Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

.......................................
ĐẶNG KHẮC VĨNH

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

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC :

TS.Phạm Ngọc Nam

HÀ NỘI – 2010


LỜI CAM ĐOAN
**********
Tôi xin cam đoan luận văn là do bản thân tôi thực hiện dựa trên những kiến
thức được học, những kinh nghiệm thi công thực tế tại công trường, dưới sự hướng
dẫn của TS.Phạm Ngọc Nam. Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung của bản luận
văn.
Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2010
Học viên

Đặng Khắc Vĩnh


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

AVO
ATSC
DCT
DVB
HDTV
HFC
ISBD
LCD
LDPC
NTSC
MPEG
MUSE
OFDM
PAL
QPSK
SDTV
VLC
VOD

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

:
:
:
:
:
:
:
:

Audiovisual Object
Advanced Television Systems Committee
Discrete Cosin Transform
Digital Video Broadcasting
High- Definition Television
Hybrid fibre - coaxial
Integrated Services Digiatal Broadcasting
Liquid Crystal Display
Low- Density Parity - Check
National Television System Committee
Moving Picture Experts Group
Multiple Sub Nyquist Sampling Encoding
Orthogonal Frequency – Division Multiplexing
Phase Alternate Line
Quadrature Phase – Shift Keying
Standard –Definition Television
Variable Length Coding
Video On Demad


DANH SÁCH BẢNG

Bảng 1.1
Bảng 2.1
Bảng 2.2
Bảng 3.1
Bảng 3.2
Bảng 3.3
Bảng 3.4
Bảng 3.5

:
:
:
:
:
:
:
:

Thông số quét ảnh của HDTV
5
Tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau
16
So sánh tốc độ bit của chuẩn MPEG2, MPEG4 và MPEG4/AVC 47
Dung lượng kênh truyền hình số mặt đất
58
DVB-T2 sử dụng tại UK so với DVB-T
60
Dung lượng dữ liệu trong mạng SFN
60
So sánh đặc trưng của DVB-C và DVB-C2

77
Các thông số OFDM
86


DANH SÁCH HÌNH VẼ
Hình 1.1

:

So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình

4

Hình 1.2

:

Tương quan về độ phân giải

7

Hình 1.3

:

Mô hình tổng quan của một hệ thống HDTV

12

Hình 2.1

:

Đặc tuyến biên tần của tín hiệu Y, C’B, C’R

15

Hình 2.2

:

Tổng quan về chu trình nén MPEG

19

Hình 2.3

:

Biến đổi DCT

19

Hình 2.4

:

Lượng tử hoá các hệ số biến đổi DCT

20

Hình 2.5

:

Thứ tự trình chiếu các loại ảnh

22

Hình 2.6

:

Dự đoán bù chuyển động

23

Hình 2.7

:

Âm thanh hình ảnh được kết hợp lại từ các AVO

26

Hình 2.8

:

Phân phối các dòng dữ liệu từ phía phát đến phía thu

27

Hình 2.9

:

Thuật toán của MPEG 4 để mã hoá các chuỗi hình ảnh

35

Hình 2.10

:

Ý tưởng mã hoá cơ bản cho chuỗi video MPEG 4

37

Hình 2.11

:

Phân chia Slice và nhóm Slice

42

Hình 2.12

:

Sơ đồ mã hoá MacroBlock

43

Hình 2.13

:

Kích thước dự đoán MB

44

Hình 2.14

:

Dự đoán bù chuyển động

44

Hình 2.15

:

Mối tương quan giữa nén MPEG2, MPEG4 và MPEG4/AVC

46

Hình 2.16

:

So sánh chuẩn nén sử dụng trong SDTV và HDTV

48

Hình 2.17

:

Kỹ thuật chuyển đổi từ âm thanh stereo sang âm thanh suround

49

Hình 2.18

:

Hệ thống âm thanh đa kênh dùng trong HDTV

49

Hình 2.19

:

Sơ đồ mã hóa âm thanh HDTV

50

Hình 3.1

:

Ghép kênh 2 chương trình HDTV

51

Hình 3.2

:

Sơ đồ hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S

52

Hình 3.3

:

Mã hoá sửa lỗi FEC

55

Hình 3.4

:

Giản đồ chòm sao điều chế sử dụng trong DVB-S2

55

Hình 3.5

:

So sánh khả năng truyền chương trình truyền hình trên kênh vệ
tinh số

56

Hình 3.6

:

So sánh chuẩn nén sử dụng trong DVB-S và DVB-S2

56

Hình 3.7

:

Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

57

Hình 3.8

:

Mô hình cấu trúc DVB-T2

57

Hình 3.9

:

Lớp vật lý

62

Hình 3.10

:

Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau

63

Hình 3.11

:

T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode

64

Hình 3.12

:

Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K

65

Hình 3.13

:

Mô hình MISO

65

Hình 3.14

:

Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải)

66

Hình 3.15

:

Đồ thị chòm sao 256-QAM

67

Hình 3.16

:

Chòm sao 16-QAM "xoay"

68

Hình 3.17

:

Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay

68

Hình 3.18

:

Khoảng bảo vệ đối (GI) với 8K 1/32 và 32K 1/128

69

Hình 3.19

:

So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2

69

Hình 3.20

:

Sơ đồ khối hệ thống phát truyền hình số qua mạng

71

Hình 3.21

:

Cấu trúc khung dòng truyền tải

73

Hình 3.22

:

Định vị các Bytes lên các Symbols cho kiểu điều chế 64-QAM

75

Hình 3.23

:

Phối hợp định tuyến các Byte với mã hoá Visai hai bit MSB

76

Hình 3.24

:

So sánh điều chế sử dụng trong DVB-C và DVB-C2

76

Hình 3.25

:

Cấu trúc hệ thống DVB-C2

78

Hình 3.26

:

a. Quá trình xử lý tín hiệu của hệ thống DVB-C2

79

b. Cấu trúc xử lý tín hiệu đầu vào

79

c. Chèn bít và mã nén trên modul

80

d. Quá trình xây dựng khung tín hiệu
e. Bộ phát tín hiệu ghép kênh trực giao OFDM

80
81

Hình 3.27

:

Sơ đồ xoá gói dư thừa

82

Hình 3.28

:

Định dạng của BBHeader

82

Hình 3.29

:

Cấu trúc modul xử lý tín hiệu đầu vào

83

Hình 3.30

:

Định dạng cho chế độ High Efficiency Mode

83

Hình 3.31

:

Định dạng cho chế độ Normail Mode

84

Hình 3.32

:

Cấu trúc BBFrame

84


Hình 3.33

:

Xáo trộn dữ liệu

85

Hình 3.34

:

Cấu trúc hệ thống OFDM

85

Hình 3.35

:

Phổ tín hiệu phát DVB-C2

87

Hình 3.36

:

Quá trình thu phát phát HDTV qua IP

88

Hình 3.37

:

Cấu trúc gói dữ liệu IP

89

Hình 4.1

:

Mô hình DVB-T, mode 2k

90

Hình 4.2

:

Khối cộng nhiễu Gauss trắng

90

Hình 4.3

:

Bộ mã hoá Convolutional Code

91

Hình 4.4

:

Sơ đồ mô hình hệ thống DVB-T2 mode 32k

92

Hình 4.5

:

Mô hình DVB-S2

92

Hình 4.6

:

Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T

93

Hình 4.7

:

So sánh sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian
sau bộ sửa lỗi LDPC sử dụng QPSK và 8QPSK.

