nén tín hiệu trong truyền hình số

MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU 3
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH 5
CHƯƠNG I: TRUYỀN HÌNH ĐEN TRẮNG 5
1.1.S t ng quát c a h th ng truy n hình en- tr ngơđồ ổ ủ ệ ố ề đ ắ 5
1.2. c i m máy thu hìnhĐặ để 6
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH MÀU 10
2.1.Nguyên lý truy n hình m uề à 10
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu 10
2.1.2.Sơ đồ khối máy thu hình màu 12
2.2.Các h truy n hình m uệ ề à 14
2.2.1. Hê truyền hình màu NTSC 14
2.2.2. Hệ truyền hình màu PAL 15
2.2.3.Hệ truyền hình màu SECAM 15
CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ 17
3.1 Khái ni m truy n hình sệ ề ố 17
3.2. c i m c a thi t b truy n hình s .Đặ để ủ ế ị ề ố 19
PHẦN II: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH 22
CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO 22
1.1. Số hoá tín hiệu video 22
1.1.1. Biến đổi tương tự sang số 22
1.1.2. Tín hiệu video và biến đổi tín hiệu video 24
1.2. L y m u tín hi u video.ấ ẫ ệ 25
1.2.1. Quan hệ toán học 25
1.2.2 Chọn tần số lấy mẫu: 28
1.2.3. Cấu trúc lấy mẫu 31
1.2.4. Các thông số lấy mẫu tối ưu 34
1.3. L ng t hoá tín hi u video.ượ ử ệ 35
1.3.1. Lượng tử hoá tín hiệu 35
1.3.2.Nhiễu do lượng tử hoá tín hiệu 35
1.4. Mã hoá tín hi u video .ệ 36

1.4.1. Mã hoá tín hiệu rời rạc 36
1.4.2. Các loại mã 36
CHƯƠNG II: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU AUDIO 39
2.1. S hoá tín hi u audio.ố ệ 39
2.1.1. Số hoá tín hiệu audio 39
2.1.2. Truyền tín hiệu âm thanh trong tín hiệu video 40
PHẦN III: NÉN TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ 42
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ NÉN 42
1.1. M u.ởđầ 42
1.2. Mô hình nén nh.ả 43
1.3. Các c i m c a nén tín hi u s .đặ đ ể ủ ệ ố 44
1.3.1.Xác định hiệu quả của quá trình nén tín hiệu số 44
1.3.2. Độ dư thừa số liệu 44
1.3.3. Sai lệch bình phương trung bình 45
1.4. Lí thuy t thông tin Entropy .ế 45
1.5. Các ph ng pháp nén.ươ 46
1.5.1. Nén không tổn hao 47
1.5.2. Nén có tổn hao 48

1
CHƯƠNG II: CÁC DẠNG MÃ HOÁ SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ
NÉN 49
2.1. Mã RLC (Run Length coding) 49
2.2. Mã shannon 49
2.3. Mã huffman 49
2.4. Ph ng pháp mã d oán (DPCM).ươ ự đ 49
2.5. Ph ng pháp chuy n v .ươ ể ị 50
CHƯƠNG III: MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NÉN VIDEO 51
3.1. Nén Video công ngh i u xung mã vi sai – DPCM.ệđề 51
3.1.1. Xử lý giải tương hỗ trong công nghệ DPCM 51

3.1.2. Kỹ thuật tạo dự báo 52
3.1.3. Lượng tử hoá sai số dự báo 52
3.1.4. Khái niệm bù chuyển động (motion compensatio) và vecto chuyển
động (motion vector) 53
3.1.5. Ước lượng chuyển động bằng phương pháp tìm kiếm khối tương
đồng (Block matching) 54
3.1.6. Hệ thống DPCM có bù chuyển động 55
3.2. Nén video công ngh : Mã hoá chuy n i.ệ ể đổ 56
3.2.1. Xử lý tương hỗ trong công nghệ TC 56
3.2.2. Biến đổi cosin rời rạc (discrete cosin transform-DCT) 57
3.2.3. Lượng tử hoá các hệ số DCT 57
3.2.4. Quét các hệ số DCT 59
3.2.5. Mã hoá các hệ số DCT 60
3.2.6. Hệ thống nén video công nghệ mã hoá chuyển đổi 60
3.3. S k t h p các công ngh nén.ự ế ợ ệ 62
CHƯƠNG IV: NÉN VIDEO THEO TIÊU CHUẨN MPEG 65
4.1. Khái quát v các tiêu chu n nén.ề ẩ 65
4.2. Nén video theo MPEG -1 66
4.2.1. Các thành phần ảnh cơ bản trong chuẩn nén MPEG 68
4.2.2. Sự phân loại ảnh MPEG 72
4.2.3. Tiêu chuẩn MPEG –1 75
4.2.4. Hệ thống nén MPEG –1 77
4.3. Nén tín hi u video theo MPEG –2.ệ 79
4.3.1. Cấu trúc dòng bit video MPEG –2 81
4.3.2. Khả năng co dãn của MPEG –2 82
4.3.3. Đặc tính và định mức (profile and level) 83
4.3.4. MPEG-2 4:2:2P@ML 85
4.3.5. MPEG –2 đối với phát sóng và SXCT 87
CHƯƠNG V: NÉN TÍN HIỆU AUDIO 88
5.1. C s c a nén tín hi u audio.ơ ở ủ ệ 88

