trình bày về quá trình phát triển, giới thiệu khái quát về hệ thống truyền hình số

Lời nói đầu
Trong những năm gần đây, với chính sách mở cửa đúng đắn của Đảng và nhà nước
nền kinh tế của nước nhà đã và đang phát triển với một tốc độ cao. Các thành tựu khoa
học kỹ thuật mới trên thế giới đã nhanh chóng thâm nhập vào nước ta. Đặc biệt trong
lĩnh vực điện tử-viễn thông, sự xuất hiện những công nghệ hiện đại, những dây chuyền
sản xuất mới có mức độ tự động hóa cao với hệ thống điều khiển tự động tiên tiến...đã
tạo điều kiện thúc đẩy các thành phần kinh tế trong nước phát triển vượt bậc cả về số
lượng lẫn chất lượng.
Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật số đã xâm nhập vào hầu hết tất cả các lĩnh vực
khoa học kĩ thuật, kĩ thuật truyền hình cũng không nằm ngoài quá trình đó. Công nghệ
số diễn ra trong truyền hình ngày nay không chỉ do yêu cầu ngày càng cao về chất lượng
của dịch vụ truyền hình mà còn do sức ép đang tăng lên đối với nguồn tài nguyên phổ
tần số. Đối với những nước có nền công nghiệp truyền hình-viễn thông phát triển mạnh,
vấn đề này đang trở nên gay gắt hơn bao giờ hết. Bên cạnh đó, nhu cầu cạnh tranh trong
nền kinh tế thị trường đã thúc ép các nước này phải nhanh chóng xác lập và lựa chọn
chuẩn số thích hợp, để sớm tung ra các thiết bị hay dịch vụ số để chiếm thế thượng
phong trên thị trường. Hầu hết các nước hiện nay đã đặt ra lộ trình chuyển đổi sang số
và sẽ chấm dứt truyền hình tương tự trong khoảng thời gian từ 10 đến 15 năm tới.
Đối với Việt Nam, một nước nghèo với những đặc thù riêng của mình, vấn đề số hoá
lại còn có một ý nghĩa khác. Về tài nguyên phổ tần, có lẽ trong vòng 10 đến 15 năm tới,
chúng ta cũng chưa bị thúc ép gay gắt như các nước có ngành truyền hình-viễn thông
phát triển hiện nay. Bên cạnh mục đích nâng cao chất lượng phục vụ người xem, truyền
hình Việt Nam trong 10 đến 15 năm nữa sẽ buộc phải chuyển sang số vì các thiết bị
tương tự sẽ không được sản suất nữa. Như vậy, số hoá truyền hình là con đường tất yếu
1

mà truyền hình Việt Nam cần phải đi mặc dù còn rất nhiều khó khăn trước mắt như điều
kiện kinh tế còn eo hẹp, nền công nghiệp và trình độ khoa học kỹ thuật còn non trẻ...
Trong khuôn khổ của đồ án, em đề cập tới các vấn đề của quá trình thực hiện số hoá
đối với tín hiệu truyền hình tương tự, đồng thời trình bày khái quát về các phương thức

truyền dẫn, các tiêu chuẩn truyền hình số. Bố cục đồ án bao gồm 6 chương:
Chương1: Giới thiệu chung : trình bày về quá trình phát triển, giới thiệu khái
quát về hệ thống truyền hình số.
Chương2: Xử lý tín hiệu video : bao gồm số hoá và thực hiện nén tín hiệu video.
Chương3: Xử lý tín hiệu audio : số hoá và thực hiện nén tín hiệu audio.
Chương4: Ghép kênh và truyền tải các dịch vụ : trình bày về quá trình ghép
kênh các kênh video, audio,số liệu phụ...của một hay nhiều chương trình truyền hình.
Chương5: Các hệ thống truyền hình số : trình bày về các hệ thống truyền hình số
ATSC, DVB, ISDB.
Chương6: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số : trình bày về các phương thức
dịch vụ truyền dẫn như qua cáp, vệ tinh, phát mặt đất...
Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng song do trình độ chuyên môn còn giới hạn, tài
liệu tham khảo hạn chế cộng với thời gian thực hiện không dài nên trong quá trình thực
hiện chắc không tránh được những sai lầm, thiếu sót. Vì điều kiện thực tế không cho
phép nên đồ án của em chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết. Rất mong được sự thông cảm
và hướng dẫn, chỉ bảo thêm của các thầy cô và bè bạn để em có thể hiểu rõ hơn về lĩnh
vực này.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè đã giúp đỡ em trong quá
trình thực hiện. Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tiến Khải, thầy đã
trực tiếp chỉ dẫn, định hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án.
2

