Đồ án tốt nghiệp Truyền hình độ nét cao HDTV

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI
KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN

Khóa 2007- 2011/Hệ Đại học chính quy

Giáo viên hướng dẫn

: TS.Đặng Hải Đăng

Sinh viên thực hiện

: Vũ Hoàng Anh

Lớp

: K10C

Hà Nội – 2011


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................... - 1 1.2 Truyền hình Việt Nam.................................................................................................8
2.2 Cơ sở truyền hình số .................................................................................................14
2.5 Biến đổi số sang tương tự..........................................................................................21
2.7 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số...............................................................24
2.7.1 Truyền hình số qua vệ tinh.................................................................................24
2.7.2Truyền hình số truyền qua cáp.............................................................................26
2.7.3 Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất.............................................................27
3.3.6 TV Full HD........................................................................................................37

LỜI MỞ ĐẦU
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 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.
Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS.Đặng Hải Đăng đã tận
tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình!

3

CHƯƠNG 1
LỊCH SỬ RA ÐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN HÌNH
Có thể nói, hiện nay truyền hình là phương tiện truyền thông phổ nhất thế
giới. Hầu hết mọi nguời không có cơ hội trực tiếp gặp mặt các nguyên thủ
quốc gia, du hành tới mặt trăng, chứng kiến một cuộc chiến hay xem một trận
thi đấu thể thao…với truyền hình, họ có được cơ hội làm những việc đó.
Không chỉ là một phương tiện truyền thông, phương tiện giải trí thuần tuý,
ngày nay truyền hình còn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc
sống hiện đại.Bộ phận an ninh sử dụng truyền hình như một công cụ bảo vệ,
giám sát. Ngành tàu điện ngầm dùng truyền hình để quản lý hệ thống đường
tàu điện hay ngầm hay để điều khiển con tàu từ xa.Các bác sĩ khám nội tạng
bệnh nhân bằng camera hiển vi thay vì mổ.Ngành giáo dục tiến hành đào tạo
từ xa cũng thông qua truyền hình.
Truyền hình là loại hình phương tiện thông tin đại chúng mới xuất hiện từ
khoảng giữa thế kỷ XX, nhưng đã phát triển rất nhanh chóng, mạnh mẽ và
được phổ biến hết sức rộng rãi trong vòng vài ba thập niên trở lại đây. Thế
mạnh đặc trưng của truyền hình là cung cấp thông tin dưới dạng hình ảnh
(Kết hợp âm thanh và ở mức độ nhất định cả với chữ viết) mang tính hẫp dẫn
sinh động, trực tiếp và tổng hợp. Từ đó, loại hình phương tiện truyền thông
độc đáo, đặc biệt này tạo nên được ở nguời tiếp nhận thông tin hiệu quả tổng
hợp tức thời về nhận thức và thẩm mỹ, trước hết là ở trình độ trực quan, trực
cảm.
Bằng sự kết hợp các chức năng phản ánh- nhận thức thẩm mỹ- giải trí với
nhau, truyền hình ngày càng thu hút đuợc nhiều khán giả. Vai trò, vị trí, ảnh
hưởng và tác động của truyền hình đối với công chúng nói chung, quá trình
hình thành và định hướng dư luận xã hội nói riêng đã và đang tăng lên nhanh
chóng.

