TIỂU LUẬN môn học “kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH đề tài tổng quan hệ truyền hình màu NTSC

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG

KHOA VIỄN THƠNG I

TIỂU LUẬN MƠN HỌC
“KỸ THUẬT PHÁT THANH
TRUYỀN HÌNH”
Đề tài:
“Tổng quan hệ truyền hình màu NTSC”

Sinh viên thực hiện
Mã sinh viên

:

Lớp

:

Nhóm môn học

:

:

Hà Nội, tháng 6/2021


Mục lục

Danh mục hình vẽ


Thuật ngữ viết tắt


LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, đời sống của con
người ngày càng được nâng cao, các chương trình truyền hình ngày
càng giữ vai trị khơng thể thiếu trong đời sống xã hội. Với sự phát
triển không ngừng của khoa học kỹ thuật các hệ thống truyền hình
cũng có nhiều sự thay đổi mạnh mẽ.
Truyền hình là hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo
thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín
hiệu nay thành dạng ban đầu và hiển thị lên màn dưới dạng hình
ảnh. Truyền hình dựa trên đặc điểm của mắt người về cảm nhận ánh
sáng, để truyền đi thông tin cần thiết. Hệ thống truyền hình ra đời và
phát triển.
Truyền hình tương tự Truyền hình đen trắng: Ra đời năm 1920 và
được xem như hoàn tất vào năm 1945, với sự ra đời của ơng Vidicon,
dựa trên đặc tính quang trở của chất bán dẫn. Nó bao gồm 3 hệ là:
FCC, OIRT,và CCIT.
Truyền hình màu dựa trên lý thuyết ba màu. Trong đó mọi màu sắc
đều có thể tạo ra từ các màu cơ bản. Tín hiệu màu có độ rộng dải tần
lớn hơn tín hiệu đen trắng.Truyền hình màu được phát triển dựa trên
kỹ thuật truyền hình đen trắng do đó để có thể đồng thời sử dụng
được cả truyền hình màu và đen trắng phải thỏa mãn tính kết hợp.
Tức là truyền hình màu có thể thu được chương trình đen trắng và
ngược lại. Truyền hình màu cũng khơng được làm tăng độ rộng băng
tín hiệu, khơng được làm tăng số kênh thông tin.

Vào tháng 12 năm 1953, FCC đã nhất trí phê duyệt tiêu chuẩn truyền
hình màu NTSC (sau này được định nghĩa là RS-170a). Tiêu chuẩn
màu tương thích giữ lại khả năng tương thích ngược hồn tồn với
các TV đen trắng hiện có. Thơng tin màu sắc đã được thêm vào hình
ảnh đen trắng bằng cách giới thiệu sóng mang con màu chính xác là
315/88 MHz. Tần số chính xác được chọn sao cho các thành phần
điều chế tốc độ đường ngang của tín hiệu sắc độ rơi chính xác ở giữa
các thành phần điều chế tốc độ đường ngang của tín hiệu độ chói, do
đó cho phép tín hiệu sắc độ được lọc ra khỏi tín hiệu độ chói với sự
suy giảm nhỏ của tín hiệu độ chói.
Sau đây em đi tìm hiểu chi tiết hơn về tiêu chuẩn truyền hình màu
NTSC


1. Tổng quan hệ truyền hình màu NTSC
1.1. Giới thiệu chung
NTSC (National Television System Committee) được đặt theo tên
của Uỷ ban Hệ thống truyền hình Quốc gia, là hệ thống màu truyền
hình tương tự được sử dụng ở hầu hết Bắc Mỹ từ năm 1954 cho đến
khi chuyển đổi kĩ thuật số. Tiêu chuẩn NTSC đầu tiên được phát triển
vào năm 1941 và khơng có quy định về màu sắc. Năm 1953 thì một
tiêu chuẩn NTSC thứ hai đã được thơng qua, cho phép phát sóng
truyền hình màu tương thích với các máy thu đen trắng hiện có.
NTSC là hệ thống màu phát sóng được áp dụng rộng rãi đầu tiên và
vẫn chiếm ưu thế đến những năm 2000, khi nó bắt đầu được thay
thế bằng các tiêu chuẩn kỹ thuật số khác nhau như ATSC và các tiêu
chuẩn khác.
Theo hệ NTSC, tín hiệu chói được tạo ra từ ba tín hiệu màu cơ bản
và phát đi trong tồn dải tần dành cho hệ thống truyền hình đen
trắng thơng thường. Tín hiệu chói được xác định theo biểu thức như

