Bài giảng Kỹ thuật truyền hình

Nội dung text: Bài giảng Kỹ thuật truyền hình

1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YấN KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT TRUYỀN HèNH Hưng Yờn 2015 (Tài liệu lưu hành nội bộ)
2. Giáo trình môn học KTTH Lời nói đầu Truyền hình mới đ•ợc phổ biến từ đầu Thế kỷ XX, nh•ng nó đã nhanh chóng phát triển và đã đ•ợc ứng dụng trong mọi lĩnh vực kinh tế chính trị, xã hội, văn hoá, gi áo dục Vì vậy môn học truyền hình là không thể thiếu đ•ợc đối với các sinh viên thuộc các ngành điện tử, điện tử viễn thông, các ngành truyền thông Cuốn giáo trình môn học Kỹ thuật truyền hình này đ•ợc soạn phục vụ cho môn học KT truyền hình dành cho đối t•ợng cao đẳng và đại học. Nội dung của giáo trình trình bày các vấn đề cơ bản trong việc xây dựng hệ thống truyền hình hiện có. Vì trình độ kiến thức còn hạn chế, kinh nghiệm biên soạn còn ít, nên không thể tránh khỏi những thiếu sót, rất mong sự đóng góp, phê bình của các bạn đọc. GV: Nguyễn Vũ Thắng 1
3. Giáo trình môn học KTTH Ch•ơng I: Cơ sở kỹ thuật truyền hình 1.1. Qúa trình phát triển của truyền hình Đối với con ng•ời, mắt (thị giác) có thể coi là giác quan quan trọng nhất. Các hình ảnh mà mắt cảm nhận đ•ợc chiếm tới trên 80% thông tin nói chung. Tuy nhiên con ng•ời lại không dừng lại ở những hình ảnh mà mắt trực tiếp quan sát. Ng•ời ta mong muốn rằng bằng cách nào đó, bằng ph•ơng thức nào đó có thể quan sát đ•ợc hình ảnh ngoài phạm vi quan sát trực tiếp của mắt. ý t•ởng đó chính là truyền hình. Những mẫu thiết kế đầu tiên về hệ thống truyền hình đã có từ lâu. Bắt đầu là dựa trên cơ sở phát minh ra đèn sợi đốt của nhà bác học Nga A. H. Lôđ•nghin năm 1873, đặc biệt là phần tử bán dẫn quang (tế bào quang điện) bởi nhà bác học ng•ời Anh V. Smit cho thấy có thể biến đổi năng l•ợng ánh sáng thành năng l•ợng điện và ng•ợc lại. Đây là điều kiện cần thiết cho việc truyền hình ảnh Mẫu truyền hình đầu tiên là của nhà bác học ng•ời Anh Đ. Kêli năm 1875. Theo mẫu này hình ảnh đ•ợc chia thành nhiều phần tử ảnh nhỏ rồi đ•ợc truyền đồng thời các phần tử ảnh đó sang bên phía thu. Năm 1881 nhà bác học ng•ời Pháp Selenka đ•a ra một mẫu truyền hình khác. Trong đó các phần tử ảnh đ•ợc truyền lần l•ợt nhờ hệ thống quét bên phía phát và ở đầu thu cũng nhận đ•ợc lần l•ợt các phần tử ảnh đó nhờ hệ thống quét giống nh• ở đầu phát. Mẫu này thực tế hơn vì nó đã giảm đ•ợc tính phức tạp của hệ thống truyền hình. Lúc đầu hệ thống quét đ•ợc thực hiện bằng cơ khí theo kiểu soắn ốc. Sau này việc quét hình ảnh đ•ợc thay thế bằng các tia điện tử trong ống điện tử chân không. Lúc này các phần tử ảnh đ•ợc truyền lần l•ợt theo dòng và theo cột (quét tuyến tính). Để khôi phục ảnh ở bên thu đ•ợc chính xác, trung thực, ng•ời ta tăng số dòng quét lên, hay số l•ợng các phần tử ảnh cần truyền sẽ nhiều lên. Các quốc gia có nền truyền hình tiên tiến đã tự đ•a ra các chuẩn về số dòng quét cần truyền cho một ảnh truyền hình: Nga 625 dòng, Mỹ 425 dòng, Đức 525 dòng. Năm 1941 Mỹ có trung tâm truyền hình đầu tiên. Năm 1959 Liên xô có hơn 60 trung tâm truyền hình, đến năm 1978 đã phủ sóng 70% diện tích đất n•ớc. ở Việt nam năm 1972 đã bắt đầu phát sóng truyền hình đã mở ra một t•ơng lai mới cho chúng ta. Sự phát triển của truyền hình màu có thể coi là sự phát triển tất yếu, dựa trên nền tảng của truyền hình đen trắng đã phát triển hoàn thiện. Việc phát triển hệ thống truyền hình màu cần chú trọng tới việc phối hợp với truyền hình đen trắng đã có sẵn. Trên thế giới có ba hệ truyền hình màu đang cùng tồn tại đến ngày nay đó là NTSC (1954), SECAM (1965), PAL (1966). Ngày nay để hoàn thiện thêm cho hệ thống truyền hình, cho phép nâng cao chất l•ợng của ảnh thu đ•ợc đó là hệ thống truyền hình số (HDTV), truyền hình 3 chiều. GV: Nguyễn Vũ Thắng 2
4. Giáo trình môn học KTTH 1.2. ánh sáng 1.2.1. Khái niệm chung 11 14 16 18 R 10 Hz 10 Hz 10 Hz 10 Hz 3 mm 3 m 30 nm 0,3 nm f (Hz)  (m) Sóng Radio Hồng ngoại Cực tím tia X tia 760 nm Đỏ cam vàng lục lam chàm tím 380 nm 700 nm 600 nm 500 nm 400 nm Hình 1.1: Phổ của sóng điện từ và vùng ánh sáng thấy đ•ợc ánh sáng về ph•ơng diện vật lý là các sóng điện từ gọi chung là các bức xạ điện từ (xem hình 1.1). Các bức xạ điện từ có dải tần số rất rộng từ vài chục héc (Hz) đến hàng trăm gê-ga-héc (GHz), toàn bộ dải tần số đó gọi chung là phổ điện từ. ánh sáng thấy đ•ợc là những bức xạ điện từ nằm trong phổ điện từ mà mắt ng•ời cảm nhận đ•ợc, nó chỉ chiếm một phần rất hẹp trong toàn bộ dải sóng điện từ chung từ: 3,8x1014 Hz đến 7,8x1014 Hz t•ơng ứng với b•ớc sóng 780 nm đến 380 nm. Quan hệ giữa b•ớc sóng  với tần số f của cùng một bức xạ nh• sau: C(m / s) λ(m) = Trong đó: f (Hz) - B•ớc sóng  tính bằng mét (m). - Tần số f tính bằng héc (Hz) GV: Nguyễn Vũ Thắng 3
5. Giáo trình môn học KTTH - Tốc độ ánh sáng C = 300.000 km/s = 3x108 m/s. Nằm ngoài vùng ánh sáng thấy đ•ợc ở miền tần số cao là các tia cực tím, tia X, tia  , còn ở miền tần số thấp là các tia hồng ngoại, các sóng Radio. Trong phổ ánh sáng thấy đ•ợc gồm nhiều màu sắc, màu sắc rõ nhất là các màu: đỏ, cam, vàng, lục, lam, chàm, tím ánh sáng có thể cùng loại (ví dụ: ánh sáng đơn sắc) và có thể hỗn hợp nhiều loại (ví dụ: ánh sáng trắng). ánh sáng cùng loại mang năng l•ợng chỉ chứa một b•ớc sóng hoặc nhóm các 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 chỉ chứa một tần số duy nhất ta gọi đó là nguồn sáng đơn sắc. ánh sáng trắng không phải là nguồn sáng đơn sắc vì nguồn sáng trắng là tổng hợp của rất nhiều các nguồn sá ng đơn sắc khác nhau. 1.2.2. Các đại l•ợng đặc tr•ng của ánh sáng Vì ánh sáng là một phần của dải sóng điện từ, nên nó mang đầy đủ tính chất của năng l•ợng điện từ, đó là tính ph•ơng h•ớng, công suất, mật độ dòng năng l•ợng, độ chói, sự phân bố năng l•ợng theo phổ. Sự tác động của ánh sáng đến mắt đặc tr•ng bởi các đại l•ợng: năng l•ợng ánh sáng, quang thông, c•ờng độ sáng, độ chói, c•ờng độ thụ cảm, màu sắc. a/ Quang thông Quang thông là năng l•ợng ánh sáng trong một đơn vị thời gian  = W/t (oát - W) Sự cảm thụ ánh sáng của mắt tốt nhất đối với màu lục G (Green), còn các màu khác sẽ giảm dần. Sự phụ thuộc này đ•ợc biểu diễn trong hình 1-2 B 1 0.8 0.6 0.4 0.2 t•ơng Độđối cảm nhạy 0 400 450 500 550 600 650 700  tím Lơ Lam Lục Vàng Cam Đỏ Hình 1-2: Độ nhạy cảm của mắt đối với ánh sáng b/ C•ờng độ sáng (lực ánh sáng) Thông th•ờng một nguồn sáng bức xạ theo các h•ớng khác nhau là không nh• nhau. Mật độ không gian của quang thông ở các h•ớng đã cho gọi là c•ờng độ sáng (lực ánh GV: Nguyễn Vũ Thắng 4
6. Giáo trình môn học KTTH sáng). Nh• vậy c•ờng độ sáng là một đại l•ợng véc tơ, đặc tr•ng bởi độ lớn và h•ớng, đ•ợc xác định bằng tỷ số giữa quang thông  theo h•ớng đã cho và góc khối  I =  /  [cadela – cd] Nếu nguồn sáng là nguồn điểm (là nguồn điểm khi khoảng cách chiếu sáng lớn hơn 10 lần kích th•ớc của nguồn sáng), quang thông đ•ợc phân bố bằng nhau ở mọi phía (toàn bộ góc 4 của vật thể) thì. I =  / 4 Giả sử nguồn sáng có diện tích S, khi đó c•ờng độ sáng đ•ợc xác định theo quy luật Lamper nh• sau (hình 1.3) I = . cos = Io . cos Trong đó:  - Là quang thông toàn bộ của nguồn sáng S Io – C•ờng độ sáng theo h•ớng vuông góc với S I - C•ờng độ sáng theo h•ớng bát kỳ I S I S I I Hình 1.3 Hình 1.4 c/ Độ chói (độ sáng) Độ chói là c•ờng độ sáng theo h•ớng đã cho trên một đơn vị diện tích (hình 1.4) 2 B = I / S . cos {cd/m = nít} Thay I = Io . cos Ta có B = Io/S Theo công thức trên cho thấy độ chói của nguồn bức xạ không phụ thuộc vào h•ớng. Điều đó có nghĩa là nếu quan sát nguồn sáng ở các góc khác nhau thì diện tích nguồn sáng thấy đ•ợc bị thay đổi còn độ chói của nguồn sáng thì không đổi. d/ Sự phản xạ, hấp thụ, cho qua ánh sáng của vật thể Nguồn sáng với quang thông  khi chiếu tới vật thể A đ•ợc chia làm 3 phần: phản xạ p, hấp thụ  , cho qua  (hình 1.5).  = p +  +  GV: Nguyễn Vũ Thắng 5
7. Giáo trình môn học KTTH - Phản xạ p = p /  - Hấp thụ =  /  p - Cho qua  =  /  Tất nhiên p + +  = 1    Hình 1.5 Tất cả các giá trị phản xạ, hấp thụ và cho qua phụ thuộc vào từng tính chất của vật thể. 1.3. Mắt và các đặc tính cơ bản của nó 1.3.1. Cấu tạo của mắt Hệ thống thị giác bao gồm mắt, hệ thần kinh và khu vực thị giác của vỏ não. Hệ thống này có thể coi là một hệ thống thu thông tin hiển thị, ở đó xảy ra quá trình thu nhận, biến đổi ảnh quang thành các dòng điện sinh học. Hệ thần kinh thị giác nối võng mạc với vỏ não có nhiệm vụ xử lý các thông tin nhận đ•ợc. Cấu tạo của mắt nh• sau: Võng mạc của mắt chứa các phần tử thụ cảm, các phần tử này nối liền với hai nửa bán cầu não bằng các dây thần kinh thị giác. Các phần tử thụ cảm gồm hai loại là tế bào hình que và tế bào hình nón - Tế bào hình que chiếm một số l•ợng rất lớn khoảng 120 triệu tế bào trải khắp võng mạc, tế bào hình que có tác dụng làm cho mắt nhận đ•ợc các chi tiết sáng tối với độ nhạy khá cao. Do đó khi ánh sáng mờ (c•ờng độ sáng nhỏ) mắt vẫn có thể cảm nhận đ•ợc hình dáng của cảnh vật chứ không phát hiện đ•ợc màu sắc của cảnh vật. Điều đó cho thấy khi ánh sáng yếu thì tế bào hình que không có khả năng cảm nhận về màu sắc. - Tế bào hình nón có khoảng 6,5 triệu tế bào tập chung ở vùng hoàng điểm và 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 của mắt đối với màu sắc kém hơn nhiều so với độ sáng tối (vì số l•ợng tế bào hình nón ít hơn nhiều so với tế bào hình que), nên khi chi tiết của ảnh màu quá nhỏ hay với ánh sáng mờ mắt sẽ không phân biệt đ•ợc màu sắc. Do tế bào hình nón nhạy cảm với màu sắc chỉ tập chung ở hoàng điểm và vùng xung quanh hoàng điểm, nên mắt chỉ phân biệt (phân giải) các chi tiết màu sắc tốt nhất khi ảnh ở ngay tr•ớc mắt (ảnh nằm trên trục thị giác) ví dụ: Đây là ví dụ so sánh độ phân giải của hai loại tế bào hình que và hình nón. Bằng thực nghiệm ng•ời ta tiến hành vạch 7 vạch màu khác nhau lên trên một tờ giấy trắng, sau đó treo tờ giấy lên trên một tấm bảng và để trong vùng ánh sáng yếu (ánh sáng mờ). Nếu khoảng cách quan sát của mắt đủ xa thì thấy rằng mắt vẫn phân biệt đ•ợc số l•ợng 7 vạch trên nền giấy trắng đó. Nh•ng lại không phân biệt đ•ợc sự khác nhau về màu trong 7 vạch GV: Nguyễn Vũ Thắng 6
8. Giáo trình môn học KTTH đó. Điều đó cho thấy sự cảm thụ của mắt về độ sáng tối của hình ảnh tốt hơn nhiều so với sự cảm thụ về màu sắc của hình ảnh đó. 1.3.2. Các đặc tính cơ bản của mắt a/ Đặc tính phổ Nh• đã trình bày ở trên dải sóng ánh sáng nhìn thấy của mắt là từ 0,38 m đến 0,78 m. Nh•ng trong dải sóng này mắt cảm nhận độ sáng không nh• nhau. Đó chính là tính chất phổ của mắt. Đặc tính này đ•ợc biểu thị trên đồ thị hình 1- 6. Trên đồ thị biểu thị sự phụ thuộc cảm nhận độ chói của mắt (B) vào b•ớc sóng khi kích thích nguồn năng l•ợng nh• nhau. B 1 0,5  0,38 m 0,55 m 0,78 m Hình 1- 6: Đặc tính phổ của mắt phụ thuộc vào ánh sáng Từ đặc tuyến này ta thấy mắt nhạy nhất với đoạn phổ vàng lục ( = 0,55 m), ở bên trái là b•ớc sóng 0,38 m là dải sóng tử ngoại và bên phải b•ớc sóng 0,78 m là dải sóng hồng ngoại mà mắt ng•ời không thể quan sát đ•ợc. Sự phụ thuộc này là hết sức quan trọng vì trong thực tế khi ta quan sát trực tiếp các đối t•ợng không chỉ khác nhau về độ chói mà còn khác nhau về màu. Trong hệ thống truyền hình đen trắng ảnh khôi phục là chân thực khi và chỉ khi đặc tuyến phổ của hệ thống phải giống đ•ờng cong trên. Còn với hệ thống truyền hình màu thì đặc tuyến phổ phải là không đổi, nghĩa là B() = const. b/ Độ nhạy Độ nhạy của mắt là khả năng nhận biết ảnh của mục tiêu. Nhìn chung khi ảnh có độ sáng lớn mắt nhận biết tốt hơn. Với ảnh có màu sắc độ nhạy của mắt cao hơn. Khả năng nhận biết ảnh của mắt càng giảm khi ảnh chuyển động với tốc độ càng cao. Đối với thị giác của ng•ời bình th•ờng có thể cảm nhận ánh sáng trong giới hạn 0,1 nít đến 107 nít (khoảng 108 lần). Tuy nhiên sự thụ cảm (cảm nhận) ánh sáng của mắt vào độ chói của mục tiêu là không tuyến tính (hình d•ới). GV: Nguyễn Vũ Thắng 7
