Hệ thống truyền hình số mặt đất (DVB-T) và một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống

Edited by Foxit PDF Editor
2003 - Ï010
I'W '
ĐẠI ỈHỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRưòlVVIG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ
PHẠM MINH HÒA
H Ệ T H Ố m TR Ư TỂN H ÌN H số M ẶT ĐÂT (DVB-T)
V / MỘT S Ố G IẢ I PHÁP NÂNG CAO
CHẨ7T LƯỢNG HỆ THỐ NG.
Nginh: Côigỉ nghệ Điện tử - Viễn Ihông.
Chiyên ngimh: Kỹ thuật Điện tử.
M. Số: 60 522 70
L,UẬN VẢN THẠC s ĩ
NGƯỜI HUỚNG DẪN KHOA HỌC
ĐAI HC QUÓCGìiiM H.', NỘI ;
TRUNG TM ÍHÒNQ Tr.'M
m- l o ì M ỉ \
,—

— TS. Trịnh Anh Vũ
Hà Nội - 2008
MỤC LỤC
Danh mục các chữ viết tắt
Danh mục các hình minh họa
Danh mục các bảng biểu
Mở đầu
Chương 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỂN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T

1
1.1. XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRUYỀN h ìn h s ố 1
1.2. CÁC TIÊU CHUẨN VỀ TRUYỀN h ìn h số MẶT ĐẤT 2

1.3. ĐẶC ĐIỂM Cơ BẢN CỦA TIÊU CHUAN DVB-T

4
1.4. Sơ ĐỒ KHỐI HỆ THỐNG TRUYỀN h ìn h s ố MẶT ĐẤT DVB-T 5
Chương 2: CÁC KỸ THUẬT c ơ BẢN TRONG TRƯYỂN hình số m ặt đ ấ t

9
2.1. KỶ THUẬT SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN h ìn h 9
2.1.1. Lấy mâu tín hiệu Video 9
2.1.2. Lượng tử hóa và mã hó a 12
2.2. KỸ THUẬT NÉN MPEG-2 13
2.2.1. Các khái niệm cơ bản của quá trình mã hóa Video MPEG-2
13
2.2.2. Nén video số theo tiêu chuẩn MPEG-2 14
2.2.2.1. Nén ảnh 1 14
2.22.2. Nén ảnh loại p (nén liên ảnh) 18
2.2.23. Nén ảnh B 20
2.2.3. Các đặc tính và mức (Profiles and levels) 21
2.2.4. Nén Audio 22
2.2.5. Cấu trúc của dòng dữ liệu MPEG-2 24
2.2.5.1. Cấu trúc phân lớp 24
2.2.5.2. Dòng cơ sở và dòng cơ sở đóng gói 26
2.2.5.3. Dòng chương trình (PS) và dòng truyền tải 27
2.3. GHÉP KÊNH DÒNG TRUYỀN tả i nh iều chư ơng t rìn h

29
2.4. KỸ THUẬT MÃ HÓA ĐƯỜNG TRƯ YEN

31
2.5. PHẦN ĐIỀU C H Ế 42

2.6. CHẤT LƯỢNG ĐƯỜNG TRUYỀN t h e o tiêu CHưẨN DVB-T

53
Chương 3: MỘT s ố GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG TRUYỂN
HÌNH Số MẬT ĐẤT THEO CHUẨN DVB-T 56
3.1. CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU TRUYỀN h ìn h s ố MẶT ĐẤT TỪ
PHÍA PHÁT 56
3.1.1. Tăng khả nảng sửa lỗi của mã ngoài 57
3.1.2. Tăng độ sâu bộ tráo ngoài 57
3.1.3. Thay đổi kích thước nhớ bộ mã hóa trong 58
3.1.4. Thay đổi độ sâu bộ tráo trong 59
3.1.5. Sử dụng điều chế có phân cấp 60
3.1.6. Lựa chọn FFT và khoảng bảo vệ 63
3.2. CẢI THIỆN CHẤT LUỢNG TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH số MẶT ĐẤT Ở PHÍA THU 66
3.2.1. Thu phân tập 66
3.2.2. Sử dụng thuật toán CD3-OFDM
66
Chương 4: NGHIÊN cứ u ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC THAM s ố VÀ TẬP CÁC
THAM SỐ ĐẾN CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BANG THỬ NGHIỆM THựC T Ế

70
4.1. THIẾT BỊ SỬ DỤNG ĐỂ THỬNGHIỆM
70
4.2. KẾT QUẢ THỬNGHIỆM 71
4.2.1. BER và MER (tỷ lệ lỗi điéu chế) 72
4.2.2. BER và FFT 73
4.2.3. Phân tích I, Q với một số bộ tham số khác nhau 73
a. Kết quả phân tích I, Q với bộ tham số 64-QAM, FEC = 3/4, Tg = 1/4

73

b. Kết quả phân tích I, Q với bộ tham số 16-QAM, FEC = 3/4, Tg = 1/32

75
4.2.4. Lựa chọn bộ tham sô' tối ưu giữa các bộ tham số có dung lượng bit (hiệu xuất
sử dụng phổ) tương đương 76
4.3. KẾT LUẬN VÀ MỘT số ĐỀ XUẤT
85
T À I LIỆU T H A M K H Ả O
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ATSC
Advanced Television Standards
Committee
Hội đồng các tiêu chuẩn truyền
hình tiên tiến
B frame
Bi-directionally predicted frame
Ảnh dự báo 2 chiều
BER Bit error Rate Tỷ lệ lỗi bit
CA Conditional Access
Truy cập có điều kiện
CAT
Conditional Access Table Bảng truy cập có điểu kiện
COFDM
Codec Orthgonal Frequency
Division Multiplex
Mã hóa ghép kênh theo tần số
trực giao

D/A
Digital To Analog
Chuyển đổi số/ tương tự
DAB
Digital Audio Broacasting
Phát thanh số
DBS
Direct Broacasting Satellite Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh
DCT Discrete Cosin Transform Biến đổi Cosin rời rạc
DEMUX
Demultiplex
Tách kênh
DiBEG
Digital Broadcasting Expert's Group
Nhóm chuyên gia truyền hình
số (Nhật)
DPCM Differential Pulse Code Modulation
Điều xung mã vi sai
DSP
Digital Signal Processor
Bộ xử lý tín hiệu số
DTH
Direct To Home
Truyền hình trực tiếp từ vệ tinh
đến các hộ gia đình
DTV
Digital Television
Truyền hình số
DVB
Digital Video Broadcasting

Truyền hình số (chuẩn châu Âu)
DVB'T
DVB-Terrestrial
Truyền hình số mãt đất DVB-T
EBU
European Broacast Union
Hiệp hội p.thanh - T.hình châu Âu
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
ES Elementary Stream
Dòng cơ bản
ETSI
European Technical Standard
Institute
Viện chuẩn viễn thông châu Âu
FEC
Forward Error Correction
Sửa lỗi tiến
FFT
Fast Fourie Tranformation Biến đổi Fouire nhanh
FIFO
First in First out
Vào trước ra trước
GOP Group Of Picture
Nhóm ảnh
HDTV
High Definition Television
Truyền hình độ phân giải cao
HP

High Priority
Ưu tiên cao
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
Biến đổi nhanh Fourie ngược
ISO
International Standard Organization
Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ITU
International Telecommunication
Union
Hiệp hội viễn thông quốc tế
LP
Low Priority
Ưu tiên thấp
LSB
Least Significant Bit
Bit ít quan trọng nhất
MFN Multi Frequency Network
Mạng đa tần
MFP Mega-Frame Packet
Gói Mega Frame
MPEG
Motion Picture Expert Group
Nhóm chuyên gia nghiên cứu
ảnh động
MSB Most Significant Bit
Bit quan trọng nhất
MUX
Mutiplex
Ghép kênh

