bài tiểu luận số hóa tín hiệu truyền hình

HỌC VIỆN
CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
----------

BÀI TIỂU LUẬN
MÔN HỌC: KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

CHỦ ĐỀ: SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH

Giảng viên:
Nhóm sinh viên:

Hà Nội – 4/2017


MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................................
2
CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ................................................... 3
1. Khái quát chung............................................................................................................... 3
2. Đặc trưng cơ bản của truyền hình số............................................................................... 4
CHƯƠNG II: SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH.................................................... 8
1. Lựa chọn tín hiệu số hóa................................................................................................. 8
2. Chọn tần số lấy mẫu........................................................................................................ 9
2.1. Tần số lấy mẫu tín hiệu Video tổng hợp................................................................... 10
2.2 Tần số lấy mẫu tín hiệu Video thành phần................................................................ 11
3. Cấu trúc lấy mẫu............................................................................................................ 11
3.1 Cấu trúc trực giao..................................................................................................... 12
3.2 Cấu trúc quincux mành............................................................................................ 12
3.3 Cấu trúc quincux dòng............................................................................................. 13

4. Lượng tử hóa tín hiệu Video......................................................................................... 16
5. Mã hóa tín hiệu Video................................................................................................... 17
6. Số hóa tín hiệu ở studio................................................................................................. 19
CHƯƠNG III: KẾT LUẬN............................................................................................ 22
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ......................................................................................... 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO...............................................................................................
21

1


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Lời nói đầu

LỜI NÓI ĐẦU
Truyền hình đóng vai trò rất quan trọng trong đời sống con người. Ngay từ khi ra
đời truyền hình đã nhanh chóng và thực sự trở thành một ngành công nghiệp. Nền công
nghiệp truyền hình yêu cầu những kĩ thuật rất cao, việc nghiên cứu áp dụng các thành tựu
khoa học kĩ thuật đã tao ra những thay đổi lớn. Truyền hình màu ra đời vào những năm 50,
60 của thế kỷ XX cho phép người xem cảm nhận được hình ảnh với các màu sắc trung thực.
Trong các hệ truyền hình phân giải cao - HDTV (high definition television) chất lượng
âm thanh và hình ảnh được cải thiện rất nhiều so với các hệ truyền hình thông thường,
góc nhìn cũng bao quát hơn…Tóm lại, tất cả các kĩ thuật được sử dụng nhằm phục vụ
mục đích tối đa của con người.
Tuy nhiên, khi mà các hệ thống truyền hình còn đang dựa trên cơ sở tín hiệu
tương tự thì việc giải quyết các vấn đề trên cũng như việc phát triển các chương trình
truyền hình gặp phải những giới hạn khó có thể vượt qua, cho dù đã khai thác hết tất cả
các khả năng của nó. Trong khi đó kĩ thuật số với sự ứng dụng trong các ngành công
nghiệp truyền thông, máy tính đã thu được những thành công to lớn, không ngừng phát

triển và khẳng định ưu thế cũng như chỗ đứng trong các kĩ thuật mới. Truyền hình số bắt
đầu được nghiên cứu và các kết quả thu được là khá khả quan. Với kĩ thuật số, các hệ
thống truyền hình có thể giải quyết được hầu hết các vấn đề mà kĩ thuật tương tự hầu như
không giải quyết được. Truyền hình số thực sự là một cuộc cách mạng, từ đó mở ra cho
nền công nghiệp này một giai đoạn mới đầy triển vọng.
Quá trình số hóa tín hiệu là tất yếu. Ở nước ta hiện nay đã và đang có sự chuyển
hóa dần từ truyền hình tương tự sang truyền hình số. Tại các studio, các camera chuyên
dụng,... của đài truyền hình Việt nam đã sử dụng kĩ thuật số.

Nhóm SV: 05

2


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

CHƯƠNG I
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1. Khái quát chung
Sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền
hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình
làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước. Trong một số ứng dụng, tín
hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó có khả năng thực hiện được
các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực hiện,
nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ.
So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà
không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp, tín hiệu số
đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ cụ thể). Mặc dù

vậy, xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằm đạt
được một hệ thống nhất chung là một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số có chất
lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và
đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công
nghiệp truyền hình.
Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra như trên
hình 1.1. Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự.
Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số A/D sẽ biến đổi tín hiệu truyền hình tương
tự thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định
từ hệ thống truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số tại đầu ra bộ biến đổi A/D
được đưa tới bộ mã hoá nguồn, tại đây tín hiệu truyền hình số có tốc độ dòng bit cao sẽ
được nén thành dòng bit có tốc độ thấp hơn phù hợp cho từng ứng dụng. Dòng bit tại đầu
ra bộ mã hóa nguồn được đưa tới thiết bị phát (mã hoá kênh thông tin và điều chế tín
hiệu) truyền tới bên thu qua kênh thông tin.