9. Giáo trình môn học KTTH Sự thụ cảm E 0 B Từ đ•ờng hình trên ta có thể thấy rằng độ nhạy của mắt giảm khi độ chói lớn và sẽ tăng khi độ chói nhỏ. Hiện t•ợng này gọi là sự thích nghi của mắt đối với vùng sáng và vùng tối. Sự thay đổi độ nhạy của mắt trong vùng sáng từ 3 đến 5 phút còn trong vùng tối từ 30 đến 50 phút. Bằng thực nghiệm, năm 1846 Veber đã chỉ ra rằng sự thay đổi cảm giác của mắt E phụ thuộc vào sự thay đổi t•ơng đối của độ chói. Nghĩa là. E = k. B/Bmin Trong đó: k là hệ số tỷ lệ B = Bmax-Bmin Bmin là độ chói cực tiểu tức nền sáng Tỷ số B/Bmin = o là độ t•ơng phản ng•ỡng Trong giới hạn bình th•ờng của độ chói B = 10 đến 1000 nít và  nhỏ nhất bằng 0,02 đến 0,05. c/ Khả năng phân giải của mắt Nếu gọi  là góc nhỏ nhất mà mắt có khả năng phân biệt đ•ợc hai điểm (trong truyền hình còn gọi là hai phần tử ảnh liên tiếp) chói thì khả năng phân giải đ•ợc định nghĩa là: V=1/ Khả năng phân giải phụ thuộc vào độ chói của mục tiêu quan sát, vào nền sáng, vào điều kiện quan sát và vào bản thân từng ng•ời. Bằng thực nghiệm trong những điều kiện bình th•ờng ng•ời ta đã xác định đ•ợc góc  = 1 - 1,5 phút. Nếu quan sát với góc  < 1 phút thì mắt ta không phân biệt đ•ợc hai điểm chói và ta cảm nhận đ•ợc d•ờng nh• chỉ có một điểm. Đặc tính này của mắt cho phép ta chọn số dòng tối •u cho một ảnh trong hệ thống truyền hình (Vấn đề này xin đ•ợc trình bày sau) GV: Nguyễn Vũ Thắng 8
10. Giáo trình môn học KTTH d/ Tính quán tính của mắt Mắt không có khả năng tức thời hay kết thúc B = 1 cảm giác về độ chói khi có max xung về độ chói xuất hiện 0,638 mà phải có sự trễ nhất định (hình 1-7). Đó là tính quán tính của mắt. Tính chất này 0,368 t phụ thuộc vào c•ờng độ ánh sáng, b•ớc sóng kích  1 2 thích, vào bản thân từng Hình 1.7 ng•ời và vào các điều kiện khác nhau. : Xung độ sáng : Quy luật tăng trưởng B1 : Quy luật giảm cảm giác của mắt B2 Quá trình bắt đầu và kết thúc cảm giác của mắt khi có xung độ sáng có thể đ•ợc biểu thị nh• sau: t 1 B1 Bmax (1 e ) T t  2 B2 Bmax e Trong đó: Bmax: là độ chói của xung ánh sáng 1: thời gian tăng tr•ởng của mắt, đ•ợc xác định từ giá trị B = 0 đến B = 0,638 B max 2: thời gian giảm của mắt, đ•ợc xác định từ giá trị B = Bmax đến B = 0,368 Bmax Trong những điều kiện bình th•ờng 1 khoảng 0,1 giây. Giá trị 2 lớn hơn 1 khoảng vài trục lần. Tính chất quán tính của mắt giúp ta nhận biết đ•ợc ảnh của mục tiêu không bị lấp lánh (ảnh liên tục) với tần số lặp lại của xung nhất định. Tần số cực tiểu của xung ánh sáng mà ở đó đảm bảo ảnh khôi phục liên tục gọi là tần số tới hạn của sự lấp lánh. Trong truyền hình tần số tới hạn fth ≈ 50Hz. 1.4. Biến đổi quang điện 1.4.1. Hiệu ứng quang điện Các thiết bị biến đổi năng l•ợng ánh sáng của ảnh thành tín hiệu điện là thành phần cơ bản của hệ thống truyền hình. Quá trình hoạt động của các thiết bị này dựa trên cơ sở hiệu ứng quang điện GV: Nguyễn Vũ Thắng 9
11. Giáo trình môn học KTTH Hiệu ứng quang điện là hiện t•ợng mà các điện tử vật chất đ•ợc giải phóng do tác dụng của tia sáng. Các điện tử này có thể đ•ợc tách ra khỏi vật chất vào không gian tự do, đó là hiệu ứng quang điện ngoại. Hoặc có thể trở thành các điện tử tự do ở trong vật chất làm thay đổi độ dẫn điện của nó, đó là hiệu ứng quang điện nội. Các điện tử đ•ợc giải phóng do tác dụng của ánh sáng gọi là các điện tử quang, và quá trình giải phóng chúng gọi là bức xạ quang (quá trình quang điện). Quá trình quang điện là một khâu của quá trình b iến đổi ảnh thành tín hiệu điện. Song quá trình giải phóng các điện tử xảy ra ở hiệu ứng quang điện ngoại và hiệu ứng quang điện nội là khác nhau. Đối với hiệu ứng quang điện ngoại, để có đ•ợc dòng quang điện tử từ điện cực nhạy sáng (katốt) đến điện cực thu nhận điện tử (anốt) thì giữa katốt và anốt quang cần duy trì một mức điện áp một chiều. Sự phụ thuộc của dòng quang điện tử i vào quang thông  tuân theo quy lụât Stôlecốp: i =  Trong đó:  là hệ số tỷ lệ đặc tr•ng cho độ nhạy của phần tử quang Trong thực tế sự thay đổi của dòng quang điện tử là tức thời so với sự thay đổi của quang thông của ánh sáng đến tần số 100 MHz. Vì vậy trong dải phổ của tín hiệu thị tần hiệu ứng quang điện ngoại là không tuyến tính. Để giải phóng một điện tử ra khỏi bề mặt của kim loại thì cần một năng l•ợng W. Năng l•ợng này gồm hai thành phần: phần năng l•ợng để v•ợt qua lực điện liên kết trong nút mạng tinh thể của kim loại (P) và phần năng l•ợng tới hạn cần thiết để điện tử tách ra khỏi kim loại với vận tốc V: 2 W = P + Wt = e U0 + 1/2 mV Trong đó: e: là điện tích của điện tử (e = 1,6.10-19C) U0: là điện thế đầu ra m: khối l•ợng của điện tử (m = 9,1.10-31Kg) Và năng l•ợng của ánh sáng (hf) cần thiết để giải phóng điện tử để thực hiện hiệu ứng quang điện ngoại là: 2 hf = e U0 + 1/2 mV trong đó: h: là hằng số Flăng; f: tần số bức xạ ánh sáng Nh• vậy ta có thể thấy rằng năng l•ợng điện tử đ•ợc hấp thụ chỉ phụ thuộc vào tần số ánh sáng f. Khi tần số ánh sáng giảm thì năng l•ợng hấp thụ của điện tử giảm và ng•ợc lại. Kết quả là tốc độ của điện tử bật ra khỏi bề mặt kim loại d•ới tác dụng của ánh sáng ứng với một tần số ánh sáng xác định. ứng với tần số ánh sáng mà vận tốc ban đầu bằng không (không còn hiệu ứng quang điện) ta gọi là tần số tới hạn f t hft = e U0 từ đó ft = e U0/h Do đó muốn có hiệu ứng quang điện ngoại thì tần số chiếu sáng cần phải lớn hơn tần số tới hạn. GV: Nguyễn Vũ Thắng 10
12. Giáo trình môn học KTTH Katốt quang đ•ợc đặc tr•ng bằng đặc tính phổ, thể hiện bằng sự phụ thuộc của dòng bão hoà vào tần số ánh sáng chiếu tới katốt quang với tần số nh• nhau. Với kat ốt quang là kim loại nguyên chất có đặc tính phổ nh• hình 1.8 i ft f Hình 1 - 8 Với katốt quang phức tạp, đặc tính phổ không tăng đơn điệu mà có thể tăng hoặc giảm theo tần số. Độ lớn các điểm cực đại, vị trí và số l•ợng của nó phụ thuộc vào thành phần cấu tạo của katốt quang. Hay đặc tính phổ của katốt quang nh• thế có tính chất chọn lọc theo tần số ánh sáng hình 1-9. Cs i CsO2 + Cs + Ag AgO 2 Ag 0.2 0.4 0.6 0.8 1  (m) Hình: 1-9 Trong truyền hình th•ờng sử dụng hai loại katốt quang: katốt quang đặc và katốt quang bán trong suốt. ở katốt quang đặc, các điện tử phát ra cùng phía với tia sáng (hình 1- 10); còn katốt quang bán trong suốt, các điện tử bắn ra theo phía ng•ợc lại với tia sáng (hình 1-11) GV: Nguyễn Vũ Thắng 11
13. Giáo trình môn học KTTH   i i  Cs Ag phủ Cs Mi ca Ag2O Hình 1-10 Hình 1-11 1.4.2. Nguyên lý tích luỹ điện tích Theo nguyên tắc của truyền hình, để truyền hình ảnh thì ng•ời ta phải phân chia hình ảnh đó ra thành các phần tử ảnh rồi truyền các tham số (độ chói, màu sắc ) của từng phần tử ảnh đó sang phái thu (vấn đề này sẽ đ•ợc đề cập kỹ ở ch•ơng 2). Tóm lại nếu số phần tử ảnh là N, quang thông của ảnh là  và l•ợng quang thông (ánh sáng) chiếu lên từng phần tử là /N; với N càng lớn thì tỷ số này càng nhỏ. ở một thời điểm ta chỉ truyền đ•ợc một phần tử ảnh, nên l•ợng quang thông có ích mà mỗi tế bào nhận đ•ợc cũng là /N, và rất nhỏ. Hệ thống truyền hình loại này gọi là hệ thống tác dụng tức thời và chỉ thực hiện đ•ợc khi tế bào quang điện có độ nhạy rất cao. Để có thể lợi dụng đ•ợc toàn bộ quang thông của ảnh khi truyền từng phần tử ảnh cần phải sử dụng nguyên tắc tích luỹ điện tích. Nguyên tắc này nh• sau. in C1 C 2 C Ura ảnh R N E + - Thanh quét Hình 1.-11 Trong hình 1-11các phần tử quang điện (các tế bào quang điện) đ•ợc mắc nối tiếp với các tụ điện C1 = C2 = = CN = C, và hằng số thời gian C1R = C2R = = CN R < . Trong đó  là thời gian thanh chạy (thanh quét) dừng lại ở điểm tiếp xúc, N là số phần tử ảnh. GV: Nguyễn Vũ Thắng 12
14. Giáo trình môn học KTTH Khi chiếu ảnh lên panen tế bào quang điện, khi đó mỗi tế bào quang điện sẽ có dòng điện chạy qua. in = .pt = .EptSpt Trong đó: pt là quang thông chiếu lên phần tử quang có diện tích Spt và c•ờng độ sáng Ept. Dòng điện này sẽ nạp cho các tụ điện t•ơng ứng trong khoảng thời gian một chu kỳ quét T. L•ợng điện tích nạp cho tụ c là: qn = in.T (mà q = C.U) Điện áp nạp cho tụ là: Un = in.T/C = .EptSpt.T/C Điện áp này tỷ lệ với quang thông chiếu tới phần tử quang hoặc tỷ lệ với c•ờng độ ánh sáng của nó. T•ơng ứng với độ chói của từng phần tử ảnh truyền, các tụ điện sẽ nạp với các mức điện áp khác nhau và trên tấm panen tế bào quang điện sẽ hình thành ảnh nổi điện thế (là hình dạng d•ới dạng điện tích của ảnh cần truyền). Trong thời gian thanh chạy tiếp xúc với điểm tiếp xúc, tụ điện t•ơng ứng sẽ phóng điện hoàn toàn qua R với dòng điện phóng ip, thời gian . Dòng điện phóng ip tạo trên R một sụt áp Ura = ip.R, đó chính là tín hiệu thị tần ra. Khi thanh chạy vừa rời khỏi tiếp xúc tụ điện lại đ•ợc nạp điện rồi lại phóng điện v v Nh• vậy ta đã biến đổi ánh sáng thành tín hiệu điện (tín hiệu thị tần) L•ợng điện tích phóng trong thời gian  là: qp = ip.  Theo định lý bảo toàn điện tích thì: qp = qn ta có ip/in = T/ Trong đó T là thời gian một vòng quét, chu kỳ quét ảnh TK = N.  ip/in = T/ = N. / = N Suy ra ip = in.N = .pt.N Mà pt.N là l•ợng quang thông toàn bộ ảnh  ip = . = .E.S Nh• vậy dòng điện phóng ip, từ đó tạo ra xung thị tần tỷ lệ với quang thông của ảnh đã làm việc trong chế độ tích luỹ điện tích. Cực bia là một trong các điện cực quan trọng của ống phát, nhờ có nó mà việc tạo các xung thị tần đ•ợc thực hiện theo nguyên tắc tích luỹ điện tích 1.4.3. Biến đổi điện – quang Nh• đã đ•ợc phân tích ở trên có thể thấy muốn truyền đ•ợc hình ảnh đi thì phải biến đổi hình ảnh đó thành tín hiệu điện (còn gọi là tín hiệu thị tần) bằng cách thực hiện chia hình ảnh quang đó thành các phần tử ảnh (kích th•ớc của phần tử ảnh tuỳ thuộc vào tiêu chuẩn của từng hệ truyền hình) rồi chuyển đổi độ chói trung bình của từng phần tử ảnh quang đó sang tín hiệu điện. Đối với quá trình biến đổi điện - quang (khôi phục ảnh quang) là quá trình ng•ợc lại, Tức là phải khôi phục độ chói của từng phần tử ảnh và sắp xếp các phần tử GV: Nguyễn Vũ Thắng 13
15. Giáo trình môn học KTTH ảnh đó đúng vị trí của nó và ta sẽ nhận đ•ợc ảnh quang cần truyền. Có hai ph•ơng pháp cơ bản để thực hiện. - Ph•ơng pháp thứ nhất: là dựa trên sự điều chế tín hiệu thị tần nguồn ánh sáng bên ngoài. Khi ta có nguồn sáng không đổi chiếu lên màn ảnh, sự thay đổi độ sáng của nguồn đ•ợc điều khiển bởi tín hiệu thị tần. Vì vậy hệ thống sử dụng ph•ơng pháp này gọi là hệ thống van ánh sáng có thể đ•ợc thực hiện bằng cơ - điện hoặc thay đổi độ trong suốt của vật thể đ•ợc chiếu sáng d•ới tác dụng của tr•ờng điện hoặc tia điện tử. - Ph•ơng pháp thứ hai: là dựa trên sự biến đổi trực tiếp từ dạng năng l•ợng này sang dạng năng l•ợng khác. Ph•ơng pháp này đ•ợc áp dụng rộng rãi để khôi phục ảnh truyền hình trong các hệ thống truyền hình. Sự biến đổi năng l•ợng có thể dựa trên hiện t•ợng phát sáng của katốt phát quang khi có tia điện tử đ•ợc điều chế bởi tín hiệu thị tần chiếu vào. Để thực hiện đ•ợc điều đó, có thể dùng ống tia điện tử có màn huỳnh quang. Đặc điểm của màn huỳnh quang là ở môi tr•ờng chân không, khi có tia điện tử đập vào đó nó sẽ sáng lên. C•ờng độ sáng tỷ lệ với công suất của tia điện tử ở thời điểm nó đập tại mỗi điểm vào màn. Nếu dùng tín hiệu hình để điều chế tia điện tử của ống tia, sao cho ở thời điểm ứng với phần tử trắng của hình ảnh tia điện tử có công suất lớn và ứng với phần tử đen tia điện tử có công suất bé. GV: Nguyễn Vũ Thắng 14
16. Giáo trình môn học KTTH Ch•ơng II: Nguyên lý truyền hình 2.1. Nguyên tắc của truyền hình 2.1.1. Khái quát chung Truyền hình, nh• tên gọi của nó là hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện rồi truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị trên màn hình d•ới dạng hình ảnh. Truyền hình dựa trên đặc điểm cảm nhận ánh sáng của mắt ng•ời để truyền thông tin cần thiết. Để truyền một vật vô cùng nhỏ (điểm a) trong không gian (ta tạm gọi là một phần tử ảnh hoặc một điểm ảnh) thì phải truyền tất cả các tham số của điểm đó nh•: a = f (Ba, a, pa, xa, ya, za) Trong đó: Ba là độ chói (độ sáng) của điểm a a là b•ớc sóng ánh sáng của điểm a Pa là độ sạch màu (độ bão hoà màu) của điểm a xa, ya, za là toạ độ không gian của điểm a Tổng quát: Giả sử đối t•ợng cần truyền là một vật thể V Để truyền đối t•ợng là vật thể V ta phải chia V ra thành các phần tử ảnh nhỏ (N phần tử), mỗi phần tử ảnh t•ơng ứng nh• một điểm ảnh a đã đ•ợc giới thiệu ở trên và phải truyền tất cả các tham số của các phần tử ảnh đó, tức là: a N V  f (Ba , a , pa , xa , ya , za ) a 1 Muốn truyền tất cả các tham số trên thì phải biến đổi nó thành tín hiệu điện d•ới dạng điện áp U hoặc dòng điện I Hình 2 - 1 hoặc tần số f hoặc góc pha vv 2.1.2. Nguyên tắc truyền hình Để có thể truyền tất cả các phần tử ảnh a trong đối t•ợng V ở trên ta có thể tiến hành truyền đồng thời hoặc lần l•ợt các phần tử ảnh đó. 2.1.2.1. Nguyên tắc truyền đồng thời các phần tử ảnh Để giải thích ph•ơng pháp này ta dựa trên mẫu truyền hình sau. Hình 2-2 là mẫu truyền hình đầu tiên do nhà bác học Nga Lôđ•ghin đ•a ra năm 1873. ảnh cần truyền là một chữ T qua thấu kính đ•ợc đ•a đến tấm sêlen, trong tấm sêlen có chứa các tế bào quang điện (điện trở của tế bào quang điện thay đổi theo l•ợng ánh sáng chiếu vào). Từng tế bào quang điện đ•ợc cung cấp bởi nguồn điện (pin hoặc ắc quy) và tải của nguồn điện là từng bóng đèn lắp trên một panô. GV: Nguyễn Vũ Thắng 15
