TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN

TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

Đề tài:

NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO (HDTV)

Sinh viên thực hiện: ĐÀO HUY TÙNGLớp ĐTVT K3- TMĐT

Giảng viên hướng dẫn: THS: NGUYỄN XUÂN QUYỀNCán bộ phản biện:

Hà Nội, 6-2010

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

----------------------------------------------

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAMĐộc lập - Tự do - Hạnh phúc---------------------------------

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: .…………….………….…….. Số hiệu sinh viên: ……………………Khoá:…………………….Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: ……………….................

1. Đầu đề đồ án:

………………………………………………..………………………………………………

………………………………………………………………………………………………2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:

……………………………………..……………………………………………..……..……

………………………………………………………………………………………………

..………………………..……………………………………………………………………3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………………5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ………………………………………………………..

……………………..

6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án: ………………………………………………………..

………………………….

7. Ngày hoàn thành đồ án:

………………………………………………………………………..………………

Ngày tháng năm

Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn

Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày

tháng năm

Cán bộ phản biện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠOTRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI---------------------------------------------------

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Họ và tên sinh viên: .................................................... Số hiệu sinhviên: ..........................Ngành: ..................................................................................................

Khoá: ..............................................................

Giảng viên hướng dẫn: ........................................................................................................

Cán bộ phản biện: .............................................................................................................

1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp:

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

2. Nhận xét của cán bộ phản biện:

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

.

..................................................................................................................................................

.

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

..................................................................................................................................................

Ngày tháng nămCán bộ phản biện

( Ký, ghi rõ họ và tên

TÓM TẮT ĐỒ ÁN

Trên cơ sở nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao, kết hợp với những nhu cầu thực tế về một hệ thống truyền hình độ phân giải cao tại việt nam cũng như trên thế giới, được sự gúp đỡ của thầy. TH S: Nguyễn Xuân Quyền, Khoa Điện Tử Viễn Thông, ĐHBK Hà Nội. Em đã nghiên cứu đề tài này.

Đề tài “ Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV ” được thực hiện bởi sinh viên. Đào Huy Tùng, lớp ĐTVT K3-TMĐT

Đề tài được trình bày thành 5 phần như sau :Chương I: giới thiệu chung về truyền hình sốChương II: truyền hình độ phân giải cao HDTVChương III: truyền dẫn tín hiệu HDTVChương IV: các hệ thống HDTVChương V: tình hình HDTV tại việt nam

4

LỜI CAM ĐOAN

Bản đồ án này do chính tôi nghiên cứu dưới sự hướng dẫn của THS. Nguyễn

Xuân Quyền. Để hoàn thành đồ án này tôi chỉ sử dụng những tài liệu liệt kê trong

phần tham khảo. Tôi cam đoan không sao chép bất kì công trình, thiết kế tốt nghiệp

nào khác.

Nếu sai tôi xin chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy đinh.

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Đào Huy Tùng

5

MỤC LỤCMỤC LỤC..................................................................................................................................6

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ……………………………………………………..……9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT………………………………………………………….10LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................................12

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ...........................................14

1.1 Đặc điểm của truyền hình số........................................................................................14

1.2. Các phương thức truyền dẫn truyền hình số:............................................................17

1.3. Các hệ tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt đất..............................................18

1.3.1. Giới thiệu chung 3 chuẩn:.......................................................................................18

1.3.2. So điểm ưu việt ATSC và DVB-T:............................................................................19

1.4. Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của cả nước:......................................20

1.4.1. Các nước trên thế giới:............................................................................................20

1.4.2 Tại Việt Nam :...........................................................................................................22

1.5. Cơ sở truyền hình số :...................................................................................................23

1.6. Số hóa tín hiệu truyền hình..........................................................................................25

1.7 Chuyển đổi tương tự sang số........................................................................................25

1.8. Biến đổi số sang tương tự.............................................................................................26

1.9.Nén tín hiệu truyền hình...............................................................................................27

1.10. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số..........................................................................29

1.11 Hệ thống truyền tải......................................................................................................34

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION

TELEVISION).........................................................................................................................35

2.1 Giới thiệu về HDTV.......................................................................................................35

2.2 Tỷ lệ ảnh:........................................................................................................................36

2.2.1. Ảnh và tỷ lệ ảnh:......................................................................................................36

2.2.2. Giới thiệu mảng pixel...............................................................................................37

2.3 Các định dạng ảnh của HDTV:....................................................................................38

2.3.1. So sánh tỉ số màn ảnh:.............................................................................................39

2.3.2. Quét trong HDTV:...................................................................................................40

2.4. Biến đổi định dạng video:............................................................................................43

6

2.4.1. Định dạng quét:.......................................................................................................43

2.4.2 Biến đổi tỉ lệ khuôn hình...........................................................................................44

2.5 Nhận xét..........................................................................................................................47

CHƯƠNG III: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU HDTV...............................................................50

3.1 Những yêu cầu cơ bản cho tiêu chuẩn HDTV ở Studio.............................................50

3.1.1 Hệ thống HDTV lý tưởng:.........................................................................................50

3.1.2 Tần số mành và tần số ảnh.......................................................................................51

3.1.3 Quét xen kẽ hay liên tục?..........................................................................................51

3.1.4 Tương hợp với hệ truyền hình số 4:2:2....................................................................52

3.2 Truyền và phát sóng các tín hiệu HDTV.....................................................................52

3.2.1 Truyền và phát sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh......................................................53

3.2.2 Kỹ thuật ‘siêu lấy mẫu’ SNS.....................................................................................54

3.2.3 Các hệ thống số hoàn thiện DATV (hệ MUSE)........................................................54

3.2.4 Hệ HD- MAC............................................................................................................55

3.2.5 Truyền dẫn tín hiệu HDTV bằng cáp quang.............................................................55

3.3 Các thông số cơ bản của HDTV...................................................................................55

3.3.1 Phương pháp hiển thị và xen hình:...........................................................................56

3.3.2 Các thông số cơ bản của HDTV ở STUDIO.............................................................56

3.3.3 Chiến lược phát triển HDTV:...................................................................................58

CHƯƠNG IV: CÁC HỆ THỐNG HDTV.............................................................................624.1. Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu)...................................................................62

4.1.1 Mã độ chói cố định...................................................................................................63

4.1.2 Nâng cao biên độ ở tần số cao (preemphasis)..........................................................64

4.1.3 Lựa chọn các màu sơ cấp.........................................................................................64

4.2. Máy thu tín hiệu HDTV...............................................................................................65

4.2.1 Máy thu tín hiệu MUSE...........................................................................................65

4.2.2 Máy thu tín hiệu HDMAC.........................................................................................66

4.3 Generator đồng bộ.........................................................................................................72

4.3.1 Nguyên lý hoạt động của generator..........................................................................72

4.3.2 Phần số của generator..............................................................................................74

4.3.3 Phần tương tự của generator....................................................................................75

7

4.4 HDTV có băng tần rộng (W-HDTV)...........................................................................75

4.4.1 Hệ thống W-HDTV số...............................................................................................75

4.4.2 Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV.........................................................................76

CHƯƠNG V: TÌNH HÌNH HDTV TẠI VIỆT NAM ……………………………………..…785.1 Tại Thành Phố HCM………………………………………………………………...…..785.2 Tại Hà Nội và trên cả nước…………………………………………………………..….79

KẾT LUẬN...............................................................................................................................81Tài liệu tham khảo……………………………………………………………….…83

8

DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ

Hình 1-1 : khả năng chống lại can nhiễu của tín……………......cùng kênh …14

Hình 1-2: khả năng chống lại can nhiễu của tín ………………..lân cận……. 15

Hình 1-3: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự ………..………………16

Hình 1-4: So sánh phổ tín hiệu tương tự và tín hiệu số……….………………17

Hình 1.5: Phần trăm số nước lựa chọn tiêu chuẩn…………….………………22

Hình 1-6: Sơ đồ truyền hình số và phân phôi cho truyền hình số…….……….24

Hình 1-7: sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự………...………..25

Hình 1.8: tập hợp các kỹ thuật giảm dữ liệu để tạo …..JPEG, MJPEG………27

Hình 1-9: Mã hóa, giải mã DPCM……………………………………………28

Hình 1-10: Cấu trúc MPEG-2 phân lớp………………………………….……28

Hình 1-11: Dòng các hìn PS ……………………………………………....….29

Hình 1.12: Định dạng dòng truyền tải MPEG-2………………………..……..30

Hình 1.13: Dòng truyền tải TS…………………………..………………..…...31

Hình 1.14: Ghép kênh dòng bit truyền tải cấp hệ thống……………..….…….32

Hình 2.1: Tỷ lệ hình ảnh trong truyền hình…………… rộng:cao…………....33

Hình 2.2: Giới thiệu định dạng video…………..……………………………..35

Hình 2.3: Điểm ảnh của một số tiêu chuẩn………..…………………………..36

Hình 2.4: So sánh tỉ số màn ảnh giữa tivi thường và HDTV…..……………...38

Hình 2-5: HDTV quét 30 và 60 khung hình trên giây được……..…….……...38

Hình 2-8: Tổng hợp số quét HDTV cho hệ thống 720p, 1080i và 1080p….....39

Hình 2.7: Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng………………………………...42

Hình 2.8: Phương pháp 2 bảng biên: ảnh 4:3 cấy vào định dạng 16:9………..43

Hình 2.9: Giải pháp 1 của sổ trung tâm: cắt ảnh 16:9 ở bên thành ảnh 4:3…...44

Hình 2.10: Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:3…...….44

Hình 2.11: tần số lấy mẫu SDTV……………………………………………...45

9

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt

ATSCAdvanced Television System

Commitee

Hội đồng về hệ thống truyền hình cải biên

C/N Carrier/Noise Sóng mang/tạp âm

CD Compact Disk CD

COFDMCoding Othogonality Fequency

Dvision Mltiplexing

Ma hóa ghép kênh theo tần số trực giao

DiBEG Digital Broadcasting Expert GroupNhóm chuyên gia truyền hình số

DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số

DVB-C/

S/T

Digital Video Broadcasting-Cable /

Satellite / Terrestrial

Truyền hình số qua cáp /

vệ tinh / phát sóng trên

mặt đất

EDTV Enhanced Definition TelevisionTruyền hình độ phân giải mở rộng

FEC Forward Error CorrectionSửa lỗi tiến (thuận)

HDTV High Definitiom TelevisiomTruyền hình độ phân

giải cao

ISDBIntegrated Services Digital

Broadcasing

Truyền hình số các dịch vụ tích hợp

LDTV Low Definitiom TelevisionTruyền hình độ phân

giải thấp

MPEG Moving Pictures Experts Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu về ảnh động

10

M-PSK M-ary Phase Shift KeyingKhóa dịch pha M trạng thái

M-QAMM-ary Quadrature Amplitude

Modulation

Điều chế biên độ vuông góc M trạng thái

NTSCNational Television System

Committee

Hội đồng hệ thống truyền hình quốc gia Mỹ

OFDMOthogonality Fequency Dvision

Mltiplexing

Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao

PAL Phase Alternating LinePha luân phiên theo

dòng

QAM Quadrature Amplitude ModulationĐiều chế biên độ vuông

góc

QPSK Quadrature Phase Shift KeyingKhóa dịch pha vuông

góc

RF Radio Frequence Cao tần

SDTV Standard Definition TelevisionTruyền hình độ phân

giải tiêu chuẩn

SFN Single Frequence NetworkMạng đơn tần

SMPTESociety of Motion Picture and

Television Engineers

Hiệp hội ảnh động và kỹ sư truyền hình

VOD Video On DemandTruyền hình theo yêu

cầu

11

LỜI NÓI ĐẦU

Khi  đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu về

chất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn. Lĩnh vực phát thanh

truyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt. Truyền

hình analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinh

DTH...phát triển mạnh về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố

và cạnh tranh lẫn nhau. Thậm chí, một địa bàn mà có tới 2,3 đơn vị cung cấp dịch

vụ gây nên sự lựa chọn khó khăn cho người tiêu dùng.

Tuy vậy, có một thực tế là, các nhà sản xuất truyền hình ở Việt Nam vẫn

đang phát sóng chương trình trên hệ analog và digital cho nên người dân vẫn đang

phải tiếp nhận những chương trình truyền hình chưa được như mong muốn, kể cả

các gia đình đã sắm cho mình những loại tivi LCD Full HD cỡ lớn.

Sự kiện vệ tinh VINASAT-1, vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam bay

vào quỹ đạo đã mở ra một kỉ nguyên mới cho lĩnh vực Thông tin - truyền thông nói

chung, lĩnh vực truyền hình nói riêng. Từ đây, chúng ta có thêm một phương tiện

truyền dẫn mới với băng thông rộng, trải khắp toàn quốc. Hình ảnh được truyền qua

vệ tinh cũng sẽ được đảm bảo chất lượng âm thanh, hình ảnh cao nhất, phù hợp cho

phát triển công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV.

Nếu so sánh với truyền hình chuẩn SDTV hiện nay, HDTV có nhiều ưu thế

hơn  hẳn. Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải cao nhất là 720

điểm chiều ngang và 576 điểm chiểu dọc (720 x 576 ) trong khi đó, truyền hình

HDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920 x1080. Giống như máy ảnh kỹ thuật số

12

có độ phân giải cao hơn hẳn, số lượng các chi tiết ảnh  của HDTV cao gấp 5 lần so

với SDTV, cho hình ảnh sắc nét, chân thực, sống động. Hệ thống âm thanh 5.1 vốn

được dùng nhiều trong các dàn nhạc tại nhà hay rạp chiếu phim, giờ xuất hiện ngay

cả trên sóng truyền hình. Thêm vào đó, nếu tỉ lệ tiêu chuẩn khung hình cũ là 4:3 làm

người xem mau mỏi mắt thì với HDTV, tỉ lệ khuôn hình 16:9 hiển thị đúng kích

thước thật của hình ảnh. Sử dụng HDTV trên màn hình rộng, người xem sẽ không

còn nhìn thấy những hình ảnh mất cân đối. Màn hình không còn hiện tượng bóng

ma, mờ nhiễu như khi xem các chương trình truyền thống hiện đang có mặt tại Việt

Nam.

Với những đặc tính ưu việt như trên, có thể khẳng định xu thế HDTV là tất

yếu trong thời gian ngắn tới đây và phù hợp với xu thế phát triển của xã hội. Xuất

phát từ thực tế đó, em đã tiến hành xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài về HDTV.

Em xin chân thành cảm ơn thầy TH S: Nguyễn Xuân Quyền đã tận tình hướng dẫn,

tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình.

13

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN

HÌNH SỐ

Sử dụng phương pháp số để tạo , lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình

truyền hình trên kênh thông tin mơ rộng ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các

thiết bị truyền hình đã đc nghiên cứu trước . Trong một số ứng dụng , tín hiệu số

được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì có khả năng thể hiện được các

chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực

hiện , nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ.

1.1 Đặc điểm của truyền hình số

- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.

- Tính phân cấp ( HDTV + SDTV)

- Thu di động tốt. Người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được các

chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler.

- Truyền tải được nhiều loại thông tin.

- Ít nhạy với nhiễu vs các dạng méo xảy ra trên đường truyền. bảo toàn chất

lượng hình ảnh, Thu số không còn hiện tượng “bóng ma ’’ do các tia sóng phản xạ

từ nhiều hướng đến máy thu. Đây là vấn đề mà hệ analog đang không khắc phục

nổi.

Hình 1-1 : khả năng chống lại can nhiễu của tín hiệu truyền hình tương tự

cùng kênh:

14

a. tín hiệu tương tự b. tín hiệu số

Hình 1-2: khả năng chống lại can nhiễu của tín hiệu truyền hình tương tự

kênh lân cận

Phát nhiều chương trình trên một kênh truyền hình: Tiết kiệm tài nguyên tần

số:

- Một trong những ưu điểm của truyền hình số là tiết kiệm phổ tần số

- 1 transponder 36MHz truyền được 2 chương trình truyền hình tương tự

song có thể truyền được 10 12 chương trình truyền hình số ( gấp 5 6 lần)

- Một kênh 8 MHz ( trên mặt đất ) chỉ truyền được 1 chương trình truyền

hình tương tự song có thể truyền được 4 5 chương trình truyền hình số đối với hệ

thống ATSC, 4 8 chương trình đối với hệ DVB –T (tùy thuộc M-QAM, khoảng

bảo vệ và FEC)

Bảo toàn chất lượng :

15

Hình 1-3: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự

Tiết kiệm năng lượng, chi phí khai thác thấp: Công suất phát không cần quá

lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog ( độ nhạy máy thu

số thấp hơn -30 đến -20 DB so với máy thu analog).

Mạng đơn tần (SFN): cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh, nghĩa là nhiều máy

phát trên cùng một kênh song. Đây là sự hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần

số.

Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy

tính …

Chất lượng

Khoảng cách giữa máy phát và máy thu

Tín hiệu số

Tín hiệu tương tự

16

Hình 1-4: So sánh phổ tín hiệu tương tự và tín hiệu số

1.2. Các phương thức truyền dẫn truyền hình số:

Truyền hình số qua vệ tinh :

Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát song trên mặt đất ) đặc trưng

bởi băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuyếch đại công suất của

Transponder làm việc gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến.