4

1.1 Truyền Hình Thế Giới
Truyền hình là hệ thống phát và thu hình ảnh và âm thành bằng những
thiết bị truyền dẫn tín hiệu từ qua cáp, sợi quang và quan trọng nhất là sóng
điện từ.
Những hệ thống truyền hình thật sự đầu tiên bắt đầu đi vào hoạt động
chính thức trong thập niên 40 của thế kỷ này, không lâu sau khi khái niệm
"truyền hình" được sử dụng với nghĩa như chúng ta vẫn hiểu ngày nay.Ngành
truyền hình thế giới đã phải trải qua một thời gian dài phát triển mới có được
thành tựu đó.
Năm 1873, nhà khoa học người Scotland James Cleck Maxwell tiên
đoán sự tồn tại của sóng điện từ, phương tiện truyền tải tín hiệu truyền hình.
Cùng năm này, nhà khoa học người Anh Willoughby Smith và trợ lý
Joseph May chứng minh rằng điện trở suất của nguyên tố Selen thay đổi khi
được chiếu sáng. Phát minh này đã đưa ra khái niệm "suất quang dẫn",
nguyên lý hoạt động của ống vidicon truyền ảnh.mươi năm năm sau, năm
1888, nhà vật lý người Ðức Wihelm Hallwachs tìm ra khả năng phóng thích
điện tử của một số vật liệu. Hiện tượng này được gọi là "phóng tia điện tử",
nguyên lý của ống orthicon truyền ảnh.
Mặc dù nhiều phương thức chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện tử đã
được phát minh và hoàn thiện nhưng hệ thống truyền hình đầu tiên vẫn chưa
đủ điều kiện để ra đời.Vấn đề cốt yếu là dòng điện tạo ra còn yếu và chưa tìm
được một phương pháp khuyếch đại hiệu quả.Mãi cho tới năm 1906, khi Lee
De Forest, một kỹ sư nguời Mỹ đăng ký sáng chế ống triode chân không thì
vấn đề mới được giải quyết.
1.1.1 Truyền hình điện tử
Ðồng thời với sự phát triển của phương pháp phân tích cơ học, năm 1908
nhà sáng chế người Anh Campbell Swinton đưa ra phương pháp phân hình
5

điện tử.Ông sử dụng một màn ảnh để thu nhận một điện tích thay đổi tương
ứng với hình ảnh, và một súng điện tử trung hoà điện tích này, tạo ra dòng
biến tử biến thiên.Nguyên lý này được Zworykin áp dụng trong ống ghi hình
iconoscope, bộ phận quan trọng nhất của camera.Về sau, chiếc đèn orthicon
hiện đại hơn cũng sử dụng một thiết bị tương tự như vậy.
Năm 1878, nhà vật lý và hoá học nguời Anh,William Crookes phát minh
ra tia âm cực. Tới năm 1908,Campbell Swinton và Boris Rosing,người
Nga,độc lập nghiên cứu những kết quả thu được của hai ông lại tương đồng.
Theo đó,hình ảnh được tái tạo bằng cách dùng một ống phóng tia âm cực
(cathoderays, tube-CRT) bắn phá màn hình phủ photphor. Trong suốt những
năm 30,công nghệ CRT được kỹ sư điện tử người Mỹ tên là Allen DuMont
tập trung nghiên cứu. Phương pháp tái hiện hình ảnh của DuMont về cơ bản
giống phương pháp chúng ta đang sử dụng ngày nay.
Ngày 13/1/1928,nhà phát minh Emst Alexanderson cho ra đời chiếc máy
thu hình áp dụng phương pháp phân hình điện tử đầu tiên trên thế giới tại
Schenectady, New York, Mỹ.Hình ảnh trên màn hình 76 mm (3 inch) xấu và
không ổn định nhưng máy thu hình vẫn phổ biến ở nhiều gia đình.Nhiều máy
thu kiểu này đã được sản xuất và bán tại Schenectady.Cũng tại đây, ngày
10/5/ 1928, đài WGY bắt đầu phát sóng đều đặn.
1.1.2 Phát hình công cộng
Trong khi đó chương trình truyền hình công cộng đầu tiên lại xuất hiện ở
London năm 1936. Những buổi phát hình này do 2 công ty cạnh tranh với
nhau thực hiện. Marconi- EMI phát bằng hình ảnh 405 dòng quét ngang với
25 mành hình/ giây (25 frame/s) và hãng truyền hình Baird phát bằng hình
ảnh 240 dòng quét ngang cũng với 25 frame/s.Ðầu năm 1937, hệ Marconi với
chất lượng hình ảnh tốt được chọn làm chuẩn.Năm 1941, Mỹ chấp nhận
chuẩn 525 dòng quét với 30 frame/s cho bộ phận giải của mình.Tháng
11/1937, BBC thực hiện buổi phát hình ngoài trời đáng chú ý đầu tiên.Ðó là