OFDM
Ortholognal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần sô'
trực giao
PAL Phase Alternating Line
Hệ PAL (trong TH tương tự)
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
PAT
Program Association Table
Bảng truy xuất chương trình
PCR Program Clock Reference
Đổng hồ tham chiếu chương
trình
PES
Paket Elementary Stream Dòng cơ bản đóng gói
p frame
Predicted frame
Ảnh dự báo ảnh trước nó (trong
chuẩn MPEG)
PID
Packet Identifi cation Nhận dạng gói
PRBS Pseudo-Random Binary Sequence
Chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên
PMT
Program Map Table
Bảng bản đổ chương trình
PS Program Stream Dòng chương trình

QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều biên vuông góc
QEF
Quasi - Error Free Gần như không lỗi
QPSK Quaternary Phase Shift Keying Khoá dịch pha 4 mức
SCPC
Single Channel Per Carrier Đơn kênh trên một sóng mang
SFN
Single Frequency Network
Mạng đơn tần
SI
Service Information Thông tin dịch vụ
RLC
Run Length Coding
Mã hoá theo chiều dài
TPH
Transport Packet Header
Tiêu đề gói truyền tải
TPS
Transmission Parameter Signalling
Tham số báo hiệu truyền dẫn
TS
Transport Stream
Dòng truyền tải
VBR
Variable Bit Rate
Tốc độ bit thay đổi
VLC
Variable Length Coding

Mã hoá với độ dài từ mã thay
đổi
DANH MỤC CÁC HÌNH MINH HỌA
Thứ tự
Tên hình vẽ
Trang
Hình 1.1
Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số DVB-T
7
Hình 2.1
Quá trình mã hóa video MPEG-2
14
Hình 2.2
Quá trình giảm dữ liệu thực hiện với ảnh I
15
Hình 2.3
Các khối mẫu và các hệ số DCT
16
Hình 2.4
Hai cách quét các hệ số DCT
18
Hình 2.5
Đánh giá chuyển động
19
Hình 2.6
ước lượng chuyển động và bù chuyển động dự đoán ảnh p
20
Hình 2.7
Sơ đổ khối quá trình mã hóa MPEG
21

Hình 2.8
Bộ mã hóa cảm thụ audio cơ bản
23
Hình 2.9 Cấu trúc phân lớp video MPEG-2
25
Hình 2.10 Cấu trúc dòng cơ sở Video
26
Hình 2.11
Cấu trúc PES và nội dung của các Header
27
Hình 2.12 Cấu trúc dòng truyền tải
28
Hình 2.13 Gói truyển MPEG-2
29
Hình 2.14
Dòng chương trình và dòng truyền tải
29
Hình 2.15
Ghép kênh dòng TS (a), dòng TS nhiều chương trình (b)
30
Hình 2.16
Sơ đổ bộ mã hóa ngẫu nhiên
32
Hình 2.17 Khối Outer Interleaver và khối Outer Deinterleaver 34
Hình 2.18 Sơ đổ khối khối xáo trộn trong hệ thống có phân cấp 38
Hình 2.19 Sơ đồ khối khối xáo trộn trong hệ thống không phân cấp 39
Hình 2.20 Sơ đổ tạo địa chỉ xáo trộn symbol chế độ 2K
41
Hình 2.21 Sơ đồ tạo địa chỉ xáo trộn symbol chế độ 8K
41

Hình 2.22
Biểu đồ chòm sao tín hiệu cơ bản của DVB-T không phân cấp 42
Hình 2.23
Biểu đồ chòm sao tín hiệu cơ bản của DVB-T phân cấp
43
Hình 2.24 Phổ của một kênh con OFDM 45
Hình 2.25
Một đoạn phổ OFDM
45
Hình 2.26
OFDM trên miền tần số và thời gian
45
Hình 3.1
Sơ đồ khối máy phát truyền hình số mặt đất
56
Hình 3.2
Sơ đổ bộ tráo bytes có độ sâu bằng 12
57
Hình 3.3
Bộ mã hóa trong sử dụng mã xoắn mẹ
58
Hình 3.4
Quan hệ tỷ lệ lỗi bit BER và tỷ lệ mã trên trục tọa độ năng
lương bit trên nhiễu Eh/N0
59
Hình 3.5
Đồ thị chòm sao của điều chế QPSK, không phân cấp
60
Hình 3.6
Đổ thị chòm sao của điều chế 16QAM, không phân cấp

60
Hình 3.7
Đồ thị chòm sao của điều chế 64QAM, không phân cấp
61
Hình 3.8
Đồ thị chòm sao của điều chế 64QAM, phân cấp a = 2
61
Hình 3.9
Quan hệ tỷ lệ lỗi bit BER và Eb/N0 đối với các mật độ điều
chế khác nhau
62
Hình 3.10
Mức độ lỗi bit vói tỷ lệ mã sửa sai và mật độ điểu chế khác
nhau
62
Hình 3.11
Mô hình mạng phát sô' mặt đất SFN
68
Hình 3.12
Xác suất phủ sóng tối thiểu của máy thu thông thường và
máy thu sử dụng thuật toán CD3-OFDM, đối với các thông
số máy phát khác nhau
68
Hình 3.13
Quan hệ giữa xác suất phủ sóng tối thiểu của máy thu thông
thường va máy thu sử đụng thuật toán CD3-OFDM theo
khoảng cách giữa các đài phát, khi sử dụng tỷ lệ mã 2/3 và
điều chế 16-QAM
69
Hình 3.14

Quan hệ giữa xác suất phủ sóng tối thiểu của máy thu thông
thường và máy thu sử dụng thuật toán CD3-OFDM theo
khoảng cách giữa các đài phát, khi sử dụng tỷ lệ mã 2/3 và
điều chế 64-QAM
69
Hình 4.1 Sơ đồ đấu nối thiết bị đo kiểm tra
71
Hình 4.2 Phân tích I,Q với bộ tham số 64-QAM, FEC 3/4, Tg 1/4.
73
Hình 4.3 Phân tích I,Q với bộ tham số 16-QAM, FEC 3/4, Te 1/32.
75
DANH MỤC CÁC BẢNG BlỂư
THỨTự
TÊN BẢNG, BIỂU
Trang
Bảng 2.1
Ma trận lượng tử mặc định áp dụng cho ảnh I,P,B
17
Bảng 2.2
Các Profile và Level MPEG-2
22
Bảng 2.3
Đặc tính kỹ thuật của audio MPEG-1 và MPEG-2
23
Bảng 2.4
Thuật toán rút bỏ các bits mã tạo mã con có tỷ lệ mã
khác nhau từ một mã mẹ duy nhất
36
Bảng 2.5
Chế độ 2K

41
Bảng 2.6
Chế độ 8K
41
Bảng 2.7
Môt vài tham số chính
47
Bảng 2.8
Vị trí các sóng mang Pilot liên tục
49
Bảng 2.9
Thứ tự sóng mang trong dòng truyền tải TPS
49
Bảng 2.10
Thứ tự khung trong siêu khung 51
Bảng 2.11 Biểu thị chòm sao
51
Bảng 2.12
Giá trị của hệ sô' a
51
Bảng 2.13
Bảng biểu thị tỷ lệ mã xoắn cho dòng HP và dòng LP 52
Bảng 2.14
Tốc độ dữ liệu và tỷ số C/N của hệ thống DVB-T với
kênh 8 Mhz của hệ thống không phân cấp
53
Bảng 3.1
Số gói RS trong một khung OFDM
63
Bảng 3.2 Tốc độ bit hữu ích