Truyền hình số truyền qua cáp:

Điều kiện truyền các tín hiệu số trong mạng cáp tương đối dễ hơn, vì các

kênh là tuyến tính với tỷ số công suất song mang trên tạp (C/N) tương đối lớn. Tuy

nhiên độ rộng băng tần kênh bị hạn chế ( 8 MHz). đòi hỏi phải dùng các phương

pháp điều chế số có hiệu quả cao hơn so với truyền hình theo qua vệ tinh.

Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất :

Diện phủ song hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh song dễ thực hiện hơn so

với mạng cáp. Cũng bị hạn chế bởi băng thong nên sử dụng phương pháp điều chế

OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua 1 kênh song và khắc phục các hiện tượng

nhiễu ở truyền hình mặt đất tương tự.

Hình

Tiếng

Phổ tín hiệu số

Hình Hình

TiếngTiếngTiếng

Hình

17

Phổ tín hiệu tương tự

Tóm lại:

Truyền hình số trong cả ba môi trường có sự bổ sung , hỗ trợ cho nhau. Nếu

truyền hình qua vệ tinh có thể phủ song một khu vực rất lớn với số lượng chương

trình lên đến hang trăm thì tín hiệu số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trình

khu vực, nhằm vào một số lượng không lớn người thu.

Đồng thời, ngoài việc thu bằng Anten nhỏ của máy tính xách tay. Thu trên di

động (trên ô tô, máy bay …). Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận

lợi cho đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp Anten thu

vệ tinh hay Anten mặt đất.

1.3. Các hệ tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt đất

1.3.1. Giới thiệu chung 3 chuẩn:

Cho đến năm 1997, ba hệ tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất đã được chính

thức công bố:

- ATSC của Mỹ

- DVB-T của Châu Âu

- DiBEG của Nhật

Mỗi tiêu chuẩn đều có mặt mạnh, yếu khác nhau

Các cuộc tranh luận liên tiếp nổ ra

Nhiều cuộc thử nghiệm quy mô tầm cỡ quốc gia, với sự tham gia của nhiều

tổ chức Phát thanh- Truyền hình, cơ quan nghiên cứu khoa học và thậm chí các cơ

quan chính phủ.

Mục đích của các thử nghiệm:

- Làm rõ các mặt mạnh, yếu của tường tiêu chuẩn

- Lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp với mỗi quốc gia

Do DiBEG trên thực tế là một biến thể của DVB-T (vì cùng sử dụng phương

pháp điều chế OFDM), nên các cuộc tranh luận thường chỉ tập trung vào 2 tiêu

chuẩn chính là ATSC và DVB-T.

18

Cả hai tiêu chuẩn này đều sử dụng gói truyền tải MPEG 2 tiêu chuẩn quốc tế,

mã ngoài Reed-solomon, mã trong Trellis code và sử dụng phương pháp tráo, ngẫu

nhiên hóa dữ liệu.

Khác nhau ở phương pháp điều chế 8- VSB và COFDM.

Mỗi tiêu chuẩn đều có những ưu nhược điểm khác nhau, đều có khả năng

phát kết hợp với truyền hình độ phân giải cao (HDTV +SDTV).

Đều có dải tần số kênh RF phù hợp với truyền hình tương tự NTSC, PAL

M/N, D/K, B/G…là 6,7 hoặc 8 MHz.

Việc lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất cho mỗi quốc gia phải dựa

vào nhiều yếu tố tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của từng đất nước đó.

DVB-T nằm trong hệ thống tiêu chuẩn DVB của châu âu: DVB-S, DVB-C,

DVB-SI tiêu chuẩn truyền số liệu theo truyền hình số, DVB-TXT- tiêu chuẩn

Teletext số, …

ATSC chỉ là một tiêu chuẩn và cho đến nay ở mý vẫn còn có các cuộc tranh

luận quyêt liệt về tiêu chuẩn này.

1.3.2. So điểm ưu việt ATSC và DVB-T:

ATSC có 3 điểm ưu việt hơn tiêu chuẩn DVB-T:

- Tráo dữ liệu và mã sửa sai (RS)

- Khả năng chống nhiễu đột biến.

- Mức cường độ trường tiêu chuẩn tại đầu thu

DVB-T có điểm ưu việt hơn tiêu chuẩn ATSC:

- Khả năng chống nhiễu phản xạ nhiều đường.

- Khả năng ghép nối với máy phát hình tương tự nếu có.

- Chống can nhiễu của máy phát hình tương tự cùng kênh & kênh kề.

- Mạng đơn tần (SFN) và tiết kiệm dải phổ.

- Khả năng thu di động.

- Điều chế phân cấp.

- Tương thích với các loại hình dịch vụ khác.

19

Kết luận chung về 3 tiêu chuẩn:

ATSC – phương pháp điều chế 8-VSB cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm… tốt

hơn nhưng lại không có khẳ năng thu di động và không thích hợp lắm với các nước

đang sử dụng hệ PAL.

DiBEG có tính phân lớp cao, cho phép đa loại hình dịch vụ, linh hoạt mềm

dẻo, tận dụng tối đa dải thông, có khẳ năng thu di động nhưng không tương thích

với các dịch vụ truyền hình qua vệ tinh, cáp.

DVB-T với phương pháp điều chế COFDM tỏ ra có nhiều đặc điểm ưu việt,

nhất là đối với các nước có địa hình phức tạp, có nhu cầu sử dụng mạng đơn tần

(SFN) và đặc biệt là khả năng thu di động.

1.4. Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của cả nước:

1.4.1. Các nước trên thế giới:

Các nước lựa chọn tiêu chuẩn ATSC gồm:

Achentina, Mexico, Hàn quốc, Đài loan, Canada,…

Mỹ:

- 1995: Công bố tiêu chuẩn (ATSC)

- 1997: Bắt đầu phát song thử nghiệm truyền hình số

- 2006: chấm dứt công nghệ truyền hình tương tự, chuyển hoàn toàn sang phát

song số.

Achentina : phát sóng số vào năm 1999.

Mexico : phát sóng số vào năm 1992.

Hàn quốc :

- Lựa chọn tiêu chuẩn từ năm 1997 đến 1998

- Phát thử nghiệm từ 1998 đến 2001

- Chính thức phát sóng số vào năm 2001

- Chấm dứt truyền hình tương tự vào năm 2010

Nhật Bản: ban hành tiêu chuẩn ISDB-T và chủ trương sẽ phát sóng số theo

hệ tiêu chuẩn riêng của mình.

20

- 1997 : Ban hành tiêu chuẩn và bắt đầu phát sóng thử nghiệm

- 2010 : Chấm dứt công nghệ truyền hình tương tự

Các nước lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T gồm :

Nước Anh là nước đầu tiên có 33 trạm phát số DVB-T vào thàng 10/1998,

phủ sóng khoảng 75% dân số. Đến năm 1999, sốn trạm tăng lên là 81, phủ sóng

khoảng 90% dân số. Dự kiến chấn dứt truyền hình tương tự vào năm 2015.

Tây ban nha, Thụy điển: phát sóng 1999,chấm dứt tương tự vào 2010 2012.

Pháp, Đan mạch, Phần lan, Hà lan, Bồ đào nha, Na uy :phát sóng số 2000,

chấm dứt tương tự vào 2010 2015.

Đức, Bỉ : Phát sóng số năm 2001, chấm dứt tương tự vào 2010 2015.

Thụy sĩ, Italia, Áo : phát sóng số 2002, Thụy sĩ dự kiến chấm dứt tương tự

vào năm 2012.

Australia : tiến hành thử nghiệm DVB-Y & ATSC từ 3/10/1997 đến

14/11/1997 công bố kết quả thử nghiệm 7/1998 chính thức lựa chọn DVB-T. Từ

19982001 quy hoạch tần số, đến 1/1/2001 phát sóng chính thức tại một số thành

phố lớn, phát trên phạm vi toàn quốc vào năm 2004. Chấm dứt tương tự vào khỏng

20082010

Singapore : tiến hành thử nghiệm cả 3 tiêu chuẩn từ 6 9/1998. Lựa chọn

DVB-T và phát sóng số chính thức vào 2001

21

DiBEG3%

ATSC

13%

DVB-T

84%

Hình 1.5 Phần trăm số nước lựa chọn tiêu chuẩn

1.4.2 Tại Việt Nam :

1.4.2.1 Dự kiến lộ trình đổi mới công nghệ ở Việt Nam :

(Dự thảo quy hoạch THVN đến năm 2010 tiến đến năm 2020)

- Từ năm 1997-2000 : Nghiên cứu lựa chọn tiêu chuẩn

- 2001 : Quyết định lựa chọn tiêu chuẩn(DVB-T). Ngày 26-3-2001,Tổng giám

đốc Đài Truyền hình Việt Nam quyết định lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T cho

Việt Nam. Mốc quan trọng trong quá trình phát triển THVN.

- 2003 : Phát sóng thử nghiệm tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh.

- 2005 : Truyền thử nghiệm chương trình TH trên internet.

- Hoàn chỉnh, ban hành tiêu chuẩn DVB-T, DVB-S, và DVB-C.

- Xây dựng mạng quy hoạch tần số, công suất ...

- Đến năn 2020, Việt Nam sẽ sử dụng truyền hình số hoàn toàn.

Hạ tầng truyền dẫn phát sóng TH mặt đất sẽ được chuyển đổi hợp lý sang

công nghệ số hoàn toàn trên cơ sở áp dụng bộ tiêu chuẩn châu Âu(DVB-T truyền

hình số mặt đất), ngừng hẳn việc sử dụng công nghệ truyền hình tương tự.

1.4.2.2. Thông tin về kết quả nghiên cứu thử nghiệm tại Việt Nam :

22

Tháng 5/2000 : Lần đầu tiên truyền hình số mặt đất phát sóng thử nghiệm tại

Đài THVN trong khuôn khổ đề tài cấp Nhà Nước thuộc chương trình Điện Tử-Viễn

Thông KHCN-01-05B

Ghép nối thành công bộ điều chế số với máy phát hình tương tự 5KW tại Đài

PT_TH tỉnh Hưng yên

Tháng 12/2000 : Phát sóng thử nghiệm trên diện rộng ( công suất tương tự

2KW ) – công ty VTC

Tháng 7/2001 : Phát sóng thử nghiệm trên diện rộng ( công suất tương tự

30KW ) công ty VTC

Năm 2002 : Nghiên cứu thử nghiệm khả năng chống lại phản xạ nhiều

đường, can nhiễu số- tương tự, tương tự-số trong khuôn khổ đề tài cấp nhà nước

( Trung tâm tin học và Đo lường chủ trì)

Năm 2003 :

- Nghiên cứu thử nghiệm chất lượng thu tín hiệu đối với các điều kiện thời tiết

khác nhau

- Khả năng chống lại can nhiễu giữa các kênh truyền số cùng kênh, lân cận)

- Nghiên cứu việc lựa chọn các tham số cơ bản của hệ thống truyền hình số

mặt đất phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam

- Xây dựng Thư viện điện tử truyền hình số mặt đất

1.5. Cơ sở truyền hình số :

- Theo hình 1-6 bên dưới : Mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa

MPEG-2 riêng trước khi biến đổi tương tự sang số.

- Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, các chương trình này sẽ ghép lại với nhau

để tạo thành dòng bít liên tiếp.

- Lúc này chương trình đã săn sàng truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi

Theo các phương thức :

+ Truyền hình số vệ tinh DVB-S (QPSK)

+ Truyền hình số cáp DVB-C (QAM)

23

Audio

CT nCT 1

Video

Ghép kênh chương trình

MPEG-2

A/D A/D

Giải điều chếĐiều chế

Tách kênh chương trình

Giải MPEG-2

D/A

Video Video AudioAudio

.

.

.

.

.

.

.

DVB-T

DVB-C

DVB-S

MPEG-2

Khối số hóa tín hiệu truyền

Khối nén vidieo số

Khối truyền dẫn tín hiệu truyền hình số

Phía thuPhía phát

+ Truyền hình số mặt đất ( COFDM)

Hình 1-6 Sơ đồ truyền hình số và phân phôi cho truyền hình số.

- Phía thu sau khi nhận được tín hiệu sẽ tiến hành giải điều chế phù hợp với

phương pháp điều chế, sau đó tách kênh rồi giải nén MPEG-2, biến đổi

ngược lại số sang tương tự, gồm 2 đường hình và tiếng rồi đến máy thu hình.

1.6. Số hóa tín hiệu truyền hình

24

Video số là phương tiện biểu diễn dạng sóng vidieo tương tự dạng một dòng

dữ liệu số,với các ưu điểm :

- tín hiệu vidieo số không bị méo tuyến tính, méo phi tuyến và không bị nhiễu

gây ra cho quá trình biến đổi tương tự sang số(ADC) và số sang tương

tự(DAC)

- thiết bị video số có thể hoạt động hiệu quả hơn so với thiết bị video tương tự.

- Tín hiệu video số có thể tiết kiệm bộ lưu trữ thông tin hơn nhò bộ nén tín

hiệu

1.7 Chuyển đổi tương tự sang số

Quá trình chuyển đổi nhìn chung được thực hiện qua 4 bước cơ bản đó là :

lấy mẫu, nhớ mẫu, lượng tử hóa và mã hóa.Các bước đó luôn kết hợp với nhau

thành một quá trình thống nhất

- Định lý lấy mẫu

Đối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu có

thể khôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa mản:

fS ³ 2fImax       (1)

            Trong đó   fS      : tần số lấy mẫu

                           fImax  : là giới hạn trên của giải tần số tương tự

Vì mỗi lần chuyển  đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần

có một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết

sau mỗi lần lấy mẫu. Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên

thực tế là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu.

- Lượng tử hóa và mã hóa

Tín hiệu số không những rời rạc trong thời gian mà còn không liên tục trong

biến đổi giá trị. Một giá trị bất kỳ của tín hiệu số đều phải biểu thị bằng bội số

nguyên lần giá trị đơn vị nào đó, giá trị này là nhỏ nhất được chọn. Nghĩa là nếu

dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu thì phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội

25

số nguyên lần giá trị đơn vị. Quá trình này gọi là lượng tử hóa. Đơn vị được chọn

theo qui định này gọi là đơn vị lượng tử, kí hiệu D. Như vậy giá trị bit 1 của LSB

tín hiệu số bằng D. Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số là mã hóa. Mã

nhị phân có được sau quá trình trên chính là tín hiệu đầu ra của chuyên đổi A/D.

- Mạch lấy mẫu và nhớ mẫu

Khi nối trực tiếp điện thế tương tự với đầu vào của ADC, tiến trình biến đổi

có thể bị tác động ngược nếu điện thế tương tự thay đổi trong tiến trình biến đổi. Ta

có thể cải thiện tính ổn định của tiến trình chuyển đổi bằng cách sử dụng mạch lấy

mẫu và nhớ mẫu để ghi nhớ điện thế tương tự không đổi trong khi chu kỳ chuyển

đổi diễn ra.

1.8. Biến đổi số sang tương tự

Hình 1-7 sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự

Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng(N bit) đã biết của tín hiệu số

với độ chính xác là một mức lượng tử (1LSB). Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín

hiệu số dùng nguyên tắc như hình 1-7 trên, chuyển đổi số sang tương tự không phải

là phép nghịch đảo của chuyển đổi tương tự sang số, vì không thể thực hiện được

phép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa.

Theo sơ đồ này thì quá trình chuyển đổ số sang tương tự là quá trình tìm lại

tín hiệu tương tự đã được lấy mẫu

Về phần Audio sau khi chuyển đổi sang số có các ưu điểm sau.

- Độ méo tín hiệu nhỏ.

26

D/A Lấy mẫu

Xung lấy mẫu

Lọc thông thấp >

Video số Mạch logic

Video tương tự

- Dải rộng âm thanh lớn gần mức tự nhiên.

- Đáp tuyến tần số bằng phẳng .

- Cho phép ghi âm nhiều lần mà ko giảm chất lượng.

- Thuận tiện lưu trữ, xử lý.

1.9.Nén tín hiệu truyền hình

Xử lý video,audio số có ưu điểm là chất lượng cao về hình ảnh và âm thanh.

Nhược diểm của xử lý vidieo và audio là phai thực hiện một số lượng lớn các file

dữ liệu trong khi tính toán và các ứng dụng truyền dẫn. Giải pháp nén cho phép

người sử dụng lựa chọn một trong các phạm vi thay đổi các thông số lây mẫu và các

tỉ số nén, các liên kết thích hơp nhất cho mục đích sử dụng. Xử lý tín hiệu số hứa

hẹn thay thế tất cả các phương pháp tương tự (cũ) về tốc độ dòng ,tốc độ mành,

NTSC, PAL, SECAM, HDTV và cuối cùng tập trung vào HDTV số băng rộng.

Kỹ thuật tương tự : Nén thông tin video bằng cách giảm độ rộng băng tần

màu < 1,2 MHz

Kỹ thuật giảm (nén) dữ liệu video : (có 2 nhóm) nén có tổn thất và nén không

tổn thất

27

Hình 1.8 tập hợp các kỹ thuật giảm dữ liệu để tạo các định dạng nén JPEG,

MJPEG, MPEG.