5.1.1. Mô hình tâm lý thính giác 88
5.1.2. Sự che lấp tín hiệu audio 89
5.2. Công ngh gi m t c ngu n d li u audio s .ệ ả ố độ ồ ữ ệ ố 91
5.3. Tiêu chu n nén Audio MPEG.ẩ 95
MPEG –2 96
KẾT LUẬN CHUNG 97
THUẬT NGỮ TIẾNG ANH 102
TÀI LIỆU THAM KHẢO 104

2
LỜI NÓI ĐẦU
Truyền hình đóng một vai trò rất quan trọng trong đời sống con người.
Ngay từ khi ra đời truyền hình đã nhanh chóng và thực sự trở thành một ngành
công nghiệp. Nền công nghiệp truyền hình yêu cầu những kĩ thuật rất cao, việc
nghiên cứu áp dụng các thành tựu khoa học kĩ thuật đã tao ra những thay đổi
lớn. Truyền hình mầu ra đời vào những năm 50, 60 của thế kỷ XX cho phép

3
người xem cảm nhận được hình ảnh với các mầu sắc trung thực. Trong các hệ
truyền hình phân giải cao-HDTV (high definition television) chất lượng âm
thanh và hình ảnh được cải thiện rất nhiều so với các hệ truyền hình thông
thường, góc nhìn cũng bao quát hơn… Tóm lại, tất cả các kĩ thuật được sử dụng
nhằm phục vụ mục đích tối đa của con người.
Tuy nhiên, khi mà các hệ thống truyền hình còn đang dựa trên cơ sở tín
hiệu tương tự thì việc giải quyết các vấn đề trên cũng như việc phát triển các
chương trình truyền hình gặp phải những giới hạn khó có thể vượt qua, cho dù
đã khai thác hết tất cả các khả năng của nó. Trong khi đó kĩ thuật số với sự ứng
dụng trong các ngành công nghiệp truyền thông, máy tính đã thu được những
thành công to lớn, không ngừng phát triển và khẳng định ưu thế cũng như chỗ
đứng trong các kĩ thuật mới. Truyền hình số bắt đầu được nghiên cứu và các kết

quả thu được là khá khả quan. Với kĩ thuật số, các hệ thống truyền hình có thể
giải quyết được hầu hết các vấn đề mà kĩ thuật tương tự hầu như không giải
quyết được. Truyền hình số thực sự là một cuộc cách mạng, từ đó mở ra cho
nền công nghiệp này một giai đoạn mới đầy triển vọng.
Cùng với việc tăng độ phân giải và chất lượng hình ảnh số là những yêu
cầu rất lớn về dải thông của thiết bị truyền hình. Do vậy, trong truyền hình số
nén tín hiệu Video là một công đoạn không thể thiếu. Với khả năng của thiết bị
hiện nay đây là một trong những kĩ thuật chủ chốt cần thực hiện. Ngay từ những
thời điểm ban đầu của truyền hình số, các tổ chức Quốc tế đã tập chung nghiên
cứu các công nghệ nén tối ưu cũng như chuẩn hoá nó nhằm đạt được sự dễ
dàng trong giao tiếp các hệ thống khác nhau.
Quá trình số hoá tín hiệu là tất yếu. Ở nước ta hiện nay đã và đang có sự
chuyển hoá dần dần từ truyền hình tương tự sang truyền hình số. Tại các studio,
các camera chuyên dụng,…của đài truyền hình Việt Nam đã sử dụng kĩ thuật số.

4
PHẦN I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH
CHƯƠNG I: TRUYỀN HÌNH ĐEN TRẮNG
1.1.Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình đen- trắng
Hệ thống truyền hình là một tập hợp các thiết bị cần thiết để đảm bảo các
quá trình phát và thu các hình ảnh trông thấy. Truyền hình được dùng vào nhiều
mục đích khác nhau. Tuỳ theo mục đích của truyền hình mà xác định chỉ tiêu kỹ
thuật của hệ thống cho phù hợp. Yêu cầu chung là ảnh nhận được trên màn hình
máy thu hình phải phản ánh trung thực vật cần truyền đi. Nhưng chất lượng ảnh
càng cao, thì thiết bị của hệ thống truyền hình càng phức tạp, cồng kềnh, đắt
tiền. Do đó, khi thiết kế các hệ thống truyền hình phải dung hoà các chỉ tiêu về
chất lượng ảnh, về kích thước,về kinh tế v.v… Song, dù với bất kỳ hệ thống
truyền hình nào cũng phải có sơ đồ khối tổng quát như sau:
Hình 1.1 : Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng
Ảnh của vật cần truyền đi qua hệ thống quang học của máy quay

( camera) hội tụ trên catốt quang điện của bộ chuyển đổi ảnh tín hiệu. Ở bộ
chuyển đổi này, ảnh quang được chuyển đổi thành tín hiệu điện , tức là chuyển
đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện.

