Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 và thực trạng triển khai tại Việt Nam

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 VÀ
THỰC TRẠNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM


DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT VÀ KÝ HIỆU

Chữ viết

Tiếng Anh

tắt
ASK
ATSC

Nghĩa Tiếng Việt

Amplitude Shift Keying

Khoá dịch biên độ

Advanced Television System

Uỷ ban hệ thống truyền

Commitee

hình mới (của Mỹ)
Mở rộng chòm sao tích

ACE

Active Constellation Extension

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khoá dịch pha hai mức

Consultative Committee on

Uỷ ban tư vấn điện thoại

International Telegraph and

và điện báo quốc tế

CCIR

cực (dùng trong DVB-T2)

Telephone
CCITT

CENELEC

COFDM

Consultative Committee on

Uỷ ban tư vấn vô tuyến

International Radio

quốc tế

Comté Européen de

Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ

Normalisation Electrotechnique

thuật điện tử châu Âu

Coded Orthogonal Frequency

Ghép đa tần trực giao có

Division Multiplexing

mã

Common Source Intermediate
CSIF

DBPSK

DCT

Format 


Định dạng trung gian cho
nguồn chung (dùng trong
chuẩn MPEG)

Differential Binary Phase Shift

Khoá dịch pha vi sai hai

Keying

mức

Discrete Cosine Transform

Chuyển đổi cosin rời rạc


DFT
DPCM

Discrete Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier rời rạc

Differential Pulse Code

Điều chế xung mã vi sai

Modulation
Differential Quadratue Phase

Khoá dịch pha vi sai bốn

Shift Keying

mức

DTT

Digital Terrestrial Television

Truyền hình số mặt đất

DVB

Digital Video Broadcasting

Quảng bá truyền hình số

DQPSK

DVB-C

DVB – Cable

DVB-S

DVB – Satellite

DVB-T

DVB – Terrestrial

EDTV

Enhanced Definition TeleVision

Truyền dẫn truyền hình số
qua cáp
Truyền dẫn truyền hình số
qua vệ tinh
Truyền dẫn truyền hình số
mặt đất
Truyền hình phân giải
nâng cao

European Telecommunications

Viện tiêu chuẩn viễn

Standards Institute

thông châu Âu

Elementary Stream

Dòng cơ bản

FEC

Forward Error Correction

Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT

Fast Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier nhanh

FSK

Frequency Shift Keying

Khoá dịch tần

GOP

Group Of Pictures

Nhóm ảnh (trong MPEG)

High Definition TeleVision

Truyền hình phân giải cao

ETSI
ES

HDTV

HL

High Level

Mức cao (dùng trong
MPEG-2)


Dòng bit ưu tiên cao
HP

High Priority bit stream


(dùng trong điều chế phân
cấp)

I

In-phase

Q

Quadrature phase

IDFT
IEC
IFFT

ISDB-T

ISO

ITU

Đồng pha (dùng trong
QAM)
Vuông pha (dùng trong
QAM)

Inverse DFT

DFT ngược

International Electrotechnical

Uỷ ban kỹ thuật điện tử

Commission (part of the ISO)

quốc tế

Inverse FFT

FFT ngược

Intergeted Services Digital
Broadcasting – Terrestrial

Hệ thống truyền hình số
mặt đất sử dụng mạng đa

dịch vụ (Nhật)

International Standard

Tổ chức tiêu chuẩn quốc

Organization

tế

International Telecommunication

Liên minh viễn thông

Union

quốc tế
Nhóm chuyên gia nghiên

JBIG

Joint Binary Image Experts Group cứu tiêu chuẩn về ảnh nhị
phân

JPEG

JTC
LDTV

Joint Photographic Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên
cứu tiêu chuẩn về ảnh

