Giao an Truyen hinh so Hieu chinh-Lan 2.doc

Chơng 1
Khái quát truyền hình và truyền hình số
1.1. Hệ thống truyền hình.
1.1.1. Sơ đồ khối của hệ thống
Khái niệm: Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh thành tín
hiệu điện truyền đến máy thu, sau đó khôi phục tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị
lên màn hình dới dạng hình ảnh.
Truyền hình hoạt động dựa trên đặc điểm cảm nhận ánh sáng của mắt ngời để truyền
đi các thông tin cần thiết. Cờng độ và thành phần phổ của tia sáng phản xạ sẽ phản ánh tính
chất phản xạ, xác định độ chói và màu của vật.
Hệ thống truyền hình thực hiện xử lý tín hiệu mang thông tin về độ chói và màu của
vật, sơ đồ hệ thống truyền hình đợc biểu hiện trên hình 1.1.
Hoạt động chức năng của hệ thống:
ống kính Camera chiếu ảnh của vật cần truyền lên Katot quang điện của bộ chuyển
đổi ảnh- tín hiệu. Bộ chuyển đổi này sẽ chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện (chuyển
đổi năng lợng ánh sáng thành năng lợng điện), tín hiệu điện đợc gọi là tín hiệu hình hay
video, đây là quá trình phân tích ảnh.
Tín hiệu video đợc khuếch đại, gia công và truyền đi theo kênh thông tin sang phía
thu. ở phía thu, tín hiệu video đợc khuếch đại lên mức cần thiết rồi đa đến bộ chuyển đổi tín
Bộ tách
sóng
Bộ khuếch
đại
ống thu hình
Bộ tạo
xung quét
Đồng bộ
Máy thu hình
Anten
Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình
Bộ

KĐ
Hình ảnh
cần
truyền
Bộ tạo
xung quét
Xử lý
Video
ống phát
CAMERA
Bộ
KĐ
Bộ tạo
sóng mang
Máy phát
Bộ điều
chế
Anten
Bộ tạo xung
đồngbộ
1
hiệu điện- ảnh. Quá trình chuyển đổi tín hiệu điện thành ảnh quang là quá trình tổng hợp
ảnh, hay khôi phục ảnh. Dụng cụ để thực hiện sự chuyển đổi này là phần tử biến đổi điện
quang hay còn gọi là ống thu hình.
Để khôi phục đợc ảnh quang đã truyền đi, quá trình khôi phục tín hiệu- ảnh cần phải
hoàn toàn đồng bộ và đồng pha với quá trình chuyển đổi ảnh- tín hiệu. Vì vậy, trong hệ
thống sử dụng thiết bị tạo xung đồng bộ.
1.1.2. Nguyên lý quét
a. Phơng pháp quét liên tục
Trong truyền hình, hình ảnh của các vật đợc chiếu lên một mặt phẳng (mặt catot

quang điện của phần tử biến đổi quang- điện) nhờ một hệ thống quang học, sau đó chúng
mới đợc chuyển thành tín hiệu hình.
ảnh vật đợc chia thành nhiều phần nhỏ, gọi là các điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh có độ
chói trung bình và màu của nó. Số điểm ảnh càng lớn, tức là ảnh đợc chia ra càng nhỏ thì độ
chói và màu trên toàn tiết diện của mỗi điểm ảnh càng đồng nhất. Kích thớc của các điểm
ảnh càng nhỏ thì ảnh của vật càng sắc nét.
Độ chói và màu của các điểm ảnh tiếp tục đợc biến đổi thành tín hiệu điện (U). Nh
vậy tín hiệu hình phải là hàm của nhiều biến số:
),,,,,( tyxpLfU

=

(1.1)
Trong đó:
L- là độ chói của phần tử ảnh.

và
p

- bớc sóng và độ thuần khiết xác định màu của phần tử ảnh;
x và y- là các toạ độ xác định vị trí phần tử ảnh.
t- thời gian xác định vị trí lấy ảnh.
Hình ảnh quang học đợc hình thành nhờ quá trình quét theo chiều ngang từ trái qua
phải và theo chiều dọc từ trên xuống dới. Thông tin về độ chói của điểm ảnh trên một dòng
quét sẽ đợc chuyển đổi thành tín hiệu điện tơng ứng của dòng quét đó. Quá trình này liên
tiếp đợc lặp lại và thông tin về các ảnh liên tiếp đợc biến đổi thành dòng tín hiệu điện theo
thời gian trong khoảng thời gian quét hết một ảnh.
Trên hình vẽ (1.2) là sơ đồ quét một ảnh theo phơng pháp quét liên tục, lần lợt từng
dòng của một ảnh. Khi kết thúc việc phân tích hay tổng hợp một ảnh, tia điện tử quay nhanh
về mép trái dòng 1 của ảnh thứ 2.

Thời gian quét từ 1 đến A và trở về 2 là thời gian quét dòng. Thời gian quét ngợc (t-
ơng ứng với nét đứt) trên màn hình không có tín hiệu nhờ có xung xoá dòng. Thời gian quét
từ dòng 1 đến Z là thời gian quét thuận của một ảnh.
Tần số quét ảnh:
a
a
T
f
1
=
Trong đó T
a
là tần số quét ảnh.
2
Xung đồng bộ đợc truyền từ đầu phát đến đầu thu để hệ thống quét tại đầu thu hoàn
toàn đồng bộ với hệ thống quét tại đầu phát, đảm bảo tái tạo lại chính xác hình ảnh ban đầu.
b. Số dòng quét.
Chất lợng hình ảnh sau khi tái tạo phụ thuộc vào độ phân giải, số dòng quét càng
nhiều thì chất lợng hình ảnh càng đẹp. Số dòng quét tối thiểu là số dòng quét không gây khó
chịu cho ngời xem.
Số dòng quét thích hợp với mỗi ảnh sẽ là:
(10
0
* 60 ):1 = 600 dòng
Khoảng cách tốt nhất từ ngời xem đến màn ảnh là:
H
tg
H
D 6
5

2/
0
=
Trong đó: H- chiều cao của màn ảnh.
c. Số ảnh truyền trong một giây
Do sự lu ảnh của mắt, nếu ta truyền 24 ảnh/giây thì khi tái tạo lại hình ảnh ngời xem
sẽ có cảm giác ảnh là liên tục.
Số ảnh truyền: n = 24 ảnh/giây thì ảnh sẽ liên tục.
Điện ảnh truyền n = 49 ảnh/ giây.
Truyền hình thực hiện truyền n = 25 ảnh/giây.
Để tránh hiện tợng chớp sáng trong truyền hình ta sử dụng phơng pháp quét xen kẽ
1.2. Hình dạng tín hiệu hình và phổ tín hiệu
1.2.1. Hình dạng tín hiệu hình
Tín hiệu hình tổng hợp bao gồm tín hiệu hình ảnh (Video), xung xoá (Blank) và xung
đồng bộ (Sync).
a. Tín hiệu video
Điểm ảnh
Điểm ảnh
Điểm
bắt
đầu
A
B
Z
Z
Hình 1.2: Phương pháp quét liên tục.
1
2
3
.