Ảnh vật
A
Bộ
chuyển
đổi ảnh –
tín hiệu
Bộ khuyếch
đại và gia
công tín
hiệu
Kênh
thông
tin
Bộ khuyếch
đại tín hiệu
Bộ
chuyển
đổi tín
hiệu - ảnh
Bộ tách
song xung
đồng bộ
Bộ tạo xung
đồng bộ
Ống
kính

Hình ảnh A’
5
Hình ảnh là tin tức cần truyền đi. Tín hiệu điện mang tin tức về hình ảnh
được gọi là tín hiệu hình hay gọi là tín hiệu video. Quá trình chuyển đổi ảnh
quang thành tín hiệu điện là quá trình phân tích ảnh. Dụng cụ chủ yếu để thực
hiện sự chuyển đổi này là phần tử biến đổi quang điện, hay còn gọi là ống phát
hình.
Tín hiệu hình được khuyếch đại, gia công rồi truyền đi theo kênh thông
tin ( hữu tuyến hoặc vô tuyến ) sang phía thu. Ở phía thu, tín hiệu hình được
khuyếch đại lên đến mức cần thiểt rồi đưa đến bộ chuyển đổi tín hiệu - ảnh. Bộ
chuyển đổi này có tác dụng ngược lại với bộ chuyển đổi ở phía phát, nó chuyển
đổi tín hiệu hình nhận được thành ảnh quang ( chuyển đổi năng lượng điện thành
năng lượng ánh sáng ). Quá trình chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang là quá
trình tổng hợp ảnh hay khôi phục ảnh. Dụng cụ để thực hiện sự biến đổi này là
phần tử biến đổi điện – quang, còn gọi là ống thu hình.
Quá trình chuyển đổi tín hiệu - ảnh phải hoàn toàn đồng bộ và đồng pha
với quá trình chuyển đổi ảnh – tín hiệu thì mới khôi phục được ảnh quang đã
truyền đi. Để thực hiện sự đồng bộ và đồng pha, trong hệ thống truyền hình phải
dùng một bộ tạo xung đồng bộ. Xung đồng bộ được đưa lên bộ chuyển đổi ảnh –
tín hiệu để không chế quá trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến bộ khuyếch đại
và gia công tín hiệu hình để cộng với tín hiệu hình rồi truyền sang phía thu, tín
hiệu hình đã cộng thêm xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình.
Ở phía thu, xung đồng bộ tách ra khỏi tín hiệu truyền hình và dùng để
khống chế quá trình tổng hợp ảnh ( khôi phục ảnh ).
1.2.Đặc điểm máy thu hình
Nhiệm vụ của máy thu vô tuyến truyền hình là tiếp nhận tín hiệu cao tần
cảm ứng trên anten thu, khuyếch đại và biến đổi tín hiệu đó thành tín hiệu hình
ảnh và tín hiệu âm thanh, khôi phục hình ảnh và âm thanh đã phát đi.
Máy thu hình có những đặc tính chung của máy thu thanh sóng cực ngắn.
Tuy nhiên vì tín hiệu hình có dải tần khá rộng, việc khôi phục hình ảnh trên ống

thu đòi hỏi khá nhiều mạch phụ; bên cạnh việc thu hình lại còn có cả việc thu
tiếng v.v…

6
Hình 1.2: Sơ đồ khối máy thu hình đen trắng
Trên hình 1.3 cho thấy dạng phổ của tín hiệu qua các bộ phận khác nhau
của máy thu hình theo hệ OIRT.

Hệ
AGC
Mạch quétMạch đồng
bộ
Mạch cao áp
Bộ nguồn áp
thấp
Tách
sóng
Khuyếch
đại hình
Bộ điều
hưởng
Khuyếch
đại IF
Khuyếch đại âm
thanh IF
Tách sóng âm
thanh
Khuyếch đại
audio
Nối bình thường

Nối có lựa chọn
Đèn hình
Loa
An ten
S(f)
f
ttt
S(f)
f
mt
f
mh
f
ttt
6,5MH
z
f
tth =
f
ns
+ f
mh
S(f)
e
)
d)
f
S(f)
S(f)
a)

b)
c)
S(f)
f
f
f
f
f
f
7
Hình 1.3: Phổ của tín hiệu qua các bộ phận khác nhau của máy thu hình
a) Phổ tín hiệu trước khi đổi tần.
b) Phổ dao động ngoai sai ( f
ns
: tần số ngoại sai ).
c) Phổ tín hiệu sau khi đổi tần ( f
tth
: tần số trung tần hình).
d) Phổ tín hiệu sau khi tách sóng biên độ ( f
ttt
: tần số trung
tần tiếng ).
e) Phổ tín hiệu ở lối vào tách sóng tiếng ( 6,5 MHz : tần số
hiệu số )
f) Phổ tín hiệu hình sau bộ khuyếch đại tín hiệu hình.
Mức tín hiệu hình qua các bộ phận khác nhau của một máy thu hình tiêu
biểu được biểu thị bằng đồ thị như hình 1.4:

Khối cao tần Khối trung tần Tách
sóng

hình
Khuyếch đại hình
1V 0,7V
20V
1mV
K
1
=20
K
2
= 1000
K
3
= 0,7 K
4
= 30
8
Hình 1.4: Đồ thị mức tín hiệu hình
Bộ khuyếch đại trung tần có độ khuyếch đại rất lớn, đảm bảo cho máy thu
hình có độ nhạy cao. Bộ khuyếch đại tần số radio có độ khuyếch đại nhỏ vì tần
số làm việc quá cao lại thay đổi theo từng kênh. Bộ khuyếch đại tín hiệu hình
cũng có độ khuyếch đại nhỏ vì nó thường là bộ khuyếch đại một chiều có tầng
số ít (để đảm bảo làm việc ổn định ).
Độ khuyếch đại của khối cao tần và trung tần phải đủ lớn để tín hiệu ở lối
vào bộ tách sóng có biên độ cỡ IV nhằm đảm bảo cho bộ tách sóng hình làm
việc ở chế độ đường thẳng, tránh méo không đường thẳng.
Độ khuyếch đại của bộ khuyếch đại hình cũng nên có khả năng thay đổi
được, để thay đổi mắc tín hiệu vào ống thu, làm thay đổi độ contrast (độ tương
phản ) của ảnh truyền hình. Tuy nhiên, cũng có nhiều loại máy thu hình mà độ
khuyếch đại của bộ khuyếch đại hình không thể thay đổi lúc đó. Muốn thay đổi

contrast phải thay đổi độ khuyếch đại của bộ khuyếch đại trung tần.