Hình 4.8

:

Sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian sau bộ
sửa lỗi Viterbi sử dụng 4 QAM

Hình 5.1

:

93
94

a. Mô tả chuyển đổi khuôn hình
b,c,d. Màn hình tivi khi chuyển đổi khuôn hình SD sang HD

97

Hình 5.2

:

Minh họa quá trình De-Interlacing

97

Hình 5.3

:

Nội suy các điểm ảnh mới

98

Hình 5.4

:

Kỹ thuật upconversion

100

Hình 5.5

:

Kỹ thuật liên khung bù chuyển động

101

Hình 5.6

:

Hệ thống thu tín hiệu

104

Hình 5.7

:

Sơ đồ khối chức năng của một bộ Upconverter

106


MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA
LỜI CAM ĐOAN
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV ..........................................................................3
1.1.Khái niệm HDTV ............................................Error! Bookmark not defined.
1.1.1.Ưu điểm của HDTV..................................Error! Bookmark not defined.
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình .........................................................................................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 .........................................................................7
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản ...................................................................................7
1.2.2. HDTV tại Mỹ.............................................................................................9
1.2.3. HDTV tại châu Âu...................................................................................10
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD ..............................................................12
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend).........................................12
1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu............................................................13
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao ........................................................................13
CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG
HDTV........................................................................................................................14
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu ................................................................14
2.2.Lượng tử hoá ...................................................................................................15
2.3.Nén video số bằng MPEG ..............................................................................17
2.3.1.Tổng quan nén MPEG ..............................................................................17
2.3.2.Nguyên lý nén Video ................................................................................18
2.3.3.Nén trong ảnh ...........................................................................................19


2.3.4.Nén liên ảnh ..............................................................................................21
2.4.Nén MPEG 4 ...................................................................................................23
2.4.1.Tổng quan về MPEG 4 .............................................................................23
2.4.2 MPEG 4 Profile ........................................................................................28
2.4.3 MPEG 4 Visual (Part 2) ...............................................................................32
2.4.4. MPEG 4 AVC (Part 10)/ H264................................................................37
2.5.Nén HDTV ......................................................................................................46
2.6.Chuyển đổi âm thanh tiêu chuẩn SD sang âm thanh tiêu chuẩn HD ..............48
CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV ......................................................................51
3.1.Phát HDTV qua vệ tinh ...................................................................................51
3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S ..................................................................52

3.1.2. Chuẩn DVB-S2 ........................................................................................53
3.1.3. Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2...............................................55
3.2.Phát HDTV qua sóng mặt đất..........................................................................57
3.2.1. Chuẩn DVB-T..........................................................................................57
3.2.2. Chuẩn DVB-T2 .......................................................................................58
3.3.Phát HDTV qua mạng cáp...............................................................................70
3.3.1. Phát HDTV qua chuẩn DVB-C ...............................................................70
3.3.2. Giới thiệu DVB-C2..................................................................................75
3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2. ...................................................................76
3.4.Phát HDTV qua IP...........................................................................................87
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRUYỀN DẪN HDTV .............89
4.1.Mô hình mô phỏng ..........................................................................................89
4.1.1.Mô hình hệ thống DVB-T.........................................................................89
4.1.2.Mô hình hệ thống DVB-T2.......................................................................91
4.1.3.Mô hình hệ thống DVB-S2.......................................................................91
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng.................................................................92
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T ............................................................92
4.2.2.Hệ thống DVB-S2.....................................................................................92


4.2.3.Hệ thống DVB-T2 ....................................................................................93
CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM.......................95
5.1.Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi................................................................96
5.1.1.Chuyển đổi khuôn hình.............................................................................96
5.1.2.Kỹ thuật De-interlacing ...........................................................................97
5.1.3.Kỹ thuật upconvesion ............................................................................100
5.2.Tiêu chuẩn công nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống ..............................101
5.2.1.Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp..........................103
5.2.2.Dây chuyền công nghệ và lựa chọn thiết bị............................................103
KẾT LUẬN .............................................................................................................110

TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................112


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 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 MPEG4/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
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 việc giới thiệu đề
án xây dựng hệ thống HDTV tại Truyền hình cáp Việt Nam giúp chúng ta hiểu kỹ
hơn về việc triển khai HDTV.
Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Phạm Ngọc Nam,
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 10 năm 2010
Học viên
Đặng Khắc Vĩnh


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV
HDTV sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải tiến
chất lượng âm thanh cung cấp tới tivi. Chất lượng 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 suất sử dụng băng thông.
1.1.Khái niệm HDTV
1.1.1. Ưu điểm của HDTV
Các ưu điểm của HDTV so với SDTV
- Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng.
- Âm thanh với chất lượng 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 một 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 120o, 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 10o. 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 được
các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn được nhiều hơn trên màn hình rộng .
Hình 1.1 sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình.