.
.
Xung quét
dòng
Xung quét
mành
Hình 1.3: Dạng xung quét dòng và mành
3
* Nguyên lý tạo tín hiệu video
Thông tin về vật cần truyền mang các tính chất về độ chói, màu sắc và sự biến đổi
theo thời gian. ảnh vật qua hệ thống quang học của camera hội tụ trên bề mặt cảm quang
của bộ tạo ảnh, chúng là ảnh phẳng (ảnh hai chiều).
Bộ tạo ảnh biến đổi thông tin chứa trong các điểm ảnh thành tín hiệu điện mang tính
chất của điểm ảnh đó. Tập hợp các tín hiệu điện đợc sắp xếp liên tục cho ta một dòng tín
hiệu mang thông tin trọn vẹn về một bức ảnh, đó chính là dòng tín hiệu video.
Các ảnh đợc truyền đi liên tiếp nhau trong những khoảng thời gian nhất định và đợc
hiển thị liên tiếp trên màn hình phía thu. Với một tốc độ hiển thị nào đó, mắt ngời thu đợc
một chuỗi liên tục các sự biến đổi của vật thể trên màn hình và cảm nhận đợc một sự chuyển
động thật của vật thể nhờ khả năng lu ảnh trên võng mạc của mắt ngời.
* đặc điểm của tín hiệu hình
Tín hiệu hình là tín hiệu đơn cực tính bởi vì độ chói của ảnh có trị số dơng, biến đổi
từ giá trị 0 đến trị số dơng cực đại.
Nếu điểm trắng của ảnh ứng với trị số điện áp lớn nhất, điểm đen tín hiệu ứng với giá
trị điện áp nhỏ nhất thì gọi là tín hiệu cực tính dơng, ngợc lại ta gọi là tín hiệu cực tính âm.
Giá trị trung bình của mỗi ảnh tỷ lệ với độ chói trung bình của ảnh đó.
Quá trình chuyển đổi, tín hiệu hình bị ngắt quãng qua từng dòng.
Mỗi chu kỳ quét đợc chia thành 2 phần:
- Phần quét thuận: Chuyển đổi ảnh thành tín hiệu điện, chiếm khoảng 82- 84% của
một chu kỳ quét dòng.
- Phần quét ngợc: Là thời gian tia điện tử từ cuối dòng quay về đầu dòng sau để chuẩn

bị quét tiếp dòng sau, chiếm khoảng 16- 18% thời gian của một chu kỳ quét dòng.
b, Xung xoá màng và dòng
Xung xoá dòng: Có tác dụng tắt tia điện tử ở ống tia trong thời gian quét ngợc.
Xung xoá mành: Có tác dụng tắt tia điện tử của ống thu trong thời gian quét ngợc của
ảnh. Thời gian quét ngợc của ảnh thờng bằng 20- 30 chu kỳ quét dòng.
c. Xung đồng bộ
Xung đồng bộ đảm bảo hệ thống quét ở đầu thu hoàn toàn đồng bộ với hệ thống quét
ở đầu phát.
U
Mức trắng
Mức đen
Mức xung
tắt
Mức xung
đb
0
T
d
T
d
3T
d
2,5T
d
23-30T
d
Xung tắt mặt
t
Hìh 1.4: Tín hiệu hình
4

1.2.2. Phổ tín hiệu hình
Xác định phổ tần của tín hiệu hình là xác định các thành phần xoay chiều của tín
hiệu. ứng với chi tiết lớn của ảnh là các thành phần tần số thấp, ứng với chi tiết nhỏ của ảnh
là các thành phần tần số cao của phổ tín hiệu hình.
Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét. Để đạt đợc độ rõ
càng cao thì số dòng quét càng lớn dẫn đến độ rộng dải tần tín hiệu tăng lên. Sử dụng phơng
pháp quét xen kẽ sẽ giảm đợc dải tần tín hiệu.
Phổ của tín hiệu hình đợc minh hoạ nh sau:
Nhận xét:
- Tần phổ của tín hiệu hình là phổ gián đoạn gồm các hài của tần số mặt và các
nhóm phổ quanh hài của tần số dòng, trong đó hài càng cao thì biên độ càng bé.
- Giữa các nhóm phổ hài tần số dòng tồn tại các khoảng trống. Ta có thể truyền cả
hai tín hiệu mà phổ của chúng có cấu trúc nh nhau trên một kênh thông tin.
Tính chất này đợc ứng dụng trong truyền hình màu. Phổ của tín hiệu màu đợc sắp xếp
vào các khoảng trống của phổ tín hiệu chói.
1.3. Cơ sở truyền hình màu
Truyền hình màu phát triển nhờ lý thuyết 3 màu trong đó mọi ảnh màu đều có thể
phân tích và tổng hợp từ 3 màu cơ bản. Trong truyền hình màu cần phát cả tín hiệu phản ánh
độ chói của hình ảnh cùng với các tín hiệu mang tin tức về màu sắc. Tín hiệu truyền hình
màu có các tính chất khác với tín hiệu truyền hình đen trắng, quá trình tạo tín hiệu truyền
hình màu sẽ tạo các tín hiệu méo, trong đó méo Gamma gây ảnh hởng lớn nhất đến việc
thiết kế hệ thống truyền hình.
1.3.1. Lý thuyết ba màu
a. Thị giác màu
Thực nghiệm đã chỉ ra rằng, ta có thể nhận đợc gần nh tất cả các màu sắc tồn tại
trong thiên nhiên bằng cách trộn ba chùm ánh sáng màu đỏ, màu lục và màu lam theo các tỷ
lệ xác định.
b. Các màu cơ bản và màu phụ.
t
U

Hình 1.5: Phổ tín hiệu hình
5
Tổ hợp 3 màu đợc xem là 3 màu cơ bản khi chúng thoả mãn yêu cầu: Ba màu đó độc
lập tuyến tính, tức là trộn 2 màu bất kỳ trong 3 màu ở trong điều kiện bất kỳ, theo tỷ lệ bất
kỳ đều không tạo ra màu thứ 3.
Tổ chức CIE đã quy định 3 màu cơ bản sử dụng rộng rãi trong công nghiệp truyền
hình, gọi là hệ so màu R, G ,B:
- Màu đỏ, ký hiệu là R (Red) có bớc sóng
nm
R
700
=

.
- Màu lục, ký hiệu là G (green), có bớc sóng
nm
G
8,546=

.
- Màu lam, ký hiệu là B (blue), có bớc sóng
nm
B
8,435=

Mỗi màu cơ bản có một màu phụ tơng ứng mà khi trộn với màu cơ bản sẽ tạo ra màu
trắng.
1.3.2. Phơng pháp trộn màu
a. Phơng pháp trộn quang học.
Là sự tổng hợp màu khi có một số bức xạ màu khác nhau tác dụng đồng thời vào mắt

thì tạo ra đợc một màu mới, sắc độ của màu đó phụ thuộc tỷ lệ công suất của các bức xạ
thành phần.


b. Phơng pháp trộn màu không gian
Trờng hợp có nhiều tia sáng cùng rọi vào mắt mà không rơi vào một điểm trong mắt,
giả sử các điểm đó gần nhau thì mắt cũng có thể tổng hợp đợc một màu mới.
c. Các định luật cơ bản về trộn màu.
1, Định luật 1:
- Bất kỳ một màu sắc nào cũng có thể tạo đợc bằng cách trộn 3 màu cơ bản độc lập
tuyến tính đối với nhau.
2, Định luật 2:
Đỏ
R
G
B
Nguồn
sáng
Lục
Lam
Vàng
Lơ
Trắng
Hìmh 1.6: Trộn màu theo phương phương pháp quang học
6
- Sự biến đổi liên tục của các bức xạ có thể tạo lên màu khác.
3, Định luật 3:
- Màu sắc tổng hợp của một số bức xạ không phải đợc xác định bởi đặc tính phổ của
các bức xạ đợc trộn mà đợc xác định bởi màu sắc thành phần của các bức xạ đó. Hay nói
cách khác: Để xác định màu sắc của bức xạ tổng hợp ta phải xác định đợc các thành phần

của màu sắc cơ bản của các bức xạ đợc trộn.
1.4. hệ thống và dạng tín hiệu truyền hình màu
1.4.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu
Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu:
Hoạt động của sơ đồ khối tổng quát:
Hình ảnh cần truyền qua camera truyền hình màu đợc biến đổi thành 3 tín hiệu màu
cơ bản là E
R
, E
G
, E
B
. Các tín hiệu màu cơ bản này đợc truyền qua các mạch hiệu chỉnh
gamma để bù méo gamma do ống thu ở bên thu gây lên (méo Gamma gây ra do tính phi
tuyến của đặc tuyến truyền đạt của các phần tử ống thu). Các tín hiệu đã bù méo
'''
,,
BGR
EEE

