Hệ màu NTSC

48 Av 3,08 4,08 f(MHz) O Y fsc = 3,58 MHz Luma Chrominance 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  0SRFVIDRF f,f,f  S IF VID IF f,f  MHz,ff VID RF S RF 54 do đó: MHz,ff S IF VID IF 54  Khổ rộng băng thông 6MHz  525 dòng 1 ảnh, 30 ảnh/giây  fH = 15750Hz, fv = 60Hz 4.2.2 Định khu vực màu và Y trong dải tần 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 Y: 0 ÷ 3MHz Màu: 3,08MHz ÷ 4,08MHz Tần số sóng mang phụ: fsc = 3,58MHz 49 I: Inphase Q: Quadrature C  (B – Y) I MATRIX SAM SAM + +33o +90o 3,58 0o Q 2C  1C  (R – Y)  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) Tọa độ màu của (B – Y), (R - Y) và I, Q như sau: 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:    Q I 4.3.3 Bước thứ ba MATRIX (B – Y) (R – Y) I (0  1,2 MHz) Q (0  0,5 MHz) I Q 33o 123o (B –Y) (R –Y) 50 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). C  = 1C  + 2C  và  = arctg Q I Hai sóng điều biên nén của I và Q ( 1C  và 2C  ) sau đó được nhập chung để có 1 sóng C  = 1C  + 2C  duy 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 C  Y qua dây trễ 0,7us để Y và 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 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. 4.3.5 Bước thứ năm C  1C  2C  2C  1C  + 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 s Hình 4.1 Sơ đồ khối phần tạo tín hiệu Video tổng hợp của hệ NTSC 51 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 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). 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 MHz75,191f S RF  CAMERA MÀU COMPOSITE VIDEO AUDIO AMP AM FM AM – FM DIPLEXER MICRO Y+C+B MHz25,187f VID RF  Hình 4.3 Phần truyền hình màu của đài phát hệ NTSC, tương ứng với kênh 9 52 4,5MHz 41,25 45,75 47,75 39,75 MHz 4.5 Sơ đồ khối phần TUNER 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. 4.6 Sơ đồ khối phần VIDIFAMP VÀ VIDEO DETECTOR 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). RFAMP OSCI MIXER S RFf VID RFf +25V C C4 C3 C2 C1 V4 V3 V2 V1 0 82PF 68P 42PF 10P CV (-V) + _ AGC VIDEO DETECTOR VIDEO DAMPER IFAGC VIDEO SOUND SIF RFAGC Y+C+B 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. 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. 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. 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: LỌCTHÔNG THẤP DELAY 0,7 s Y+C+B Y C+B Y C L 3,08 4,08 MHz BURST SEP T1 56 s 8 s B C C+B CHROMA AMP T2 C B FlyBack 54 VR C Vra VV  Vra = VR VV VC 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: E CE I v R  Thay đổi điện áp cung cấp Vcc là vCE thay đổi và R đổi nên pha thay đổi vì: Z Rcos  Với 2C2 ZRZ  Ta có thể dùng biến trở TINT hay HUE để thay đổi Vcc * Chú ý thêm 1. Mạch tích phân Vra chậm pha hơn Vv một góc  2222 c c Rra c ZR Z VV IZcos     c 1Zc   với Cte  ( 5832 , chẳng hạn) 2. Mạch vi phân Vra nhanh pha hơn Vv:  C >>  Zc  0  cos  0  90o C >  cos  1  0o  đồng pha R C Vra VV   VR Vra VV Vra I ACC DET. ACC 2 nd CHROMA AMP RC TINT C B+ VR 10K COLOR SUB COLOR Z Rcos  55 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 C P VPC LPF +180o B 3,58(0o) Dịch pha XTAL 3,58MHz 3,58(180o) 3,58(0o) Đã so pha MATRIX (B – Y) (R – Y) I Q 2 c 2 ZR Rcos   Như vậy khi thay đổi R ( R I v E CE  ) thì tín hiệu lấy ra sẽ thay đổi pha so với tín hiệu vào. 4.7.4 Tách đồng bộ (Giải mã màu NTSC) Sử dụng cách biểu diễn trực quan: Trong mạch tách sóng Q: {3,58 (33o) + Q} + {3,58 (123o ) + I} – 3,58 (33o)  Q + {3,58 (123o) + I} Qua mạch lọc 3,58  chỉ còn Q Trong mạch tách sóng I: {3,58 (33o) + Q} + {3,58 (123o ) + I} – 3,58 (123o)  I + {3,58 (33o) + Q} Qua mạch lọc 3,58  chỉ còn I Như vậy trước hết phải đồng bộ sóng 3,58MHz ở máy thu với B. Sau khi có Q và I dùng mạch MATRIX để tạo lại (B - Y) và (R - Y) R  0  cos  0  90o R    cos  1  0o 56 (G – Y) (R – Y) (B – Y) (R – Y) R1 R2 R3 R4 (B – Y) 100K 100K 20K 56K 56K Từ (B - Y) và (R - Y) dùng mạch MATRIX để tạo (G - Y) )YR( 2 1)YB( 6 1)YG(  (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) 57 58 4.8 SƠ ĐỒ TỔNG QUÁT MÁY THU NTSC 3,58 Q Q DEMOD MATRIX +90 o I DEMOD COLOR KILLER TRAP L C TRAP L C I BPF ACC CHROM A I ACC DET TINT CHROM A II +B TINT C SUB COLOR COLOR LUMA AMP1 LPF DELAY 0,7 s BURST SEP. AMP +180o P C +33o LPF fH TUNE R 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 59