Nén video tổn thất : DPCM- Đều xung mã vi sai :

- Đây là một phương pháp nén quan trọng và hiệu quả. Nguyên lý cơ bản

của nó là : chỉ truyền tải tín hiệu vi sai giữa mẫu đã cho và trị dự báo ( được tạo ra

từ các mẫu trước đó)

- Công nghệ DPCM thực hiện loại bỏ tính có nhớ và các thông tin dư thừa

của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đáp ứng đầu ra là tín hiệu số giữa

mẫu đầu vào và giá trị dự báo của chính nó. Rất nhiều giá trị vi sai này gần bằng 0

nếu các điểm ảnh biến đổi đồng đều. Còn với ảnh có nhiều chi tiết , giá trị sai số dự

báo có thể lớn. Khi đó có thể lượng tử hóa chúng bằng mức lượng tử cao hơn do

đặc điểm của mắt người không nhạy cảm với những chi tiết có độ tương phản cao,

thay đổi nhanh. Sự giảm tốc độ bit ở đây thu được từ quá trình lượng tử hóa và mã

hóa.

28

JPEG, MPEG-1/2,DV

Nén video

Không tổn thất Tổn thất

DCT VLC RLCTách vùng

xóafs thấp (băng

con) DPCMLượng tử hóa, VLC

-HuffmanMã hóa entropy

Chỉ các giá trị của sample 0 là được mã hóa theo số chạy (RUN): còn các giá trị = 0 dọc theo dòng quét( tạo lại bằng tách tương quan DCT)

Cho các hệ số DCT

Dùng cho tín hiệu màu C

- Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM.

Hình 1-9 Mã hóa, giải mã DPCM

1.10. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số

Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, để truyền dẫn tín hiệu, người ta thường

dùng phương pháp điều biên (AM) hoặc điều tần (FM). Tại đầu thu tín hiệu sẽ giải

điều chế về hình ảnh và âm thanh ban đầu.

Một ưu điểu của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên một kênh

thông tin có thể truyền được nhiều chương trình. Để truyền dẫn tín hiệu truyền hình

số ta phải dùng các phương pháp mã hóa và điều chế tín hiệu số để đảm bảo tín hiệu

được truyền dẫn đầu thu một cách trung thực.

Hệ thống ghép kênh.

- Hệ thống ghép kênh MPEG-2 :

29

+

p

Video V+ e e'

p v'+

+

+e' + v'

e=v-p – sai số dự báoe’ – sai số lượng tử hóav’ = e’+p – tín hiệu khôi phục

Lấy mẫu Mã hóa entropy Ra

Dự báo

-

Giải mã entropy

Dự báo

Ra

+ Mã hóa DPCM

+ Giải mã DPCM :

Tín hiệu audio, video dữ liệu

Lớp nén

Lớp hệ thống

ES

PS

TS

Tạo dạng ADC Tách dạng ADC

nén D·n

Đóng gói Mở gói

Ghép kênhPS

Tách kênhPS

Ghép kênh TS Tách kênh TS

+ Tiêu chuẩn MPEG-1 xác định về nén, dãn và đồng bộ tín hiệu video và

audio, bao gồm cả các lớp nén, Tiêu chuẩn MPEG-2 nâng cao và mở rộng

tiêu chuẩn MPEG-1 với việc thêm các lớp.

Hình 1-10 Cấu trúc MPEG-2 phân lớp

+ Lớp nén biểu diễn cú pháp ( syntax) của các dòng audio và video trên cơ sở

cấu trúc dòng dữ liệu video và audio. Các chuỗi audio và video hoặc dữ liệu độc lập

được mã hóa MPEG-2 để các dòng dữ liệu độc lập, gọi là dòng cơ bản ES

(elemantary strems).

+ Lớp hệ thống xác định việc kết hợp các dòng audio và video độc lập thành

một dòng để lưu trữ (dòng chương trình PS – program stream ) hoặc truyền dẫ

( dòng truyền TS – transmission stream).

- Dòng chương trình PS :

30

SC (mã khởi đầu): 3 bytesSI (nhận dạng dòng):1 bytePL (chiều dài gói): 2 bytesBS (kích thước bộ nhớ): 2 bytes ddsbytébytes

Hình 1-11 : Dòng các hình PS

Các gói PS có thể có chiều dài bất kỳ . Số lượng và chuỗi các gói / gói không

được xác định, nhưng các gói từ các dòng riêng được chuyển từ 1 bậc thời gian.

Một PS có thể tải đến 32 dòng audio, 16 dòng video, 16 dòng dữ liệu. Tất cả đều có

đơn vị thời gian cơ bản được ghép kênh đồng bộ.

- Dòng truyền tải TS.

Nếu chia các gói PES có độ dài khác nhau thành các gói TS có độ dài không

đổi (mỗi gói TS được bắt đầu bằng TS header) và truyền các gói này đi, ta sẽ có

dòng truyền tải TS ( transport Stream).

Các gói TS có độ dài không đổi là 188 byte. Dòng TS có khả năng chống lỗi

cao , được thiết kế để truyền trên các kênh truyền có nhiễu như: kênh truyền hình

thông thường ( thông qua mặt đất ) cũng như các kênh truyền hình cáp.

header góiPES header Kết thúc gói

header gói

Gói đến 8 KB (max)

Gói n

Gói n+1

Gói dữ liệu PES

Video1 Audio 1 Audio 2 Data Video2 Audio 2 Data

ES

SC Mã bắt đầu

SCRChuẩn đồng hồ

MRTốc độ ghép kênh

31

Hình 1.12 Định dạng dòng truyền tải MPEG-2Các gói PES xuất phát từ một hoặc nhiều dòng ES có cùng hoặc khác đơn vị

thời gian cơ bản ( như audio, video, dữ liệu) được ghép kênh thành 1 dòng TS qua

việc biến đổi trong các gói PES. Khả năng ghép kênh các chương trình với nhiều

32

tốc độ bit khác nhau thành 1 dòng TS được dùng trong hệ truyền hình có độ phân

giải cao HDTV

Hình 1.13 Dòng truyền tải TS

Hình 1.13 mới chỉ ra quá trình ghép các gói PES audio, video, data, tạo

thành gói truyền tải TS. Để tăng tính hiệu quả, các dòng truyền tải có thể ghép lại

với nhau tạo thành dòng truyền tải ghép kênh cấp hệ thống ( System Level

Multiplex).

Multiplexer

TS1TS2

TS(n-1)TS(n)

Elementary stream map PID(0)

System level multiplexer

. . . .

Hình 1.14 Ghép kênh dòng bit truyền tải cấp hệ thống

33

Sau khi các bước trên hoàn thành, các bộ lọc tại bộ tách kênh có thể thiết lập

các bít dòng truyền tải tại bên thu phù hợp cho từng chương trình cần quan tâm.

1.11 Hệ thống truyền tải

Khi phát một luồng số kênh trên vô tuyến, các tín hiệu băng gốc số phải được

biến thành các tín hiệu băng tần vô tuyến. Quá trình này được gọi là điều chế.

Ngược lại quá trình tái tạo các tín hiệu số từ các tín hiệu trong băng tần vô tuyến

được gọi là giải điều chế

Kết Luận: Để thu được các dịch vụ số người xem cần thêm 1 bộ giải mã với

máy thu hình thông thường. chất lượng thu ngang với chất lượng truyền hình tiêu

chuẩn. Để thu với chất lượng cao HDTV mản ảnh rộng ( chất lượng cao. Âm thanh

đa chiều…) cần phải có máy thu hình số tích hợp với màn hình rộng, độ phân giải

cao

34

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION)

2.1 Giới thiệu về HDTV

- HDTV hiểu nôm na "truyền hình với độ nét cao" , là một thuật ngữ chỉ các

chương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện ( movies, audio, game...)

được trình chiếu với độ phân giải cao cao nhất hiện nay. Độ phân giải cao giúp hình

ảnh trung thực, chi tiết hơn rất nhiều

- Tất cả các chương trình truyền hình và phim đều được hiển thị ở chế độ

màn hình 16:9

- Màu sắc thực hơn nhờ đường truyền băng rộng.

- Sự rõ nét và chi tiết hơn của hình ảnh được nâng cao giáp cho các màn

hình cỡ lớn dễ nhìn và sắc nét hơn.

- Hệ thống âm thanh Dolby Digital 5.1 được phát sóng đồng thời với HDTV

hỗ trợ chức năng âm thanh vòm

* Khác biệt giữa HDTV và tivi thường:

Khác biệt lớn đầu tiên giữa HDTV và một chiếc TV thường chính là độ

phân giải. Trong khi một chiếc TV truyền thống chỉ có thể hiển thị tối đa khoảng

500 dòng và 500 cột điểm ảnh, tương ứng với độ phân giải chỉ khoảng 500 x 500

pixel (250.000 điểm ảnh), thì một màn hình HDTV có thể chia ra 1.920 cột và 1.080

dòng quét, tương ứng với độ phân giải 1.920 x 1.080 pixel (hơn 2 triệu điểm ảnh).

Như vậy, lượng điểm ảnh hiển thị được trên màn hình HDTV nhiều hơn gấp 10 lần

so với TV thường. Điều đó đồng nghĩa HDTV có thể hiển thị nhiều chi tiết hơn.

Khác biệt lớn thứ hai giữa HDTV và TV thường nằm ở số cổng vào tín hiệu ở mặt

sau TV. Do phải hiển thị nhiều điểm ảnh hơn, nên một chiếc HDTV cần tới 3 dây

35

cáp hình: một dây để truyền tải các hình ảnh màu đỏ (R), một dây cho màu xanh lá

(G) và một dây cho màu xanh lam (B).

Khác biệt lớn cuối cùng là một số loại HDTV cần có một đầu thu và giải mã tín

hiệu độ phân giải cao (HDTV receiver) thì mới có thể bắt sóng truyền hình HD trực

tiếp từ đài phát.

2.2 Tỷ lệ ảnh:

2.2.1. Ảnh và tỷ lệ ảnh:

Hình 2.1: Tỷ lệ hình ảnh trong truyền hình. Tỷ lệ viết theo quy ước rộng:cao.

Tỷ lệ màn ảnh là tỷ lệ ảnh rộng tới ảnh cao. Màn ảnh chuẩn của phim và

truyền hình theo tỷ lệ trong hình 2.1 ở trên. Quy ước truyền hình độ phân giải chuẩn

hay phân giải thường standard-definitinon television (SDTV) có tỷ lệ màn ảnh 4:3.

Tivi màn hình rộng và truyền hình độ phân giải cao high-definition Televison)

(HDTV) có tỷ lệ 16:9

- Phim có thể chuyển sang 4:3 khi cắt các cạnh của khung ( mất một chút nội

dung của ảnh),

36

Hình 2.2 Giới thiệu định dạng video.

Ở hình 2.2 a. Đạo diễn và người sản xuất thích phim của họ không bị thay

đổi bởi sự cắt xén này, vì vậy nhà sản xuất phim trong VHS và DVD đưa định dạng

letterbox, trong hình 2.4 b. trong định dạng này toàn bộ phim được duy trì, phần

đỉnh và phần chân của khung 4:3 không sử dụng( bị màu xám hoặc đen).

Với kỳ vọng tivi màn hình rộng, nó trở lên phổ biến, không có gì lạ khi

chuẩn 4:3 hiển thị bên trong màn hình rộng với định dạng pillarbox, trên hình

2.2 c. Chiều cao thì hiển thị đầy đủ còn bên trái và bên phải bị để trống

2.2.2. Giới thiệu mảng pixel.

Một bức ảnh số được biểu diễn bởi một mảng hình chữ nhật ( ma trận ) của

phần tử ảnh (pels, hoặc pixels). Trong hệ thống ảnh đen trắng, mỗi mooth pixels

gồm đơn bộ phận mà giá trị của nó được liên kết rời rạc gọi là độ sang. Trong hệ

thống ảnh màu, mỗi pixels gồm nhiều giá trị, thường là 3 những giá trị này liên kết

gần nhau trong nhận thức màu sắc của con người.

a. Pan-and-scan chuẩn 4:3 nằm trên chuẩn 16:9

b. Định dạng letterbox chuẩn 16:9 nằm trên chuẩn 4:3

37

c. Định dạng Pillarbox chuẩn 4:3 nằm trong chuản 16:9

Hình 2.3 Điểm ảnh của một số tiêu chuẩn. quy ước quét thứ tự trái sang

phải, sau đó đầu trang tới cuối cùng, đánh số và các hang cột từ (0,0) ở phía trên

bên trái.

2.3 Các định dạng ảnh của HDTV:

Phần này chia làm 2 loại định dạng ảnh 1280x720 và 1920x1080 cho truyền

hình độ phân giải cao (HDTV), giới thiệu các tham số quét các thong số của các

đoạn video liên quan đến hệ thống như 720p và 1080i.

Ngày nay nhưng hệ thống HDTV nghiên cứu được định hướng bởi Dr. Fujio ở

NHK (Nippon hoso Kyokai, the Japan Broadcasting Corporation). HDTV có hai lần

chiều dọc và hai lần chiều ngang của truyền hình truyền thống, tỷ lệ hình ảnh 5:3

( sau đó biến đổi thành 16:9) và ít nhất hai kênh chất lượng âm thanh của CD

Trường quay của HDTV có chu kỳ lấy mẫu của 74.25 MHz, 5,5 lần của Rec.

601 tiêu chuẩn cho SDTV. Tốc độ điểm ảnh của HDTV khoảng 60 megapixels trên

giây. Những tham số mã khác tương tự hay đồng nhất với SDTV tiêu chuẩn. Không

may , nhưng tham số mã hóa màu Y'CRCB cho HDTV khác với những tham số

SDTV.

38

2.3.1. So sánh tỉ số màn ảnh:

Khi HDTV được giới thiệu tới người tiêu dùng trong nghành công nghiệp

điện tử ở Bắc Mỹ, SDTV và HDTV được so sánh bằng giá trị đo khác nhau, bảng

tóm tắt hình 2.6 dưới căn cứ về sự khác biệt trong tỉ số màn ảnh giữa 4:3 và 16:9 so

sánh được làm dựa theo chiều ngang nhau, chiều rộng bằng nhau, đường chéo bằng

nhau, và diện tích bằng nhau.

Tất cả cac phép đo trên không thấy được cải tiến cơ bản trong HDTV: Đó là

độ nét cao, độ phân giải cao, không them 6 lần số điểm ảnh ở cùng một góc

nhìn.Thay vào đó góc nhìn của một điểm ảnh được giữ nguyên và toàn bộ ảnh bâ

giờ có thể chiếm vùng lớn hơn tầm nhìn của người xem. HDTV cho phép góc hình

ảnh tăng đáng kể, So sánh chính xác giữa HDTV và truyền hình thong thường

không được dựa vào khía cạnh tỷ lệ: nó được dựa vào chi tiết bức ảnh.

39

Hình 2.4 So sánh tỉ số màn ảnh giữa tivi thường và HDTV: bằng nhau về

chiều cao, rộng, đường chéo, diện tích. Tất cả các phép đo trên không thấy được

cải tiến cơ bản trong HDTV:làm tăng số pixels ( điểm anh). Tức là căn cứ về chi

tiết bức ảnh

2.3.2. Quét trong HDTV:

Tranh luận lớn diễn ra vào những năm 1980 và 1990. liệu có phải HDTV cần

quiets liên tục hoặc xem kẽ. Tại sao sự nhấp nhay và những tốc độ dữ liệu đã cho

quiets xen kẽ đưa ra sự tăng nào đó trong quyết định không gian tĩnh học. Trong

cuộc tranh luận HDTV , công nhiệp tin học và cộng đồng làm phim được đặt chống

lại quiets xen kẽ. Dần dàn cả quyets xen kẽ và quyets liên tục được chuẩn hóa : để

thương mại có thể tồn tại được, một thiết bị thu phải giải mã cả hai dạng trên.

40

Hình 2.7 dưới mành của hệ thống quét liên tục 1 Mpx (1280 x 720, 720p60) và 2

Mpx hệ thống quét xem kẽ (1920 x 1080, 1080i 30).1920 x 1080 dễ dàng đáp ứng

từ 24-30 Hz quét liên tục (1080i 24, 1080i 30)

Hình 2-5 HDTV quét 30 và 60 khung hình trên giây được chuẩn hóa với 2

định dạng 1280x720 (1Mpx, luôn là quét liên tục ‘progressive’ ), và 1920x1080 ( 2

Mpx, quyets xen kẽ ‘interlaced’ hoặc quyets liên tục ‘progressive’).

Hệ thống Kiểu quét Chuẩn SMPTE STL LT SAL LA

720p60 750/60/1:1 SMPTE 296M 1650 750 1280 720

41

1035i30‡ 1125/60/2:1 SMPTE 260M 2200 1125 1920 10351080i30 1125/60/2:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080p60¶ 1125/60/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080p30 1125/30/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 10801080i25 1125/25/2:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 10801080p25 1125/25/1:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 10801080p24 1125/24/1:1 SMPTE 274M 2750 1125 1920 1080

Hình 2-8 Tổng hợp số quét HDTV cho hệ thống 720p, 1080i và 1080p

Trong bảng trên, hệ thống 1035i30 có ký tự ‡ không được đề cập sử dụng, và

dùng 1080i30 thay thế, SMPTE 274M gồm quét liên tục 2 Mpx, 1080p60 với hệ

thống quét 1125/60/1:1, có ký hiệu ả: Đây là hệ thống bị giới hạn bởi công nghệ STL

- samples per total line – mẫu trên tổng số dòng; LT - total lines – tổng số dòng; ;

SAL - samples per active line – mẫu trên một dòng tích cực ; LA -active lines – dòng

tích cực.

