Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỤC LỤC.......................................................................................................................................1
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................................................1
MỞ ĐẦU.........................................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV...............................................................................................3
1.1.Khái niệm HDTV..................................................................................................................3
1.1.1. Khái niệm và ưu điểm của HDTV [5].........................................................................3
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3].......................................................................................................3
1.1.3.Đặc tính quét ảnh............................................................................................................4
1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu......................................................................5
1.2.Lịch sử và xu hướng phát triển [5]........................................................................................7
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản.......................................................................................................7
1.2.2. HDTV tại Mỹ................................................................................................................8
1.2.3. HDTV tại châu Âu........................................................................................................9
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD..................................................................................11
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)............................................................11
1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu...............................................................................12
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao............................................................................................12
CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV.......13
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu....................................................................................13
2.2.Lượng tử hoá.......................................................................................................................14
2.3.Nén video số bằng MPEG [3].............................................................................................15
2.3.1.Tổng quan nén MPEG.................................................................................................15
2.3.2.Nguyên lý nén Video...................................................................................................16
2.3.3.Nén trong ảnh...............................................................................................................17
2.3.4.Nén liên ảnh.................................................................................................................19
2.4.Nén MPEG 4 [3]..................................................................................................................21
2.4.1.Tổng quan về MPEG 4................................................................................................21

2.4.2 MPEG 4 Profile............................................................................................................25
2.4.3 MPEG 4 Visual (Part 2)..................................................................................................29
2.4.4. MPEG 4 AVC (Part 10)/ H264..................................................................................34
2.5.Nén HDTV...........................................................................................................................41
2.6.Chuyển đổi âm thanh tiêu chuẩn SD sang âm thanh tiêu chuẩn HD..................................44
CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV..........................................................................................45
3.1.Phát HDTV qua vệ tinh ......................................................................................................46
3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S......................................................................................46
3.1.2. Chuẩn DVB-S2 [4].....................................................................................................47
3.1.3. Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2.................................................................50
3.2.Phát HDTV qua sóng mặt đất.............................................................................................51
3.2.1. Chuẩn DVB-T.............................................................................................................52
3.2.2. Chuẩn DVB-T2 [4]......................................................................................................52
3.3.Phát HDTV qua mạng cáp...................................................................................................64
3.3.1. Phát HDTV qua chuẩn DVB-C...................................................................................64
3.3.2. Giới thiệu DVB-C2[4].................................................................................................68
3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2......................................................................................70
3.4.Phát HDTV qua IP...............................................................................................................79
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG........................................................................81
4.1.Mô hình mô phỏng..............................................................................................................81
4.1.1.Mô hình hệ thống DVB-T...........................................................................................81
4.1.2.Mô hình hệ thống DVB-T2.........................................................................................82
4.1.3.Mô hình hệ thống DVB-S2.........................................................................................83
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng....................................................................................83
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T..............................................................................83
4.2.2.Hệ thống DVB-S2.......................................................................................................84
4.2.3.Hệ thống DVB-T2.......................................................................................................85
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM..........................................86
5.2.1.Kỹ thuật De-interlacing [6]..........................................................................................88
5.2.2.Kỹ thuật upconvesion [6]............................................................................................91

KẾT LUẬN:..................................................................................................................................93
MỞ ĐẦU
HDTV (High-definition television) là hệ thống truyền hình số quảng bá có
độ phân giải cao cho hình ảnh đẹp, sắc nét, màu sắc đa dạng phong phú kết hợp
với hệ thống âm thanh số trung thực, đa kênh tạo ra một dịch vụ có chất lượng
nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM)
Chuẩn truyền hình này đưa đến cho người xem không chỉ cảm nhận về
chất lượng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn
tượng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thước của toàn bộ hình ảnh. Hơn
thế nữa, với việc cung cấp tín hiệu âm thanh vòng (surround sound) 5.1 đã mang
lại cho người xem một cảm giác như đang ngồi trong rạp chiếu phim.
Việc người dùng chuyển lên HDTV thay thế SDTV được coi là một bước
tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tương tự như việc nhân
loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trước đây.
Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV trên công các công nghệ khác nhau đặc
biệt là sử dụng chuẩn DVB (T,S,C) đang gặp khó khăn về yêu cầu cân bằng giữa
băng thông tín hiệu và chất lượng kênh truyền. Sự ra đời của chuẩn nén mới
MPEG-4/AV đã cải thiện được hiệu suất nén dòng tín hiệu và hiệu quả sử dụng
kênh truyền. Đầu năm 2009 đánh dấu sự công nhận hệ tiêu chuẩn thứ 2 của
DVB gồm DVB- T2, DVB-S2, DVB-C2 với việc làm giảm rất nhiều dung
lượng của kênh, tăng độ tin cậy và khả năng chống nhiễu do vậy càng thúc đẩy
sự phát triển mạnh của dịch vụ HDTV.
Hiện nay tại Việt Nam truyền hình độ phân giải cao vẫn là một khái niệm
rất mới đối với người sử dụng. Trên thị trường chỉ xuất hiện màn hình Plasma và
LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chương trình
cũng như cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng
phương án đầu tư, nghiên cứu và phát thử nghiệm.
Luận văn “Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng
ứng dụng tại Việt Nam” đi vào nghiên cứu các công nghệ, chuẩn sử dụng trên
HDTV và đánh giá so sánh được hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ

2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. Đồng thời cũng đánh giá được hiện trạng
việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nước ta để cho người sử dụng có một
cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam.
Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan HDTV
Chương 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu,
lượng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm
thanh vòng sử dụng trong HDTV
1
Chương 3: Các công nghệ truyền dẫn HDTV, giới thiệu chuẩn DVB thế
hệ thứ 2 (DVB-T2,DVB-S2,DVB-C2) và so sánh đánh giá hiệu quả kênh truyền.
Chương 4: Một số kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm mô phỏng
MATLAB 2009a về mô phỏng hệ HDTV, so sánh đánh giá hiệu suất về việc
dùng chuẩn DVB đầu tiên và thế hệ thứ 2 qua mã hoá LDPC
Chương 5: Ứng dụng triển khai HDTV tại Việt Nam
Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Ngô Thái Trị,
người đã tận tình hướng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện bản luận văn này;
cũng xin được cảm ơn các thầy cô giáo, bạn học cùng lớp, bạn bè đồng nghiệp
đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn.
Hà Nội, tháng 12 năm 2009
Học viên
Nguyễn Thị Thu Trang
2
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV
1.1.Khái niệm HDTV
1.1.1. Khái niệm và ưu điểm của HDTV [5]
HDTV sử các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải tiến
chất lượng âm thanh cung cấp tới tivi. Chất luợng hình ảnh tương đương với 35
mm phim camera, chất lượng âm thanh tương đương với một máy nghe nhạc
compact. Để đạt được điều đó HDTV đã tạo thêm các dòng điện tử quét ngang

màn hình và thêm các electron để tạo thêm chi tiết ảnh. Các hệ thống truyền
hình truyền thống cung cấp loại tivi với 525 dòng quét (NTSC) với 300 điểm
ảnh trên/dòng. HDTV sử dùng hơn 1000 dòng quét với khoảng 1000 điểm ảnh
trong một dòng. Với việc tăng thông tin cho hình ảnh nên HDTV yêu cầu một
băng thông cao hơn hẳn so với hệ thống truyền hình truyền thống do đó tăng
hiệu xuất sử dụng băng thông.
Các ưu điểm của HDTV so với SDTV
- Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng.
- Âm thanh với chất luợng cao.
- Băng thông sử dụng hẹp.
Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tượng như bóng
hình(ghosting), hoặc muỗi (snow) không tìm thấy với hệ thống HDTV.
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3]
Tỷ lệ khuôn hình là tỷ lệ giữa chiều ngang và chiều cao của hình ảnh, về
bản chất là tỷ lệ giữa số điểm ảnh tích cực của 1 dòng trên số dòng tích cực. Tỷ
lệ truyền thống là 4:3, còn tỷ lệ của một khuôn hình rộng là 16:9. Một số ưu
điểm của khuôn hình rộng là:
+ Góc nhìn thấy của con người khoảng xung quanh 120
o
, nhưng khi nhìn
màn hình nhỏ tỷ lệ 4:3 từ khoảng cách vài mét, chúng ta sẽ phải làm hẹp góc
nhìn một cách đáng kể thậm chí lên đến 10
o
. Điều này làm giảm khả năng cảm
thụ hình ảnh.
+ Tỷ lệ khuôn hình 16:9 (1.78:1) gần hơn với tỷ lệ khuôn hình sử dụng
trong điện ảnh (thường là 1.85:1 hoặc 2.35:1).
+ Phần lớn các chuyển động trên màn hình được thực hiện theo chiều
ngang (ví dụ bóng đá, đua xe), do đó màn hình rộng sẽ có thể đáp ứng tốt hơn.
+ Màn hình rộng cũng có nghĩa giảm bớt số lượng các hình cận cảnh và

chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và liên
tục với chương trình có tính phim ảnh. Nói một cách đơn giản là có thể giảm bớt
3
được các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn được nhiều hơn trên màn hình
rộng
Hình sau đây sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình.
Khoảng cách nhìn: 3H Khoảng cách nhìn: 7H
Góc nhìn: 30
0
Góc nhìn: 10
0
Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình
HDTV sử dụng tỷ lệ khuôn hình rộng 16:9.
1.1.3.Đặc tính quét ảnh
Với định dạng 720p, tần số mành cũng là tần số khung, mỗi khung hình
truyền đi bao gồm 1 mành quét với 750 dòng tín hiệu..
Với định dạng 1080i, một khung hình gồm 1125 dòng tín hiệu, được
truyền đi bằng 2 mành. Mành 1 gồm các dòng lẻ, gồm có 563 dòng. Mành 2
gồm các dòng chẵn, gồm có 562 dòng. Tần số khung tương ứng với 2 hệ tần số
là 25Hz và 30Hz.
Tần số dòng với định dạng 1080/30i: f
H
= 30 x 1125 = 33750Hz.
Tương tự như vậy, tần số dòng với các định dạng 1080/25i là 28125Hz,
với định dạng 720/60p là 45000Hz, với định dạng 720/50p là 37500Hz.
Bảng sau đây thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tương tự
STT Thông số
50Hz 60Hz
720p 1080i 720p 1080i
1

Tần số khung
(Hz)
50 25 60 30
4
16
9
2
Tần số mành
(Hz)
50 50 60 60
3 Dạng quét 1:1 2:1 1:1 2:1
4 Tổng số dòng 750 1125 750 1125
5 Dòng tích cực
720 (26 đến
745)
1080 (21-560,
564-1123)
720 (26 đến
745)
1080 (21-
560, 564-
1123)
6 Dòng trống
30 (1-25,
746-750)
45 (1-20, 561-
563, 1124-
1125)
30 (1-25,
746-750)

45 (1-20,
561-563,
1124-1125)
7
Tần số dòng (f
H
,
Hz)
37500 28125 45000 33750
Bảng 1.1: Thông số quét ảnh của HDTV
1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu
Độ phân giải đứng tương đương với số lần chuyển đổi giữa dòng tín hiệu
mức trắng và mức đen trong toàn ảnh. Từ những năm 1930, đã xác định độ phân
giải chiều đứng được tính bằng 70% của số dòng tích cực. Hệ số 0.7 được gọi là
hệ số K (Kell Factor).
Độ phân giải chiều đứng thường được thể hiện ở dạng số dòng của chiều
cao 1 ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này được dùng để xác định
mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị được. Nếu 1 ảnh yêu cầu độ phân giải
cao hơn giá trị phân giải đứng của mành thì ảnh sẽ bị mờ.
Độ phân giải ngang của mành sẽ quyết định bề rộng băng thông cần thiết
để truyền tín hiệu. Ta sẽ tính toán trên ví dụ là hệ 1080/25i như sau:
Số dòng tích cực: 1080
Độ phân giải đứng: 1080 x 0.7 = 756 LPH
Với tỷ lệ khuôn hình 16:9, chiều ngang của mành phải đảm bảo hiển thị
số điểm ảnh là: 756 x 16/9 = 1344 điểm ảnh.
Tần số mành của hệ 1080/25i là: 28125Hz, do đó thời gian tích cực 1
dòng là:
(1/28125) x (1920/2640) = 25.858µs
Do chiều ngang có số điểm ảnh là 1344, nên số lần chuyển đổi điểm ảnh
đen trắng trên 1 dòng là 1344/2 = 672 lần.

Thời gian 1 lần chuyển đổi là: 25.858/672 = 0.0384µs
Tần số cực đại là: 1/0.0384 = 26.04 MHz
5