Joint Technical Committee

Uỷ ban kỹ thuật phát

broadcast


thanh truyền hình châu Âu

Limited Definition Television

Truyền hình phân giải giới


hạn
LP

Low Priority bit stream

PLP

Physical Layer Pipes

Dòng bít ưu tiên thấp
Ống lớp vật lý (dùng trong
DVB-T2)
Kiểm tra cường độ ưu tiên

LDPC

Low Density Parity Check

thấp (dùng trong DVBT2)
Khối macro (Dùng trong

MB

Macro Block

ML

Main Level

(dùng trong MPEG-2)

MP

Main Profile

(dùng trong MPEG-2)

MPEG-2)

Nhóm chuyên gia nghiên
MPEG

Moving Pictures Experts Group


cứu về tiêu chuẩn hình
ảnh động

MISO

(Multiple Input, Single Output)

NRZ

Non Return to Zero

OBO

Output Back Off

OFDM
OOK

Orthogonal Frequency Division

Đa anten phát, một anten
thu
Không trở về 0
Độ dự trữ công suất đầu ra
của bộ khuếch đại
Ghép đa tần trực giao

Multiplexing
On-Off-Keying

Khoá tắt mở
Hệ truyền hình màu PAL

PAL

Phase Alternating Line

(Pha thay đổi theo dòng
quét)


Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị

PRBS

Pseudo-Random Binary Sequence

PRK

Phase Reversal Keying

Khoá đảo pha

PSK

Phase Shift Keying

Khoá dịch pha

PAPR

QAM
QPSK
RS
SDTV

Peak - to - Average Power Ratio

phân

Tỷ số công suất đỉnh/công
suất trung bình

Quadrature Amplitude

Điều chế biên độ vuông

Modulation

góc

Quadratue Phase Shift Keying

Khoá dịch pha vuông góc

Reed-Solomon

Mã Reed Solomon

Standard Definition TeleVision

Truyền hình phân giải tiêu
chuẩn

Single Frequency Network

Mạng đơn tần số

TS

Transport Stream

Luồng truyền tải

TR

Tone Reservation

Hạn chế âm sắc

UHF

Ultra-High Frequency

Siêu cao tần

VHF

Very-High Frequency

Tần số rất cao

VLC

Variable Length Coding

Mã có độ dài thay đổi

VSB

Vestigial sideband

Biên tần còn sót

SFN


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số .................... 15
Hình 1.2. Phổ tín hiệu lấy mẫu 4fsc NTSC ...................................................... 19
Hình 1.3. Phổ tín hiệu lấy mẫu chuẩn 4fsc PAL .............................................. 21
Hình 1.4 Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:4:4 ................................................................. 22
Hình 1.5. Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:2 ................................................................ 23
Hình 1.6 Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:0 ................................................................. 23
Hình 1.7. Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:1:1 ................................................................ 24
Hình 2.1. Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất ....................................... 34
Hình 2.2. Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất ..................... 36
Hình 2.3. Cấu trúc chung của bộ giải mã ........................................................ 41

Hình 2.4. Sơ đồ bộ giải mã STB ..................................................................... 42
Hình 2.5. Chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu OFDM ........................ 47
Hình 2.6. Chèn thêm các scattered pilot ......................................................... 48
Hình 2.7. Phân chia kênh ................................................................................ 49
Hình 2.8. Chèn các sóng mang phụ ................................................................ 50
Hình 2.9. Chèn khoảng bảo vệ ........................................................................ 51
Hình 2.10. Các sóng mang đồng bộ ................................................................ 51
Hình 2.11. Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol .................................. 52
Hình 2.12. Chòm sao cơ sở của DVB-T ......................................................... 53
Hình 2.13. Sơ đồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu 54
Hình 2.14. Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại.................................. 56
Hình 2.15a. Gói ghép truyền tải MPEG-2 ...................................................... 56
Hình 2.15b. Các gói truyền tải đã được ngẫu nhiên hóa................................. 56
Hình 2.15c. Các gói dữ liệu đã được bảo vệ lỗi theo mã R-S (204, 188, t=8) 57


