Bài 1. Nguyên lý truyền hình mầu

 Nguyên lý truyền hình mầu là nguyên lý có bản nhất cho tất cả các dạng truyền dẫn hình ảnh mầu đa sắc được áp dụng không chỉ ở trên tivi mầu mà còn áp dụng trên hầu hết các thiết bị điện tử khác...

 1 - Tổng quát về kỹ thuật truyền hình mầu

Truyền hình mầu ra đời khi truyền hình đen trắng đã trưởng thành và vẫn còn đang được sử dụng rộng dãi, vì vậy khi xây dựng truyền hình mầu thì toàn bộ hệ thống truyền hình đen trắng vẫn được giữa nguyên và người ta chỉ truyền thêm các tín hiệu mầu. Các tín hiệu FM tiếng, tín hiệu đồng bộ dòng và đồng bộ mành không thay đổi, riêng tín hiệu Video nay được đổi thành hai tín hiệu là Y và C, Y là tín hiệu chói mang thông tin về hình ảnh đen trắng và C là sóng mang phụ mang thông tin về tín hiệu mầu :

Tổng quát về kỹ thuật truyền hình mầu .

    Như vậy trong tín hiệu truyền hình mầu thì tín hiệu Video tổng hợp bao gồm :

  • Tín hiệu chói ký hiệu là Y - mang thông tin về hình ảnh đen trắng, đây chính là tín hiệu Video được giữ lại khi phát triển truyền hình mầu, nhằm tương thích với các máy thu hình đen trắng.

  • Tín hiệu C là sóng mang phụ, mang thông tin về mầu sắc

  • Tín hiệu FM là sóng mang điều tần của tín hiệu tiếng

  • Xung H.syn là xung đồng bộ dòng

  • Xung V.syn là xung đồng bộ mành.

    So với truyền hình đen trắng thì tín hiệu Y là tín hiệu thị tần, xung H.syn, xung V.syn, và tín hiệu FM là không thay đổi, như vậy truyền hình mầu thực chất là truyền hình đen trắng có thêm tín hiệu sóng mang mầu C , điều này có nghĩa là tất cả các kiến thức về truyền hình đen trắng đều được tận dụng lại, vì vậy hiểu được truyền hình đen trắng sẽ giúp bạn hiểu truyền hình mầu dễ dàng hơn.

Phổ tín hiệu Video tổng hợp

    Tín hiệu C ( sóng mang mầu ) được tạo ra bằng cách nào ? tín hiệu mầu R, G, B  là gì ? các câu hỏi đó sẽ được giải đáp sau khi ta tìm hiểu về bản chất ánh sáng và mầu sắc cũng như một số đặc điểm của mắt người.

 2. Tính chất của ánh sáng và mầu sắc

    Mục đích của bài này là để tìm hiểu nguồn gốc của tín hiệu C ( Choma_) là sóng mang phụ của tín hiệu mầu, và tìm hiểu các tín hiệu mầu.

     2.1 - Bản chất khách quan của ánh sáng

   Ánh sáng về phương diện vật lý khách quan chỉ là sóng điện từ có tần số từ 3,8 x 1014 đến 7,8 x 1014  Hz, hay có bước sóng từ 380nm đến 780nm như vậy ánh sáng chỉ chiếm một khoảng rất hẹp trong dải sóng điện từ, dải đó ta gọi là phổ ánh sáng.

Phổ ánh sáng nhìn thấy của mắt người

   2.2 Cảm nhận chủ quan của mắt người

  Màu sắc hoàn toàn là cảm giác chủ quan của con người

 Trong toàn bộ phổ ánh sáng từ 380nm đến 780nm sẽ cho cảm giác ở mắt người là nguồn sáng trắng, thực tế phổ ánh sáng này là tâp hợp của rất nhiều ánh sáng đơn sắc.