16

9

Khoảng cách nhìn: 3H
Góc nhìn: 300

Khoảng cách nhìn: 7H
Góc nhìn: 100

Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình
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: fH = 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 1.1 thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tương tự
50Hz

STT Thông số

720p

60Hz
1080i

720p

1080i

1

Tần số khung (Hz) 50

25

60

30

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

6

7

720 (26 đến 1080 (21-560, 720 (26 đến

Dòng tích cực

745)
30 (1-25,

Dòng trống

746-750)

Tần số dòng (fH,
Hz)

37500

564-1123)
45 (1-20, 561563, 11241125)
28125

745)
30 (1-25,
746-750)
45000

1080 (21560, 5641123)
45 (1-20,
561-563,
1124-1125)

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
một 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 một 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
Đây cũng chính là độ rộng băng thông tối thiểu cần thiết để truyền tín hiệu
đảm bảo độ phân giải đứng và ngang nói trên. Nếu giảm độ rộng băng thông truyền
tín hiệu, sẽ làm giảm độ phân giải hình.
Tính toán trên là với tín hiệu chói, với tín hiệu hiệu mầu, độ rộng băng thông

tương ứng sẽ là 13MHz.
Độ phân giải của SDTV ở châu Âu là 720 điểm ảnh trên một dòng, 575 dòng
tích cực trong một mành được quét xen kẽ, tương đương với 0.41Mpixels. Tại Bắc
Mỹ số dòng tích cực thậm chí còn ít hơn, chỉ có 480 dòng quét xen kẽ. Độ phân giải
của định dạng HDTV 1080i là hơn 2Mpixels, tức là cao hơn 5 lần so với SDTV.
Cũng cần phải nhấn mạnh rằng, một đĩa DVD hay một chương trình truyền
hình số (truyền qua cáp, vệ tinh số, hay số mặt đất) cũng chỉ có 575 dòng tích cực
mặc dù rất nhiều người nghĩ rằng DVD hay truyền hình số hiện nay là có độ phân
giải cao.
Để có thể dán nhãn HD ready, thiết bị cần ít nhất 720 dòng vật lý, nhưng
hiện nay phần lớn các TV màn hình phẳng có 768 dòng. Các Projector độ phân giải
cao thường được gọi là Projector 720p có độ phân giải là 1280x720. Một điều quan
trọng cần nhấn mạnh là: Các yêu cầu để đạt HD ready không đề cập đến số điểm
ảnh trên một dòng, nhưng ta cần hiểu rằng số điểm ảnh là càng nhiều càng tốt. Độ
phân giải đặc trưng của hiển thị HD là: 1280x720(0.92Mpix), 1280x768(0.98Mpix),
1024x768(0.78Mpix), 1024x1024(1.05Mpix), 1366x768(1.05Mpix), 1920x1080


(2.07Mpix). Thiết bị hiển thị với độ phân giải gốc 1920x1080 được biết đến với tên
HD đầy đủ (Full HD) hoặc bộ TV 1080p hoặc Projector.

Hình 1.2: Tương quan về độ phân giải
1.2.Lịch sử và xu hướng phát triển
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản
Năm 1968, hãng NHK của Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu và phát triển
HDTV, kết quả cho ra đời chuẩn kỹ thuật đầu tiên dành cho studio: Số dòng
quét/ảnh: 1125, tỷ lệ khuôn hình: 5/3, thương pháp quét: xen kẽ, tần số mành: 60Hz,
độ rộng băng tần: 20MHz.
Đến tháng 10/1984, hệ MUSE (Multiple SubNyquist Sampling Encoding)
được NHK thiết kế để phát sóng truyền hình tương tự có độ phân giải cao qua vệ