Hình 2.15d. Cấu trúc dữ liệu sau khi được ghép ngoại................................... 57
Hình 2.16. Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 .............................................. 58
Hình 2.17. Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình không phân
cấp ................................................................................................................... 61
Hình 2.18. Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình phân cấp
......................................................................................................................... 62
Hình 2.19. Chòm sao phân cấp DVB-T .......................................................... 66
Hình 2.20. Mạng đơn tần ................................................................................ 68
Hình 2.21. Đồng bộ trong miền tần số ............................................................ 69
Hình 2.22. Đồng bộ trong miền tần số ............................................................ 70
Hình 3.1. Mô hình cấu trúc DVB-T2 .............................................................. 76
Hình 3.2. Giao diện gói T2-MI ....................................................................... 77
Hình 3.3. Lớp vật lý ........................................................................................ 78
Hình 3.4. Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau ....................... 80

Hình 3.5. T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode ........................... 81
Hình 3.6. Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K ....................................... 81
Hình 3.7. Mô hình MISO ................................................................................ 82
Hình 3.8. Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải). 83
Hình 3.9. Đồ thị chòm sao 256-QAM ............................................................. 84
Hình 3.10. Chòm sao 16-QAM "xoay" ........................................................... 85
Hình 3.11. Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay[8] .................. 85
Hình 3.12. Khoảng bảo vệ (GI) đối với 8K 1/32 và 32K 1/128 ..................... 86
Hình 3.13. So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2................ 86
Hình 4.1 Lộ trình chuyển đổi từ nay đến năm 2020 ....................................... 89
Hình 4.2. Mô hình thiết lập mạng đơn tần phát sóng theo chuẩn DVB-T2 [4]
......................................................................................................................... 91
Hình 4.3. Sơ đồ kết nối các thiết bị đo ............................................................ 91


Hình 4.4. Vùng phủ sóng kết hơp ̣ hai trạm phát Vân Hồ và HTV Hà nội theo
cường độ trường [4] ........................................................................................ 92
Hình 4.4. Vùng phủ sóng mạng đơn tần theo chuẩn DVB-T2 tại miền Bắc Việt
Nam với 4 trạm phát sóng Vân Hồ, HTV-HN, Keangnam, Nam Điṇh [6] .... 94


MỤC LỤC

MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 13
CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ [1] ............................... 15
1.1

Giới thiệu về truyền hình số .............................................................. 15

1.2

Ưu điểm của truyền hình số................................................................ 16

1.3

Cơ bản về video số ............................................................................. 18

1.3.1 Tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video tổng hợp .................................. 18
1.3.2 Tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần ............................ 21
1.4

Nén tín hiệu trong truyền hình số ....................................................... 25

1.4.1 Mục đích của nén ......................................................................... 25
1.4.2 Bản chất của nén .......................................................................... 25
1.4.3 Phân loại nén ................................................................................ 26
1.5

Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số ..................................................... 26

1.5.1 Truyền qua cáp đồng trục ............................................................. 27
1.5.2 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang ........................... 27
1.5.3 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh .................................. 27
1.5.4 Phát sóng truyền hình số trên mặt đất .......................................... 28
1.6

Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới ............ 28

1.6.1 Chuẩn ATSC ................................................................................ 28
1.6.2 Chuẩn ISDB-T.............................................................................. 29

1.6.3 Chuẩn DVB .................................................................................. 30
CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU
ÂU (DVB-T) ................................................................................................... 33
2.1

Truyền hình số mặt đất DVB-T .......................................................... 33

2.1.1 Sơ đồ khối hệ thống...................................................................... 34


2.1.2 Hệ thống thu, phát truyền hình số mặt đất ................................... 36
2.2

Điều chế và giải điều chế COFDM .................................................... 44