Chương 1
Giới thiệu chung.
Trong những năm gần đây kĩ thuật số đã có những bước phát triển nhảy vọt với các
sản phẩm công nghệ cao, giá thành hạ đang được ứng dụng mạnh mẽ vào các ngành kĩ
thuật khác. Trước khi kĩ thuật số được áp dụng vào kĩ thuật truyền hình, công nghệ kĩ
thuật số đã phát triển ở mức độ cao trong các hệ thống xử lý dữ liệu và hệ thống truyền
tin. Kết quả là truyền hình số đã phát triển rất nhanh, thể hiện nhiều ưu điểm so với
truyền hình tương tự và đang dần chiếm lĩnh ưu thế tạo nên một cuộc cách mạng thực

sự trong công nghiệp truyền hình.
3

Sự dịch chuyển từ các dịch vụ truyền hình dựa trên các ứng dụng của kỹ thuật tương
tự sang các dịch vụ truyền hình dựa trên ứng dụng các kỹ thuật số đang phát triển một
cách nhanh chóng. Sự dịch chuyển của các dịch vụ truyền hình này một phần là nhờ
kết quả của sự hội tụ của các lĩnh vực: truyền hình, viễn thông, các ngành khoa học và
đồ hoạ máy tính thông qua việc sử dụng kỹ thuật số.
Tín hiệu đầu vào và đầu ra của các hệ thống truyền hình, tại camera và tại đầu thu
tương ứng vốn là là tín hiệu tương tự. Như vậy, có một câu hỏi tự nhiên được đặt ra tại
sao phải số hoá. Trong khi sự suy giảm tín hiệu của các tín hiệu tương tự được tích luỹ
thì khả năng để tái tạo lại một chuỗi xung số một cách chính xác rất dễ dàng. Luồng bit
số có thể được xen kẽ trong một kênh, quá trình xen kẽ này cho phép phát xạ, truyền
dẫn, lưu trữ , hoặc xử lý tín hiệu phụ cùng với tín hiệu video và audio. Hơn nữa, các kỹ
thuật nén số dựa trên sự cắt giảm độ dư thừa có thể được ứng dụng để số hoá các dịch
vụ video và audio cho phép truyền một dịch vụ HDTV hoặc nhiều dịch vụ truyền hình
bình thường trên một kênh có độ rộng bằng kênh phát hình tương tự quảng bá hiện tại.
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. 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 hình ảnh. Tuy nhiên, không phải trong tất cả các trường hợp tín
hiệu số đều đạt được hiệu quả cao hơn với tín hiệu tương tự (ví dụ như bộ lọc). Mặc dù
vậy xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới, nhằm đạt
được một sự thống nhất chung, là một hệ thống truyền hình hoàn toàn kĩ thuật số có
chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin.
4

Sự ra đời của các đầu ghi băng video số thế hệ hai và ba, các bộ chuyển mạch, đồ hoạ
chuyển động và các bộ tạo kỹ xảo đặc biệt và sự thoả thuận sử dụng giao diện số nối
tiếp năm 1990 đã đẩy nhanh việc cài đặt các thiết bị sản xuất chương trình truyền hình
số. Việc sản xuất chương trình truyền hình số sử dụng các đầu ghi hình số đã cho phép
các nhà sản xuất chương trình có thể sao chép nhiều lần hơn so với đầu ghi hình tương
tự mà vẫn đảm bảo chất lượng . Các ứng dụng của kỹ thuật số cho phép giảm thời gian
cài đặt camera từ vài giờ xuống gần như tức thời. Các hệ thống thư viện số làm cho các
phương tiện được ghi, bảo quản tư liệu một cách tiện lợi và tìm kiếm thông tin nhanh và
dễ dàng.
Các lĩnh vực chính trong phát quảng bá còn lại đối với thế giới tương tự là truyền dẫn
giữa các trung tâm sản xuất chương trình và truyền dẫn đến đến người sử dụng. Các
ngăn cản cuối cùng này cũng đã được vượt qua vào đầu những năm 1990 với những ứng
dụng của kỹ thuật nén số, nhìn chung được xây dựng dựa trên ứng dụng của mã hoá
chuyển dạng cosin rời rạc (DCT), sử dụng điều chế biên độ vuông góc (QAM) và các kỹ
thuật điều chế đa mức gần đây.
Vào khoảng năm 1990, các tổ chức truyền hình Bắc Mỹ với nỗ lực của mình đã tìm ra
phương tiện phát hình ảnh HDTV trong kênh truyền hình 6Mhz hiện tại, kênh truyền
hình UHF được tập trung chủ yếu vào việc sử dụng các phương thức và kỹ thuật nén số
để đáp ứng được các yêu cầu của hệ thống. Các kết quả mô phỏng có tính khả thi thực
tế của các hệ thống khác nhau ở Bắc Mỹ đã nhanh chóng được phát triển ở nhiều nơi
như ở Châu Âu và các nước và vùng châu Á Thái Bình Dương.
Kết quả quá trình số hoá hình ảnh truyền hình 525 dòng, 625 dòng tạo ra dòng số liệu
video 270Mbit/s, số hoá hình ảnh HDTV tạo ra luồng số liệu 1200Mbit/s. Một kênh có
độ rộng 6, 7, 8Mhz chỉ có thể thể mang được tốc độ số liệu tối đa cỡ khoảng 20Mbit/s.
Do vậy yêu cầu phải nén số liệu với tỷ lệ 60:1 đối với các dịch vụ truyền hình HDTV.
5

