Bài giảng Kỹ thuật truyền hình - Chương 3: Cơ sở vật lý của truyền hình màu và thiết lập hệ truyền hình màu

hầu hết các màu trong thiên nhiên.
Sự trộn màu
Chiếu 3 nguồn sáng màu cơ bản R, G, B có cùng cường độ lên màn ảnh bằng vải trắng (để có sự phản chiếu hoàn toàn ở màn ảnh). Ta có kết quả trộn màu như sau ở các vùng giao nhau:
R
W
G
Y
C
M
B
Hình 3.10 Sự trộn màu
R = G = B
R + G à Y 	(yelow)
R + G à M 	(Magnenta - tía)
B + G à C 	(Thiên thanh - Cyan)
R + G + B à W 	(White)
Hiện tượng trộn màu được giải thích như sau:
Thực ra không hề có sự pha trộn giữa các bước sóng của các màu cơ bản. Tại vùng mắt người thấy màu trắng chẳng hạn, vẫn có đủ 3 bước sóng của 3 màu R, G, B riêng rẽ đến mắt cùng một lượt và cả 3 nhóm tế bào nón R, G, B cùng bị kích thích giống y như trường hợp đã chiếu ánh sáng trắng vào mắt. Hai hiện tượng vật lý khách quan khác nhau đã gây cùng cảm giác cho mắt người.
Màu tía (Magnenta) không phải là một thực thể khách quan (vì không có bước sóng của màu tía) mà do màu R và B kích thích vào 2 loại tế bào nón nhạy với màu R và B gây cho người quan sát có cảm giác màu tía.
Sự trộn màu như vậy thực ra chỉ là kết quả lợi dụng sự nhầm lẫn của mắt và được khai thác triệt để trong truyền hình màu.
Nguyên lý Camera màu và đèn hình màu
3.6.1Camera màu (Color Camera)
Điểm màu sau khi qua thấu kính và lăng kính sẽ chia làm 3 hướng, tạo ra các tia sáng 1, 2, 3. Các tia 1 và 3 sau khi qua lăng kính sẽ hướng lên trên và xuống dưới, gặp các gương 1 và 3 đổi phương thành đi ngang. Tia 2 sau khi qua lăng kính cũng truyền theo phương ngang như hình 3.11. Sau đó, cả 3 tia được đưa vào các bộ lọc màu R,G,B để lọc lấy 3 thành phần màu. Các thành phần này được đưa vào 3 tế bào nhạy với 3 màu (gọi là ống VIDICON 1,2,3), để biến thành 3 thành phần điện áp ER, EG, EB (gọi tắt là R, G, B) tỉ lệ với các thành màu tương ứng.
Điểm màu
R G B
Thấu kính
Lăng kính
Gương
1
2
VIDICON 1
3
ER
(= a volt)
EG
(= b volt)
EB
(= g volt)
Hình 3.11 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của camera màu
Lọc R
Gương
VIDICON 2
VIDICON 3
Lọc G
Lọc B
Ví dụ: 	VR = 3mV~	R = 3mV~
VG = 2mV~	Nhưng thường chỉ viết tắt	G = 2mV~
VB = 1,8mV~	B = 1,8mV~
Sự phân tích màu được thực hiện cho từng điểm ảnh của vật.
70 K
30 K
41 K
59 K
89 K
11 K
100 K
Y = 0,3R + 0,59G + O,11 B
R
G
B
Hình 3.12 Sơ đồ nguyên lý của mạch cộng tỉ lệ (Matrix) 
để tái tạo độ chói Y từ các thành phần màu.
Camera màu
MATRIX
R
G
B
Y
R
G
B
Phía sau camera có bộ phận hoạt động như tế bào que tạo lại tín hiệu trắng đen, hay còn gọi là độ chói:
Y = 0,3R + 0,59G + 0,11B
Mạch tạo ra tín hiệu trắng đen cho tivi gọi là mạch matrix. Tín hiệu video tổng hợp R, G, B và độ chói Y sẽ được gửi đến máy thu.Sau đó, cho 3 tia R, G, B vào 3 Cathod của đèn hình để pha lại màu trên mặt đèn hình màu.