Đặc điểm của máy thu hình HD- ready (720p) và Full-HD(1080p):

Cũng là tivi LCD độ phân giải cao (HDTV) nhưng tivi gắn mác Full-HD có

giá cao hơn rất nhiều so với tivi HD-ready, nhiều người cho rằng HDTV phải là

Full-HD, thế nhưng quan niệm này chưa chính xác. Cho dù tivi gắn mác Full-HD

hay HD-ready cũng đều là dòng tivi có độ phân giải cao, được áp dụng công nghệ

khác nhau nhưng vẫn hiển thị sắc nét hơn tivi bóng đèn thường. Hai cong nghệ này

được phân biệt như sau.

- HD-Ready

Cho phép trình chiếu các nội dung độ nét cao ở độ phân giải HD thông qua

cac giao tiếp component (Y/Pb/Pr), HDMI và DVI. Các tivi này phải có độ phân

giải chuẩn ( Native Resolution) thấp nhất là 720p để được gọi là tivi HD-

ready.Chuẩn giao tiếp component(Y/Pb/Pr) dung tín hiệu analog được hỗ trợ bởi

các loại tivi HD nhằm tương thích với các nguồn nội dung HD hiện đang có trên thị

trường, còn HDMI và DVI đêu là chuaant tín hiệu digital.

42

- Full-HD

Full-HD cho phép xử lý và hiển thị tín hiệu tivi cũng như các nội dung HD

khác ở độ phân giải 1080p, độ phân giải mặc định là 1920x1080. Ngoài ra một số

dòng tivi gắn mác Full-HD 1080i va 1080p cùng độ phân giải 1920x1080 nhưng

thực chất khác nhau hoàn toàn. Công nghệ HD 1080i có 1080 dòng quét xem kẽ

( interlaced scan) nên để quét hết màn hình công nghệ nàycần quét 2 lượt, lượt đầu

các dòng lẻ, lượt sau các dòng chẵn. Nói tóm lại, 1080i chỉ thể hiện được 540 dòng

quét cùng một lúc nên hình ảnh không đẹp bằng Full-HD khi chuyển từ khung này

sang khung khác.

Trong khi đó, chuẩn 1080p ( chính là Full-HD) có 1080 dòng quét đồng bộ

(progressive scan), cho phép thực hiện 1080 dòng quét một lúc trên hình ảnh

mượt mà và rõ nét ngay cả khi chuyển tiếp giữa các khung hình. Có thể nói Full-

HD là chuẩn cao nhất hiện nay đối với HDTV

2.4. Biến đổi định dạng video:

2.4.1. Định dạng quét:

Có thể biến đổi các mành quét xen kẽ thành các frames quét liên tục bằng

cách tính các dòng bị mất trong một mành quét xem kẽ. Nếu không có chuyển động

giữa hai mành thì có thể thực hiện frame quét liên tục bằng cách kết hợp các dòng

của 2 mành một cách dễ dàng. Nếu có chuyển động, thì việc kết hợp sẽ làm rung

(judder) ảnh ( các chi tiết ảnh theo chiều đúng chuyển động) vì sự xếp chồng bị lệch

của 2 mành. Do đó tốt hơn hết là tính toán các dòng bị mất từ mành quét xem kẽ

đang xét. Nhiều kỹ thuật xử lý trong mành (intrafield) đa được sử dụng và có thể tối

ưu hóa cho ảnh tĩnh và động ( đòi hỏi có bộ nhớ mành hoặc bộ nhớ dong video).

Việc lựa chọn kỹ thuật quét xen kẽ phụ thuộc vào giá thành, độ phức tạp và yêu cầu

chất lượng lượng ảnh.

Phương pháp biến đổi quét liên tục (30p) thành quét xem kẽ (30i) đơn giản là

tách các dòng lẻ và chẵn của frame quét liên tục. Các dòng lẻ gán cho mành 1. các

dòng chẵn gán cho mành 2.

43

Hai định dạng HDTV (1920 x 1080 và 1280 x 720) quan hệ với tỉ lệ 3:2, và

một hệ số nội quy được dùng để biến đổi định dạng này sang định dạng khác. Quan

hệ giữa đặc trưng pixels và dòng của 2 định dạng quét 1280x720 và 640 x 480 của

VGA là 2:l; định dạng thứ nhất có tỉ số khuôn hình là 16:9 còn định dạng thứ 2 có tỉ

số khuôn hình là 4:3 (1280/640 = (720/480) x ( 16:9)/(4:3) = 2).

Định dạng quét 1920x1080 gấp đôi độ phân giải không gian của CCIR-

Rec. 601 và xác định tỉ lệ khuôn hình là 16:9 (720 x 2 x (16/9)(4/3) = 1920 mẫu

/dòng) .Vì định dạng CCIR-Rec. 601 không có pixel vuông (4/3x480/720 = 0,888),

cho lên số lượng tính là 480 x 2/0,888 = 1080 dòng.

Định dạng video khác được sử dụng trong máy tính là định dạng 1440x1080

(4:3). Định dạng này là tập con của định dạng 1920 x 1080 ( 16:9). Cả 2 định dạng

đều có pixels vuông, nhưng khác về tỉ số khuôn hình. Định dạng 1440 x 1080 là

một phần của tiêu chuẩn MPEG-2 và có thể biến đổi tên 1920 x 1080. Có thể biến

đổi định dạng xuống 720x480 bằng cách chia số pixels dòng cho 2 và tính số dòng

theo chiều đứng như sau :

(l080/2) x 4/3 x 480/720 = 480.

2.4.2 Biến đổi tỉ lệ khuôn hình

2.4.2.1 Có thể biến đổi tỉ lệ khuôn hình 4:3 thành 16: 9 bằng 2 phương pháp

với 2 kết quả khác nhau:

2.4.2.1.1 Phương pháp 1 (vertical crop):

Cắt theo chiều đứng ảnh gốc và biểu diễn theo hình 5-6, ảnh gốc 4:3 được

dãn rộng với hệ số 1,33 (16: 9/ 4: 3) theo cả 2 chiều ngang và đứng. Hình ảnh 16: 9

được tách 362 dòng (483 x 3/4) của ảnh gốc 4: 3 và hiển thị nó theo tỉ lệ như là 483

dòng. Việc dãn 362 dòng thành 482 dòng đưa thực hiện bằng hóa quá trình nội suy

ảnh theo chiều đứng. Kết quả, độ phân giải ảnh theo chiều đứng mất khoảng 25%

(121/483)

44

Hình 2.7. Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng: ảnh gốc 4:3 cấy vào định

dạng 16:9

Nội suy theo chiều đứng thực hiện bằng cách xử lý từng mành của tín hiệu

quét xen kẽ (làm suy giảm chất lượng tín hiệu quét xen kẽ theo các chiều đường

biên (contours chéo). Có thể thực hiện nội suy theo chiều đứng bằng nhiều bước

(chính xác, nhưng phức tạp hơn) như: biến đổi từ quét xen kẽ thành quét liên tục nội

suy theo chiều đứng bằng intraframe trên từng frame, lấy mẫu tần số thấp theo

chiều đứng tín hiệu nội suy để lưu cấu trúc quét xen kẽ.

2.4.2.1.2 Phương pháp 2 (bảng biên)

483

dòng

362

dòng

720 pixel; 4:3 720 pixel; 16:9

45

Chia theo chiều ngangảnh gốc 4:3

720x483Ảnh biến đổi 16:9

720x483

Ảnh biến đổi 16:9720x483

Ảnh gốc4:3720x483

Nội suy mành

Hình 2.8.Phương pháp 2 bảng biên: ảnh 4:3 cấy vào định dạng 16:9

Cấy ảnh gốc 4: 3 vào khuôn hình 16: 9, Hình 2.10. Kết quả có 2 sọc đen ở 2

bên mép ảnh. 720 pixels dòng của ảnh 4: 3 được chia để đưa vào 540 pixels (720 x

3/4) của khuôn hình 16: 9. Phương pháp này không yêu cầu có bộ nhớ frame, và dễ

thực hiện. Tuy nhiên, phương pháp này ít được ưa chuộng.

2.4.2.2 Hai giải pháp biến đổi khuôn hình 19: 9 thành 4: 3

2.4.2.2.1 Giải pháp 1 (cửa sổ trung tâm)

Cắt 2 dải ở bên trái và phải của khuôn hình 16: 9 để tách cửa sổ trung tâm

(central window) và đặt vào khuôn hình 4: 3. Giải pháp này dùng nội suy pixel

dòng để dãn 540 pixels thành 720 pixels. Hai bộ nhớ dòng được dùng để biến đổi.

Có thể nâng cao bằng thông tin “dãn và quét” (pan và scan) để định vị cửa sổ bên

trong ảnh. Thông tin này được cung cấp trên cơ sở mành-trên-mành trong dữ liệu

video mã hóa (cho máy thu hình).

46

720 pixel; 16:9

720 pixel; 4:3

483

dòng

540 pixel; 4:3

720 pixel; 4:3

720 pixel; 16:9

483

dòng

483

dòng

Ảnh gốc 16:9

720x483

Ảnh biến đổi 4:3720x483

540 pixel; 16:9

Nội suy dòng

Hình 2.9. Giải pháp 1 của sổ trung tâm: cắt ảnh 16:9 ở bên thành ảnh 4:3

2.4.2.2.2 Giải pháp 2 (letterbox)

Hình 2.10. Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:3

Ảnh gốc 16: 9 được nén theo chiều đứng thành 362 dòng, cho kết quả 2 vạch

ngang đen (phía trên và phía dưới) của ảnh 4: 3, Hình 2.12 Giải pháp biến đổi này

sử dụng quá trình chia theo chiều đứng và bộ nhớ frame.

2.5 Nhận xét

Các phương pháp và giải pháp biến đổi khung hình trên chỉ có thể áp dụng

cho chuẩn SDTV widescreen (SDTV màn hình rộng 16: 9)

47

Chia theo chiều đứng

ảnh

4:3

362

dòng

483

dòng

Ảnh biến đổi 4:3720x483

Ảnh gốc 16:9

720x483

ảnh

16:9

Hình 2.11. tần số lấy mẫu SDTV Widescreen sử dụng là 13.5 MHz, thực tế số

mẫu được lấy dãn 4/3 so với định dạng chuẩn 4:3

Widescreen (16: 9) SDTV:

Chương trình truyền hình đã có lịch sử được sản xuất ở tỉ lệ 4: 3. Tuy nhiên,

tỉ lệ chương trình màn hình rộng – có nguồn gốc trên phim ảnh, HDTV, hoặc

widescreen SDTV – là kinh tế hiện nay. Đồng thời, người tiêu dùng ngày càng quan

tâm đến chương trình widescreen. Họ không thích những vùng trống của màn hình

hiển thị kết quả từ letterboxing. Do vậy, các tiêu chuẩn SDTV đang được điều chỉnh

phù hợp để xử lý tỉ lệ 16: 9. Kỹ thuật này được biết là widescreen SDTV. Đôi khi

thuật ngữ này gây hiểu nhầm, dù không có sự gia tăng các điểm ảnh, góc nhìn

không rộng hơn tiêu chuẩn thông thường (4:3 ) SDTV.

Trong video và xử lý tín hiệu âm thanh, cần những giá trị mẫu được đặt xấp

xỉ những mẫu đã có, kết quả có trường hợp mẫu gốc tức thời khác nhau, tại một tỉ lệ

khác, hay tại một pha khác. Cái này được gọi là sự lấy mẫu lại (resampling).

Resampling là một phần quan trọng của video quy trình như sau:

- Chroma subsambling – chia nhỏ mẫu tín hiệu màu (VD: 4:4:4 xuống 4:2:2)

- Downconversion – hạ cấp (ví dụ HDTV xuống SDTV) và upconversion –

tăng cấp (VD: SDTV lên HDTV)

- Aspect ratio conversion – biến đổi tỉ lệ hình ảnh (VD: 4:3 lên 16: 9)

- Biến đổi giữa tỉ lệ mẫu khác nhau của tín hiệu video tiêu chuẩn (VD: 4fsc

thành 4:2:2, 13.5 MHz)

48

Component 4:2:2Rec. 601-5

- Khôi phục kích thước ảnh trong kỹ xảo (digital video effects – DVE)

Lấy mẫu lại (resambling) một chiều cho phép tác động ngay tới tín hiệu âm

thanh số, như thay đổi tỉ lệ lấy mẫu từ 48 kHz tới 44,1 kHz. Trong video, 1-D lấy

mẫu lại có thể bị tác động theo chiều dọc hoặc chiều ngang. Lấy mẫu lại có thể mở

rộng tới một mảng mẫu 2 chiều. Hai phương pháp gần như có thể. Một bộ lọc theo

chiều ngang, một bộ lọc theo chiều dọc, có thể tác động đến bậc.

Vậy lấy mẫu lại có thể được coi là tối ưu hơn, cơ động hơn cách biến đổi tỉ lệ

khuôn hình

CHƯƠNG III: TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU HDTV

3.1 Những yêu cầu cơ bản cho tiêu chuẩn HDTV ở Studio

Tiêu chuẩn truyền hình có độ phân giải cao HDTV cần phải được giải quyết

dựa trên 2 quan điểm:

49

Thứ nhất là HDTV là một hệ thống truyền hình mới, tốt hơn, cho phép người

xem cảm nhận được hình ảnh tốt hơn;

Thứ hai là HDTV như là hệ thống thiết bị sản xuất chương trình truyền hình,

băng cassette, đĩa, phim (truyền hình và điện ảnh)

Ta xét những yêu cầu cơ bản cho tiêu chuẩn HDTV ở studio theo các vấn đề sau

đây”

3.1.1 Hệ thống HDTV lý tưởng:

Hệ thống HDTV lý tưởng được xác định (trên cơ sở tâm sinh lý) tại giới hạn

của việc cảm nhận hình ảnh và âm thanh (16Hz-16Khz). Vấn đề cốt lõi là màn hình

(máy thu hình cá nhân) có diện tích lớn (gần 1m2); khoảng cách giữa người xem và

màn hình phải ngắn hơn so với việc xem truyền hình thông thường; Ngưỡng của

góc nhìn các chi tiết ảnh là 1 phút; Tỉ lệ khuôn hình là 16: 9; Khoảng cách quan sát

hình ảnh là 3H, trong đó H là chiều cao màn hình

Số dòng hình tích cực của hệ thống HDTV lý tưởng là 2270, số mẫu/dòng

tích cực là 3960. Với các điều kiện kể trên, các chi tiết ảnh nhỏ nhất sẽ nằm ở giới

hạn cảm nhận hình ảnh của mắt. Ngoài độ phân giải theo diện tích ảnh, độ phân giải

theo thời gian (tần số lặp lại theo mành và ảnh) có ảnh hưởng đến:

- Việc khôi phục lại ảnh (tổng hợp ảnh) một cách trung thực

- Độ nhấp nháy các vùng ảnh rộng và quét xen kẽ (2: 1). Khi tần số mành bằng

80Hz, sẽ mất hiện tượng nhấp nháy ở vùng ảnh rộng. Hiệu ứng nhấp nháy (quét xen

kẽ) sẽ mất, nếu tần số mành có giá trị khoảng 100Hz. Từ các kết quả trên, có thể kết

luận rằng hệ thống tối ưu phải là hệ thống quét liên tục, có tần số ảnh ít nhất là

80Hz với số dòng quét là 2270. Vậy hệ truyền hình có độ phân giải cao lý tưởng là

HDTV 2270/80/1: 1.

HDTV 2270/80/1: 1 có băng tần tín hiệu video rộng khoảng 350MHz. Kết quả

nghiên cứu về tiêu chuẩn truyền hình số cho biết: tỉ số băng tần tín hiệu chói Y trên

băng tần tín hiệu số màu C là 2: 1; Đó là tỉ lệ kết hợp tốt giữa các yêu cầu về mẫu

50

tín hiệu và tiết kiệm băng tần. Tín hiệu HDTV lý tưởng ứng với tốc độ bit khoảng

13 Gbit/s.

3.1.2 Tần số mành và tần số ảnh

Tần số mành 60Hz tốt hơn là 50Hz. Tuy nhiên hoạt động các thiết bị dùng

60Hz gần với 50Hz, do đó có thể gây nhiễu (ví dụ đèn chiếu sáng) và thiếu tương

hợp với hệ truyền hình 625/50. Ở phía máy thu hình, tần số 50Hz và 60Hz có thể

quá nhỏ để loại bỏ nhấp nháy; Do đó người ta sử dụng bộ nhớ ảnh để xử lý hình

ảnh. Nhiễu của thiết bị truyền hình làm việc ở 60 Hz (ở các nước sử dụng mạng

điện 50Hz) có thể làm nhấp nháy hình ảnh do khác nhau về tần số mành và tần số

lưới điện. Khi chiếu sáng phim trường (bằng đèn dùng nửa chu kì dương hoặc âm)

và sử dụng camera quét 60Hz, có thể xuất hiện hiệu ứng lấy mẫu tín hiệu 100Hz với

tần số 60Hz, tạo ra tín hiệu nhiễu (aliasing) 20Hz hoặc 40Hz. Để khắc phục, trong

studio nên sử dụng điện 3 pha.