đợc đa vào mạch ma trận tạo tín hiệu chói
'
Y
E
và 2 tín hiệu mang màu
21
, SS
. Các tín hiệu
mang màu
21

, SS
điều chế dao động tần số mang phụ tạo ra tín hiệu mang màu cao tần U
C
.
Trong bộ cộng, các tín hiệu
'
Y
E
và
C
U
đợc trộn với nhau để tạo thành tín hiệu truyền hình
màu tổng hợp
CYM
EEE +=
'
. Tín hiệu E
M
đợc truyền đến bên thu bằng cáp, hệ thống viba
hoặc vô tuyến điện.
Quá trình biến đổi các tín hiệu màu cơ bản
'''
,,
BGR
EEE
thành tín hiệu truyền hình
màu tổng hợp E
M
gọi là quá trình mã hoá tín hiệu màu.
Phía thu, tín hiệu E

M
nhận đợc sau tách sóng video đợc biến đổi thành các tín hiệu
màu cơ bản
'''
,,
BGR
EEE
. Quá trình biến đổi ngợc đó gọi là quá trình giải mã tín hiệu màu.
Qúa trình giải mã thực hiện trong phần tần số vi deo của máy thu hình màu. Tín hiệu
truyền hình màu tổng hợp E
M
nhận đợc sau tách sóng đợc lọc ra thành tín hiệu chói
'
Y
E
và
Hiệu chỉnh
gamma
Mạch
ma trận
Bộ điều
chế màu
Mạch
cộng
E
R
E
G
E
B

E
R

E
G

E
B

S
1
S
2
E
C
E
Y

E
M
= E
Y
+E
C
Bộ chọn tín
hiệu
Bộ chọn
tín hiệu
Mach
ma trận

Từ bộ tách
sóng video
E
Y

S
1
S
2
E
R

E
G
E
B

ống
thu
Hình 1.7: Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình màu
7
tín hiệu mang màu cao tần
C
E
. Sau bộ tách sóng màu, ta thu đợc tín hiệu mang màu
1
S
và
2
S

, đó là các tín hiệu số màu.
Nhờ có mạch ma trận, từ tín hiệu
21
'
,, SSE
Y
tạo ra tín hiệu mang màu cơ bản
'''
,,
BGR
EEE
. Phần tử cuối cùng của hệ thống là ống thu, ở đây biến đổi các tín hiệu màu
thành hình ảnh phức tạp.
1.4.2. Tín hiệu truyền hình màu.
a. Tín hiệu chói
Tín hiệu chói mang thông tin về độ sáng của hình ảnh.
Tín hiệu chói trong các hệ truyền hình màu sau khi hiệu chỉnh gamma đợc chọn theo
biểu thức:
''''
114,0587,0299,0
BGRY
EEEE ++=
(1.2)
Hoặc có thể viết:
''''
114,0587,0299,0 BGRY ++=
(1.3)
Trong đó:
)(
''

YE
Y
là điện áp hiệu chỉnh gamma tín hiệu chói của tín hiệu ảnh màu.
)();(),(
''''''
BEGERE
BGR
- là các điện áp hiệu chỉnh gamma độ chói ứng với các tín
hiệu đỏ, lục và lơ khi quét phần tử ảnh đã qua.
b. Tín hiệu số màu
Cần chọn tín hiệu mang màu để khi phát ảnh đen trắng thì tín hiệu mang màu triệt
tiêu, chỉ còn lại Y. Ngoài ra, tín hiệu mang màu không tăng biên độ khi tăng độ chói của
ảnh, nghĩa là tín hiệu mang màu không mang tin tức về độ chói. Các tín hiệu mang màu
truyền đi đợc là các tín hiệu hiệu màu R- Y, B- Y.
c. Tín hiệu video thành phần và tín hiệu tổng.
Hệ thống truyền hình cho phép sử dụng hai dạng tín hiệu để xử lý, lu trữ và truyền
phát chơng trình:
- Tín hiệu video thành phần gồm bộ 3 tín hiệu đợc xử lý riêng rẽ, yêu cầu sử dụng 3
kênh truyền tín hiệu. Có hai tập các tín hiệu video thành phần đợc sử dụng bao gồm:
1- Tín hiệu R, G, B: Là các tín hiệu cơ bản của truyền hình màu, mỗi một tín hiệu
biểu diễn cho một màu cơ bản.
2- Tín hiệu Y, R- Y và B- Y: Là tổ hợp của các giá trị tín hiệu màu cơ bản R, G, B.
- Tín hiệu video tổng hợp đợc sử dụng trong kênh truyền thông đại chúng. Đặc điểm
của nó là tất cả các thông tin về tín hiệu màu của cảnh vật đợc biểu diễn bằng một tín hiệu.
Video tổng hợp sẽ đợc xử lý, lu trữ và truyền dẫn dới dạng một tín hiệu duy nhất, yêu cầu
duy nhất một kênh truyền.
1.5. hệ truyền hình màu NTSC
8
1.5.1. Khái quát về hệ truyền hình màu NTSC
a, Khái quát

NTSC (National Television System Committee) là hệ truyền hình xuất hiện tại Mỹ vào
năm 1950. Trong hệ truyền hình này, tín hiệu chói đợc tạo ra từ 3 tín hiệu màu cơ bản và
phát đi trong toàn dải tần dành cho hệ thống truyền hình đen trắng thông thờng. Tín hiệu
chói đợc xác định theo biểu thức:
''''
114,05879,0299,0 BGRY ++=
(1.4)
trong đó
''''
,,, BGRY
là giá trị điện áp tín hiệu chói và 3 màu cơ bản sau hiệu chỉnh
gamma.
Hai tín hiệu mang màu đợc truyền đồng thời với tín hiệu chói có biểu thức là:

00
00
33cos)(33sin)(
33sin)(33cos)(
YGYRQ
YGYRI
+=
=
(1.5)
ở hệ NTSC không sử dụng hệ trục (R-Y) và (B-Y) mà hai tín hiệu màu đợc tính theo
hai hệ toạ độ
)(),(
''
QI
EQEI
và đợc gọi là tín hiệu I và Q.

Các màu nằm theo hớng Q lệch pha 33
0
so với trục B- Y là mắt ngời phân tích kém
nhất và dải tần tơng ứng chỉ cần 0,5 MHz, còn ở các hớng khác dải tần đều xấp xỉ 1,5 MHz.
Cách chọn hệ trục toạ độ nh trên có thể giảm tối đa sự ảnh hởng của tín hiệu sắc vào tín hiệu
chói, đồng nghĩa với việc thu hẹp dải thông tín hiệu sắc .
b. Điều chế vuông góc
Tín hiệu I đợc truyền với tần số 1,3 MHz và tín hiệu Q đợc truyền với tần số 0,5 MHz
và cùng đợc điều chế vuông góc với tần số sóng mang là:
R-Y
B-Y
I
Q
30
0
O
Hình 1.8: Quan hệ giữa hệ trục I, Q và (R-Y), (G-Y)
Điều biên
cân bằng 1
Dịch pha
90
0
Điều biên
cân bằng 2
+
Tạo sóng
mang phụ
E

a

E

b
U
b
U
a
U
m
Hình 1.9: Điều chế vuông góc
O 1 2 3 3,58 4,2 Tần số (MHz)
9
2/)12(
Hsm
fnf
+=
Nhận xét: Nh vậy, tín hiệu màu của hệ thống NTSC là tín hiệu điều biên, điều pha có
tần số bằng tần số sóng mang phụ.
c. Sóng mang phụ
Cả hai tín hiệu I và Q đợc điều chế vuông góc với tần số sóng mang bằng:
)2/)(12(
HSC
fnf +=
(1.6)
trong đó, n là số nguyên dơng.
f
H