17. Giáo trình môn học KTTH + _ + _ Thấu kính Sê len Pa nô _ + ảnh Hình 2 - 2 Do độ sáng của ảnh thay đổi dẫn đến điện trở của từng tế bào quang điện cũng thay đổi, dẫn đến dòng điện qua từng cặp dây dẫn thay đổi, dẫn đến độ sáng của từng bóng đèn thay đổi và hình trên tấm panô phản ánh đúng ảnh của vật cần truyền. ở ví dụ này ảnh của vật cần truyền đ•ợc chia thành các phần tử ảnh t•ơng ứng bằng số tế bào quang điện, bằng số cặp dây dẫn và bằng số bóng đèn. Việc truyền các phần tử ảnh đ•ợc truyền một cách đồng thời. Để phản ánh chính xác ảnh của vật cần truyền thì số phần tử ảnh N phải rất lớn (khoảng 500.000 phần tử), tức số cặp dây dẫn và số bóng đèn phải rất lớn. Vì vậy nguyên tắc ph•ơng pháp truyền hình loại này là đúng nh•ng không thể thực hiện đ•ợc vì hệ thống quá phức tạp và cồng kềnh. 2.1.2.2. Nguyên tắc truyền lần l•ợt các phần tử ảnh ở nguyên tắc này theo thời gian các phần tử ảnh đ•ợc truyền một cách lần l•ợt, nhờ đó thay vì đ•ờng truyền cần rất nhiều kênh thông tin (các cặp dây dẫn) nh• đối với nguyên tắc truyền hình đồng thời, mà lúc này chỉ cần một đ•ờng truyền và chỉ cần một kênh thông tin (một cặp dây dẫn). Ph•ơng pháp này đ•ợc minh họa nh• sau: Trong sơ đồ hình 2-3, việc truyền lần l•ợt các phần tử ảnh đ•ợc thực hiện nhờ thiết bị quét ở đầu phát và việc lặp lại ảnh của từng phần tử ảnh nhờ thiết bị quét ở đầu thu. Quá trình quét ở đầu phát và đầu thu phải hoàn toàn đồng bộ và đồng pha với nhau. Nguyên tắc truyền hình loại này là thực tế vì cấu trúc của hệ thống đơn giản nên đ•ợc áp dụng trong tất cả các hệ thống truyền hình hiện nay. GV: Nguyễn Vũ Thắng 16
18. Giáo trình môn học KTTH Sê len Panô + _ Thu Phát Hình 2 - 3 2.1.3. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống truyền hình đen trắng Hình ống ảnh kính A’ Bộ chuyển Bộ KĐ và Kênh Bộ chuyển Bộ KĐ Quan đổi ảnh - tín gia công thông đổi tín hiệu tín hiệu sát hiệu tín hiệu tin - ảnh Cảnh vật A Bộ tạo Bộ tách xung xung đồng bộ đồng bộ Hình 2 - 4: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng Trên sơ đồ hình 2-4, khi ảnh của vật cần truyền đi qua hệ thống quang học của máy phát (camera) hội tụ trên catốt quang điện của bộ chuyển đổi ảnh - tín hiệu. ở bộ chuyển đổi này ảnh quang đ•ợc biến đổi thành tín hiệu điện. Tín hiệu điện mang tin tức về hình ảnh gọi là tín hiệu hình hay tín hiệu video và quá trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện gọi là quá trình phân tích ảnh, phần tử thực hiện quá trình chuyển đổi này chính là ống phát hình. GV: Nguyễn Vũ Thắng 17
19. Giáo trình môn học KTTH Tín hiệu hình đ•ợc khuếch đại (KĐ), gia công rồi truyền đi trên kênh thông tin (hữu tuyến hoặc vô tuyến) sang phía thu. ở phía thu, tín hiệu hình đ•ợc KĐ lên đến mức cần thiết rồi đ•a tới bộ chuyển đổi tín hiệu - hình ảnh để chuyển tín hiệu hình nhận đ•ợc thành tín hiệu quang (chuyển đổi năng l•ợng điện thành năng l•ợng ánh sáng). Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang gọi là quá trình tổng hợp ảnh, dụng cụ dùng để thực hiện quá trình này gọi là ống thu hình. Quá trình chuyển đổi tín hiệu - ảnh phải hoàn toàn đồng bộ và đồng pha với quá trình chuyển đổi ảnh - tín hiệu, thì mới khôi phục đ•ợc ảnh truyền hình. Để thực hiện đ•ợc quá trình đồng bộ và đồng pha, trong hệ thống truyền hình phải dùng một bộ tạo xung đồng bộ (vấn đề tạo xung đồng bộ đ•ợc nói rõ ở phần sau). Xung đồng bộ đ•ợc đ•a đến bộ chuyển đổi ảnh - tín hiệu để khống chế quá trình phân tích ảnh, đồng thời đ•a đến bộ KĐ và gia công tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình rồi truyền sang phía thu, tín hiệu hình đ•ợc cộng với xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình. ở phía thu xung đồng bộ đ•ợc tách ra khỏi tín hiệu truyền hình dùng để khống chế quá trình tổng hợp ảnh (khôi phục ảnh). 2.2. Tín hiệu thị tần 2.2.1. Dạng của tín hiệu hình Trắng Xám Đen a a’ U T X Đ t Hình 2-5: Chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện Giả sử cho một ảnh truyền hình giống nh• hình trên, tia điện tử quét theo dòng aa’. Với thiết diện tia điện tử đúng bằng kích th•ớc của phần tử ảnh và có giá trị rất nhỏ so với chi tiết ảnh. Điều đó có nghĩa trị tức thời của tín hiệu hình tỷ lệ với mức chói ở từng thời điểm cða °nh theo dòng aa’. Kết luận: GV: Nguyễn Vũ Thắng 18
20. Giáo trình môn học KTTH - Tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính vì độ chói của ảnh có trị số d•ơng biến đổi từ không đến giá trị d•ơng cực đại. Nên tín hiệu hình t•ơng ứng cũng có một cực tính hoặc là d•ơng, hoặc là âm. Nói cách khác tín hiệu truyền hình có chứa thành phần trung b ình (là thành phần một chiều). Trị trung bình của tín hiệu theo dòng tỷ lệ với độ chói trung bình của dòng đó. Trị trung bình của tín hiệu đối với mỗi ảnh tỷ lệ với độ chói trung bình của ảnh đó. Do tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính nên khi đo l•ờng không đo theo trị số hiệu dụng mà đo theo trị số giữa đỉnh với đỉnh (hiệu số giữa mức max với mức min của tín hiệu). - Tín hiệu hình nói chung là tín hiệu không có chu kỳ (trừ khi truyền ảnh tĩnh) +/ ảnh tĩnh: có chu kỳ lặp lại bằng chu kỳ tần số ảnh. +/ ảnh tĩnh là những dải sọc thẳng đứng: chu kỳ lặp lại ảnh bằng chu kỳ dòng (vì tín hiệu trên các dòng là không đổi) Trong một chu kỳ quét TH đ•ợc chia làm hai: thời gian quét thuận bằng 82 đến 84% TH và thời gian quét ng•ợc bằng 16 đến 18% TH. Trong khoảng thời gian quét ng•ợc không mang thông tin của ảnh nên đ•ợc dùng để truyền xung tắt dòng (xung xoá dòng). u Mức trắng Mức đen Mức xung tắt Mức xung đồng bộ H t 3TH V XH TH XV Trong đó: - TH: là chu kỳ qúet dòng - V: là XĐB mành thuờng bằng 2,5 TH - XH, XV: là độ rộng của các xung xoá dòng và xoá mành tuơng ứng. Trong đó XV= 23 á30TH Hình 2-6: Tín hiệu hình đầy đủ Đối với xung xoá mành (xung tắt mặt) khi tia điện tử quét hết một ảnh, tức là quét một l•ợt qua tất cả các dòng của ảnh từ trên xuống d•ới sau đó tia điện tử chuyển động từ d•ới lên trên để thực hiện quét ảnh (mành) tiếp theo gọi là thời gian quét ng•ợc ảnh. Trong thời gian này tín hiệu không mang thông tin của ảnh nên có khả năng ảnh h•ởng (gây nhiễu) cho tín hiệu hình. Để tránh hiện t•ợng đó thì trong thời gian quét ng•ợc của ảnh đ•ợc dùng để truyền các xung tắt mặt (xung xoá mành) có tác dụng làm tắt các tia điện tử của ống thu trong thời gian quét ng•ợc của ảnh. Thời gian quét ng•ợc này chiếm khoảng 23 đến 30 TH. Nh• vậy xung tắt dòng (xung xoá dòng) xuất hiện sau mỗi dòng và xung tắt mặt xuất hiện sau mỗi mành. Mức đỉnh của các xung tắt đ•ợc chọn v•ợt quá mức đen một ít để đảm bảo tắt hoàn toàn tia điện tử ở ống thu trong thời gian quét ng•ợc nên còn gọi là mức quá đen. GV: Nguyễn Vũ Thắng 19
21. Giáo trình môn học KTTH +/ Các xung đồng bộ cũng đ•ợc truyền trong thời gian quét ng•ợc với mục đích để khống chế các 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 hình. Tín hiệu đồng bộ đ•ợc tạo ra và truyền đi trên kênh thông tin cùng với tín hiệu hình, tổng hợp của tín hiệu hình với tín hiệu đồng bộ cho ta tín hiệu truyền hình. Tín hiệu đồng bộ dòng đ•ợc đặt trên đỉnh của xung xóa dòng; tín hiệu đồng bộ mành đ•ợc đặt trên đỉnh của xung xóa mành. - Trong khoảng thời gian xóa mành th•ờng khá lớn so với thời gian của một dòng quét. Xung đồng bộ mành có độ rộng từ 2,5 đến 3 chu kỳ quét dòng nhằm tạo ra quá trình đồng bộ chính xác. - Tín hiệu đồng bộ mành còn mang theo các xung cân bằng. Đó là các chuỗi xung cân bằng nằm tr•ớc và sau xung đồng bộ mành trong khoảng thời gian xóa mành. Khoảng cách và thời gian giữa các xung cân bằng đ•ợc xác định khác nhau tùy theo các hệ truyền hình. Tín hiệu hình đã đ•ợc cộng cả xung tắt và xung đồng bộ đ•ợc gọi là tín hiệu truyền hình đầy đủ. 2.2.2. Phổ tín hiệu hình a/ Xác định phổ Xác định phổ của tín hiệu hình chính là xác định các thành phần xoay chiều của tín hiệu. - Với chi tiết lớn của ảnh là các thành phần tần số thấp - Với chi tiết nhỏ của ảnh là các thành phần tần số cao Cách xác định phổ tín hiệu hình ta chỉ cần xác định tần số thấp nhất và cao nhất của tần phổ (chính là xác định giới hạn d•ới và giới hạn trên của tần phổ), sau đó mới khảo sát sự phân bố phổ trong giới hạn đã xác định. +/ Xác định thành phần thấp nhất của tần phổ tín hiệu hình U U U2 U1 Tín hiệu B1 Màu trắng (w) một chiều (không phải B2 phổ) x x b/ a/ Hình 2-7: Xác định thành phần thấp nhất của tần phổ tín hiệu hình GV: Nguyễn Vũ Thắng 20
22. Giáo trình môn học KTTH Thành phần thấp nhất của tần phổ đ•ợc xác định bằng tần số quét mành (hình a). Thấp hơn nữa khi truyền ảnh chỉ có một mức chói đồng đều (hình b) đó chính là các thành phần một chiều (không phải phổ). Nh• vậy thành phần thấp nhất của phổ tín hiệu hình bằng tần số quét mành. Điều này luôn đúng với bất kỳ một dạng hình ảnh phức tạp nào. +/ Xác định thành phần cao nhất của tần phổ tín hiệu hình Việc xác định thành phần cao nhất là rất phức tạp. Một điều dễ thấy rằng, muốn tăng độ rõ của ảnh truyền hình thì phải khôi phục lại đ•ợc các chi tiết nhỏ của ảnh truyền hình. b Thực tế cho thấy hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại đ•ợc ảnh với chi tiết có kích th•ớc xấp xỉ phần tử ảnh. Trong đó kích th•ớc một phần tử ảnh đ•ợc h xác định bằng ô vuông, mỗi cạnh bằng chiều rộng của một dòng quét. Vì vậy mà số dòng quét càng lớn thì kích th•ớc của phần tử ảnh càng nhỏ và ảnh càng rõ ràng. Độ rộng tần phổ của tín hiệu hình còn phụ thuộc Hình 2-8: Xác định thành phần cao nhất của phổ tín hiệu hình vào vận tốc của tia quét. Nghĩa là phụ thuộc vào thời gian truyền đi toàn bộ các phần tử ảnh. Ví dụ: Phân tích một ảnh có dạng gồm các dải sọc đen và trắng xen kẽ, thẳng đứng. Độ rộng của mỗi dải sọc bằng độ rộng của một dòng quét - Gọi Ka = b/h là tỷ lệ khuôn hình của màn hình - Z là số dòng quét trên một ảnh Nếu tia điện tử quét hết Z dòng thì t•ơng ứng quét hết chiều cao của màn hình là h. Gọi x là số sọc trắng, đen theo chiều rộng b đ•ợc tính bởi công thức Z x = .b = Z.K h a Số cặp dải sọc đen - trắng là Z.Ka/2. Thời gian tia điện tử quét hết một cặp dải đen- trắng chính là chu kỳ của tín hiệu và là tần số cao nhất của tín hiệu hình cần phải truyền đi. Tính thời gian để truyền một phần tử ảnh (tpt). 2 Số phần tử ảnh có đ•ợc trên một ảnh là: Na=Ka.Z.Z=Ka.Z Trong đó: Ka.Z là số sọc trắng-đen theo chiều rộng b và Z là số dòng quét theo chiều cao h. Nếu số ảnh truyền trong một giây là na thì số phần tử ảnh truyền đi trong một giây đó 2 là: N = na.Na = na.Ka.Z . Do vậy thời gian truyền một phần tử ảnh sẽ là : 1 1 t pt 2 N na K a Z Vậy thành phần tần số cao nhất của tín hiệu hình là 2 1 na .K a .Z f c ( ) 2ttp 2 GV: Nguyễn Vũ Thắng 21
23. Giáo trình môn học KTTH Thực tế không phải toàn bộ thời gian quét là có ích mà chỉ có ích trong thời gian quét thuận của tín hiệu hình mới mang tin tức, còn thời gian quét ng•ợc không mang tin tức. Tuy nhiên, để dễ cho quá trình tính toán thì giả sử các thời gian quét ng•ợc (dòng, mành) không ảnh h•ởng nhiều tới tần số tín hiệu hình và coi hệ thống hoàn toàn là lý t•ởng (nghĩa là hệ thống có khả năng phân tích đến mức thấy đ•ợc các chi tiết ảnh có kích th•ớc bằng phần tử ảnh) Thay na = 50; Ka = 4/3; Z = 625 ta thu đ•ợc fc = 13 MHz Với tần số fc nh• trên là quá rộng gây khó khăn cho việc truyền tin. Bởi lẽ: trong một khoảng tần số đã cho chứa đ•ợc ít đ•ờng thông tin và các thiết bị xử lý thông tin phải có dải thông làm việc rất rộng (bằng 13 MHz), mức nhiễu lớn làm giảm tỷ số S/N nên khó khăn trong việc chế tạo. Yêu cầu: Phải làm giảm dải phổ của tín hiệu hình xuống. Từ biểu thức (*) cho thấy tần số fc phụ thuộc nhiều vào số dòng quét Z và số ảnh truyền trong một giây na. Để giảm fc có thể thực hiện: - Giảm số dòng quét Z. Nh•ng khi giảm Z thì sẽ giảm độ rõ của ảnh và đây là điều không mong muốn. - Giảm tần số ảnh na truyền trong một giây. Nh•ng khi giảm na nhỏ hơn 45 đến 50 thì màn ảnh sẽ bị nhấp nháy gây khó chịu cho ng•ời xem. Trong thực tế ng•ời ta thực hiện quét xen kẽ (quét xen dòng). Trong đó một ảnh đ•ợc chia làm hai bán ảnh là bán ảnh chẵn và bán ảnh lẻ. Trong một giây số bán ảnh truyền vẫn là 50 còn số ảnh thực truyền chỉ là 25. khi đó: n K .Z 2 f a . a 6,5(MHz) ( ) c 2 2 Biểu thức ( ) rất hợp lý với một kênh truyền hình Chú ý: Sở dĩ thực hiện quét xen dòng là lợi dụng vào đặc tính của mắt không thể nhận biết sự thay đổi giữa hai dòng liên tiếp. b/ Hình dạng phổ tín hiệu hình Tần số của tín hiệu hình khi quét cách dòng có thành phần thấp nhất bằng tần số mặt (tần số mành), và thành phần cao nhất tuân theo biểu thức ( ). Nếu ảnh có nội dung nh• hình 2-7a, phổ tín hiệu hình chỉ gồm thành phần tần số mặt và các hài bậc cao của nó. Nếu ảnh có nội dung nh• hình 2-8, thì phổ tín hiệu hình chỉ gồm các thành phần fc và các hài của nó. Hài bậc cao fc không cần truyền đi, bởi vì méo s•ờn xung đối với các chi tiết ảnh nhỏ mắt không có khả năng phát hiện. Tr•ờng hợp tổng quát ảnh có nội dung phức tạp: độ chói biến đổi từ trái qua phải và từ trên xuống d•ới, tần phổ tín hiệu sẽ chiếm hết khoảng tần số từ tần số thấp nhất f V đến tần số cao nhất fc. Đối với ảnh động thì tín hiệu hình là tín hiệu không chu kỳ. Chỉ trừ khi truyền ảnh tĩnh là tín hiệu hình có chu kỳ, tính chu kỳ ở đây là do nguyên lý quét quyết định. Giả sử nếu coi tần số quét mành bằng không và thời gian quét ng•ợc của dòng quá nhỏ so với chu kỳ quét dòng. Đối với ảnh đứng yên, độ chói sẽ chỉ biến thiên theo chiều GV: Nguyễn Vũ Thắng 22
