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

Header Page 1 of 237.

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

Nguyễn Thị Thu Trang

TRUYỀN HÌNH SỐ CÓ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV VÀ
KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử
Mã số: 60 52 70
LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC

TS. Ngô Thái Trị

Hà Nội – 2009

Footer Page 1 of 237.


Header Page 2 of 237.

MỤC LỤC
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
DANH MỤC CÁC BẢNG
DANH MỤC HÌNH VẼ
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 4

CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV..................................................................... 6
1.1.Khái niệm HDTV......................................................................................... 6
1.1.1. Khái niệm và ƣu điểm của HDTV [5] .................................................. 6
1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3] .............................................................................. 6
1.1.3.Đặc tính quét ảnh ................................................................................... 7
1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu ............................................. 8
1.2.Lịch sử và xu hƣớng phát triển [5] ............................................................ 10
1.2.1. HDTV tại Nhật Bản............................................................................ 10
1.2.2. HDTV tại Mỹ ..................................................................................... 11
1.2.3. HDTV tại châu Âu. ............................................................................ 12
1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD ........................................................ 14
1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend) ................................... 14
1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu ...................................................... 15
1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao ................................................................... 15
CHƢƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƢỢC SỬ DỤNG
TRONG HDTV ................................................................................................... 16
2.1.Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu .......................................................... 16
2.2.Lƣợng tử hoá .............................................................................................. 17
2.3.Nén video số bằng MPEG [3] .................................................................... 18
2.3.1.Tổng quan nén MPEG ......................................................................... 18
2.3.2.Nguyên lý nén Video........................... Error! Bookmark not defined.
2.3.3.Nén trong ảnh ...................................... Error! Bookmark not defined.
2.3.4.Nén liên ảnh......................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.Nén MPEG 4 [3] ........................................ Error! Bookmark not defined.
2.4.1.Tổng quan về MPEG 4 ........................ Error! Bookmark not defined.
2.4.2 MPEG 4 Profile ................................... Error! Bookmark not defined.
2.4.3 MPEG 4 Visual (Part 2) .......................... Error! Bookmark not defined.
2.4.4. MPEG 4 AVC (Part 10)/ H264 .......... Error! Bookmark not defined.
2.5.Nén HDTV ................................................. Error! Bookmark not defined.
2.6.Chuyển đổi âm thanh tiêu chuẩn SD sang âm thanh tiêu chuẩn HD.. Error!

Bookmark not defined.
CHƢƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV ................ Error! Bookmark not defined.
3.1.Phát HDTV qua vệ tinh ............................. Error! Bookmark not defined.
3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S ............. Error! Bookmark not defined.
3.1.2. Chuẩn DVB-S2 [4] ............................. Error! Bookmark not defined.
3.1.3. Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2 ........ Error! Bookmark not
defined.
3.2.Phát HDTV qua sóng mặt đất .................... Error! Bookmark not defined.
Footer Page 2 of 237.


Header Page 3 of 237.

3.2.1. Chuẩn DVB-T .................................... Error! Bookmark not defined.
3.2.2. Chuẩn DVB-T2 [4]............................. Error! Bookmark not defined.
3.3.Phát HDTV qua mạng cáp ......................... Error! Bookmark not defined.
3.3.1. Phát HDTV qua chuẩn DVB-C .......... Error! Bookmark not defined.
3.3.2. Giới thiệu DVB-C2[4]........................ Error! Bookmark not defined.
3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2............... Error! Bookmark not defined.
3.4.Phát HDTV qua IP ..................................... Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG ............. Error! Bookmark not
defined.
4.1.Mô hình mô phỏng ..................................... Error! Bookmark not defined.
4.1.1.Mô hình hệ thống DVB-T ................... Error! Bookmark not defined.
4.1.2.Mô hình hệ thống DVB-T2 ................. Error! Bookmark not defined.
4.1.3.Mô hình hệ thống DVB-S2 ................. Error! Bookmark not defined.
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng ........... Error! Bookmark not defined.
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T....... Error! Bookmark not defined.
4.2.2.Hệ thống DVB-S2 ............................... Error! Bookmark not defined.
4.2.3.Hệ thống DVB-T2 ............................... Error! Bookmark not defined.

CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM.......... Error!
Bookmark not defined.
5.1.Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi .......... Error! Bookmark not defined.
5.1.1.Chuyển đổi khuôn hình ....................... Error! Bookmark not defined.
5.1.2.Kỹ thuật De-interlacing [6] ................. Error! Bookmark not defined.
5.1.3.Kỹ thuật upconvesion [6] .................... Error! Bookmark not defined.
5.2.Tiêu chuẩn công nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống Error! Bookmark
not defined.
5.2.1.Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp ............... Error!
Bookmark not defined.
5.2.2.Dây truyền công nghệ và lựa chọn thiết bị ........ Error! Bookmark not
defined.
KẾT LUẬN: ........................................................ Error! Bookmark not defined.
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 19

Footer Page 3 of 237.


Header Page 4 of 237.

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 lƣợng
nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM)
Chuẩn truyền hình này đƣa đến cho ngƣời xem không chỉ cảm nhận về
chất lƣợng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn
tƣợng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thƣớc 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 ngƣời xem một cảm giác nhƣ đang ngồi trong rạp chiếu phim.

Việc ngƣời dùng chuyển lên HDTV thay thế SDTV đƣợc coi là một bƣớc
tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tƣơng tự nhƣ việc nhân
loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trƣớc đây.
Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV trên công các công nghệ khác nhau đặc
biệt là sử dụng chuẩn DVB (T,S,C) đang gặp khó khăn về yêu cầu cân bằng giữa
băng thông tín hiệu và chất lƣợng kênh truyền. Sự ra đời của chuẩn nén mới
MPEG-4/AV đã cải thiện đƣợc 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 lƣợng 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 ngƣời sử dụng. Trên thị trƣờng chỉ xuất hiện màn hình Plasma và
LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chƣơng trình
cũng nhƣ cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng
phƣơng án đầu tƣ, 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 đƣợc hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ
2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. Đồng thời cũng đánh giá đƣợc hiện trạng
việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nƣớc ta để cho ngƣời sử dụng có một
cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam.
Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng 1: Tổng quan HDTV
Chƣơng 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu,
lƣợng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm
thanh vòng sử dụng trong HDTV

Footer Page 4 of 237.

Chƣơng 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.
Chƣơng 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
Chƣơng 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.Ngô Thái Trị,
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện bản luận văn này;
cũng xin đƣợc 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.

Header Page 5 of 237.

Hà Nội, tháng 12 năm 2009
Học viên
Nguyễn Thị Thu Trang

Footer Page 5 of 237.


Header Page 6 of 237.

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV

1.1.Khái niệm HDTV
1.1.1. Khái niệm và ưu điểm của HDTV [5]
HDTV sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải

tiến chất lƣợng âm thanh cung cấp tới tivi. Chất lƣợng hình ảnh tƣơng đƣơng với
35 mm phim camera, chất lƣợng âm thanh tƣơng đƣơng với một máy nghe nhạc
compact. Để đạt đƣợc 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.
Các ƣu điểm của HDTV so với SDTV
Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng.
Âm thanh với chất lƣợng cao.
Băng thông sử dụng hẹp.
Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tƣợng nhƣ bóng hình
(ghosting), hoặc muỗi (snow) không tìm thấy với hệ thống HDTV.
-

1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình [3]
Tỷ lệ khuôn hình là tỷ lệ giữa chiều ngang và chiều cao của hình ảnh, về
bản chất là tỷ lệ giữa số điểm ảnh tích cực của 1 dòng trên số dòng tích cực. Tỷ
lệ truyền thống là 4:3, còn tỷ lệ của một khuôn hình rộng là 16:9. Một số ƣu
điểm của khuôn hình rộng là:
+ Góc nhìn thấy của con ngƣời khoảng xung quanh 120o, nhƣng 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 (thƣờng là 1.85:1 hoặc 2.35:1).
+ Phần lớn các chuyển động trên màn hình đƣợc 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 lƣợng các hình cận cảnh và
chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và liên
Footer Page 6 of 237.
tục với chƣơng trình có tính phim ảnh. Nói một cách đơn giản là có thể giảm bớt


Header Page 7đƣợc
of 237. các

chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn đƣợc nhiều hơn trên màn hình

rộng
Hình sau đây sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình.
16

9

Khoảng cách nhìn: 3H
Khoảng cách nhìn: 7H
Góc nhìn: 300
Góc nhìn: 100
Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình
HDTV sử dụng tỷ lệ khuôn hình rộng 16:9.
1.1.3.Đặc tính quét ảnh
Với định dạng 720p, tần số mành cũng là tần số khung, mỗi khung hình
truyền đi bao gồm 1 mành quét với 750 dòng tín hiệu..
Với định dạng 1080i, một khung hình gồm 1125 dòng tín hiệu, đƣợc
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 tƣơng ứng với 2 hệ tần số là
25Hz và 30Hz.