Vào giữa năm 1991, các báo cáo về công việc đang được làm ở Mỹ, các nước Bắc Âu,
Anh, Pháp,Ý, Nhật và các nước khác đã chỉ ra rằng phương thức giảm tốc độ bit với tỷ
lệ 60:1 có thể được áp dụng cho cả hình ảnh HDTV và các hình ảnh truyền hình thông

thường. Kết quả này cho thấy hình ảnh của truyền hình có độ phân giải cao HDTV có
thể được truyền trên các kênh tương đối hẹp với tốc độ bit từ 15 đến 25Mbits/s và các
dịch vụ truyền hình analog thông thường có thể có thể được truyền với tốc độ 1,5 -
12Mbit/s tuỳ thuộc vào chất lượng của dịch vụ. Sử dụng các tiêu chuẩn, các kỹ thuật
điều chế đa mức sẽ có thể truyền một kênh truyền hình HDTV hoặc nhiều kênh truyền
hình thông thường trong các kênh truyền hình dải VHF và UHF hiện tại có băng thông
6, 7 hoặc 8Mhz.
Trong khoảng thời gian từ 1991 tới 1995 sự phát triển của các chuẩn giao tiếp chung
giữa các hệ thống vệ tinh số, cáp và phát quảng bá mặt đất đã mở ra một bước ngoặt
mới. Nhóm làm việc 11/3 của ITU đã đưa ra các khuyến nghị đối với các thành phần
chung của hệ thống quảng bá truyền hình số mặt đất. Những chi tiết đối với phục vụ
quảng bá bằng vệ tinh số, cáp được chấp thuận ở một số vùng lãnh thổ theo các khuyến
nghị của ITU và chuẩn theo vùng địa lý.
Những ứng dụng của kỹ thuật số đối với truyền hình đã đem lại công nghệ truyền hình
số với rất nhiều ưu điểm. Công nghệ truyền hình số đã và đang bộc lộ thế mạnh tuyệt
đối so với công nghệ truyền hình tương tự trên nhiều lĩnh vực:
•
Chất lượng của dịch vụ cao, cung cấp hình ảnh rõ nét, âm thanh trung thực do
tín hiệu số ít nhạy cảm với các dạng méo xảy ra trên đường truyền, có khả năng
phát hiện lỗi và sửa sai (nếu có).
•
Tính linh hoạt, đa dạng trong quá trình xử lý tín hiệu.
•
Giá thành hoạt động thấp thông qua việc sử dụng các kỹ thuật nén và độ tin cậy
của hệ thống cao.
6

•
Mật độ chương trình được gia tăng, khả năng cung cấp nhiều dịch vụ trên một
kênh dịch vụ truyền hình hiện tại, hiệu quả sử dụng dải thông cao, gia tăng hiệu quả

sử dụng tần số.
•
Có tính phân cấp, ví dụ: một dòng dữ liệu có thể được sử dụng để truyền một
chương trình truyền hình có độ phân giải cao duy nhất hoặc một vài chương trình
truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn.
•
Khả năng truyền tải nhiều dạng thông tin khác nhau, có khả năng cung cấp
nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giả hoặc từng cá nhân tạo ra một thị
trường đa dạng.
•
Tiết kiệm năng lượng,với cùng một công suất phát sóng, diện phủ sóng rộng
hơn so với công nghệ tương tự.
•
Khoá mã đơn giản.
•
Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào môi trường truyền thông đa phương tiện.
Truyền hình đã và đang đáp ứng nhu cầu của toàn thể nhân loại trong việc cập nhật
thông tin, giải trí. Thế giới đã bước vào một kỉ nguyên mới của thời đại thông tin bằng
sự hội tụ của các phương tiện truyền thông. Tuy nhiên, với hệ thống truyền hình quảng
bá tương tự, sự hội nhập của công nghệ truyền hình vào hệ thống đa phương tiện rất khó
khăn. Để theo kịp xu hướng phát triển của ngành công nghiệp truyền thông kĩ thuật
truyền hình cũng cần có sự cải tiến về công nghệ trong toàn bộ hệ thống từ ghi, dựng,
truyền dẫn và phát sóng. Các tổ chức quốc tế đã thống nhất các tiêu chuẩn truyền hình
số để tạo đà phát triển cho hệ thống mới này. Trước những vấn đề trên, truyền hình số
ngày càng thể hiện rõ các ưu điểm của mình và chắc chắn sẽ dần thay thế hệ thống
truyền hình tương tự trong một tương lai không xa để kết hợp với các mạng truyền
thông khác tạo thành một thế giới thông tin số đa phương tiện phục vụ cho con người
một cách hữu hiệu. Để dịch vụ truyền hình số phát triển nhanh chóng bắt buộc phải có
7