6


buổi phát hình lễ đăng quang của vua George VI tại công viên Hyde, London.
BBC đã sử dụng một máy phát xách tay đặt trên chiếc xe đặc biệt.Vài ngàn
khán giả đã chứng kiến buổi phát hình này.
1.1.3 Truyền hình màu
Ngay từ năm 1904 người ta đã biết rằng có thể chế tạo thiết bị truyền
hình màu bằng cách sử dụng 3 màu cơ bản là đỏ, lục và xanh.Năm 1928,
Baird cho ra mắt truyền hình màu dùng 3 bộ đĩa Nipkow quét hình ảnh.mười
hai năm sau,Peter Goldmark chế tạo được hệ thống truyền hình màu với khả
năng lọc tốt hơn.Năm 1951 buổi phát hình màu đầu tiên đã sử dụng hệ thống
của Goldmark.Tuy nhiên,hệ thống này không thích hợp với truyền hình đơn
sắc nên cuối năm đó thí nghiệm bị hủy bỏ.Cuối cùng thì hệ thống truyển hình
màu thích hợp với truyền hình đơn sắc cũng ra đời năm 1953.Một năm sau,
phát hình màu công cộng lại xuất hiện.
Những bước phát triển tiếp theo của ngành truyền hình thế giới chỉ là
hoàn thiện chất lượng truyền hình bằng những màn hình lớn hơn,công nghệ
phát và truyền dẫn tín hiệu truyền hình tốt hơn mà thôi.Những màn hình đầu
tiên chỉ đạt 18 hoặc 25 cách mạng (7 hoặc 10 inch) kích thuớc đường
chéo.Màn hình ngày nay có kích thước lớn hơn rất nhiều.Với sự ra đời của
máy chiếu, màn ảnh truyền hình có thể phục vụ những màn hình có kích
thước đường chéo lên tới 2m.Nhưng các nhà sản xuất cũng không quên phát
triển máy thu hình để nhỏ gọn,chẳng hạn một máy thu hình cỡ 3 inch (7,6
cm).
Ngày nay,ngành truyền hình thế giới đang từng buớc chuyển dần từ công
nghệ tương tự (hay tuần tự- analog) sang truyền hình kỹ thuật số (digital).Từ
thập kỷ 80,hệ truyền hình độ nét cao (high-definition television - HDTV) sử
dụng kỹ thuật số bắt đầu được nghiên cứu.

7


1.2 Truyền hình Việt Nam
1.2.1 Sự ra đời của truyền hình việt nam
Ngày 7/9/1970, chương trình truyền hình thử nghiệm đầu tiên của nước
Việt Nam dân chủ cộng hoà được phát sóng.Chương trình này do Ðài tiếng
nói Việt Nam thực hiện.
Trước đó, ngày 4/1/1968, phó thủ tuớng Lê Thanh Nghị ký quyết định số
01/TTG-VP cho phép tổng cục thông tin (trực thuộc Chính Phủ) thành
lập"Xưởng phim vô tuyến truyền hình Việt Nam ". Ðây là một xuởng phim
nhựa 16 ly,có nhiệm vụ làm phim thời sự tài liệu truyền hình gửi ra nước
ngoài nhờ đài truyền hình các nuớc xã hội chủ nghĩa phát trên sóng của họ để
tuyên truyền đối ngoại, đồng thời hướng dẫn và hợp tác với các đoàn làm
phim vô tuyến truyền hình nước ngoài đến quay phim ở Việt Nam.Năm
1971,Chính Phủ đã quyết định chuyển xuởng phim vô tuyến truyền hình từ
tổng cục thông tin sang Ðài tiếng nói Việt Nam,tăng cường cho truyền hình
một đội ngũ làm phim thời sự tài liệu có kinh nghiệm thực tế và có một số
vốn tư liệu quý.
Giữa năm 1966,Mỹ đưa truyền hình vào miền Nam.Khi nhận được thông
tin này,bộ biên tập và đội ngũ cán bộ kỹ thuật Ðài tiếng nói Việt Nam quyết
tâm lao vào cuộc đua chuẩn bị cho được truyền hình để có thể tiếp quản và
điều hành các Ðài truyền hình miền Nam ngay sau khi giải phóng.Nhiều đoàn
cán bộ, kỹ thuật viên được gửi ra nuớc ngoài học truyền hình.Sau một thời
gian dài nỗ lực của cả một đội ngũ đông đảo cán bộ,kỹ thuật viên,ngày
7/9/1970 chương trình truyền hình đầu tiên được tổ chức trong phòng thu
nhạc lớn,thuờng gọi là Studio M,của Ðài tiếng nói Việt Nam tại trụ sở 58
Quán Sứ.Chương trình gồm 15 phút tin tức do phát thanh viên trực tiếp đọc
trên micro và 45 phút ca nhạc.