Nhóm SV: 05

3


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Thiết bị phát
Tín hiệu truyền
hình tương tự
Biến đổi
A/D

Mã hoá
nguồn

Mã hoá
kênh

Điều chế
số

Kênh
thông tin

Biến đổi
D/A

Giải mã
hoá
nguồn

Tín hiệu truyền
hình tương tự

Giải mã
hoá kênh

Giải điều
chế số

Thiết bị thu

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hoá kênh. Mã hoá
kênh đảm bảo chống các sai sót cho các tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã hóa
kênh phân phối đặc tính cuả tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền hình số
được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và bộ
giải điều chế.
Khái niệm mã hóa trong kênh được phổ biến không những trong đường thông tin
mà trong cả một số khâu của hệ thống truyền hình số, ví dụ như máy ghi hình số, bộ điều
chỉnh khoảng cách thời gian số, gia công tín hiệu truyền hình số v.v…
Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía
phát. Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu
truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và
giải mã tín hiệu truyền hình.
2. Đặc trưng cơ bản của truyền hình số
Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền chương trình truyền hình là thiết bị nhiều
kênh. Ngoài tín hiệu truyền hình , còn có các thông tin kèm theo gồm các kênh âm thanh
và các thông tin phụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tần số kiểm tra, hình vẽ
Nhóm SV: 05

4


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

tĩnh. Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các khoảng trống truyền nhờ bộ ghép kênh.
Truyền tín hiệu truyền hình số được thực hiện khi có sự tương quan giữa các kênh
tín hiệu, thông tin đồng bộ sẽ được truyền đi để đồng bộ các tín hiệu đó.
Để kiểm tra tình trạng của thiết bị truyền hình số, sử dụng các hệ thống đo kiểm tra

tương tự như đối với hệ thống truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm tra tín hiệu chuẩn.
Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số so với truyền hình tương tự.
2.1. Yêu cầu về băng tần
Yêu cầu về băng tần là sự khác nhau rõ nét nhất giữa tín hiệu truyền hình số và tín
hiệu truyền hình tương tự. Tín hiệu truyền hình số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng
hơn. Ví dụ với tín hiệu video tổng hợp, yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tần số song
mang phụ - hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hoá với những từ mã dài 8 bit, tốc
độ dòng bit sẽ là 115,2 Mbit/s, khi đó độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Nếu có thêm các
bit sửa lỗi, yêu cầu băng tần sẽ phải tăng thêm nữa. Trong khi đó tín hiệu tương tự chỉ cần
1 băng tần 4,25 MHz là đủ.
Tuy nhiên với dạng số, khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn. Với các
kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa (tất nhiên với mức
độ nén này có thể gây ảnh hưởng xấu cho chất lượng hình ảnh). Các tính chất đặc biệt của
tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng
tần tín hiệu.
2.2. Tỉ lệ tín hiệu/ tạp âm ( Signal/ Noise)
Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong
quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi.
Nhiều tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng, tỉ lệ S/N của toàn bộ hệ
thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gây ra, vì vậy luôn luôn nhỏ hơn tỉ lệ
S/N của khâu có tỉ lệ thấp nhất.
Với tín hiệu số, nhiễu là các bit lỗi – ví dụ xung “on” chuyển thành “off ”. Nhiễu trong
tín hiệu số được khắc phục nhờ các mạch sửa lỗi. Bằng các mạch này có thể khôi phục lại
các dòng bit như ban đầu.

Nhóm SV: 05

5

BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Khi có quá nhiều lỗi bit, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng cách che lỗi.
Tỉ lệ S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi cho đến khi tỉ lệ bit lỗi BER (Bit
Error Rate) quá lớn, làm cho các mạch sửa lỗi và che lỗi mất tác dụng. Khi đó dòng bit
không còn có ý nghĩa tin tức. Trong khi đó, đối với các hệ thống tương tự khi có nguồn
nhiễu lớn tín hiễu vẫn có thể sử dung được (tất nhiên chất lượng kém đi rất nhiều).
Tính chất này của hệ thống sẽ đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trình truyền
hình và các chức năng biên tập phức tạp cần nhiều lần ghi đọc. Ghi băng bằng tín hiệu số
đã được sử dụng rộng rãi trong các năm gần đây. Việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng
cũng được thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số mà không làm suy giảm chất lượng tín
hiệu hình.
Tuy nhiên trong truyền hình quảng bá, tín hiệu số phải gặp vấn đề khó khăn khi
thực hiện kiểm tra chất lượng ở các điểm ở trên kênh truyền. Tại đây cần phải sử dụng các
bộ biến đổi tương tự - số. Đây là một công việc có khối lượng lớn và phức tạp.
2.3. Méo phi tuyến
Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền.
Cũng như đối với tỉ lệ S/N, tính chất này cũng rất quan trọng trong việc ghi đọc chương
trình nhiều lần, đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuyếch
đại vi sai như hệ NTSC.
2.4. Chồng phổ (Alisasing)
Một tín hiệu truyền hình số được lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang,
nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hướng. Theo chiều thẳng đứng, chồng phổ
trong hai hệ thống số và tương tự như nhau. Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang
phụ thuộc vào các thành phần tần số vượt qua tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist. Để ngăn
ngừa hiện tượng méo do chồng phổ theo chiều ngang, có thể thực hiện bằng cách sử dụng
tần số lấy mẫu lớn hơn hai lần thành phần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự.
2.5. Giá thành và độ phức tạp

Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn các mạch tương tự. Khi mới xuất hiện , giá
thành các thiết bị số cao hơn nhiều so với các thiết bị tương tự. Thêm nữa việc thiết lập,
Nhóm SV: 05

6


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

sử dụng và duy trì chúng còn khá bỡ ngỡ đối với những người làm chuyên môn. Tuy
nhiên, các vấn đề này đã nhanh chóng được thực hiện dễ dàng nhờ sự phát triển của công
nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy tính. Các nghành công nghiệp này đã thúc
đẩy sự phát triển của lực lượng nòng cốt trong lĩnh vực kỹ thuật số. Các mạch số tích hợp
cỡ lớn LSI (Large Scale Intergation) và rất lớn VLSI (Very Large Scale Intergation) xuất
hiện làm giảm giá thành trang thiết bị số. Kết quả là nhiều hệ thống này đã có giá thành rẻ
hơn hệ thống tương tự cùng chức năng.
2.6. Xử lý tín hiệu
Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương
tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn. Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn lại một
chuỗi các số, bit “0” và “1”, có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm
chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và
có thể đọc ra với tốc độ nhanh. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ dàng là: sửa
lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần v.v…
2.7. Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh
Tin hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách
gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bi nhiễu. Một phần vì tín hiệu số
ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung xoá và
xung đồng bộ bằng các từ mã nơi mà trong hệ thống truyền dẫn tương tự gây ra nhiễu lớn

nhất.
Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tần
tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có thể phát ra các chương trình với độ phân
giải cao HDTV như hệ truyền hình hiên nay.
2.8. Hiện tượng bóng ma (ghosts)
Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo
nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh cuả hệ thống số cũng làm giảm đi hiện tượng
này trong truyền hình quảng bá.

Nhóm SV: 05

7


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

CHƯƠNG II
SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH
1. Lựa chọn tín hiệu số hóa
Để biến đổi tín hiệu Video tương tự thành tín hiệu Video số ta có thể dùng 2 phương
pháp sau:
• Phương pháp 1: Biến đổi trực tiếp tín hiệu màu tổng hợp NTSC, PAL,
SECAM ra tín hiệu số. Phương pháp biến đổi này cho ta dòng số có tốc độ
bít thấp. Song tín hiệu số video tổng hợp còn mang đầy đủ nhược điểm của
tín hiệu video tương tự, nhất là hiện tượng can nhiễu chói-màu.

Hình 2.1 Biến đổi A/D tín hiệu video tổng hợp
• Phương pháp 2: Biến đổi riêng từng tín hiệu thành phần (Tín hiệu chói Y,

tín hiệu R-Y và B-Y hoặc các màu cơ bản R, G, B) ra tín hiệu số và truyền
đồng thời theo thời gian hoặc ghép kênh.

Hình 2.2 Biến đổi A/D tín hiệu video thành phần
Nhóm SV: 05

8


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Phương pháp 2 sẽ làm tốc độ bít tăng cao hơn so với việc biến đổi tín hiệu màu Video
tổng hợp. Cách này có ưu điểm là không phụ thuộc các hệ thống truyền hình tương tự,
thuận tiện cho việc trao đổi các chương trình truyền hình. Do mã riêng các thành phần tín
hiệu màu, có có thể khử được nhiễu qua lại (nhiễu của tín hiệu lấy mẫu với các hài của tải
tần số). Vì những nguyên nhân trên nên cách biến đổi số các tín hiệu thành phần (của tín
hiệu Video màu tổng hợp) ưu việt hơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu Video màu tổng
hợp. Do đó, tổ chức truyền hình quốc tế khuyến cáo nên dùng loại này cho trung tâm
truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sóng và ghi hình.
2. Chọn tần số lấy mẫu
Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là lấy
mẫu. Do đó tần số lấy mẫu là một trong những thống số cơ bản của hệ thống kĩ thuật số.
Có nhiều yếu tố quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần số lấy mẫu cần được xác
định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền với tốc độ bit
nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch điện thực hiện đơn giản.
Để cho việc lấy mẫu không méo, ta phải chọn tần số lấy mẫu f sa ≥ 2fmax
(fmax=5,5MHz, theo tiêu chuẩn truyền hình PAL ) có nghĩa là fsa ≥ 11MHz.
Trong trường hợp fsa < 2fmax, sẽ xảy ra hiệu tượng chồng phổ (aliasing) làm xuất

hiện các thành phần phụ và sẽ xuất hiện méo. Méo có thể xuất hiện dưới dạng “lưới” trên
màn hình (các tín hiệu vô ích nằm ngoài tín hiệu video), méo sườn xung tín hiệu, làm
nhoà biên ảnh (hiệu ứng “bậc thang”).