Tần số dòng với định dạng 1080/30i: fH = 30 x 1125 = 33750Hz.
Tƣơng tự nhƣ vậy, tần số dòng với các định dạng 1080/25i là 28125Hz,
với định dạng 720/60p là 45000Hz, với định dạng 720/50p là 37500Hz.
Bảng sau đây thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tƣơng tự
STT Thông số
1
Footer Page 7 of 237.

Tần số khung

50Hz
720p
50

1080i
25

60Hz
720p
60

1080i
30


Header Page 8 of 237. (Hz)

3
4

Tần số mành
(Hz)
Dạng quét
Tổng số dòng

5

Dòng tích cực

6

Dòng trống

2

7

50

50

60

1:1
750

2:1
1125

1:1

750

60

2:1
1125
1080 (21720 (26 đến 1080 (21-560, 720 (26 đến
560, 564745)
564-1123)
745)
1123)
45 (1-20, 56145 (1-20,
30 (1-25,
30 (1-25,
563, 1124561-563,
746-750)
746-750)
1125)
1124-1125)

Tần số dòng (fH,
37500
28125
Hz)
Bảng 1.1: Thông số quét ảnh của HDTV

45000

33750

1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu
Độ phân giải đứng tƣơng đƣơng 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 đƣợc tính bằng 70% của số dòng tích cực. Hệ số 0.7 đƣợc gọi là
hệ số K (Kell Factor).
Độ phân giải chiều đứng thƣờng đƣợc thể hiện ở dạng số dòng của chiều
cao 1 ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này đƣợc dùng để xác định
mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị đƣợc. Nếu 1 ảnh yêu cầu độ phân giải
cao hơn giá trị phân giải đứng của mành thì ảnh sẽ bị mờ.
Độ phân giải ngang của mành sẽ quyết định bề rộng băng thông cần thiết
để truyền tín hiệu. Ta sẽ tính toán trên ví dụ là hệ 1080/25i nhƣ 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) = 25.858s
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 = 0.0384s
Tần số cực đại là: 1/0.0384 = 26.04 MHz
Footer Page 8 of 237.


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 tƣơng 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 đƣợc quét xen kẽ, tƣơng đƣơng 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 chƣơng 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 ngƣời 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, nhƣng
hiện nay phần lớn các TV màn hình phẳng có 768 dòng. Các Projector độ phân
giải cao thƣờng đƣợc 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 1 dòng, nhƣng ta cần hiểu rằng số điểm ảnh là càng nhiều
càng tốt. Độ phân giải đặc trƣng 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 đƣợc biết đến với tên HD đầy đủ (Full HD) hoặc bộ TV 1080p
hoặc Projector.

Header Page 9 of 237.

Hình 1.2: Tƣơng quan về độ phân giải

Footer Page 9 of 237.


1.2.Lịch

Header Page 10
of 237.

sử và xu hướng phát triển [5]

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, thƣơng pháp quét: xen kẽ, tần số mành :
60Hz, độ rộng băng tần : 20MHz.
Đến tháng 10/1984, hệ MUSE (Multiple SubNyquist Sampling Encoding)
đƣợc NHK thiết kế để phát sóng truyền hình tƣơng tự có độ phân giải cao qua vệ
tinh. Theo yêu cầu phát sóng, hệ MUSE còn đƣợc phát triển với nhiều version
khác nhau nữa. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV đƣợc nén từ 20MHz xuống
8.1MHz và có thể truyền, phát sóng qua vệ tinh. Nhật Bản cũng đƣợc ghi nhận là
nƣớc duy nhất phát thƣơng mại HDTV tƣơng 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 1 dòng là
1440 hoặc 1920.
Phát sóng trên mạng vệ tinh và sóng mặt đất theo chuẩn ISDB-T và ISDBS
-Mặt đất:
+ Có 17,9 triệu đầu thu HDTV số mặt đất đƣợc 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 đƣợc bán, tính đến

1/2007.
+ Một số kênh HDTV qua vệ tinh tại Nhật Bản:

Footer Page 10 of 237. -Mạng

cáp:


Header Page 11 of 237.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 tƣơng 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 tƣơng tự sang số phát HDTV là kế
hoạch quốc gia của Nhật Bản và phải mất 4 năm mới hoàn thành.
Thị trƣờng TV phẳng nhƣ LCD, PDP phát triển mạnh mẽ và là những sản
phẩm chính trong thị trƣờng HDTV số rất đông đúc của Nhật Bản. Giá cả các
loại TV trên cũng giảm xuống một cách nhanh chóng, với xu hƣớng 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 4 nhóm riêng biệt để thực hiện việc này.
Bản thân 4 nhóm đã xây dựng nên 4 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, đƣợc thành lập vào ngày 24/5/1993 từ việc thống nhất 4 nhóm nói trên.

Footer Page 11 of 237.


Header Page 12 of 237.Trong

quá trình xây dựng hệ thống HDTV, Grand Alliance đã nhận thấy
rằng, công nghệ mới này phải đƣợc chuyển sang số hoá để có thể tƣơng thích với
các hệ thống truyền hình hiện tại. Chính vì vậy, hệ thống HDTV tại Mỹ đƣợc
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, đƣợc phát số
mặt đất theo tiêu chuẩn ATSC. Tín hiệu số HDTV đƣợc nén và phát trên kênh
6MHz của truyền hình NTSC. Đến năm 1998 thì HDTV chính thức đƣợc phát
sóng thƣơng mại tại Mỹ.
Hiện nay các chƣơng trình HDTV đƣợc cung cấp tới khách hàng nhƣ 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 tƣơng 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 đƣợc các thuê bao đăng ký,
với tỷ lệ khoảng 10%. Tuy nhiên số lƣợng kênh lại rất phong phú, diện phủ sóng
chiếm 75 % lãnh thổ.

Có thể nói hệ thống HDTV tại Mỹ đã đƣợc 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 nƣớc ở châu Âu đã tổ chức hội nghị bàn thảo về
chƣơng trình nghiên cứu HDTV mang tên “Eureka 95”, nhằm phát triển hệ thống
HDTV tại châu Âu. Giống nhƣ Nhật Bản, châu Âu cũng bắt đầu với hệ truyền
hình HDTV tƣơng tự phát sóng qua vệ tinh. Vào tháng 5/1992, EU đƣa ra tiêu
chuẩn D2-MAC, đƣợc 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 tƣơng
tự hiện tại sang hệ thống D2-MAC thậm chí sang cả HD-MAC là hệ thống
HDTV tƣơng tự đầy đủ. Tuy nhiên việc chuyển đổi này đã gặp một số trở ngại từ
một số nƣớc, 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 nƣớc có nền
công nghiệp truyền hình nhỏ nhƣ Hy Lạp, Ailen…cũng bày tỏ sự lo ngại về khả
năng tài chính của việc đầu tƣ phát triển HDTV. Chính vì vậy mà HDTV tƣơng

Footer Page 12 of 237.


tựofđã
không
Header Page 13
237.

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 tƣơng 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 đƣợc bắt đầu đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc phát với hơn 40000 đầu thu STB
Sóng mặt đất: phát thử nghiệm 2 kênh từ tháng 5/2006 cho các
chƣơng trình tennis, bóng đá, phim, sân khấu
Trên ADSL: Tất cả các nhà cung cấp mạng đều đƣa ra các dịch vụ
quảng bá HD.
Chƣa tiến hành trên mạng cáp.

HDTV tại Đức:
Hiện chỉ phát trên vệ tinh, với khoảng 10 chƣơng 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 chƣơng trình HDTV

HDTV tại Bỉ

Phát trên vệ tinh và mạng cáp
Hiện tại có 3 chƣơng trình HD1,2,3. Sắp có thêm HD4

Một số nƣớc khác:
Tây Ban Nha: Có kế hoạch phát HDTV vào năm 2007 trên mạng
cáp và vệ tinh.
Italy: Đã phát 5 chƣơng 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.
Footer Page 13 of 237.
Các nƣớc Ba Lan, Slovakia, Rumani, Nga đã bắt đầu thử nghiệm.


hướng tại châu Âu:
Đa phần các nƣớc đều triển khai HDTV qua vệ tinh với những ƣu
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 nƣớc
bắt đầu triển khai HDTV đều sử dụng MPEG 4/H.264 làm chuẩn nén. Các nƣớc
đã sử dụng MPEG 2 cho HDTV cũng đã thông báo sẽ sử dụng MPEG 4/H.264
cho các hệ thống tiếp theo.