sau:
Trong đó là các giá trị điện áp tín hiệu chói và ba màu cơ bản sau
hiệu chỉnh gamma.
Tần số cao nhất của tín hiệu chói là 4,2 MHz. Hai tín hiệu khác
được truyền đồng thời cùng một lúc với tín hiệu chói là hai tín hiệu
mang tin tức về màu. Hệ NTSC cho phép dùng một tín hiệu màu có
dải tần rộng và một tín hiệu màu có dải tần hẹp hơn, phối hợp độ rõ
màu của ảnh truyền hình và khả năng chống lại các hiện tượng nhiễu
giữa các tín hiệu màu sai lệch đồng bộ. Để có thể “đan” các vạch
phổ của tín hiệu màu vào tín hiệu chói, các tín hiệu màu được dịch
phổ về phía trên bằng phép điều chế với tần số sóng mang phụ xác
định. Sự điều chế ở đây khá khác biệt gọi là điều chế vng góc, cho
phép bằng một sóng mang phụ có thể mang đi hai tin tức độc lập, đó
là hai tín hiệu màu.


Hình 1: Quan hệ giữa trục I, Q và (R-Y), (G-Y).


Kết quả nghiên cứu cho thấy chỉ có các màu nằm theo hướng Q
(Hình 1.1) lệch pha so với trục B-Y ( màu tím thiên về lơ là mắt người
phân tích kém nhất và dải tần tương ứng chỉ cần 0,5 MHz. Cịn lại tất
cả các hướng khác, thơng dải tương ứng đều xấp xỉ 1,5 MHz. Vì vậy,
ở hệ thống NTSC không sử dụng hệ trục (R-Y) và (B-Y) mà hai tín hiệu
màu tính theo hệ tọa độ I, Q và được gọi là tính hiệu Tín hiệu màu
được tính theo biểu thức:
(2)
(3)

2. Tín hiệu và phổ trong hệ màu NTSC

2.1. Tín hiệu mang màu cao tần
Tín hiệu mang màu cao tần mang hai tin tức màu khác nhau đó là
(là các giá trị đã hiệu chỉnh gamma của Tín hiệu điều chế biên độ
một dao động hình cosin với tần số sóng mang phụ là , cịn tín hiệu
điều chế biên độ dao động hình sin cùng tần số .

Hình 2: Điều chế vng góc
Theo hình 2, từ tín hiệu điều chế và tại đầu ra của hai mạch điều
biên cân bằng tín hiệu có dạng:
(4)
(5)


Hình 3: Dạng tín hiệu đầu ra ở mạch biên nén
-

-

Hình 3a, tín hiệu giả sử là hình sinh có biên độ .
Hình 3b là sóng mang phụ có biên độ với .
Hình 3c là sóng điều biên thơng thường, trong đó biên độ của
sóng mang phụ thay đổi theo dạng tín hiệu, tần số vẫn giữ
nguyên là 5,8MHz. Để ý là biên độ của sóng điều biên thơng
thường phải cao tối thiểu là gấp hai lần biên độ của tín hiệu.
Hình 3d, để có sóng điều biên nén ta hãy tưởng tượng nén cả
hai đỉnh của sóng điều biên thông thường lại, nén cho tới khi tại
mức zero của tín hiệu (cả ở mức trên lẫn mức dưới) nhập dính
vào nhau ngay tại mức zero của sóng mang phụ.

Như vậy trong sóng điều biên nén:

-

-

Tần số sóng mang phụ vẫn giữ nguyên.
Biên độ đỉnh-đỉnh bằng chính biên độ đỉnh-đỉnh của tín hiệu.
Tại mức mà tín hiệu bằng 0, thì biên độ của sóng điều biên nén cũng
bằng 0. Nói cách khác đi trong mạch điều biên nén khi không có tín
hiệu thì cũng khơng cịn sóng mang phụ nữa.
Mỗi khi điện áp tín hiệu đổi chiều từ dương sang âm hay ngược lại thì
sóng mang phụ lại đảo pha .

Như vậy tín hiệu màu của hệ thống NTSC là tín hiệu điều biên,
điều pha có tần số bằng tần số sóng mang phụ.


2.2. Chọn tần số sóng mang phụ
Để nhiễu của tín hiệu mang màu cao tần đối với kênh tín hiệu chói
ít nhất cần chọn tần số sóng mang phụ theo biểu thức:
(6)
trong đó :

n – số nguyên dương

fH – tần số dịng
fSC – tần số sóng mang phụ
với fSC bằng 1 số lẻ lần nửa tần số dòng, phổ của tín hiệu màu sau
điều chế xen kẽ với phổ của tín hiệu chói. Thơng tin về màu sắc của
ảnh cần truyền được truyền trong cùng dải phổ của tín hiệu truyền
hình đen – trắng.