Mầu phổ

   * Mầu của vật

    Thực ra một vật ( không phải là nguồn sáng ) thì không có mầu, ví dụ một vật bất kỳ nếu ta không chiếu ánh sáng vào nó thì ta không nhìn thấy vật đó.
    Thí nghiệm : Trong phòng tối, nếu ta chiếu ánh sáng trắng vào tờ giấy thì ta thấy tờ giấy mầu trắng, nếu ta chiếu ánh sáng đơn sắc mầu đỏ vào tờ giấy ta lại thấy tờ giấy mầu đỏ, chiếu ánh sáng xanh ta lại thấy tờ giấy mầu xanh => Chứng tỏ mầu của vật chỉ đúng khi có một nguồn sáng trắng chiếu vào.

    Một nguồn sáng trắng là tập hợp của vô số nguồn sáng đơn sắc, khi chiếu vào một vật nào đó thì một số bước sóng bị vật đó hấp thụ hoàn toàn hay một phần, phần còn lại phản chiếu đến mắt cho ta cảm giác về một mầu nào đó.

  * Các đặc tính xác định một mầu 
   
Một mầu được xác định dựa trên 3 yếu tố là :

  • Sắc thái của mầu : yếu tố này để phân biệt các mầu sắc khác nhau .

Hai mầu có sắc thái khác nhau có phổ khác nhau

  • Độ chói của mầu : độ chói mầu là cường độ sáng của mầu đó mạnh hay yếu.

Hai mầu cùng sắc thái nhưng có độ chói khác nhau
cho ta cường độ sáng khác nhau

  • Độ bão hoà mầu : Chỉ độ tinh khiết của mầu so với mầu trắng, mầu trắng có độ bão hoà mầu bằng 0.

Hai mầu cùng sắc thái nhưng có độ bão hoà mầu khác nhau,
 mầu có độ bão hoà càng cao thì phổ càng hẹp

  2.3 Cấu tạo của mắt người

  Bằng các nghiên cứu về cấu tạo của mắt người, các nhà khoa học đã nhận thấy rằng, mắt người kém nhậy với các mầu đơn sắc, khi có một nguồn sáng là tập hợp của nhiều mầu đơn sắc thì mắt ngưòi không thể phân biệt được các mầu đơn sắc đó mà các tế bào thần kinh của mắt cho ta cảm giác về một mầu khác
   Thí dụ : nếu chiếu một chùm sáng có đầy đủ các mầu đơn sắc gồm Đỏ, cam, vàng, lục , lam , lơ , tím  vào mắt thì ta có cảm nhận đó là mầu trắng,  nếu chiếu hai mầu đơn sắc là đỏ và xanh lá thì ta cảm nhận đó là mầu vàng.

  2.4    Ba mầu sắc cơ bản trong tự nhiên. 

    Bằng các thực nghiệm người ta chứng minh được rằng, trong phổ ánh sáng có ba mầu đơn sắc có đặc điểm , từ ba mầu đó có thể tổng hợp thành một mầu bất kỳ ( mầu bất kỳ là cảm nhận của mắt ) và ngược lại một mầu bất kỳ ta cũng có thể phân tích thành ba mầu cơ bản đó , ba mầu cơ bản đó là .

  • Mầu đỏ  :       R ( Red )

  • Mầu xanh lá : G ( Green )

  • Mầu xanh lơ : B ( Blue )

  Ba mầu sắc này sẽ được ứng dụng trong kỹ thuật truyền hình và trong các thiết bị có hình mầu như máy in mầu, điện thoại di động, máy vi tính v v...