2.2.1 Ghép đa tần trực giao OFDM....................................................... 44
2.2.2 Mã hóa kênh trong DVB-T .......................................................... 53
2.3

Đặc điểm của việc truyền tín hiệu cao tần trên mặt đất ..................... 64

2.4

Một số khả năng ưu việt của DVB-T ................................................. 65

2.4.1 Điều chế phân cấp ........................................................................ 65
2.4.2 Mạng đơn tần SFN ....................................................................... 68
2.5

Kết luận............................................................................................... 71

CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU
ÂU THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) ..................................................................... 73
3.1

Giới thiệu ............................................................................................ 73

3.2

Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2................................................... 73

3.3

Một số nội dung chính trong tiêu chuẩn DVB-T2 ............................. 76

3.3.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2 ........................................................... 76
3.3.2 Lớp vật lý DVB-T2 ...................................................................... 78
3.3.3 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản ................................................. 79
CHƯƠNG IV: LỘ TRÌNH SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VÀ KẾT
QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ THEO CHUẨN DVB-T2 TẠI VIỆT NAM [3] . 89
4.1

Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất. .............................................. 89

4.2

Mô hình hệ thống mạng đơn tần theo chuẩn DVB-T2 thiết lâp ̣ bởi công

ty AVG. ........................................................................................................ 91
4.3

Sơ đồ kết nối tổng thể các thiết bị đo trong hệ thống......................... 91

4.4

Kết quả đo thực tế ............................................................................... 92

4.5

Kết luận chương ................................................................................. 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 99


TÓM TẮT LUẬN VĂN
Tên đề tài:

Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 và
thực trạng triển khai tại Việt Nam

Tóm tắt:
Cùng với sự phát triển của xã hội thì yêu cầu về số lượng và chất lượng
các chương trình truyền hình ngày càng cao. Kỹ thuật sản xuất và truyền dẫn
tương tự các chương trình truyền hình ngày càng tỏ ra kém ưu thế. Sự phát triển
của kỹ thuật điện tử, tin học và viễn thông trong kỷ nguyên số hoá đã tạo ra các
kỹ thuật xử lý tín hiệu số, các thuật toán nén tín hiệu hình ảnh, các kỹ thuật
truyền dẫn số tiên tiến ra đời, là nền tảng cho sự xuất hiện của Truyền hình số.
Truyền hình số đã thể hiện các ưu thế vượt trội và đã giải quyết triệt để những
khiếm khuyết của truyền hình tương tự. Có nhiều phương thức để truyền dẫn
số và một trong số đó là mạng truyền dẫn phát sóng truyền hình số mặt đất.

Luận văn trình bày những nội dung thiết thực về số hoá và xử lý tín hiệu
hình ảnh và âm thanh, tìm hiểu về công nghệ truyền hình và truyền hình số, các
tiêu chí và kỹ thuật của truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 1 và những cải tiến
trong thế hệ thứ 2.


MỞ ĐẦU
Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các ngành công nghệ
trong đó có công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vượt bậc trong ba
thập kỷ vừa qua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất,
trong đời sống xã hội. Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong
lĩnh vực điện tử viễn thông, nó có những ứng dụng rộng rãi to lớn trong phát
triển văn hóa đời sống tinh thần xã hội. Trong hơn một thập kỷ qua, chúng ta
đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ của công nghệ truyền hình quảng bá và
truyền hình trả tiền.
Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, truyền hình số DVB-T
là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công và
được nhiều nước chấp nhận. Từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên
cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai. Mặt khác, nhu cầu về
phổ tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối
đa càng cần thiết. Được sự định hướng và chỉ dẫn của TS.A, em đã mạnh dạn
chọn đề tài: “Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 và thực trạng
triển khai tại Việt Nam”. Nội dung của luận văn được gồm các phần sau:
Chương I. Tổng quan truyền hình số: Chương này trình bày một cách tổng
quan về hệ thống thu phát hình số, cách thức biến đổi tín hiệu số, các kỹ thuật
và tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu trong truyền hình.
Chương II. Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu: Chương này
giới thiệu khái quát về hệ thống truyền hình mặt đất nói chung và truyền hình
số mặt đất ở một số quốc gia và khu vực trên thế giới.
Chương III. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ 2: Chương này luận

văn giới thiệu mô hình, sơ đồ và chức năng các khối trong tiêu chuẩn DVB-T
và DVB-T2. So sánh sự khác nhau giữa hai tiêu chuẩn.