Header Page 14 of 237.Xu

1.3.Mô hình tổng quan của hệ thống HD
Hệ thống truyền hình có độ phân giải cao đƣợc cấu thành từ ba thành phần
chính nhƣ 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)
 Hệ thống cung cấp và quản lý các chƣơng trình truyền hình : Hệ
thống thu tín hiệu các chƣơng 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 chƣơng trình có thể thu trực tiếp từ vệ tinh, truyền hình
mặt đất, các chƣơng trình tự sản xuất.
 Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra
chất lƣợng cũng nhƣ nội dung các chƣơng 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...
Footer Page 14 of 237.


Header Page 15 of 237.1.3.2.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 nhƣ các dữ liệu từ trung tâm tới các thuê bao và ngƣợc 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 đƣợc tích hợp trong một hộp nhỏ gọi là settopbox, nối tới tivi qua chuẩn HDMI.

Footer Page 15 of 237.


2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ

DỤNG TRONG HDTV

CHƯƠNG
Header Page 16
of 237.

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 2 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 2 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 đƣợc lựa chọn là 74.25MHz cho
tất cả các định dạng tƣơng tự. Tần số này là bội số của tần số dòng với cả 4 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 thƣờng đƣợc 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 2 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 đƣợc 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, lƣu trữ hay truyền dẫn. Các cấu trúc lấy
mẫu cũng tƣơng tự nhƣ 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 đƣợc vƣợt quá
một nửa tần số lấy mẫu là 37.125MHz, và dải tần cho 2 tín hiệu hiệu mầu không
đƣợc vƣợt 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.
Footer Page 16 of 237.


Header Page 17 of 237.

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 lƣu trữ hay truyền dẫn, số bít lƣợng tử có thể là 10
hoặc 8 bít. Thành phần đƣợc lƣợng 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 lƣợng tử, các giá trị số sẽ chạy từ 000h đến 3FFh
(tƣơng 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 lƣợng 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) đƣợc để dành cho các tín hiệu TRS (EAV và SAV).
Mỗi tín hiệu TRS sẽ bao gồm 4 từ mã:
3 từ mã đầu là cố định, có giá trị là 3FF, 000, 000.
Từ mã thứ tƣ là XYZ, trong đó có thể mang các bít V, F và H để
định nghĩa xoá dòng và xoá mành. Ngoài ra các bít P0, P1, P2, P3 đƣợc định
nghĩa thêm, phụ thuộc vào trạng thái của các bit V, F, H sẽ cung cấp các khả
năng sửa lỗi khác nhau (sửa 1 bit hay sửa 2 bit).
Bảng sau sẽ tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau

TT
Footer Page 171of 237.

Thông số
Mã hoá tín hiệu thành

Giá trị
E’Y = 0.7152E’G + 0.2126E’R +


Header Page 18 of 237.

2

3

phần

Tần số lấy mẫu

Cấu trúc lấy mẫu

0.0722E’B
E’CB = 0.5389 (E’B – E’Y)
E’CR = 0.635 (E’R – E’Y)
Y : 74.25 MHz
CB : 37.125 MHz
CR : 37.125 MHz
- Trực giao
- Mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy tại các mẫu
tín hiệu chói lẻ

Mã hoá
Lƣợng tử đồng đều, PCM
Mức đen
040h (64)
Mức trắng
3Ach (940)
Mức mầu dƣới
040h (64)
Mức mầu trên
3C0h (960)
Dải video
004h – 3FBh (4 – 1019)
Mức cấm dƣới
000h – 003h (0 – 3)
Mức cấm trên
3FCh – 3FFh (1020 – 1023)
Bảng 2.1 : Tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau
Tính toán dung lượng video số HDTV
Ta sẽ tính toán cụ thể tốc độ bít của video với hệ 1080/25i

Thời gian của 1 dòng tích cực: 1/28125 = 35.55s.
Tổng số mẫu tín hiệu chói đƣợc lấy tại mỗi dòng là: 35.55 x 74.25 = 2640
mẫu/1 dòng
Tổng số mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy tại mỗi dòng là: 35.55 x 37.125 x 2 =
2640 mẫu/1 dòng
Tổng số mẫu chói video là: (2640 + 2640) x 1080 = 5702400 mẫu/1 ảnh
Số mẫu trong 1s là: 5702400 x 25 = 142.56 M mẫu
Nếu để lƣu trữ, mỗi mẫu đƣợc mã hoá bằng 10 bit, do đó tốc độ tín hiệu
video là: 1425.6Mbps
Nếu mã hoá bằng 8 bít, tốc độ video HDTV là: 1140.48Mbps
4
5
6
7
8
9
10
11

2.3.Nén video số bằng MPEG [3]
2.3.1.Tổng quan nén MPEG
Hiện nay các chuẩn nén MPEG đang đƣợc sử dụng phổ biến và đƣợc các
tổ chức ISO/IEC, ITU (International Telecommunication Union) công nhận là
Footer Page 18chuẩn
of 237. nén quốc tế, áp dụng cho các hệ truyền hình tại Mỹ, Nhật Bản, châu Âu.


Header Page 19 of 237.-

MPEG 1

Đƣợc phát triển vào năm 1988-1992, là tiêu chuẩn đầu tiên của MPEG.
Chuẩn MPEG1 đƣợc sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD và các luồng tốc độ
thấp khoảng 1.5Mbps.
MPEG1 hỗ trợ nén các tín hiệu có độ phân giải thấp 352x240(60Hz) và
352x288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin (DCT) để loại bỏ dƣ thừa không gian, có
dự đoán và bù chuyển động.
Điểm nổi bật của MPEG1 khi đó là có hỗ trợ nén các hình ảnh quét liên
tục.
MPEG 2
Đƣợc xây dựng từ năm 1991 đến 1994 và vẫn đang đƣợc sử dụng rộng rãi
đến tận bây giờ.
MPEG 2 có thuật toán nén tƣơng tự nhƣ MPEG 1, song đã đƣợc phát triển
lên tầm cao hơn, hoàn chỉnh hơn với hệ thống công cụ và cấp đa dạng (Profile &
Level), hỗ trợ nén cho rất nhiều định dạng tín hiệu.
MPEG 2 gồm có 10 phần (Part 1 đến Part 10), trong đó Part 2 là về video,
part 3 là về audio. MPEG 2 / Part 2 tƣơng tự nhƣ MPEG 1 song đã có hỗ trợ nén
hình ảnh quét xen kẽ. Chính vì vậy, MPEG 2 đƣợc sử dụng rộng rãi và chính
thức trong các tiêu chuẩn truyền hình DVB, ITSC, ISDB.
MPEG 3
Đƣợc phát triển vào năm 1992 với mục đích áp dụng cho HDTV, tuy
nhiên nó bị huỷ bỏ vào năm 1993 do nhận thấy rằng: MPEG 2 hoàn toàn có thể
thực hiện cho HDTV.
MPEG 4
Đƣợc bắt đầu vào năm 1993, nhằm nâng cao hiệu quả nén cho HDTV.
MPEG 4 vẫn đang đƣợc phát triển đến hiện nay.
MPEG 7
Đƣợc đƣa ra không phải là để cho nén, mà là các mô tả về đối tƣợng số và
metadata

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tiếng Việt
[1] Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cƣờng, Nguyễn Quốc Bình (2006), “Nâng cao
chất lượng hệ thống OFDM bằng BICM-ID”, Tạp chí “ Bƣu chính Viễn thông
và Công nghệ thông tin”.
Footer Page 19[2]
of 237. Ngô Thái Trị (2001), “Truyền hình số”, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật.


Header Page 20 of 237.

Tiếng Anh
[3] Charles Poynton (2003),“Digital video and HDTV Algorithms and
Interfaces”, Copyright 2003 by Elsevier Science (USA), Printed in United States
of America
[4] European Broadcasting Union (April 2009),“Digital Video Broadcasting
(DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation
digital transmission system”, CH-1218 GRAND SACONNEX
(Geneva),Switzerland
[5] Jim Krause, MA (2006), "HDTV- High Definition Television", Indiana
University Department of Telecommunications 1229 East 7th Street,
Bloomington
[6] K.F.Ibrahim (2007), “Newnes Guide to Television and Video
Technology”, Copyright 2007 Elsevier Ltd, Linacre House, Jordan Hill, Oxford
OX2 8DP, UK

Footer Page 20 of 237.