24. Giáo trình môn học KTTH ngang, tín hiệu hình sẽ chỉ lặp lại theo chu kỳ tần số dòng. Do đó phổ tín hiệu hình là phổ gián đoạn gồm thành phần tần số dòng và các hài bậc cao của nó cho đến hài bằng tần số f c. Nếu độ chói biến thiên theo cả chiều dọc và chiều ngang thì ở hai bên mỗi hài tần số dòng đều có các biên tần. Các thành phần của biên tần đều cách tần số trung tâm (hài tần số dòng) một khoảng bằng tần số mành hoặc hài của tần số mành. Từ những phân tích ở trên ta có thể thấy tần phổ của tín hiệu hình là phổ gián đoạn , gồm các hài của tần số mành và các nhóm phổ quanh hài của tần số dòng (xem hình 2-9) A fv fH 2fv fH - fv fH + fv 2fH 2fH + fv 3fH nfv fH + nfv f Hình 2-9: Phổ tín hiệu hình Đặc điểm của phổ tín hiệu hình là giữa các nhóm phổ hài tần số dòng tồn tại các khoảng trống và có thể lợi dụng các khoảng trống này để truyền các tín hiệu khác . Tính chất này đặc biệt đ•ợc ứng dụng trong truyền hình màu, phổ tín hiệu màu đ•ợc sắp đặt vào khoảng trống của phổ tín hiệu chói. Trong các hệ thống truyền hình công nghiệp cũng lợi dụng vào khoảng trống này để truyền các tín hiệu kiểm tra. Đối với ảnh di động (truyền các vật di động), các nhóm phổ tín hiệu hình không còn là phổ gián đoạn mà là những nhóm phổ liên tục, vì tần phổ của tín hiệu của ảnh sau không giống với tần phổ của tín hiệu của ảnh tr•ớc. Tr•ờng hợp các vật chuyển động nhanh, các nhóm phổ sẽ xê dịch trong khoảng gần với hài của tần số dòng, nên khi quan sát trên màn máy phân tích phổ sẽ thấy các nhóm phổ liên tục. Tuy nhiên do khả năng l•u ảnh của mắt không thể quan sát đ•ợc các ảnh chuyển động với vận tốc quá nhanh, nên thực tế trong truyền hình chỉ truyền đi các vật chuyển động chậm (so với tốc độ đổi ảnh). Vì vậy phần năng l•ợng chủ yếu của tín hiệu hình chỉ tập trung gần các hài của tần số dòng, độ rộng của các nhóm phổ chứa phần năng l•ợng chủ yếu đó hẹp hơn một nửa khoảng cách giữa hai tần số dòng kề nhau. 2.3. Các tham số của ảnh truyền hình Khi quan sát ảnh thông qua màn hình máy thu bằng thị giác (bằng mắt) cần đảm bảo trên màn hình máy thu hình ảnh khi khôi phục có các đặc tr•ng cơ bản dễ nhận thấy nh•: màu sắc, kích th•ớc hình học, kích th•ớc t•ơng đối, sự phân bố độ sáng, sự chuyển động t•ơng đối của mục tiêu. Mỗi hệ thống truyền hình có các chỉ tiêu riêng, tuy nhiên chúng đều có chung các tham số cơ bản: kích th•ớc, độ chói, độ t•ơng phản và số l•ợng cấp chói, độ nét, tính đồng dạng và tỷ số tín hiệu trên nhiễu (S/N). GV: Nguyễn Vũ Thắng 23
25. Giáo trình môn học KTTH 2.3.1. Kích th•ớc ảnh Việc lựa chọn kích th•ớc của ảnh truyền hình hoàn toàn dựa vào tính chất của thị giác của con nguời (hình 2-10). d h b Hình: 2-10 Mắt quan sát tốt nhất khi ảnh có hình chữ nhật với chiều rộng là b, chiều cao là h và tỷ số: k = b/h = 4/3 (trong chiếu phim tỷ lệ này là 11/8) Trong đó k gọi là tỷ lệ khuôn hình. Khoảng cách quan sát tốt nhất khi d = (5 á 6)h. Với khoảng cách này mắt cảm thấy sự liên tục của ảnh khi số dòng quét chỉ khoảng 500 đến 600 dòng. Trong các hệ thống truyền hình với mục đích đặc biệt, hình dạng của ảnh có thể chọn khác đi, nó phụ thuộc vào dạng của mục tiêu quan sát, vào mục đích sử dụng hiệu quả katốt phát quang của ống phát hình, vào màn ảnh máy thu 2.3.2. Độ chói Độ chói (hoặc độ sáng) của ảnh truyền hình không thể xác định đơn trị nh• xác định kích th•ớc của nó. Độ chói t•ơng ứng với việc khôi phục ảnh tốt nhất phụ thuộc vào góc quan sát, tính chất của thị giác và nội dung của ảnh. Dải độ chói mà mắt có thể cảm nhận đ•ợc thực tế là rất lớn, khoảng 108. Tuy nhiên trong trong dải chói này mắt cảm nhận không nh• nhau mà theo quy luật hàm mũ. Trong thực tế dải độ chói trung bình từ 30 đến 40 nít hoàn toàn có thể quan sát các chi tiết của ảnh mà mắt không bị mệt mỏi. 2.3.3. Độ t•ơng phản và số l•ợng cấp chói Độ t•ơng phản ảnh đ•ợc xác định bằng tỷ số của độ chói cực đại và độ chói cực tiểu. K = Bmax/Bmin Đây chính là biểu diễn dải độ chói. Trong tự nhiên, dải độ chói đạt đ•ợc rất lớn khoảng 108 lần. Nh•ng ảnh trong thực tế chỉ thay đổi vài trăm lần. Đối với ảnh truyền hình độ t•ơng phản bằng 30 đến 40 coi nh• là tốt. Độ t•ơng phản ảnh phụ thuộc vào đặc tính của hệ thống truyền hình và phụ thuộc vào điều kiện quan sát ảnh. Nh• đã biết trong phần 1.3.2b, theo quy luật Veber thì sự thay đổi cảm giác của mắt phụ thuộc vào sự thay đổi t•ơng đối của độ chói. Với dải độ chói t•ơng đối rộng thì độ nhạy GV: Nguyễn Vũ Thắng 24
26. Giáo trình môn học KTTH t•ơng phản của mắt  coi nh• không đổi và nằm trong giới hạn 0,02 đến 0,05. Khi cho tr•ớc độ t•ơng phản K thì có thể xác định đ•ợc số l•ợng bậc chói thay đổi đó. Bậc đầu tiên của độ chói B1 đ•ợc xác định: B1 = Bmin + 0Bmin = (1 + 0)Bmin Trong đó: 0 là độ t•ơng phản ng•ỡng. Bậc thứ hai B2: 2 B2 = B1 + 0B1 = (1 + 0)Bmin + 0(1 + 0)Bmin = (1 + 0) Bmin Bậc thứ ba B3: 3 B3 = (1 + 0) Bmin Bậc cuối cùng Bmax: n Bmax = (1 + 0) Bmin Từ cách tính toán trên ta có số l•ợng bậc chói: B ln max B n = min ln 1 0 Khai triển ln(1+0) ta nhận đ•ợc: B ln max B 2,3 B n = min .lg max 0 0 Bmin Độ t•ơng phản cực đại của mắt bằng 100, nghĩa là Bmax/Bmin = 100 và 0 = 0,05 thay vào biểu thức trên ta nhận đ•ợc số l•ợng cấp chói cực đại của ảnh truyền hình mà mắt ng•ời có thể phân biệt đ•ợc. 2,3.lg100 n = 92 0,05 Nh• đã nói ở các phần tr•ớc các thiết bị biến đổi quang - điện (ống phát hình) và thiết bị biến đổi điện - quang (ống thu hình) có hàm truyền đạt là phi tuyến. Nên tín hiệu khi thu đ•ợc có số l•ợng cấp chói không giống nh• bên phía phát sẽ làm giảm độ t•ơng phản của ảnh truyền hình (đó chính là méo ). Để khắc phục điều này ở phía phát có sử dụng mạch sửa méo  tại camera. 2.3.4. Độ nét Độ nét của ảnh truyền hình đ•ợc xác định bởi kích th•ớc t•ơng đối của phần tử ảnh. Độ nét đặc tr•ng cho sự phân biệt các chi tiết ảnh nhỏ. Độ nét phụ thuộc vào khả năng phân giải của mắt và các khâu của hệ thống truyền hình. GV: Nguyễn Vũ Thắng 25
27. Giáo trình môn học KTTH Trong điều kiện bình th•ờng, góc nhỏ nhất có thể cho phép quan sát giữa hai điểm sáng trên màn ảnh (giữa hai dòng liên tiếp) khoảng 1 đến 1,5 phút. Điều này cho phép xác định số dòng quét trong một ảnh (hình 2-11) b  h d hình 2-11 Gọi Z là số dòng quét trên một ảnh truyền hình đ•ợc tính bởi công thức Z = / Xác định theo d và h. Nh• đã nói ở trên ta chọn  = 1 phút = 1’ ta nhận đ•ợc = 2 arctg (h/2d) = 2arctg1/2.5 110 Và Z = / = 11.60/1 = 660 dòng 2.3.5. Méo hình học Đây là một trong những tham số quan trọng để đánh giá chất l•ợng của ảnh truyền hình. Để ảnh không bị méo cần phải giữ tỷ lệ xích các điểm bất kì trên ảnh nhận đ•ợc giống nh• ảnh truyền. Trong các hệ truyền hình sử dụng ph•ơng pháp quét tuyến tính (quét lần l•ợt h oặc xen dòng) yêu cầu điện áp hoặc dòng điện quét dòng và mành phải có dạng răng c•a (tuyến tính) ở đầu phát giống nh• ở đầu thu. Việc không thực hiện các điều kiện này sẽ làm cho tỉ lệ xích không đều ở toạ độ các điểm bất kì trên màn ảnh của máy thu, nghĩa là có méo hình học. Trên hình 2-12(a) biểu diễn ảnh không có méo hình học (hình ca rô đều). ảnh trên hình 2-12(b) có méo do đ•ờng quét dòng không có tuyến tính, ảnh trên hình 1-30(c) bị méo do đ•ờng quét mành không tuyến tính. ảnh trên hình 1-30(d), 1-30(e) bị méo là do tỉ lệ xích không t•ơng ứng (không đồng dạng) giữa ảnh nhận đ•ợc (trên màn ảnh của máy thu ) và ảnh truyền (ở đầu phát). Ngoài ra còn có một số loại méo khác nh•: méo gối, méo hình thang, méo do tần số GV: Nguyễn Vũ Thắng 26
28. Giáo trình môn học KTTH c) a) b) dmax dmin e) d) Hình 2-12 Méo hình học đ•ợc đánh giá bằng hệ số méo  và đ•ợc tính bởi biểu thức: d d 2.(d d )  max min .100% max min .100% dmax dmin dmax dmin 2 Trong truyền hình hệ số méo  cho phép bằng 15%. 2.3.6. Nhiễu trên ảnh truyền hình Trong kỹ thuật truyền hình các loại nhiễu đặc tr•ng gồm: tạp âm xáo động; điện áp hình sin từ mạng điện l•ới (nhiễu nền); do dao động cao tần và nhiễu xung. Tạp âm và nhiễu nền phát sinh trực tiếp từ việc hình thành và truyền tín hiệu truyền hình. Còn nhiễu cao tần, nhiễu xung do các nguyên nhân bên ngoài và bằng nhiều con đ•ờng khác nhau thâm nhập vào kênh truyền hình. Tạp âm xáo động (gọi tắt là tạp âm) là một trong những nhân tố quan trọng làm giảm chất l•ợng ảnh truyền hình. Nó phát sinh trong quá trình biến đổi ảnh thành các xung thị tần, trong quá trình KĐ và truyền tín hiệu đi xa. Nói một cách dễ hiểu thì tạp âm là một loại nhiễu do chính hệ thống thông tin đó gây ra. Trong truyền hình khi tính tới ảnh h•ởng của tạp âm sẽ làm giảm độ nhạy của ống phát hình, giảm cự ly truyền tín hiệu Việc khử tạp âm đối với các hệ thống thông tin t•ơng tự nói chung là rất khó khăn và các thiết bị xử lý sẽ rất phức tạp. Sự có mặt của tạp âm trong tín hiệu truyền hình sẽ làm thay đổi độ chói của điểm ảnh. Điều đó dẫn đến giảm độ t•ơng phản ảnh và giảm số l•ợng cấp chói khôi phục, độ nét của ảnh sẽ kém, chất l•ợng ảnh bị sấu. Để đánh giá chất l•ợng của tín hiệu ng•ời ta lấy tỷ số S/N (tín hiệu/tạp âm) làm chuẩn và yêu cầu tỷ số này phải lớn hơn 1. Ngoài ra tín hiệu còn bị chịu ảnh h•ởng của các loại nhiễu khác nh•: nhiễu dao động tần số cao (nhiễu chu kỳ); nhiễu xung do tác động từ các xung điện từ bên ngoài tác động GV: Nguyễn Vũ Thắng 27
29. Giáo trình môn học KTTH đến, làm cho ảnh truyền hình có các dải trắng, đen ngang dọc hay nghiêng chuyển động hoặc đứng yên hoặc ảnh sẽ bị nhấp nháy do mất đồng bộ (dòng, mành) trong thời gian ngắn. 2.4. Sự biến đổi ảnh thành tín hiệu điện và quá trình tái tạo ảnh 2.4.1. Thiết bị phát hình Thiết bị phát hình có nhiệm vụ biến đổi ảnh quang thành tín hiệu điện. 2.4.1.1. Yêu cầu và phân loại +/ Thiết bị phát hình có các yêu cầu sau. - Độ nhạy cao để duy trì đ•ợc tín hiệu khi độ chói thấp. - Làm việc trong dải độ chói rộng. - Tạo cấp chói đúng. - Khả năng phân giải lớn. - Tỷ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) lớn. - Quán tính nhỏ. Yêu cầu khi khai thác sử dụng: có thời gian phục vụ lâu dài, tin cậy, đơn giản khi sử dụng, kích th•ớc nhỏ. +/ Phân loại: theo nguyên lý làm việc có thiết bị phát hình dùng ống tia điện tử, thiết bị phát hình dùng tinh thể, thiết bị phát hình có sử dụng nguyên lý tích luỹ điện tích và không sử dụng nguyên lý tích luỹ điện tích. 2.4.1.2. ống DISECTOR ống phát hình Disector thuộc hệ thống tác dụng tức thời (không sử dụng nguyên lý tích luỹ điện tích) sử dụng hiệu ứng quang điện ngoại. Cấu trúc của Disector hình 2-13 gồm katốt quang bán trong suốt 1; anốt 2 có lỗ 6 ở tâm, đ•ờng kính của lỗ 6 bằng kích th•ớc của một phần tử ảnh; bộ nhân điện tử 3 gồm nhiều điện cực đinốt; cực góp 8 đ•ợc mắc với điện trở Rt; cuộn làm lệch 4 (lệch dòng và lệch mành) đ•ợc gắn vào ống; cuộn hội tụ 5. Giữa katốt quang và anốt có điện áp gia tốc Ua. Các điện áp U1, U2, U3 cung cấp cho các điện cực đinốt của bộ nhân điện tử. 5 4 1 2 3 8 i 6 e U U <U <U ra 1 2 3 R t Ua + - + Hình 2-13 GV: Nguyễn Vũ Thắng 28