Chương IV. Lộ trình số hóa và kết qua đo kiểm thực tế theo chuẩn DVBT2 tại Việt Nam
Do kiến thức và khả năng của em còn hạn chế, nên luận văn tốt nghiệp
này không tránh khỏi các sai sót. Em mong nhận được sự góp ý của các thầy,
các cô và các bạn để nội dung luận văn được hoàn thiện hơn.
Trong quá trình làm luận văn, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tình của
các thầy cô trong khoa đặc biệt là thầy A đã hướng dẫn nhiệt tình, chỉ bảo giúp
đỡ em hoàn thành luận văn này.
Em xin chân thành cảm ơn!


Chương 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1.1

Giới thiệu về truyền hình số
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị

kỹ thuật từ studio cho đến các máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật
số. Trong đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống
kính thay vì được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh
quang học (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu
nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tượng tự số.
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 tụ hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực hiện, nhất là

trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ.

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
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 trong tất cả các
trường hợp, tín hiệu số đều đạt được hiểu quả cao hơn so với tín hiệu tương tự.


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 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 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 hình 1.1.
Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương
tự. Trong thiết bị mã hoã (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 được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số được đưa tới
thiết bị phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số được truyền tới bên thu qua kênh
thông tin. 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.
Ngoài ra, trước 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 tín hiệu khi truyền
trong 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. [2,tr.8183]
1.2

Ưu điểm của truyền hình số

Một máy phát truyền hình số có thể phát được 4 đến 5 chương trình truyền

hình trong khi một máy phát analog như ở ta đang sử dụng chỉ phát được một
chương trình duy nhất theo hệ PAL (Phase Alternating Line). Xét về mặt phổ
ta thấy ở tín hiệu tương tự phổ chỉ tập trung năng lượng vào các sóng mang
hình, tiếng và burst màu. Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang
tập trung dày đặc vào trong một dải phổ có độ rộng tương đương. Sự tận dụng


tối đa hiệu quả phổ cho phép truyền hình số có thể truyền phát được nhiều
chương trình đồng thời. Đây là ưu điểm đáng kể so với truyền hình tương tự.
Ngoài ra truyền hình số còn có một số ưu điểm khác so với truyền hình tương
tự:
- 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 cao hơn -30dB đến -20dB so với
máy thu analog).
- 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 phát analog đang không khắc phục
nổi.
- Thu bằng anten cố định trong nhà hay anten di chuyển (của máy thu xách
tay) đều thực hiện được.
- Thu di động tốt, người xem dù đi trên ô tô, tàu hoả vẫn xem được các
chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là vì có thể xử lý tốt được hiện tượng
do hiệu ứng dịch tần Doppler gây ra.
- Cho khả năng thiết lập mạng đơn tần SFN nghĩa là nhiều máy phát trên
cùng một kênh sóng. Điều này cho hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần số.
- Phát hình số đem lại cho ta cơ hội xem các chương trình với độ nét cao.
Vốn dĩ thì tín hiệu số đã có tính chống nhiễu cao.
- Tín hiện số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân
thiện với máy tính.

Với các ưu điểm của mình, hệ thống truyền hình số đã được thực hiện ở
hầu các quốc gia trên thế giới. Hiện nay, tại Việt Nam cũng đã triển khai hệ
thống truyền hình số mà ở Đà Nẵng là thành phố đi tiên phong trong việc số
hoá tín hiệu.