Để tránh can nhiễu vào tín hiệu chói , hiệu giữa trung tần tiếng và
sóng mang màu cũng phải bằng một số lẻ lần nửa tần số dịng. Nói
một cách khác, trung tần tiếng (f m) phải bằng một số nguyên lần tần
số dòng:
(7)
Hệ NTSC ra đời trong mơi trường đã tồn tại truyền hình đen trắng
theo tiêu chuẩn FCC trong nhiều năm, trung tần tiếng của hệ FCC
bằng 4,5MHz. Với hệ NTSC tiêu chuẩn (z = 525 dòng) chọn n = 286
sẽ thỏa mãn điều kiện trên, ta có:
 Tần số dịng:
 Tần số mặt:
 Tần số sóng mang phụ:

Tương tự hệ NTSC 625 dịng, chọn n = 283 ta có:

2.3. Phổ tần của các tín hiệu truyền hình
Phổ tần của tín hiệu màu đầy đủ trong hệ NTSC bao gồm phổ tần
tín hiệu chói Y’ và phổ tần tín hiệu màu I và Q. Dải tần của tín hiệu
chói từ (0 ÷ 4,2) MHz, của tín hiệu màu Q từ (3 ÷ 4,2) MHz, của tín
hiệu màu I từ (2,3 ÷ 4,2) MHz. Cả hai dải biên tần của tín hiệu Q đều
được truyền sang phía thu cịn tín hiệu I bị nén một phần biên tần
trên, hình 4


Biên độ

I

0

1 2

3

Q

3.584.2Tần số (MHz)

Hình 4: Phổ tần tín hiệu màu
2.4. Tín hiệu đồng bộ màu NTSC
Tại máy thu nhận được tín hiệu điều biên nén, phải tách sóng để
lấy lại tín hiệu. Một cách đơn giản là “kéo dãn” sóng điều biên nén ra
bằng cách cộng thêm vào sóng điều biên nén một sóng mang hình
sin thuần t. Phép cộng này chỉ lấy đúng ra được tín hiệu khi pha
của sóng sin cũng chính là pha của sóng điều biên nén. Tức là để cho
màu sắc của ảnh truyền hình màu khơng sai khác so với màu sắc
của ảnh cần truyền đi, cần phải đảm bảo điều kiện tần số và pha của
sóng mang phụ chuẩn được tạo ra của máy thu hình và sóng mang
phụ ở phía phát luôn luôn bằng nhau.

Hình 5: Xung đồng bộ màu hệ NTSC
Tại máy thu người ta có thể dễ dàng tạo ra sóng mang hình sin
bằng một thạch anh, nhưng làm sao đảm bảo pha của sóng sin này
cũng trùng với pha của sóng mang tại đài phát. Đối với hệ NTSC, do
tần số mang màu fSC bị nén hoàn toàn ở mạch điều biên cân bằng,
bên phát không truyền sang phía thu, vì vậy máy phát phải truyền đi


tín hiệu đồng bộ màu (Colour Burst), mang tin tức về pha gốc của
sóng mang phụ, để thực hiện đồng bộ và đồng pha cưỡng bức sóng

mang phụ được tạo ra ở máy thu. Tín hiệu đồng bộ màu là chuỗi
xung gồm 8 đến 10 chu kỳ, có tần số đúng bằng tần số sóng mang
phụ, và được đặt sau các xung xóa dịng.

3. Sơ đồ hệ thống trong hệ màu NTSC
3.1. Bộ mã hóa tín hiệu màu hệ NTSC
Hình dưới là sơ đồ khối đơn giản của bộ lập mã màu hệ
NTSC.Trong sơ đồ này không vẽ các mạch khuếch đại,mạch
ghim,mạch vi phân …
 Mạch ma trận: nhận điện áp tín hiệu màu cơ bản U R, UG, UB để tạo ra

các tín hiệu độ chói UY và hai tín hiệu màu U I, UQ theo cơng thức (1),
(2), (3).
-

Tín hiệu độ chói UY có dải tần rộng 0 đến 4,2 MHz nên phải qua dây
trễ để làm chậm tín hiệu lại, sau đó đưa qua bộ khuếch đại U Y để
khuếch đại tín hiệu đủ lớn cung cấp cho bộ cộng

-

Tín hiệu UI sau khi qua mạch lọc thơng thấp có dải tần từ 0 đến 1,3
MHz, dải tần này rộng hơn dải tần của tín hiệu UQ, nên cũng phải đưa
qua dây trễ, rồi đưa tới bộ khuếch đại UI để khuếch đại điện áp đủ lớn

-

Tín hiệu UI sau khi qua mạch lọc thơng thấp có dải tần hẹp nhất 0
đến 0,6 MHZ, do đó tín hiệu này không qua dây trễ mà đưa thẳng tới
bộ khuếch đại UQ.