8


Sau một thời gian làm thử, tối 30 tết Tân Hợi (27/1/1971), nhân dân Thủ
đô Hà Nội được xem chương trình truyền hình đầu tiên.Chương trình ra mắt
khán giả Thủ đô lần đầu tiên,lại là đêm 30 tết nên khá phong phú:30 phút thời
sự trong nước và quốc tế do các phát thanh viên nam nữ thay nhau đọc truớc
micro, thu vào camera điện tử chuyển thẳng lên sóng,chương trình ca nhạc 30
phút dùng phương pháp playlack;chương trình phim truyện, phim tài liệu được
chiếu lên tuờng, dùng camera điện tử thu lại và phát lên sóng qua máy phát.
Như vậy, ngay từ những chương trình truyền hình thử nghiệm cũng như
chương trình phát sóng phục vụ nhân dân đầu tiên,truyền hình Việt Nam đã
dùng hình thức phát trực tiếp là do những hạn chế về mặt thiết bị kỹ thuật.
Lúc đó chúng ta chưa có máy ghi hình dùng băng từ và cũng chưa có telecine
(máy chiếu phim truyền hình).
Sau khi thử nghiệm phát sóng thành công,chương trình thử nghiệm được
phát hai tối mỗi tuần, mỗi tối 2h30' rồi tăng lên ba tối, bốn tối một tuần.Kéo
dài đến tháng 4 năm 1972 khi Mỹ mở rộng chiến tranh bằng không gian đánh
phá ác liệt vào Hà Nội .Trong thời gian này các phóng viên, biên tập viên của
Ðài truyền hình vẫn tiếp tục làm việc nhằm ghi lại những hình ảnh chiến đấu
dũng cảm của quân và dân Thủ đô.Những bộ phim tài liệu được thực hiện
trong thời gian này như: Hà Nội - Ðiện Biên Phủ, Hà Nội 5 ngày đọ sức,
Tiếng Trống Truờng đã giành được nhiều giải thuởng Bông Sen Bạc quốc tế
và trong nước.
Sau khi hiệp định Pari được ký kết, các chương trình của đài THVN lại
được tiếp tục phát sóng.Các chương trình của đài lần lượt được ra mắt công
chúng như: Vì an ninh Tổ quốc (27.1.1973) (Buổi phát sóng đầu tiên của
chương trình này là tối 16-8-1972), Câu lạc bộ nghệ thuật (21.2.1976) văn
hoá xã hội (21.3.1976) Quân đội nhân dân (24-4-1976), thể dục thể thao
(26.5.1976), Kinh tế (9.5.1976). Tới khi chuyển về trung tâm truyền hình

Giảng Võ, từ 16/6/1976 mới phát chính thức hàng ngày.
9


1.2.2 Thời kỳ phát sóng chính thức hàng ngày
Ngày 16/6/1976 việc khai thác sóng chuyển từ 58 Quán Sứ về trung tâm
Giảng Võ.Tại đây đã có một trung tâm hoàn chỉnh với 3 trường quay (S1, S2,
S3), tổng khống chế (master control room), máy phát 1kW kênh 6 và cột
anten cao 60m.
Năm 1976,Ðài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh đã thử nghiệm phát
hình màu.Một năm sau, 1977 Ðài truyền hình Trung ương cũng bắt đầu phát
thử nghiệm truyền hình màu vào các sáng Chủ nhật.Từ giữa năm 1980, khi
Ðài Hoa sen đi vào hoạt động, chương trình phát sóng của Ðài truyền hình
Trung ương xen kẽ lúc có màu, lúc không do sử dụng nhiều chương trình màu
thu từ Ðài Hoa sen.
Ngày 1/8/1986, Ðài truyền hình Trung ương chuyển hẳn sang phát màu hệ
SECAM 3b bằng các thiết bị chuyên dùng, từ bỏ hoàn toàn truyền hình đen
trắng.Sở dĩ chúng ta chọn hệ màu SECAM 3b vì dây là hệ màu được Liên Xô
và phần lớn các nước xã hội chủ nghĩa sử dụng.
Bắt đầu từ ngày 1/1/1991, hệ truyền hình màu của Ðài truyền hình Việt
Nam chuyển từ hệ SECAM 3b sang phát bằng hệ PAL/D/K.Sự thay đổi này
là đúng đắn và kịp thời,định hướng thống nhất cho sự phát triển mạnh mẽ của
ngành trong những năm sau đó và thúc đẩy các mối quan hệ hợp tác với các
nước trong khu vực và trên thế giới.
Ngày 30/1/1991, Chính phủ ra quyết định số 26/CP giao cho Tổng cục
bưu điện thuê vệ tinh Intesputnik truyền dẫn tín hiệu phát thanh truyền hình
năm 1991.Tết âm lịch Tân Mùi (đầu năm 1991) bắt đầu truyền chính thức
bằng cách phủ sóng qua vệ tinh chương trình truyền hình quốc gia cho các đài
địa phương.
Ngày 31/3/1998, Ðài truyền hình Việt Nam chính thức tách kênh VTV1,

