3.1.5.1 Hình dạng tín hiệu hình.
Nguyên tắc chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện là chuyển đổi độ chói của từng thành phần tử ảnh thành dòng điện (điện áp). Giả sử quá trình chuyển đổi được thực hiện theo quy luật là lần lượt chuyển đổi các phần tử ảnh theo từng dòng hết dòng này qua dòng khác, từ trên xuống dưới, từ trái sang phải. Sự phân bố độ rọi trên Catot quang điện của bộ chuyển đổi (ảnh quang chiếu lên Catot quang điện) như hình 3.5. Ta lấy tín hiệu của các phần tử ảnh làm thành dòng aa’
để khảo sát và giả thiết kích thước của các phần tử tức kích thước của các tia điện tử là rất nhỏ thì giá trị tức thời của tín hiệu hình hoàn toàn tỷ lệ với mức chói ở từng điểm của ảnh dọc theo chiều ngang mà ta khảo sát.
Hình 3.5 Sự chuyển đổi ảnh quang thành ảnh điện Từ hình 3.5 ta rút ra nhận xét:
Tín hiệu hình là đơn cực tính bởi vì độ chói có giá trị dương, biến đổi từ 0 đến giá trị cực đại, do đó tín hiệu hình tương ứng cũng có một cực tính là dương hoặc âm. Nếu ứng với điểm trắng của ảnh tín hiệu có điện áp lớn nhất, ứng với điểm đen tín hiệu có điện áp nhỏ nhất thị gọi là tín hiệu cực tính dương. Nếu ngược lại thì gọi là tín hiệu có cực tính âm, nói cách khác tín hiệu hình có chứa thành phần một chiều (giá trị trung bình). Trị trung bình của tín hiệu đối với mỗi dòng tỷ lệ với độ chói trung bình của dòng đó và trị trung bình của tín hiệu đối với mỗi ảnh tỷ lệ với đội chói trung bình của ảnh đó, đối với ảnh đứng yên thì độ chói trung bình không thay đổi, do đó trị trung bình của tín hiệu không thay đổi. Đối với ảnh động hay chuyển từ cảnh này sang cảnh khác độ chói trung bình của ảnh luôn thay đổi nhưng tốc độ biến đổi biến đổi rất chậm với tần số khoảng từ 0 đến 2-3 Hz. Thành phần một chiều còn gọi là thành phần biến đổi chậm. Tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính, có tính chất như tín hiệu xung, nên khi đo lường không đo theo trị số hiệu dụng mà đo mức cực đại và cực tiểu. Có thể nói tín hiệu hình là tín hiệu không có chu kỳ, chỉ trong trường hợp đặc biệt khi khi ảnh không di động thì tín hiệu là có chu kỳ. Khi truyền các sọc thẳng đứng bất động thì chu kỳ ảnh chính bằng chu kỳ dòng.
Trong quá trình chuyển đổi, tín hiệu bị ngắt quãng qua mỗi dòng. Tia điện tử làm nhiệm vụ chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện quét lên bia thành từng dòng, khi hết một dòng tia điện tử trở lại đầu dòng để quét dòng tiếp theo. Mỗi chu kỳ quét được chia làm hai phần: Phần quét thuận – Tia điện tử có tác dụng chuyển đổi ảnh thành tín hiệu điện chiếm khoảng 83-84% của một chu kỳ quét dòng, phần quét ngược là phần thời gian tia điện tử từ cuối dòng quay về đầu dòng tiếp theo, chiếm khoảng 16-18% của một chu kỳ quét dòng. Trong khoảng thời gian quét ngược, tín hiệu không mang tin tức của ảnh, nên được dùng để truyền xung tắt dòng. Xung tắt dòng có tác dụng tắt tia điện tử ở trong ống tia trong thời gian quét ngược.
Mức trắng
Mức đen Mức xám
a a’
Hình 3.6 Tín hiệu hình đầy đủ
Cũng tương tự như vậy đối với ảnh khi tia điện tử quét hết một ảnh tức là quét hết một lượt qua tất cả các dòng của ảnh từ trên xuống dưới, tia điện tử phải chuyển động ngược lại từ dưới lên trên để chuẩn bị quét ảnh sau. Thời gian tia điện tử chuyển động ngược lên trên gọi là thời gian quét ngược ảnh. Trong khoảng thời gian này tín hiệu không mang tin tức về ảnh nên để truyền xung tắt mặt. Xung tắt mặt có tác dụng làm tắt tia điện tử của ống thu trong thời gian quét ngược của ảnh. Thời gian quét ngược của một ảnh cỡ từ 20-30 chu kỳ dòng.