9
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH MÀU
2.1.Nguyên lý truyền hình màu
2.1.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu
Hình ảnh truyền qua camera truyền hình màu được biến đổi thành tín hiệu
màu cơ bản U
R
, U
G
, U
B
như hình 2.1 . Các tín hiệu màu cơ bản này được đưa
qua các mạch hiệu chỉnh gamma, các mạch này sử dụng để bù méo gamma do
ống thu ở phía bên thu gây lên. Các tín hiệu đã bù méo U’
R
, U’
G
, U’
B
được đưa
vào mạch ma trận tạo ra tín hiệu chói U’
Y
và hai tín hiệu mang màu S
1
, S
2
. Các
tín hiệu S

1
, S
2
điều chế dao động tần số mang phụ tạo ra tín hiệu mang màu cao
tần U
C
. Trong bộ cộng, các tín hiệu U’
Y
và U
C
được trộn với nhau để trở thành
tín hiệu truyền hình màu tổng hợp U
M
= U’
Y
+ U’
C
. Với tín hiệu U
M
này được
truyền đến bên thu bằng cáp, hệ thống viba hoặc máy thu phát vô tuyến điện.
Hình 2.1. Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình màu
Qúa trình biến đổi các tín hiệu màu cơ bản U
R
, U
G
, U
B
thành tín hiệu
truyền hình màu tổng hợp U

M
gọi là quá trình mã hoá tín hiệu màu.
Phía bên thu, từ tín hiệu U
M
nhận được ( sau tách sóng video ) biến đổi
thành các tín hiệu màu cơ bản U’
R
, U’
G
, U’
B
. Qúa trình biến đổi ngược đó gọi là
quá trình giải mã tín hiệu màu.

Camera Mạch
cộng
Bộ
điều
chế
màu
Mạch
Ma Trận
Hiệu chỉnh
gama
Bộ chọn
tín hiệu
Mạch Ma
Trận
Bộ tách
sóng màu

U
G
U
B
U’
G
U
C
a)
U’
Y
U’
B
U
R
S
2
Ống Thu
S
1
U’
R
U’
B
U’
Y
S
1
S
2

U’
R
U’
G
b)
10
Qúa trình giải mã thực hiện trong phần tần số video của máy thu hình
màu. Tín hiệu truyền hình màu tổng hợp U
M
nhận được sau tách sóng được lọc
ra thành tín hiệu chói U’
Y
và tín hiệu mang màu cao tần U
C
. Sau bộ tách sóng
màu, ta thu được tín hiệu mang màu S
1
và S
2
đó là các tín hiệu hiệu số màu.
Nhờ có mạch ma trận từ tín hiệu U’
Y
, S
1
, S
2
tạo ra tín hiệu mang màu cơ
bản U’
R
, U’

G
, U’
B
( hoặc tín hiệu U’
R
– U’
Y
, U’
G
– U’
Y
, U’
B
– U’
Y
). Phần tử cuối
cùng của hệ thống là ống thu, ở đây là biến đổi các tín hiệu màu thành hình ảnh
phức tạp.

11
2.1.2.Sơ đồ khối máy thu hình màu.

Mạch
TĐT
Mạch
tự khử
từ
Nguồn
nuôi
Khối

chọn
kênh
sóng dm
Mạch
TĐK
Khuyếc
h đại tt
hình
Tách
sóng
hình
Khối
chọn
kênh
song mét
Kênh
tiếng
Mạch tạo
dđ đồng
quy
Khối
đồng bộ
Kênh
màu
Chỉnh lưu
cao áp
Khối quét
dòng
Kênh
chói

Kênh
đồng bộ
màu
Tạo tín
hiệu tt 2
Khối
điều
hành
Hình
thành
xung tắt
tia
Mạch sửa
méo gối
Khối quét
mặt
M
ạc
h
M
a
Tr
ận
K
Đ
U
R
K
Đ
U

G
K
Đ
U
B
Loa
Điện áp mạng
Thương
đến
kênh
chói
Đèn hình
m uà
Cuộn
lệch
Cơ cấu đồng
quy
- U
R
- U
B
- U
G
12
Hình 2.2: Sơ đồ khối máy thu hình màu.
Sơ đồ khối cơ bản của máy thu hình màu có dạng như hình 2.2 . Từ sơ đồ
chức năng hình 2.2 thấy rằng, trong máy thu hình màu đều có tất cả các khối
như trong máy thu hình màu đen trắng. Những khối chỉ có trong máy thu hình
màu là đèn hình màu, kênh màu, kênh đồng bộ màu, mạch ma trận, mạch tạo
dòng điện đồng quy, mạch sửa méo gối, mạch cân bằng trắng, mạch tự khử từ,

mạch tự động điều chỉnh tần số dao động tại chỗ.
Tín hiệu cao tần của băng sóng VHF & UHF được đưa tới khối chọn
kênh tương ứng. Khối chọn kênh có nhiệm vụ chọn kênh thu , khuyếch đại và
biến đổi tần số thu thành tần số trung tần: trung tần tiếng f
ttt
và trung tần đường
hình f
tth
( trung tần mang thông tin tín hiệu tổng hợp màu U
M
).
Phần tử chính của máy thu màu là đèn hình màu, nó biến đổi các tín hiệu
màu cơ bản thành hình ảnh màu. Loại đèn hình và thông số của nó ( như góc
lệch tia điện tử, kích thước màn hình, đường kính cổ điển hình ) quyết định