63
Bảng 3.3
Yêu cầu tỷ số C/N để BER = 2x1 O'4 đối với điều chế
phân cấp
64
Bảng 3.4
Yêu cầu tỷ số C/N để BER = 2x10‘4 đối với điều chế
không phân cấp
65
Bảng 4.1
BER tương ứng C/N đối với FFT khác nhau
(phương pháp điều chế 64QAM, FEC = 2/3)
73
Bảng 4.2
Tổng hợp kết quả phân tích I, Q với một số bộ tham
số trong chế độ 2K
74
Bảng 4.3
Kết quả đo Kiểu điều chế 16QAM, tỉ lệ mã 3/4,
khoảng bảo vệ 1/4 và kiểu điều chế 64QAM, tỉ lệ mã
1/2, khoảng bằo vệ 1/4
76
Bảng 4.4
Kết quả đo Kiểu điều chế 16QAM, tỉ lệ mã 3/4,
khoảng bảo vệ 1/8 & Kiểu điều chế 16QAM, tỉ lệ mã
5/6, khoảng bảo vệ 1/4 & Kiểu điều chế 64QAM, tỉ
lệ mã 1/2, Khoảng bảo vệ 1/8
78
THỨTự
TÊN BẢNG, BIỂU

Trang
Bảng 4.5
Kết quả đo Kiểu điều chế 16QAM, tỉ lệ mã 3/4,
khoảng bảo vệ 1/32 & kiểu điều chế 64QAM, tỉ lệ
mã 1/2, khoảng bảo vệ 1/32
80
Bảng 4.6
Kết quả đo Kiểu điều chế 16QAM, tỉ lệ mã 3/4,
khoảng bảo vệ 1/8 & kiểu điều chế 64QAM, tỉ lệ mã
5/6, khoảng bảo vệ 1/4
82
Bảng 4.7
Các thông sô' phát phù hợp với dung lượng chương
trình và ty số C/N
85
MỞ ĐẦU
Gần một thế kỷ qua, ngành truyền hình trên toàn thế giới đã mang thông tin, tin
tức và các chương trình giải trí đến một lượng lớn khán giả trên toàn thế giới. Trong
khoảng 60 năm đầu, sự phát triển công nghệ truyền hình hoàn toàn dựa vào công
nghệ tương tự (Analog), nhưng trong vòng mười năm trở lại đây, ngành Truyền hình
đã dần dần chuyển sang công nghệ số (Digital). Việc chuyển dịch lên Truyền hình số
là một sự tiến hóa hơn là một cuộc cách mạng. Đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên
mới về sô' sẽ nâng cao chất lượng hình ảnh truyền hình ngang với chất lượng chiếu
phim, âm thanh ngang với chất lượng CD. Cùng với nhiều loại hình dịch vụ mới,
truyền hình sô' còn cho thuê bao xem được nhiều chương trình truyền hình với chất
lượng cao nhất.
Ở Việt Nam, kỹ thuật Truyền hình số cũng đã được quan tâm chú ý. Năm 1999,
Tiểu ban Qui hoạch của Trung tâm Truyền dẫn Phát sóng đã đưa ra định hướng
“ Công nghệ số hóa truyền đẫn phát sóng năm 2000 đến 2010”. Các +trung tâm
BRAC, VTC và Trung tâm QLKHTH đã tiến hành thử nghiệm ghép nối bộ điều chế

số, hệ DVB-T vào máy phát tương tự, tiến hành phát sóng và đo đạc. Các công trình
này đã đạt nhiều kết quả khả quan và vẫn đang tiếp tục đẩy mạnh hơn nữa.
Nhằm góp phần tìm hiểu về kỹ thuật Truyền hình số mặt đất và việc nâng cao
chất lượng Hệ thống truyền hình sô' mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T, tác giả luận văn
đã chọn đề tài: Hệ thống truyền hình số mật đất DVB-T và một số giải pháp
nâng cao chất lượng hệ thống.
Nội dung luận văn gồm 4 chương:
Chương 1 : Tổng quan hệ thống Truyển hình sô' mặt đất DVB-T.
Chương 2: Các kỹ thuật cơ bản trong truyền hình sô' mặt đất.
Chương 3: Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống Truyền hình số mặt đất
theo chuẩn ĐVB-T.
Chương 4: Nghiên cứu ảnh hưởng của các tham số và tập các tham số đến chất lượng
hệ thống bằng thử nghiệm thực tế.
Qua đây, tác giả luận văn xin chân thành cám ơn sự hướng dẫn khoa học nhiệt
tình của thầy giáo Tiến sĩ Trịnh Anh Vũ, các anh chị đang công tác tại Trung tâm Tin
học và Đo lường - Đài Truyền hình Việt Nam, cùng sự góp ý nhiệt tình của các Thầy
cô và đồng nghiệp đã giúp đỡ tôi hoàn thành luận văn này.
Hà Nội, tháng 10 - 2008
Học viên
Phạm Minh Hòa
LỜI CAM ĐOAN
Tên tôi là: Phạm Minh Hoà, học viên lớp cao học Điện tử viễn thông
K12D1, trường Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội xin cam đoan:
Bản luận văn “ Hệ thống truyền hình số mặt đất (DVB-T) và một số giải pháp
nâng cao chất lượng hệ thống ” là do chính tôi viết với sự hướng dẫn khoa học
của thầy TS. Trịnh Anh Vũ. Nội dung của luận vãn không sao chép từ bất kỳ tài
liệu nào đã được công bố. Các số liệu đo đạc trong bản luận văn là kết quả
nghiên cứu, thực nghiệm thực tế.
Hà Nội, tháng 10 năm 2008.
HỌC VIÊN

Phạm Minh Hoà
-1-
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỂN h ì n h s ố
MẶT ĐẤT DVB-T
1.1. XU HƯỚNG PH ÁT TRIỂN TRUYỀN HỈNH s ố
Xu hướng hoà nhập của công nghệ truyền hình
Thế giới đã bước vào một kỷ nguyên mới của thời đại công nghệ thông tin bằng
sự hội tụ của các phương tiện truyền thông. Trước đây các phương tiện để truyền tải
thông tin chính được tách biệt rành mạch như: điện thoại dùng cho các cuộc hội đàm,
in ấn dùng trong văn bản, truyền hình cho giải trí thị giác và phát thanh cho các dịch vụ
tin tức, âm nhạc. Mỗi phương tiện đều có các qúa trình riêng biệt, nhưng hiện nay các
lĩnh vực phát thanh và truyền hình đang dần hoà nhập, các ứng dụng mới đang được
giới thiệu, các dịch vụ tổng hợp đang đần được hình thành, các hàng rào ngăn cách
giữa các dịch vụ dần được xoá bỏ để các dịch vụ này hoà nhập với nhau thành một thể
thống nhất.
Để theo kịp xu hướng phát triển của ngành công nghiệp truyén thông, kỹ thuật
truyền hình cũng cần có sự cải tiến về công nghệ trong toàn bộ hệ thống như ghi, dựng,
truyền dẫn và phát sóng. Các tổ chức quốc tế đã thống nhất những tiêu chuẩn trong
truyền hình số để tạo đà phát triển hệ thống mới này, các chỉ tiêu thống nhất bao gồm
các chỉ tiêu về chất lượng hình ảnh, chỉ tiêu về định dạng thiết bị, chỉ tiêu về chuyển
đổi các hệ thống.
Hệ thống các mạng truyền thông tương lai
Chúng ta có thể hình dung được một tương lai của thế giới thông tin với những
dịch vụ có thể đáp ứng được yêu cầu của con người một cách nhanh chóng nhất. Thế
giới đa phương tiện chính là sự hội nhập của công nghệ máy tính với công nghệ phát
thanh và truyền hình. Chất lượng và sự hội nhập là mục đích của hệ thống đa phương
tiện nhằm đạt hiệu quả trong các mục đích ứng dụng như: dịch vụ thư điện tử, truyền
dẫn dữ liệu và hổ sơ, truy cập thông tin tương tác.
Các dịch vụ tương tác hai chiều là yếu tố khẳng định sự phát triển trong truyển
hình - viễn thông. Ở đây mạng máy tính là thiết bị xử lý thông tin trong thời gian