UY

Dây
trễ

Khuếch đại
Uy

Dây
trễ

Khuếch đại
Uy

UM

UR
UG

UI
Mạch ma trận

UB

UQ

Lọc thông thấp
(0 1,3 MHz)

Lọc thơng thấp
(00,6 MHz)

Tạo sóng mang phụ
fSC = 3,58 MHz

Khuếch đại
UIQ

Điều biên
nén 1

Điều biên
nén 2

Trễ pha
90
Tạo xung đồng
bộ màu

Tạo xung đồng bộ dòng, mành

Hình 6: Sơ đồ khối của bộ lập mã màu ở hệ NTSC


UQ

−UG
−U B

−UR

 Bộ tạo sóng mang phụ fSC: Đây là bộ dao động tự kích thích có nhiệm

vụ tạo ra tần số fsc = 3,58 MHz. Tần số fsc được đưa trực tiếp tới bộ
điều chế tín hiệu Ut đồng thời tần số fsc được đưa qua bộ trễ pha 90
rồi đưa tới Y
bộ điều chế biên độ tín hiệu UQ.

U

 Bộ điều biên nén (SAM = Suppress amplitude modulator): trước khi

đău tín hiệu sắc tổng hợp với tín hiệu chói, ta phải điều bên nén tín
hiệu UI và UQ vào sóng mang phụ fsc.

UM

Điều biên có nhiệm vụ lấy tín hiệu sắc điều chế biên độ vào sóng
mang phụ fsc sau đó nén tần số sóng mang phụ fsc và chỉ đưa ra hai
dải tần biên trên và biên dưới.
 Bộ điều biên nén 1 có nhiệm vụ lấy tín hiệu màu U I điều biên nén vào

tần số sóng mang phụ fsc, để tạo ra tín hiệu song biến nén tần số
mang
 Bộ điều biên nén 2 có nhiệm vụ lấy tín hiệu màu U Q điều biên nén
vào tần số sóng mang màu phụ f sc đã trễ pha 90 , để cho tín hiệu
song biên nén tần số mang.
 Bộ cộng có nhiệm vụ tổng hợp các tín hiệu độ chói U Y, tín hiệu
sắc UQ, xung đồng bộ dòng, xung đồng bộ mành và xung đồng

bộ màu để tạo thành tín hiệu tổng hợp UM
3.2. Bộ giải mã tín hiệu màu NTSC
 Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC :
 Sơ đồ:


K

Lọ

Hình 7: Sơ đồ khối chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC
 Chức năng:
•

Bộ khuếch đại nhận tín hiệu tổng hợp rồi khuếch đại.

•

Kênh chói: Để cho tín hiệu chói và các tín hiệu màu của một
phần tử ảnh đến mạch ma trận hoặc đèn hình màu cùng một
lúc.

•

Kênh màu :

-

Mạch lọc thơng dải chọn lấy tín hiệu màu, tín hiệu đồng bộ màu và nén các
thành phần tần thấp của tín hiệu chói nằm ngồi phổ tần tín hiệu màu.

-

Mạch khuếch đại sắc là bộ khuếch đại cộng hưởng nhằm khuếch đại điện
áp tín hiệu sắc.

-

Bộ tạo sóng mang phụ có nhiệm vụ tạo lại tần số sóng mang .

-

Bộ tách sóng tín hiệu sắc có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu song biên thành tín
hiệu điều biên, sau đó tách sóng điều biên để lấy tín hiệu và .

-

Mạch tách sóng nhận tín hiệu song biên và tần số mang tự tao đã trễ pha

90 o

, để thay đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điều biên, sau đó tách
sóng điều biên để lấy tín hiệu màu hay .

• Mạch khuếch đại và mạch ma trận: Khối này có nhiệm vụ biến
đổi tín hiệu màu và thành sau đó khuếch đại ba tín hiệu
màu , và .
3.3. Đặc điểm của hệ thống truyền hình màu NTSC

 Hệ thống NTSC ra đời rất sớm, do đó đã được thử nghiệm trong thời

gian khá dài, kinh nghiệm tích lũy về hệ thống này khá phong phú.


Tuy nhiên vì cịn tồn nhiều nhược điểm cho nên nó khơng được sử
dụng ở châu Âu và nơi khác.

 Ưu điểm chính của hệ thống NTSC là đơn giản, thiết bị mã hóa và
giải mã khơng phức tạp vì vậy giá thành của thiết thấp hơn so với
thiết bị của các hệ thống khác.

 Khuyết điểm chính của hệ thống NTSC là rất dễ bị sai màu khi hệ
thống truyền tín hiệu màu khơng lý tưởng và có nhiễu.