30. Giáo trình môn học KTTH Nguyên lý hoạt động: ảnh quang chiếu lên katốt quang và đ•ợc biến đổi thành ảnh điện tử. D•ới tác dụng của điện áp gia tốc, từ tr•ờng đ•ợc tạo bởi các cuộn dây hội tụ và làm lệch, ảnh điện tử đ•ợc hội tụ và chuyển dịch đến phía anốt. So với lỗ của anốt thì ảnh điện tử luôn luôn chuyển dịch, tại một thời điểm chỉ có một điểm t•ơng ứng trên katốt quang đi qua lỗ. Nh• vậy từng thời điểm một chỉ sử dụng một l•ợng rất nhỏ của quang thông. L•ợng quang thông có ích (là quang thông tạo tín hiệu thị tần) là: 2 2 pt = /N = /KZ = ES/KZ Trong đó:  là quang thông toàn bộ của ảnh chiếu đến katốt quang có diện tích S và tạo trên nó độ sáng E. Dòng quang điện tử qua lỗ của anốt đ•ợc đ•a đến bộ nhân điện tử thứ cấp. Bộ nhân điện tử này gồm có các điện cực đinốt đảm bảo KĐ dòng quang điện tử cỡ 1000 lần. Cấu tạo của các điện cực đinốt giống nh• cửa chớp, khi có điện tử tới thì trên các điện cực đinốt sẽ bắn ra các điện tử thứ cấp có số l•ợng lớn hơn. Sau đó dòng quang điện tử đến cực góp, tạo sụt áp trên điện trở Rt, đó chính là xung thị tần ứng với phần tử ảnh đã cho. Disector là ống phát hình làm việc theo nguyên tắc tức thời nên đòi hỏi độ chói của ảnh truyền hình phải rất lớn, nói cách khác độ nhạy của ống rất thấp. Nó th•ờng đ•ợc sử dụng để truyền phim trong truyền hình theo ph•ơng pháp tia sáng chạy hoặc đ•ợc sử dụng trong các hệ thống truyền hình công nghiệp. Ưu điểm của Disector là đặc tuyến ánh sáng tuyến tính, độ t•ơng phản cao, tín hiệu không bị méo. 2.4.1.3. ống SUPEORTRICÔN 8 11 14 15 4 3 10 9 1 2 7 6 13 12 5 i  e ảnh Thấu U U U3 Ura 1 2 kính Rt 0v -300v 1v 0v 180v 200v 280v 1000v Hình 2-14 GV: Nguyễn Vũ Thắng 29
31. Giáo trình môn học KTTH ống Supeortricôn có độ nhạy cao nhất trong các ống phát hình, có thể làm việc ngay cả d•ới ánh trăng. Tuy có cấu tạo phức tạp, nh•ng đây là ống đ•ợc sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền hình. Về cấu tạo (hình 2-14) ống đ•ợc chia làm hai phần. ở phần lớn của ống có katốt quang bán trong suốt 1, cực gia tốc 2, cực bia 3, l•ới 4, điện cực hãm 10. ở phần hẹp của ống có katốt phát xạ điện tử 5, cực điều khiển 6, anốt thứ nhất 7, anốt thứ hai 14, anốt thứ ba 9, bộ nhân điện tử 13 và cực góp 12. Phía ngoài ống có các cuộn dây hội tụ 8, cuộn làm lệch 11 và cuộn hiệu chỉnh 15. Nguyên lý làm việc: ảnh truyền qua thấu kính đ•ợc chiếu lên katốt quang là katốt bán trong suốt. Trên bề mặt của nó hình thành ảnh điện tử (dòng quang điện tử). ảnh điện tử đ•ợc gia tốc bởi điện cực gia tốc 2 và hội tụ bởi cuộn dây hội tụ 8 dịch chuyển đến cực bia và tiến hành nạp điện cho các tụ sơ cấp của cực bia. Tại vùng tối nhất của ảnh ( = 0) điện thế trên cực bia bằng 0, tại vùng sáng nhất của ảnh (max) điện thế trên cực bia bằng +1v (hình 2-15). Theo nguyên lý của cực bia thì điện thế bên trái cực bia sẽ chuyển sang phía bên phải cực bia. Nh• vậy trên cực bia hình thành ảnh nổi điện thế và điện thế tại các điểm trên cực bia tỷ lệ t•ơng ứng với độ chói của các điểm ảnh truyền. Ta xét phía bên phải cực bia: tia điện tử bức xạ max i 1v 1v i từ ka tốt phát xạ điện tử 5 đi vào tr•ờng giảm tốc và rơi e trên bia với tốc độ gần bằng không. Nhờ hệ thống làm ie lệch tia điện tử sẽ quét toàn bộ bề mặt bên phải cực bia.  = 0 i 0v 0v ứng với điểm tối nhất của ảnh ( = 0) thì toàn bộ tia điện tử quay trở lại vì tại điểm đó điện thế của cực bia bia là 0v, ứng với vùng sáng nhất của ảnh (max) không có điện tử nào quay trở lại vì tại điểm đó điện thế trên cực Hình 2-15 bia là +1v (hình 2-15). Nh• vậy là dòng tia điện tử quay về đã đ•ợc điều chế theo điện thế của cực bia. Dòng điện tử quay về qua bộ nhân điện tử 13, tạo sụt áp trên điện trở tải Rt cho điện áp ra, đó chính là tín hiệu thị tần. Supeortricôn có các đặc điểm: phức tạp, giá thành cao, tỷ số S/N không cao. Tuy nhiên •u điểm là độ nhạy rất cao nên vẫn đ•ợc áp dụng rộng rãi trong truyền hình dân dụng cũng nh• trong truyền hình công nghiệp. 2.4.1.4. ống VIDICÔN ống vidicôn cũng sử dụng nguyên lý tích luỹ điện tích, nh•ng qúa trình biến đổi năng l•ợng ánh sáng thành tín hiệu điện dùng hiệu ứng quang điện nội. Cấu tạo của ống vidicôn đ•ợc thể hiện trên hình 2-16. GV: Nguyễn Vũ Thắng 30
32. Giáo trình môn học KTTH 9 10 5 4 6 7 8 3 1 2 Uk Uc Ura Ua2 Ua1 U b Hình 2-16 1 - Bản tín hiệu của cực bia; 2 - Lớp điện tử quang của cực bia; 3 - Thành ống 4 - L•ới; 5 - Anốt; 6 - Anốt 1; 7 - Cực điều khiển; 8 - Ka tốt phát xạ điện tử; 9 - Cuộn làm lệch; 10 - Cuộn hội tụ. Điện trở ở những điểm trên cực bia tỷ lệ với l•ợng ánh sáng chiếu vào. ứng với vùng tối nhất của ảnh điện trở của cực bia R = 10 8 /cm2, còn ứng với vùng sáng nhất của ảnh điện trở cực bia giảm 100 lần. Dòng tia điện tử từ katốt phát xạ điện tử d•ới tác dụng của các tr•ờng điện, tr•ờng từ rơi trên bia với tốc độ gần bằng không sẽ nạp điện cho các tụ phân bố của cực bia (hình 2 - 17). Khi tia điện tử vừa rời khỏi vị trí đó thì tụ điện t•ơng ứng sẽ phóng điện. Vì điện trở trên cực bia ứng với các vùng sáng, tối của ảnh là khác nhau nên sự phóng điện của các tụ là khác nhau. ở vùng sáng nhất của ảnh (max), tụ phóng hết điện, còn ở vúng tối nhất của ảnh ( = 0), tụ phóng không đáng kể. Nh• vậy trên bề mặt của cực bia đã hình thành ảnh nổi điện thế. Do điện thế các điểm trên cực bia khác nhau nên dòng nạp tiếp theo cho các tụ t•ơng ứng là khác nhau, dòng này gây sụt áp trên điện trở tải Rt, kết quả cho ra tín hiệu thị tần. Việc hình thành ảnh nổi điện thế là do sự phóng điện trong thời gian dài (suốt cả mành) của các điện dung phân bố. Dòng nạp cho các tụ xảy ra trong thời gian rất ngắn (bằng thời gian truyền một phần tử ảnh) có trị số gấp N lần dòng điện phóng. Đó chính là t hể hiện sự tích luỹ. GV: Nguyễn Vũ Thắng 31
33. Giáo trình môn học KTTH + - ie Ka tốt  Ura R t + 10v - Hình 2-17 Độ nhạy của vidicôn thấp hơn supeortricôn. Ưu điểm chính của vidicôn là có kích th•ớc nhỏ, thiết bị và sơ đồ mắc đơn giản, không có điện áp cao, sử dụng kinh tế . Nh•ợc điểm của vidicôn là độ nhạy không cao, khả năng phân giải thấp, có quán tính. Tính quán tính của ống thể hiện trên hai khía cạnh: quán tính chuyển mạch và quán tính quang điện. Quán tính chuyển mạch thể hiện điện thế trên cực bia không hoàn toàn trở về vị trí ban đầu sau một chu kỳ quét. Quán tính quang điện là độ dẫn điện của cực bia thay đổi chậm so với sự thay đổi của ánh sáng chiếu vào. Hiện t•ợng quán tính sẽ làm cho độ nét và độ t•ơng phản giảm, đặc biệt khi mục tiêu chuyển động. Có thể giảm hiện t•ợng quán tính quang điện bằng cách tă ng độ chiếu sáng đến cực bia (tăng độ sáng của ảnh truyền). Quán tính chuyển mạch phụ thuộc vào dòng tia quét. Với c•ờng độ dòng tia càng lớn thì quán tính càng nhỏ. Tuy nhiên việc tăng dòng tia sẽ làm cho méo góc mở tăng lên do đ•ờng kính của tia điện tử tăng. Có thể giảm nhỏ thành phần quán tính này nhờ giảm nhỏ trị số điện dung phân bố của cực bia bằng cách giảm diện tích và bề dày các lớp của cực bia. Quán tính chuyển mạch không phụ thuộc trực tiếp vào độ chiếu sáng. Tuy nhiên khi độ sáng tăng lên sẽ làm cho điện tích nạp cho các cực bia tăng, có thể không trở về vị trí ban đầu sau một chu kỳ quét, nói cách khác lại làm cho quán tính chuyển mạch tăng lên. Nh• vậy có thể GV: Nguyễn Vũ Thắng 32
34. Giáo trình môn học KTTH thấy khi độ sáng nhỏ, thành phần quán tính quang điện trội hơn, còn khi độ sáng lớn thành phần quán tính chuyển mạch trội hơn. Tính quán tính của vidicôn còn phụ thuộc vào điện áp cung cấp cho bản tín hiệu của cực bia Ub. Giải thích điều này nh• sau: khi độ sáng lớn, để giảm độ nhạy thì cần giảm điện áp Ub và quán tính tăng do thành phần quán tính chuyển mạch tăng. Khi độ sáng nhỏ, để tăng độ nhạy cần tăng điện áp Ub và quán tính cũng tăng do thành phần quán tính quang điện tăng. Vì vậy việc chọn chế độ điều khiển độ nhạy cho vidicôn bằng cách thay đổi điện áp Ub xuất phát không chỉ từ điều kiện yêu cầu về dải độ sáng mà còn phải chú ý đến tính quán tính phụ thuộc vào Ub. Vidicôn đ•ợc sử dụng rộng rãi trong truyền hình công nghiệp hoặc trong camera truyền hình xách tay. 2.4.2. Thiết bị tái tạo ảnh truyền hình 2.4.2.1. ống thu hình KINESCốP Kinescốp là dụng cụ điện tử chân không, là thiết bị cuối của hệ thống truyền hình dùng để khôi phục ảnh truyền hình. Theo công dụng kinescốp chia làm hai loại: kinescốp nhìn trực tiếp và kinescốp chiếu hình. Với kinescốp nhìn trực tiếp thì ảnh đ•ợc quan sát trực tiếp trên màn ảnh của nó. Còn kinescốp chiếu hình, ảnh đ•ợc chiếu đến màn ảnh ngoài nhờ hệ thống quang học đặc biệt và màn ảnh bên ngoài th•ờng có kích th•ớc lớn. 2 1 5 6 4 8 7 3 Uth R1 U - E a R 2 Hình 2-18 1 - Thành ống; 2 - anốt; 3 - Màn ảnh 4 - Các cuộn dây làm lệch; 5 - Cuộn hội tụ 6 - Cực điều khiển; 7 - Katốt; 8 - Tia điện tử Trên hình 2-18 là cấu tạo cơ bản của ống thu hình đen trắng. Nó bao gồm thành ống thuỷ tinh, các điện cực, cuộn dây tạo thành hệ thống để hình thành tia điện tử và katốt phát quang. Phía bên trong dọc theo thành ống có phủ một lớp mỏng dẫn điện đóng vai trò cực GV: Nguyễn Vũ Thắng 33
35. Giáo trình môn học KTTH anốt, ở đó đ•ợc cung cấp điện anốt (Ua) áp cỡ 10 đến 20 kV. Nhờ có điện áp Ua mà tia điện tử hội tụ và gia tốc đạt đ•ợc tốc độ rất lớn h•ớng tới màn ảnh (katốt phát quang) và trên màn ảnh sẽ phát sáng d•ới dạng các điểm chói. Việc hội tụ tia điện tử có thể đ•ợc thực hiện bằng từ tr•ờng, điện tr•ờng hoặc hỗn hợp cả hai. Sự làm lệch tia điện tử đ•ợc thực hiện bằng từ tr•ờng đ•ợc tạo bởi các cuộn dây làm lệch mắc ở phái ngoài. Kích th•ớc màn ảnh kinescốp xác định kích th•ớc ảnh nhận đ•ợc, quyết định trọng l•ợng của máy thu hình và nó cũng là chi tiết cồng kềnh nhất của máy thu hình. Theo h•ớng phát triển là giảm kích th•ớc của kinescốp mà vẫn giữ nguyên kích th•ớ c của ảnh nhận đ•ợc. Để giảm nhỏ trọng l•ợng của kinescốp ng•ời ta thực hiện tăng góc lệch tia điện tử. Tuy nhiên việc tăng góc lệch tia điện tử làm độ hội tụ trên các biên của màn ảnh kém. Nên khi góc lệch càng lớn thì công nghệ chế tạo đòi hỏi càng phức tạp (hình 2-19). 400 600 hình 2-19 Tín hiệu thị tần, tuỳ theo sự phân cực đ•ợc truyền đến cực điều khiển hoặc katốt sẽ làm thay đổi dòng tia kinescốp. T•ơng ứng với sự thay đổi của dòng tia, độ sáng trên màn ảnh sẽ thay đổi. Để nhận đ•ợc ảnh d•ơng, tín hiệu thị tần có phân cực âm đ•ợc đ•a đến katốt. Độ sáng trung bình của màn ảnh đ•ợc điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp t•ơng đối giữa cực điều khiển và katốt (thiên áp). 2.4.2.2. Kinescốp chiếu hình Kinescốp dùng để tạo ảnh trên màn ảnh lớn, dùng để truyền phim trên truyền hình theo tia sáng chạy. Để thực hiện đ•ợc điều đó yêu cầu độ chói của ảnh truyền hình (màn ảnh của kinescốp) phải lớn, nên cần dòng tia công suất lớn, điện áp anốt cỡ 25 - 40 kV hoặc lớn hơn. C•ờng độ dòng tia lớn có thể làm giảm tính hội tụ. Các kinescốp chiếu hình công tác ở trong chế độ Ua>>U2th nên bắt buộc dùng màn ảnh kim loại. Do làm việc công suất dòng tia lớn, nên có khoảng 95% năng l•ợng của nó biến thành nhiệt dẫn đến phá hoại nhanh chất phát quang. Do vậy tuổi thọ của các ống chiếu h ình th•ờng rất ngắn, không v•ợt quá vài trăm giờ. GV: Nguyễn Vũ Thắng 34
36. Giáo trình môn học KTTH 3 5 2 4 1 Hình 2-20: Hệ thống chiếu hình sử dụng g•ơng – thấu kính 1 - kinescốp chiếu hình 2 - G•ơng thấu kính 3 - Màn ảnh 4 - Phần không phản xạ của g•ơng 5 - Thấu kính phân kỳ 2.5. Quét và đồng bộ trong truyền hình 2.5.1. Nguyên lý quét trong truyền hình Nh• đã đ•ợc giới thiệu ở trên, khi muốn truyền một vật thể V (ta gọi là ảnh truyền hình) từ nơi phát sang nơi thu thì phải chia ảnh thành các phần tử ảnh rồi truyền lần l•ợt từng phần tử ảnh đó sang phía thu. Để thực hiện việc truyền lần l•ợt từng phần tử ảnh ở bên phát cũng nh• có thể nhận đ•ợc lần l•ợt từng phần tử ảnh ở bên thu thì ở đầu phát và đầu thu phải có các thiết bị quét tia điện tử và qúa trình quét giữa bên thu và bên phát phải thoả mãn một số yêu cầu. 2.5.1.1. Các yêu cầu về quét trong truyền hình a/ Tốc độ chuyển động của tia điện tử không thay đổi trong thời gian biến đổi ảnh thành tín hiệu thị tần và ng•ợc lại từ tín hiệu thị tần thành ảnh ở máy thu . Điều này t•ơng ứng với bề rộng phổ của tín hiệu là nhỏ nhất. Việc quét không đều trong một dòng quét sẽ làm cho các điểm trên cực bia của ống phát không chính xác, độ sáng điểm theo dòng quét của ống thu không đều b/ Không có ảnh h•ởng lẫn nhau của tia quét sau thời gian truyền một ảnh . Điều ng•ợc lại làm nhoè ảnh (giảm độ nét). c/ Tốc độ quét tức thời ở ống thu và ống phát ở vị trí t•ơng ứng phải trùng nhau. d/ Tiết diện tia quét tiếp xúc trên màn ảnh ống thu (hoặc cực bia của ống phát) phải đồng đều ở mọi điểm. Ng•ợc lại sẽ làm cho điểm ảnh có độ nét và độ sáng không đều. e/ Đảm bảo sự đồng bộ tia quét ở đầu phát và đầu thu. Việc động bộ phải đ•ợc thực hiện bằng các ph•ơng tiện kỹ thuật đơn giản. f/ Kích th•ớc ảnh (dạng ảnh) của đầu phát và đầu thu có tỷ lệ xích bằng nhau. Yêu cầu này đảm bảo không có méo tỷ lệ xích và có thể tái tạo chính xác các cấp chói ở phía thu (điều này rất có ích đối với truyền hình màu). GV: Nguyễn Vũ Thắng 35