3.1.3 Quét xen kẽ hay liên tục?

Hệ thống HDTV quét liên tục cho chất lượng ảnh rất cao và thuận lợi cho

việc xử lý tín hiệu HDTV trong studio. Tuy nhiên, vấn đề không đơn giản, ở chỗ hệ

HDTV 1125/60/1: 1 cần băng tần rộng gần gấp 2 lần so với hệ HDTV/1125/2: 1;

Công suất nhiễu ở camera sẽ tăng khoảng 9dB với các ống phát hình hiện nay. Hiện

tượng này có thể giải quyết bằng cách sử dụng CCD trong camera. Vấn đề này cũng

xảy ra tương tự trong VTR. Hệ thống HDTV/50/1: 1 sẽ ít vấn đề hơn hệ thống

HDTV/60/1:1, vì băng tần có phần hẹp hơn. Nếu giảm số dòng quét xuống còn 800-

900 dòng và sử dụng quét liên tục, thì độ phân giải theo mành tốt hơn là quét xen

kẽ.

Có thể sử dụng tiêu chuẩn quét liên tục ở studio và biến đổi tín hiệu sang

quét xen kẽ cho mục đích truyền-phát sóng, và ở phía thu lại chuyển ngược lại

thành quét liên tục (nhờ nội suy các dòng thiếu).

3.1.4 Tương hợp với hệ truyền hình số 4:2:2

51

Tiêu chuẩn HDTV hiện nay là tiêu chuẩn tương tự (một số chi tiết sử dụng kĩ

thuật số), cho nên cần xác định các thông số cơ bản của tín hiệu số và độ tương hợp

tín hiệu số với tín hiệu truyền hình số thông thường. Theo RCC.601/CCIR, thì số

mẫu trên 1 dòng tích cực là 720, còn theo NHK (Nhật) là 1920. Tỉ lệ này là 8:3,

nhưng ở đoạn dòng hình tích cực (tỉ lệ khuôn hình 4: 3) có 1440 mẫu (bằng 2 lần số

mẫu trên 1 dòng tích cực của truyền hình thông thường). Giá trị này là thích hợp

cho mã chuyển đổi tín hiệu HDTV sang tín hiệu truyền hình thông thường. Số

lượng dòng hình tích cực của hệ 525/60 và 625/50 là khác nhau; cho nên tỉ lệ 2: 1

đồng thời cho 2 hệ là không thể được. Số 1035 dòng hình tích cực/ ảnh là 1 số trung

gian.

Vấn đề tương hợp giữa hệ HDTV với các hệ truyền hình thông thường cần

phải giải quyết trên cơ sở 2 quan điểm sau đây:

- Khả năng chuyển đổi chương trình truyền hình HDTV sang chương trình

truyền hình thông thường 625 hoặc 525 dòng cần được thực hiện trong studio và

- Có thể thu các chương trình phát sóng của HDTV bằng máy thu hình 525

hoặc 525 dòng.

3.2 Truyền và phát sóng các tín hiệu HDTV

Các tiêu chuẩn HDTV đã đề cập ở trên là các tiêu chuẩn tạo tín hiệu HDTV

(hay tiêu chuẩn sản xuất) còn gọi là tiêu chuẩn studio. Để máy thu hình HDTV có

thể thu được chương trình truyền HDTV, tín hiệu HDTV phải được biến đổi thích

hợp cho tiêu chuẩn phát sóng, bởi chưa thể truyền và phát sóng tín hiệu HDTV có

băng tần rộng (30-70 MHz). Do đó xuất hiện khái niệm tiêu chuẩn phát sóng cho

HDTV.

3.2.1 Truyền và phát sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh

Hội nghị quốc tế WARC’77 bàn về việc sử dụng dải tần 120GHz (dải Ku)

cho truyền hình trực tiếp phát qua vệ tinh (DBS) với độ rộng kênh 27MHz (điều tần

52

–FM) . nến tín hiệu HD có băng tần giới hạn <10 MHz, thì có thể phát sóng tín hiệu

HDTV qua dải tần Ku.

Châu Âu sử dụng hệ truyền hình D2-MAC với băng tần tín hiệu 8MHz và hệ

C-MAC với 10,5MHz . Để truyền tín hiệu HDTV có thể sử dụng 2 kênh vệ tinh

(2x27MHz) liên tiếp, đông thới truyên tín hiệu video thong thường qua 1 kênh, còn

ở kênh thứ 2 là tín hiệu hoàn thiện cho HDTV. Tuy nhiên vấn đề truyền đồng thời

tín hiệ trên 2 kênh là rất phức tạp.

Trong tương lai sẽ đưa vào sử dụng dải tầnvệ tinh cao hơn (23--, 42—85—

MHz) để truyền tín hiệu HDTV trên một kênh. Tuy nhiên ở dài tần cao tín hiệu bị

suy giảm nhiều do mưa và sương mù.

Để có thể truyền tín hiệu HDTV qua vệ tinh (DBS) một cách thuận lợi cần

phải hạn chế băng tần tín hiệu HDTV. Hãng NHK(Nhật) đã thực hiện việc hạn chế

phổ tần tín hiệu HDTV 1125 còn 8,1MHZ. Dó là hệ MUSE. Trong hệ MUSE, tín

hiệu HDTV ‘siêu lấy mẫu’( chỉ truyền mẫu thứ 4). Dịch pha lấy mẫu theo từng

mành sẽ cho phép truyền liên tục 4 mành với tất cả các mẫu( trường hợp ảnh tĩnh).

Trong trường hợp ảnh động, việc nội suy sẽ khá phức tạp và độ phân giải kém đi.

Hệ thống tính toán và truyền ‘vector chuyển động’ cho phép tối ưu hóa phương

pháp này. Kết quả. Ở máy thu hình sẽ khôi phục lại tín hiệu chói với băng tần

20MHz (ảnh tĩnh) và 12.5MH (ảnh động) .Còn tín hiệu số màu với băng tần 7MHz

và 3MHz hệ MUSE không tương hợp với hệ MAC phát sóng qua vệ tinh, vì nó sử

dụng phương pháp ghép kênh theo thời gian các tín hiệu chói và màu có nén băng

tần.

Chương trình nghên cứu truyền hình độ phân giải cao ở Châu Âu

EUREKA’95 tập trung vào 2 vấn đề chính sau đây:

- Kỹ thuật siêu lấy mẫu nhằm giảm số tín hiệu được truyền.

- Các hệ thống số hoàn thiện DATV (Digitally Assisted Television)

3.2.2 Kỹ thuật ‘siêu lấy mẫu’ SNS

53

Kỹ thuật siêu lấy mẫu phát triển từ nhưng năm 70 và được tiếp tục sủ dụng

bằng các thuật toán giảm độ dư thừa (redundace) mục đích chính là truyền được tín

hiệu qua kênh có giới hạn băng tần. Số lượng các mẫu truyền được giảm thấp hơn

giá trị thu được do sử dụng tần số Nyquist ( sub Nyquist sampling SNS) gấp đôi. Kỹ

thuật SNS dùng cho tín hiệu HDTV sẽ cho kết quả tốt: giảm mạnh tần số lấy mẫu

theo dòng so với lý thuyết. tín hiệu HDTV có thể truyền phát sóng được do hạn chế

băng tần tín hiệu bằng kỹ thuật SNS

Phương pháp lấy mẫu mới SNS được thực hiện theo dòng, mặt và thời gian.

Khi lấy mẫu SNS theo dòng , thì 2 dòng liên tục có thể được truyền như 1 dòng,

nhờ ghép kênh các mẫu của 2 dòng trên vào 1 dòng. ở phía máy thu, các mẫu lại có

thể tách ra được, đó là phương pháp xáo trộn dòng. Bằng cách này ta có thể truyền

các thong tin hệ HDTV 1250 băng kênh 625 dòng

3.2.3 Các hệ thống số hoàn thiện DATV (hệ MUSE)

Các tivi loại mới sử dụng nhiều mạch xử lý số tín hiệu và bộ nhớ ảnh số.

Đây là cuộc cách mạng đi đến dần với HDTV số.

Hãng BBC nghiên cứu và thực hiện phương án DATV. Tư tưởng chính là

truyền đến máy thu 2 loại tín hiệu trong cùng một kênh.tín hiệu tương tự (video,

như là tải) và thong tin số( âm thanh số, số liệu,… thong tin phụ) dung lượng kênh

cho DATV có giá trị vài trăm KB/s đến vài MB/s. DATV là hệ thống giảm băng tần

( nhờ tối ưu hóa kỹ thuật truyền hình tương tự) như hệ MAC và kỹ thuật số, rất có

hiệu quả trong việ giảm độ dư thừa (nhờ xử lý). Nó cho phép tương hợp giữa truyền

hình tương tự có chắt lượng cao với máy thu hình có chất lượng thấp hơn. Ưu điểm

nữa của DATV là thực hiên được việc xử lý ở nguồn tín hiệu và ở phía thu.

Ở phía phát sử dụng phương pháp biểu diễn vector chuyển động hoặc diện

tích vùng ảnh chuyển động mà không làm ảnh hưởng đến phần còn lại của kênh.

Phần xử lý chủ yếu thực hiện ở phía nguồn của tín hiệu 1 cách khôn ngoan. Bằng

phương pháp này, chất lượng toàn kênh được cải thiện mà không cần thay đổi thiết

54

bị truyền phát sóng, phát sóng và thu, hệ MUSE (Nhật) là hệ đầu tiên sử dụng kỹ

thuật này để truyền video có độ phân giải cao.

3.2.4 Hệ HD- MAC

Các chuyên gia Châu Âu tập trung nghiên cứu hệ thống truyền hình tín hiệu

video HD-MAC ( tương hợp với các họ hệ MAC). Đó là hệ vừa sử dụng kỹ thuật

SNS và vừa sử dụng kỹ thuật DATV, nhàm phát triển truyền hình có kích thước

rộng 16:9 trong hệ MAC, nhưng số dòng truyền hình không thay đổi 625 dòng. Đó

là hệ E-MAC

3.2.5 Truyền dẫn tín hiệu HDTV bằng cáp quang

Truyền hình HDTV có khả năng làm tăng độ trung thực và hiện thực về hình

ảnh đồng thời cũng giải quyết được vấn đề nâng cao chất lượng âm thanh, VD âm

thanh tổng hợp (ambiophon) có độ ổn định cao. Mỗi nguồi phát tín hiệu âm thanh

có một gói nhìn là 6 độ, Nếu xem truyền hình HDTV với góc nhìn 30 độ thì có thể

sử dụng hệ thống âm thanh 5 kênh

3.3 Các thông số cơ bản của HDTV

Độ phân giải cao và chất lượng hình ảnh cao của HDTV được hiển thị trên

màn hình rộng sẽ làm cho người xem có ấn tượng về hình ảnh. Vấn đề này có liên

quan đến đặc điểm nhìn của mắt, phương pháp phân tích và tổng hợp hình ảnh. Để

nâng cao chất lượng hình ảnh truyền hình cần phải tập trung giải quyết các vẫn đề

chính sau đây:

- Sự phân biệt cấu trúc dòng quét tại 1 khoảng cách quan sát nhất định hoặc

trong trường hợp các biên chuyển đọng theo chiều ngang.

- Độ phân giải đều của các chi tiết ảnh, so với phim và ảnh chụp.

- Độ nhấp nháy (50Hz hoặc 60 Hz) của ảnh đặc biệt tại các vùng ảnh rộng,

sang và các biên theo chiều ngang.

- Độ nhấp nháy giữa các dòng (25Hz và 30Hz) tại các biên theo chiều ngang.

- Các hiệu ứng nhiều màu ở các chi tiết ảnh (cross colour)

- Tỉ số khuôn hình ( chiều ngang/ chiều đứng)

55

- Vấn đề thống nhất hệ, tương hợp và chuyển đổi hệ HDTV.

- Hệ thống các phần ( component) của HDTV và HDTV số.

- Khả năng phát sóng và truyền dẫn ( mặt đất, vệ tinh, cáp quang, băng rộng ,

viba….)

- Quan hệ giữa các hệ truyền hình cổ điển ( NTSC, PAL, SECAM) và HDTV.

3.3.1 Phương pháp hiển thị và xen hình:

3.3.1.1 Khoảng cách giữa người xem và màn hình:

Nếu người xem ngồi gần màn hình, thì vùng ảnh nhìn thấy sẽ tăng lên và ấn

tượng về ảnh cũng tăng lên, cũng giống như quan sát hình ảnh trong không gian

thực, thí nghiêm nghiên cứu, một ảnh tĩnh trên màn hình cong, và nghiên cứu ấn

tượng người xem theo chiều ngang và chiều đứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy ấn

tượng ấn tượng của người xem có thay đổi theo chiều ngang hoặc chiều đứng thực

khi góc nhìn giảm. Giá trị của góc nhìn có quan hệ chặt chẽ với ấn tượng thật

3.3.1.2 Kích thước màn hình:

Theo kết luận ở phần trên, thì chiều cao màn hình H > 67cm ( vì khoảng cách

quan sát > 2m và bằng 3H). Nếu tỉ số khuôn hình là 5:3 , thì diện tích màn hình phải

> 0,74m vuông

3.3.1.3 Độ sang cực đại của ảnh:

Tỉ số tương đối tối thiểu 30/1, tốt hơn là 70/1, một số thí nghiệm khác cho

biết là tỉ số độ tương phản ( contrast) tối ưu cho ảnh là 27/1. Từ các kết quả trên, ta

rút ra kết luận về tỉ số độ tương phản tối thiểu ddooid với HDTV là 50/1

3.3.2 Các thông số cơ bản của HDTV ở STUDIO

3.3.2.1 Số dòng quét:

Nếu xem truyền hình ở một khoảng cách 3H và để cho không nhìn thấy được

các dòng quét trên màn hình, thì số dòng quét cần thiết phải >1100 dòng. Thí

nghiệm với vệ truyền hình đen trắng cho thấy là nhiễu do cấu trúc dòng loại này để

có thể được làm giảm đi trong trường hợp nâng số dòng quét lên 1100 dòng

56

3.3.2.2 Số mành trong một giây:

Thí nghiệm về quan hệ giữa tần số nhấp nháy tới hạn CFF ( critical flicker

frequency) và góc nhìn. Tần số CFF = 60 Hz ( 50 Hz) là cần thiết để không còn

nhìn thấy ảnh nhấp nháy đối với hệ HDTV 1125 ( HDTV 1250) trong trường hợp

độ sang trắng đỉnh là 150 cd/m vuông, khoảng cách xem truyền hình là 3H, tỉ số

khuôn hình là 5:3( 16:9) và góc nhìn theo chiều ngang là 16 độ

Từ các kết quả nghiên cứu có thể rút ra được kết luận là hệ HDTV 1125 có

tần số mành là 60 Hz và hệ HDTV 1250 có tần số mành là 50 Hz

Để chuyển đổi hệ từ HDTV 1125/60 thành hệ 625/50 người ta phải sử dụng

kỹ thuật thích nghi và kết quả khả quan hơn nhiều so với phương pháp chuyển đổi

hệ thong thường

3.2.2.3 Quét xen kẽ:

Khả năng phân giải của mắt người sẽ giảm rất nhanh nếu tốc độ chuyển đổi

của vật thể trong ảnh truyền hình tăng. Khả năng phân giải của mắt đối với ảnh tĩnh

khá cao. Hệ thống truyền hình quét xen kẽ khá đơn giản về thiết bị, do đó phương

pháp này rất có hiệu quả.

Có thể nhận thấy rằng cùng một hiệu quả như nhau, nếu tăng 20% số dòng

quét liên tục (1:1) hoặc sử dụng quét xen kẽ > ( 2:1) sẽ không thực tế, bởi vì mức độ

nhiễu do cấu trúc dòng sẽ lớn hơn . Do đó quét xen kẽ với tỉ lệ 2:1 có thể dùng cho

hệ HDTV.

3.2.2.4 Tỉ lệ khuôn hình:

Trong thực tế đã có nhiều thí nghiệm về tỉ lệ khuôn hình cho HDTV

3.2.2.5 Biến đổ quang điện có độ phân giải cao:

Bộ biến đổi quang điện có độ phân giải cao đòi hỏi mạch quét không có lỗi,

độ phân giải cao, tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N cao, độ nhạy của màn cảm quang cao.

Màn cảm quang ( target) của bộ biến đổi quang điện đóng vai trò rất quan trọng.

Màn target của ống vidicon ( bộ đổi quang điện loại chân không) được cấu tại từ vật

Sb2S3. do màn target có ddienj dung lớn, nên vidicon có nguy cơ cháy thành ở màn

57

hình target. Bộ biến đổi quang điện Plumb có cấu tại target từ vật liệu Pbo, cho độ

nhạy cao hơn và tính thấp hơn so với vidicon. Loại saticon dùng target từ vật liệu

Sb2S3 có dòng điện tối thấp, quán tính thấp và độ giải cao hơn.

3.3.3 Chiến lược phát triển HDTV:

Từ năm 1968 hãng NHK ( Japan Broadcasting corporation ) của nhật bắt đâu

nghiên cứu và phát triển hệ truyền hình có độ phân giải cao HDTV. Kết quả làm

xuất hiện tiêu chuẩn kỹ thuật HDTV cho studio:

- Số dòng quét/ảnh :1125

- Tỉ lệ khuôn hình : 5:3

- Phương pháp quét : 2:1 ( xen kẽ)

- Tần số mành : 60Hz

- Độ rộng băng tần tín hiệu : 20MHz

Trong khoảng thời gian 1981-1985, hang NHK đã tổ chức nhiều triển lãm

thiết bị HDTV và hội thảo ở nhiều nước như Mỹ, Châu Âu, Liên Xô cũ….