tinh. Theo yêu cầu phát sóng, hệ MUSE còn được phát triển với nhiều version khác
nhau nữa. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV được nén từ 20MHz xuống 8.1MHz
và có thể truyền, phát sóng qua vệ tinh. Nhật Bản cũng được ghi nhận là nước duy
nhất phát thương mại HDTV tương tự và cũng đã có những thành công nhất định.
Cho đến đầu những năm 2000 thì Nhật Bản đã chính thức chuyển sang phát
sóng HDTV số mặt đất theo tiêu chuẩn ISDB-T, và phát sóng số HDTV qua vệ tinh
theo tiêu chuẩn ISDB-S.
Hiện nay Nhật Bản sử dụng định dạng 1080i/60 với số mẫu trên một dòng là
1440 hoặc 1920.
Phát sóng trên mạng vệ tinh và sóng mặt đất theo chuẩn ISDB-T và ISDB-S


-Mặt đất:
+ Có 17,9 triệu đầu thu HDTV số mặt đất được bán tính đến 1/2007
+ Đã phủ sóng 84 % lãnh thổ, tính đến cuối năm 2006
+ Một số kênh HDTV tại khu vực nội đô Tokyo

-Vệ tinh:
+ Có khoảng 20,4 triệu đầu thu HDTV số vệ tinh được bán, tính đến 1/2007.
+ Một số kênh HDTV qua vệ tinh tại Nhật Bản:

-Mạng cáp:
Hiện nay không triển khai trên mạng cáp, tuy nhiên các thuê bao của các
mạng vệ tinh và mặt đất có thể thu trực tiếp hoặc thông qua mạng cáp với các thiết
bị đầu cuối tương thích.
-Thị trường thiết bị hiển thị HDTV.
Đa dạng với nhiều model và nhà sản xuất. Giá thành ngày càng giảm.

-

Xu hướng phát triển
Theo lộ trình số hoá, đến năm 2011 thì Nhật Bản sẽ dừng phát sóng analog,
toàn bộ các thuê bao truyền hình tại gia sẽ là HDTV số.


Việc chuyển đổi từ các kênh mặt đất tương tự sang số phát HDTV là kế
hoạch quốc gia của Nhật Bản và phải mất bốn năm mới hoàn thành.
Thị trường TV phẳng như LCD, PDP phát triển mạnh mẽ và là những sản phẩm
chính trong thị trường HDTV số rất đông đúc của Nhật Bản. Giá cả các loại TV trên
cũng giảm xuống một cách nhanh chóng, với xu hướng xuống còn khoảng 50$/inche
HDTV sẽ trở lên thông dụng tại Nhật Bản, bản thân các nhà cung cấp dịch
vụ truyền hình cũng xác định tiêu chí này thông qua câu nói: HDTV là điều cần
thiết để sống sót.
1.2.2. HDTV tại Mỹ
Chính phủ Mỹ đã quyết định nghiên cứu một định dạng HDTV mới so với
NHK để có thể phù hợp với các hệ thống phát sóng hiện tại. Các nhà nghiên cứu và
các nhà sản xuất đã tập hợp lại thành bốn nhóm riêng biệt để thực hiện việc này.
Bản thân 4 nhóm đã xây dựng nên bốn hệ truyền hình HDTV riêng là: DigiCipher
HDTV System, DSC HDTV System, Advance Digital (AD) HDTV, và CCDC
HDTV System. Đó là tiền thân của tổ chức The Grand Alliance với hệ GA HDTV,
được thành lập vào ngày 24/5/1993 từ việc thống nhất bốn nhóm nói trên.
Trong quá trình xây dựng hệ thống HDTV, Grand Alliance đã nhận thấy
rằng, công nghệ mới này phải được chuyển sang số hoá để có thể tương thích với
các hệ thống truyền hình hiện tại. Chính vì vậy, hệ thống HDTV tại Mỹ được xây
dựng từ đầu với truyền hình số và hoàn toàn khác biệt với Nhật Bản.
Đến năm 1996 thì FCC chính thức lập tiêu chuẩn cho HDTV, được phát số mặt đất
theo tiêu chuẩn ATSC. Tín hiệu số HDTV được nén và phát trên kênh 6MHz của truyền
hình NTSC. Đến năm 1998 thì HDTV chính thức được phát sóng thương mại tại Mỹ.
Hiện nay các chương trình HDTV được cung cấp tới khách hàng như là một
dịch vụ số phát song song với SDTV và các dịch vụ khác trên cả mạng cáp, vệ tinh