Hình 2.3 Hiện tượng chồng phổ trong trường hợp tần số lấy mẫu thấp
Nhóm SV: 05

9


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Việc chọn tần số fsa tối ưu sẽ khác nhau cho các trường hợp: tín hiệu chói (trắng
đen), tín hiệu màu cơ bản R, G, B các tín hiệu hiệu số mầu, tín hiệu video tổng hợp. Bên
cạnh đó nó còn phụ thuộc vào hệ thống truyền hình màu.

2.1. Tần số lấy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp (Composite Video Signal)
Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu video màu tổng hợp, phải chú ý đến tần tải
màu, khi chọn fsa có thể xuất hiện các trường hợp như sau:
• fsa gấp nhiều lần fsc, ví dụ fsa =3fsc, fsa= 4fsc (hệ NTSC, PAL chỉ dùng một tần
số fsc). Hệ SECAM dùng hai tần tải màu, nên không dùng được một tần số
fsa cho các tín hiệu hiệu số màu.
• fsa không có quan hệ trực tiếp với f sc. Trong trường hợp này, sẽ xuất hiện
(ngoài các thành phần tín hiệu có ích ) thêm các thành phần tín hiệu phụ do
liên hợp giữa fsa và fsc hoặc hài của fsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt
thành phần tín hiệu (fsa - 2fsc) sẽ gây méo tín hiệu video (tương tự) được khôi
phục lại. Loại méo này có tên gọi là méo điều chế chéo (intermodulation).
Các thành phần tín hiệu điều chế chéo có tần số nằm trong kênh màu sẽ tạo trên

màn hình các hình đồng màu, thể hiện rõ trong các hình ảnh có nền đồng màu hoặc độ
bão hoà màu cố định (ví dụ ảnh kiểm tra các sọc màu). Độ ổn định các hình đồng màu
trên màn hình phụ thuộc vào quan hệ giữa fsa và các tần số quét dòng, quét mành.
Méo điều chế chéo sẽ không xuất hiện trong trường hợp tấy mẫu và mã hoá riêng
tín hiệu chói và các tín hiệu hiệu số màu.
Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL, thì
việc chọn tần số fsa tối ưu đơn giản hơn. Thường thì f sa được chọn bằng hài bậc 3 tần số tải
màu fsc:
fsa/PAL=13.3 MHz >2fmax/PAL, fmax/PAL=5 hoặc 5.5 MHz.
fsa/NTSC=10.7 MHz >2fmax/NTSC, fmax/NTSC =4.2 MHz.
Nếu dùng Fs = 4fsNTSC thì fsNTSC = 13,4 MHz; fsPAL = 17,7 MHz

Nhóm SV: 05

10


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Nếu chọn fsa = 4fsc, thì chất lượng hình ảnh khôi phục rất tốt. Tuy nhiên nó làm tăng
tốc độ tín hiệu số. Do đó tín hiệu video số mang đầy đủ những nhược điểm của video
tương tự nên người ta ít sử dụng phương pháp số hóa tín hiệu tổng hợp.
2.2. Tần số lấy mẫu tín hiệu Video thành phần (Comonent Video Signal)
Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu Video thành phần, do tín hiệu truyền đi từng
thành phần chất lượng hình ảnh thu được đảm bảo tốt hơn do ảnh hưởng của sóng mang
phụ khi lấy mẫu không có, nhưng cần lưu :
• Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói fsaY ≥ 2fmaxY và bằng bội số của tần số dòng.
• Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu fsa(R-Y)(B-Y) ≥ 2fmax(R-Y)(B-Y) và bằng bội số của tần số

dòng.
Với tín hiệu video thành phần, tần số lấy mẫu thường được lấy thông qua tỉ lệ tần
số giữa tín hiệu chói và tín hiệu màu. Thông thường có các tỉ lệ 4:1:1; 4:2:2: 4:4:4.
Kết hợp điều này với thực tế ta chọn:
fsaY=13,5 MHz
fsa(R-Y)(B-Y) = fsc = 6,75MHz cho cả 2 tiêu chuẩn: 625/50 và 525/60.