Tháng 2-1984 NHK công bố chính thức một hệ thống phát sóng và thu tín

hiệu truyền hình độ phân giải cao : hệ MUSE. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV

được nén từ 20 MHz xuống 8,1MHz và có thể truyền phát sóng qua vệ tinh và hệ

thống truyền hình cáp CATV, ghi hình bằng VTR và videodisk ( băng và đĩa từ).

tháng 10-1984 hệ MUSE được trình bày với mạch mã hóa (encoder) và giải mã

(decoder) và được nhiều nước công nhận là hệ truyền hình độ phân giải cao đầu tiên

trên thế giới.

Cũng giống như lịch sử phát triển của truyền hình trước đây( thế giới có 3 hệ

truyền hình :NTSC, PAL, SECAM và nhiều tiêu chuẩn: CCIR, OIRT, FCC), truyền

hình độ phân giải cao HDTV cũng chưa thống nhất được thành một hệ chung cho

toàn thế giới.

Năm 1974, Mỹ tập trung nghiên cứu chủ đề ‘ các giới hạn kỹ thuật truyền

hình’ và đưa ra dự kiến hệ thống truyền hình có màn hình rộng ( thuộc SMPTE).

58

Năm 1978. Hãng BBC (Anh) công bố kết quả nghiên cứu về khả năng phát

sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh và tiêu chuẩn HDTV ( Plilips và Harvey).

Năm 1974, Giáo sư Wendland ( Trường ĐẠi Học Dortmund. Đức ) báo cáo

về một hệ thống HDTV tương hợp.

Vệ tinh đầu tiên truyền tín hiệu HDTV 1125 với kết quả tốt vào năm 1978-

1979( qua vệ tinh BSE của Nhật) đó là hiệu màu( chrominance) sau này 1983 mới

phát triển thành hệ MUSE, truyền tín hiệu HDTV trong cùng một kênh ( tín hiệu

các thành phần truyền lần lượt).

Thiết bị truyền hình HDTV được nghiên cứu và sản xuất với nhịp độ cao như

camera, VTR tương tự, telecine laser, màn hình CRT30’. Display110’ ( tỉ lệ khuôn

hình là 5:3) thiết bị phát sóng ở 12GHz và 38GHz ( 1982)

Năm 1981, EBU thành lập nhóm chuyên gia nghiên cứu về hệ thống HDTV

và năm 1982 tổ chức hôi nghị chuyền đề về HDTV ở Canada, Châu Âu có chương

trình nghiên cứu về HDTV mang tên EUREKA’95 (EU’95) với sự tham gia của

Đức, Pháp, Hà Lan …cac tổ chức tham gia và đóng góp nhiều cho chương trình

EU’95 là viện Heinrich Hertz ( Đức),BBC (Anh), IBA, RAI, DBP, CCETT ( về

màu sắc, mã, phát sóng).

Năm 1983 hội nghị quốc tế về truyền hình (international television

symposium) ở Montreux ( Canada) có trưng bày nhiều thiết bị về HDTV, Hãng

CBS (Mỹ) cũng đã công bố hệ thống phát sóng HDTC tương hợp. phát qua vệ tinh

(đồng thời sử dụng 2 kênh). Nhóm nghiên cứu SG11/ CCIR thành lập tiểu ban

nghiên cứu tiêu chuẩn truyền hình có độ phân giải cao IPW/6 từ 1983

Năm 1985, tại Nhật có triển lãm EXPO’85 với nhiều thiết bị HDTV: máy

phóng hình 370’. CRT display 40’, máy phát sóng truyền tín hiệu trên mặt

đất( phạm vi hẹp) truyền tín hiệu HDTV với khoảng cách > 500km bằng cáp quang(

optical fiber trunk line).

Tháng 6/1982 hội nghị triển lãm quốc tế IBC’92 ở Amsterdam ( Hà Lan) với

nhiều báo cáo và thiết bị của một số hệ HDTV đã kết thúc tốt đẹp, IBC;92 là mốc

59

đánh dấu quan trọng về sự phát triển của truyeeng hình HDTV, về việc HDTV đang

đi vào cuộc sống của chúng ta

3.3.3.1 Chiến lược và phương pháp:

Hội nghị thường kỳ của CCIR lần thứ 17 (1990 ở Dusseldort. Đức) khẳng

định chiến toàn diện về phát triền HDTV theo các ddiemr sau đây

- Môi trường phát sóng

- Khả năng ứng dụng HDTV

- Sự điều hòa giữa ứng dụng phát sóng và không gian sóng

- Phương tiện sản xuất chương trình truyền hình HDTV

- Mạng truyền dẫn, phát sóng trên mặt đất và trên vệ tinh

Dựa vào các quan điểm trên và việc xác định các yếu tố cơ bản của HDTV

cho studio, nhóm SG11/CCIR đã xem xét những tiến bộ trong lĩnh vực nén tốc độ

bit nhằm mục đích phát sóng HDTV trên mặt đất

3.3.3.2 Điều hòa các tiêu chuẩn phát sóng và không phát sóng:

Sự điều hòa các tiêu chuẩn HDTV là rất quan trọng vì tốc độ truyền tín hiệu

HDTV ( không phát sóng) lớn hơn rất nhiều so với tốc độ truyền tín hiệu HDTV

phát sóng

3.3.3.3 Tiêu chuẩn sản xuất:

CCIR mong muốn có 1 tiêu chuẩn truyền hình HDTV thống nhất quốc tế để

thuận lợi trong việc trao đổi chương trình truyền hình. Trong giai đoạn 1990-1994

CCIR tập trung nghiên cứu các vấn đề sau đây:

- Định nghĩa hệ thống truyền hình màu HDTV chuẩn cho việc sản xuất chương

trình truyền hình.

- Đặc trưng về hình ảnh và các thông số quét.

- Tiêu chuẩn interface và các ứng dụng khác trong việc ghi hình, truyền dẫn và

phát sóng.

- Phương pháp điều hòa đối với các ứng dụng không phát sóng

60

Các thông số quan trọng về hình ảnh và đặc trưng quét vẫn còn là vấn đề cần

phải được thống nhât.

3.3.3.4 Phát sóng HDTV trên mặt đất:

Có thể thực hiện việc phát sóng HDTV trên mặt đất nhờ kỹ thuật giảm tốc

độ, bit của tín hiệu, nhờ giảm được tốc độ bit của tín hiệu nên có thể tạo được các

hệ HDTV và ATV băng tần hẹp

61

CHƯƠNG IV: CÁC HỆ THỐNG HDTV

4.1. Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu)

Năm 1986, CCIR thành lập 1 tiểu ban kĩ thuật chuyên nghiên cứu về HDTV.

Tiểu ban kĩ thuật có đề án với tên là EUREKA’95 project . Chiến lược của tiểu ban

là tiêu chuẩn HDTV ở studio, bao gồm một họ truyền hình HDTV cho studio:

- Mức cao: HDTV 1250/50/1: 1 (a)

Tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 144 MHz

- Mức trung bình HDTV 1250/50/1: 1

Tần số lấy mẫu là 72 MHz (b)

Phương pháp lấy mẫu: QUINCUNX

Tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở của tiêu chuẩn a và sử dụng mạch lọc chép

(diagonal filter)

- Mức thấp HDTV 1250/50/2:1 (c)

Tần số lấy mẫu kênh chói là 72 MHz

Đây là tiêu chuẩn quét xen kẽ (2:1)

Các tiêu chuẩn a, b sử dụng quét liên tục (1:1)

Khi đi từ tiêu chuẩn mức thấp (ví dụ c) sang mức cao hơn (tiêu chuẩn b,a)

trong họ HDTV ở studio, ta sẽ được chất lượng hình ảnh cao hơn và tất nhiên giá

thành cũng cao hơn.

Nhiều hãng tham gia vào chương trình EUREKA’95 và đã sản xuất nhiều

loại thiết bị HDTV. Tháng 9 năm 1998 và 9 năm 1989 có các hội nghị và triển lãm

IBC (International Broadcasting Convension) về vấn đề HDTV ở Brington (Anh).

IBC’92 được tổ chức tại Amstecdam (Hà Lan). Đó là mốc đánh đấu về sự phát triển

cao của HDTV. HDTV đã bắt đầu đi vào cuộc sống của con người và sự phong phú

trong việc ứng dụng HDTV vào nhiều lĩnh vực khoa học, công nghiệp.

Tại IBC’88 đã trưng bày các thiết bị hoàn chỉnh cho studio theo tiêu chuẩn mức

thấp (c) như: máy ghi hình, VTR tương tự, camera, bàn trộn hình, telecine,..

62

Camera HDTV đầu tiên theo tiêu chuẩn mức trung (b) do hãng Thomson sản xuất.

Camera này (dùng lọc chéo) và monitor được trưng bày ở IBC’88. Tại IBC’89,

chương trình EUREKA’95, trưng bày thiết bị chuyển đổi tiêu chuẩn HDTV với tín

hiệu đồng bộ HDTV gồm 3 mức (dương, 0, âm)

Các tổ chức EBU, SMPTE, EUREKA’95 và CCIR đã tập trung nghiên cứu

và giải quyết nhiều vấn đề về hệ thống HDTV:

1. Các tín hiệu thành phần (mã độ chói cố định)

2. Định lý gamma và nâng cao biên độ ở tần số cao (pre-emphasis)

3. Màu sơ cấp

4. Sự tương hợp hệ MAC/packet với máy thu hình thông thường (nghiên cứu

HDTV thông qua HDMAC)

Đầu tiên, các thông số trên được tối ưu hóa riêng biệt, sau đó được thử

nghiệm và cuối cùng các thông số mới được khẳng định thực sự.

4.1.1 Mã độ chói cố định

Tất cả những gì gọi là “độ phân giải cao” (high definition) đều chứa trong

kênh chói, và vì vậy, để có hiệu quả, cần nén băng tần tín hiệu màu với hết khả

năng có thể (không chứa đựng thông tin chói). Độ nét của ảnh (xem ở phía máy thu)

cũng được nâng cao. Nếu so sánh với các mã thông thường (hệ truyền hình thông

thường), thì các thành phần màu không chứa một thông tin chói nào, nếu hệ thống ít

nhạy với can nhiễu trong kênh màu. Điều này có tầm quan trọng đặc biệt cho việc

truyền dẫn cũng như xử lý ở studio vì các thành phần màu được nén thời gian và đối

với FM, công suất nhiễu tỉ lệ thuận với công suất thành phần tín hiệu nén.

Việc xử lý tuyến tính các chuỗi con trong kênh chói là hoàn toàn được (giống

như mã theo khối)

Khi lọc tín hiệu đã sửa gamma (có thành phần tần số cao), sẽ xuất hiện dịch

thành phần một chiều và kết quả sẽ làm độ chói trung bình sáng hơn hoặc tối hơn.

Hơn nữa hiện tượng ảnh hưởng qua lại của các thành phần tín hiệu (alias) có thể

xuất hiện khi xử lý tín hiệu tuyến tính.

63

Nếu độ chói cố định (độ chói thật), thì việc tách đường biên (edgedetection)

trên ảnh sẽ chính xác hơn. Do đó nguyên tắc độ chói cố định có tầm quan trọng đặc

biệt.

4.1.2 Nâng cao biên độ ở tần số cao (preemphasis)

Định lý gamma có dạng sau đây:

EY = (Y^gamma – Yo)/ (1- Yo^gamma), với Y=Yo…1 (*)

Để khử độ méo phi tuyến của màn hình CTR, thường sử dụng giá trị gamma

= 0,45 cho camera. Ở máy thu, tín hiệu được giảm biên độ ở tần số cao

(deemphasis), là quá trình ngược lại của quá trình preemphasis ở camera. Quá rình

preemphasis sử dụng giá trị gamma thấp hơn (gamma = 0,33) sẽ làm cho việc tiếp

nhận độ sáng của mắt thích hợp hơn và biểu diễn nhiễu của hệ thống truyền dẫn tốt

hơn. Tuy nhiên, việc biểu diễn nhiễu như vậy của camera thì lại quá thấp.

Trong một hệ thống tương hợp tuyến tính, tại phía thu, mức gamma thấp sẽ

gây ra nhiều vấn đề, như các điểm ảnh màu đen sẽ trở nên xám. Vì vậy gamma =

0,45 là thích hợp nhất đối với HDTV. Giá trị độ chói cực tiểu nên thấp (như Yo=

0,01) để nhận được phạm vi độ chói khoảng 100.

4.1.3 Lựa chọn các màu sơ cấp

Có rất nhiều lý do để cho tập các màu sơ cấp của hệ HDTV mới phải khác so

với các tập màu sơ cấp dùng trong các hệ truyền hình thông thường PAL, SECAM

(EBU) và NTSC (FCC):

- Các tam giác màu của EBU, FCC và SMPTE không bao trùm hết toàn bộ

gam màu thực.

- Các màu sơ cấp thông thường không bao trùm hết toàn bộ dải các màu sơ

cấp có thể khôi phục được (ví dụ laser) và dải các màu sơ cấp của HDTV.

- Hiện nay, ma trận ở camera làm hẹp tam giác màu và gây méo tông màu

(hue error) đối với các màu nằm giữa tam giác màu cho ống phát hình (display)

- Với các màu sơ cấp thông thường, thì việc chuyển từ video sang phim sẽ bị

hạn chế về chất lượng.

64

- Vẽ bằng máy tính càng ngày càng trở nên quan trọng và các màu bão hòa

có thể được dùng cho việc vẽ bằng máy tính như là một phương tiện nghệ thuật

- Với mã độ chói cố định trong hệ DHMAC, méo màu có thể tối thiểu hóa

trong tín hiệu HDMAC nếu sử dụng tam giâc màu rộng hơn.

Việc thay đổi tập các màu sơ cấp chỉ có thể thực hiện được khi gắn chặt với

mã độ chói, nếu không thì nhiễu sẽ có ảnh hưởng lớn.

Sau đây là tập mới các màu sơ cấp cho HDTV và các nguyên tắc

a. Vị trí các màu thực càng rộng càng tốt

b. Nghiên cứu biểu diễn màu trực tiếp của các nguồn màu EBU (Rec.31/EBU)

cho camera màu

c. Cải biên định lý khuếch đại thành phần C1, C2 của mã cho phát sóng nhằm

cải thiện việc biểu diễn màu trên một máy thu thông thường

d. Chọn cách biểu diễn tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR ở studio

4.2. Máy thu tín hiệu HDTV

Có 2 loại máy thu hình HDTV cơ bản theo 2 hệ phát sóng MUSE (Nhật) và

HDMAC (Châu Âu).

4.2.1 Máy thu tín hiệu MUSE

Bộ nhớ ảnh dùng trong máy thu hình có dung lượng khoảng 10Mb (chiếm tỉ

trọng về giá thành cao đối với toàn bộ các linh kiện của 1 máy thu hình)

Tín hiệu được chuyển sang dạng số và sau khi tách các tín hiệu âm thanh, tín hiệu

đồng bộ và các tín hiệu phụ, tín hiệu video được ghi vào bộ nhớ. Điều khiển thích

hợp quá trình đọc từ bộ nhớ ảnh sẽ cho phép thực hiện quá trình nội suy (phụ thuộc

vào các chỉ thị vector chuyển động cho từng khối hình ảnh). Cùng với quá trình trên

là quá trình dãn tín hiệu màu, Cuối cùng, sau bộ biến đổi số - tương tự C/A, ta nhận

được tín hiệu HDTV có tỉ số khuôn hình là 5:3.

Độ phân giải của các phần tử ảnh tĩnh ở phía thu cũng giống như ảnh gốc từ

camera HDTV. Độ phân giải của các phần tử ảnh động có phần kém hơn so với độ

phân giải tĩnh. Do đặc điểm tâm sinh lý của mắt và ống phát hình (phân tích ảnh) sẽ

65

thấy xuất hiện nhòe ở các phần ảnh động, nhưng không thái quá. Nếu sử dụng mạch

khử nhòe ở máy thu, thì độ mất nét sẽ giảm đi.

Ảnh thu được từ tín hiệu MUSE được đánh giá chủ quan thống kê. Kết quả

cho thầy phần ảnh tĩnh không bị giảm chất lượng về bậc độ xám (gradation), ngược

lại ảnh động có giảm chất lượng, nhưng không đáng kể. Nếu máy phát tín hiệu

MUSE trên vệ tinh có công suất 100W (dải tần Ku) và máy thu vệ tinh TVRO dùng

Anten Parabol có đường kính 1m, ta sẽ nhận được ở phía thu tỉ số tín hiệu trên

nhiễu S/N = 41 dB và chất lượng hình ảnh đáp ứng với hình ảnh HDTV

Máy thu HDTV được điều chỉnh theo kênh của DBS. Cách điều chỉnh cũng

đơn giản như máy thu hình thông thường. Các mạch IC (vị điện tử) ngày càng rẻ kể

cả mạch nhớ hình ảnh 10Mbit. Nếu sản xuất máy thu hình với số lượng lớn, thì giá

thành sẽ giảm. Hiện nay giá thanh máy thu tín hiệu MUSE còn khá cao so với máy

thu hình thông thường (trong đó giá thành mạch giải mã, bộ nhớ hình ảnh chiếm

một tỉ trọng khá cao.

Hệ thống MUSE được phát qua vệ tinh cho phép thu được hình ảnh có chất

lượng cao theo tiêu chuẩn 1125 dòng và tỉ lệ khuôn hình 5: 3. Tín hiệu video HDTV

1125 có dạng tương tự cùng với 2 kênh âm thanh số, sử dụng một kênh vệ tinh

(băng tần 27 MHz) DBS.