13
mạch điện và thông số một số mạch điện của máy thu hình màu ( như tầng ra
của các khối quét, mạch sửa méo gối, mạch tạo dòng điện đồng quy v.v… ).
Trường hợp máy thu hình màu xây dựng theo phương thức điều chế lưới,sơ đồ
chức năng của nó gần giống sơ đồ hình 2.2, chỉ khác ở cấu trúc mạch ma trận và
các tín hiệu đặt lên các điện cực của đèn hình màu, hình 2.3.
Hình 2.3: Phương thức điều chế đèn hình màu
2.2.Các hệ truyền hình màu
2.2.1. Hê truyền hình màu NTSC
* Giới thiệu
Năm 1950, hệ thống truyền hình màu NTSC ( Nationnal Television
Standart Committee ) được hình thành tại Mỹ có tính tương hợp đầu tiên trên thế
giới. Theo hệ NTSC, tín hiệu chói được tạo ra từ 3 tín hiệu màu cơ bản và phát
đi trong toàn dải tần của hệ thống truyền hình đen trắng thông thường, Tín hiệu
chói được xác định theo biểu thức :

U’
Y
= 0,299U’
R
+ 0,587U’
G
+ 0,114U’
B
;
*,Đặc điểm của hệ thống NTSC
Hệ thống NTSC ra đời rất sớm. do đó nó đã được thử thách trong thời
gian rất dài, kinh nghiệm tích luỹ về hệ thống này khá phong phú. Tuy nhiên vì

Kênh chói
Khuyếch
đại U
B -Y
Khuyếch
đại U
G - Y
Khuyếch
đại U
R -YMạch
Ma
Trận
G - Y
- U
Y
U
Y

U
B - Y
U
G - Y
U
R - Y
14
còn tồn tại nhiều nhược điểm cho nên nó không được sử dụng ở châu Âu và nơi
khác.
Ưu điểm chính của hệ thống NTSC là đơn giản thiết bị mã hoá và giãi mã
không phức tạp vì vậy giá thành thiết bị thấp hơn so với thiết bị hệ thống khác.
Khuyết điểm chính của hệ thống NTSC là rất dễ bị sai màu khi hệ thống
truyền tín hiệu màu không lí tưởng và có nhiễu.
2.2.2. Hệ truyền hình màu PAL
Hệ truyền hình màu NTSC tồn tại một số nhược điểm như sự nhạy cảm
của tín hiệu màu với méo pha và méo pha vi sai do sự biến đổi pha sóng mang
phụ, làm cho màu sắc của ảnh khôi phục không được chính xác. Thiết bị của hệ
thống đòi hỏi có độ chính xác cao. Để khắc phục nhược điểm của hệ thống
NTSC , nhiều hệ truyền hình màu đã lần lượt ra đời và có nhiều khác biệt với hệ
NTSC. Hệ truyền hình màu PAL là hệ truyền hình màu được CHLB Đức nghiên
cứu và được xem là hệ tiêu chuẩn từ năm 1996. Đây là hệ truyền hình đồng thời
truyền tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu.
*)Đặc điểm của hệ thống truyền hình màu PAL:
Ưu điểm
- Hệ PAL có méo pha nhỏ hơn hẳn so với hệ NTSC.
- Hệ PAL không có hiện tượng xuyên lẫn màu.
- Hê PAL thuận tiện cho việc ghi băng hình hơn hệ NTSC
Nhược điểm
- Máy thu hình hệ PAL phức tạp hơn vì cần có dây trễ 65µs và yêu cầu
dây trễ nay có chất lượng cao.

- Tính kết hợp với hệ truyền hình đen trắng kém hơn hệ NTSC.
2.2.3.Hệ truyền hình màu SECAM
Hệ truyền hình màu SECAM ( Sequentiel Couleur A’ Me’moire ) là hệ
truyền hình màu đồng thời - lần lượt. Là hệ truyền hình màu của Pháp. Trên
kênh sóng OIRT : 6,5MHz. Nhưng thực tế là 6,2 MHz. Năm 1965 Liên Xô và
Pháp đã cải tiến thành SECAM IIIB hay còn gọi là SECAM tối ưu. Hệ SECAM
IIIB có tính chống nhiễm tương đối cao, kém nhạy với méo pha, méo pha _ vi
sai, méo biên độ vi sai.
*)Đặc điểm của hệ truyền hình màu SECAM

15
- Truyền lần lượt từng dòng 12 tín hiệu màu DR & DB.
- Điều tần 2 tín hiệu màu vào 2 sóng mang màu riêng rẽ
- Tín hiệu video màu SECAM có 8 tin tức:
+ Tín hiệu hình.
+ Tín hiệu tiếng.
+ Tín hiệu đồng bộ ngang.
+ Tín hiệu đồng bộ dọc.
+ Tín hiệu hiệu màu DR
+ Tín hiệu hiệu màu DB

