Bài giảng Kỹ thuật truyền hình - Chương 4: Hệ màu NTSC

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 
 do đó: 
Khổ rộng băng thông 6MHz
525 dòng 1 ảnh, 30 ảnh/giây
fH = 15750Hz, fv = 60Hz
Av
3,08
4,08
f(MHz)
O
Y
fsc = 3,58 MHz
Luma
Chrominance
4.2.2 Định khu vực màu và Y trong dải tần
Y: 0 ÷ 3MHz
Màu: 3,08MHz ÷ 4,08MHz
Tần số sóng mang phụ:
fsc = 3,58MHz
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
Mỗi khi điện áp đổi chiều từ dương sang âm hay ngược lại thì sóng mang phụ lại đảo pha 180o
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)
MATRIX
(B – Y)
(R – Y)
I (0 à 1,2 MHz)
Q (0 à 0,5 MHz)
Tọa độ màu của (B – Y), (R - Y) và I, Q như sau:
I
Q
33o
123o
(B –Y)
(R –Y)
I: Inphase
Q: Quadrature
Hệ NTSC xoay hệ trục toạ độ màu đi 33o và 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 33o nói 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).
Màu bất kỳ: 
(B – Y)
I 
MATRIX
SAM
SAM
+
+33o
+90o
3,58
0o
Q 
(R – Y)
4.3.3 Bước thứ ba 
Tạo ra 2 sóng mang phụ 3,58 (33o) cho tín hiệu sắc Q và 3,58 (123o) 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).
+
 = + và = arctg
Hai sóng điều biên nén của I và Q ( và ) sau đó được nhập chung để có 1 sóng = + duy nhất rồi lại nhập chung tín hiệu chói Y. Vì Y đi thẳng còn trong quá trình tạo ra lại có đường đi dài hơn nên trước khi gặp Y qua dây trễ 0,7us để Y và đến đồng thời, tránh được hiện tượng sai pha.
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 180o nằm 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.
Bước thứ năm
Y: 0÷3M
R
I 
MATRIX
SAM
SAM
+
+33o
+90o
3,58
0o
Q 
G
B
+
+
BURST
GATE
+180o
fH
COMPOSITE
VIDEO
HORIZONTAL
BLANKING
H + V
SYNCHRO
0÷1,2M
0÷0,5M
C
Y
B
DELAY
0,7
Hình 4.1 Sơ đồ khối phần tạo tín hiệu Video tổng hợp của hệ NTSC
C
Y
Cmax 133%
Ymax 100%
B:±20%
Ymin 0%(BLKG)
SYNC -40%
Synchro
Cmin -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
AUDIO
AMP
AM
FM
AM – FM
DIPLEXER
MICRO
Y+C+B
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 fRF/VID, còn tiếng được điều chế FM với fRF/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).
4.5 Sơ đồ khối phần TUNER
RFAMP
OSCI
MIXER
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 fo gọi 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 Cv để tìm đài.
+25V
C
C4
C3
C2
C1
V4
V3
V2
V1
0
82PF
68P
42PF
10P
CV
(-V)
+
_
4,5MHz
41,25
45,75
47,75
39,75
 MHz 
 Sơ đồ khối phần VIDIFAMP VÀ VIDEO DETECTOR
AGC
VIDEO
DETECTOR
VIDEO
DAMPER
IFAGC
VIDEO
SOUND
SIF
RFAGC
Y+C+B
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).
 Giai đoạn xử lý tín hiệu VIDEO NTSC 3,58 (hoặc N3)
 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 à 3MHz cho Y và lọc băng thông 3,08 ÷ 4,08MHz cho C + B.
LỌCTHÔNG 
THẤP
DELAY
0,7
Y+C+B
Y
C+B
Y
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.
 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.
BURST SEP
T1
56
8
B
C
C+B
CHROMA AMP
T2
C
B
FlyBack
Ta dùng 2 Transistor T1 và T2 dẫn điện ở 2 thời gian khác nhau nhờ phân cực bằng xung FlyBack và tín hiệu đảo của nó.