Tổng hợp màu
EG
EB
ER
M¾t
Ph¸t quang mµu R
Ph¸t quang mµu B
Ph¸t quang mµu G
Hình 3.13 Sơ đồ nguyên tắc tổng hợp màu từ 3 thành phần màu
Cấu trúc của đèn hình màu
>]
>]
>]
Anod 2
Cathod
Lưới
khiển
Lưới màn
Screen
Lưới hội tụ
Focus
GLK
BLK
RLK
Tim đèn
Hình 3.14 Cấu trúc đèn hình màu
 Đèn hình delta 
G
B
R
G
B
R
0
Trục đèn hình
102’
Hình 3.15 Sơ đồ nguyên lý của đèn hình delta
Do hãng RCA chế tạo đầu tiên vào năm 1956. Ba tia được bố trí trên 3 đỉnh của một tam giác đều:
Các máy nội địa Nhật sản xuất trước 1979 còn loại đèn hình này. Mặt đèn hình được phun sơn oxid đặc biệt để chùm tia đập vào với vận tốc cao thì phát ra ánh sáng màu. Ba điểm màu tập trung thành một tổ hợp màu. Khi ba chùm tia đập vào ánh sáng phát ra sẽ hoà lại cho ra 1 điểm màu.
Mặt máy chứa 
tổ hợp màu RGB
G
R
B
3 chùm tia e-
o
Hình 3.16 Cấu trúc các tổ hợp màu và mặt nạ đục lỗ của đèn hình Delta
Trước mặt máy có mặt nạ đục lỗ giúp cho chùm tia hội tụ tại điểm 0 trước khi đập vào màn hình màu (Shadow mask). Mặt nạ đục lỗ làm bằng thép cứng. Khi các chùm tia đến lỗ thì có một số e- đập vào mặt nạ sinh nhiệt nó rất nóng, năng lượng mất mát có khi lên đến 60%. Ngoài ra khi mặt nạ bị nhiễm từ do loa, nam châm thì hình bị lem, nhiều vân nhiễu. Lúc đó phải khử từ bằng máy khử dùng dòng cao tần. Ở loại máy này có 12 biến trở ở đuôi đèn để chỉnh màu nên việc cân chỉnh gặp nhiều khó khăn, nhất là vấn đề chỉnh chùm tia. Hiệu suất thấp 10% ÷ 15% à Công suất cung cấp gấp 10 lần TV trắng đen tương đương à đèn mau già.
 Đèn hình TRINITRON
Đèn hình có chất lượng tương đối nhưng việc hiệu chỉnh tụm tia khó khăn và hiệu suất thấp. Sau nhiều năm nghiên cứu, năm 1968 hãng SONY đèn hình màu TRINITRON.
R
R
G
B
R
G
B
R
G
B
B
G
R
B
R
G
B
R
G
Sọc photpho
B
G
Hình 3.17 Cấu trúc của đèn hình Trinitron
Màn hình photpho bây giờ gồm có các sọc R, G, B xếp xen kẻ.
Mặt nạ đục lỗ được thay bằng lưới có điện thế âm à để hướng dẫn chùm tia bắn trúng vào các tổ hợp màu, khi e- đến lưới nó sẽ bị điện thế âm đẩy lọt vào giữa chính vì công suất chỉ cần thấp và hiệu suất đạt được cao. Ngoài ra vì lưới nhỏ nên ít bị nhiễm từ.
Giữa các vạch màu có lằn đen để hấp thu các tia e- bị lệch gọi là vi sọc đen(Micro Black) nên màu không bị lem, hình rực và đẹp.
Hiệu suất 25% ÷ 30% Đèn hình bền, tuổi thọ cao, hiệu suất cao nhất so với các loại đèn hình.