1.3

Cơ bản về video số
Số hoá tín hiệu video là quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình mẫu tương

tự thành tín hiệu số. Có 2 phương pháp biến đổi đó là:
-

Biến đổi trực tiếp video màu tổng hợp

-

Biến đổi riêng từng tín hiệu video màu thành phần

1.3.1 Tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video tổng hợp
Xu hướng phát triển các studio hoàn toàn kỹ thuật số yêu cầu một tiêu
chuẩn chung cho các thiết bị video số. Các tiêu chuẩn video số tổng hợp được
xây dựng để hướng tới mục tiêu đó. Phù hợp với yêu cầu công nghệ, hai hệ
thống tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video tổng hợp đã được phát triển rộng rãi. Đó
là tiêu chuẩn 4fsc NTSC và tiêu chuẩn 4fsc PAL.
Tín hiệu video tổng hợp tương tự được lấy mẫu tại tần số bằng 4 lần tần
số sóng mang phụ (4fsc). Số bit biểu diễn mẫu đóng vai trò quan trọng trong
việc xác định chất lượng ảnh và tính kinh tế của thiết bị. Thông thường các thiết
bị sử dụng 8 hoặc 10 bit để biểu diễn mẫu.

a. Tiêu chuẩn 4fsc NTSC được xác định
Tiêu chuẩn 4fsc NTSC được xác định trong SMPTE 244M gồm các tham
số của tín hiệu video tổng hợp theo hệ NTSC cũng như tính chất kết nối song
song của hệ thống. Chuẩn SMPTE được mô tả trong bảng 1.1
Tần số lấy mẫu tín hiệu bằng 4 lần tần số sóng mang phụ: flm= 14,3181
MHz (thường viết là 14,3 MHz). Đồng bộ quá trình lấy mẫu được lấy từ tín
hiệu đồng bộ màu của tín hiệu video tổng hợp. Hình 1.2 minh hoạ phổ tín hiệu
NTSC lấy mẫu tại tần số 4fsc.


Bảng 1.1. Tiêu chuẩn 4fsc NTSC
Tín hiệu vào

NTSC

Số mẫu trên một dòng

910

Số mẫu trên một dòng tích
cực

768

Tần số lấy mẫu

4fsc = 14,32818 MHz

Cấu trúc lấy mẫu

Trực giao

Khoảng cách lấy mẫu

+330, +1230, +2130, +3030

Mã hoá

Lượng tử hoá đều

Thang lượng tử

8 hoặc 10 bit

Hình 1.2. Phổ tín hiệu lấy mẫu 4fsc NTSC
Trong phổ tín hiệu, có một khoảng cách hở giữa các tần số 4,2 MHz tần
số lớn nhất của NTSC cơ bản và tần số 7,16 MHz (tần số Nyquist). Với khoảng
hở này, các bộ lọc chống nhiễu và bộ lọc tái tạo có đặc tuyến không lý tưởng
được phép sử dụng. Tiêu chuẩn không xác định tính chất của các bộ lọc chống
nhiễu và bộ lọc tái tạo, vì vậy các nhà sản xuất có thể tự do lựa chọn các bộ lọc,
phục vụ cho mục đích kinh tế và kỹ thuật.


b. Tiêu chuẩn 4fsc PAL
Tín hiệu tương tự PAL và NTSC có nhiều điểm tương đồng, song tín hiệu
số theo tiêu chuẩn 4fsc của hai hệ thống này rất khác nhau. Bảng 1.2 tổng kết
đặc điểm của tín hiệu số hệ 4fsc PAL. Tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng
mang phụ hay 17,7344755 MHz (thường viết là 17,73 MHz). Tín hiệu xung
clock được lấy từ xung đồng bộ màu của tín hiệu video tổng hợp.
Bảng 1.2 Tiêu chuẩn 4fsc PAL