không thực và truyẻn hình là thiết bị trong thời gian thực. Mạng máy tính có hiệu quả
trong truyền thông tin điểm - điểm, trong khi truyền hình là dịch vụ thông tin điểm - đa
điểm. Sự kết hợp máy tính và truyền hình tạo nên một hệ thống mang nhiều lợi điểm
trong mạng tổng hợp. Một mô hình kết hợp giữa máy tính cá nhân và máy thu hình đã
ra đời trên thị trường thương mại thế giới trong vài năm trở lại đây, và mô hình này
chắc chắn sẽ được phát triển trong tương lai.
Truyền hình trong môi trường truyền thông đa phương tiện
Phát thanh và truyền hình đã và đang đáp ứng nhu cầu của toàn thể nhân loại
trong việc cập nhật thông tin, thời sự, thể thao, thời tiết và phần lớn các dịch vụ âm
thanh và hình ảnh. Tuy nhiên trong thời gian qua, hệ thống truyền hình quảng bá tương
tự gần như là một phương tiện duy nhất trong việc phân phối các chương trình đến các
hộ gia đình.
Phát thanh và truyền hình trong tương lai sẽ không còn là thông tin một chiều mà
là thông tin hai chiều, dịch vụ tương tác, là thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do
sự phát triển của công nghệ phát thanh truyền hình số, sự đa dạng của dịch vụ tương
tác ngày càng mở rộng.
Trong môi trường truyền thông đa phương tiện các thiết bị cá nhân, là sự kết
hợp máy thu hình và hệ thống máy tính đóng vai trò của một phương tiện ứng dụng
thông tin, cũng như một nguồn thông tin trực tiếp. Truyền hình từ một phương tiện
thông tin đại chúng sẽ thành phương tiện cá nhân.
Môi trường phát thanh truyền hình đa kênh sẽ được điều khiển bằng việc phân
phối chương trình trực tiếp đến tận hộ gia đình và cung cấp sự lựa chọn rộng rãi cho
người xem. Những người xem truyền hình tự quyết định chương trình được cung cấp,
lúc đó ta có thể coi truyền hình như một thư viện ngay trong nhà. Mặt khác truyền hình
còn được sử dụng như một phương tiện để nhận các thông tin dạng khác như số liệu,
văn bản và các dịch vụ thương mại như mua và bán. Truyền hình trong tương lai thực
sự là một phương tiện cực kỳ hữu ích cho đời sống con người trong giải trí và trong
công việc. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, truyền hình công nghệ cao sẽ trở
thành sự thật trong một tương lai không xa.
Truyền hình tương tác ÌTV

Ngày nay nhờ sự phát triển mạnh mẽ của viễn thông và các dịch vụ truyền dữ liệu
trên toàn thế giới cho phép truyền dữ liệu với tốc độ cao như các dịch vụ trong đó có
Video, truyền hình trả tiền, Video theo yêu cầu, dịch vụ mua sắm tại nhà, giáo dục từ
xa, chò trơi tương tác làm cho truyền hình bước sang một kỷ nguyên mới, đó là kỷ
nguyên truyền hình tương tác và đa phương tiện.
Truyền hình tương tác là truyền hình do người xem điều khiển, kể cả khả năng
thực hiện các quyết định trong và ngoài chương trình. Tương tác trong chương trình có
thể được hiểu như là sự lựa chọn các chương trình Video theo yêu cầu (VOD), ví dụ có
thể chọn một bộ phim mới với thời gian chờ đợi ít nhất. Trong tương lai hình thức này
sẽ được phát triển rất nhanh - Đây là một xu thế lớn của công nghệ truyền hình số.
1.2. C Á C TIÊU CHUẨN VỀ TRUYỀN HÌNH s ố MẶT ĐẤT
Với kỹ thuật ANALOG có ba tiêu chuẩn truyền hình tương ứng với ba hệ : NTSC,
PAL, SECAM. Mỗi tiêu chuẩn đã quy định rõ về tín hiệu như :
+ Tín hiệu chói Y.
+ Tín hiệu mầu Cm
+ Tín hiệu đổng bộ chói : H, V.
+ Tín hiệu đổng bộ mầu: Burstid.
-2-
-3-
+ Độ rộng băng tần.
Truyền hình số cũng có ba tiêu chuẩn.
+ Tiêu chuẩn ATSC: Advanced Television System Committee (Mỹ).
+ Tiêu chuẩn DiBEG : Digital Broadcasting Expert Group (Nhật).
+ Tiêu chuẩn DVB-T : Digital Video Broadcasting- Terrestrial.
Mỗi tiêu chuẩn trên được xây dựng theo một tiêu chí nhất định với nhiều điểm
khác biệt song đều hướng tới mục tiêu chung là cung cấp được nhiều tiện ích nhất cho
người xem.
* Tiêu chuẩn phát sóng mặt đất ATSC
Phương thức điều chế: 8-VSB.
Tốc độ bit: 19,39 Mbit/s.

Trên một kênh
6 MHz có thể truyền: 1 chương trình HDTV hoặc 4 chương trình
SDTV.
Nước sử dụng: Mỹ, Canada, Hàn Quốc, Mêhicô.
*Tiêu chuẩn phát sóng mặt đất DiBEG .
Sử dụng kỹ thuật BST-OFDM (Band Segmented OFDM).
Sử đụng phương pháp điều chế số khác nhau với từng đoạn băng tần:
QPSK, 16 QAM, 64QAM.
Tín hiệu truyền đi gồm 13 khối OFDM, mỗi khối có dải phổ: 432 KHz.
Độ rộng kênh RF: 6 MHz (7 hoặc 8).
Trên thực tế là một biến thể của DVB-T.
* Tiêu chuẩn phát sóng mặt đất DVB-T
Năm 1995 các nước châu Âu đã nghiên cứu và thử nghiêm DVB-T. Tháng 2/1997
ban hành chính thức bởi ESTI.
+ Sử dụng kỹ thuật COFDM, kỹ thuật mã hoá kênh và Kỹ thuật ghép kênh phân
chia theo tần số trực giao OFDM. Kỹ thuật COFDM có khả năng chống lại phản xạ
nhiều đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp và có thổ thu di động.
+ DVB-T được thiết kế dựa trên ý tưởng chống can nhiêu phản xạ đa đường.
+ Chuẩn DVB-T phù hợp với các vùng thành phố và địa hình đồi núi phức tạp.
Khi phát triển truyền hình kỹ thuật số, mỗi quốc gia trên thế giới đều phải chọn
cho mình một tiêu chuẩn trong 3 tiêu chuẩn trên. Việt Nam chọn tiêu chuẩn DVB của
châu Âu. Trong họ DVB tồn tại nhiều nhóm khác nhau mà thông dụng là DVB-T
(DVB-Terrestrial), DVB-S (DVB-Satellite) và DVB-C (DVB-Cable).
-4-
1. 3. Đ ẶC ĐIỂM C ơ BẢN C Ủ A TIẾU CHUAN DVB-T
Tiêu chuẩn DVB -T khác với tiêu chuẩn 8-VSB (hệ Mỹ) vì có 2 chế độ khác nhau
đó là mode 2k hoặc 8k - OFDM. Trong mode 2k có 1705 sóng mang và trong 8k mode
có 6817 sóng mang ghép kênh theo tần sô' trực giao.
Trong mỗi mode có thể truyền tải được tối đa 2 cấp độ khác nhau trong khâu
truyền dẫn dòng truyền tải MPEG-2. Đối với chế độ không phân cấp, các chương trình