- là tần số dòng
f

SC
tần số sóng mang phụ.
Với f
SC
bằng số lẻ lần nửa tần số dòng, phổ của tín hiệu màu sau điều chế sẽ xen kẽ
với phổ của tín hiệu chói. Thông tin về màu sắc của ảnh cần truyền đợc truyền trong cùng
dải phổ của tín hiệu truyền hình đen trắng.
Để tránh can nhiễu vào tín hiệu chói, trung tần tiếng phải bằng một số nguyên lần tần
số dòng:
Hn
fnf .=
Với hệ NTSC tiêu chuẩn (z = 525 dòng) chọn n = 296 sẽ thoả mãn điều kiện, ta có
giá trị các đạt lợng:
Tần số dòng:
HzNTSCf
H
264,15734
286
10.5,4
)(
6
=
Tần số mành:
Hz
z
f
f
H
v
94,59

2
==
Tần số sóng mang (sóng mang phụ) là:
MHzfnf
HSC
58,3)2/264,15734)(1286.2()2/)(12(
+=+=
d. Tín hiệu đồng bộ màu
Máy phát truyền đi tín hiệu đồng bộ màu mang tin tức về pha gốc của sóng mang
phụ để thực hiện đồng bộ và đồng pha cỡng bức sóng mang phụ chuẩn đợc tạo ra ở máy thu.
Tín hiệu đồng bộ màu là chuỗi xung gồm 9 đến 10 chu kỳ, có tần số bằng đúng tần
số mang màu
MHzf
SC
58,3
=
đợc đặt ở sờn sau của các xung xoá dòng.
e. Phổ của các tín hiệu
Biểu đồ biểu diễn tín hiệu phổ có dạng nh sau:
O 1 2 3 3,58 4,2 Tần số (MHz)
10
Phổ của tín hiệu màu tổng hợp trong hệ NTSC bao gồm phổ tần tín hiệu chói Y

và
phổ tần tín hiệu màu I và Q. Dải tần tín hiệu chói từ
MHz2,40 ữ
; của tín hiệu màu Q từ
MHz2,43 ữ
; của tín hiệu màu I từ 2,
MHz2,43 ữ

. Cả hai dải biên tần của tín hiệu Q đều đ-
ợc truyền sang phía thu còn tín hiệu I bị nén một phần biên tần trên.
1.5.2. Mã hoá và giải mã NTSC
a. Bộ lập mã màu
Sơ đồ khối bộ lập mã màu có dạng là:
Hoạt động chức năng:
Mạch ma trận hình thành tín hiệu chói
'
Y
và 2 tín hiệu màu
QI,
từ các tín hiệu màu
cơ bản
BGR ,,
.
Mạch lọc thông thấp (LTT) đối với tín hiệu I có tần số giới hạn trên là 1,3 MHz (ở
mức 2dB), còn đối với tín hiệu Q là 0,6 MHz (ở mức 6 dB).
Mạch tạo sóng mang phụ (TSMP) bằng thạch anh tạo ra dao động điều hoà có tần số
MHzf
SC
58,3
=
và góc pha là 190
0
(so với trục (B- Y)). Dao động này qua mạch dịch pha
Biên độ
O 1 2 3 3,58 4,2 Tần số (MHz)
I Q
Hình 1.10: Phổ tần tín hiệu màu
Y

Ma
trận
R
G
B
C
1
Trễ1
Lọc TT Trễ2 ĐCCB1
Lọc TT ĐCCB2
C
2
C
3
Lọc TT
TSMP
Dịch pha
-57
0
Dịch pha
90
0
Đa hài
đợi
K
1
Trễ 3
K
2
Y

1
Xung đồng bộ và xung
tắt đầy đủ
I
Q
1,3
U
m
U
Tong
4,2
0,6
1/455
Đến mạch
chia tần
f
V
f
H
Y

U
dbm
Hình 1.11: Sơ đồ khối lập mã màu ở hệ NTSC
11
-57
0
, đảm bảo cho sóng mang phụ đặt lên mạch điều biên cân bằng (ĐBCB1) có góc pha
123

0
(= 190
0
- 57
0
), và lại qua mạch dịch pha - 90
0
để cho sóng mang phụ đặt lên mạch điều
chế cân bằng 2 (ĐCCB 2) có góc pha 33
0
. Tại lối ra mạch cộng C
2
nhận đợc tín hiệu màu
u
m
.Tại mạch cộng C
1
thực hiện cộng tín hiệu chói với xung đồng bộ đầy đủ và xung tắt đầy
đủ.
Tín hiệu Y

qua qua đờng truyền có dải thông tần rộng nhất, còn tín hiệu Q qua đờng
truyền có dải thông tần hẹp nhất cho nên tín hiệu Q truyền với tốc độ chậm nhất. Còn tín
hiệu Y

truyền với tốc độ nhanh nhất. Để cho các tín hiệu
QIY ,,
'
ứng với từng phần tử ảnh
đến mạch cộng C

3
cùng một lúc, phải có trễ 1 với thời gian
s
à
7,0
và trễ 2 với thời gian
s
à
7,0
.
Tại mạch cộng C
3
cộng tín hiệu chói (kể cả XĐBĐĐ và XTĐĐ) với tín hiệu màu và
tín hiệu đồng bộ màu. Tín hiệu màu đầy đủ U
Tong
nhận đợc ở lối ra C
3
qua mach lọc thông
thấp có dải thông
MHz2,40 ữ
truyền tới máy thu hình.
b. Bộ giải mã màu
Sơ đồ khối nh sau:
* Kênh chói.
Kênh chói gồm có: Mạch nén dao động tần số hiệu (4,5 MHz), dây trễ, mạch lọc
chặn dải và một số tầng khuếch đại. Dây trễ dải rộng có dải thông 4,2 MHz, để cho tín hiệu
chói và các tín hiệu màu của cùng một ảnh phần tử dến mạch ma trận cùng một lúc.
Mạch lọc chặn dải sóng mang phụ và các thành phần phổ của tín hiệu màu gần
SC
f

nhằm giảm ảnh hởng của tín hiệu màu đến chất lợng truyền ảnh truyền hình màu. Trong
kênh chói còn có thể có mạch ghim khôi phục thành phần một chiều cuả tín hiệu.
* Kênh màu
Nén
4,5MHz
KĐ ĐT1
LCD
3,58MHz
TSĐB
I
LTT
1
DT2
LTD KĐM KĐM
TSĐB
Q
LTT
2
KĐ
PC
2
TĐM
(ACC)
HT
XT
DP
-90
0
DP

-57
TM
KĐK TSP LTT
PT
ĐK
TSM
PC
U

f
H
123
0
E
Y
KĐ
PC
2
E
1
-E
1
E
0
-E
0
KĐ
ra
KĐ
ra

KĐ
ra
-E
R
-E
G
-E
B
33
0
Hình 1.11 : Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC
12
Gồm có mạch lọc thông dải, mạch tách sóng đồng bộ, lọc thông thấp và một số tầng
khuếch đại và dây trễ dải hẹp.
Mạch lọc thông dải chọn lấy tín hiệu màu, tín hiệu đồng bộ màu và nén các thành
phần tần số thấp của tín hiệu chói nằm ngoài phổ tần của tín hiệu màu. ở lối ra của các
mạch lọc thông thấp nhận đợc tín hiệu màu I và Q.
Mạch ma trận tạo tín hiệu màu cơ bản
'''
,, BGR
từ các tín hiệu
'
,, YIQ
. Các tín hiệu
này sau khi đợc khuếch đại đến giá trị cần thiết đảm bảo cực tính âm, sẽ đặt lên catôt của
súng điện tử tơng ứng trong đèn hình màu.
1.5.3. Hệ truyền hình màu PAL
Hệ truyền hình NTSC có một số nhợc điểm nh: Sự nhạy cảm của tín hiệu màu với
méo pha và mép pha vi sai (do sự biến đổi của sóng mang phụ) làm cho màu sắc của ảnh
khôi phục không đợc chính xác.

