Giáo trình Kỹ thuật truyền hình - Chương 4: Hệ màu NTSC

48

Chương 4

HỆ MÀU NTSC

4.1 Đại cương

NTSC viết tắt của chữ NATIONAL TELEVISION SYSTEM COMMITEE. Hệ màu

này ra đời tại Mỹ, phát sóng vào năm 1954, dựa theo chuẩn FCC (4,5MHz).

4.2 Các tiêu chuẩn của hệ màu NTSC

4.2.1 Chọn lại băng tần VHF (12 kênh) và UHF (69 kênh) của FCC đen trắng

Chọn

f_RF,f_RF,f₀

VID

S



f_IF, f_IF

VID

S



f_RF f_RF 4,5MHz do đó: f_IF f_IF 4,5MHz

S VID VID S

 Khổ rộng băng thông 6MHz

 525 dòng 1 ảnh, 30 ảnh/giây

 f_H= 15750Hz, f_v= 60Hz

4.2.2 Định khu vực màu và Y trong dải tần

A_v

f_sc= 3,58 MHz

Y: 0 ÷ 3MHz

Y

Màu: 3,08MHz ÷ 4,08MHz

Tần số sóng mang phụ:

f_sc= 3,58MHz

O

3,08

4,08

f(MHz)

Luma

Chrominance

4.2.3 Điều chế màu

Màu được điều chế bằng phương pháp điều chế biên độ cân bằng triệt sóng mang còn

gọi là điều biên nén SAM (Suppressed AM.)

 Tại mức mà tín hiệu = 0 thì không còn sóng mang phụ nữa

 Tần số sóng mang phụ mang tín hiệu vẫn là 3,58MHz

 Biên độ đỉnh - đỉnh = chính biên độ đỉnh - đỉnh của tín hiệu

49

 Mỗi khi điện áp đổi chiều từ dương sang âm hay ngược lại thì sóng mang phụ

lại đảo pha 180^o

4.3 Mạch tạo tín hiệu Video NTSC tổng hợp tại đài phát

4.3.1 Bước thứ nhất

Tạo ra tín hiệu (B - Y), (R - Y) và tín hiệu chói Y từ camera màu.

4.3.2 Bước thứ hai

Tạo ra hai tín hiệu sắc I và Q từ tín hiệu (B - Y) và (R - Y) như sau:

I = 0,74 (R - Y) - 0,27 (B - Y)

Q = 0,48 (R - Y) + 0,41 (B -Y)

(B – Y)

I (0  1,2 MHz)

Q (0  0,5 MHz)

MATRIX

(R – Y)

Tọa độ màu của (B – Y), (R - Y) và I, Q như sau:

(R –Y)

I

Q

I: Inphase

Q: Quadrature

123^o

33^o

(B –Y)

Hệ NTSC xoay hệ trục toạ độ màu đi 33^ovà xác định toạ độ bằng I, Q. Điều

này giúp ta giảm được băng thông của hai tín hiệu sắc I chỉ còn 1,2MHz và Q chỉ còn

0,5MHz mà màu sắc vẫn không bị giảm chất lượng.

Chú ý: là trong phép xoay hệ trục đi 33^onói trên, các vị trí điểm màu không

thay đổi (R, G, B chẳng hạn) mà chỉ thay đổi toạ độ m((R - Y) , (B - Y)) bằng toạ độ

(I ,Q).

I







Màu bất kỳ:

Q

4.3.3 Bước thứ ba



C₁

I

SAM

(B – Y)

(R – Y)



C

MATRIX

+

Q



C₂

SAM

3,58

0^o

+33^o

+90^o

50

Tạo ra 2 sóng mang phụ 3,58 (33^o) cho tín hiệu sắc Q và 3,58 (123^o) cho I.

I và Q được điều chế biên độ theo phương pháp điều chế cân bằng triệt sóng mang

(còn gọi là điều biên nén SAM).