không có sự ưu tiên trong khâu truyền dẫn tín hiệu, do vậy chỉ có các vùng có cường
độ trường đạt giá trị lớn hơn mức ngưỡng mới có thể thu được và chỉ có một giá trị.
Đối với các máy phát hoạt động ở chế độ có phân cấp, khi đó có các mức ngưỡng khác
nhau. Mức ngưỡng 1 cho phép thu được toàn bộ chương trình cả chương trình ưu tiên
và không ưu tiên. Mức ngưỡng 2 chỉ cho phép thu được chương trình có ưu tiên trong
khâu truyền dẫn. Việc ưu tiên trong khâu truyền dẫn bao gồm 2 phần, ưu tiên về phần
mã hoá đường truyền và ưu tiên trong khâu điều chế tín hiệu. Chế độ phân cấp tại điều
chế chỉ thực hiện được khi điều chế 16 QAM hay 64 QAM.
Điều chế không phân cấp : (a = 1).
Điều chế phân cấp :a=l;a = 2 ;a = 4
Điều chế sóng mang : QPSK, 16QAM, 64QAM.
Ưu điểm của tiêu chuẩn DVB-T:
- Tương thích với các loại hình dịch vụ theo chuẩn DVB-C, DVB-S.
- Có thể hoạt động được ở các kênh RF : 6, 7, 8 MHz, do vậy có thể sử dụng với
băng tần 8 MHz mà truyền hình mặt đất ở Việt Nam hiện nay đang sử dụng.
- Có thể phát được nhiều tốc độ bit từ 4,98+3l,67Mb/s tuỳ theo việc lựa chọn mã
đường truyền, khoảng bảo vệ và phương pháp điều chế cho mỗi sóng mang.
- Sử dụng điẻu chế phần cấp trong khâu phát sóng, cho phép đổng thời cùng lúc
có thể truyền được chương trình với 2 cấp chất lượng khác nhau.
- Có thể phát được 4-7-5 chương trình SDTV hoặc một chương trình HDTV cùng
các dữ liệu phụ.
- Có thể sử dụng âm thanh MPEG-2 Layer II hoặc Dolby.
- Có thể sử dụng âm thanh MPEG-2 Layer II hoặc Dolby AC3.
- Khả năng chống can nhiều cùng kênh và kênh lân cận tốt.
- Có thể phát sóng cùng kênh - mạng đơn tần SFN.
- Có thể sử dụng các kênh lân cận.
- Khả năng chống phản xạ đa hướng, pha đinh lựa chọn và hiệu ứng Doppler tốt.
Khoảng bảo vệ
Tỷ lệ mã xoắn
Mã khối

: 1/4, 1/8,1/16, 1/32.
: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6/ 7/8.
: RS204/188.
: Dòng truyền tải MPEG-2.
: 4,98*3l,67Mb/s.
: 6, 7, 8MHz.
Tín hiệu vào:
Tốc độ dữ liệu vào
Độ rộng kênh RF
- Có khả năng thiết lập máy phát để thu di động.
Hệ thống còn nhiểu khả năng mở rộng cho các dự án trong tương lai như Đa
phương tiện di động “Mobile multimedia”.
Nhược điểm tiêu chuẩn DVB-T:
- Ngưỡng thu cao hơn so với tiêu chuẩn ATSC. Tỷ sô' C/N phải đạt 19,ldB tại tốc
độ bit là 19,35Mb/s, cao hơn so với tiêu chuẩn ATSC (15dB) là 4dB. Do đó hiệu suất
phủ sóng của tiêu chuẩn DVB-T nhỏ hơn ATSC là 4dB.
- Các sóng mang có công suất thấp nên dễ bị ảnh hưởng của pha đinh lựa chọn
tần số. Để khắc phục hiện tượng này, máy thu DVB-T phải sử dụng thêm kỹ thuật cân
bằng thích nghi, tính toán kênh và sửa lỗi. Giá thành máy thu cũng tăng lên.
- Tỷ số công suất đỉnh trên công suất trung bình cỡ lOdB, cao hơn ATSC. Phụ
thuộc vào kiểu điều chế và sác xuất thời gian, hệ số đỉnh của tín hiệu COFDM nằm
trong dải từ 9 -ỉ-15dB. Đây cũng chính là độ thụt lùi công suất đầu ra của máy phát
COFDM.
- Cấu hình toàn bộ hệ thống phức tạp và đắt tiền.
1.4. Sơ ĐỔ KHỐI HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH s ố MẶT ĐẤT DVB-T ( HÌNH 1.1)
Chức nâng từng khôi phía phát:
Đầu vào máy phát DVB-T là dòng truyền tải MPEG-2 đa chương trình có tốc độ
bit từ 4,98Mb/s -ỉ- 31,67Mb/s . Khi hoạt động ở chế độ có phân cấp dòng truyền tải
được phân chia thành 2 dòng truyền tải, dòng có ưu tiên cao (tốc độ thấp) và ưu tiên
thấp (tốc độ cao) để cấp vào máy phát.

- Bộ ghép kênh phân tán nâng ỉượng: Bộ ngẫu nhiên hóa dữ liệu hay trải phổ năng
lượng của tín hiệu. Dòng sô' liệu đầu vào (TS) được đưa tới bộ ngẫu nhiên hóa dữ liệu,
tại đây dữ liệu được hợp với chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên (PRBS) bởi mạch XOR tạo
ra dòng số liệu đã được ngẫu nhiên hóa.
- Bộ mã hóa ngoài: sử dụng mã rút ngắn Reed Salomon. Dòng sô' liệu đã được
ngẫu nhiên hóa được đưa tới bộ mã ngoài (outer coding), bộ mã hóa ngoài sẽ thực hiện
với cấu trúc gói dữ liệu đầu vào, ở đây thực hiện mã hóa rút ngắn Reed Salomon với dữ
liệu gốc là 188 bytes, đầu ra bộ mã sẽ là dòng số liệu 204 bytes, với bộ giải mã tương
ứng ở đầu thu sẽ cho phép sửa tới 8 bytes lỗi. Công đoạn này là FEC ỉ
- Bộ tráo ngoài: Trong khâu này dữ liệu được tráo theo byte, dữ liệu sau tráo được
sắp xếp theo các gói chống lỗi và được giới hạn bởi các byte đổng bộ và đồng bộ đảo,
bảo toàn tính tuần hoàn 204 byte.
Bộ tráo có thể được sắp xếp theo các nhánh với 1=12, được kết nối tuần hoàn với
dòng dữ liệu các byte đầu vào bằng các chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh j sẽ là một
thanh ghi đệm FIFO, với độ sâu j X M cell, tại đó M = 17 = N /1, N = 204. Các cell theo
quy luật FIFO sẽ chứa một byte, và các chuyển mạch đầu vào - ra sẽ được đổng bộ.
-5-
-6-
Phía phát
Phía thu
Hình 1.1 : Sơ đổ khối hệ thống truyền hình sô' DVB-T
- Bộ mã trong: sử dụng phương pháp mã xoắn thủng (Convolutional Coding &
Puncturing). Với việc bổ sung vào mã gốc của tỉ lệ 1/2, hệ thống sẽ cho phép các tỉ lệ
mã sửa sai khác nhau 2/ 3; 3/ 4; 5/ 6 và 7/ 8. Ngoài ra, bộ mã còn cho phép chọn lựa
mức độ sửa lỗi thích hợp nhất cho một dịch vụ hay tốc độ dữ liệu trong chế độ truyền
phân cấp cũng như không phân cấp. Nếu truyền phân cấp ta có thể lựa chọn 2 mức độ
mã hóa khác nhau cho 2 dòng số liệu, một tỷ lệ mã thấp để mã hóa cho dòng số liệu
HP (dòng có mức ưu tiên cao), ví dụ như tỷ lệ mã 1/ 2 cứ mỗi bit dữ liệu được đưa vào
thì ta sử dụng 2 bit số liệu để mã hóa, ngoài ra đối với dòng dữ liệu có độ ưu tiên thấp
hơn ta có thể sử dụng tỷ lệ mã hóa lớn hơn nhằm đạt hiệu quả cao đối với dữ liệu hữu