  2.5  Nguyên lý trộn mầu

  Thí nghiệm :  Có ba nguồn sáng đơn sắc phát ra ba mầu : Đỏ, Xanh láXanh lơ  cùng chiếu lên một phông mầu trắng, ta hãy quan sát mầu sắc tại các vị trí mà các mầu giao nhau :

Nguyên lý trộn mầu từ ba mầu cơ bản R , G , B

  • Ba nguồn sáng trên có cường độ bằng nhau và bằng 100%
       R = G = B = 100%

  • R + G =  Vàng   ( Đỏ + Xanh lá = Mầu vàng )

  • R + G + B = Trắng ( Đỏ + Xanh lá + Xanh lơ = Trắng )

  • R + B = Tím ( Đỏ + Xanh lơ = Tím )

  • G + B = Xanh dương ( Xanh lá + Xanh lơ = Xanh dương )

Trộn từ 3 mầu cơ bản R, G , B  với các 
cường độ sáng khác nhau

  3 - Nguyên tắc truyền hình ảnh mầu

Tất cả các nguyên tắc của truyền hình đen trắng đều được tận dụng ở truyền hình mầu, nói khác đi truyền hình mầu trước hết phải làm lại các công việc đã có của truyền hình đen trắng. Điểm khác biệt giữa truyền hình đen trắng và truyền hình mầu chỉ ở chỗ : Thay vì chỉ truyền đi cường độ sáng của từng điểm ảnh thì bây giờ truyền hình mầu phải truyền đi cả tính chất về mầu sắc của từng điểm ảnh đó.

  1) Phân tích ảnh mầu thành ba hình ảnh đơn sắc

   Một bức ảnh mầu gồm hàng nghìn mầu sắc khác nhau, nhưng truyền hình mầu không truyền đi tất cả các mầu sắc đó mà chỉ truyền đi ba mầu cơ bản của mỗi điểm ảnh.
   Mỗi hình ảnh mầu đầy đủ được hệ thống lọc mầu phân tích thành ba hình ảnh đơn sắc mang ba mầu cơ bản như sau :

Quá trình phân tích hình ảnh mầu thành 3
 hình ảnh đơn sắc trong Camera

   2) Biến đổi các bức ảnh đơn sắc thành các tín hiệu mầu  R - B

    Một bức ảnh mầu trong tự nhiên, sau khi tạo ảnh qua thấu kính chúng được phân tích thành 3 bức ảnh thông qua lăng kính và các gương phản xạ, ba bức ảnh đi qua ba kính lọc mầu là lọc mầu đỏ, lọc mầu xanh lá và lọc mầu xanh lơ, khi bức ảnh đi qua  kính lọc mầu đỏ, các mầu khác bị kính lọc hấp thụ còn lại mầu đỏ đi qua và hội tụ trên màn kim loại trong xuốt một bức ảnh chỉ có thành phần mầu đỏ, tương tự bức ảnh đi qua kính lọc mầu xanh lá cũng cho bức ảnh hội tụ chỉ có mầu xanh lá, bức đi qua kính lọc lơ cũng cho bức ảnh chỉ có mầu xanh lơ , cuối cùng các bức ảnh đơn sắc này được đổi thành tín hiệu điện thông qua nguyên lý quét .

Quét bức ảnh mầu xanh lá => tạo ra tín hiệu G

  • Sau khi phân tích thành 3 bức ảnh, các bức ảnh được đổi thành tín hiệu điện thông qua nguyên lý quét, bức ảnh được tia điện tử quét từ trái qua phải, từ trên xuống dưới với vận tốc 15625 dòng/giây, tín hiệu điện lấy ra từ lớp phim là tín hiệu Vídeo mang thông tin về độ chói của mầu sắc ảnh,  bức ảnh mầu đỏ cho ta tín hiệu Video đỏ gọi là tín hiệu  R, bức ảnh mầu xanh lá cho ta tín hiệu G, bức ảnh mầu xanh lơ cho ta tín hiệu B.