Tín hiệu vào

PAL

Số mẫu trên một dòng

1135

Số mẫu trên một dòng tích cực

948

Tần số lấy mẫu

4fsc=17,734475 MHz

Cấu trúc lấy mẫu

Trực giao

Khoảng cách lấy mẫu

+450, +1350, +2250, +3150

Mã hoá

Lượng tử hoá đều

Thang lượng tử

8 hoặc 10 bit


Hình 1.3. Phổ tín hiệu lấy mẫu chuẩn 4fsc PAL
Hình 1.3 minh hoạ phổ lấy mẫu hệ 4fsc PAL. Ở đây có một khoảng cách
giữa các tần số 5 MHz – tần số cao nhất của hệ PAL cơ bản và tần số 8,86 MH
(tần số Nyquist). Tiêu chuẩn không xác định tính chất của bộ lọc chống nhiễu
và bộ lọc tái tạo, song các nhà sản xuất thường sử dụng tại tần số cao. Cũng
như với tín hiệu 4fsc NTSC, cần chú ý đến vấn đề vượt quá mức tín hiệu trong
quá trình chuyển đổi sang tín hiệu só khi đưa trực tiếp vào các thiết bị số 4fsc,
theo đó tạo các yêu cầu nghiêm ngặt về giới hạn dải thông của bộ lọc tái tạo.
Để khắc phục, rìa và sườn trước xung xoá của tín hiệu số cần phù hợp với tín
hiệu tương tự.
1.3.2 Tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần
Có nhiều tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu số thành phần, điểm khác nhau chủ
yếu ở tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín
hiệu màu, trong đó bao gồm tiêu chuẩn: 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1. Các định
dạng số video có nén chỉ lấy mẫu cho các dòng tích cực của video.


a. Tiêu chuẩn 4:4:4

Hình 1.4 Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:4:4
Mẫu tín hiệu chỉ được lấy đối với các phần tử tích cực của tín hiệu video.
Với hệ PAL, màn hình được chia làm 625x720 điểm (pixel). Các tín hiệu chói
(UY), tín hiệu màu (CR, CB) được lấy mẫu tại tất cả các điểm lấy mẫu trên
dòng tích cực của tín hiệu video. Cấu trúc lấy mẫu là cấu trúc trực giao, vị trí
lấy mẫu như hình 1.4
Theo tiêu chuẩn 4:4:4 có khả năng khôi phục chất lượng hình ảnh tốt,
thuận tiện cho việc xử lý tín hiệu. Với tiêu chuẩn 4:4:4 tốc độ dòng dữ liệu ( ví

dụ cho hệ PAL) được tính như sau:
-

Khi lấy mẫu 8 bit: (720+720+720) x 576 x 8 x 25 = 249 Mbit/s.

-

Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 720 + 720) x 576 x10 x 25 = 311

Mbit/s.
b. Tiêu chuẩn 4:2:2
Theo hình 1.5 trên một dòng tích cực: Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ 3 tín
hiệu: chói (UY) và hiệu màu(CR, CB) . Điểm kế tiếp chỉ lấy mẫu tín hiệu UY
, còn 2 tín hiệu màu không lấy mẫu. Khi giải mã màu suy ra từ màu của điểm
ảnh trước. Điểm ảnh sau nữa lại lấy mẫu đủ cả 3 tín hiệu UY, CR, CB . Tuần


tự như thế, cứ 4 lần lấy mẫu UY, thì có hai lần lấy mẫu CR, hai lần lấy mẫu CB
tạo nên cơ cấu 4:2:2.