37. Giáo trình môn học KTTH 2.5.1.2. Các dạng quét trong truyền hình a/ Quét tuyến tính Một trong những đặc điểm của quét tuyến tính là tốc độ quét theo dòng và theo mành là không đổi, nhờ đó có một số •u điểm: phổ tín hiệu ở mọi điểm đồng đều và nhỏ nhất, độ nét, độ sáng đồng đều, sự đồng bộ giữa bên thu và bên phát đơn giản và đây là ph•ơng pháp quét chủ yếu đ•ợc sử dụng trong truyền hình. Khuyết điểm của ph•ơng pháp quét này là cần phải ổn định tần số, ổn định biên độ đ•ờng quét và pha quét mành khi thực hiện quét xen dòng. Nếu không độ nét bị giảm (do các dòng quét không cách đều hoặc chồng lên nhau). Đối với quét liên tục (quét lần l•ợt) thì khuyết điểm này không có vì sau một chu kỳ quét mành thì ảnh đã đ•ợc khôi phục hoàn toàn. Để thực hiện quét tuyến tính (cả quét lần l•ợt va xen dòng), tia điện tử chuyển động theo chiều ngang (quét dòng) và theo chiều dọc (quét mành) cần phải cung cấp các điện áp hoặc dòng điện hình răng c•a (hình 2-21). Trong một chu kỳ (T) của tia điện tử quét đ•ợc chia làm hai phần: T 1 gọi là thời gian quét thuận, T2 gọi là thời gian quét ng•ợc. Trong đó thời gian quét thuận T 1 là thời gian mà tia điện tử chuyển động từ phía trái của màn hình sang phía phải màn hình, thời gian này là thời gian mang tin tức của ảnh truyền hình và nó chiếm khoảng 90% của chu kỳ quét. Thời gian quét ng•ợc T2 là thời gian mà tia điện tử chuyển động ng•ợc lại từ phía phải màn hình về phía trái màn hình để thực hiện quét dòng tiếp theo, thời gian này không mang tin tức và chỉ chiếm khoảng 10% của chu kỳ quét. Do thời gian T2 không mang tin tức nên có ảnh h•ởng đến thời gian quét thuận (gây nhiễu cho tín hiệu trong thời gian quét thuận) nên cần phải xoá bỏ tia điện tử trong thời gian T2. Các xung xoá dòng (hoặc mành) thực hiện nhiệm vụ này. i 0 t T1 T2 T Hình 2-21 Để làm lệch tia trong ống tia điện tử cần đảm bảo điện áp hoặc dòng điện răng c•a có giá trị lớn. Trong hầu hết các thiết bị truyền hình đều sử dụng việc làm lệch tia điện tử bằng từ tr•ờng. Vì vậy cần phải tạo ra dòng lệch tần số dòng và mành dạng răng c•a. Để làm nhiệm vụ đó có thể tạo ra dạng điện áp cần thiết hay điện áp điều khiển chảy trong cuộn làm lệch. Trong hình 2-22 là sơ đồ t•ơng đ•ơng của cuộn làm lệch. Trong đó Lk là điện cảm cuộn làm lệch, rk là điện trở tổn hao và Ck là điện dung ký sinh của cuộn làm lệch. Trong sơ đồ quét mành thì điện dung ký sinh Ck có thể bỏ qua, còn trong sơ đò quét dòng thì tụ C k có GV: Nguyễn Vũ Thắng 36
38. Giáo trình môn học KTTH ảnh h•ởng đáng kể đến sự hình thành dòng điện và điện áp răng c•a củ a cuộn làm lệch. Vì vậy để giảm ảnh h•ởng của tụ Ck thì cuộn lệch dòng th•ờng cuốn ít vòng. ik Lk + C U k k - rk Hình 2-22 Bỏ qua tụ Ck, ta xác định đ•ợc điện áp ra trên hai đầu cuộn làm lệch: Uk = UL + Ur = Lk.(dik/dt) + rk.ik Vì dòng làm lệch biến thiên theo quy luật tuyến tính: ik = I.(t/T) Do đó Uk = Lk.I + rk.I.(t/T) Trong đó: T là chu kỳ quét dòng hoặc mành. Để nhận biết đ•ợc dòng răng c•a tuyến tính trong cuộn làm lệch, theo biểu thức trên, điện áp đ•a đến cuộn dây có thể có dạng răng c•a hoặc xung răng c•a tuỳ theo quan hệ rk và Lk (hình 2-23 b, c, d) GV: Nguyễn Vũ Thắng 37
39. Giáo trình môn học KTTH ik a/ t Uk rk >> Lk b/ t Uk rk << Lk c/ t U k rk  Lk d/ t Hình 2-23 Các dạng điện áp điều khiển đ•a đến cuộn làm lệch nh• trên có thể dễ dàng tạo đ•ợc bằng cách biến đổi các xung đồng bộ đ•a đến. Tuy nhiên mạch ổn định kém khi có nhiễu. Trong thực tế sơ đồ thiết bị quét ở phía thu có một bộ tạo ra tín hiệu điều khiển (dạng xung hoặc xung răng c•a) và đ•ợc đồng bộ bởi các xung đồng bộ từ máy phát đ•a đến . GV: Nguyễn Vũ Thắng 38
40. Giáo trình môn học KTTH Sơ đồ khối thiết bị quét có dạng nh• sau (hình 2-24) Xung Tầng Tầng hình đồng tạo thành điện Tầng bộ xung áp điều ra khiển Hình 2-24 Tầng tạo xung th•ờng dùng là mạch dao động đa hài hoặc blocking, tầng ra là một mạch KĐCS đảm bảo công suất ra đủ lớn làm lệch tia điện tử. b/ Quét hình Sin (đọc tài liệu tham khảo) c/ Quét xoắn ốc (đọc tài liệu tham khảo) 2.5.2. Đồng bộ trong truyền hình 2.5.2.1. Nhiệm vụ và yêu cầu Để khôi phục đúng ảnh cần truyền trên màn ảnh của ống thu hình thì vị trí tia điện tử trong ống thu phải t•ơng đ•ơng với vị trí tia điện tử trong ống phát. Khi thực hiện đ•ợc đồng bộ thì trật tự các phần tử ảnh ở phía thu sẽ giống với phía phát và hình ảnh lúc đó sẽ trung thực. Để thực hiện đ•ợc đồng bộ thì yêu cầu các tham số quét (tần số và góc pha) ở phía thu và phía phát phải bằng nhau. Nếu tần số quét dòng phía thu không bằng với tần số quét dòng phía phát thì không nhận đ•ợc ảnh (mất đồng bộ dòng), khi đó ảnh sẽ trôi từ trái qua phải hoặc ng•ợc lại từ phải qua trái màn hình. Nếu tần số quét dòng phía thu và phía phát bằng nhau nh•ng tần số quét mành không bằng nhau (mất đồng bộ mành) thì hình ảnh sẽ chạy từ trên xuống d•ới hoặc từ d•ới lên trên. Nếu cả tần số quét dòng và quét mành ở bên thu và phát không bằng nhau (mất đồng bộ) thì hình ảnh sẽ bị xé chéo. Để đảm bảo cho thiết bị quét bên thu và bên phát hoạt động đồng bộ (cùng pha, cùng tần số) thì bên phát có gửi sang bên thu các tín hiệu đồng bộ (đồng bộ đòng, đồng bộ mành) gọi là xung đồng bộ dùng để khống chế bộ tạo dao động trong máy thu hình tạo ra đúng tần số, góc pha của quét dòng và quét mành sao cho giống với phía phát. Các yêu cầu cơ bản đối với hệ thống đồng bộ: - Hệ thống đồng bộ phải đảm bảo qúa trình phân tích và tổng hợp ảnh liên tục với độ chính xác cao. Điều kiện này đảm bảo trật tự các phần tử ảnh trên một ảnh. - Các tần số quét hoặc quan hệ giữa chúng phải ổn định. Mức ổn định đ•ợc xác định bởi đặc tuyến quét. Điều kiện t•ơng thích giữa các tín hiệu đồng bộ (dòng, mành) với các tín hiệu khác: GV: Nguyễn Vũ Thắng 39
41. Giáo trình môn học KTTH - Dễ dàng tách tín hiệu đồng bộ ra khỏi tín hiệu truyền hình và nhiễu (khi truyền tín hiệu đồng bộ với các tín hiệu khác trên cùng một kênh vô tuyến) - Tách riêng xung đồng bộ dòng, mành bằng các ph•ơng pháp đơn giản. - Các thành phần của tín hiệu đồng bộ không ảnh h•ởng t•ơng hỗ lẫn nhau 2.5.2.2. Các tín hiệu đồng bộ và dạng của chúng Các tín hiệu đồng bộ (các xung đồng bộ) gồm; - Các xung đồng bộ (XĐB) tần số dòng - Các XĐB tần số mành - Các xung xoá cho ống phát hình (các xung xoá dòng và xoá mành). - Các XĐB cho máy thu. Dạng các XĐB cần phải đảm bảo các yêu cầu của đồng bộ quét. Việc xây dựng tín hiệu đồng bộ xác định tính chất của hệ thống đồng bộ, cũng nh• điều kiện công tác của hệ thống truyền hình. Cũng giống nh• hầu hết các hệ thống thông tin khác thì trên dải tần số của truyền hình sao cho càng nhiều kênh vô tuyến càng tốt. Điều này t•ơng ứng với giải phổ của một kênh vô tuyến sẽ hẹp và các tín hiệu không thể truyền một cách độc lập trên kênh vô tuyến đó mà phải phối hợp với nhau. Đối với tín hiệu XĐB đ•ợc phối hợp cùng truyền với tín hiệu thị tần trên cùng một kênh truyền hình nên cần phải có các điều kiện để phân biệt từng loại XĐB, tín hiệu thị tần nh•: tần số, biên độ, thời gian, độ rộng xung, góc pha Các mối quan hệ này phải luôn đ•ợc đảm bảo chặt chẽ. Bộ tạo XĐB th•ờng gồm hai khâu cơ bản: dao động chủ và thiết bị hình thành. Tầng dao động chủ đảm bảo hình thành các dạng xung có tần số dòng và tần số mành với độ ổn định đã cho kể cả quan hệ pha t•ơng ứng. Các xung này làm chuẩn và điều khiển công tác của thiết bị hình thành và từ đây sẽ tạo ra đ•ợc tất cả các xung đồng bộ cần thiết của hệ thống truyền hình. Việc xây dựng sơ đồ tầng dao động phụ thuộc vào công dụng của bộ tạo tín hiệu dao động: cho hệ thống truyền hình đen trắng hay hệ thống truyền hình màu, chế độ công tác Trong truyền hình các dạng XĐB bao gồm: XĐB dòng, XĐB mành, xung xoá dòng, xung xoá mành. Ta gọi chung là các XĐB. Các xung này cùng với tín hiệu thị tần đ•ợc truyền trên một kênh truyền hình, chúng đ•ợc phân biệt với nhau và với tín hiệu thị tần theo độ rộng xung và biên độ. Tr•ờng hợp giữa các XĐB khác nhau về biện độ thì việc tách các XĐB đ•ợc thực hiện dễ dàng nhờ bộ hạn chế. GV: Nguyễn Vũ Thắng 40
42. Giáo trình môn học KTTH u Xung đồng bộ dòng Xung đồng bộ mành Mức hạn chế Xung xoá mành Xung xoá dòng t Hình 2-25: Dạng tín hiệu truyền hình khi XĐB mành có biên bộ lớn hơn XĐB dòng Tuy nhiên ph•ơng pháp truyền các XĐB có biên độ khác nhau là không có lợi vì sẽ phải tăng công suất phát của phía phát. Điều đó đồng nghĩa với cự ly phủ sóng của một trung tâm truyền hình sẽ giảm đi đáng kể. Để khắc phục điều không mong muốn trên tốt nhất truyền các XĐB có cùng biên độ nh•ng độ rộng xung khác nhau và dạng tín hiệu truyền hình trong thực tế sẽ giống hình 2-26. u Xung đồng bộ dòng Xung đồng bộ mành Mức hạn chế Xung xoá mành Xung xoá dòng t Hình 2-26: Dạng tín hiệu truyền hình thực tế ở máy thu để tách riêng các XĐB dòng, ng•ời ta dùng mạch vi phân và các XĐB mành dùng mạch tích phân (hình 2-27) a/ C b/ R U R U U C U 1 2 1 3 Hình 2-27: a/ Mạch vi phân b/ Mạch tích phân GV: Nguyễn Vũ Thắng 41
43. Giáo trình môn học KTTH U1 0 t U2 0 t U3 Mức hạn chế 0 t Hình 2-27: a/ Mạch vi phân b/ Mạch tích phân Các xung nhọn d•ơng sau khi vi phân sẽ đồng bộ dao động quét dòng. Chọn mức hạn chế thích hợp ta lấy đ•ợc xung đồng bộ mành sau khi tích phân để đồng bộ mạch qu ét mành. Ph•ơng pháp dùng mạch tích phân để tách xung đồng bộ mành có nh•ợc điểm là xung ra có s•ờn tr•ớc không dốc, làm cho việc đồng bộ mạch quét mành không chính xác. Để khắc phục nh•ợc điểm này ng•ời ta dùng 2 mắt tích phân (hình 2-28). ’ U 3 U3 R R U1 ’ U 1 C U 3 C U3 t Hình 2-28 Cũng có thể tách xung đồng bộ mành bằng các ph•ơng pháp khác (ph•ơng pháp vi phân yếu, ph•ơng pháp dịch thời gian), nh•ng ph•ơng pháp dùng mạch vi phân và tích phân để tách các xung đồng bộ dòng, mành có •u điểm là rất đơn giản và thực tế nó đ•ợc sử dụng trong tất cả các máy thu hình hiện nay. GV: Nguyễn Vũ Thắng 42
44. Giáo trình môn học KTTH - Dạng tín hiệu đồng bộ truyền đến máy thu khi quét lần l•ợt Khi quét lần l•ợt Z dòng trong một mành (1ảnh), giữa 2 xung đồng bộ mành cần phải có Z xung đồng bộ dòng. Hình 2-29(a) là tín hiệu đồng bộ của máy thu sau khi đã đ•ợc tách ra khỏi tín hiệu thị tần (tín hiệu sau bộ hạn chế). Th•ờng độ rộng xung đồng bộ mành chọn bằng 3,5 H (ở đây H = Tz = 1/ f z) a/ t b/ t H H H H H H H c/ t d/ t e/ t Hình 2-29. Tín hiệu đồng bộ khi quét lần l•ợt Sau khi vi phân, xem hình 2-29(b) các xung nhọn d•ơng đồng bộ cho mạch quét dòng. Từ đây ta thấy trong khoảng giữa XĐB mành thì một số dòng quét không đ•ợc đồng bộ (vì không có xung vi phân d•ơng). Bộ dao động quét dòng trong thời gian này xẽ l àm việc ở chế độ tự kích, kết quả là một số dòng đầu bị chạy và bộ dao động quét dòn g làm việc không ổn định. Vì vậy cần phải loại trừ tr•ờng hợp này, nghĩa là phải đồng bộ liên tục các dòng kể cả có xung đồng bộ mành. Để thực hiện điều này ng•ời ta thực hiện chẻ nhỏ XĐB mành với chu kỳ là H (là chu kỳ của một dòng quét) hay với tần số fz, xem hình 2-29(c). Đó GV: Nguyễn Vũ Thắng 43
45. Giáo trình môn học KTTH chính là dạng tín hiệu đồng bộ khi quét lần l•ợt. Hình 2-29(d) và (e) là các xung sau mạch vi phân và tích phân để đồng bộ các mạch quét dòng và quét mành khi XĐB mành đã đ•ợc chẻ nhỏ với chu kỳ là H. - Dạng tín hiệu đồng bộ truyền đến máy thu khi quét xen dòng Trong truyền hình để truyền một ảnh thì phải chia ảnh đó ra làm Z dòng. Theo tiêu chuẩn FCC hay OIRT thì Z là một số lẻ. Khi thực hiện quét xen dòng thì một ảnh đ•ợc chia ra làm hai bán ảnh (2 nửa) là bán ảnh chẵn và bán ảnh lẻ (gọi là mành chẵn và mành lẻ). Vì vậy giữa hai XĐB kề nhau của mành lẻ và mành chẵn có một nửa chu kỳ dòng. Nếu số dòng Z = 2n ± 1 (trong đó n là số nguyên bất kỳ), thì mỗi mành có chứa Z/2 = n± 1/2 dòng. U1 0.5H 1H 1H 1H 1H 0.5H a/ t U 2 b/ t U dt 1 U dt 2 c/ t t Hình 2-30. Dạng tín hiệu đồng bộ khi XĐB mành đ•ợc chẻ với chu kỳ là H Trong hình 2-30(a), và (b) là mối quan hệ giữa các XĐB của mành lẻ U1 và mành chẵn U2 khi thực hiện quét xen dòng. ở đây các XĐB mành đ•ợc chẻ với chu kỳ là H. Để hình ảnh nhận đ•ợc trung thực thì việc đồng bộ cho mạch quét mành đối với mành lẻ và chẵn phải cùng một thời điểm. Nh•ng ở hình 2-30(c) ta thấy sau khi lấy tích phân thời điểm đồng bộ cho hai mành lẻ và mành chẵn lệch nhau một thời gian là t. Nếu độ lệch thời gian t = 0,5H thì các dòng của hai mành trùng lên nhau, số dòng quét Z giảm đi một nửa hoặc nếu 0 < t < 0,5H thì khoảng cách giữa các dòng là không đều làm giảm độ nét của ảnh truyền hình. Nh• vậy sự có mặt của độ lệch thời gian t làm phá hoại yêu cầu của quét xen dòng. Biện pháp khắc phục là phải thay đổi dạng của XĐB mành sao cho độ lệch thời gian t = 0. Nghĩa là đ•ờng cong tích phân của hai XĐB thuộc mành GV: Nguyễn Vũ Thắng 44