  3) Quá trình điều chế tín hiệu mầu  R - B  thành tín hiệu Video tổng hợp

     Ba tín hiệu R, G, B là các tín hiệu mầu có cả thành phần chói, nếu truyền trực tiếp các tín hiệu này sang máy thu thì các máy thu đen trắng sẽ không nhận được tín hiệu như mong muốn, vì vậy để tương thích với các máy thu hình đen trắng vốn vẫn còn được sử dụng rộng rãi , người ta phải tách thành phần tín hiệu chói ( Y ) ra khỏi các tín hiệu mầu thông qua mạch Matrix, sau khi tách tín hiệu, các tín hiệu mầu trở thành tín hiệu thiếu chói và có ký hiệu là  R - Y , G - Y , B - Y,   các tín hiệu này tiếp tục được điều chế vào sóng mang phụ f.osc để tạo thành tín hiệu C ( Choma - sóng mang mầu ) cuối cùng tín hiệu C lại được trộng với tín hiệu chói thông qua mạch trộn tín hiệu Mixer để tạo ra tín hiệu Video tổng hợp.

Điều chế tín hiệu R - G - B thành tín hiệu Video tổng hợp

  • Mạch ma trận tách tín hiệu chói ra khỏi các tín hiệu mầu, tín hiệu chói luôn luôn có các tín hiệu xung đồng bộ đi cùng và ta có tín hiệu Y + H.syn + V.syn đi theo một nhánh. Các tín hiệu mầu sau khi tách thành phần chói , tín hiệu thu được là tín hiệu mầu thiếu chói R - Y , G - Y , B - Y .

  • Ba tín hiệu  R - Y, G - Y, B - Y  được gói vào trong một tín hiệu duy nhất thông qua mạch điều chế ở tần số 3,58MHz ( điều chế  hệ NTSC )  hoặc 4,43MHz ( điều chế hệ PAL )  để tạo thành sóng mang C ( Choma )

  • Mạch Mixer trộn tín hiệu sóng mang C vừa được điều chế vào tín hiệu Y để tạo thành tín hiệu Video tổng hợp .

  • Ngõ ra của tín hiệu Video tổng hợp có 4 thành phần tín hiệu là tín hiệu chói Y, sóng mang mầu C, xung đồng bộ dòng H.syn, xung đồng bộ mành V.syn, đây là tín hiệu ngõ ra của Camera, tín hiệu này có thể truyền truyền trực tiếp đến máy thu hình thông qua đường AV hoặc có thể gửi tới đài phát tiếp tục điều chế vào sóng mang và phát thành sóng điện từ truyền đi xa trong không gian.

     4) Quá trình giải mã  tín hiệu mầu ở máy thu hình .

        Giả sử ta cắm trực tiếp tín hiệu Video tổng hơp sang máy thu theo đường AV, quá trình giải mã và tổng hợp tín hiệu để khôi phục lại hình ảnh gốc được minh hoạ như hình ảnh dưới đây.

Giải mã và tổng hợp tín hiệu mầu ở máy thu hình

  •  Tín hiệu Video đi vào máy thu hình được khuếch đại đệm qua mạch Damper sau đó tín hiệu tách làm hai đường, tín hiệu Y đi tới mạch xử lý Y, tín hiệu C đi tới mạch giải mã.

  • Mạch xử lý chói : khuếch đại tín hiệu Y, thay đổi độ tương phản và độ sáng của ảnh sau đó cung cấp tín hiệu Y cho mạch ma trận.

  • Mạch giải mã : Giải mã tín hiệu sóng mang C để tái tạo lại ba tín hiệu mầu thiếu chói là R-Y, G-Y và B-Y .

  • Mạch ma trận : trộn tín hiệu mầu thiếu chói với tín hiệu chói => để tái tạo lại tín hiệu mầu đầy đủ R, G, B cung cấp cho đèn hình mầu.