ích được truyền đi.
- Bộ tráo trong thực hiện 2 công đoạn: Tráo theo bit và tráo theo Symbol. Đầu ra
của bộ mã trong có thể được chia thành 2 dòng bit (trong chế độ phân cấp), mỗi dòng
bit được phân thành V dòng phụ. Mỗi dòng phụ được đưa qua một bộ tráo riêng biệt.
- Bộ định vị và điều chế: Điều chế từng biểu trưng của tín hiệu.
- Bộ đáp ứng khung: Tương thích khung và cài tín hiệu tham chiếu; ở đây các tín
hiệu chuẩn (tham chiếu) bao gồm đổng bộ khung, tần số, thời gian, định lượng kênh,
tách độ nhiễu pha, xác định chế độ điều chế, truyền dẫn, nhận dạng khối, tỷ lệ mã,
khoảng bảo vệ v.v Các tín hiệu chuẩn này được điều chế khóa dịch pha nhị phân
(BPSK), phương thức điều chế này đảm bảo độ an toàn cho dữ liệu, khó bị nhầm lẫn
trong quá trình giải điều chế. Tại bộ tương thích khung, các sóng mang mang tín hiệu
tham chiếu được sắp xếp, phối hợp với các sóng mang mang thông tin hữu ích theo
những phương thức nhất định tạo thành các Symbol OFDM (1705 và 6817 sóng mang
trong chế độ 2K và 8K), 68 symbol OFDM sẽ tạo thành 1 khung OFDM.
- OFDM: Khâu biến đổi OFDM, biến đổi IFFT. Thực chất ở đây, các chòm sao V
bit đã được điều chế QPSK, M-QAM được thể hiện dưới dạng số phức được thực hiện
biến đổi IFFT, sau đó tín hiệu được điều chế I/Q để chuyển đổi tín hiệu phục vụ phát
sóng, nhờ vậy phổ của các kênh con OFDM trở nên trực giao. Ngoài ra, công đoạn này
sẽ làm giảm số lượng các phép tính toán khi thu nhận dữ liệu ở phía thu.
- Guard Interval Insertion: Khâu chèn khoảng bảo vệ.
- D/A: Bộ biến đổi tín hiệu sô' thành tín hiệu tương tự.
- Up Converter: Bộ chuyển đổi thành tín hiệu có tần số phát, và khuếch đại cao
tần.
Trong sơ đồ khối, tín hiệu vào là dòng truyền tải MPEG -2 được đưa tói khối
thích ứng ghép kênh dòng truyền tải MPEG-2 và phân tán năng lượng (Mux
Adaptation Energy Dispersal), sau đó đi qua khối mã ngoài (Outer coder) đến khối xáo
trộn ngoài (Outer Interleaver), khối mã trong (Inner Coder), khối xáo trộn trong (Inner
Interleaver), rồi đến khối điều chế OFDM.
Phần điều chế OFDM bao gồm khối điều chế tín hiệu (Mapper), khối thích ứng
khung OFDM (Frame Adaptation), khối biến đổi IFFT và điều chế số I/Q, khối chèn

khoảng bảo vệ (Guard interval insertion), khối biến đổi D/A.
Sau đó tín hiệu điều chế OFDM được đưa đến bộ đổi tần BB/IF, bộ đổi tần IF/RF
rồi đến tầng khuyếch đại công suất, lọc hài ra hệ thống phiđơ - anten.
Chức năng từng khối phía thu:
Quá trình xử lý của hệ thống thu ngược lại với quá trình xử lý của hệ thống phát.
Tín hiệu truyền hình kỹ thuật sô' thu được từ Anten Yagi là tín hiệu OFDM. Sau khi
biến đổi xuống (downeonverter), ta có tín hiệu trung tần IF 36 Mhz. Tín hiệu này được
-7 -
-8-
lọc bàng các mạch lọc Saw khác nhau ( phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh) và cộng
nhiễu Gauss bên trong. Tiếp theo, tín hiệu IF được biến đổi thành băng tần cơ bản bằng
cách sử dụng bộ tạo dao động điều khiển số. Phép biến đổi FFT ( 2K/8K) biến đổi tín
hiệu từ miền thời gian vào miển tần số. Sau đó xấp xỉ kênh được dùng để sửa biên độ /
pha / độ trễ của tín hiệu làm cho hầu hết các xung bị suy giảm trong khi truyền đẫn
RF. Tiếp theo, các gói dữ liệu được dùng cho bộ giải mã chập Viterbi, bộ giải chèn dữ
liệu, bộ giải mã Reed-Solomon và bộ giải ngẫu nhiên hóa dữ liệu ( phân tán năng
lượng). Cuối cùng, giao diện Mpeg-2 đưa dòng truyền Mpeg-2 đã giải điều chế đến đầu
ra phần cứng.
Như vậy, Tại máy thu, tín hiệu RF thu được bằng cách sử dụng bộ chọn lọc
kênh RF và tín hiệu này được đưa qua bộ giải điều chế RF và bộ cân bằng kênh để loại
bỏ tạp nhiễu trong tín hiệu thu được. Tín hiệu sau giải điều chế được giải mã hoá ngoài
bằng bộ giải mã xoắn sử dụng thuật toán giải mã Viterbi. Chuỗi bit đầu ra bộ giải mã
Viterbi được đưa qua bộ giải tráo trong, tại đây các bit được sắp xếp lại theo thứ tự của
chuỗi bit bên phát trước khi được thực hiện tráo trong. Mục đích của việc sử dụng bộ
tráo trong ở đây là thực hiện phân tán ngẫu nhiên các bit lỗi nếu có trong chuỗi bit sau
giải mã Viterbi, giúp cho quá trình giải mã RS của bộ giải mã Reed-Soỉomon hiệu quả
hơn. Chuỗi bit đầu ra bộ tráo trong được tiếp tục giải mã bằng bộ giải mã RS và được
thực hiện giải tráo lần thứ hai bằng bộ giải tráo ngoài để khôi phục lại vị trí ban đầu
của chuỗi bit dữ liệu nguồn. Dòng dữ liệu bit đầu ra được giải mã bằng bộ giải mã
MPEG -2để khôi phục lại thông tin hình ảnh và tiếng của kênh truyền hình. Việc thiết