Tuy nhiên, sự lựa chọn fsa theo định lý lấy mẫu thì chưa đủ mà phải thỏa mãn
thêm các điều kiện sau:
• Tần số fsa phải đồng bộ với tần số quét dòng fH.
• Tần số fsa phải đồng bộ với tần số quét mành fV.
• Tần số fsa phải đồng bộ với tần số ảnh fp, fP = 2fV.
Nếu thiếu sự đồng bộ giữa fsa với f H và fV thì vị trí các mẫu sẽ khác nhau ở các
mành kề bên.
Kết quả trên ảnh sẽ xuất hiện các biên ảnh. Méo sẽ giảm đáng kể nếu f sa bằng bội
lần fH. Điều đó có nghĩa là các mẫu là hàm số không chỉ của thời gian (T) mà còn là vị trí
điểm ảnh (x,y).
3. Cấu trúc lấy mẫu
Các mẫu là hàm của t,x,y cho nên ở lối ra mạch lấy mẫu có tín hiệu Xs:
Xs(x,y,t)= Xa(x,y,t)× S(x,y,t)
Nhóm SV: 05

11


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Trong đó: Xa(x,y,t) tín hiệu vào tương tự.

S(x,y,t) hàm lấy mẫu, chỉ khác 0 ở các vị trí và thời gian lấy mẫu.
Ta giả thiết là các điểm (có các mẫu được biểu diễn bằng 3 đại lượng x,y,t) cần xác
định vị trí chính xác, vị trí ở các dòng kề nhau và các mành kề nhau. Nghĩa là phải lựa
chọn cấu trúc thích hợp.
Trong thực tế có nhiều kiểu liên kết về vị trí các mẫu. Nhưng ta chỉ chọn một số:
Cấu trúc trực giao, cấu trúc quincux mành, cấu trúc quincux dòng.
3.1 Cấu trúc trực giao

Hình 2.4 Cấu trúc trực giao
Các mẫu được sắp sếp (trên các dòng kề nhau) thẳng hàng theo chiều đứng. Cấu
trúc này là cố định theo mành và theo ảnh.
Trong trường hợp này tần số lấy mẫu thoả mãn tần số Nyquist. Tuy nhiên theo cấu
trúc này, nó cho tốc độ bit rất cao.
3.2. Cấu trúc quincux mành.

Hình 2.5 Cấu trúc quincux mành
Nhóm SV: 05

12


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Các mẫu trực giao nằm ở mỗi mành. Nhưng các mẫu thuộc mành một lại dịch đi
một nửa chu kỳ lấy mẫu so với các mẫu thuộc mành thứ hai.
Phân tích phổ tần của các cấu trúc quincux mành rất có ý nghĩa mành một. Nó cho
phép làm giảm tần số lấy mẫu theo dòng. Phổ tần cấu trúc nói trên của mành 2 so với phổ
tần mành 1 bị dịch và có thể lồng với phổ tần cơ bản. Nó gây ra méo ở các chi tiết ảnh

(khi hình ảnh có các sọc hoặc các đường thẳng đứng).
3.3 Cấu trúc quincux dòng.

Hình 2.6 Cấu trúc quincux dòng
Các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành sẽ lệch nhau một nửa chu kỳ lấy
mẫu. Còn các mẫu trên dòng mành một lệch so với các mẫu trên dòng mành hai một nửa
chu kỳ lấy mẫu.
Cấu trúc này không xảy ra trường hợp lồng các phổ biên với phổ chính và không bị
méo. Điều đó cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ hơn 25% tần số Nyquist và tiết kiệm
được độ rộng phổ của tín hiệu số.
Tùy theo cấu trúc lấy mẫu, sẽ xuất hiện loại méo đặc trưng. Với cấu trúc trực
giao, đội phân giả ảnh sẽ giảm. Đối với cấu trúc quincux mành sẽ xuất hiện nhấp nháy các
điểm ảnh. Ngược lại với cấu trúc quincux dòng sẽ xuất hiện các vòng tròn theo chiều
ngang (méo đường biên). Tóm lại, cấu trúc trực giao cho chất lượng ảnh cao nhất vì đối
với mắt người, thì độ phân giai giảm dễ chịu hơn là hai loại méo nêu trên.

Nhóm SV: 05

13


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

 Cấu trúc lấy mẫu tín hiệu Video thành phần:
• Tiêu chuẩn 4:4:4: Tín hiệu chói và màu được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu
trên dòng tích cực của tín hiệu video. Cấu trúc lấy mẫu trực giao:

Hình 2.7 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:4:4

Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:4:4 cho chất lượng hình ảnh tốt nhất, thuận tiện cho việc xử
lý tín hiệu video số. Tuy nhiên, với phương pháp lấy mẫu này, tốc độ dòng dữ liệu
video số sẽ tương đối cao, ví dụ khi số hóa tín hiệu video có độ phân giải 720x576
(hệ PAL), 8 bít lượng tử /điểm ảnh, 25 ảnh/s luồng dữ liệu số nhận được sẽ có tốc
độ :
•

3x720x576x8x25=249Mbits/s
Tiêu chuẩn 4:2:2: Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên

dòng tích cực của tín hiệu video. Tín hiệu màu trên mỗi dòng được lấy mẫu với
tần số bằng nửa tần số lấy mẫu tín hiệu chói:

Hình 2.8 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:2

Nhóm SV: 05

14


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình
•

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Tiêu chuẩn 4:1:1: Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên
dòng tích cực của tín hiệu video. Tín hiệu màu trên mỗi dòng được lấy mẫu với
tần số bằng một phần tư tần số lấy mẫu tín hiệu chói (Hình 2.6) Như vậy, nếu
tần số lấy mẫu tín hiệu chói là f D, thì tần số lấy mẫu tín hiệu màu CR và CB sẽ
là fD/4.