VTV2, VTV3.Ðây là một buớc nhảy vọt của Ðài truyền hình Việt Nam về cả
nội dung chương trình lẫn thời lượng phát sóng.

10


CHƯƠNG 2
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 được 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.
2.1 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 với 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 2.1: khả năng chống lại can nhiễu của tín hiệu truyền hình tương tự
cùng kênh
11

a. tín hiệu tương tự

b. tín hiệu số

Hình 2.2: 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)
Bảo toàn chất lượng :

12


Chất lượng
Tín hiệu số

Tín hiệu tương tự

Khoảng cách giữa máy phát và máy thu

Hình 2.3: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự
- 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)
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 tầnsố. Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử
lý rất thân thiện với máy tính …

13


Hình

Hình
Tiếng

Hình

Hình
Tiếng

Tiếng

Tiếng

Phổ
tín
hiệu
tương
tự

Phổ tín hiệu số

Hình 2.4: So sánh phổ tín hiệu tương tự và tín hiệu số
2.2 Cơ sở truyền hình số
- Theo hình 2.5 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)
+ Truyền hình số mặt đất ( COFDM)
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.

14


Khối truyền dẫn tín
hiệu truyền hình số

DVB-S
DVB-T

DVB-C
Điều chế

Giải điều chế

Ghép kênh chương trình

Tách kênh chương trình

CT 1
MPEG-2
A/D
Video

Audio

.
.
.
.
.
.
.

CT n
MPEG-2

Giải MPEG-2

A/D

D/A

Video

Video

Audio

Phía phát

Audio

Phía thu

Khối số hóa tín
hiệu truyền

Khối nén
vidieo số

Hình 2.5: Sơ đồ truyền hình số và phân phôi cho truyền hình số.
2.3 Các dạng tín hiệu video số
Tín hiệu gốc là tín hiệu video tương tự được chuyển đổi sang tín hiệu số
được thực hiện bởi công việc lấy mẫu tín hiệu với tần số lấy mẫu là fS phải
lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự fa (fS ≥ 2.fa)
và mỗi mẫu được lượng tử hóa bởi các bit nhị phân với mã hóa 8 bit hoặc 10
bit. Kết quả xuất ra là tín hiệu số dạng mã bit nhị phân kiểu song song hoặc

15


cũng có thể kiểu dạng ra là các bit nối tiếp tuỳ theo mạch chuyển đổi (hình
2.6)
Các thiết bị mới công nghệ số có các cổng giao tiếp dạng tín hiệu vào và ra là

tín hiệu số, các tín hiệu số thường gặp như:
(1) SDI (Serial Digital Interface): Tín hiệu số truyền nối tiếp. Tín hiệu này
có

các

định

dạng

theo

nhiều

tiêu

chuẩn

khác

nhau

như:

◊ SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 259M : Là tín hiệu video số có định dạng khuôn
hình tỉ lệ 3x4 độ phân giải tiêu chuẩn SD (Standar Definition).
- Tín hiệu video hệ NTSC:
Tần số lấy mẫu fS = 4.fSC = 4 x (3,58Mhz) = 14,32Mhz.
Bit mẫu: 10bit/mẫu
Tốc độ bit truyền SDI: 14,32 x 10 = 143,2 Mbit/s

Tín hiệu video hệ PAL:
Tần số lấy mẫu fS = 4.fSC = 4 x (4,43Mhz) = 17,72Mhz.
Bit mẫu: 10bit/mẫu
Tốc độ bit truyền SDI: 17,72 x 10 = 177,2 Mbit/s
Tín hiệu video component 525/60 hoặc 625/50
Tần số lấy mẫu: 13,5 Mhz , bit mẫu 10bit/mẫu.
Lấy mẫu: 4:2:2
Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s
Tín hiệu R-Y: 6,75 x 10 = 67,5Mbit/s
Tín hiệu B-Y: 6,75 x 10 = 67,5Mbit/s
Tốc độ bit truyền SDI là 270Mbit/s
Lấy mẫu: 4:1:1
16


Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s
Tín hiệu R-Y: 3,375 x 10 = 33,75Mbit/s
Tín hiệu B-Y: 3,375 x 10 = 33,75Mbit/s
Tốc độ bit truyền SDI là 202,5Mbit/s
Lấy mẫu: 4:4:4
Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s
Tín hiệu R-Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s
Tín hiệu B-Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s
Tốc độ bit truyền SDI là 405Mbit/s.
◊ HD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 292M : Là tín hiệu video số có định dạng
khuôn hình tỉ lệ 9x16 hình ảnh độ phân giải cao HD (High Definition).
Được xác định với các điểm ảnh hàng ngang 1920 pixel và chiều dọc 1080
pixel.

Hình 2.6

17


- Truyền hình có độ nét cao HDTV 1080i (interlace) thực hiện quét xen kẽ
luân phiên bán ảnh lẻ và bán ảnh chẵn.Tốc độ bit truyền HD-SDI @ 1080i
SMPTE 292M là 1.485Mbit/s (áp dụng trong truyền hình HDTV).
- Hình ảnh có độ nét cao 1080p (progressively) thực hiện quét liên tục từ
trên xuống dưới của một hình, tạo ra hình ảnh đẹp và mịn hơn 1080i. 1080p
cho hình ảnh đầy đủ (full HD). Kỹ thuật này áp dụng trong phim cenima màn
ảnh rộng hoặc từ đĩa DVD.
Tốc độ truyền HD-SDI @ 1080p còn được gọi là 3G-SDI có tốc độ bit là
2,97Gbit/s thuộc tiêu chuẩn SMPTE 424M (áp dụng trong phim ảnh DVD).
◊ SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 272M (embeded digital stereo audio) : là tín
hiệu video số định dạng khuôn hình 3x4 tiêu chuẩn SD có ghép âm thanh số
stereo theo tiêu chuẩn âm thanh AES/EBU.
Âm thanh số tiêu chuẩn AES/EBU gồm
- Có 4 – 8 kênh âm thanh stereo
- Tần số lấy mẫu 32Khz – 48Khz
- Số bit mẫu 16 – 20bit/mẫu
- Tổng trở kháng không cân bằng 75Ω dùng Jack RCA (bông sen).
- Tổng trở kháng cân bằng 110Ω dùng Jack XLR (Canon).
SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 272M có ghép âm thanh stereo. Tốc độ bit
truyền ≈ 270Mbit/s.
◊ HD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 299M (embeded digital stereo audio) : là tín
hiệu video số định dạng khuôn hình 9x16 tiêu chuẩn HD có ghép âm thanh số
stereo theo tiêu chuẩn âm thanh AES/EBU.
HD-SDI định dạng 1080i (1080i/50, 1080i/60) hoặc 1080p/24, 1080p/30
tiêu chuẩn SMPTE 299M có ghép âm thanh stereo. Tốc độ bit truyền ≈
1,5Gbit/s.

18


(2) ASI (Asynchrous Serial Interface): Dữ liệu số truyền nối tiếp không
đồng bộ, được sử dụng trong truyền hình kỹ thuật số DVB (Digital Video
Broadcasting). Dữ liệu truyền ASI là dòng truyền các gói MPEG-2. Dữ liệu
này đã được nén, bao gồm các gói thông tin video, audio và các bảng text.
DVB-ASI theo tiêu chuẩn SMPTE 310M là dòng truyền MPEG-2 TS
(Transport Stream). Tốc độ truyền là 19,4Mbit/s hoặc 38,8Mbit/s. Dữ liệu
được truyền trên cáp đồng trục có trở kháng 75Ω, giao tiếp bằng cổng nối
BNC.
(3) DVI (Digital Visual Interface): Tín hiệu hình ảnh số được ghép tổ hợp
nhiều đường chung trên một cáp đơn, băng thông truyền dẫn 160Mhz, dùng
kết nối với màn hình monitor LCD loại VGA hoặc SVGA.
(4) HDMI (High Defination Multimedia Interface): Là tín hiệu bao
gồm : Video không nén và 8 kênh âm thanh số, và được ghép chung tổ hợp
truyền dẫn trên một cáp đơn với cổng giao tiếp HDMI. Loại tín hiệu này áp
dụng trong truyền hình số HDTV và đĩa DVD, hỗ trợ kết nối hiển thị hình ảnh
và âm thanh trên màn hình có dịnh dạng khuôn hình 9x16.
(5) DV 1394: là tín hiệu ngõ ra hoặc ngõ vào của Camera số. Tín hiệu DV
từ camera số có định dạng kích thước khuôn hình 720 pixerl hàng ngang 480
pixel hàng dọc, với tỉ lệ nén 5:1 Tốc độ truyền dữ liệu 480Mbit/s.
Cổng vào/ra tín hiệu DV được hỗ trợ giao tiếp máy tính PC theo chuẩn
IEEE