C 



C₁

C₂

+



C₂



C₁



C



I

=

C₁+ C₂và



= arctg



Q



Hai sóng điều biên nén của I và Q (C₁và C₂) sau đó được nhập chung để có 1



sóng

C

=

C₁+ C₂duy nhất rồi lại nhập chung tín hiệu chói Y. Vì Y đi thẳng còn

C



trong quá trình tạo ra lại có đường đi dài hơn nên trước khi gặp

để Y và

C

Y qua dây trễ 0,7us



C đến đồng thời, tránh được hiện tượng sai pha.

4.3.4 Bước thứ tư

Tạo ra tín hiệu xung đồng bộ ngang và dọc, xung xoá hồi ngang, đồng thời

thêm 8 ÷ 12 chu kỳ sóng sin 3,58MHz có pha 180^onằm gọn tại thềm sau của xung

đồng bộ ngang gọi là lóc màu (color burst). Tín hiệu này được tách ra ở máy thu để

điều khiển quá trình giải mã màu.

4.3.5 Bước thứ năm

H + V

SYNCHRO

HORIZONTAL

BLANKING

DELAY

Y: 0÷3M

I

0,7s

R

SAM

0÷1,2M

Y

COMPOSITE

VIDEO

G

C

MATRIX

+

B

Q

SAM

0÷0,5M

BURST

GATE

3,58

+33^o

+90^o

f_H

0^o

+180^o

Hình 4.1 Sơ đồ khối phần tạo tín hiệu Video tổng hợp của hệ NTSC

51

C

Y

C_max133%

Y_max100%

Synchro

B:±20%

Y_min0%(BLKG)

SYNC -40%

C_min-33%

Hình 4.2 Các tín hiệu và mức biên độ trong video tổng hợp hệ NTSC

Ở đầu ra ta có tín hiệu video tổng hợp của NTSC chứa các thành phần sau đây:

 Ba tín hiệu đầu dành cho truyền hình trắng đen là: tín hiệu về sáng tối: Y,

đồng bộ dọc và đồng bộ ngang.

Y nằm trên mức zero (mức xoá xung BLKG) biên độ tối đa là 100%.

Hai tín hiệu đồng bộ nằm dưới mức zero có biên độ -40%.

 Hai tín hiệu vẽ màu I và Q nằm trong 2 sóng điều biên nén vuông góc tần số

3,58MHz. Khi nhập chung với tín hiệu chói biên độ nó có thể lên tối đa +133% và tối

thiểu là -33%.

 Tín hiệu cuối cùng là loé màu (color burst) là tín hiệu cần thiết để tách sóng

điều biên nén trong quá trình giải mã màu ở máy thu. Nó có biên độ ±20% nằm gọn

trong thềm sau của xung đồng bộ ngang, độc lập với các tín hiệu trên.

4.4 Phần truyền hình màu của đài phát

CAMERA

MÀU

COMPOSITE

VIDEO

Y+C+B

AM

AM – FM

DIPLEXER

f_RF187,25MHz

VID

FM

AUDIO

AMP

MICRO

f_RF191,75MHz

S

Hình 4.3 Phần truyền hình màu của đài phát hệ NTSC, tương ứng với kênh 9

Tín hiệu hình được điều chế AM với tần số sóng mang hình f_RF/VID, còn tiếng

được điều chế FM với f_RF/S. Hai phần này được ghép bởi bộ AM – FM phối ghép

DIPLEXER và khuếch đại cao tần để đưa ra anten (ở trên là ví dụ với kênh 9FCC).

52

4.5 Sơ đồ khối phần TUNER

Sơ đồ khối phần TUNER

f_RF

MIXER

VID

RFAMP

S

OSCI

Tín hiệu đài phát đến anten máy thu ở mức qui định 50uv (ở cách đài phát 10

km). Về phần tuner và trung tần trên phương diện tần số thì không có gì thay đổi do

vấn đề tương hợp giữa trắng đen và màu.