46. Giáo trình môn học KTTH chẵn và mành lẻ phải trùng nhau. Muốn vậy ng•ời ta tiến hành chẻ XĐB mành với chu kỳ 0,5H (hoặc tần số 2fz) nh• đ•ợc thể hiện trên hình 2-31. U1 H H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H 0,5H a/ t U2 b/ t c/ U1dt  U2dt t dU1/dt * * * * * * d/ t dU2/dt * * * * * * e/ t Hình 2-31. Dạng tín hiệu đồng bộ khi XĐB mành đ•ợc chẻ với chu kỳ 0,5H Trong sơ đồ hình 2-31(d), và (e) các xung vi phân có dấu (*) dùng để khởi động mạch quét dòng. Tuy nhiên một điểm cần l•u ý là đ•ờng cong tích phân cho hai xung đồng bộ mành trùng nhau khi điểm đầu lấy tích phân cho chúng phải bằng nhau và bằng không. Điều này có nghĩa tụ điện trong mạch tích phân khi lấy tích phân cho các xung dòng tr•ớc đó phải phóng hết điện. Nh•ng có thể vì lý do nào đó hằng số thời gian RC của mạch tích phân tăng GV: Nguyễn Vũ Thắng 45
47. Giáo trình môn học KTTH lên, làm thời gian phóng điện của tụ tăng lên, làm điểm khởi đầu lấy tích phân cho XĐB mành của hai mành không nh• nhau và kết quả là đ•ờng cong tích phân cho XĐB mành của hai mành không trùng nhau sẽ phá hoại điều kiện quét xen dòng, xem hình 2-32. U1 t U2 t t t Hình 2-32 Để khắc phục hiện t•ợng này ng•ời ta đặt tr•ớc và sau XĐB mành của hai mành một số xung cân bằng. Thực chất các xung cân bằng là các XĐB dòng nh•ng với chu kỳ là 0,5H. Nh• vậy để quét xen dòng đ•ợc ổn định thì dạng tín hiệu đồng bộ sẽ giống nh• hình 2-33. Các xung có dấu (*) dùng để đồng bộ cho mạch quét dòng Tín hiệu truyền hình đầy đủ truyền đến máy thu từ máy phát của trung tâm truyền hình bao gồm tín hiệu ảnh (tín hiệu thị tần), các XĐB và các xung xoá. Quan hệ giữa các xung trên về biên độ, thời gian, hình dạng đ•ợc xác định theo tiêu chuẩn quốc gia và quốc tế. Hình 2-34 biểu diễn tín hiệu truyền hình đầy đủ theo tiêu chuẩn mà hiện nay n•ớc ta đang sử dụng. Với hệ thống truyền hình theo tiêu chuẩn: số dòng Z = 625 dòng, tần số dòng fz = 15625 Hz, tần số mành fv = 50 Hz. Mành lẻ * * * * * * * * * t Mành chẵn * * * * * * * * * t Hình 2.33. Dạng tín hiệu đồng bộ khi thực hiện quét xen dòng. GV: Nguyễn Vũ Thắng 46
48. Giáo trình môn học KTTH Về biên độ nh• trên hình 2-34 đã chỉ rõ, các XĐB nằm ở trên đỉnh của các xung xoá và lớn hơn 25% biên độ tín hiệu thị tần. Th•ờng các XĐB (cả dòng và mành) đ•ợc phân bố gần phía biên trái của các xung xoá để đảm bảo việc xoá tia điện tử trong thời gian quét ng•ợc ở ống thu hình đ•ợc hoàn toàn. Dải thông của đ•ờng đồng bộ ở phía thu khoảng 2 đến 3 MHz, thời gian thiết lập (s•ờn tr•ớc) các xung từ 0,64 s đến 1,28 s. GV: Nguyễn Vũ Thắng 47
49. Giáo trình môn học KTTH Các xung cân bằng XĐB mành Các xung cân bằng XĐB dòng H/2 H/2 H H 100 % Mức đen 75 % Mức trắng 12 % 0 % t Xung xoá mành Xung xoá dòng tín hiệu ảnh Mành chẵn t Mành lẻ Hình 2-34. Tín hiệu truyền hình đầy đủ GV: Nguyễn Vũ Thắng 48
50. Giáo trình môn học KTTH Ch•ơng III. nguyên lý truyền hình màu 3.1. Những vấn đề cơ bản của truyền hình màu 3.1.1. Lý thuyết màu 3 thành phần 3.1.1.1. Thị giác màu Nhiều thực nghiệm đã xác định rằng, có thể nhận đ•ợc tất cả các màu sắc tồn tại trong thiên nhiên bằng cách trộn ba chùm ánh sáng màu đỏ (R), màu lục (G) và màu lam (B) theo các tỷ lệ khác nhau. Để giải thích đ•ợc điều này, nhiều nhà khoa học đã đề ra các thuyết khác nhau về cơ chế cảm thụ màu của mắt. Trong đó thuyết ba thành phần cảm thụ màu (thuyết màu ba thành phần) đ•ợc công nhận rộng rãi hơn cả. Theo thuyết này, trên võng mạc tồn tại ba loại phần tử nhạy cảm với ánh sáng màu là các tế bào hình chóp. Các loại phần tử này có phản ứng khác nhau đối với ánh sáng có b•ớc sóng khác nhau. Do đặc điểm của ba loại tế bào này, nên bất kỳ màu sắc nào cũng có thể tổng hợp đ•ợc từ ba màu cơ bản. Trong thực tế, tuy ánh sáng đồng thời kích thích ba loại tế bào hình chóp, nh•ng tuỳ theo b•ớc sóng, các loại tế bào hình chóp đ•ợc kích thích khác nhau. Sự cảm thụ màu đ•ợc quyết định bởi mức độ kích thích của các tế bào hình chóp. Giá trị tổng năng l• ợng kích tích cho cả ba loại tế bào cho ta cảm giác về độ sáng, còn tỷ lệ giữa chúng cho ta cảm giác về tính màu. Những chùm tia sáng có tần số khác nhau sẽ gây ra những cảm giác khác nhau trong mắt ng•ời. Nếu tia sáng có b•ớc sóng biến đổi liên tục từ 38 0 nm đến 780 nm thì màu sắc cũng biến đổi liên tục từ màu lam qua màu lục đến màu vàng và cuối cùng là màu đỏ. Giữa các màu kể trên còn có vô số các màu trung gian khác. Ví dụ giữa màu lam và màu lục là màu xanh hoà bình hoặc giữa màu đỏ và vàng có màu da cam v. v Số l•ợng màu sắc mà mắt ng•ời phân biệt đ•ợc khoảng 160 loại. Nghĩa là phân b iệt đ•ợc khoảng 160 sắc độ, chúng tạo thành quang phổ liên tục. Trong đó màu trắng là màu tổng hợp của vô số các màu có trong quang phổ. Các thực nghiệm đ•a lại kết qủa về mối quan hệ giữa độ nhạy của mắt ng•ời với b•ớc sóng ánh sáng kích thích đối với từng loại tế bào hình chóp (hình 3.1b). Giá trị này phù hợp với đặc tuyến phổ của mắt ng•ời. Mắt ng•ời nhạy cảm nhất với ánh sáng có b•ớc sóng  = 550 nm (hình 3.1b). Khi độ chiếu sáng thấp, đặc tuyến độ nhạy v() bị dịch về phía trái ( nhỏ), đỉnh của đặc tuyến dịch đến chỗ  = 510 nm. Lúc này chỉ có tế bào cảm quang hình trụ làm việc (đ•ờng nét rời trên hình 3.1a). GV: Nguyễn Vũ Thắng 49
51. Giáo trình môn học KTTH v v VG() 0,8 0,8 VR() 0,6 0,6 0,4 0,4 VB() 0,2 0,2 0 0 400 450 500 550 600 650 , nm 400 450 500 550 600 650 , nm a) b) Hình 3.1: Đặc tuyến phổ độ nhạy của mắt và đặc tuyến phổ độ nhạy của ba tế bào hình chóp Các tế bào hình chóp nhạy cảm ứng với ba màu cơ bản đ•ợc vẽ trên hình 3.3b. Các đặc tuyến VR(), VG(), VB() không có ranh giới rõ ràng, có đoạn gối lên nhau. Do đó khi có một bức xạ đơn sắc tác dụng vào mắt, thì không chỉ có một loại mà có hai hoặc cả ba loại đồng thời kích thích để tạo ra dòng điện tín hiệu, giá trị c•ờng độ tín hiệu không đều nhau trong các tế bào tạo nên cảm giác màu khác nhau trong thần kinh thị giác. Tỷ lệ dòng điện tạo ra trong các loại tế bào quyết định màu sắc mà mắt ta cảm thụ. Nên khi bức xạ có màu sắc giống nhau ch•a chắc có kết cấu phổ giống nhau. Từ những điều nói trên, chúng ta có thể nói rằng hệ thống thị giác của mắt ng•ời có khả năng phân tích màu nhờ sự so sánh dòng điện tín hiệu xuất hiện trong ba loại tế bào nhạy cảm với ba loại màu cơ bản R, G, B. 3.1.1.2. Các màu cơ bản và màu phụ Sau khi thuyết ba màu ra đời thì giả thiết là tồn tại một nhóm màu cơ bản. Bằng thực nghiệm đã chứng minh đ•ợc rằng không phải chỉ tồn tại một nhóm màu cơ bản mà có thể chọn ba màu bất kỳ trong phổ ánh sáng trắng làm ba màu cơ bản. Tuy nhiên để tạo ra tổ hợp ba màu cơ bản phải thoả mãn yêu cầu sau: ba màu đó phải độc lập tuyến tính. Nghĩa là, khi trộn hai màu bất kỳ trong ba màu đó trong điều kiện bất kỳ, theo tỷ lệ bất kỳ đều không tạo ra màu thứ ba. Vấn đề đặt ra là phải chọn ba màu nào làm ba màu cơ bản? Đã có nhiều tổ hợp ba màu đ•ợc đề nghị sử dụng. Tuy nhiên để tiêu chuẩn hoá việc đo màu trên thế giới, dựa vào các kết quả thực nghiệm CIE đã quy định ba màu cơ bản và ngày nay đ•ợc sử dụng rộng rãi trong công tác truyền hình. Ba màu cơ bản đó là: - Màu đỏ, ký hiệu bằng chữ R (Red), có b•ớc sóng R = 700 nm. - Màu lục, ký hiệu bằng chữ G (Green), có b•ớc sóng G = 546,8 nm. - Màu lam, ký hiệu bằng chữ B (Blue), có b•ớc sóng B = 435,8 nm. Mỗi màu cơ bản có một màu phụ t•ơng ứng, mà khi trộn với màu cơ bản sẽ tạo ra màu trắng. Màu phụ của màu đỏ là màu lơ, màu phụ của màu lục là màu mận chín, màu phụ của màu lam là màu vàng. GV: Nguyễn Vũ Thắng 50
52. Giáo trình môn học KTTH 3.1.1.3. Ph•ơng pháp trộn màu Đối với thị giác thì ngoài khả năng phân tích còn có khả năng tổng hợp màu. Quá trình này là do các tế bào đ•ợc kích thích bởi những nguồn bức xạ khác nhau. Để có đ•ợc màu sắc thích hợp, có các ph•ơng pháp trộn nh• sau. a/ Ph•ơng pháp trộn quang học Ph•ơng pháp này dựa trên khả năng tổng hợp màu khi có một số bức xạ màu sắc khác nhau tác dụng đồng thời vào mắt thì tạo ra một màu mới. Sắc độ của màu đó tỷ lệ với công suất của các bức xạ thành phần. Khả năng tổng hợp màu còn biểu hiện ở hiệu ứng cộng các màu lần l•ợt xuất hiện. Nếu thời gian xuất hiện các màu t•ơng đối ngắn thì sự xuất hiện lần l•ợt các màu sắc có thể tạo ra một màu mới, có sắc độ phụ thuộc vào c•ờng độ và thời gian suất hiện các bức xạ thành phần. Khi đồng thời hoặc lần l•ợt rọi hai hoặc một số chùm ánh sáng đỏ, lục, lam có c•ờng độ sáng thay đổi lên cùng một mặt phẳng phản xạ khuếch tán hoàn toàn, nếu thay đổi c•ờng độ của chùm ánh sáng thì màu sắc trên mặt phẳng sẽ thay đổi. Lục R Vàng (G) Đỏ (Y) (R) Nguồn G Trắng Lơ sáng (W) Mận (C) B chín (M) Lam (B) Hình 3 - 2: Trộn màu theo ph•ơng pháp trộn quang học Hình 3-2 minh họa các màu thu đ•ợc khi chiếu đồng thời ba màu đỏ, lục, lam có cùng c•ờng độ sáng lên trên màn chắn. b/ Ph•ơng pháp trộn không gian Khi các màu sắc tác động vào mắt mà các tia màu không rơi vào cùng một thời điểm trong mắt, giả sử các điểm rọi vào nằm gần nhau, thì mắt có thể tổng hợp các kích thích để tạo thành một màu mới. Đó là hiệu ứng cộng về không gian các màu sắc. Nhờ có hiệu ứng này mà kỹ thuật truyền hình có thể tạo ra ảnh màu phức tạp bằng cách ghép các dòng màu khác nhau hoặc ghép các điểm màu khác nhau. Ví dụ: khi đồng thời hoặc lần l•ợt rọi hai hoặc một số chùm sáng đỏ, lục, lam có dạng điểm hoặc dải có vị trí xen kẽ lên trên một phẳng không có tính trọn lọc. Khi khoảng cách giữa các vị trí này đủ nhỏ hoặc quan sát chúng ở cự ly xa sao cho kích th•ớc góc của chúng nhỏ hơn góc phân biệt của mắt, ta có cảm giác nh• tập hợp đó cùng một màu. Màu mà mắt cảm thụ đ•ợc tỷ lệ với diện tích và c•ờng độ sáng của các điểm hoặc GV: Nguyễn Vũ Thắng 51
53. Giáo trình môn học KTTH dải có màu cơ bản hoặc phụ thuộc vào thời gian rọi các chùm ánh sáng cơ bản. Dựa vào cơ sở này mà ng•ời ta chế tạo ra các ống thu hình màu khác nhau. c/ Ph•ơng pháp trừ Để tạo thành ảnh màu, ngoài cách cộng các màu đơn sắc, ng•ời ta còn dùng ph•ơng pháp lọc bớt (cắt bỏ) một số màu từ ánh sáng trắng. Bằng cách cho ánh sáng trắng qua một số môi tr•ờng hấp thụ hoặc phản xạ có tính chọn lọc liên tiếp trên đ•ờng lan truyền của sóng, ta sẽ thu đ•ợc màu sắc nhất định. Yêu cầu ánh sáng ban đầu phải là ánh sáng trắng có phổ tần liên tục để đảm bảo tạo ra đ•ợc đúng màu sắc mới sau quá trình hấp thụ. Đây chính là ph•ơng pháp trừ màu, nó th•ờng đ•ợc dùng trong điện ảnh và phim màu. d/ Các định luật cơ bản về trộn màu +/ Phối hợp màu Để có thể định l•ợng và định tính các màu sắc ng•ời ta dùng thiết bị so màu, đó là một lăng kính mà hai mặt kề nhau của nó có tính phản xạ toàn phần đối với mọi b•ớc sóng trong dải phổ trông thấy (hình 3-3). Các tia sáng đơn sắc chuẩn S1, S2, S3 đ•ợc chiếu vào một mặt của lăng kính phản xạ toàn phần và đ•ợc đ•a vào mắt ng•ời quan sát. Tia sáng màu cần đo S đ•ợc đ•a vào mắt ng•ời quan sát qua mặt kia của lăng kính. Khi chọn các màu chuẩn thích hợp và các hệ số suy giảm thích hợp thì tổng của các màu chuẩn cộng lại đ•ợc màu hoàn toàn giống nh• màu cần đo (chỉ về cảm giác màu của mắt còn phổ thì khác nhau). S1 Nguồn sáng S2 S cần đo S3 Nguồn sáng đơn sắc chuẩn Mắt ng•ời quan sát Hình 3-3. Thiết bị đo màu Từ thiết bị đo màu ở trên ta có thể viết: S = aS1 + bS2 + cS3 (*) Trong đó a, b, c là các hệ số tỷ lệ với công suất của các bức xạ chuẩn S 1, S2, S3. Theo quy định quốc tề thì S1, S2, S3 là các bức xạ đơn sắc t•ơng ứng với màu cơ bản đỏ (R), lục (G), lam (B) với các b•ớc sóng R = 700 nm; G = 546,8 nm; B = 435,8 nm. +/ Các định luật về trộn màu - Định luật thứ nhất: ‚Bất kỳ một m¯u sắc n¯o củng có thể tạo đ•ợc bằng cách trộn ba m¯u cơ b°n độc lập tuyến tính với nhau‛ (định luật n¯y thu được phương trình (*)). - Định luật htứ hai: ‚Sự biến đổi liên tục cða các bức xạ có thể tạo nên m¯u khác‛. GV: Nguyễn Vũ Thắng 52