1394.

Tiêu chuẩn IEEE 1394 là chuẩn kết nối giao tiếp máy tính PCI, còn có tên là
ilink hoặc Fire wire. DV-1394 có 2 loại jack kết nối:
- Jack có 6 chân (jack DV lớn).

- Jack có 4 chân (jack DV nhỏ).

19


2.4 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 V I thì tín hiệu lấy mẫu V S sau quá trình lấy mẫu
có thể khôi phục trở lại V I một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa
mản:
fS ³ 2fImax

(1)

Trong đó fS
fImax

: tần số lấy mẫu
: 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 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.

20


- 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.
2.5 Biến đổi số sang tương tự
Video số

Mạch
logic

D/A

Lấy mẫu

Lọc thông
thấp

>

Video
tương tự

Xung lấy
mẫu

Hình 2.7 : 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 2.7 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.

-

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.
21


2.6 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.

Nén video
Không tổn thất

Tổn thất

DCT VLC RLC Tách vùng
xóa

fs thấp (băng
con)

DPCM

Lượng tử
hóa, VLC
Cho các hệ số
DCT

-Huffman
Mã hóa
entropy

JPEG, MPEG-1/2,DV
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)

Dùng cho tín
hiệu màu C

Hình 2.8 : Ttập hợp các kỹ thuật giảm dữ liệu để tạo các định dạng nén
JPEG, MJPEG, MPEG.
22


•

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
•

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)

+ Mã hóa DPCM
Video V+

∑
-

e

Lấy mẫu

Mã hóa
entropy

e'

Ra

+

p

Dự báo

v'

∑
+

e=v-p – sai số dự báo
e’ – sai số lượng tử hóa
v’ = e’+p – tín hiệu khôi phục
+ Giải mã DPCM :
+

Giải mã
entropy

e'

+

∑

v'

+

Dự báo

p

Hình 2.9 : Mã hóa, giải mã DPCM

23

Ra


- 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.
- Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM.
2.7 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số
2.7.1 Truyền hình số qua vệ tinh

Vệ tinh

Đài
phát

Thu
sóng

Hình 2.10: Mô hình hệ thống truyền hình bằng vệ tinh

24


Đối với vệ tinh,hiện nay thường sử dụng 2 băng tần là:băng C sử dụng dải
tần từ 4 GHz đến 6 GHz và băng Ku sử dụng dải tần từ 12GHz đến
14GHz.Việc chọn lựa băng tần Ku bởi nó có lợi thế rất cơ bản là khi thu tần
số cao chỉ cần anten có kích thước bé hơn anten thu tần số băng C,từ đó mở ra
khả năng tăng nhanh số lượng các trạm thu vệ tinh ở mọi miền đất nước.Điều
đó cũng có nghĩa giá thành các dầu thu sẽ rẻ,mà đây lại là mục tiêu thiết kế
của các nhà đầu thu cho trạm phát.
Tất cả các tín hiệu hình,tiếng,số liệu của mỗi chương trình trong kênh được
nén độc lập.Tín hiệu hình và tiếng được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2.Tiếp
theo tất cả các tín hiệu sau khi nén được ghép thành một dòng bít tín hiệu.
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.
Một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất
xa,như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho
dịch vụ điểm điểm
Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hương bởi điều kiện địa hình,địa vật,vì
môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất,truyền hình vệ tinh có
thể thực hiện qua đại dương,rừng rậm núi cao cũng như các địa cực
Việc thiết lập một đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian
ngắn.
Trong truyền hình qua vệ tinh,điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh

vệ tinh được thiết lập dành cho các chương trình truyền hình.Các chương
trình này có thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá.

25