Hệ PAL (Phase Alternative Line) là hệ truyền hình màu ra đời năm 1961. Trong hệ
PAL, các tín thành phần đợc truyền bao gồm: Tín hiệu chói Y, hai tín hiệu màu U và V,
trong đó:
''''
114,05879,0299,0 BGRY ++=
)(877,0
)(493,0
YRV
YBU
=
=
Việc đảo pha thành phần sóng mang phụ tín hiệu màu V của hệ PAL nhằm giảm ảnh
hởng của méo pha tín hiệu màu đến chất lợng hình ảnh màu đợc khôi phục.
Tần số mang màu hệ PAL:
24
)12()(
V
H
SC
f
f
nPALf
++=
với n = 567
f
H
= 15625 Hz
f
V
= 50Hz

Theo tính toán có:
MHzPALf
SC
43,4)(
=
Mạch mã hoá PAL có dạng sau:
Tín hiệu
TH số
Tín hiệu
TH số
13
1.5.4. Hệ truyền hình màu SECAM
Hệ SECAM là hệ truyền hình màu ra đời năm 1959 là hệ truyền hình màu đồng thời -
lần lợt. Ưu điểm của hệ SECAM là chống nhiễu tốt, ít nhạy với méo pha, méo pha- vi sai,
méo biên độ- vi sai.
Trong hệ SECAM, các tín thành phần đợc truyền bao gồm: Tín hiệu chói Y, hai tín
hiệu màu D
R
và D
B
, trong đó:
''''
114,05879,0299,0 BGRY ++=
)(5,1
)(9,1
YBD
YRD
B
R
=

=
1.6. Hệ thống truyền hình số và các đặc điểm
1.6.1. Hệ thống truyền hình số
Số hoá tín hiệu video trên thực tế là biến đổi tín hiệu video tơng tự (analog) sang
dạng số (digital).
So với tín hiệu tơng tự, tín hiệu số có nhiều u điểm trong quá trình xử lý tín hiệu và lu
trữ.
- Tín hiệu số ít nhạy cảm so với các dạng méo xảy ra trên đờng truyền.
- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.
Hình vẽ: Sơ đồ khối lập mã màu ở hệ PAL
Ma
trận
R
G
B
Trễ 0,4
Lọc TT
1,3 MHz
ĐC U
+
+
0
0
/180
0
- 90
0
Tạo sóng mang
màu 4,43 MHz
Y

U
V
Lọc TT
1,3 MHz
ĐC V
Tạo xung xoá
xung đồng bộ
Tạo
Burst
90
0
90
0
Hình vẽ: Mạch mã hoá SECAM
Ma
trận
R
G
B
Chuyển mạch
Điều chế
tần số (FM)
+
Y
D
R
D
B
Xung xoá,
xung đ.bộ

SECAM
Tín hiệu
TH số
Tín hiệu
TH số
14
- Có tính linh hoạt, đa dạng trong qua trình xử lý tín hiệu.
- Hiệu quả sử dụng dải thông cao, có khả năng truyền nhiều chơng trình trên cùng
một kênh RF.
- Tín hiệu số có tính phân cấp.
- Khả năng truyền tải nhiều dạng thông tin khác nhau.
- Tiết kiệm nhiều năng lợng, với cùng một công suất phát sóng, diện tích phủ sóng
rộng hơn truyền hình tơng tự.
- Khoá mã đơn giản.
- Dễ dàng thích nghi với các bớc phát triển tiếp theo sang truyển fhình độ phân giải
cao trong tơng lai.
- Thị trờng đa dạng, có khả năng cung cấp nhiều dịch vụ cho khán giả.
- Chi phí khai thác thấp.
- Có khả năng hoà nhập vào xa lộ thông tin.
Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số đợc đa ra nh hình vẽ
sau:

Hoạt động chức năng của hệ thống:
Đầu vào là tín hiệu truyền hình tơng tự, qua thiết bị mã hoá (biến đổi A/D), tín hiệu
hình sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu truyền hình số. Tín hiệu truyền hình số đợc đa đến thiết
bị phát (gồm mã hoá kênh và biến đổi tín hiệu), sau đó qua kênh thông tin đa đến thiết bị thu
(gồm biến đổi tín hiệu và giải mã kênh).
Mã hoá kênh đảm bảo chống nhiễu cho tín hiệu trên kênh thông tin, các bộ biến đổi
tín hiệu là các thiết bị điều chế và giải điều chế.
Bộ giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi truyền hình số thành tín hiệu

truyền hình tơng tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải
mã tín hiệu truyền hình.
1.6.2. Đặc điểm của truyền hình số
a. Yêu cầu về băng tần.
Biến đổi
A/D
Mã hoá
kênh
Biến đổi
tín hiệu
Kênh
thông tin
Biến đổi
tín hiệu
Biến đổi
D/A
Giải mã
hoá kênh
Tín hiệu TH
tương tự
Tín hiệu
TH số
Thiết bị phát
Thiết bị thu
Tín hiệu
TH số
Tín hiệu TH
tương tự
Hình 1.12: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số.
15

Tín hiệu số yêu cầu băng tần rộng hơn so với tín hiệu tơng tự. Thông thờng bằng
khoảng 4 lần tín hiệu tơng tự, nếu có thêm bit sửa lỗi, yêu cầu băng tần còn phải tăng hơn
nữa.
Công nghệ số hiện đại cho phép giảm độ rộng băng tần thông qua kỹ thuật nén số
liệu. Các kỹ thuật nén băng tần có thể cho tỷ lệ đạt 100:1 mặc dù việc nén có thể làm giảm
chất lợng hình ảnh và âm thanh. Các tính chất đặc biệt của hình ảnh nh tính lặp lại, khả năng
dự báo thông tin trong ảnh cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng tần tín hiệu.
b. Tỷ số tín/tạp
Một trong các u điểm lớn của truyền hình số là khả năng chống nhiễu trong các khâu
truyền dẫn vầ ghi.
ở tín hiệu số, nhiễu là các bít lỗi, ví dụ xung on chuyển thành xung off, có thể đ-
ợc khắc phục bằng các mạch sửa lỗi. Nếu có quá nhiều lỗi, một biện pháp làm giảm ảnh h-
ởng của lỗi hay đợc sử dụng là quá trình che lỗi. Khi tỷ lệ bít lỗi BER lớn, các mạch sửa lỗi
và che lỗi mất tác dụng, ta không thể sử dụng dòng tin đợc nữa. Đây là điểm khác so với tín
hiệu tơng tự, ở tín hiệu tơng tự, khi có tỷ số tín/tạp ta vẫn có thể sử dụng đợc tin dù chất lợng
tín hiệu xấu đi nhiều.
c. Giá thành và độ phức tạp.
Các mạch số có độ phức tạp hơn nhiều so với các mạch tơng tự, giá thành ban đầu
cũng cao hơn. Tuy nhiên hiện nay, với sự phát triển của truyền thông số và công nghiệp máy
tính, các thiết bị truyền hình số hiện nay có giá rẻ hơn so với các thiết bị tơng tự.
d. Xử lý tín hiệu.
Tín hiệu số có thể đợc chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tơng tự
không làm đợc hoặc gặp nhiều khó khăn nh: Sửa lỗi gốc thời gian, chuyển đổi tiêu chuẩn,
dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần
e. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh.
Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách
gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tơng tự mà không bị nhiễu. Một phần vì tín hiệu số ít
chịu ảnh hởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung xoá và xung
đồng bộ bằng các từ mã- nơi mà các hệ tơng tự gây ra nhiễu nhiều nhất.
1.7. ảnh số và phơng pháp biến đổi tín hiệu video

