hàng chẵn lấy mẫu cho tín hiệu hiệu màu CR thì dòng lẻ sẽ lấy mẫu cho tín hiệu hiệu màu CB.

39 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu màu lam CB

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y Điểm lấy mẫu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu màu lam CB

Đồ án tốt nghiệp Truyền hình số qua vệ tinh

Hình II.8 Tiêu chuẩn 4:2:0.

Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này đợc tính nh sau:*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360) X 576 X 8 X 25 = 124,4 Mbit/s*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360) X 576 X 10 X 25 = 155,5 Mbit/sIII 2.4.4 Chuẩn 4:1:1

Điểm ảnh đầu lấy màu đủ Y, CR, CB: ba điểm ảnh tiếp sau chỉ lấy Y không lấy mẫu CR, CB Khi giải mã màu của ba điểm ảnh sau phải suy ra từ điểm ảnh đầu.

Tuần tự nh thế, cứ bón lần lấy mẫu Y, có một lần lấy mẫu CB ,một lần lầy mẫu CB đây là cơ cấu 4:1:1

Hình II.8 Tiêu chuẩn 4:1:1

Đối với hệ PAL, tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này đợc tính nh sau:

*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 180 + 180) X 576 X 8 X 25 = 124,4 Mbit/s

*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 180 + 180) X 576 X 10 X 25 = 155,5 Mbit/Tiêu chuẩn này cho chất lợng hình ảnh tơng đối thấp, thờng đợc dùng cho điện thoại truyền hình.

40 Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y

Điểm lấy mẫu màu đỏ CR

Điểm lấy mẫu màu lam CB