Bài giảng kỹ thuật truyền hình

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ

BÀI GIẢNG
KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH

Hưng Yên 2015
(Tài liệu lưu hành nội bộ)


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


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 n ày 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


Giáo trình môn học KTTH

1.2. ánh sáng
1.2.1. Khái niệm chung

1011 Hz
3 mm

R
f (Hz)
(m)

Sóng Radio

760 nm Đỏ
700 nm

cam

1014 Hz
3 m

Hồng ngoại

vàng

lục

1016 Hz
30 nm

Cực tím

lam
500 nm

600 nm

1018 Hz
0,3 nm

tia X

chàm

tia

tím

380 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 c hục 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: 3,8x10 14 Hz đến 7,8x10 14 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:

Trong đó:

( m) =

C (m / s)
f ( Hz)

- B-ớc sóng tính bằng mét (m).
- Tần số f tính bằng héc (Hz)
GV: Nguyễn Vũ Thắng

3


Giáo trình môn học KTTH

- Tốc độ ánh sáng C = 300.000 km/s = 3x10 8 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

Độ nhạy cảm t-ơng đối

B
1
0.8

0.6
0.4
0.2
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


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

S



S

I





I


I

I

Hình 1.4

Hình 1.3

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)
B = I / S . cos

{cd/m2 = nít}

Thay I = Io . cos
Ta có
B = I o/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


Giáo trình môn học KTTH

-

Phản xạ p = p /
Hấp thụ = /

- Cho qua = /
Tất nhiên p + + = 1

p





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 vự c 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


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 nhnhau.
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 10 7 nít (khoảng 10 8 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


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 gi ảm 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


Giáo trình môn học KTTH

d/ Tính quán tính của mắt
Mắt không có khả
năng tức thời hay kết thúc
cảm giác về độ chói khi có
xung về độ chói xuất hiện
mà phải có sự trễ nhất định
(hình 1-7). Đó là tính quán
tính của mắt. Tính chất này
phụ thuộc vào c-ờng độ
ánh sáng, b-ớc sóng kích
thích, vào bản thân từng
ng-ời và vào các điều kiện
khác nhau.

Bmax = 1
0,638

0,368

t
2

1

Hình 1.7
: Xung độ sáng
: Quy luật tăng trởng 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 nhsau:
B1 Bmax (1 e



t

1

)

T t

B2 Bmax e 2

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 = B max 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 f th 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


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:
W = P + Wt = e U0 + 1/2 mV2
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 -31 Kg)
Và năng l-ợng của ánh sáng (hf) cần thiết để giải phóng điện tử để thực hiện hiệu ứng
quang điện ngoại là:
hf = e U0 + 1/2 mV2
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


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 t hành
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 110); 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


Giáo trình môn học KTTH




i

i
Ag phủ Cs

Cs
Mi ca

Ag 2O

Hình 1-10

Hình 1-11

1.4.2. Nguyên lý tích luỹ điện tích
Theo nguyên tắc của truyền hình, để truyền hình ản h 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
C2
C
ảnh

N

E
+

R

Ura

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


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 S pt 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:
q n = 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 đ iện 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 i p, thời gian . Dòng điện phóng i p 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:
q p = ip.
Theo định lý bảo toàn điện tích thì: q p = q n 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 i p, 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


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 th ay 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 h oặc 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


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, y a, 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, y a, 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
a
cả các tham số của các phần tử ảnh đó, tức là:
N


a 1

f (Ba , a , p a , x a , y a , z a )

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
hoặc tần số f hoặc góc pha vv

V

Hình 2 - 1

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


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 thiế t 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


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
ống
kính
Bộ chuyển
đổi ảnh - tín
hiệu
Cảnh
vật A

Bộ KĐ và

gia công
tín hiệu

Bộ tạo
xung
đồng bộ

Kênh
thông
tin

Bộ KĐ
tín hiệu

Bộ chuyển
đổi tín hiệu
- ảnh

Hình
ảnh
A
Quan
sát

Bộ tách
xung
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 h iệu 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


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 thờ i 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

a

Trắng

Xám

Đen

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 ca nh theo dòng aa.
Kết luận:

GV: Nguyễn Vũ Thắng

18

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 T H 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
XH
TH

3TH

V

t

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 á30TH
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


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
U2

U1

U

U

Tín hiệu
một
chiều
(không
phải
phổ)

Màu trắng

B1

(w)
B2

x

x
b/

a/

Hình 2-7: Xác định thành phần thấp nhất của tần phổ tín hiệu hình
GV: Nguyễn Vũ Thắng

20

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
x=

Z
.b = Z .K a
h

Số cặp dải sọc đen - trắng là Z.Ka/2. Thời gian tia điện tử quét hết một cặp dải đentrắng 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 (t pt).
Số phần tử ảnh có đ-ợc trên một ảnh là: Na=Ka.Z.Z=Ka.Z2
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 n a thì số phần tử ảnh truyền đi trong một giây đó
là: N = n a.Na = n a.Ka.Z2 . Do vậy thời gian truyền một phần tử ảnh sẽ là :
t pt

1
1

N na K a Z 2

Vậy thành phần tần số cao nhất của tín hiệu hình là
fc

GV: Nguyễn Vũ Thắng

n .K .Z 2
1
a a
()

2t tp
2

21


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 khôn g 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 n a = 50; Ka = 4/3; Z = 625 ta thu đ-ợc f c = 13 MHz
Với tần số f c 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 f c phụ thuộc nhiều vào số dòng quét Z và số ảnh truyền trong một giây n a. 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 n a truyền trong một giây. Nh-ng khi giảm n a 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:
fc

na K a .Z 2
.
6,5( MHz)
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 f c và các hài của nó. Hài bậc cao f c 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 f c.
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 ch iều

GV: Nguyễn Vũ Thắng

22

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
f + nf
H

v

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


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 t ốt 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 10 8. 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 10 8 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