và sóng mặt đất.
Theo lộ trình, đến năm 2006, Mỹ sẽ chấm dứt việc phát sóng tương tự. Toàn bộ
hệ thống truyền hình tại Mỹ sẽ là truyền hình số. Khác với Nhật Bản, HDTV tại Mỹ chỉ
là một phần trong các dịch vụ số được các thuê bao đăng ký, với tỷ lệ khoảng 10%.
Tuy nhiên số lượng kênh lại rất phong phú, diện phủ sóng chiếm 75 % lãnh thổ.


Có thể nói hệ thống HDTV tại Mỹ đã được phát triển một cách hoàn chỉnh
với khoảng 6 nhà cung cấp dịch vụ chính qua vệ tinh, hơn 30 nhà cung cấp HDTV
qua mạng cáp, hệ thống số mặt đất phủ sóng toàn lãnh thổ với hơn 75% số vùng có
thể thu HDTV.
1.2.3. HDTV tại châu Âu
Vào năm 1986, 19 nước ở châu Âu đã tổ chức hội nghị bàn thảo về chương
trình nghiên cứu HDTV mang tên “Eureka 95”, nhằm phát triển hệ thống HDTV tại
châu Âu. Giống như Nhật Bản, châu Âu cũng bắt đầu với hệ truyền hình HDTV
tương tự phát sóng qua vệ tinh. Vào tháng 5/1992, EU đưa ra tiêu chuẩn D2-MAC,
được phát triển bởi SGS-Thomson của Pháp và Philips của Hà Lan, để phát sóng
truyền hình màn rộng và các dịch vụ vệ tinh.
Hệ HDTV của châu Âu khi đó có số dòng quét là 1250 với 1152 dòng tích
cực, tỷ lệ khuôn hình là 16:9, và tần số mành là 50Hz.
Thời điểm đó, EU có kế hoạch chuyển đổi các hệ thống truyền hình tương tự
hiện tại sang hệ thống D2-MAC thậm chí sang cả HD-MAC là hệ thống HDTV
tương tự đầy đủ. Tuy nhiên việc chuyển đổi này đã gặp một số trở ngại từ một số
nước, khi họ lo ngại các hệ truyền hình HDTV này sẽ không thể tồn tại lâu dài do
sự phát triển của truyền hình số. Trong khi đó một số nước có nền công nghiệp
truyền hình nhỏ như Hy Lạp, Ailen…cũng bày tỏ sự lo ngại về khả năng tài chính
của việc đầu tư phát triển HDTV. Chính vì vậy mà HDTV tương tự đã không thể
phát triển tại châu Âu, mặc dù một số hãng truyền hình của Pháp đã lập kế hoạch để
triển khai D2-MAC, song sự phát triển của nó cũng rất hạn chế, một phần do giá
thành bộ thu HDTV theo D2-MAC khi đó là quá cao. Đến năm 1993 thì hệ truyền

hình HDTV tương tự HD-MAC chính thức dừng lại, EU và EBU khi đó tập trung
vào phát triển truyền hình số với hệ DVB.
Cho đến năm 2003, HDTV mới lại được bắt đầu được phát số thử nghiệm tại
châu Âu theo tiêu chuẩn DVB trên cả vệ tinh, cáp và sóng mặt đất.
- Hiện nay ở châu Âu đang chấp nhận 4 định dạng HDTV sau: 1080i/25, 1080p/50,
1080p/25 và 720p/50. Định dạng được EBU khuyến cáo nên sử dụng là 720p/50