sự hợp nhất giữa các chuẩn về mã hoá kênh, mã hoá nguồn, phương thức điều chế, nhận
dạng trong, chống lỗi và sửa sai...
Số hoá toàn bộ hệ thống truyền hình có nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng
số từ camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hình. Việc số hoá hệ
thống truyền hình hiện nay (các hệ truyền hình PAL, NTSC, SECAM) chủ yếu là các
khâu phân tích ảnh cho đến đầu vào máy phát hình (điều chế, sửa và xử lý tín hiệu). Số
lượng các máy thu hình hiện nay là rất lớn, nên việc số hoá hệ thống truyền hình phải
được thực hiện qua từng giai đoạn (ngoại trừ các hệ thống truyền hình mới, ví dụ hệ
thống truyền hình chất lượng cao HDTV).
Sử dụng các hệ thống số trong truyền hình đòi hỏi phải biến đổi video tương tự (từ
camera truyền hình ở studio) thành tín hiệu video số. Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu
tương tự ở đầu vào máy phát hình. Các thông số của hệ thống số phải được chọn sao
cho chất lượng hình ảnh bằng hoặc tốt hơn so với hệ thống số tương tự. Đó là giai đoạn
sử dụng hỗn hợp truyền hình tương tự và truyền hình số.
Các ứng dụng của kĩ thuật số vào ngành truyền hình có một số nguyên tắc kỹ thuật và
các tiến trình riêng biệt bao gồm :
•
Sự phát triển của phương thức nén số liệu , hình ảnh, âm thanh tương thích với
các nhu cầu của hệ thống phát hình số và cung cấp các mức thích hợp của hiệu năng
hệ thống.
•
Phải có sự nhận dạng của ghép kênh hình ảnh, âm thanh, số liệu , các đặc điểm
mã hoá kênh và điều chế đáp ứng yêu cầu của hệ thống.
•
Tìm hiểu phổ và các khía cạnh đặt kế hoạch của các dịch vụ truyền hình số bao
gồm vùng phủ sóng cho bộ thu khác nhau và các điều kiện môi trường khác nhau.
•
Khả năng cung cấp hệ thống phát số trong dải VHF và UHF cho phép khả năng
hoạt động đồng thời với các dịch vụ truyền hình tương tự đang tồn tại.
8

Tuỳ theo phương pháp biến đổi tín hiệu mà đặc điểm của hệ thống truyền hình số
cũng thay đổi theo. Cấu trúc,nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình
số tổng quát như sau:

9
Gia công
tương tự
ADC
Ghép kênh
Xử lý tín hiệu
ADC
Gia công
tương tự
Gia công
số
Gia công
số
Mã hoá
chống nhiễu
Điều chế
Đồng bộ
Đo kiểm tra
Tín hiệu
hình
Tín hiệu
tiếng
Tín hiệu phụ
Phát
Môi trường

truyền dẫn
Giải
điều chế
Giải mã
hoá kênh
Phân
kênh
Chọn
đồng bộ
Phát
đồng bộ
Gia công
số
Gia công
tương tự
ADC
Gia công
số
ADC
Gia công
tương tự
Xử lý tín hiệu
Tín hiệu
hình
Tín hiệu
tiếng
Tín hiệu
phụ
Tín hiệu đo
kiểm tra

Hình 1.1 : Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống truyền hình số
Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong
thiết bị mã hoá (biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình
số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình đã
được lựa chọn.
Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó qua kênh thông tin rồi được
đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu 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.
Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã
hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số vói kênh thông tin. Khi tín hiệu số được
truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và giải
điều chế. Khái niệm mã hoá 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...
10

Chương2
Xử lý tín hiệu video.
2.1 / Số hoá tín hiệu video.
Số hoá tín hiệu video là việc thực hiện biến đổi tín hiệu video tương tự sang dạng số.
Có hai phương pháp biến đổi:
•
Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp thành tín hiệu video số tổng hợp.
11
Đồng bộ
Lấy mẫu Lượng tử Mã hoáLọc thông

thấp
Tín hiệu
tương tự
Tín hiệu
số
Đồng bộ
Lấy mẫu Lượng tử Mã hoáLọc thông
thấp
Tín hiệu
tương tự
Tín hiệu
số

Hình 2.1: Biến đổi A/D tín hiệu video màu tổng hợp.
•
Biến đổi riêng từng tín hiệu video màu thành phần thành các tín hiệu video
thành phần số:
Hình 2.2: Biến đổi A/D tín hiệu video màu thành phần.
Việc lựa chọn phương pháp biến đổi tín hiệu video phụ thuộc vào nhiều yếu tố: yêu
cầu về khả năng thuận lợi khi xử lý tín hiệu, yêu cầu về truyền dẫn phát sóng...Số hoá
tín hiệu video tổng hợp có ưu điểm là tốc độ bít thấp, điều đó cũng có nghĩa là dung
lượng cần để lưu trữ nhỏ hơn, lợi hơn về dải tần. Tuy nhiên tín hiệu video số tổng hợp
bộc lộ nhiều nhược điểm trong quá trình xử lý số, tạo kĩ xảo, dựng hình...và nó còn
mang đầy đủ những khiếm khuyết của video tương tự nhất là hiện tượng can nhiễu chói
- màu.
Số hoá tín hiệu video thành phần khắc phục được các nhược điểm trong số hoá tín
hiệu video tổng hợp nhưng nó lại tạo ra dòng số có tốc độ bit cao hơn. Với sự phát triển
của công nghệ điện tử như ngày nay, các chíp có tốc độ cao ra đời cho phép truyền toàn
12
Đồng bộ

Lấy mẫu Lượng tử Mã hoáLọc thông
thấp
Lấy mẫu Lượng tử Mã hoáLọc thông
thấp
Lấy mẫu Lượng tử Mã hoáLọc thông
thấp
Tín hiệu
tương tự
Tín hiệu số
E
B
- E
y
E
R
- E
y
E
y
E
B
- E
y
E
R
- E
y
E
y

bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫn duy nhất đã tạo
thuận lợi cho quá trình xử lý số tín hiệu video thành phần.
Mặc dù cả hai phương pháp trên đều được nghiên cứu và áp dụng trong kĩ thuật
truyền hình số nhưng do nhờ những tính chất ưu việt nên phương pháp biến đổi tín hiệu
video thành phần được khuyến khích sử dụng. Các kĩ thuật của phương pháp này đang
được sử dụng rộng rãi và hình thành nên các tiêu chuẩn thống nhất cho truyền hình số.
Video số thành phần được coi là phương pháp số hoá sử dụng trong hiện tại cũng như
trong tương lai tại các studio hoàn toàn số. Chính vì vậy trong phần xử lý tín hiệu video
em chỉ trình bày các kĩ thuật xử lý tín hiệu video thành phần.
Quá trình chuyển đổi tín hiệu video thành phần từ tương tự sang số gồm nhiều vấn đề
cần xem xét nghiên cứu, nó phải qua nhiều công đoạn và có một số mấu chốt như: tần
số lấy mẫu, phương thức lấy mẫu, tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu
màu, lượng tử hoá,mã hoá...
2.1.1 / Lấy mẫu.
Tín hiệu video do có đặc trưng riêng nên ngoài việc thoả mãn định lý lấy mẫu
Nyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thoả mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính
tương thích giữa các hệ thống...Quá trình này phải xác định được tần số lấy mẫu, cấu
trúc lấy mẫu nhằm đạt được chỉ tiêu về chất lượng hình ảnh,tính tương thích giữa các hệ
truyền hình, tốc độ bít thích hợp và mạch thực hiện đơn giản. Việc chọn tần số lấy mẫu
tối ưu sẽ khác nhau với các thành phần tín hiệu khác nhau đồng thời nó cũng phụ thuộc
vào hệ thống truyền hình màu. Cấu trúc lấy mẫu chính là sự phân bổ toạ độ các điểm lấy
mẫu. Vị trí các điểm lấy mẫu được xác định dựa trên các dòng,mành và thời điểm lấy.
Cấu trúc lấy mẫu phù hợp với tần số lấy mẫu sẽ cho phép khôi phục hình ảnh tốt nhất.
Có ba dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu được sử dụng phổ biến cho cấu trúc lấy mẫu
tín hiệu video:
13

Cấu trúc trực giao.
Các mẫu được sắp xếp trên các dòng kề nhau thẳng hàng theo chiều đứng.Cấu trúc
này là cố định theo mành.

Hình 2.3: Cấu trúc trực giao.
Cấu trúc “ quincunx “ mành.
Các mẫu trên dòng kề nhau thuộc cùng một mành xếp thẳng hàng theo chiều đứng
nhưng các mẫu thuộc mành 1 lại dịch đi một nửa chu kì lấy mẫu so với các mẫu của
mành thứ hai.
Hình 2.4: Cấu trúc “ quincunx “ mành.
Cấu trúc “ quincunx “ dòng.
Các mẫu trên dòng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau nửa chu kì lấy mẫu. Các mẫu
trên 1 dòng của mành 1 lệch so với các mẫu trên dòng kế tiếp với nó của mành 2 cũng
một nửa chu kì lấy mẫu.
14