 Đèn hình màu InLine
Trinitron vừa ra đời đã được hưởng ứng ngay trong thương mại và đặt đèn hình màu tam giác trên đường đào thải. Điều này đặt ra cho công nghiệp truyền hình màu của Mỹ yêu cầu phải cạnh tranh ráo riết với SONY. Cho nên vào đầu năm 1970 (khoảng 1972) hãng General Electric (Mỹ) đưa ra thị trường đèn hình InLine.
Mặt phát quang
G
G
G
G
G
G
Mặt nạ đục lỗ
R
G
B
R
G
B
R
G
B
R
G
B
R
G
B
R
G
B
Hình 3.18 Sơ đồ mặt phát quang và mặt nạ đục lỗ của đèn hình InLine
Hình 3.19 Ba cathod được bố trí trên cùng nằm trên một phẳng
O
B
G
R
Về cơ bản, đèn InLine vẫn như đèn Trinitron nhưng để vạch màu được ngắt ra từng quảng tương ứng với dòng một. Khe lưới hở cũng được thay đổi cho phù hợp và trước mỗi điểm G lại khoan một lỗ hình dạng y như điểm G. Điều này làm giảm hiệu suất so với đèn Trinitron (thực tế chỉ còn 20% ÷ 25%). 
Cho đến nay trừ hãng SONY vẫn duy trì sọc phát quang để tận dụng hiệu suất, còn tất cả các hãng trên thế giới đều dùng loại đèn InLine.
Toạ độ màu
Một màu hoàn toàn được xác định bằng một điện áp của tín hiệu chói Y và 2 điện áp tín hiệu sắc (R – Y) và (B – Y). Nếu xem Y là một thông số (bằng bao nhiêu cũng được) à có thể biểu diễn tính chất một màu bằng hệ trục vuông góc: trục tung (R – Y), trục hoành (B – Y).
R-Y
W
B-Y
R
B
G
0,7
-0,59
-0,3
-0,11
 0,89
-0,59
Ví dụ: màu trắng W có: R – Y = 0 và B – Y = 0 nên nằm tại tâm 0 của hệ trục.
(R – Y) = 0,7
(B – Y) = -0,3
R
(R – Y) = -0,59
(B – Y) = -0,59
G
(R – Y) = -0,11
(B – Y) = 0,89
B
(R – Y) = -0,7
(B – Y) = 0,3
C
(R – Y) = 0,59
(B – Y) = 0,59
M
(R – Y) = 0,11
(B – Y) = -0,89
Y
Đối với màu trắng
	Y	 = 0,3R + 0,59G + 0,11B 
	 = (0,3 + 0,59 + 0,11=1=R=G=B B – Y = 0, R – Y = 0, G – Y = 0
Ta có các cặp R-C, G-M, B-Y đối xứng nhau qua trục toạ độ vì chúng là các thành phần bổ túc nhau để tạo ra màu trắng. (ví dụ: R+C = R+ B + G à W) 	
B. Thiết lập hệ truyền hình màu
3.8 Vấn đề tương hợp
Truyền hình màu ra đời khi truyền hình đen trắng đã trưởng thành. Hàng triệu TV đen trắng đã được sản xuất và còn đang phát triển. Vì vậy việc đầu tiên cho công tác truyền hình màu là phải làm sao không gây ảnh hưởng đến truyền hình trắng đen đang hoạt động mà còn làm sinh động và phong phú thêm. Yêu cầu là TV trắng đen phải thu được tín hiệu chói Y của đài màu. Để đáp ứng với yêu cầu này thì truyền hình màu phải xây dựng dựa vào các chuẩn trắng đen như sau:
fH và fV
15625Hz
50Hz
cho OIRT và CCIR
15750Hz
60Hz
FCC
xây dựng theo khổ rộng băng thông của trung tần
6,5MHz
4,5MHz
fIF/S
41,25MHz
fIF/VID
45,75MHz
Hệ FCC
8MHz
6,5MHz
fIF/S
31,5MHz
fIF/VID
38MHz
Hệ OIRT
Phải chọn lại các tần số của băng tần UHF và VHF
3.9 Hệ quả của việc xây dựng hệ màu dựa theo chuẩn trắng đen
Với băng thông hẹp như vậy thì không thể chuyển 3 màu cùng một lúc được. Phải chọn cho mỗi một màu một sóng tải phụ fSC (Subcarrier). Nhưng từ 0 ÷ 4,2MHz để dành cho tín hiệu trắng đen. Ít nhất cũng là từ 0 ÷ 3MHz để cho hình không bị mất chi tiết.