1.7.1. ảnh số
a. Giới thiệu.
ảnh số là tập hợp của các phần tử ảnh nhỏ đợc gọi là điểm ảnh pixel. Mỗi điểm
ảnh lại đợc biểu diễn dới dạng một số hữu hạn các bit. Ta có thể chia ảnh thành 3 loại khác
nhau:
1, ảnh đen trắng
Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bởi một bit.
16
2, ảnh Gray- scale
Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bằng các mức chói khác nhau, thờng là 256 mức chói
hay 9 bit cho mỗi điểm ảnh.
3, ảnh màu
Mỗi điểm ảnh màu đợc chia ra gồm một tín hiệu chói và các tín hiệu màu.
b. Biểu diễn ảnh số.
Với ảnh đen trắng, thì ảnh đợc biểu diễn bằng một hàm cờng độ sáng hai chiều
),( yxf
, trong đó x, y là các giá trị toạ độ không gian và giá trị f sẽ tỷ lệ với độ sáng (hay
mức xám) của ảnh tại điểm này.
Một ảnh số là một ảnh f(x, y) đợc gián đoạn theo không gian và độ sáng. Một ảnh số
đợc xem nh một ma trận với hàng và cột biểu diễn một điểm trong ảnh và giá trị điểm ma
trận tơng ứng với mức xám tại điểm đó. Các phần tử của một dãy số nh thế gọi là các điểm
ảnh (picxels).
1.7.2. Các phơng pháp biến đổi tín hiệu vi deo
Số hoá tín hiệu truyền hình thực chất là việc biến đổi tín hiệu truyền hình màu tơng
tự sang dạng số. Có hai phơng pháp biến đổi là:
- Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp.
- Biến đổi riêng từng phần tín hiệu video màu thành phần.
Việc lựa chọn phơng pháp biến đổi tín hiệu vi deo phụ thuộc vào nhiều yếu tố nh:
Yêu cầu về khả năng khả năng thuận lợi khi xử lý tín hiệu, yêu cầu về truyền dẫn và phát
sóng

a. Tín hiệu video số tổng hợp
Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tơng tự tổng hợp
sang video số.
Biến đổi video tổng hợp có u điểm về dải tần song chúng có nhiều nhợc điểm là:
Hiện tợng can nhiễu chói màu, khó khăn trong việc xử lý, tạo kỹ xảo tín hiệu truyền hình.
b. Tín hiệu video số thành phần.
Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi từ tín hiệu video tơng tự thành phần
sang số.
T.hiệu hình
tổng hợp
Lọc thông
thấp
Lấy mẫu
Mã hoá
Lượng tử
Đồng bộ
Tín hiệu
tổng hợp số
Hình 1.13: Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp
17
Ưu điểm: Biến đổi tín hiệu video thành phần cho dòng số có tốc độ bit cao hơn tín
hiệu số tổng hợp, xử lý dễ dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo .., không chịu ảnh hởng
của can nhiễu chói.
Kỹ thuật truyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp trên một dây dẫn
duy nhất có nhiều u điểm:
Không bị nhiễu ký sinh, không méo, tỷ số tín/tạp cao.
Chuyển đổi tín hiệu đơn giản.
Có thể cài đợc tín hiệu Audio trong chuỗi số liệu video số. Chỉ cần một sợi cáp
cũng có thể truyền đợc của tín hiệu audio và video. Khâu thiết kế, lắp đặt và khai
thác thiết bị nhờ vậy đơn giản và thuận tiện hơn nhiều.

Các kỹ thuật của phơng pháp biến đổi tín hiệu thành phần đợc sử dụng rộng rãi và
hình thành nên các tiêu chuẩn thống nhất cho truyền hình số.
1.8. Chuyển đổi ADC và DAC.
1.8.1. Các tham số cơ bản (tham khảo)
1- Dải biến đổi của điện áp tín hiệu tơng tự ở đầu vào: Là khoảng điện áp mà bộ
chuyển đổi ADC có thể thực hiện chuyển đổi đợc
2- Độ chính xác của bộ chuyển đổi AD: đặc trng bởi độ phân biệt.
3- Độ phân biệt Q của một ADC: Là giá trị của một mức lợng tử hoá hay còn gọi là 1
LSB.
4- Sai số lệch không và sai số đơn điệu.
Sai số khuếch đại là sai số giữa độ dốc trung bình của đờng đặc tính thực với độ dốc
trung bình của đờng đặc tính lý tởng. Sai số phi tuyến đợc đặc trng bởi sự thay đổi độ dốc đ-
ờng trung bình của đặc tuyến thực trong dải biến đổi của điện áp vào. Sai số này làm cho đ-
ờng đặc tuyến chuyển đổi có dạng hình bậc thang không đều.
Sai số đơn điệu thực chất cũng do tính phi tuyến của đờng đặc tính biến đổi gây ra,
làm cho độ dốc của đờng trung bình biến thiên không đơn điệu thậm chí có thể mất một vài
mã số.
Tín hiệu hình
t.phần
Lọc thông
thấp
Lấy mẫu
Mã hoá
Lượng tử
Đồng bộ
Tín hiệu
thành phần số
Hình 1.14: Biến đổi AD tín hiệu màu tổng hợp
Lọc thông
thấp

Lấy mẫu
Mã hoá
Lượng tử
Lọc thông
thấp
Lấy mẫu
Mã hoá
Lượng tử
E
R
- E
Y
E
Y
E
B
- E
Y
E
B
- E
Y
E
R
- E
Y
E
Y
18
5- Tốc độ chuyển đổi: Tốc độ chuyển đổi cho biết số kết quả chuyển đổi trong một

giây, đợc gọi là tần số chuyển đổi
`C
f
. Thời gian chuyển đổi
C
T
là thời gian cần thiết cho
một kết quả chuyển đổi.
Thờng
CC
Tf /1
<
vì giữa các lần chuyển đổi còn có một khoảng thời gian cần thiết để
cho ADC hồi phục lại trạng thái ban đầu. Ta cần lu ý rằng, ADC có tốc độ chuyển đổi cao
thờng sẽ kém chính xác, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, ta cần dung hoà 2 tham số là tốc độ
chuyển đổi và độ chính xác chuyển đổi một cách hợp lý nhất.
1.8.2. Nguyên tắc làm việc của ADC.
Sơ đồ khối của mạch ADC có dạng nh hình vẽ sau:
Các thành phần chức năng:
a, Mạch lọc thông thấp:
Chức năng: Hạn chế băng tần tín hiệu vào, ngăn ngừa méo chéo (các tín hiệu khác
nhau chồng lên nhau).
Yêu cầu: Không làm xuất hiện méo tín hiệu tơng tự cần lấy mẫu. Do đó mạch lọc cần
làm suy giảm mạnh tín hiệu ngoài băng tần (45dB), đồng thời cần có đặc tuyến thích hợp
cho băng tần tín hiệu có ích.
b, Mach tạo xung đồng hồ và lấy mẫu.
Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu và đồng bộ tất của các khâu trong mạch ADC, nó tạo
ra các xung sau đây:
- Xung lấy mẫu đợc tạo ra từ tần số lấy mẫu
SD

f
(đồng bộ với tần số dòng). Thời
gian xung lấy mẫu bằng
)
1
(
20
1
sd
sdsd
f
TT
=
.
- Xung đồng hồ dùng để đồng bộ các khâu trong bộ ADC, đồng bộ với xung lấy
mẫu.
c, Mạch lấy mẫu
Mạch này có hai nhiệm vụ:
Lấy mẫu tín hiệu tơng tự tại những điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc hoá
tín hiệu về mặt thời gian).
Giữ cho biên độ điện áp tại các điểm lấy mẫu không đổi trong quá trình chuyển
đổi tiếp theo (nghĩa là trong quá trình lợng tử hoá và mã hoá).
d, Mạch lợng tử hoá.
T.hiệu vào
Lọc thông
thấp
Lấy mẫu
Mã hoá
Lượng tử
Xung lấy mẫu +

x.đồng hồ
T.hiệu ra
Hình 1.15: Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự- số