Hình 2.9 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:1:1
• Ngoài ra còn có tiêu chuẩn 4:2:0: Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm
lấy mẫu trên dòng tích cực của tín hiệu video. Cách một điểm lấy mẫu một tín
hiệu màu. Tại dòng chẵn chỉ lấy mẫu tín hiệu màu CR, tại dòng chẵn lấy mẫu
tín hiệu CB. Như vậy, nếu tần số lấy mẫu tín hiệu chói là f D, Thì tần số lấy mẫu
tín hiệu màu sẽ là fD/2.

Hình 2.10 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:0
Nhóm SV: 05

15


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

4. Lượng tử hóa tín hiệu Video
Đây là quá trình biến đổi tín hiệu sau lấy mẫu thành các khoảng rời rạc, gọi là các
khoảng lượng tử (Q):
Giá trị lượng tử Q xác định theo biểu thức:
Q=2n
Trong đó: n là số bit biểu diễn mỗi mẫu.
Tín hiệu nhận được là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu ban đầu, nguyên nhân là do
quá trình lượng tử hóa xác định các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu. Tất cả các giá trị nằm
trong phạm vi các mức lượng tử đều được thiết lập một giá trị như nhau, đó là mức lượng
tử Q.
Có hai cách lấy khoảng lượng tử:
•

Tuyến tính: Các khoảng lượng tử cách đều, không phụ thuộc tín hiệu analog vào.

•

Không tuyến tính: Các khoảng lượng tử thay đổi theo biến đổi biên độ của tín hiệu.
Các vùng ít biến đổi thì khoảng cách lượng tử thưa, các vùng biến đổi nhiều thì
khoảng cách lượng tử ngắn.
Các mức lượng tử đều có biên độ bằng nhau, quá trình lượng tử hóa được gọi là

lượng tử hóa đồng đều. Đây là quá trình biến đổi từ một chuỗi các mẫu vô hạn biên độ
sang các giá trị nhất định, vì vậy các quá trình này gây ra sai số, gọi là sai số lượng tử. Sai
số lượng tử là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi hệ thống số. Các giá trị lượng tử có
thể chứa sai số trong phạm vi ½ Q . Hệ thống số sử dụng 8 bit hoặc lớn hơn 8 bit để biểu
diễn mẫu, sai số lượng tử có thể coi như một nguồn tín hiệu không mong muốn (nhiễu)
cộng thêm tín hiệu trong quá trình lượng tử. Trong hệ thống sử dụng ít hơn 8 bit để biểu
diễn mẫu, sai số lượng tử sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng đến tín hiệu ban đầu, làm méo dạng
sóng, tăng hiệu ứng viền không mong muốn.
Ɛ(t) = |x(t) – x’(t)|
Trong đó:

Ɛ(t) là sai số lượng tử.
x(t) là giá trị mẫu tín hiệu trước lượng tử.
x’(t) là giá trị tín hiệu sau khi lượng tử.

Sai số Ɛ(t) tùy thuộc vào tính thống kê của nguồn tín hiệu vào và độ rộng các mức
lượng tử. Có thế xem Ɛ(t) là một loại nhiễu do quá trình lượng tử hóa gây ra – gọi là méo
Nhóm SV: 05

16

BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

lượng tử.
Méo lượng tử phụ thuộc vào số mức lượng tử. Đối với tín hiệu video, méo lượng
tử xuất hiện ở 2 dạng chính: hiệu ứng đường viền và nhiễu hạt ngẫu nhiên.
Hiệu ứng đường viền xuất hiện ở những vùng có độ sáng thay đổi chậm và đều
theo chiều ngang, khi đó có những sọc sáng cố định theo chiều đứng như đường biên.
Nếu tăng số mức lượng tử, hiệu ứng đường viền sẽ giảm.
Nhiễu hạt ngẫu nhiên xuất hiện ở vùng ảnh rộng và có độ sáng đồng đều, dạng hạt
sương mù.
Khi lượng tử hoá hiệu video màu hoàn chỉnh, có thể lấy túi màu làm nhiễu ngẩu
nhiên. Méo xuất hiện trong trường hợp này là méo pha vi sai số, và méo khuếch đại vi sai
số. Méo này phụ thuộc vào tín hiệu biên độ màu. Méo vi sai được làm giảm bằng cách
giảm bước lượng tử.
Xác định khoảng lấy mẫu trên thang lượng tử đóng vai trò quan trọng trong việc
đảm bảo an toàn của tín hiệu. Do tín hiệu vào là không ổn định, cộng với các nhiểu trong
quá trình sửa, đặc trưng của các mạch lọc không lý tưởng, nên quá trình lượng tử hoà tín
hiệu video cần sử dụng biên bảo hiểm, các mức cấm này cho phép tín hiệu video được an
toàn trước các nguồn nhiễu.
5. Mã hóa tín hiệu Video
Mã hoá tín hiệu là biến đổi tín hiệu đã lượng tử hoá thành tín hiệu số bằng cách sắp
xếp số nhị phân cho các mức lượng tử hoá và ánh xạ các mức này thành tín hiệu có hai
mức (0 và 1). Để giải quyết méo, trong PCM tuyến tính phải dùng mã 8 bit (256 mức
lượng tử). Số nhị phân đặc trưng cho tín hiệu video bao gồm khoảng giới hạn từ
00000000 đến 11111111.
Mã dùng trong truyền hình số được chia thành các nhóm:

• Mã sơ cấp: Dùng để tạo tín hiệu ở studio.
• Mã bảo vệ và sửa sai: Tăng khả năng chịu đựng của các tín hiệu trong kênh có
nhiễu.
• Mã truyền tuyến tính: Tăng khả năng truyền dẫn.

Nhóm SV: 05

17


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Đầu tiên, tất cả tín hiệu video được mã hoá sơ cấp, sau đó mã hoá chuyển đổi. Mã
sơ cấp là mã cơ sở từ đó hình thành mã bảo vệ (Protection code).
Mã sơ cấp dùng trong truyền hình số là mã nhị phân (Binary code). Mã nhị phân
được chia thành mã cân bằng và mã không cân bằng.
• Mã cân bằng là các mã trong đó hệ số cân bằng được dùng cho mỗi liên kết mã,
ví dụ mã nhị phân tự nhiên.
n −1

F (2) = ∑ C i × 2

i

i =0

Với : Ci=0 hoặc 1
2i hệ số cân bằng

i là số hạng của liên kết mã
• Mã không cân bằng là các mã 2 trong đó các liên kết mã liên tục không có sự
cân bằng. Ví dụ mã phản hồi.
Mã của tín hiệu là mã có cấu trúc. Cấu trúc của mã có thể là tuyệt đối hoặc tương
đối. Mã có cấu trúc tuyệt đối là mã có sự thay đổi thông số đặc trưng của mã xảy ra đồng
thời sự thay đổi symbol. Mã có cấu trúc tương đối là mã mà sự thay đổi thông số mã đặc
trưng chỉ xảy ra khi xuất hiện symbol 1 hoặc 0.
Trong truyền hình số người ta thường dùng mã có cấu trúc tuyệt đối.

• Mã NRZ (Non Return Zero – không trở lại mức 0).
Mã NRZ có độ rộng mỗi xung bằng thời gian chu kỳ đồng bộ. Mức logic 0 ứng với
điện áp thấp nhất, mức điện áp cao nhất ứng với mức logic 1.
UNRZ(t) = U(t) – U(t-T)
Mã NRZ có hai loại. Mã NRZ gián đoạn tích cực, và mã NRZ gián đoạn thụ động.
Mã NRZ gián đoạn thụ động thì mức symbol ứng với 0 V, mã NRZ gián đoạn tích cực
điện áp âm ứng với mức 0 điện áp dương với mức 1.
Các loại biến thứ của NRZ:
NRZ – M (NRZ-Mark ) hay NRZ – 1, NRZ –S (NRZ space) hay là NRZ – 0.

• mã NZ (return zero).
Độ rộng mỗi xung bằng ½ hoặc một phần thời gian xung của chu kỳ đồng hồ.
URZ(t) = U(t) – U(t-0.5T)
Nhóm SV: 05

18


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Các biến thứ của RZ: RZ-P, RZ-U.

• Mã BiPh (Binary phace)
Mã có đặc điểm là có đôi xung bổ trợ nhau với điện áp RZ trong mỗi chu kỳ đồng
hồ.
UBiPh(t) = U(t) – 2U(t-0.5T) + U(t-T)
Các biến thứ của BiPh: BiPh-M & BiPh-S.
Từ mã

1

0

1

1

0

1

0

0

Mã NRZ
Mã NRZ-M
Mã NRZ-S
Mã NRZ-P

Mã RZ
Mã RZ-P
Mã RZ-U
Mã BiPh
Mã BiPh-M
Mã BiPh-S

Hình 2.11 Mã sơ cấp

Trong thiết bị truyền hình số, mã NRZ thường được dùng cho thiết bị studio và các
thiết bị thông tin phụ trong tín hiệu truyền hình. Mã RZ được dùng trong một số trường
hợp truyền tín hiệu số với khoảng cách xa. Mã BiPh dùng trong quá trình ghi tín hiệu số
trên băng từ.
6. Số hóa tín hiệu ở studio
6.1 Sơ đồ khối các kênh truyền hình của Trung tâm truyền hình

Nhóm SV: 05

19


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

Như hình 2.7, để số hóa toàn bộ khâu sản xuất chương trình truyền hình, các tín
hiệu video (ra từ Camera, Telecine,...) qua bộ biến đổi ADC để chuyển sang dạng số, đến
thiết bị trộn. Tín hiệu từ thiết bị trộn có thể được ghi hình VTR số, hoặc truyền dẫn đến
các Studio khác hoặc máy phát. Thiết bị đồng bộ tạo tín hiều đồng bộ, các tín hiệu đồng
hồ và xung lấy mẫu cho các thiết bị số.