Hình 1.5. Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:2
Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo tiêu chuẩn này được tính như
sau:
- Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 360 + 360) x 576 x 8 x25 = 166 Mbit/s.
- Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 +360) x 576 x 10 x 25 = 207 Mbit/s.
c. Tiêu chuẩn 4:2:0

Hình 1.6 Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:2:0
Theo hình 1.6, lấy mẫu tín hiệu UY tại tất cả các điểm ảnh của dòng, còn
tín hiệu màu thì cứ cách một điẻm sẽ lấy mẫu cho một tín hiệu màu. Tín hiệu

màu được lấy xen kẽ, nếu hàng chẵn lấy mẫu cho tín hiệu màu CR thì hàng le
sẽ lấy mẫu cho tín hiệu CB.
Đối với hệ PAL tốc dộ dòng dữ liệu theo chuẩn này được tính như sau:
- Khi lấy mẫu 8 bit: ( 720 + 360 ) x 576 x 8 x 25 = 124,4 Mbit/s.
- Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 360 ) x 576 x 10 x 25 = 155,5 Mbit/s.
d. Tiêu chuẩn 4:1:1

Hình 1.7. Tiêu chuẩn lấy mẫu 4:1:1
Chuẩn 4:1:1 trình tự lấy mẫu như hình 1.7, trong điểm ảnh đầu lấy mẫu
đủ UY, CR, CB ba điểm ảnh tiếp sau chỉ lấy mẫu UY, không lấy mẫu của tín
hiệu CR, CB. Khi giải mã, màu của 3 điểm anh sau phải suy ra từ điểm ảnh
đầu. Tuần tự như thế, cứ bốn lần lấy mẫu UY, có một lần lấy mẫu CR, một lần
lấy mẫu CB, đây là cơ cấu 4:1:1. Đối với hệ PAL tốc độ dòng dữ liệu theo
chuẩn này được tính như sau:
-

Khi lấy mẫu 8 bit: (720 + 180 + 180) x 576 x 8 x 25 = 124,4

Mbit/s.
-

Khi lấy mẫu 10 bit: (720 + 180 + 180) x 576 x 10 x 25 = 155,5

Mbit/s.
Số “4” ở đầu mỗi chuẩn biểu thị tần số lấy mẫu tín hiệu chói (fsa = 13,5
MHz), tuy không còn bằng bốn lần tần số sóng mang như trước (4fsc). Các con
số khác biểu thị tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu so với tín hiệu chói.
13,5 MHz là tần số duy nhất trong khoảng từ 12 MHz đến 14 MHz có giá trị

bằng một số nguyên lần tần số dòng cho cả hai tiêu chuẩn (525 và 625) và do
vậy cho một số nguyên lần số mẫu đối với cả hai hệ. Với tần số lấy mẫu 13,5
MHz, tín hiệu video số đã không còn bị phụ thuộc vào các tiêu chuẩn khác nhau
của video tương tự. [1,tr.166-168]
1.4

Nén tín hiệu trong truyền hình số

1.4.1 Mục đích của nén
Với công nghệ hiện nay, các thiết bị đều có dải thông nhất định. Các dòng
số tốc độ cao yêu cầu dải thông vượt quá khả năng cho phép của thiết bị. Một
cách sơ bộ, nén là quá trình làm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao
mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải.
1.4.2 Bản chất của nén
Khác với nguồn dữ liệu một chiều như nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của
nguồn hình ảnh cho thấy nguồn ảnh chứa nhiều sự dư thừa hơn các nguồn thông
tin khác, đó là:
- Sự dư thừa về mặt không gian (Spatial redundancy): Các điểm ảnh kề
nhau trong một mành có nội dung gần giống nhau.
- Sự dư thừa về mặt thời gian (Temporal redundacy): Các điểm ảnh có
cùng vị trí ở các mành kề nhau rất giống nhau.
- Sự dư thừa về mặt cảm nhận của con người: Mắt người nhạy cảm hơn
với các thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm với thay đổi nhanh, tần số cao.
Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ.
Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các
sự dư thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới
có lượng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng
tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bit sử dụng để mã

hoá một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng theo
yêu cầu. Nhìn chung quá trình nén và giải nén một cách dơn giản như sau: