2.3.1. Lấy mẫu
Lấy mẫu tớn hiệu tương tự là quỏ trỡnh giỏn đoạn (rời rạc húa) tớn hiệu theo thời gian bằng tần số lấy mẫu fsa, kết quả cho ta một chuỗi cỏc mẫu. Tớn hiệu sau khi lấy mẫu phải mang đủ thụng tin của dũng tớn hiệu vào. Biờn độ tớn hiệu tương tự được lấy mẫu với chu kỳ T thỡ thu được một chuỗi cỏc xung hẹp với tần số mẫu được tớnh:
fsa = 1/T
trong đú: fsa là tần số lấy mẫu; T là chu kỳ lấy mẫu.
Quỏ trỡnh lấy mẫu tương đương với một quỏ trỡnh điều biờn tớn hiệu (f0)
trong súng mang cú tần số bằng tần số lấy mẫu (fsa) . Quỏ trỡnh điều biờn tạo
ra cỏc biờn tần thấp và cao. Dạng súng lấy mẫu là hỡnh chữ nhật, phổ của nú bao gồm cỏc thành phần tần số lấy mẫu và cỏc bài của nú.
Lọc chống chồng phổ ADC Xử lý DAC Lọc khụi phục Video tương tự Video tương tự
Hỡnh 2.2. Phổ của tớn hiệu lấy mẫu.
Quỏ trỡnh lấy mẫu được thực hiện theo định lý Nyquist: Với một tớn hiệu cú băng tần f0 thỡ tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng 2 lần tần số fc.
fsa≥ 2fc
Nếu fsa < 2fc thỡ sẽ xuất hiện hiện tượng mộo chồng phổ (Aliasing)
băng tần cơ bản. (hỡnh 2.2).
Tớn hiệu video do cú đặc trưng riờng, nờn ngoài việc thỏa món định lý lấy mẫu Nyquist, quỏ trỡnh lấy mẫu cũn phải thỏa món cỏc yờu cầu về cấu trỳc lấy mẫu, tớnh tương thớch giữa cỏc hệ thống v.v.. Quỏ trỡnh này phải xỏc định được tần số lấy mẫu, cấu trỳc lấy mẫu nhằm đạt được chỉ tiờu về chất lượng ảnh, tớnh tương thớch giữa cỏc hệ truyền hỡnh, tốc độ bớt thớch hợp và mạch thực hiện đơn giản.
Một trong những yờu cầu làm tăng tần số tớn hiệu truyền hỡnh là tăng khoảng bảo vệ cho mạch lọc thụng thấp trước khi lấy mẫu. Mạch lọc này là thành phần đầu tiờn của bộ biến đổi AD. Để khụng làm xuất hiện mộo tớn hiệu tương tự, mạch lọc thụng thấp của hệ thống loại bỏ cỏc thành phần gõy chồng phổ tớn hiệu. Do cỏc mạch lọc khụng cú được đặc trưng lý tưởng nờn phải sử dụng băng tần bảo vệ để cỏc mạch lọc mang tớnh thực tế hơn. Vỡ vậy mà tần số lấy mẫu thường lớn hơn 2fc.
0 f0 fsa-f0 fsa fsa+f0 2fsa-f0 2fsa 2fsa+f0 3fsa-f0 3fsa 3fsa+f0 Tần số Biờn độ
Hỡnh 2.3. Hiện tượng chồng phổ (aliasing) trong trường hợp tần số lấy mẫu thấp
Việc chọn tần số mẫu tối ưu sẽ khỏc nhau với cỏc thành phần tớn hiệu khỏc nhau: tớn hiệu chúi, tớn hiệu màu cơ bản, tớn hiệu màu và tớn hiệu video tổng hợp. Tần số lấy mẫu cũng phụ thuộc vào cỏc hệ thống truyền hỡnh màu.