Linh kiện sử dụng trong phần tuner thay đổi từ loại transistor lưỡng cực như

2SC929, 2SC535 đến mosfet như 35K452 và từ trống xoay (turret) cho đến hiện tại là

biến trở thay đổi điện một chiều để thay đổi pha và f_ogọi là loại nút bấm rơle "voltage

synthesizer". Sau cùng là loại nút bấm Auto search (Tìm đài tự động) bằng điện thế 1

chiều nạp vào tụ rồi lấy điện thế ấy phân cực cho diode biến dung C_vđể tìm đài.

C_V

+25V

82PF

68P

C₄

+

C₃

C₂

C₁

0

C

_

42PF

10P

V₁V₂V₃V₄

(-V)

4.6 Sơ đồ khối phần VIDIFAMP VÀ VIDEO DETECTOR

4,5MHz

45,75 47,75

39,75 41,25

MHz

SIF

SOUND

VIDEO

DAMPER

DETECTOR

IFAGC

Y+C+B

AGC

RFAGC

Về cấu trúc mạch, chỉ có IC khác tên, còn các tầng không có gì thay đổi so với

TV trắng đen. Tầng tiền khuếch đại video ưu tiên khuếch đại cho âm thanh và làm

tầng đệm cho tín hiệu video (tín hiệu video cực tính âm khoảng 5,1Vpp).

53

4.7 Giai đoạn xử lý tín hiệu VIDEO NTSC 3,58 (hoặc N3)

4.7.1 Tách Y ra khỏi B và C

Tách tín hiệu Y ra khỏi C + Burst. Điều này rất dễ vì chỉ cần 2 bộ lọc: Lọc thông

thấp 0  3MHz cho Y và lọc băng thông 3,08 ÷ 4,08MHz cho C + B.

LỌCTHÔNG

THẤP

Y

DELAY

0,7s

Y

Y+C+B

C+B

C

L

3,08

4,08 MHz

Ở đài phát Y qua ít mạch hơn nên nó đi mau hơn màu 0,7µs ÷ 0,79µs. Do đó phải

cho đen trắng qua dây trễ 0,7µs để bù lại cho 2 phần đến với nhau cùng một thời điểm.

4.7.2 Tách B và màu C

Việc tách B và màu C khó hơn vì cả 2 đều là sóng 3,58MHz. Tuy nhiên chúng lại ở 2

thời điểm khác nhau:

 B ở vùng xoá đường hồi

 C ở vùng tiến của xung quét ngang

Vậy ta dùng 2 BJT phân cực chạy ở hai thời điểm khác nhau là tách được B ra khỏi C.

B

BURST SEP

T₁

C

C+B

C

CHROMA AMP

T₂

8

s

56s

FlyBack

Ta dùng 2 Transistor T₁và T₂dẫn điện ở 2 thời gian khác nhau nhờ phân cực bằng

xung FlyBack và tín hiệu đảo của nó.

4.7.3 Mạch giữ biên độ tín hiệu màu

Mạch giữ biên độ tín hiệu màu không yếu đi và sửa pha của hai sóng tải phụ:

54

Ta cần giữ biên độ tín hiệu màu C ít thay đổi. Vậy phải dùng mạch tương tự như mạch

AGC cho màu. Khi C mạnh thì AGC phân cực yếu và đổi lại khi C yếu thì AGC cho

phép phân cực mạnh. Với màu AGC có tên là ACC (Automatic Color Control).

R

cos 

Z

SUB COLOR

COLOR

2 nd

CHROMA

AMP

C

RC

B+

V_R

10K

TINT

ACC

DET.