4.2.2 Máy thu tín hiệu HDMAC

Việc truyền tín hiệu hình màu dưới dạng ghép kenh theo thời gian các tín

hiệu thành phần đã được giới thiệu trong hệ truyền hình thông thường (có cải biên

về tỉ lệ khuôn hình 16: 9) MAC (Multiplexed Alalogue Components). Trong hệ

HDTV 1250 và HDTV 1125, các tín hiệu thành phần được truyền với băng tần rộng

hơn nhiều (băng tần tín hiệu chói: 25-30 MHz)

Trong chương trình EUREKA’95 có hệ thống HDMAC (High Definition

MAC), cho phép truyền tín hiệu HDTV 1250 qua 1 kênh vệ tinh (dải Ku). Hệ

HDMAC là hệ thống hỗn hợp, trong đó các tín hiệu video tương tự được nén với

những tỉ lệ thích hợp và truyền cùng với các tín hiệu số DATV (Digital Assisted

66

Television). Hệ thống này cho phép máy thu hình khôi phục lại hình ảnh có chất

lượng cao như HDTV 1250 cùng với âm thanh số có chất lượng cao.

Ưu điểm cơ bản của hệ thống HDMAC so với hệ MUSE của Nhật là nó

tương hợp với hệ D2-MAC (hệ thống truyền hình thông thường có cải biên phát qua

vệ tinh ở châu Âu). Máy thu hình có bộ giải mã D2-MAC có thể thu được trực tiếp

tín hiệu HDMAC.

4.2.2.1 Tín hiệu video HDMAC

Các tín hiệu video thành phần trong hệ MAC được nén thời gian để cho tín

hiệu chói và tín hiệu màu có thể ghép kênh kề nhau trên từng dòng hình và tạo

thành 1 tín hiệu. Tỉ số nén tín hiệu chói là 3: 2, còn các tín hiệu hiệu số màu là 3: 1.

Băng sơ cấp theo tỉ lệ của hệ số nén.

Để truyền tín hiệu HDTV và tương hợp với các hệ thống MAC thông thường,

cần phải hạn chế băng tần tín hiệu bằng cách lấy mẫu dưới tần số lấy mẫu (tiểu lấy

mẫu), tức là chỉ truyền các mẫu thứ 4 của tín hiệu.

Các điểm ảnh chứa các mẫu được dịch đi 1 điểm ảnh (1 pixel) đối với mỗi mành và

sau 4 mành sẽ nhận được tất cả các mẫu. Từ các mẫu nhận được (ghi vào bộ nhớ)

có thể khôi phục lại hình ảnh với đầy đủ độ phân giải, nếu trên ảnh không xuất hiện

phần ảnh chuyển động (làm nhòe ảnh). Phương pháp này rất tốt với các ảnh tĩnh.

Phần ảnh động cần phải truyền theo cách khác. Ảnh HDTV được chia ra thành các

khối nhỏ và trong mỗi khối là các phần ảnh động. Tùy thuộc độ lớn và tốc độ

chuyển động cho mỗi khối số liệu mà sử dụng phương pháp mã thích hợp.

Nếu ảnh là ảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, thì sẽ dùng chuỗi 4 mành.

Hình ảnh chuyển động nhanh có độ phân giải giảm. Các hình ảnh như vậy (ảnh

động) thay đổi trong từng mành và chỉ cần chọn các mẫu của 1 mành. Đối với các

ảnh chuyển động trung bình, thì chọn các mẫu của 2 mành để khử chuyển động.

Các thông tin về ảnh động và phương pháp mã hóa được truyền đến máy thu dưới

dạng các số liệu DATV. Sau đó sử dụng các dòng chồng (shuffing) để truyền tín

hiệu HDTV 1250 như trong tín hiệu MAC (truyền hình 625 dòng). Các mẫu từ 2

67

dòng hình liên tiếp được ghép kênh trên 1 dòng. Cách làm này cho phép giảm đi

một nửa số dòng hình trong kênh truyền. Ở phía thu, các mẫu từ các dòng liên tiếp

được tách ra và khôi phục lại ảnh 1250 dòng

4.2.2.2 Ghép kênh thời gian và truyền số liệu

Trong hệ HDMAC, các tín hiệu video, âm thanh và số liệu được ghép kênh

theo thời gian. Để truyền tín hiệu HDMAC có thể sử dụng 2 hệ thống thuộc họ

MAC/packet:

a. D-HDMAC/packet và

b. D2-HDMAC/packet

Hai hệ thống này khác nhau về số lượng kênh âm thanh. Cả 2 hệ thống đều

thích hợp cho việc truyền qua vệ tinh với băng tần cơ bản là 11 MHz

Ghép kênh sẽ tạo ra 3 thành phần chính:

- Tín hiệu video HDMAC

- Nhóm số liệu trong thời gian xóa dòng (LBI) chứa các tín hiệu âm thanh

- Nhóm số liệu trong thời gian xóa mành (FBI) chứa các tín hiệu DATV

Dung lượng kênh LBI có khả năng truyền 4 kênh âm thanh chất lượng cao

hoặc 8 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2-HDMAC, còn 8 kênh âm

thanh chất lượng cao hoặc 16 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2-

MAC. Cả 2 trường hợp đều tương hợp với hệ MAC/packet.

Kênh FBI truyền các tín hiệu kiểm tra trên các dòng 1-22 và 311-334 (trừ

dùng 312). Dung lượng kênh trong 1 mành là 1,2Mb/s, được dùng để truyền các tín

hiệu DATV; còn các phần chưa sử dụng sẽ truyền các tín hiệu kiểm tra và số liệu

phụ.

Trong các tín hiệu HDMAC có các từ mã xác định đồng bộ hình ảnh và các

chuỗi đồng bộ cũng giống như trong hệ MAC/packet. Các tín hiệu đồng bộ, ngoài

ra, còn nhận dạng đôi hình ảnh. Thông tin này cần để xác định chu kì mã hóa

HDMAC, có thời gian bằng 4 mành (80ms). Mành 1 của chu kì mã HDMAC là

68

mành đầu của ảnh lẻ còn mành 4 của chu kì mã HDMAC là mành thứ 2 của ảnh

chẵn.

Các dòng 312 và 623 dùng để truyền các tín hiệu kiểm tra. Các tín hiệu này

tương hợp với các thiết bị đo cho hệ thống MAC/packet. Ngoài ra, phần đầu của

dòng 312 được làm đầy (mỗi ảnh thứ 2) bằng chuỗi gia ngẫu nhiên 512 bit. Nó có

nhiệm vụ là giúp trong quá trình điều chỉnh.

Phần tín hiệu cần để ổn định mức đen có ở tất cả các dòng (trừ dòng 625).

Dòng 625 được dùng để báo hiệu về DATV (thông báo về cấu trúc ghép kênh thời

gian); Nó là thông số mới, nhằm mục đích nhận dạng ghép kênh số liệu DATV.

Tín hiệu số liệu được truyền nhỡ mã nhị phân kép như trong các hệ MAC/packet.

Trong kênh số liệu LBI, tia số liệu tức thời có tốc độ 10,125 Mb/s cho hệ D2-

HDMAC và 20,25 Mb/s cho hệ D-HDMAC. Đối với kênh FBI thì cả 2 hệ đều có

tốc độ 20,25Mb/s.

Các số liệu ghép kênh FBI và LBI được truyền trong các gói (packet).

Format (kích thước) các gói số liệu giống như trong hệ MAC/packet. Gói xác định

nhóm số liệu 751 bit được chia thành 2 phần: phần đầu và phần số liệu. Phần đầu

bao gồm mã địa chỉ, xác định loại số liệu (ví dụ âm thanh hoặc DATV). Chiều dài

phần số liệu là 91 byte, trong đó byte 1 biểu diễn phương pháp sử dụng gói.

Ở trong tất cả các số liệu của packet có sử dụng các bit để tối thiểu hóa các

lỗi nhân (bit). Tiếp theo là cộng chuỗi làm giảm thiểu (scrambling sequense) vào số

liệu ở modulo 2, nhằm giảm thiểu năng lượng trước khi biến đổi số- tương tự (C/A).

4.2.2.3 Mã hóa HDMAC BR và tạo tín hiệu DATV

Sơ đồ mã hóa tín hiệu HDMAC BR (BR: Bandwidth Reduction – Giảm băng

tần) có giảm băng tần dựa trên cơ sở sử dụng DATV. Tín hiệu HDMAC được hình

thành từ tín hiệu video HDMAC và số liệu DATV.

Bộ mã hóa HDMAC BR sử dụng 3 phương pháp mã tín hiệu chói:

- Đối với phần ảnh tĩnh thì sử dụng tam giác 80ms; Trong ảnh thứ 1 nhận các

mẫu chẵn, trong ảnh 2 là các mẫu lẻ.

69

- Đối với ảnh chuyển động nhanh đến 12 mẫu/40 ms, thì sử dụng tam giác 40

ms và khử chuyển động.

- Đối với ảnh chuyển động cực nhanh, thì sử dụng tam giác 20 ms, không sử

dụng khi hoạt động với phim 25 ảnh/s

Các tín hiệu hiệu số màu cùng được mã hóa trong bộ HDMAC BR theo 3

phương pháp; Phương pháp 1 và 3 sử dụng cấu trúc quincunx, còn phương pháp 2

sử dụng:

- Cấu trúc mẫu trực giao

- Tam giác 80ms (cho ảnh tĩnh) đảm bảo đủ độ phân giải HDTV

- Tam giác 40ms dùng cho ảnh chuyển động chậm, đối với ảnh chuyển động

nhanh đến 6 mẫu thì dùng tam giác 40ms.

- Đối với các ảnh chuyển động rất nhanh, thì sử dụng tam giác 20ms

Trước khi phát sóng, người ta còn sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để đạt

chất lượng hình ảnh tương hợp:

- Suy giảm theo chiều đứng để giảm sai lệch về không gian (spatial folding) và

chập giữa các dòng (VCI)

- Làm bằng (nhòe) theo chiều chuyển động, để giảm hiệu ứng rung trên bề mặt

ảnh trong tam giác 40ms (MCCI)

- Suy giảm không-thời gian (phụ thuộc tần số) theo trục thời gian, để giảm độ

lượn (độ uốn cong) của các biên ảnh (TCI)

Trong máy thu hình HDMAC, các quá trình trên được thực hiện ngược lại ở

bộ giải mã.

4.2.2.4 Âm thanh và các thông tin khác

Âm thanh được mã hóa như hệ MAC/packet. Các thông số cơ bản của mã âm

thanh bao gồm:

- Tần số lấy mẫu: 32 KHz cho âm thanh có chất lượng cao, 16KHz cho âm

thanh có chất lượng trung bình.

70

- Phương pháp mã: phương pháp mã tuyến tính 14 bit/mẫu (gần với 10 bit tức

thời/mẫu)

- Bảo vệ lỗi: mức 1 bằng 1 bit/mẫu; mức 2 bằng 5 bit/mẫu của mã Hamming.

4.2.2.5 Các thông số điều chế

Mã tín hiệu video HDMAC dựa trên cơ sở tiểu lấy mẫu, cho phép toàn bộ

kênh truyền không phụ thuộc các mẫu liên tiếp với tần số lấy mẫu 20,25 MHz. Điều

kiện này hoàn toàn thỏa mãn, nếu như kênh thỏa mãn điều kiện thứ 1 tần số Nyquist

10,125 MHz cho băng tần cơ bản.

Các mẫu của HDMAC có thêm 1 quá trình, đó là sửa phi tuyến (preemphasis). Việc

tăng độ rộng băng tần cơ bản lên 11,4 MHz và làm giảm khoảng quan sát đến màn

hình sẽ làm tăng can nhiễu và độ nhạy với nhiễu so với hệ MAC thông thường.

Sửa phi tuyến (preemphasis) thực hiện bằng kỹ thuật số và chỉ có liên quan đến các

mẫu tín hiệu chói

Các thông số HDMAC truyền qua vệ tinh

Để truyền tín hiệu D-HDMAC và D2-HDMAC người ta chỉ sử dụng điều tần

FM. Trong băng tần cơ bản thực hiện preemphasis phi tuyến, sau đó giảm về năng

lượng và tín hiệu thực hiện điều chế giải tần. Từ mức đen đến mức trắng của phần

tín hiệu chói, sẽ tăng biên độ theo tần số ở đầu vào máy thu.

Độ nhạy đối với độ di tần chuẩn là 13,5 MHz/V tại điểm ngưỡng của mạch

preemphasis tuyến tính thấp hơn, thì độ di tần đối với các tần số thấp sẽ là 9,54

MHz cho tín hiệu video (đi từ mức đen đến mức trắng trong tín hiệu chói)

Các thông số HDMAC truyền qua cáp

Trong truyền hình cáp sử dụng điều biên với biên tần cụt VSB/AM (điều chế

âm). Biên độ đỉnh của tải hình có giá trị 100%. Mức biên độ tải hình thấp nhất là

10%. Như vậy mức logic “1” ứng với 19% và 91% mức điều chế, còn mức logic

“0” ứng với 55% mức điều chế. Độ rộng băng tần khuyến cáo là 12 MHz.

71

4.2.2.6 Máy thu

Máy thu hệ HDMAC về nguyên lý đã được đề cập ở các mục trên. Như đã

nói, sự khác nhau giữa các hệ HDTV 1125 và HDTV 1250 là không lớn. Nguyên lý

cơ bản là giống nhau: đó là các hệ có các tín hiệu thành phần, phổ của tín hiệu chói

và tín hiệu màu không chồng lên nhau như các hệ truyền hình thông thường.

4.3 Generator đồng bộ

Như đã nói sự khác nhau giữa hệ HDTV1125 và HDTV 1250 là không lớn.

Sự ra đời sau của hệ HDTV 1250 là kết quả của việc nghiên cứu hệ HDTV 1125 và

bổ khuyết vấn đề như: giải quyết vấn đề tương hợp giữa HDTV1250 và các hệ

MAC (hệ HDTV1125 dùng tỉ lệ khuôn hình 5:3); giải quyết vấn đề nhấp nháy giữa

tần số mành 50Hz và 60Hz

Trái tim của tín hiệu truyền hình là bộ tạo xung đồng bộ. Xung đồng bộ

HDTV khác rất nhiều so với xung đồng bộ cho truyền hình thông thường. Sau đây

là generator tạo xung đồng bộ cho hệ HDTV1250.

Generator có nhiệm vụ tạo tín hiệu và tất cả các tín hiệu phụ theo tiêu chuẩn quét

xen kẽ HDTV1125/50/2:1 và tiêu chuẩn quét liên tục HDTV1250/50/1:1 (tiêu

chuẩn châu Âu). 5 tín hiệu cần thiết cho tiêu chuẩn quét xen kẽ là:

- Tín hiệu đồng bộ CS

- Tín hiệu xóa CB

- Tín hiệu điều khiển dòng HD

- Tín hiệu điều mành VD

- Tín hiệu nhận dạng ảnh FIP (Frame Identification Pulse)

- Generator tạo xung đồng bộ cho tiêu chuẩn quét liên tục cũng tạo những tín

hiệu giống như trên, trừ tín hiệu FIP.

4.3.1 Nguyên lý hoạt động của generator

Đặc trưng của các tín hiệu đồng bộ:

Các tín hiệu đồng bộ là tín hiệu có 3 mức (dương, 0, âm), còn các tín hiệu

phụ là những tín hiệu 2 mức.

72

Thời gian các xung, thời gian trễ giữa các xung và chu kì lập lại là bội số của

chu kì đồng hồ có tần số 2,25 MHz (T=444,4ns)

Chu kì quét của ảnh có thể chia thanh 2 chu kì, trong đó các tín hiệu đồng bộ

và các tín hiệu phụ có thể theo chu kì hoặc bằng chu kì quét dòng hoặc cố

định.

Hai đặc trưng đầu được tạo bằng kĩ thuật số với độ chính xác cao, độ ổn định

cao. Còn đặc trưng thứ 3 được thực hiện cũng bằng kĩ thuật số nhưng đơn giản hơn.

Tín hiệu đồng bộ trong 2 tiêu chuẩn là tín hiệu số với từ mã 2 bit, còn các tín

hiệu phụ được biểu diễn bằng từ mã 1 bit. Để tạo thêm các moment làm thay đổi

các mức tín hiệu (sườn xung), tần số từ các từ mã không được nhỏ hơn tân số đồng

hồ 2,25MHz. Chu kì đồng hồ là thời gian xung hẹp nhất trong các tín hiệu đồng bộ,

đó là thời gian xung đồng bộ dòng theo tiêu chuẩn quét liên tục (1:1)

Theo đặc trưng thứ 3, tất cả các dòng của tiêu chuẩn quét xen kẽ chia ra làm

8 nhóm, trong đó mỗi dòng của nhóm đang xét có cùng dạng tín hiệu xung đồng bộ

và các tín hiệu phụ. Ví dụ ở nhóm các dòng 2-44 và 621-624, tín hiệu CS tạo các

xung 3 mức; còn tín hiệu HD là các xung chữ nhật có độ rộng hẹp, lặp lại với chu kì

quét dòng H=72T; ngược lại các tín hiệu phụ còn lại sẽ cố định. Trên cơ sở các

dạng tín hiệu CS, CB, HD, VD, FIP, sẽ biểu diễn các dạng tín hiệu số của các tín

hiệu này cho mỗi nhóm dòng và được kí hiệu bằng B0,…B5.