Như vậy xung tắt dòng xuất hiện sau mỗi dòng và xung tắt mặt (mành) xuất hiện sau mỗi mành. Mức đỉnh của xung tắt được chọn vượt quá mức đen một ít để đảm bảo tắt hoàn toàn tia điện tử ở ống thu trong thời gian quét ngược, nên còn gọi là mức quá đen. Mức đen là mức tín hiệu ứng với điểm đen của ảnh, mức trắng là mức tín hiệu ứng với mức trắng của ảnh.
Trong thời gian quét ngược còn truyền xung đồng bộ. Quá trình quét ảnh, xử lý tín hiệu tại phía phát, truyền qua kênh truyền, thu nhận, xử lý và hiển thị thông tin tại phía thu cần phải được đồng bộ. Tín hiệu đồng bộ dùng để khống chế bộ 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 được tạo ra và truyền đi trên kênh thông tin cùng với tín hiệu hình. Tín hiệu đồng bộ dòng được đặt trên đỉnh của xung xóa dòng, tín hiệu đồng bộ mành được đặt trên đỉnh của xung xóa mành. Tín hiệu đồng bộ cũng là các xung có biên độ và thời gian xác định nên còn được gọi là xung đồng bộ dòng và xung đồng bộ mành. Tổng hợp của tín hiệu hình và tín hiệu đồng bộ cùng với các xung tắt cho ta tín hiệu hình đầy đủ (hình 3.6). Trên hình 3.6:
TH: Chu kỳ quét dòng. Tdth: Chu kỳ quét dòng thuận. Tdng: Chu kỳ quét dòng ngược. Tmng: Chu kỳ quét mành ngược.
Xác định dạng phổ của tín hiệu hình là xác định các thành phần xoay chiều của tín hiệu. Các chi tiết lớn của hình ảnh tương ứng với thành phần tần số thấp, các chi tiết nhỏ tương ứng với thành phần tần số cao. Thành phần thấp nhất của phổ tần được xác định bằng tần số quét dọc. Trong khi đó giới hạn trên của phổ tần được xác định bằng thành phần tần số cao nhất của tín hiệu hình.
Hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại được hình ảnh với các chi tiết có kích thước xấp xỉ bằng phần tử ảnh – được xác định bằng ô vuông mà mỗi cạnh bằng chiều rộng của dòng quét.
Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét. Để đạt được độ rõ nét của ảnh càng cao thì số dòng quét của ảnh phải càng lớn, kích thước của phần tử ảnh càng nhỏ. Lúc đó độ rộng dải tần càng tăng, sử dụng phương pháp quét xen kẽ sẽ giảm được độ rộng dải tần.
Ví dụ: Nếu quét liên tục 625 dòng với tỉ lệ khuôn hình 4:3 và số hình trong một giây là 25 (theo tiêu chuẩn CCIR và OIRT) thì:
Số phần tử ảnh trong một dòng: 625x4/3 = 833 phần tử Số phần tử ảnh trong một ảnh: 625x833 = 520625 phần tử Số phần tử ảnh trong một giây: 520625x25 = 13 triệu phần tử. Như vậy, tần số cao nhất của tín hiệu hình là 13MHz
Nếu sử dụng phương pháp quét xen kẽ thì tần số mành tăng gấp đôi nên tần số cao nhất giảm một nửa nghĩa là còn 6,5MHz
Hình 3.7 Phổ của tín hiệu truyền hình
Phổ của tín hiệu hình được minh họa trên hình 3.7. Đó là phổ gián đoạn gồm các hài của tần số quét dọc và các nhóm phổ quanh hài của tần số quét ngang, trong đó các hài có bậc càng cao thì biên độ càng bé.
Đặc điểm là giữa các nhóm phổ hài tần số quét ngang tồn tại các khoảng trống. Có thể lợi dụng những khoảng trống này để truyền các tín hiệu khác. Trường hợp 2 tín hiệu có cấu trúc phổ giống nhau, nếu bố trí các nhóm phổ của tín hiệu thứ 2 vào khoảng trống của các nhóm phổ tín hiệu thứ nhất, thì có thể truyền 2 tín hiệu đó trên một kênh thông tin, sau đó có thể tách chúng ra
được. Tính chất này được áp dụng trong truyền hình màu, phổ tín hiệu màu được sắp đặt vào khoảng trống của phổ tín hiệu chói.