Hình 2.12 Sơ đồ khối kênh hình của Trung tâm truyền hình
6.2 Các tín hiệu số ở Studio
• Tiêu chuẩn NTSC: 525/60, fmax = 4,2 MHz; fH = 15750Hz; TH = 63,555µs
• Tiêu chuẩn PAL: 625/50, fmax = 5,5 MHz; fH = 15625Hz; TH = 64µs
Tín hiệu Video trong Studio bao gồm:
• Tín hiệu chói Y với fS/Y = 13,5 MHz; mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
• Tín hiệu số màu C: fS/C = 6,75 MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
Tín hiệu số được trộn theo 3 cách:
• Nối tiếp, ghép kênh theo thời gian thành một dòng: tốc độ bit 216Mb/s, một
kênh truyền, băng tần cỡ 150MHz, ưu điểm là chỉ có 1 mạch chuyển đổi.
Nhóm SV: 05

20


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương I: Tổng quan về truyền hình số

• Song song 3 tín hiệu (cho 1 kênh hình): tốc độ bit 108Mb/s, 54Mb/s, 54Mb/s;
số kênh là 3 kênh hẹp; ưu điểm từng băng tần hẹp, nhược điểm là nhiều đường
truyền.
• Nối tiếp song song (ghép kênh theo thời gian và truyền song song): kết hợp
giữa hai cách trên.

Nhóm SV: 05

21

BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Chương III: Kết luận

CHƯƠNG III
KẾT LUẬN

Với sự dịch chuyển từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, truyền hình đang
dần hội nhập với các dịch vụ khác để tạo ra thế giới đa phương tiện nhằm có thể đáp ứng
yêu cầu của con người một cách hữu hiệu nhất. Truyền hình trong tương lai sẽ không còn
là loại thông tin một chiều theo kiểu truyền tin điểm-đa điểm, mà đó là loại thông tin hai
chiều, dịch vụ tương tác, là kiểu thông tin giao dịch giữa điểm - điểm. Trong môi trường
đa phương tiện, truyền hình từ một phương tiện thông tin đại chúng sẽ trở thành một
phương tiện cá nhân. 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 cả về thời điểm xem cũng như loại chương trình, chất lượng chương trình. Khi một
lượng lớn các chương trình được cung cấp, lúc đó có thể coi truyền hình như một hệ
thống thư viện ngay trong nhà. Mặt khác truyền hình được sử dụng như một thiết bị cho
phép thu nhận các thông tin khác như số liệu, mua bán qua mạng...
Truyền hình số trong tương lai thực sự là một phương tiện cực kì hữu ích cho đời
sống con người trong giải trí và công việc. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, sự
hội nhập của truyền hình số để tạo nên môi trường đa phương tiện sẽ trở thành hiện thực
trong một tương lai không xa.


BTL Kỹ thuật phát thanh truyền hình

Phụ lục

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số..........................................4
Hình 2.1 Biến đổi A/D tín hiệu video tổng hợp................................................................. 8
Hình 2.2 Biến đổi A/D tín hiệu video thành phần.............................................................. 8
Hình 2.3: Hiện tượng chồng phổ trong trường hợp tần số lấy mẫu thấp........................... 9
Hình 2.4 Cấu trúc trực giao................................................................................................12
Hình 2.5 Cấu trúc quincux mành........................................................................................12
Hình 2.6 Cấu trúc quincux dòng.........................................................................................13
Hình 2.7 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:4:4......................................................................14
Hình 2.8 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:2......................................................................14
Hình 2.9 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:1:1......................................................................15
Hình 2.10 Cấu trúc lấy mẫu theo chuẩn 4:2:0....................................................................15
Hình 2.11 Mã sơ cấp..........................................................................................................19
Hình 2.12 Sơ đồ khối kênh hình của Trung tâm truyền hình............................................ 20

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. PGS.TS. Lê Nhật Thăng, ThS. Vũ Thúy Hà, ThS. Nguyễn Thị Thu Hiên, ThS Nguyễn
Thị Thu Nga, “Kỹ thuật phát thanh truyền hình”, bài giảng, Học viện Công Nghệ Bưu
Chính Viễn Thông, 2014.
2. Đỗ Hoàng Tiến (Chủ biên), Dương Thanh Phương, “Giáo trình kỹ thuật truyền hình”,
NXB Khoa học và Kỹ thuật, 2004.