Đối với tiêu chuẩn quét liên tục trong thời gian quét ảnh, sẽ biểu diễn các chu

kì (thời gian) cho các tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ cùng với chu kì 72T hoặc

cố định. Trong trường hợp này, chu kì sẽ lặp lại 2 dòng (2 dòng lân cận) vì chu kì

quét dòng trong tiêu chuẩn 1:1 sẽ ngắn hơn 2 lần so với tiêu chuẩn 2:1. Tất cả các

dòng được chia thành 4 nhóm, mà tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ của 2 dòng

liên tiếp là giống nhau cho mỗi đôi dòng của nhóm đang xét.

Trạng thái logic các tín hiệu đồng bộ số và tín hiệu phụ (tiêu chuẩn 2: 1)

được biểu diễn bằng trị các bit của từ mã 6 bit B0…B5, còn trạng thái logic các tín

hiệu số theo tiêu chuẩn 1:1 được biểu diễn bằng trị bit của các từ mã 5 bit B0..B4.

73

75 từ mã B0…B5 biểu diễn dạng tổng hợp các tín hiệu trong chu kì 1, dòng quét

(tiêu chuẩn 2: 1) còn 72 từ mã B0…B4 thì biểu diễn dạng tín hiệu tổng hợp từ các

tín hiệu trong chu kì 2, dòng liên tiếp (tiêu chuẩn 1: 1)

Trong chu kì quét ảnh xuất hiện 8 chuỗi B0…B5 khác nhau và 4 chuỗi từ mã B0…

B4 khác nhau với chiều dài 72 từ mã.

4.3.2 Phần số của generator

Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối phần số là bộ nhớ H cố định có chương

trình. Số liệu biểu diễn các tín hiệu số B0…B5 của tất cả các nhóm dòng (2 tiêu

chuẩn) được ghi vào bộ nhớ H. Các số liệu được nhóm vào các từ mã B0…B5 và

B0…B4, mà các giá trị bit của nó biểu diễn mức của các tín hiệu số trong 72 chu kì

đồng hồ liên tục (các điểm) từ dòng quét đầu. Để ghi tập các số liệu trên, bộ nhớ

cần dung lượng khoảng 1KB: 8 x 720B + 4x 72B = 846B. Tuy nhiên, do việc sử

dụng phương pháp địa chỉ hóa các từ, nên sử dụng bộ nhớ 2KB (type 2716)

Các địa chỉ 11 bit phối hợp số điểm mỗi nhóm dòng, số nhóm và loại tiêu

chuẩn, cụ thể là: các bit A0…A6 biểu diễn số điểm các bit A7…A9 biểu diễn số

nhóm, còn bit sau cùng biểu diễn loại tiêu chuẩn.

Mạch đếm điểm, đếm dòng và bộ nhớ V quyết định mạch tạo các địa chỉ.

Mạch đếm các điểm modulo 72 đếm 72 chu kì đồng hồ 2,25 MHz, xác định

chu kì dòng 32ms, đưa vào bộ nhớ H số 7 bit (biểu diễn số điểm dòng). Các xung T

có tần số dòng được đưa vào bộ đếm dòng modulo 1250 để đếm 1250 dòng. Mạch

đếm này xác định chu kì quét ảnh (tiêu chuẩn 2: 1) và đưa đến bộ nhớ V số 11 bit

biểu diễn số dòng. Trong bộ nhớ V sẽ ghi số biểu diễn số nhóm dòng theo phương

pháp: nhờ địa chỉ cho số dòng mà từ mã (sẽ là số nhóm) được ghi.

Sau khi đưa địa chỉ (bằng số dòng từ mạch đếm dòng) vào bộ nhớ V, ở đầu ra

bộ nhớ sẽ có từ mã 3 bit biểu diễn số nhóm dòng. Từ mã này xác định phần địa chỉ

bộ nhớ H (bit A7…A9). Bộ đếm các điểm sẽ cho phần còn lại của địa chỉ (bit A0…

A6).

74

Từ bộ nhớ H sẽ đọc ra từ mã 6 bit biểu diễn trạng thái của các đầu ra trong

thời gian 1 chu kì đồng hồ 2,25 MHz. Sự thay đổi các trạng thái đầu ra của bộ nhớ

xảy ra theo nhịp của đồng hồ, sẽ tạo ra các tín hiệu số B0…B5

4.3.3 Phần tương tự của generator

Nhiệm vụ của phần tương tự bao gồm:

- Biến đổi các tín hiệu số đồng bộ và phụ thành tín hiệu tương tự

- Sửa đối xứng và thời gian lên của sườn xung tín hiệu CS đến giá trị 50ns

- Phối hợp trở kháng các đầu ra của các tín hiệu đúng với trở kháng sóng của

cáp đồng trục 75 ohm

- Xác định các mức tín hiệu video chuẩn chứa 0,6 Vpp/75 ohm (0,6 Vđỉnh-

đỉnh) xung đồng bộ và 2Vpp/750ohm tín hiệu phụ.

Để ổn định biên độ tín hiệu tương tự, trước hết cần ổn định điện áp chuản Uo

= 5V. Thời gian lên của sườn xung ở đầu ra các bộ D/A có giá trị khoảng 30ns và

gần như ít phụ thuộc vào sườn lên các xung tín hiệu số.

4.4 HDTV có băng tần rộng (W-HDTV)

Do tiến bộ của kĩ thuật số, sự phát triển của bộ biến đổi quang-điện và bộ

biến đổi điện- quang (camera và máy thu hình) với độ phân giải cao nên xuất hiện

các hệ thống HDTV số băng rộng thế hệ thứ 2. Các hệ thống này cho chất lượng

hình ảnh cao, nhiều âm thanh (số) đi kèm và tín hiệu teletekst có độ phân giải cao.

4.4.1 Hệ thống W-HDTV số

Tín hiệu video số là thành phần chính của tín hiệu HDTV hoàn chỉnh.

Nguyên lý mã hóa, điều chế và các thông số truyền dẫn phải bảo đảm chất lượng

thông tin tốt nhất. Cùng với sự tiến bộ về kỹ thuật giảm tốc độ bit (như mã DCT-

discrete cosine transform) và mã hóa dưới băng tần (tiểu mã hóa), tốc độ bit tín hiệu

HDTV ở studio 1Gbit/s có thể giảm xuống dưới 125Mbit/s mà không làm giảm chất

lượng ảnh (đánh giá chủ quan)

Cùng với hình ảnh HDTV, âm thanh phải đạt chất lượng cao như compact

disc CD (DAB-Digital Audio Broadcasting) để tương xứng với chất lượng hình

75

ảnh. Âm thanh trong W-HDTV có nhiều kênh, tạo cho người nghe có ấn tượng

không gian thực (mono, stereo, âm thanh tròn ambio). Dùng kỹ thuật điều chế như

đối với DAB, có thể truyền 8 kênh âm thanh với tốc độ 100Kbit/s (chất lượng

ngang với CD-compact disc)

HDTV số có chất lượng như ở studio cho phép truyền đồng thời teletekst có

chất lượng nâng cao và dung lượng tin tức lớn.

4.4.2 Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV

Vấn đề truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV có liên quan đến 4 nguyên tắc

chính sau đây:

- Trong băng tần cơ bản, ghép kênh số liệu không có lỗi, không phải sửa ở

phía thu (nhờ sử dụng các thuật toán mã kênh và mã nguồn)

- Có phổ tần tối thiểu

- Sử dụng công suất phát tối thiểu

- Có thể truyền nhiều thông tin khác trong băng tần hoặc các băng tần lân cận.

Các phương pháp điều chế và mã kênh cho phép sử dụng công suất phát từ

vệ tinh tương đối nhỏ ở dải tần 20GHz. Kỹ thuật số-truyền phát sóng là chìa khóa

để sử dụng nhiều lần cùng tải tần với phân cực trực giao, nhằm tận dụng băng tần

có hiệu quả. Ta có thể rút ra kết luận là kế hoạch phân chia tần số cho W-HDTV

thích hợp với số lượng tối thiểu về các điều kiện, có khả năng điều tiết mềm hệ

thống và lựa chọn các thông số phát sóng cho từng vùng địa lý.

Để có thể truyền tín hiệu W-HDTV qua mạng cáp đồng trục, cần sử dụng kỹ

thuật điều chế có khả năng biến đổi tốc độ thông tin 140Mbit/s (kênh có độ rộng 24

MHz) sang băng UHF (đảm bảo tương hợp với hệ thống ISDN). Vấn đề tương hợp

với các hệ thống khác hiện còn đang tiếp tục nghiên cứu. Tuy nhiên các hệ thống

HDTV số có thể cùng tồn tại trong băng tần riêng hoặc lân cận 1 cách dễ dàng hơn

là trường hợp các hệ thống HDTV tương tự

Dải tần 12 GHz (Ku) không thích hợp cho việc phát sóng tín hiệu W-HDTV

qua vệ tinh. Dải tần Ku chỉ thích hợp cho tín hiệu MUSE và HDMAC băng hẹp. Kế

76

hoạch EBU cho thấy rằng toàn bộ độ rộng băng tần 600MHz là cần thiết để truyền-

phát sóng tín hiệu W-HDTV số. Đối với kênh có độ rộng 100MHz (tia thông tin

140Mbit/s) có thể phát 6 chương trình qua vệ tinh cho vùng địa lý thích hợp. Sự

phát triển của kỹ thuật nén số liệu hình ảnh (đảm bảo chất lượng ảnh như ở studio)

sẽ cho phép tăng số lượng các chương trình truyền hình.

77

CHƯƠNG V: TÌNH HÌNH HDTV TẠI VIỆT NAM

5.1. Tại Thành Phố HCM

6/8/2009 Trung tâm truyền hình cáp TP HCM (HTVC) đưa vào hoạt động

dịch vụ truyền hình đang được chờ đợi - HDTV. Đây là dịch vụ có độ phân giải cao

nhất hiện nay trên thế giới 1.920 x 1.080 pixel.

Tín hiệu phát ra có khuôn hình 16:9 và độ phân giải tuyệt đối Full HD 1080i

cộng với chất lượng âm thanh 5.1 thường được dùng trong nhà hát.

Hiện tại, HTVC đang bắt đầu thử nghiệm dịch vụ với gói thuê bao 100.000

đồng một tháng. Gói cước này cho phép người dùng xem được 8 kênh ở độ nét cao

như HTV7, HTV9, Disney Channel, CCTV, CNN… Ngoài ra, gói dịch vụ còn cung

cấp thêm 32 kênh khác ở chuẩn truyền hình phổ biến hiện nay (SD).

HTVC cho biết: “Các kênh truyền hình có độ nét cao Full HD sẽ liên tục

được bổ sung trong thời gian sắp tới”.

Trước đây, người dùng trong nước chỉ được biết đến công nghệ Full HD qua

các đĩa DVD phim có chất lượng cao với sự hỗ trợ thêm của đầu đọc loại đĩa này.

Người xem truyền hình dù có sử dụng TV LCD hoặc Plasma chuẩn Full HD

vẫn không thể nào thu được độ nét tối đa 1.920 x 1.080 pixel, thậm chí còn kém so

với những loại tivi thông thường. Vì các đài truyền hình trong nước thường dùng kỹ

thuật phát sóng analog, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình

vệ tinh đều là chuẩn SD với tỉ lệ khung hình 4:3.

Để xem được hình ảnh siêu nét, ngoài TV có hỗ trợ Full HD, khách hàng cần

trang bị bộ giải mã bao gồm sep-top box HD, thẻ giải mã và dây nối HDMI. Giá

bán ban đầu của bộ thiết bị này khoảng 5.140.000 đồng.

78

HTVC còn cho biết, người xem nên dùng TV có hỗ trợ chuẩn Full HD để thu

được hình ảnh có chất lượng tối đa. Bởi nếu dùng màn hình thường chuẩn SD thì

chất lượng hình ảnh thu được từ tín hiệu HDTV cũng chỉ có độ phân giải 720 x 576

pixel. Hoặc màn hình hỗ trợ HD Ready thì vẫn chỉ thu được hình ảnh ở mức 1.280 x

720 pixel.

5.2. Tại Hà Nội và trên cả nước

VTC phát HDTV qua vệ tinh vinasat-1. tại hà nội 6-1-2010

Mở ra kỷ nguyên truyền hình vệ tinh thế hệ thứ 2

HDTV  - sản phẩm mới, có chất lượng cao của VTC ra đời sau hơn 1 năm

Tổng Công ty nỗ lực nghiên cứu và triển khai công nghệ mới để nâng cao chất

lượng phục vụ, giúp các khán giả của truyền hình kỹ thuật số VTC được tận hưởng

chất lượng các chương trình truyền hình một cách tốt nhất.

Sản phẩm này cũng được đánh giá là sẽ mở ra kỷ nguyên của công nghệ

truyền hình vệ tinh thế hệ thứ 2 (DVB-S2) của không chỉ của Việt Nam mà còn của

cả khu vực Đông Nam Á.

Bộ thu giải mã tín hiệu truyền hình vệ tinh thế hệ 2 cùng các kênh truyền

hình theo tiêu chuẩn độ nét cao HDTV của VTC sẽ mang đến một không gian giải

trí hiện đại cho những khán giả của màn ảnh nhỏ, thu hẹp khoảng cách đến những

vùng sâu vùng xa, biên giới hải đảo, phục vụ nhu cầu về văn hóa với 40 kênh truyền

hình kỹ thuật số đặc biệt, trong đó có 8 kênh truyền hình độ nét cao HDTV và 32

kênh truyền hình độ nét tiêu chuẩn SDTV.  

“Thiết bị thu giải mã tín hiệu truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ 2, DVB- S2,

sản phẩm được kết tinh với trí tuệ của VTC, sẽ đem đến cho khán giả truyền hình cả

một thế giới huyền ảo, sống động với hình ảnh chân thực nhất, âm thanh hoàn hảo

nhất mà con người có thể cảm nhận được. Thiết bị này sẽ đưa cả thế giới vào trong

nhà của bạn”, VTC phát biểu.

79

Những kênh HD thuần Việt đầu tiên gồm HD1, HD2, HD3, ESPN HD,

National Geographic HD, CCTV- HD, Fashion TV HD , Luxe TV HD

80

KẾT LUẬN

Có thể thấy rằng, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin hiện đại,

truyền hình số cũng như truyền hình độ phân giải cao đang có bước phát triển nhanh

chóng và trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghệ truyền hình trên toàn

thế giới.

Trong báo cáo về xu hướng phát triển và mô hình kinh doanh HDTV trên thế

giới năm 2008, sau khi đưa ra các lý do như màn hình hiển thị HD ngày càng trở

nên phổ biến với giá cả phải chăng, dần thay thế màn hình truyền thống; nguồn

cung cấp nội dung HD và các kênh chương trình HD ngày càng nhiều; việc phát

HD đã trở nên quen thuộc và xuất hiện trên tất cả các hạ tầng truyền dẫn như vệ

tinh, số mặt đất, cáp, hạ tầng viễn thông… Screen Digest dự đoán xu hướng phát

triển tất yếu trong tương lai của HDTV. Các nhân tố này sẽ đảm bảo cho bước phát

triển vững chắc và thành công của HDTV trong dài hạn.Còn trong thời gian ngắn

hạn trước mắt thì HDTV có sự phát triển không đều trên thế giới và có khoảng cách

lớn giữa số hộ sở hữu TV HD và số thuê bao HDTV – rất nhiều hộ gia đình đã mua

TV HD nhưng chủ yếu để xem các chương trình SD. Tuy còn có một số vấn đề trên

con đường phát triển, nhưng HDTV đã và đang có những bước phát triển đáng kể,

dần khẳng định là xu hướng phát triển chính của truyền hình thế giới.

Còn tại Việt Nam, ngay từ những ngày đầu tiên của năm 2009, tin vui đến

với khán giả Việt Nam yêu thích truyền hình là Đài truyền hình kỹ thuật số HVTC

(2010 VTC) chính thức đưa lên sóng  kênh truyền độ nét cao (full HD) và một số

kênh độ nét tiêu chuẩn, phủ sóng trên toàn lãnh thổ Việt Nam thông qua vệ tinh

VINASAT-1, mở ra cơ hộ cho người xem được thưởng ngoạn những hình ảnh sắc

nét, âm thanh sống động như trong rạp chiếu phim ngay trên sóng truyền hình…

Như vậy cùng với xu hướng tất yếu của truyền hình độ nét cao HDTV trên

toàn thế giới, Việt Nam chúng ta cũng đang có những bước tiến đáng kể trong công

nghệ truyền hình nói chung và HDTV nói riêng. Đồ án với những phân tích về cơ

81

sở cũng như các thông số cơ bản của HDTV và các hệ thống HDTV trên thế giới hi

vọng đã mang lại một cái nhìn cơ bản về hệ thống truyền hình độ nét cao để từ đó

thấy rõ xu thế phát triển HDTV hiện nay của Việt Nam cũng như trên toàn thế giới.

82

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1.Nguyễn Kim Sách, truyền hình số có nén và multimedia, Nhà xuất bản

Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000

2.Charles Poynton, Digital Video HDTV Algorithms and Interfaces, Morgan

Kautmann Publishers, 2003.

3.Phạm Đào Lâm, Truyền dẫn truyền hình số, http://www.ebook.edu.vn/.

4.Đỗ Hoàng Tiến – Vũ Đức Lý, Giáo trình truyền hình, nhà xuất bản khoa

học kỹ thuật, Hà Nội 2001

83