16
CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ
3.1 Khái niệm 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 mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho
các thiết bị truyền hình làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu
trước. Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu
tương tự vì nó có khả năng thực 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.
So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều
lần mà không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường
hợp, tín hiệu số đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự ( bộ lọc là
một ví dụ cụ thể ). Mặc dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp
truyền hình trên thế giới nhằm đạt được một hệ thống nhất chung là một hệ
thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối
trên kênh thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và đang được phát triển trên
toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công nghiệp truyền
hình.
Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra
như trên hình 3.1. Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu
truyền hình tương tự. Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số A/D sẽ biến
đổi tín hiệu truyền hình tương tự thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và
đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn.
Tín hiệu truyền hình số tại đầu ra bộ biến đổi A/D được đưa tới bộ mã hoá
nguồn, tại đây tín hiệu truyền hình số có tốc độ dòng bit cao sẽ được nén thành
dòng bit có tốc độ thấp hơn phù hợp cho từng ứng dụng. Dòng bit tại đầu ra bộ
mã hóa nguồn được đưa tới thiết bị phát ( mã hoá kênh thông tin và điều chế tín
hiệu ) truyền tới bên thu qua kênh thông tin.

17
Hình 3.1:Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hoá kênh.
Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho các tín hiệu trong kênh thông tin.
Thiết bị mã hóa kênh phân phối đặc tính cuả tín hiệu số với kênh thông tin. Khi
tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi
trên được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
Khái niệm mã hóa trong kênh được phổ biến không những trong đường
thông tin mà trong cả một số khâu của hệ thống truyền hình số, ví dụ như máy

ghi hình số, bộ điều chỉnh khoảng cách thời gian số, gia công tín hiệu truyền
hình số v.v…
Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình
xử lý tại phía phát. Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu
truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ
trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình.

Tín hiệu truyền
hình tương tự
Tín hiệu truyền
hình tương tự
Biến đổi
A/D
Thiết bị phát
Thiết bị thu
Biến đổi
D/A
Mã hoá
nguồn
Giải mã
hoá
nguồn
Mã hoá
kênh
Giải mã
hoá kênh
Điều chế
số
Giải điều
chế số

Kênh
thông tin
18
3.2. Đặc điểm của thiết bị truyền hình số.
Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền chương trình truyền hình là thiết
bị nhiều kênh. Ngoài tín hiệu truyền hình , còn có các thông tin kèm theo gồm
các kênh âm thanh và các thông tin phụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian
chuẩn, tần số kiểm tra, hình vẽ tĩnh, Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các
khoảng trống truyền nhờ bộ ghép kênh.
Truyền tín hiệu truyền hình số được thực hiện khi có sự tương quan giữa
các kênh tín hiệu, thông tin đồng bộ sẽ được truyền đi để đồng bộ các tín hiệu
đó.
Để kiểm tra tình trạng của thiết bị truyền hình số, sử dụng các hệ thống đo
kiểm tra tương tự như đối với hệ thống truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm
tra tín hiệu chuẩn. Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số so với
truyền hình tương tự.
a, Yêu cầu về băng tần.
Yêu cầu về băng tần là sự khác nhau rõ nét nhất giữa tín hiệu truyền hình
số và tín hiệu truyền hình tương tự. Tín hiệu truyền hình số vốn gắn liền với yêu
cầu băng tần rộng hơn. Ví dụ với tín hiệu video tổng hợp, yêu cầu tần số lấy
mẫu bằng bốn lần tần số song mang phụ - hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện
mã hoá với những từ mã dài 8 bit, tốc độ dòng bit sẽ là 115,2 Mbit/s, khi đó độ
rộng băng tần khoảng 58 MHz. Nếu có thêm các bit sửa lỗi, yêu cầu băng tần sẽ
phải tăng thêm nữa. Trong khi đó tín hiệu tương tự chỉ cần 1 băng tần 4,25 MHz
là đủ.
Tuy nhiên với dạng số, khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn.
Với các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa
( tất nhiên với mức độ nén này có thể gây ảnh hưởng xấu cho chất lượng hình
ảnh ). Các tính chất đặc biệt của tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự
báo cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng tần tín hiệu.

b.Tỉ lệ tín hiệu/ tạp âm ( Signal/ Noise)
Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống
nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi.