kế máy thu có độ phức tạp cao hay thấp phụ thuộc vào yêu cầu các thông số kỹ thuật
của máy thu và nó là yếu tố quyết định giá thành của máy thu, cũng như chất lượng tín
hiệu tại đầu ra máy thu. Vì vậy khi thiết kế cấc máy thu, nhà thiết kế đặc biệt chú trọng
đến các vấn đề kỹ thuật và giá thành thương phẩm, hài hoà và tối ưu các yêu cầu thông
số kỹ thuật của máy thu để đáp ứng được nhu cầu của thị trường.
Máy thu hình số DVB-T EFA (của hãng Rohde & Schwarz, Đức) có thể thu,
giải điều chế, giải mã và phân tích tín hiệu OFDM. Máy thu EFA có các khả năng sau
đây: - Độ rộng băng tần kênh: 6/7/8 MHz.
- Mod điều chế: 2K/8K.
- Đồ thị chòm sao: QPSK, 16-QAM, 64-QAM.
- Tỷ lệ mã hóa: 1/2; 2/3; 3/4; 5/6; 7/8.
- Khoảng bảo vệ: 1/4; 1/8; 1/16; 1/32.
- Sửa lỗi Reed-Solomon: RS(204/188).
- Độ rộng băng tần mạch lọc SAW: 6/7/8 MHz.
- Giải điều chế phân lớp: a = 2,4.
CHƯƠNG 2. CÁC KỸ THUẬT c ơ BẢN TRONG TRUYỂN h ìn h
SỐ MẶT ĐẤT
2. 1. K Ỹ THUẬT SỐ HOÁ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH.
2.1.1. Lấy mẫu tín hiệu Video:
Tín hiệu video tương tự được chia thành 2 loại chính:
- Tín hiệu video thành phần (component video).
- Tín hiệu video tổng hợp (composite video).
Có 2 dạng thức lấy mẫu:
- Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp ( PAL, NTSC )
- Lấy mẫu tín hiệu video thành phần :Y, R-Y và B-Y
• Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp( video composite):
Theo định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon thì tần số lấy mẫu phải > 2 lần tần số
lớn nhất của tín hiệu. Với dải thông video là 6 MHz thì tần số lấy mẫu tối thiểu cho tín
hiệu video phải lớn hơn hoặc bằng 12 MHz. Tuy nhiên nếu chọn tần số lấy mẫu ( fsa )
không có quan hệ với tần sô' sóng mang màu (fsc) thì có hiện tượng xuyên điều chế giữa

fsa và fsc * gây ra méo tín hiệu sau khi khôi phục.
Có thể chọn tần số lấy mẫu fsa = 3fsc, tuy nhiên chất lượng không đáp ứng được
cho studio.
Tiêu chuẩn tần số lấy mẫu được áp dụng cho video số composite là: fsa = 41*
Như vậy tần số lấy mẫu đối với tín hiệu tổng hợp hệ PAL :
4,433 MHz X 4 = 17,7344 MHz
Sử dụng cấu trúc lấy mẫu trực giao. Mỗi mẫu được lượng tử hoá 8 bit hoặc 10
bit sẽ tạo ra dòng bit nối tiếp có tốc độ 141,76 Mbps hoặc 177,2 Mbps. Tín hiệu video
tổng hợp dưới dạng số có chất lượng hạn chế do không thể giải quyết các vấn đề pha
tải màu, can nhiễu giữa tín hiệu chói và màu nên không còn được sử dụng rộng rãi
trong những nãm gần đây.
• Lấy mẫu tín hiệu video thành phần ( video component):
Lấy mẫu và mã hoá tín hiệu video thành phần có ưu điểm là loại bỏ được sự phức
tạp về tải tần màu và các méo khác mà lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp không thể đạt
được. Khuyến nghị 601 của ITU ( ITƯ-R.BT601/656) đã định nghĩa chuẩn lấy mẫu
Video số cho studio truyền hình của cả hai hệ thống 625 dòng và 525 dòng dựa trên
việc số hoá các thành phần Y, CR CB trong đó CR ,CB là các tín hiệu biểu diên tín hiệu
hiệu màu R-Y và B-Y đã qua quá trình chuyển đổi A/D, được biểu diễn chung cho cả
PAL và NTSC với CR= 0,71(R-Y) và CB = 0,564( B-Y ). Tần số lấy mẫu tín hiệu chói
được chọn chung, bằng bội số nguyên của tần số dòng cho cả hai hệ 625 dòng và 525
dòng. Tần số lấy mẫu của thành phần tín hiệu chói Y :
-9-
■
• o
■
• 0
A
A
■
• o

■
• o
A
A
■
• o
■
• o
A
A
■
• o
■
• o
A
A
fsa lum inance = 858 fh 525 = 864fh 625 = 13,5 MHz. Trong đó:
f s a lum inance: Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói
fh 525; Tần số dòng của hệ 525
fh 625: Tần số dòng của hệ 625
Tần số lấy mẫu tín hiệu màu tuỳ thuộc theo chuẩn lấy mẫu, biểu thị tỷ lệ lấy mẫu
giữa các tín hiệu thành phần Y, CR và CB. Cấu trúc lấy mẫu trực giao các tín hiệu Y, CR
CB theo chuẩn lấy mẫu 4:4:4 ; 4:2:2 ; 4:2:0 ; 4:1:1. Cấu trúc này được mô tả như sau:
a. Chuẩn 4:4:4
Mẫu tín hiệu chỉ được lấy đối với các phần tử tích cực của tín hiệu Video . Với
hệ PAL, màn hình được chia làm 625 X 720 điểm (pixel).
^Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẫu màu lam CB
Tiêu chuẩn 4: 4: 4.

Các tín hiệu chói (Y), tín hiệu hiệu màu (CR, CB) được lấy mẫu tại tất cả các
điểm lấy mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu Video. Cấu trúc lấy mẫu là cấu trúc trực
giao, ví trị lấy mẫu như trình bày trong hình vẽ trên đây.
Tiêu chuẩn 4:4:4 có khả nãng khôi phục chất lượng hình ảnh tốt, thuận tiện cho
việc xử lý tín hiệu. Tiêu chuẩn này có thể dùng trong trường hợp xử lý tín hiệu chói và
tín hiệu màu RGB. Nó có thể được dùng trong studio nhằm rời rạc hoá tín hiệu. Tuy
nhiên tiêu chuẩn này sẽ đòi hỏi tốc độ bit rất cao. Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế đã
thống nhất về chỉ tiêu tần số lấy mẫu cho truyền hình số theo tiêu chuẩn này với tên gọi
là CCIR-601.
Với chuẩn 4:4:4 tốc độ dòng dữ liệu (ví dụ cho hệ PAL) được tính như sau:
*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 720 + 720) X 576 X 8 X 25 = 249 Mbit/s
*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 720 + 720) X 576 X 10 X 25 =311 Mbit/s.
b. Chuẩn 4: 2: 2.
I ■
■ Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
# Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẫu màu lam CB
-10-
•■o
■ ■
• o
■
A
■ ■
• o
■
■
• o
■ ■
• o

■
■
• o
■ ■
• o
■
Tiêu chuẩn 4:2:2.
Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ ba tín hiệu: chói (Y) và hiệu màu (CR, CB).
Điểm kế tiếp chi lấy mẫu tín hiệu chói Y, còn hai tín hiệu hiệu màu không lấy
mẫu. Khi giải mã màu suy ra từ màu của điểm ảnh trước.
Điểm sau nữa là lấy mẫu đủ ba tín hiệu Y, CR, CB
Tuần tự như thế, cứ 4 lần lấy mẫu tín hiệu chói Y, thì hai lần lấy mẫu CR, hai
lần lấy mẫu CB tạo nên cơ cấu 4:2:2.
Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau:
*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360 + 360) X 576 X 8 X 25 = 166 Mbit/s.
*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 + 360) X 576 X 10 X 25 = 207 Mbit/s.
Tiêu chuẩn 4:2:2 là tiêu chuẩn cơ bản của truyền hình số. Chất lượng hình ảnh
của tiêu chuẩn này thấp hơn tiêu chuẩn 4:4:4 và cao hơn tiêu chuẩn 4:2:0 .
c. Chuẩn 4:2:0.
Theo chuẩn này, tín hiệu Y được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh của dòng, còn
tín hiệu hiệu màu thì cứ cách một điểm sẽ lấy mẫu cho một tín hiệu màu. Tín hiệu
hiệu màu được lấy xen kẽ, nếu hàng chẵn lấy mẫu cho tín hiệu hiệu màu CR thì hàng lẻ
sẽ lấy mẫu cho tín hiệu hiệu màu CB.
-11-
• •
■o ■ -o
■ Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
m Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẫu màu lam CB
o o