- Các chuẩn truyền dẫn: DVB-T cho sóng mặt đất, DVB-S, S2 cho sóng vệ
tinh, DVB-C cho mạng cáp, DVB-IPI cho mạng IP.
Hiện trạng HDTV tại một số nước châu Âu:
•

HDTV tại Pháp:

-

Vệ tinh: có 7 kênh HDTV được phát với hơn 40000 đầu thu STB

-

Sóng mặt đất: phát thử nghiệm 2 kênh từ tháng 5/2006 cho các

chương trình tennis, bóng đá, phim, sân khấu
-

Trên ADSL: Tất cả các nhà cung cấp mạng đều đưa ra các dịch vụ

quảng bá HD.
-

Chưa tiến hành trên mạng cáp.

•

HDTV tại Đức:

-

Hiện chỉ phát trên vệ tinh, với khoảng 10 chương trình.

-

Sẽ triển khai trên mạng cáp và mặt đất.

•

HDTV tại Anh:

-

Phát trên vệ tinh và mặt đất, sớm triển khai trên mạng cáp.

-

Có khoảng 9 chương trình HDTV

•

HDTV tại Bỉ

-

Phát trên vệ tinh và mạng cáp

-

Hiện tại có 3 chương trình HD1,2,3. Sắp có thêm HD4

•

Một số nước khác:

-

Tây Ban Nha: Có kế hoạch phát HDTV vào năm 2007 trên mạng cáp

và vệ tinh.
-

Italy: Đã phát 5 chương trình trên vệ tinh

-

Na Uy: phát trên vệ tinh và sóng mặt đất

-

Hà Lan, Bồ Đào Nha: Phát HDTV trên mạng cáp

-

Thụy Điển, Phần Lan: phát HDTV trên vệ tinh

-

Thụy Sỹ: sẽ phát HDTV trên vệ tinh năm 2007.

-

Các nước Ba Lan, Slovakia, Rumani, Nga đã bắt đầu thử nghiệm.


Xu hướng tại châu Âu:
-

Đa phần các nước đều triển khai HDTV qua vệ tinh với những ưu

điểm về băng thông và sự hỗ trợ của DVB-S2
-

Ngoài một số hệ thống đang sử dụng nén MPEG 2, tất cả các nước bắt

đầu triển khai HDTV đều sử dụng MPEG 4/H.264 làm chuẩn nén. Các nước đã sử
dụng MPEG 2 cho HDTV cũng đã thông báo sẽ sử dụng MPEG 4/H.264 cho các hệ
thống tiếp theo.
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD
Hệ thống truyền hình có độ phân giải cao được cấu thành từ ba thành phần
chính như sau:
- Hệ thống thiết bị trung tâm.

- Hệ thống truyền dẫn tín hiệu.
- Các thiết bị đầu cuối thuê bao.

Hình 1.3: Mô hình tổng quan của một hệ thống HDTV
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)
9 Hệ thống cung cấp và quản lý các chương trình truyền hình : Hệ thống
thu tín hiệu các chương trình truyền hình sau đó qua quá trình xử lý tín hiệu: chèn
quảng cáo, key chữ, mã hoá, điều chế tín hiệu... và chuyển sang mạng phân phối tín
hiệu. Các chương trình có thể thu trực tiếp từ vệ tinh, truyền hình mặt đất, các
chương trình tự sản xuất.


9 Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra
chất lượng cũng như nội dung các chương trình truyền, hệ thống chuyển đổi nguồn
tín hiệu (matrix), hệ thống điều hành toàn bộ hoạt động của trung tâm thu phát và
mạng phân phối tín hiệu...
1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu
Hệ thống mạng phân phối tín hiệu có chức năng truyền dẫn các tín hiệu
truyền hình cũng như các dữ liệu từ trung tâm tới các thuê bao và ngược lại.
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao
Đây là các thiết bị làm chức năng giải mã tín hiệu cung cấp tới tivi. Toàn bộ
quá trình xử lý tín hiệu được tích hợp trong một hộp nhỏ gọi là settop-box, nối tới
tivi qua chuẩn HDMI.
Kết luận:
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.


CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT

ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV
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
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu
Nếu trong SDTV, tần số lấy mẫu là 13.5MHz, là bội số của tần số dòng với
cả hai hệ NTSC và PAL, thì với HDTV, tần số lấy mẫu cũng là bội số của tần số
dòng. Việc lấy mẫu tín hiệu có thể thực hiện với tín hiệu chói (Y’) và hai tín hiệu
mầu thành phần (C’B, C’R) hoặc có thể thực hiện với 3 tín hiệu màu cơ bản (R’, B’, G’).
Đồng thời tần số lấy mẫu cũng phải đảm bảo lớn hơn 2 lần độ rộng dải phổ tín hiệu.
Với HDTV, tần số lấy mẫu tín hiệu chói được lựa chọn là 74.25MHz cho tất
cả các định dạng tương tự. Tần số này là bội số của tần số dòng với cả bốn định
dạng nói trên.
+ Với hệ 50Hz:
74.25MHZ = 1980 x fH : với định dạng 720p
74.25MHZ = 2640x fH : với định dạng 1080i
+ Với hệ 60Hz:
74.25MHZ = 1650 x fH : với định dạng 720p
74.25MHZ = 2200 x fH : với định dạng 1080i
Với tín hiệu thành phần, tần số lấy mẫu cũng thường được biểu hiện thông
qua tỷ số giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu mầu. Với
tín hiệu HDTV thành phần, tần số lấy mẫu hai tín hiệu hiệu mầu là 37.125MHz.
fS (Y):

74.25MHz

fS (C’B):

37.125MHz

fS (C’R):

37.125MHz

Cấu trúc lấy mẫu là trực giao, các mẫu tín hiệu hiệu mầu được lấy cùng với
các mẫu tín hiệu chói lẻ trên mỗi dòng. Điểm lấy mầu tín hiệu hiệu mầu sẽ phụ
thuộc vào mục đích để sản xuất, lưu trữ hay truyền dẫn. Các cấu trúc lấy mẫu cũng
tương tự như SDTV, gồm có các cấu trúc 4:2:0, 4:2:2, 4:4:4.


Theo Shanon và Nyquist, dải tần cho tín hiệu chói sẽ không được vượt quá
một nửa tần số lấy mẫu là 37.125MHz, và dải tần cho hai tín hiệu hiệu mầu không
được vượt quá 18.5625MHz. Với việc sử dụng một bộ lọc thông thấp, tần số cutoff
của đặc tuyến biên tần với tín hiệu chói sẽ là 30MHz, với tín hiệu mầu là 15MHz,
giá trị này là đảm bảo độ rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu HDTV mà
không làm suy giảm độ phân giải hình.

Hình 2.1: Đặc tuyến biên tần của tín hiệu Y, C’B, C’R
2.2.Lượng tử hoá
Tuỳ theo mục đích để lưu trữ hay truyền dẫn, số bít lượng tử có thể là 10
hoặc 8 bít. Thành phần được lượng tử hoá sẽ bao gồm tín hiệu chói, tín hiệu hiệu
màu và các tín hiệu về chuẩn thời gian (Time Reference Signal – TRS) bao gồm tín
hiệu kết thúc dòng video tích cực (EAV – End of Active Line) và bắt đầu một dòng
video tích cực (SAV – Start of Active Line).
Với hệ thống có 10 bit lượng tử, các giá trị số sẽ chạy từ 000h đến 3FFh
(tương ứng giá trị 0 đến 1023 trong hệ thập phân). Tín hiệu chói sẽ đi từ mức đen
040h (64) đến mức trắng 3ACh (940). Tín hiệu mầu C’B, C’R sẽ đi từ 040h (640 đến
3C0h (960). Nhằm dự phòng cho sự quá mức tín hiệu, dải lượng tử cho phép sẽ là
từ 004h đến 3FBh (từ 4 đến 1019).
Các giá trị từ 000h đến 003h (0 đến 3) và từ 3FCh đến 3FFh (1020 đến 1023)

được để dành cho các tín hiệu TRS (EAV và SAV).