S
1

S
2

S
3

S
n
19
Tín hiệu ra mạch lấy mẫu đợc đa đến mạch lợng tử hóa để làm tròn với độ chính xác
2
Q

. Mạch lợng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạc hoá tín hiệu tơng tự về mặt biên độ. Nh vậy
nhờ quá trình lợng tử hoá một tín hiệu tơng tự bất kỳ đều đợc biểu diễn bởi số nguyên lần
mức lợng tử, nghĩa là:
Q
X
Q
X
Q
X
Z

AiAiAi
Di

== int
trong đó,
Ai
X
- tín hiệu tơng tự ở thời điểm i;
Di
Z
- tín hiệu số ở thời điểm i;
Q mức lợng tử;
Ai
X
- số d trong phép lợng tử hóa.
Int (Integer) phần nguyên.
Quá trình lợng tử hoá thực chất là quá trình làm tròn số, lợng tử hoá đợc thực hiện
theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi đợc so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn
Q.
e, Mạch mã hoá
Trong mạch mã hoá, kết quả lợng tử hoá đợc sắp xếp lại theo một quy luật nhất định
phụ thuộc vào loại mã yêu cầu trên đầu ra bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại ADC, quá trình lợng tử hoá và mã hoá xảy ra đồng thời, lúc đó
không thể tách rời hai quá trình đó. Phép lợng tử hoá và mã hoá gọi chung là phép biến đổi
A/D
1.8.3. Các phơng pháp chuyển đổi tơng tự số (tham khảo).
Ta phân loại các phơng pháp theo qúa trình chuyển đổi về mặt thời gian, có 4 phơng
pháp nh sau:
Biến đổi song song.
Biến đổi nối tiếp theo mã đếm.

Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân.
Biến đổi song song- nối tiếp kết hợp.
Sau đây ta nghiên cứu một số phơng pháp điển hình.
a. Chuyển đổi AD theo phơng pháp song song (tham khảo)
Trong phơng pháp này, tín hiệu đợc so sánh cùng lúc với với nhiều giá trị chuẩn, do
đó tất của các bit đều đợc xác định đồng thời và và đa đến đầu ra.
Sơ đồ nguyên lý bộ biến đổi AD theo phơng pháp song song có dạng nh sau:

S
1

S
2

S
3

S
n
20
Trong phơng pháp chuyển đổi song song, tín hiệu tợng tự U
A

đợc đồng thời đa đến các
bộ so sánh
n
SS
ữ
1
nh hình vẽ. Điện áp chuẩn U

ch
đợc đa đến đầu vào thứ hai qua thang điện
trở R, do đó điện áp đặt vào bộ so sánh lân cận khác nhau một lợng không đổi và giảm dần
từ
n
SS
ữ
1
. Đầu ra bộ so sánh có mức 1 nếu
chA
UU
và có mức 0 nếu
chA
UU
. Các
đầu ra nối với mạch Và, một đầu mạch Và nối với mạch tạo xung nhịp. Khi có xung
nhịp đa đến đầu vào Và thì các xung trên đầu ra bộ so sánh mới đa đến mạch nhớ FF (Flip
flop). Nh vậy, sau một khoảng thời gian bằng một chu kỳ xung nhịp thì có một tín hiệu đợc
biến đổi và đa đến đầu ra. Xung nhịp đảm bảo cho quá trình so sánh kết thúc mới đa tín hiệu
vào bộ nhớ. Bộ mã hoá biến đổi tín hiệu vào dới dạng số nhị phân.
Mạch chuyển đổi song song có tốc độ chuyển đổi nhanh nhng kết cấu phức tạp với số
linh kiện lớn. Vì vậy, phơng pháp này chỉ dùng trong các ADC yêu cầu số bit N nhỏ hơn và
tốc độ chuyển đổi cao.
b. Chuyển đổi AD nối tiếp dùng vòng hồi tiếp (tham khảo)
Sơ đồ khối của ADC làm việc theo phơng pháp này đợc biểu diễn trên hình vẽ sau:
Điện áp tơng tự U
A
đợc so sánh với một giá trị ớc lợng U
M
.

Khi: U
A
> U
M
thì U
h
> 0
U
A
< U
M
thì U
h
< 0

S
1
FF

S
2

S
3

S
n
Nhịp
U
A

R
R
R
R
FF
FF
FF
M ã
hoá
ơU
D
Hình 1.16: Sơ dồ nguyên lý bộ biển đổi A/D theo phương pháp song song.
U
ch
-
SS
U
A
K
Đ
Lôgic Nhịp
Đếm
Đảo
DAC
U
D
-A
U
M
Hình 1.17: Sơ đồ khối ADC dùng vòng hồi tiếp.

+A
U
h
t
21
U
h
- là điện áp sai số giữa U
A
và U
M
. Điện áp hiệu dụng này đợc khuếch đại rồi đợc đa
đến mạch so sánh số SS.
Nếu: U
h
> 0 thì đầu ra SS có +A = 1
U
h
< 0 thì đầu ra SS có -A = 1
Kết quả so sánh đợc đa vào một mạch lô gic, đồng thời với tín hiệu nhịp. Tuỳ thuộc
vào tín hiệu ra SS, tại những điểm có xung nhịp, mạch lôgic sẽ điều khiển bộ đếm sao cho t-
ơng ứng với +A thì bộ đếm thụân và - A thì bộ đếm ngợc. Nếu bộ đếm đợc kết cấu theo quy
luật của mã nhị phân thì trên đầu ra ADC sẽ có tín hiệu số dới dạng mã đó. Tín hiệu đi một
vòng ứng với chu kỳ của xung nhịp.
Tín hiệu số xác định đợc trong bớc so sánh thứ nhất qua DAC sẽ dẫn ra đợc một giá
trị mới để so sánh với U
A
trong bớc tiếp theo. Quá trình này đợc lặp đi lặp lại cho đến khi
2
Q

U
h
<
. Lúc đó
0==+ AA
, mạch đếm giữ nguyên trạng thái và ta nhận đợc kết quả
chuyển đổi chính xác của U
A
ứng với N bit yêu cầu.
Trong phơng pháp này, giá trị ớc lợng U
M
tiệm cận đến U
A
nên nó còn đợc gọi là ph-
ơng pháp xấp xỉ.
So với phơng pháp song song đã xét, phơng pháp này có mạch đơn giản, các linh kiện
đợc sử dụng lặp lại nhiều lần. Tuy mạch làm việc với tốc độ không cao lắm nhng có độ
chính xác cao nên phơng pháp này đợc ứng dụng phổ biến và rộng rãi.
c. Chuyển đổi AD theo phơng pháp đếm đơn giản (tham khảo)
Sơ đồ khối đơn giản của ADC làm việc theo phơng pháp đếm đơn giản biểu diễn nh
sau:
Điện áp
A
U
đợc so sánh với điện áp chuẩn dạng răng ca
C
U
nhờ bộ so sánh SS
1
. Khi

CA
UU
>
thì
1
1
=
SS
U
, còn khi
CA
UU
<
thì
0
1
=
SS
U
.
Bộ so sánh SS
2
so sánh điện áp răng ca với mức 0 (đất).
21
,
SSSS
UU
đợc đa đến một
mạch AND. Xung ra U
C

có độ rộng tỷ lệ với độ lớn của điện áp vào U
A
với giả thiết xung
chuẩn răng ca có độ dốc không đổi.
Mạch AND thứ hai chỉ cho ra các xung nhịp khi tồn tại xung U
C
, nghĩa là trong
khoảng thời gian mà
AC
UU <<0
mạch đếm đầu ra sẽ đếm xung nhịp đó, số xung này tỷ lệ
với độ lớn của U
A
.
Tạo điện áp
răng cưa
U
C
S
S
1
+
-
S
S
2
+
-
U