1,5M
fSC1
1M
fSC2
1M
fSC3
1M
Vậy về phương diện kỹ thuật không thể chuyển 3 màu R, G, B và 3 sóng tải phụ cùng một lúc được.
Các nhà toán học đề nghị gửi đi 2 màu trong 3 màu nhưng phải pha với trắng đen. Người ta chọn màu đỏ và màu xanh lơ (R – Y) và (B – Y)
Công thức đen trắng
	Y = 0,3R + 0,59G + 0,11B
 0,3Y + 0,59Y + 0,11Y 	= 0,3R + 0,59G + 0,11B
 	 0 	= 0,3(R – Y) + 0,59(G – Y) + 0,11(B – Y)
 0,59(G –Y)	= -0,3(R – Y) - 0,11(B – Y)
 (G – Y)	= 
 	 (G – Y) = 
(G – Y) = 
Vậy ta có công thức 
Công thức này dùng cho mọi hệ màu:
(R – Y)
50K
-1
(B – Y)
-1
– (B – Y)
– (R – Y)
50K
50K
10K
– (R – Y)
– (B – Y)
(G – Y)
 Mạch cộng tỉ lệ
Gọi là mạch Matrix
3.10 Vấn đề sóng mang phụ fSC
3.10.1 Điều chế sóng mang phụ
STP mang theo màu à tới máy thu chúng ta dùng mạch L, C sẽ tách được màu ra khỏi tín hiệu hỗn hợp.
Có hai cách điều chế fsc với màu: Biến điệu biên độ và biến điệu tần số
AM
fsc
3.10.2 Điều chế biên độ AM
Ví dụ: 
Bộ lọc
Y
+
Sau này tại máy thu
 Màu + Y
0
5V
(B-Y)
Điều chế tần số FM
FM cho chi tiết tốt hơn AM nhưng phức tạp hơn
3.11 Công thức và điều kiện chọn sóng mang phụ
3.11.1 Điều kiện 1
Ta dành vùng đen trắng 0 à 3MHz để có đủ chi tiết, màu từ 3à 5MHz. Do đó sóng tải phụ nằm giữa 3M và 5M 
 3MHz < fSC < 5MHz	 (1)
Av
f1
f2
f
O
Y
3.11.2 Điều kiện 2
Các xung xóa dấu và xung đồng bộ ngang có tần số fH
15625Hz ÷15750Hz
Hài của nó: 2fH, 3fH, 4fH  nfH, (n+1)fH, 2nfH
Nếu fSC chọn đúng bằng 1 hài của fH thì sẽ tạo ra hiện tượng giao thoa. Để tránh hiện tượng này, ta chọn fSC trung bình cộng của hai hài fH liên tiếp nfH, (n+1)fH
 	fSC = 
fSC = 	 (2)
O
Từ (1) và (2), suy ra:
Hệ: NTSC Chọn fSC = 3,58Mhz
 NTSC: fSC = Chọn n = 227, fH = 15734,264Mhz
(sai số 0,1% so với fH = 15750Hz)
Hệ: PAL Chọn fSC = 4,43Mhz
 	(tránh cả hài của fv)
Hệ: SECAM Chọn fSC = 4,25Mhz
fSC = 4,406Mhz