 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:
ACC
DET.
ACC
2 nd
CHROMA
AMP
RC
TINT
C
B+
VR
10K
COLOR
SUB COLOR
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).
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 do vCE của nó tạo ra: 
Thay đổi điện áp cung cấp Vcc là vCE thay đổi và R đổi nên pha thay đổi vì:
Với 
Ta có thể dùng biến trở TINT hay HUE để thay đổi Vcc
* Chú ý thêm
R
C
Vra
VV
VR
Vra
VV
Vra
I
1. Mạch tích phân
Vra chậm pha hơn Vv một góc 
 	với à ( chẳng hạn)
C >> à Zc à 0 à cos à 0 à 90o 
C > à cos à 1 à 0o à đồng pha
VR
C
Vra
VV
Vra = VR
VV
VC
2. Mạch vi phân
Vra nhanh pha hơn Vv: 
R à 0 à cos à 0 à 90o 
R à à cos à 1 à 0o 
Như vậy khi thay đổi R () thì tín hiệu lấy ra sẽ thay đổi pha so với tín hiệu vào.
4.7.4 Tách đồng bộ (Giải mã màu NTSC)
TÁCH SÓNG Đ.BỘ
Q
TÁCH SÓNG Đ.BỘ
I
LỌC 
3,58
LỌC 
3,58
+33o
+90o
3,58
(0o)
Z = 0
L
C
Z = 0
L
C
C
Q
I
Sử dụng cách biểu diễn trực quan:
Trong mạch tách sóng Q:
{3,58 (33o) + Q} + {3,58 (123o ) + I} – 3,58 (33o) à Q + {3,58 (123o) + I}
Qua mạch lọc 3,58 à chỉ còn Q
Trong mạch tách sóng I:
{3,58 (33o) + Q} + {3,58 (123o ) + I} – 3,58 (123o) à I + {3,58 (33o) + Q}
Qua mạch lọc 3,58 à chỉ còn I
Như vậy trước hết phải đồng bộ sóng 3,58MHz ở máy thu với B.
C
P
VPC
LPF
+180o
B
3,58(0o)
Dịch pha
XTAL
3,58MHz
3,58(180o)
3,58(0o)
Đã so pha
Sau khi có Q và I dùng mạch MATRIX để tạo lại (B - Y) và (R - Y)
 MATRIX
(B – Y)
(R – Y)
I 
Q 
Từ (B - Y) và (R - Y) dùng mạch MATRIX để tạo (G - Y)
(G – Y)
(R – Y)
(B – Y)
(R – Y)
R1
R2
R3
R4
(B – Y)
100K
100K
20K
56K
56K
(Chung cho mọi hệ)
Cuối cùng ta đưa ra tín hiệu màu vào đèn hình:
Tín hiệu vào lưới: VGK = VG - VK
Người ta đưa thêm 3 BJT màu để có:
-(B - Y) – Y = -B
-(G - Y) – Y = -G
-(R - Y) – Y = -R
24KV
Y
Screen
+500V
5KV
Focus
(B–Y)
BJT
BJT
BJT
– (B–Y)
(G–Y)
(R–Y)
– (G–Y)
– (R–Y)
Q
Q
DEMOD
MATRIX
+90o
I
DEMOD
COLOR
KILLER
TRAP
L
C
TRAP
L
C
I
BPF
ACC
CHROMA
I
ACC
DET
TINT
CHROMA
II
+B
TINT
C
SUB COLOR
COLOR
LUMA
AMP1
LPF
DELAY
0,7
BURST
SEP.
AMP
+180o
P
C
+33o
LPF
fH
TUNER
IF
VIDEO
DET
AMP
AMP
AMP
(G–Y)
BRIGHTNESS
(B–Y)
(R–Y)
LUMA
AMP2
 B+
BRIGHT
 B+
CONSTRAST
Y
Y
Y
0
3 MHz
3,08
4,08
0
3 MHz
3,58(00)
3,58(00)
3,58
3,58(330)
fH
B+C
4.8 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY THU NTSC 3,58