54. Giáo trình môn học KTTH 3.1.1.4. Méo gamma Một trong những tham số đánh giá chất l•ợng của ảnh truyền hình là độ t•ơng phản của ảnh. Đó là tỷ số độ chói của vùng sáng nhất với độ chói của vùng tối nhất của ảnh. Độ t•ơng phản càng cao thì ảnh truyền hình càng rõ nét. Số bậc chói là giá trị lớn nhất của số mức chói trong giải chói đã cho (từ vùng tối nhất đến vùng sáng nhất) sao cho mắt ng•ời có thể phân biệt đ•ợc các mức đó. Từ đó có thể thấy độ t•ơng phản càng cao thì số bậc chói càng lớn. Hệ thống truyền hình phải đảm bảo đ•ợc tỷ lệ số bậc chói trên cảnh vật cần truyền đi và số bậc chói trên ảnh thu đ•ợc phải là hằng số. Nghĩa là đặc tuyến truyền đạt của hệ thống phải là đ•ờng thẳng. Tuy nhiên do đặc tuyến truyền đạt của các bộ biến đổi quang - điện, điện - quang và các thiết bị truyền th•ờng là phi tuyến. Méo gây ra do tính không đ•ờng thẳng của đặc tuyến truyền đạt gọi là méo gamma. 1 Đặc tuyến 0.8 sửa méo  0,6 Đặc tuyến 0,4 CRT Độ chói CRT CRT thị Độchói hiển 0,2 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 Điện áp điều khiển CRT Hình 3-4: Đặc tuyến sửa méo gamma Khi suất hiện méo gamma, số bậc chói trên ảnh thu đ•ợc (tại phía thu) không tỷ lệ với số bậc chói trên vật (tại phía phát). Giả sử khi hệ số méo  > 1 thì ở vùng tối một bậc chói trên ảnh ứng với một số bậc chói trên vật. Vì vậy trong truyền hình cần có mạch bù phi tuyến hay chính là mạch sửa méo gamma. Khi có sửa méo gamma cho phép tạo giá trị tổng=1 (hình 3-4). Mạch sửa méo gamma đ•ợc mắc ở camera và đ•ợc chuẩn hoá sao cho phù hợp với tiêu chuẩn chung của đ•ờng truyền và máy thu. 3.1.2. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu Hình ảnh truyền qua camera truyền hình màu đ•ợc biến đổi thành ba tín hiệu màu cơ bản R, G, B, t•ơng ứng với các mức điện áp UR, UG, UB nh• hình 3-5. Các tín hiệu cơ bản này đ•ợc đ•a qua mạch hiệu chỉnh gamma để bù méo gamma do ống thu hình ở phía thu gây ra. Các tín hiệu sau bù méo sẽ l¯ U’R, U’G, U’B đ•ợc đ•a vào mạch ma trận để tạo ra tín hiệu chói U’Y và hai tín hiệu hiệu số màu S1, S2. Các tín hiệu hiệu màu S1 và S2 đ•ợc điều chế vào dao động sóng mang phụ để tạo ra tín hiệu mang màu cao tần UC. GV: Nguyễn Vũ Thắng 53
55. Giáo trình môn học KTTH U’Y Mạch U =U’ +U UR U’R M Y C Hiệu chỉnh Mạch ma Bộ điều cộng UG U’G Camera gama trận S1 chế màu UB U’B UC S2 U’ Bộ chọn tín Y Mạch ma U’ S R hiệu Bộ tách 1 trận ống thu hình Sau bộ tách UC sóng màu sóng Video S2 U’G U’B Hình 3-5: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình màu Trong bộ cộng, tín hiệu U’Y và UC đ•ợc trộn với nhau để tạo ra tín hiệu truyền hình màu tổng hợp UM = U’Y + UC. Tín hiệu UM này đ•ợc truyền đến bên thu bằng cáp, hệ thống vi ba hoặc bằng sóng vô tuyến. Quá trình biến đổi các tín hiệu màu cơ bản U R, UG, UB thành tín hiệu truyền hình màu tổng hợp UM gọi là quá trình mã hoá tín hiệu. Tại phía thu, từ tín hiệu UM nhận đ•ợc (lấy sau tách sóng video) biến đổi thành các tín hiệu m¯u cơ b°n U’R, U’G, U’B. Quá trình biến đổi ng•ợc đó gọi là quá trình giải mã tín hiệu màu. Quá trình giải mã đ•ợc thực hiện trong máy thu hình màu. Tín hiệu truyền hình màu tổng hợp UM nhận đ•ợc sau tách sóng đ•ợc lọc ra th¯nh tín hiệu chói U’Y và tín hiệu mang màu cao tần UC. Sau bộ tách sóng màu ta thu đ•ợc các tín hiệu mang màu S1 và S2, đó là hai tín hiệu hiệu số màu. Nhờ có mạch ma trận, từ tín hiệu U’Y, S1, S2 tạo ra ba tín hiệu m¯u cơ b°n U’R, U’G, U’B (hoặc tín hiệu U’R- U’Y; U’G- U’Y; U’B- U’Y). Phần tử cuối cùng của hệ thống là ống thu hình, ở đây biến đổi các tín hiệu màu thành hình ảnh phức tạp. 3.1.3. Sự phối hợp truyền giữa hình màu với truyền hình đen trắng Trong ph•ơng diện truyền hình đại chúng, truyền hình màu ra đời khi mà truyền hình đen trắng đã phát triển hoàn thiện. Hàng triệu máy thu hình đen trắng vẫn đang còn hoạt động trên khắp thế giới. Chính vì thế việc phát triển truyền hình màu không thể bỏ qua, cũng nh• gây ảnh h•ởng cho truyền hình đen trắng mà chỉ làm cho công tác truyền hình nói chung thêm sinh động, phong phú mà thôi. a/ Các điều kiện để phối hợp giữa truyền hình màu với truyền hình đen trắng Sự phối hợp giữa truyền hình màu với truyền hình đen trắng là khả năng thu ch•ơng trình truyền hình màu của máy thu hình đen trắng ở dạng đen trắng và khả năng thu ch•ơng trình truyền hình đen trắng của máy thu hình màu ở dạng đen trắng (hình 3 -3). GV: Nguyễn Vũ Thắng 54
56. Giáo trình môn học KTTH Tạo hình đen trắng Đài phát 1 Máy thu Tạo hình đen trắng đen trắng đen trắng 3 2 Đài phát Máy thu Tạo hình màu màu 4 màu Tạo hình đen trắng Hình 3-3: Sự phối hợp giữa truyền hình màu với truyền hình đen trắng Nh• vậy theo định nghĩa trên, để hệ thống truyền hình màu phối hợp đ•ợc với hệ thống truyền hình đen trắng cần phải thoả mãn các điều kiện sau: - Các tham số quét (tần số dòng, tần số mành, các xung đồng bộ ) phải giống nh• truyền hình đen trắng. - Các tín hiệu (tin tức) của hệ thống truyền hình màu phải thích hợp với máy thu đen trắng cũng nh• máy thu màu. - Dải tần của hệ thống truyền hình màu phải nằm trong kênh quy •ớc của hệ thống truyền hình đen trắng. Trong ba điều kiện ở trên, điều kiện thứ nhất không có gì cần phải xét thêm. Ta làm rõ hai điều kiện sau. b/ Các tin tức cần truyền trong hệ thống truyền hình màu Theo sơ đồ mô tả sự phối hợp giữa truyền hình màu với truyền hình đen trắng ta thấy. - Đ•ờng (1): là cái đã có sẵn. Trong đó đài phát hình đen trắng chỉ truyền đi tín hiệu chói UY và đèn hình đen trắng sẽ tạo hình đen trắng bằng cách đ•a tín hiệu UY vào catốt đèn hình. - Đ•ờng (2): đài phát màu bị áp đặt phải truyền đi tín hiệu UY nh• đài đen trắng. Điều này là để máy thu đen trắng có thể tạo hình đen trắng khi nhận tín hiệu của đài phát màu. - Đ•ờng (3): đèn hình màu phải đ•ợc kết nối gần giống nh• đèn hình đen trắng. Nghĩa là 3 catốt phải đ•ợc nối chung với nhau. C•ờng độ ba tia bắn ra sẽ bằng nhau, làm ba điểm R, G, B trên màn ảnh sáng đều và cho ta cảm giác đen trắng ở mỗi điểm tâm. - Đ•ờng (4) đèn hình màu phải thỏa mãn sao cho khi 3 catốt đã nối chung. Để tạo màu, c•ờng độ của ba tia bắn ra phải tỷ lệ với 3 tin tức UR, UG, UB. Nh• vậy để phối hợp với truyền hình đen trắng, ng•ời ta không thể truyền đi 3 tin tức đầu tiên của ảnh màu UR, UG, UB mà phải truyền đi 4 tin tức gồm 1 tín hiệu chói UY và GV: Nguyễn Vũ Thắng 55
57. Giáo trình môn học KTTH 3 tín hiệu hiệu số mà UR - Y, UG - Y, UB - Y. Thực tế trong 4 tin tức vừa nêu chỉ cần truyền đi 3 tin tức, còn tin tức thứ 4 có thể đ•ợc suy ra từ các tin tức đã có. Cụ thể ng•ời ta truyền đi UY, UR-Y, UB-Y. Còn tín hiệu UG -Y đ•ợc suy ra từ hai tín hiệu UR-Y và UB -Y. 3.2. Xử lý ảnh màu 3.2.1. Phân tích ảnh màu Quá trình phân tích ảnh đ•ợc thực hiện ở bên phía phát. Dụng cụ cơ bản trong hệ quang học để phân tích ảnh màu thành các ảnh đơn màu là kính lọc màu và g•ơng l•ỡng sắc. a/ Kính lọc màu Nguyên lý hoạt động của nó là cho qua ánh sáng có dải tần ứng với một màu nào đấy. Về cấu tạo, kính lọc màu là một phiến mỏng bằng thuỷ tinh màu hoặc bằng nhựa màu trong suốt. Mức độ hấp thụ của kính lọc màu phụ thuộc vào: - Chiều dày d của miếng thuỷ tinh hoặc nhựa màu - Nồng độ C của chất màu - Đặc tính hấp thụ (theo b•ớc sóng) m của chất màu Hệ số cho qua của kính lọc màu: - m .d.c () = 10  Hệ số cho qua của nhiều kính lọc màu đặt kế tiếp nhau sẽ bằng tích số của các hệ số cho qua của các kính lọc màu: tổng() = 1() . 2() . 3() n() Nh•ợc điểm lớn nhất của kính lọc màu là năng l•ợng ánh sáng bị tổn hao nhiều (năng l•ợng ánh sáng cho qua chỉ bằng 10 - 30% năng l•ợng ánh sáng rọi vào). b/ G•ơng l•ỡng sắc G•ơng l•ỡng sắc là một miếng thuỷ tinh hoặc lăng kính thuỷ tinh nhẵn bóng. Mặt sau tráng nhiều lớp điện môi rất mỏng, trong suốt có độ dày và triết suất khác nhau. ở kính l•ỡng sắc, lợi dụng hiện t•ợng giao thoa của ánh sáng trên màng mỏng để phản xạ ánh sáng có dải tần nào đấy và cho thông qua ánh sáng có dải tần khác. Nh• chúng ta đã biết, khi tia sáng rọi vào mặt giới hạn giữa hai môi tr•ờng có triết suất khác nhau, thì một phần năng l•ợng ánh sáng phản xạ, phần năng l•ợng còn lại đ•ợc thông qua. Hơn nữa khi tia sáng đi từ môi tr•ờng có triết suất thấp sang môi tr•ờng có triết suất cao, tia phản xạ quay pha 1800. Ng•ợc lại khi tia sáng từ môi tr•ờng có triết suất cao sang môi tr•ờng có triết suất thấp, tia phản xạ không quay pha so với tia tới. I II 3 1  l 4 2 I’ II’ GV: Nguyễn Vũ Thắng 56
58. Giáo trình môn học KTTH Ưu điểm của g•ơng l•ỡng sắc: - Năng l•ợng tổn hao trong g•ơng l•ỡng sắc không đáng kể. Trong dải tần nào đó hệ số phản xạ cực đại đạt tới 85% và trong dải tần khác, hệ số cho qua đạt tới 95%. - Có khả năng chỉ cho qua ánh sáng có dải tần số rất hẹp thậm chí gần nh• ánh sáng đơn sắc, do đó có khả năng tạo ra các màu khá tinh khiết. Hình (3 - 4) là sơ đồ khối của thiết bị một kênh truyền hình chung cho cả ba tín hiệu màu. Một thấu kính thu nhận ánh sáng đầy màu sắc của cảnh vật đ•a tới kính l•ỡng sắc 1. Kính l•ỡng sắc 1 phản chiếu màu lam B và truyền đi màu đỏ R và màu lục G; kính l•ỡng sắc 3 phản chiếu màu đỏ R và truyền đi màu lục G. G•ơng phản chiếu 2 và g•ơng phản chiếu 4, phản chiếu ánh sáng màu lam B và màu đỏ R. Do hệ thống kính l•ỡng sắc và g•ơng phản chiếu đã phân tích ánh sáng màu sắc của cảnh vật thành 3 thành phần màu cơ bản đ•a tới 3 kính lọc màu. Kính lọc màu R chỉ cho màu đỏ qua (còn các thành phần khác đ•ợc kính hấp thụ), kính lọc màu G chỉ cho màu lục qua kính lọc màu B cho cho màu lam qua. ánh sáng của ba màu cơ bản R, G, B đ•ợc đ•a tới đèn quang điện. Đèn quang điện có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu quang (ánh sáng màu R, G, B) thành tín hiệu điện t•ơng ứng với 3 màu cơ bản ER, EG, EB. Điện áp tín hiệu ER, EG, EB đ•ợc đ•a tới bộ khuếch đại điện áp KR, KG, KB để khuếch đại điện áp tín hiệu màu lên đủ lớn. Sau đó đ•ợc đ•a vào điều chế biên độ của ba tần số sóng mang cao tần f R, fG, fB. Ba tần số sóng mang đã điều biên đ•ợc đ•a tới bộ cộng và ta đ•ợc tần phổ nh• hình (3 - 5). Nếu gọi các dải phổ của tín hiệu đỏ là DR, của tín hiệu lục là DG và của màu lam là DB đều bằng 6 MHz và dành thêm 1 MHz để làm khoảng đệm giữa các dải tần thì giải thông tối thiểu của một kênh truyền hình là: D = 6 MHz x 3 + 1 MHz = 19 MHz Với dải phổ D nh• trên là qúa rộng so với một kênh vô tuyến (khoảng 8 MHz) Máy ảnh màu Đèn quang điện 4 Đèn Khuếch Điều R E quang R đại KR chế R fR R R, E Điều G, B RG G Đèn G Khuếch Máy G chế + 1 3 quang đại KG phát fG f G OV B Điều Đèn EB Khuếch B chế 2 quang đại K B fB B Hình 3.4: Hệ thống thiết bị phát tín hiệu màu GV: Nguyễn Vũ Thắng 57
59. Giáo trình môn học KTTH fR fG fB DR DG DB f D Hình 3.5: Phổ của tín hiệu truyền hình màu Tín hiệu tổng hợp của kênh truyền hình màu ở đầu ra của bộ cộng đ•ợc đ•a tới máy phát. Máy phát có nhiệm vụ tạo ra tần số sóng mang phát hình f OV và lấy tín hiệu tổng hợp của kênh truyền hình màu điều chế biên độ tần số sóng mang fOV. Cuối cùng sóng điều chế đ•ợc đ•a tới Anten phát để phát ra không gian d•ới dạng sóng điện từ. 3.2.2. Tổng hợp ảnh màu Quá trình này đ•ợc thực hiện ở bên phía thu. Cơ sở của tổng hợp ảnh màu là các ph•ơng pháp trộn màu. a/ Tổng hợp màu theo ph•ơng pháp trộn quang học đồng thời Kính lọc màu Màn ảnh  () R ’ E R G() Kính tụ Ng•ời quang ’ quan E G sát ’ E B B() Hình 3-6: Tổng hợp ảnh màu theo ph•ơng pháp trộn quang học đồng thời ’ ’ ’ Với hệ thống chiếu (hình 3.6) các tín hiệu hiệu màu cơ bản E R, E G, E B đặt vào ba đèn hình đen trắng. Ba ảnh đen trắng từ màn hình đen trắng sau khi qua ba kính lọc màu (đỏ, lục và lam). Qua hệ thống quang học (các kính tụ màu) đ•ợc rọi đồng thời lên một màn ảnh rộng, sẽ cho ta ảnh màu. GV: Nguyễn Vũ Thắng 58
60. Giáo trình môn học KTTH Nếu dùng ba đèn hình màu, mỗi đèn hình chỉ phát ra một màu cơ bản thì không cần các kính lọc màu nữa. Nh•ợc điểm của ph•ơng pháp này là thiết bị cồng kềnh và khó phối hợp chính xác vị trí các phần tử ảnh của ba ảnh đơn màu để đ•ợc ảnh phần tử của ảnh màu trên toàn bộ bức ảnh. b/ Tổng hợp màu theo ph•ơng pháp trộn quang học lần l•ợt ’ E R ’ E G Đen trắng CM Ng•ời quan ’ E B sát Mô Đĩa Hình 3-7. Tổng hợp ảnh màu theo ph•ơng pháp trộn tơ quay quang học lần l•ợt Ph•ơng pháp này đ•ợc thể hiện trên hình 3-7. ở thiết bị này phải có chuyển mạch điện tử để lần l•ợt đặt các tín hiệu lên trên đèn hình đen - trắng. ở đây, nhờ có hiện t•ợng l•u ảnh của mắt ng•ời nên khi vận tốc chuyển đổi của chuyển mạch điện tử và vận tốc quay của đĩa màu (đĩa quay có lắp các kính lọc màu) lớn, cho ta cảm giác ảnh nh iều màu. Yêu cầu đối với thiết bị này: - Chuyển mạch điện tử và đĩa quay phải đồng bộ và đồng pha với nhau - Vận tốc chuyển mạch điện tử và đĩa quay phải khá lớn để tránh hiệu t•ợng bị chớp màu. Hình (3 - 8) là sơ đồ khối của thiết bị thu tín hiệu màu. Anten máy thu nhận đ•ợc tín hiệu cần thu có tần số sóng mang fOV, qua các tầng KĐ cao tần, đổi tần, KĐ trung tần và tách sóng ta lấy đ•ợc dải tần của kênh truyền hình màu. An ten Lọc f Tách KĐ R KĐCT R fR sóng R R Đổi tần Tách KĐIF Lọc fG KĐ G fG sóng G G Tách sóng Lọc fB Tách KĐ B fB sóng B B Màn hình Hình 3-8: Sơ đồ khối máy thu hình màu GV: Nguyễn Vũ Thắng 59