Tớn hiệu video tổng hợp được lấy mẫu với tần số bằng bội số cua tần số súng mang phụ. Khi tần số lấy mẫu bằng 3fc, hệ NTSC cú tần số lấy mẫu là
10,7 MHz, hệ PAL là 13,3 MHz. Khi tần số lấy mẫu bằng 4fc, NTSC tương
ứng cú tần số lấy mẫu là 14,3 MHz, hệ PAL là 17,7 MHz. Tấn số lấy mẫu càng cao, càng dễ dàng cho việc sử dụng cỏc bộ lọc trỏnh chồng phổ và bộ lọc tỏi tạo cũng được mó húa thành tớn hiệu thành phần, sau đú được số húa riờng biệt. Cỏc tớn hiệu video thành phần tương tự được lấy mẫu tại tấn số bằng bội số của tần số dũng quột.
2.3.2. Cấu trỳc lấy mẫu
Để khụi phục chớnh xỏc hỡnh ảnh, tấn số lấy mẫu phải là bội của tần số dũng. Với quan hệ này, điểm lấy mẫu trờn cỏc dũng sẽ kề nhau sẽ thẳng hàng với nhau và trỏnh được cỏc hiệu ứng mộo đường biờn gõy ra. Việc lấy mẫu khụng những phụ thuộc theo thời gian mà cũn phụ thuộc vào tạo độ cỏc điểm lấy mẫu. Tần số lấy mẫu phụ thuộc vào cấu trỳc lấy mẫu sẽ cho phộp khụi phục hỡnh ảnh tốt nhất.
Cú 3 dạng liờn kết vị trớ cỏc điểm lấy mẫu được sử dụng phổ biến cho cấu trỳc lấy mẫu tớn hiệu video tĩnh là: cấu trỳc trực giao, cấu trỳc "quincunx" mành, cấu trỳc "quincunx" dũng.
a. Cấu trỳc trực giao
Cỏc mẫu được sắp xếp trờn cỏc dũng kề nhau, thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu trỳc này được cố định theo mành và theo hải ảnh. (Hỡnh 2.4).
Trong trường hợp này tần số mẫu thỏa món định lý Nyquist, do đú tốc độ bit sử dụng rất lớn.
Hỡnh 2.4. Cấu trỳc lấy mẫu b. Cấu trỳc "quincunx" mành
Cỏc mẫu trờn cỏc dũng kề nhau thuộc một mành xếp thắng hàng theo chiều đứng (trực giao), nhưng cỏc mẫu thuộc mành một lại dịch đi một nửa chu kỳ lấy mẫu so với cỏc mẫu mành thứ hai. (Hỡnh 2.4).
Phõn bố phổ tần của cỏc cấu trỳc quincunx mành rất cú ý nghĩa đối với mành một, nú cho phộp làm giảm tần số lấy mẫu theo dũng. Phổ tần cấu trỳc núi trờn của mành hai so với phổ mành một bị dịch và cú thể lồng với phổ tần cơ bản, gõy ra mộo ở cỏc chi tiết ảnh (khi hỡnh ảnh cú cỏc sọc hoặc cỏc đường thẳng đứng).
c. Cấu trỳc " quincunx" dũng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Cỏc mẫu trờn cỏc dũng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu, cỏc mẫu trờn dũng của hai mành kế tiếp sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu.
Cấu trỳc này khụng xảy ra trường hợp cỏc phổ biờn với phổ chớnh là khụng bị mộo. Điều này cho phộp sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần số Nyquist, tiết kiệm được độ rộng của tớn hiệu số.
Tựy theo cấu trỳc lấy mẫu sẽ xuất hiện loại mộo ảnh đặc trưng. Với cấu trỳc trực giao, độ phõn giải ảnh sẽ giảm. Đối với cấu trỳc " quincunx" mành sẽ xuất hiện nhấp nhỏy cỏc điểm ảnh. Cấu trỳc " quincunx" dũng sẽ xuất hiện cỏc vũng trũn theo chiều ngang (mộo đường biờn).
Túm lại, cấu trỳc trực giao cú nhiều ưu điểm hơn, nú cho chất lượng ảnh cao nhất vỡ đối với mắt người độ phõn giải giảm dễ chịu hơn hai loại mộo nờu trờn.