Tiêu chuẩn 4:2:0.
Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau:
* Khi lấy mảu 8 bit: (720 + 360) X 576 X 8 X 25 = 124,4 Mbit/s
* Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360) X 576 X 10 X 25 = 155,5 Mbit/s
d. Chuẩn 4:1:1: Điểm ảnh đầu lấy mầu đủ Y, CR, CB; ba điểm ảnh tiếp sau chỉ
lấy mẫu Y, không lấy mẫu CR, CB. Khi giải mã màu của ba điểm ảnh sau phải suy ra từ
điểm ảnh đầu. Tuần tự như thế, cứ bốn lần lấy mẫu Y, có một lần lấy mẫu CB ,một lần
lấy mẫu CB đằy là cơ cấu 4:1:1
: ĩ - - -
A ■ ■ ■
■ ■ ■
Tiêu chuẩn 4: 1: 1
■ Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y
# Điểm lấy mẫu màu đỏ CR
Điểm lấy mẩu màu lam CB
Đối với hệ PAL, tốc độ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau:
*Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 180 + 180) X 576 X 8 X 25 = 124,4 Mbit/s
*Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 180 + 180) X 576 X 10 X 25 = 155,5 Mbiự
số 4 ở đầu mỗi chuẩn biểu thị tần số tín hiệu chói (fsa = 13,5 MHz), tuy không
còn bằng 4 lần tần số sóng mang như trước. Các con số khác biểu thị tỷ lệ giữa tần số
lấy mẫu tín hiệu hiệu mầu so với tín hiệu chói.
2.1.2. Lượng tử hoá & mã hoá
Lượng tử hoá là quá trình biến đổi biên độ tín hiệu tương tự thành một tập hợp
các mức rời rạc hữu hạn. Khoảng cách giữa hai mức kề nhau được gọi là bước lượng tử.
Sô' các mức lượng tử được xác định theo biểu thức: N = 2n Trong đó: n là số bit
biểu diễn 1 mẫu.
Có 2 phương thức lượng tử :
- Lượng tử hoá tuyến tính: các bước lượng tử đều bằng nhau.
- Lượng tử hoá phi tuyến: các bước lượng tử khác nhau.
Quá trình lượng tử tín hiệu tương tự là quá trình gây ra sai số, gọi là sai số lượng

tử (e ). Đó là sự khác nhau giữa tín hiệu đầu ra đã lượng tử Q(x) so với đầu vào (x) :
-12-
eq = X - Q(x)
Theo định nghĩa sai số trung bình bình phương (MSE) ta có:
(2. 1)
MSE,
N dM
= X Ị [* -Ổ (*)]2
/=1 dt
(2.2)
Trong lượng tử hoá tuyến tính, giả sử các lỗi có phân bố đều
MSE(I = N
I
— dx = —
N A x 12
(2.3)
Giá trị căn bình phương trung bình của eq : RMS =
Vĩ2
(2.4)
Trong đó dj (với i =1

N ): là giá trị lượng tử , A : bước lượng tử, fx(x) là xác
suất lỗi.
Tỉ số tín hiệu đỉnh trên nhiễu lượng tử của bộ lượng tử tuyến tính có lỗi phân bố
đều có giá trị tính theo biểu thức:
Qrms
= 20 lg
2"aV Ĩ2
= 6,02.« +10,08
(2.5)

Với nguồn tín hiệu video có phân bô' ngẫu nhiên thì sai sô' lượng tử phụ thuộc vào
số bit biểu diễn mẫu, khoảng cách giữa các bước lượng tử, tính thống kê của nguồn tín
hiệu.
Sai số lượng tử (e4) là một nguồn nhiễu (nhiễu lượng tử) không thể tránh khỏi
trong hệ thống số. Với các ứng dụng trong truyền hình người ta sử dụng lượng tử hoá 8
bit, 10 bit hoặc 12bit. Háu hết các thiết bị có chất lượng cao đều sử dụng lượng tử hoá
10 bit/mẫu ( 210 = 1024 mức lượng tử ) từ 0 đến 1023 (từ 000 đến 3FF trong hệ HEX).
Các mức 000,001,002,003 và 3FC,3FD,3FE,3FF được dùng làm khoảng dự phòng mức
dưới và trên của tín hiệu video, các mức còn lại để lượng tử tín hiệu video tích cực.
Sau quá trình lượng tử hoá là quá trình mã hoá các mẫu đé tạo thành chuỗi dữ liệu
nhị phân gồm các bit 0 và 1.
2. 2. KỸ TH U ẬT NÉN MPEG-2
Kỹ thuật nén MPEG là kỹ thuật mã nguồn, nhằm làm giảm lượng thồng tin
nguồn video và audio. MPEG là một trong sô' các kỹ thuật nén âm thanh và video số
phổ biến nhất vì nó không phải chỉ là một tiêu chuẩn đơn mà đó là một phạm trù rộng
những tiêu chuẩn thích hợp cho những ứng dụng khác nhau.
MPEG là từ viết tắt cho Nhóm những chuyên gia nghiên cứu về hình ảnh chuyển
động. MPEG (Moving Picture Expert Group) được thành lập vào năm 1988 bởi các tổ
chức ISO, IEC có nhiệm vụ nghiên cứu soạn thảo các tiêu chuẩn nén audio, video số.
Tiêu chuẩn MPEG-2 (công bố năm 1994 là phiên bản hợp nhất 2 chuẩn MPEG-2
cũ và MPEG-3). MPEG-2 là phương pháp nén và mã hóa video cho truyền hình có độ
phân giải tiêu chuẩn (SDTV), hỗ trợ cả truyền hình độ phân giải cao.
Tiêu chuẩn MPEG-2 cho phép truyền tín hiệu trên nhiều lớp (mỗi lớp có độ phân
giải khác nhau). Hình ảnh có thể khôi phục với các mức chất lượng khác nhau tuỳ
thuộc vào lớp được sử dụng.
Ngoài ra, MPEG - 2 có tính linh hoạt cao, với tốc độ bit truyền có thể được điều
chỉnh để thỏa mãn yêu cầu ứng dụng. Chuẩn MPEG-2 4: 2: 0 MP @ ML được chọn là
chuẩn tín hiệu đầu vào của hệ thống truyền dăn DVB.
2.2.1. Các khái niệm cơ bản của quá trình mã hóa video MPEG-2
Các bước chính trong quá trình mã hóa video MPEG-2:

- Chia các điểm ảnh thành các macroblock & block 8x8 điểm ảnh.
- Xác định lượng dư thừa theo thời gian và biểu diễn bằng quá trình bù chuyển
động (motion compensation).
- Tim lượng dư thừa theo không gian bằng quá trình DCT (Biến đổi côsin rời rạc).
Quá trình DCT là không rút gọn được lượng thông tin video vì quá trình này là quá
trình thuận nghịch.
-13-