Hình 2.5: Cấu trúc “ quincunx “ dòng.
Với cấu trúc trực giao độ phân giải ảnh bị giảm, cần sử dụng tốc độ bit lớn. Với cấu
trúc “quincunx” mành sẽ xuất hiện nhấp nháy các điểm ảnh, phổ tần của mành 2 bị dịch
so với phổ mành 1 và có thể lồng với phổ tần cơ bản gây ra méo ở các chi tiết ảnh khi
hình ảnh có các sọc hoặc các đường thẳng đứng. Còn đối với cấu trúc “quincunx” dòng
sẽ xuất hiện các vòng tròn theo chiều ngang (méo đường biên) tuy nhiên không xảy ra
lồng phổ biên với phổ chính. Tóm lại cấu trúc trực giao cho chất lượng ảnh cao nhất vì
đối với mắt người thì độ phân giải bị giảm dễ chấp nhận hơn là hai loại méo trên. Chính
vì vậy cấu trúc lấy mẫu trực giao hay được sử dụng hơn cả.
Sự lựa chọn tần số lấy mẫu tín hiệu video cho các hệ truyền hình không chỉ thoả mãn
tiêu chuẩn Nyquist và cấu trúc lấy mẫu mà còn phải đạt điều kiện là tần số lấy mẫu
chung cho cả hai tiêu chuẩn truyền hình 525 và 625 dòng để có thể tiến tới một tiêu
chuẩn video số chung cho toàn thế giới. Nhiều cuộc tranh luận về xác định tần số lấy
mẫu đã xảy ra tại các hội nghị quốc tế về phát thanh truyền hình. Tần số lấy mẫu càng
cao chất lượng video càng cao,tuy nhiên tần số lấy mẫu lớn đòi hỏi thiết bị, đường
truyền phải có dải thông rộng và các bộ nhớ có dung lượng lớn do đó chi phí cho toàn
bộ hệ thống tăng lên nhiều lần. Tần số lấy mẫu thích hợp được xác định trong khoảng
12 ÷ 14 MHz. Từ năm 1982 các tổ chức phát thanh truyền hình (SMPTE, EBU, CCIR)

đã thống nhất lựa chọn tần số lấy mẫu f
s
= 13,5 MHz cho cả hai tiêu chuẩn 525 và 625
15

dòng. 13,5 MHz là tần số duy nhất trong khoảng 12 MHz ÷ 14 MHz có giá trị bằng một
số nguyên lần tần số dòng cho cả hai tiêu chuẩn:
13,5 MHz = 864 f
H
với chuẩn 625 dòng (f
H
= 15625 Hz).
13,5 MHz = 858 f
H
với chuẩn 525 dòng (f
H
= 15750 Hz).
Thời gian một dòng của hệ 625 dòng là 64 µs, hệ 525 dòng là 63,56 µs. Thời gian tích
cực của một dòng trong hệ 625 dòng là 52 µs. Nếu cả hai hệ đều lấy thời gian tích cực
bằng 52µs thì thời gian xoá dòng tương ứng với từng hệ là 12µ và 11,56 µs và các thông
số cơ bản đối với mỗi hệ là :
•
Tổng số mẫu mỗi dòng.
Hệ 625 dòng: 64 × 13,5 = 864 mẫu.
Hệ 525 dòng: 63,56 × 13,5 = 858 mẫu.
•
Tổng số mẫu trong thời gian tích cực của một dòng.
Hệ 625 dòng: 52 × 13,5 = 702 mẫu.
Hệ 525 dòng: 52 × 13,5 = 702 mẫu.
•

Tổng số mẫu trong thời gian xoá dòng.
Hệ 625 dòng: 12 × 13,5 = 162 mẫu.
Hệ 525 dòng: 11,56 × 13,5 = 156 mẫu.
Như vậy mối quan hệ giữa dòng của video số và dòng của video tương tự trong 2 hệ
như sau:
16

Hình 2.6: Quan hệ giữa dòng video số và dòng video tương tự hệ 525 dòng / 60 mành.
Hình 2.7: Quan hệ giữa dòng video số và dòng video tương tự hệ 625 dòng / 50 mành.
Với tín hiệu video thành phần, tần số lấy mẫu thường được biểu thị thông qua tỉ lệ
giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu các tín hiệu hiệu màu. Tần số lấy
mẫu sẽ quyết định bề rộng tối đa của dải phổ tín hiệu. Theo tiêu chuẩn Nyquist tần số
17

lấy mẫu tối thiểu phải gấp 2 lần tần số cao nhất của tín hiệu. Có nhiều tiêu chuẩn lấy
mẫu cho tín hiệu video thành phần, điểm khác nhau chủ yếu ở tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu
và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu hiệu màu trong đó bao gồm tiêu
chuẩn 4:4:4, 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1. Số 4 đầu tiên biểu thị tần số lấy mẫu tín hiệu chói là
13,5 MHz, hai con số tiếp biểu thị tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu so với tín
hiệu chói. Các định dạng số video có nén chỉ lấy mẫu cho các dòng tích cực của video.
Tiêu chuẩn 4:4:4.
Tín hiệu chói Y và các tín hiệu hiệu màu C
R
, C
B
được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy
mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu videovới cùng tốc độ lấy mẫu là 13,5 MHz.
Hình 2.8 : Tiêu chuẩn 4:4:4.
Tiêu chuẩn 4::2:2.
Việc lấy mẫu trên 1 dòng tích cực được thực hiện như sau:

•
Điểm đầu tiên lấy mẫu toàn bộ ba tín hiệu Y, C
R
, C
B
.
•
Điểm kế tiếp chỉ thực hiện lấy mẫu tín hiệu Y. Khi giải mã, màu suy ra từ màu
của điểm ảnh trước.
•
Điểm tiếp theo lại lấy mẫu đủ cả ba tín hiệu.
Tuần tự như vậy cứ 4 lần lấy mẫu Y thì có hai lần lấy mẫu C
R
và hai lần lấy mẫu C
B
tạo nên cơ cấu 4:2:2.
18

Hình 2.9 : Tiêu chuẩn 4::2:2.
Tiêu chuẩn 4:2:0.
Tín hiệu Y được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh của dòng còn tín hiệu hiệu màu thì
cứ cách một điểm thì lấy mẫu cho một tín hiệu hiệu màu. Tín hiệu hiệu màu được lấy
xen kẽ, nếu hàng chẵn lấy mẫu cho tín hiệu C
R
thì hàng lẻ sẽ lấy mẫu cho tín hiệu C
B
.
Hình 2.10 : Tiêu chuẩn 4:2:0.
Tiêu chuẩn 4:1:1.
Trong điểm ảnh đầu lấy mẫu đủ cả ba tín hiệu Y, C

R
, C
B
. Ba điểm ảnh tiếp theo chỉ lấy
mẫu tín hiệu Y. Khi giải mã, màu của ba điểm ảnh sau phải suy từ điểm ảnh đầu.
19

Hình 2.11 : Tiêu chuẩn 4:1:1.
Trong các tiêu chuẩn trên tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phục lại chất lượng hình
ảnh tốt nhất được dùng cho hậu kỳ (xử lý phức tạp), thiết bị studio có chất lượng cao,
chương trình gốc.
Tiêu chuẩn 4:2:2 đã được sử dụng trong nhiều năm qua như là yêu cầu tối thiểu cho
khả năng khoá màu tốt trong môi trường sản xuất chương trình truyền hình.
Tiêu chuẩn 4:1:1 thích hợp cho trường hợp độ rộng băng tần tín hiệu hiệu màu số nhỏ
hơn 1,5 MHz (thiết bị chất lượng thấp). Nhờ xử lý hình ảnh mà có thể sử dụng lấy mẫu
4:1:1 với khoá màu chất lượng chấp nhận được sử dụng cho làm tin và hậu kì không đòi
hỏi chất lượng cao.
Tiêu chuẩn 4:2:0 được dùng trong các ứng dụng đặc biệt như: định dạng phân phối tín
hiệu số có nén tốc độ bit MPEG.
2.1.2 / Lượng tử hoá.
Trong hầu hết các thiết bị video số chất lượng studio quá trình lượng tử hoá là lượng
tử hoá đồng đều. Méo lượng tử xuất hiện trong tín hiệu video ở 2 dạng chính: hiệu ứng
đường viền và nhiễu hạt ngẫu nhiên. Hiệu ứng đường viền được khắc phục bằng cách
tăng số mức lượng tử. khi sử dụng từ mã 8 bit để biểu diễn mẫu thì hiệu ứng đường viền
sẽ gần như không còn nhận biết được nữa. Nhiễu hạt ngẫu nhiên được sử dụng để hiệu
chỉnh chất lượng ảnh bằng cách cộng tín hiệu “dither” vào tín hiệu video.
20

Dạng thức video số được quy định bởi các thông số:
•

Mức danh định.
•
Khoảng bảo vệ cần thiết (biên bảo hiểm).
•
Số bit tương ứng với mỗi mẫu.
•
Mã “cấm”.
Thông số chi tiết của các dạng thức video số được thể hiện qua các bảng dưới đây.
Bảng 2.1: Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu Y.
Số hoá 8 bit, 3,196 mV / mức.
Điện áp ( mV) Binary Hexadecimal Decimal
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
763,927 1111 1111 FF 255
Khoảng trống
dự phòng
760,731
:
703,196
1111 1110
:
1110 1100
FE
:
EC
254
:
236
Mức video

700,000
:
0,000
1110 1011
:
0001 0000
EB
:
10
235
:
16
Khoảng trống
dự phòng
-3,196
:
-47,945
0000 1111
:
0000 0001
0F
:
01
15
:
1
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
-51,142 0000 0000 00 0

Bảng 2.2 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu Y.
Số hoá 10 bit; 0,799 mV / mức.
21

Điện áp ( mV) Binary Hexadecimal Decimal
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
766,324
:
763,927
11 1111 1111
:
11 1111 1100
3FF
:
3FC
1023
:
1020
Khoảng trống
dự phòng
763,128
:
700,799
11 1111 1011
:
11 1010 1101
3FB
:

3AD
1019
:
941
Mức video
700,000
:
0,000
11 1010 1100
:
00 0100 0000
3AC
:
040
940
:
64
Khoảng trống
dự phòng
-0,799
:
-47,945
00 0011 1111
:
00 0000 0100
03F
:
004
63
:

4
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
-48,744
:
-51,142
00 0000 0011
:
0000 0000
003
:
000
3
0
Bảng 2.3 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu C
B
, C
R
.
Số hoá 8 bit, 3,125 mV / mức.
Điện áp ( mV) Binary Hexadecimal Decimal
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
396,875 1111 1111
FF
255
Khoảng trống
dự phòng

393,750
:
1111 1110
:
FE
:
254
:
22

353,125 1110 1100 EC 236
Mức video
350,000
:
0,000
:
-350,000
1110 1011
:
1000 0000
:
0001 0000
EB
:
80
:
10
235
:
128

:
16
Khoảng trống
dự phòng
-353,125
:
-396,875
0000 1111
:
0000 0001
0F
:
01
15
:
1
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
-400,000 0000 0000 00 0
Bảng 2.4 : Giá trị các từ mã ứng với các mức và điện áp tín hiệu C
B
, C
R
.
Số hoá 10 bit; 0,781 mV / mức.
Điện áp ( mV) Binary Hexadecimal Decimal
Mức cấm đối
với dòng tích
cực

399,219
:
396,785
11 1111 1111
:
11 1111 1100
3FF
:
3FC
1023
:
1020
Khoảng trống
dự phòng
396,094
:
350,781
11 1111 1011
:
11 1100 0001
3FB
:
3C1
1019
:
961
Mức video
350,000
:
0,000

11 1100 0000
:
10 0000 0000
3C0
:
200
940
:
512
23

:
-350,000
:
00 0100 0000
:
040
:
64
Khoảng trống
dự phòng
-350,781
:
-396,875
00 0011 1111
:
00 0000 0100
03F
:
004

63
:
4
Mức cấm đối
với dòng tích
cực
-397,656
:
-400,000
00 0000 0011
:
00 0000 0000
003
:
000
3
0
Tín hiệu chói sau khi sửa méo gama được biểu diễn bằng:
Y’ = 0.299R’ + 0.587G’ + 0.114B’
Do đó xác định được:
R’ - Y’ = 0.701R’ - 0.587G’ - 0.114B’
B’ - Y’ = -0299R’ - 0.587G’ + 0.886B’
Giá trị Y’ dao động từ 0 ÷ 1 trong khi đó giá trị (R’ - Y’) dao động trong khoảng
0.701 ÷ -0.701 và giá trị B’ - Y’ dao động trong khoảng 0.886 ÷ -0.886. Để phạm vi dao
động của các mức tín hiệu bằng nhau, có nghĩa là các tín hiệu hiệu màu chỉ dao động
trong khoảng 0.5 ÷ -0.5 ta cần nhân các giá trị đó với các hệ số tương ứng.
C
R
’ = K
R

(R’ - Y’) = 0.5R’ - 0.419G’ - 0.081B’
C
B
’ = K
B
(B’ - Y’) = -0.169R’ - 0.331G’ - 0.5B’
Với K
R
= 0.713.
K
B
= 0.564.
R’, G’, B’ là các tín hiệu màu cơ bản sau khi sửa méo gama.
2.1.3 / Tín hiệu chuẩn thời gian TRS (Time Reference Signal).
24

Tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video thành phần không thực hiện lấy mẫu các xung đồng
bộ. Để đồng bộ dòng tín hiệu video tại đầu và cuối mỗi dòng số tích cực tín hiệu chuẩn
thời gian được ghép vào cùng với dòng video số tổng hợp.Trong mỗi khoảng xoá dòng
có 8 từ mã dùng làm chuẩn thời gian. Tín hiệu SAV (Start of Active Video) gồm 4 từ
mã xuất hiện ở điểm đầu mỗi dòng. Tín hiệu EAV (End of Active Video) cũng gồm 4 từ
mã xuất hiện ở điểm cuối mỗi dòng. Như vậy khoảng thời gian bắt đầu từ EAV và kết
thúc tại SAV là khoảng xoá dòng.
Tín hiệu chuẩn thời gian cho tín hiệu video bao gồm 4 từ mã, mã hoá hệ hex được sắp
xếp như sau:
•
Mã hoá 8 bit : FF 00 00 XY.
•
Mã hoá 10 bit : 3FF 000 000 XYZ.
Trong cả 2 trường hợp dùng mã hoá 8 bit và 10 bit 3 từ mã đầu đều có giá trị cố định.

Vị trí bit 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9
XY(8 bit) P
0
P
1
P
2
P
3
H V F 1
XYZ(10bit) P
0
P
1
P
2
P
3
H V F 1 0 0
Bit F : thứ tự mành : F = 0 : mành 1 (mành lẻ).
F = 1 : mành 2 (mành chẵn).
Bit V : vị trí khoảng xoá mành : V = 0 : mành tích cực.
V = 1 : xoá mành.
Bit H : vị trí khoảng xoá dòng : V = 0 : SAV.
V = 1 : EAV.
Các bit P
0
, P
1
, P

2
, P
3
dùng để phát hiện và sửa lỗi.
2.1.4 / Dữ liệu phụ ANC (Ancillary Data).
25