19
Nhiều tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng, tỉ lệ S/N của toàn
bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra, vì vậy luôn luôn
nhỏ hơn tỉ lệ S/N của khâu có tỉ lệ thấp nhất.
Với tín hiệu số, nhiễu là các bit lỗi – ví dụ xung “ on” chuyển thành “off “
. Nhiễu trong tín hiệu số được khắc phục nhờ các mạch sửa lỗi. Bằng các mạch
này có thể khôi phục lại các dòng bit như ban đầu
Khi có quá nhiều lỗi bit, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng
cách che lỗi. Tỉ lệ S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi cho đến khi tỉ
lệ bit lỗi BER ( Bit Error Rate ) quá lớn, làm cho các mạch sửa lỗi và che lỗi mất
tác dụng. Khi đó dòng bit không còn có ý nghĩa tin tức. Trong khi đó , đối với
các hệ thống tương tự khi có nguồn nhiễu lớn tín hiễu vẫn có thể sử dung được
( tất nhiên chất lượng kém đi rất nhiều )
Tính chất này của hệ thống sẽ đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương
trình truyền hình và các chức năng biên tập phức tạp cần nhiều lần ghi đọc. Ghi
băng bằng tín hiệu số đã được sử dụng rộng rãi trong các năm gần đây. Việc
truyền tín hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số
mà không làm suy giảm chất lượng tín hiệu hình.
Tuy nhiên trong truyền hình quảng bá, tín hiệu số phải gặp vấn đề khó
khăn khi thực hiện kiểm tra chất lượng ở các điểm ở trên kênh truyền. Tại đây
cần phải sử dụng các bộ biến đổi tương tự - số. Đây là một công việc có khối
lượng lớn và phức tạp.
c.Méo phi tuyến.
Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và
truyền. Cũng như đối với tỉ lệ S/N, tính chất này cũng rất quan trọng trong việc
ghi đọc chương trình nhiều lần, đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy

cảm với các méo khuyếch đại vi sai như hệ NTSC.
d. Chồng phổ. ( Alisasing )
Một tín hiệu truyền hình số được lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và
chiều ngang, nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hướng. Theo chiều
thẳng đứng, chồng phổ trong hai hệ thống số và tương tự như nhau. Độ lớn của
méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộc vào các thành phần tần số vượt qua
tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist. Để ngăn ngừa hiện tượng méo do chồng phổ
theo chiều ngang, có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn hơn hai
lần thành phần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự.

20
e, Giá thành và độ phức tạp
Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn các mạch tương tự. Khi mới xuất
hiện , giá thành các thiết bị số cao hơn nhiều so với các thiết bị tương tự. Thêm
nữa việc thiết lập, sử dung và duy trì chúng còn khá bỡ ngỡ đối với những người
làm chuyên môn. Tuy nhiên, các vấn đề này đã nhanh chóng được thực hiện dễ
dàng nhờ sự phát triển của công nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy
tính. Các nghành công nghiệp này đã thúc đẩy sự phát triển của lực lượng nòng
cốt trong lĩnh vực kỹ thuật số. Các mạch số tích hợp cỡ lớn LSI ( Large Scale
Intergation ) và rất lớn VLSI ( Very Large Scale Intergation ) xuất hiện làm
giảm giá thành trang thiết bị số. Kết quả là nhiều hệ thống này đã có giá thành rẻ
hơn hệ thống tương tự cùng chức năng.
f. Xử lý tín hiệu
Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ
thống tương tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn. Sau khi biến đổi A/D,
tín hiệu còn lại một chuỗi các số,bit “ 0 “ và “ 1”, có thể thao tác các công việc
phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên
nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh . Các
công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng là : sửa lỗi thời gian gốc, chuyển
đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần v.v…

g. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng
cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bi nhiễu. Một phần
vị tín hiệu số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh,một phần là do khả năng
thay thế xung xoá và xung đồng bộ bằng các từ mã nơi mà trong hệ thống truyền
dẫn tương tự gây ra nhiễu lớn nhất.
Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm
băng tần tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có thể phát ra các chương
trình với độ phân giải cao HDTV như hệ truyền hình hiên nay.
h. Hiện tượng bóng ma ( ghosts )
Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy
thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh cuả hệ thống số cũng làm
giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.

21
PHẦN II: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH
CHƯƠNG I: CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO
1.1. Số hoá tín hiệu video.
Thông tin ảnh là một lĩnh vực rất quan trọng, có đặc thù riêng, đang được
phát triển mạnh mẽ. Một trong những mục tiêu đặt ra đối với truyền hình là hình
ảnh có chất lượng cao, do vậy số hoá tín hiệu video đã được các nhà khoa học để
ý. Do tín hiệu số có nhiều ưu
điểm hơn tín hiệu tương tự.
Mà nó thể hiện dưới đây.
1.1.1. Biến đổi tương tự sang
số.
Quá trình biến đổi tín
hiệu tương tự sang số
gồm 3 giai đoạn:
• Lấy mẫu tín hiệu
tương tự:

Là quá trình gián
đoạn (rời rạc hoá ) theo
thời gian bằng tần số
lấy mẫu fsa. Kết quả thu
được là chuỗi các mẫu.
• Lượng tư hoá:
Là quá trình rời rạc
hóa tín hiệu theo biên
độ tín hiệu (đã dược rời
rạc hoá theo thời gian).
Nghĩa là chia biên độ ra
nhiều khoảng
(mức)khác nhau và mỗi
mức được gán một giá trị (biên độ).
• Mã hoá tín hiệu được lượng tử hoá:

111
110
101
100
011
010
001
000
7
6
5
4
3
2

1
0
Mẫu
Chu kỳ lấy mẫu
7
6
5
4
3
2
1
0
1
0
110 110 111 110
101
001 001 010 110
Hình 1.1: Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu
số
Mức
lượng
tử
a)
b)
c)
d)
e)
22
Tín hiệu lượng tử hoá được chuyển thành tín hiệu số bằng việc sắp xếp
cho mỗi mức tín hiệu (hệ thập phân) theo hệ đếm nhị phân.