A
Đếm
U
SS1
U
SS2
Tạo nhịp
U
0
Hình 1.18: Sơ đồ khối bộ ADC theo phương pháp đếm đơn giản.
t
22
Bộ tạo xung răng ca thực chất là bộ tích phân, có sơ đồ nguyên lý nh sau:
Dùng điện áp chuẩn một chiều U
ch
để nạp cho tụ C thông qua điện trở R, ta có điện áp
ra là:
t
RC
U
dtU
RC
U
ch
chC
==

1
(1.7)
Giửa sử tại

M
tt
=
thì
AC
UU
=
, ta có:
M
ch
A
t
RC
U
U =
do đó:
RC
U
U
t
ch
A
M
=
Bộ xung nhịp đếm đợc trong khoảng thời gian t
M
gọi là Z, ta có
Mn
tfZ =
với f

n
là tần
số xung nhịp, hay:
RC
U
U
fZ
ch
A
n
=
(1.8)
Ta thấy Z tỷ lệ với U
A
nh mong muốn nhng Z còn phụ thuộc vào R, C và f
n
. Nếu
những tham số này không ổn định thì kết quả đếm có sai số. Ngoài ra trong phơng pháp này
yêu cầu f
n
phải đủ lớn để có thể đạt độ chính xác mong muốn.
1.8.4. Các phơng pháp chuyển đổi số- tơng tự
a. Nguyên lý chuyển đổi DAC
Chuyển đổi số- tơng tự (DAC) là quá trình khôi phục lại tín hiệu tơng tự từ N số hạng
(N bit) đã biết của tín hiệu số với độ chính xác là một mức lợng tử (1 LSB). để khôi phục lại
tín hiệu tơng tự từ tín hiệu số ta dùng sơ đồ khối có dạng sau:
+
-
R
U

ch
C
Hình 1.19: Sơ đồ nguyên lý mach tạo xung răng cưa
U
m
Mạch
logic
DAC
Lấy
mẫu
Lọc thông
thấp
>
Xung lấy
mẫu
Vi deo số
Vi deo tư
ơng tự
Hình 1.20: Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự- số (DAC)
U
M
t
Hình 1.21: Tín hiệu ra mạch chuyển đổi D- A.
TH quang
TH tương tự
(điện)
TH số
23
Mạch cơ bản của DAC gồm:
Mạch số (đa hài loại D) với nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào.

Mach giải mã số tơng tự với nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu rời rạc
tơng ứng dới dạng các xung có biên độ thay đổi (hình vẽ ).
Mạch tạo xung lấy mẫu và xung đồng hồ (có nhiệm vụ tạo các xung lấy mẫu và
đồng bộ các quá trình còn lại trong DAC, đồng bộ với mạch tạo các xung giống
nhau).
Mạch lấy mẫu thứ cấp có nhiệm vụ khử nhiễu (xuất hiện do chuyển mạch nhanh ở
đầu ra của DAC).
Mạch lọc thông thấp: Dùng để tách băng tần cơ bản của tín hiệu lấy mẫu (rời rạc).
Bộ lọc thông thấp đóng vai trò nh một bộ nội suy, ở đây, tín hiệu liên tục biến
thiên liên tục theo thời gian là tín hiệu nội suy của tín hiệu rời rạc theo thời gian
U
m
.
Khuếch đại tín hiệu video ra.
b. Chuyển đổi số- tơng tự bằng phơng pháp mạng điện trở (tham khảo)
Trong mạch này, các nguồn dòng điện đợc tạo ra bởi nguồn điện áp chuẩn U
ch
. Dòng
điện của chúng bằng nhau và bằng I
0
. Tín hiệu cần chuyển đổi (tín hiệu điều khiển) đợc đa
đến chuyển mạch K. Khi một bit nào đó của tín hiệu điều khiển là 0 thì I
0
tơng ứng với bit đó
bị ngắn mạch qua khoá xuống đất. Ngợc lại nếu tín hiệu điều khiển là 1 thì I
0
tơng ứng với
bit đó đợc dẫn đến đầu vào bộ khuếch đại thuật toán qua mạng điện trở.
Mạng điện trở làm nhiệm vụ phân dòng, dòng điện đi qua mỗi khâu điện trở thì giảm
đi một nửa. Dòng điện ứng với LSB đi qua (N-1) khâu điện trở, dòng điện ứng bit có nghĩa

lớn hơn đi qua (N-2) khâu và dòng điện ứng với MSB đ ợc đa trực tiếp đến đầu vào bộ
khuếch đại thuật toán (I
0
). Kết quả là dòng điện ở cửa vào bộ khuếch đại thuật toán có trị số
tơng ứng với bit mà nó đại diện. Chúng có trị số giảm dần từ MSB đến NSB theo mã nhị
phân.
I
0
2
0
I
0
2

I
0
2
N-2
I
0
2
N-1
U
ch
Tín hiệu
điều khiển
K
2R 2R 2R
I
0

I
2
I
N-2
+
-
Tín hiệu
ra
R R 2R
Hình 1.22: Chuyển đổi DA bằng phương pháp mạng điện trở.
TH quang
TH tương tự
(điện)
TH số
1 2
n=1- Không khí
2
n

- Màng mỏng
2
n

- Thuỷ tinh
24
Trong sơ đồ, điện trở ở nhánh ngang cuối cùng có trị số là 2R bằng điện trở nhánh
dọc. Kết cấu này đảm bảo sự phân dòng cho
2
0
2

I
i
N
=

ở khâu cuối cùng cũng giống các
khâu trớc.
Nhợc điểm: Trong sơ đồ này, số điện trở phải dùng khá lớn, nếu phải chuyển đổi N
bit thì số điện trở phải dùng là 2(N-1) trong khi theo phơng pháp thang điện trở thì chỉ phải
dùng N điện trở mà thôi.
1.9. Camera truyền hình.
1.9.1. Giới thiệu
Chức năng của camera truyền hình là thu các hình ảnh của sự vật, nó quyết định chất
lợng và đặc tính tự nhiên của hình ảnh trong sản xuất video.
Sau đây ta xét sơ đồ khối của một camera truyền hình.
Bộ cảm biến ảnh là bộ phận quan trọng nhất của camera truyền hình, hầu nh tất của
các camera truyền hình đều sử dụng kỹ thuật ghép nối diện tích (CCD) làm bộ cảm biến, các
camera đợc giới thiệu là các camera số.
1.9.2. Thấu kính và các tham số của thấu kính (tóm tắt)
Thấu kính là một phần tử quang học dùng để hội tụ ảnh quang chiếu lên bề mặt nhạy
của của bộ cảm biến. Sau đây là các đặc tính của thấu kính:
a. Tiêu cự.
Tiêu cự là một điểm của thấu kính mà tại đó ảnh đợc hội tụ rõ nét, tiêu cự đợc xác
định theo công thức sau:
FSS
111
10
=+
(1.9)
Trong đó:

S
0
là khoảng cách đối tợng.
S
1
là khoảng cách ảnh.
F là tiêu cự thấu kính.
b. Độ mở
ảnh
quang
Lọc
quang
Tách
màu
Bộ cảm
quang
Xử lý
tín hiệu
Định dạng
số liệu
Tạo xung
đồng hồ và
đồng bộ
Hệ thống
điều khiển
Tín hiệu
số
Tín hiệu đồng bộ
ngoài (tuỳ chọn)
Các tín hiệu

TH quang
TH tương tự
(điện)
TH số
Hình 1.23: Sơ đồ khối camera truyền hình
1 2
n=1- Không khí
2
n

- Màng mỏng
2
n

- Thuỷ tinh
R
G
B
25