ACC

Khi qua nhiều mạch, sóng tải phụ đổi pha nên sắc của màu bị sai, ta sửa pha lại bằng

cách cho qua mạch RC. Chỉnh R để sửa pha lại cho đúng. R là điện trở động của 1 BJT

v_CE

do v_CEcủa nó tạo ra: R 

I_E

Thay đổi điện áp cung cấp Vcc là v_CEthay đổi và R đổi nên pha thay đổi vì:

R

cos 

Z

Với Z  R² Z_C²

Ta có thể dùng biến trở TINT hay HUE để thay đổi V_cc

* Chú ý thêm

1. Mạch tích phân

V_V

I

V_R

V_ra

R

V_ra



V_V

C

V_rachậm pha hơn V_vmột góc



IZ_c

V_r²_aV_R²

Z_c

R² Z_c²

cos 



1

Z_c

với   Cte  (  23,58 chẳng hạn)

 90^o

c

C >>  Z_c 0  cos

C <<  Z_c>>  cos



 0



 1 

 0^o đồng pha

2. Mạch vi phân

V_V

V_ra

V_ra= V_R



C

V_C

V_V

V_R

V_ranhanh pha hơn V_v:



55

R

cos 

R² Z_c²

R  0  cos

R    cos

Như vậy khi thay đổi R (



 0



 90^o

 0^o

 R ) thì tín hiệu lấy ra sẽ thay đổi pha so với tín hiệu

 1 

v_CE

I_E

vào.

4.7.4 Tách đồng bộ (Giải mã màu NTSC)

TÁCH SÓNG Đ.BỘ

LỌC

3,58

Q

C

L

C

Z = 0

TÁCH SÓNG Đ.BỘ

LỌC

3,58

I

L

C

Z = 0

3,58

(0^o)

+33^o

+90^o

Sử dụng cách biểu diễn trực quan:

Trong mạch tách sóng Q:

{3,58 (33^o) + Q} + {3,58 (123^o) + I} – 3,58 (33^o)  Q + {3,58 (123^o) + I}

Qua mạch lọc 3,58  chỉ còn Q

Trong mạch tách sóng I:

{3,58 (33^o) + Q} + {3,58 (123^o) + I} – 3,58 (123^o)  I + {3,58 (33^o) + Q}

Qua mạch lọc 3,58  chỉ còn I

Như vậy trước hết phải đồng bộ sóng 3,58MHz ở máy thu với B.

3,58(0^o)

B

+180^o

C

P

3,58(180^o)

XTAL

Dịch pha

V_PC

3,58MHz

LPF

3,58(0^o)

Đã so pha

Sau khi có Q và I dùng mạch MATRIX để tạo lại (B - Y) và (R - Y)

Q

I

(B – Y)

(R – Y)

MATRIX

56

Từ (B - Y) và (R - Y) dùng mạch MATRIX để tạo (G - Y)

(B – Y)

R₁

R₂

100K

20K

(G – Y)

100K

(R – Y)

R₃

R₄

56K

(R – Y)

1

(G  Y)   (B  Y)  (R  Y)

6

2

(Chung cho mọi hệ)

Cuối cùng ta đưa ra tín hiệu màu vào đèn hình:

Tín hiệu vào lưới: V_GK= V_G- V_K

Người ta đưa thêm 3 BJT màu để có:

-(B - Y) – Y = -B

-(G - Y) – Y = -G

-(R - Y) – Y = -R

Screen

+500V

Y

5KV

Focus

(B–Y)

(G–Y)

– (B–Y)

BJT

– (G–Y)

– (R–Y)

24KV

(R–Y)

57

58

4.8 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY THU NTSC 3,58

B+

CONSTRAST

Y

LUMA

AMP2

VIDEO

DET

TUNE

R

IF

B+

BRIGHT

BRIGHTNESS

0

3 MHz

Y

DELAY

0,7s

LUMA

AMP1

Y

LPF

Q

(B–Y)

DEMOD

AMP

C

L

3,58(33⁰)

+33^o

TRAP

0

3 MHz

MATRIX

(G–Y)

(R–Y)

+90^o

BURST

SEP.

AMP

P

+180^o

C

3,58

3,58(0⁰)

I

3,08

4,08

B+C

BPF

DEMOD

f_H

LPF

C

L

TRAP

3,58(0⁰)

TINT

COLOR

KILLER

ACC

DET

CHROM

A

CHROM

A

C

f_H

+B

TINT

ACC

SUB COLOR COLOR

59