Các quá trình được biểu diễn ở hình sau:
a) Tín hiệu tương tự
b)Tín hiệu lấy mẫu
c) Tín hiệu lượng tử hoá
d)Mã hoá tín hiệu
e) Xung biểu diễn tín hiệu mã hoá
Số “0” và “1” được biểu diễn bằng số bit (binary digit). bit là đơn vị nhỏ
nhất của thông tin rời rạc, biểu diễn một trong hai trạng thái: có xung “1” hoặc
không có xung “0”. Tin hiệu số được biểu diễn bằng chuỗi các xung “1” và “0”.
Để truyền tín hiệu cần phải dùng mã (code). Trong đó số bit của mã phụ thuộc
vào loại thông tin (tín hiệu). Mã một bít (1 hoặc 0) có thể truyền thông tin đơn
giản nhất. Mã hai bit có thể truyền 4 thông tin khác nhau (00, 01, 10, 11). Mã 3
bit có thể truyền 8 thông tin khác nhau (000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111).
Tín hiệu càng phức tạp (tín hiệu video ) đòi hỏi số bit biểu diễn càng cao.
Nhóm các bit ký hiệu (symbol) tín hiệu số, biểu diễn các mẫu đã lượng tử
hoá, tạo ra từ mã (code word). Từ mã có số bit dùng trong mã. Giá trị tín hiệu
biểu diễn mỗi thông tin tại mỗi thời điểm bằng một từ mã. Mỗi mẫu tín hiệu
tương tự được biểu diễn bằng số nhị phân, gồm n bit. N bit biểu diễn mẫu có
quan hệ chặt chẽ với m khoảng lượng tử: m=2
n
.
Lượng thông tin truyền trong một đơn vị thời gian (còn gọi là thông tin)
được gọi là tốc độ bit (bit rate), có đơn vị là bit/giây. Tốc độ bit C được tính dựa
theo công thức Shannon:
C=W × log
2







+
S
N
1
(bit/s)
C=fsa.n
Với: C:Tốc độ bit[bit/s]
W: Độ rộng kênh truyền.
S/N: Tỷ số tín hiệu trên nhiễu.
Thực tế công thức shannon cho biết để truyền tín hiệu có tốc độ bit C
[bit/s] cần có độ rộng băng tần kênh truyền:

23
)(
4
3
W¦ HzC
≥
Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số được thực hiện ở phía
đài phát. Ở phía thu thực hiện quá tình ngược lại. Quá trình ngược lại được thực
hiện bởi các hình sau:
1.1.2. Tín hiệu video và biến đổi tín hiệu video.
Tín hiệu video ở các hệ truyền hình mầu tương tự có 3 tín hiệu chính: tín
hiệu chói Y và hai tín hiệu hiệu mầu R-Y, B-Y. Ta có thể lựa chọn các phương
pháp số hoá tín hiệu video.
-Biến đổi số với tín hiệu mầu hoàn chỉnh (NTSC, PAL, SECAM).
-Biến đổi số các tín hiệu video thành phần chói Y thành phần (R-Y) và
(B-Y) một cách độc lập.

-Biến đổi số một cách độc lập với các tín hiệu mầu cơ bản R, G, B.

1
0
110
110111 11010
1
01
0
00
1
01
0
10
0
a)
111
110
101
100
011
010
001
000
7
6
5
4
3
2

1
0
b)
7
6
5
4
3
2
1
0
c)
Hình 1.2: Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự
24
Thực tế nghiên cứu cho thấy phương pháp biến đổi tín hiệu video thành
phần cho chất lượng hình ảnh thu được cao hơn tại cung tần số lấy mẫu và cùng
số bit biểu diễn mẫu.
1.2. Lấy mẫu tín hiệu video.
Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu
số là lấy mẫu. Do đó tần số lấy mẫu là một trong những thống số cơ bản của hệ
thống kĩ thuật số. Có nhiều yếu tố quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần
số lấy mẫu cần được xác định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao
nhất, tín hiệu truyền với tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch
điện thực hiện đơn giản.
1.2.1. Quan hệ toán học.
Gọi S
(r)
là hàm lấy mẫu. Kết quả láy mẫu sẽ cho chuỗi xung có chu kỳ là
tsa, thời gian xung t<<tsa, biên độ một đơn vị. Ta biểu diễn tín hiệu rời rạc:
X

s
(t)=X
a
(t)× S(t)=
Tsa
t
[X
a
(t)+2A
1
X
a
(t)× cosωs
sa
t +2A
2
× X
a
(t)× cosω
sa
t]
Trong đó: X
a
(t) là tín hiệu (vào) tương tự .
S(t)=
Tsa
t
(1+∑2A
n
× cosω

sa
t)
ω
sa=
2π fsa:Tần số góc lấy mẫu
f
sa
=
Tsa
1
:Tần số lấy mẫu
A
n
=
tTsan
tn
π
π
sin
, n=1,2,3…Hệ số thành phần fourrier
Biến đổi fourrier hàm số X
s
(t) sang miền tần số
X
s
(t)=
Tsa
1
{X
a

(f)+A
1
[X
a
(f-fa)+X
a
(f+fa)]+ A
2
[X
a
(f-2fa)+X
a
(f+2fa)+]+Λ }
Trong đó:X
a
(t): phổ tín hiệu (vào) tương tự
Ta nhận thấy (2-2) là phổ tín hiệu rời rạc , là một chuỗi vô hạn các phổ tín
hiệu vào nằm ở khoảng cách tần số f
sa
=
Tsa
1
, có các thành phần nhân với hệ số

25