  5) Quá trình tổng hợp hình ảnh mầu trên đèn hình

  • Đèn hình mầu là thiết bị vừa làm nhiệm vụ tái tạo lại hình ảnh, vừa tổng hợp ba bức ảnh đơn sắc thành bức ảnh mầu đầy đủ mầu sắc ban đầu, đèn hình có ba katốt là KR, KG, KB phát xạ ra ba dòng tia điện tử mang thông tin về ba bức ảnh mầu, ba tia điện tử quét trên cùng một màn hình => tạo thành ba bức ảnh mầu chồng khít lên nhau => hình ảnh tổng hợp từ ba bức ảnh đơn sắc cho ta bức ảnh ban đầu.

4 - Quá trình điều chế tín hiệu phát của đài truyền hình

Điều chế tín hiệu phát của đài truyền hình

  • Hình ảnh được thu vào và được đổi thành tín hiệu Video tổng hợp thông qua Camera , quá trình biến đổi này đã được đề cập trong bài trước , tín hiệu Video tổng hợp gồm bốn tín hiệu là :Y( tín hiệu chói), C ( sóng mang mầu ) , H.syn ( xung đồng bộ dòng ) và V.syn ( xung đồng bộ mành )

  • Cũng như truyền hình đen trắng, truyền hình mầu phải truyền đi tín hiệu tiếng, tín hiệu âm tần được điều vào sóng FM ở tần số 6,5MHz theo kiểu điều tần, sau đó sóng FM được trộn với tín hiệu Video tổng hợp tạo thành tín hiệu có 5 thành phần là Y, C, FM, H.syn và V.syn .

  • Để truyền đi xa , toàn bộ 5 tín hiệu này được điều chế vào sóng siêu cao tần ở dải VHF họăc dải UHF theo phương pháp điều biên => tạo thành sóng mang, sau đó sóng mang được khuếch đại ở công xuất lớn rồi đưa ra an ten phát xạ thành sóng điện từ truyền đi trong không gian với vận tốc ánh sáng.

  • Phổ của toàn bộ tín hiệu Video tổng hợp là từ 0 đến 6,5MHz, do đó khi điều chế vào sóng mang thì sóng mang cũng chiếm một dải tần rộng 6,5MHz và toàn bộ dải tần này được gọi là một kênh sóng.

  • Sóng điện từ của đài phát sẽ truyền theo đường thẳng và cũng có một số tính chất phản xạ, khúc xạ tương tự ánh sáng.

  5. Khái niệm về các kênh truyền hình .

        Mỗi đài truyền hình thường phát trên một hoặc nhiều kênh sóng 
  Thí dụ Đài truyền hình việt nam phát trên 4 kênh sóng là

  • Kênh số 9 phát chương trình  VTV1

  • Kênh số 11 phát chương trình VTV2

  • Kênh số 22 phát chương trình VTV3    v v...

  Vậy kênh sóng là gì ? 
       Mỗi kênh sóng truyền hình là một giải tần có độ rộng khoảng 8MHz  nằm trong khoảng tần số siêu cao tần và được chia làm hai dải, dải VHF và dải UHF, dải VHF có tần số từ 45 MHz đến 230 MHz, còn dải UHF có tần số từ khoảng 420 đến 880MHz .
  Vì mỗi kênh truyền hình chiếm một giải tần khá rộng vì vậy số lượng kênh truyền hình là có hạn . 
   Sóng truyền hình do quốc tế quản lý, vì vậy các Đài truyền hình khi muốn phát ở một kênh nào đó phải tuân thủ theo các quy định chung của quốc tế

Dải tần của các kênh sóng

 6 - Đặc điểm của sóng truyền hình

    Khi đài truyền hình phát sóng, các sóng điện từ bức xạ từ Anten đài phát đi thẳng theo phương nằm ngang mặt đất, sóng truyền hình có hạn chế hơn sóng phát thanh là không truyền được đi xa, chỉ giới hạn khoảng vài trăm Km theo đường chim bay, vì vậy các điểm ở xa đài phát do trái đất cong hoặc do địa hình khuất núi sẽ không thu được tín hiệu.

Máy thu hình ở xa đài phát không thu được 
tín hiệu do chiều cong của trái đất