Nghiên cứu công nghệ truyền hình số mặt đất và triển khai tại việt nam

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

VŨ SONG THAO

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT
KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội – 2017


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

VŨ SONG THAO

NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ
MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG

Hà Nội – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tơi đã thực hiện đúng qui trình thực hiện trong thời gian làm luận văn:
“Nghiên cứu công nghê ̣ truyề n hin
̀ h số mă ̣t đấ t và triể n khai ta ̣i Viê ̣t Na”.
Trong quá trình nghiên cứu làm đề tài, tơi đã sưu tầm và sử dụng một số tài
liệu trong nước đã được xuất bản cùng với một số bài báo và các tạp chí trong và
ngồi nước. Các tài liệu đó tơi đều đã ghi vào phần tài liệu tham khảo ở cuối luận
văn.
Tôi không sử dụng sao chép vi phạm qui định đề ra ví dụ như: Sao chép các
luận văn cũ, sao chép các thơng tin khơng có tính đích thực không được công bố.
Trên đây là lời cam đoan của tơi, nếu tơi vi phạm tơi hồn tồn chịu trách
nhiệm trước hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ và khoa, viện đào tạo sau đại học.
Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2017
Tác giả luận văn

VŨ SONG THAO

1


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

A
AC

Auxiliary channe

Kênh phụ

AAC

Advanced Audio Coding

Mã hóa âm thanh tối ưu

AC-3

Dolby AC-3 audio coding

Mã hóa âm thanh AC-3

ACI

Adjacent Channel Interference

Nhiễu kênh liền kề

ACM

Adaptive Coding and Modulation

Mã hóa và điều chế thích nghi

16APSK

16-ary Amplitude and Phase Shift
Keying

Điều chế khóa dịch pha và biên
độ 16 mức

32APSK

32-ary Amplitude and Phase Shift
Keying

Điều chế khóa dịch pha và biên
độ 32 mức

AWGN

Additive White Gaussian Noise

Nhiễu trắng gaussian

ATSC

Advance Television Standards
Committee

Ủy ban truyền hình tiên tiến

AVC

Advanced Video Coding

Mã hóa video tiên tiến

ASI

Asynchronous Serial Interface

Giao diện tuần tự khơng đồng bộ

BICM

Bit Interleaved Coding and
Modulation

Mã hóa và điều chế các bit xen kẽ

BW

BandWidth

Băng thông

BB

BaseBand

Băng tần cơ sở

BSS

Broadcasting Satellite Service

Dịch vụ truyền hình vệ tinh

BER

Bit Error Ratio

Tỷ lệ lỗi bít

Carrier to noise ratio

Tỷ số tín/ tạp

B

C
C/N

2


Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

CATV

Community Antenna(cable)
Television

Truyền hình cáp

CBR

Constant Bit Rate

Tốc độ bít khơng thay đổi

CCM

Constant Coding and Modulation

Điều chế và mã hóa khơng đổi

CCI

Co-Channel Interference

Nhiễu kênh

CP

Continual pilot

Pilot liên tục

CRC

Cyclic Redundancy Check

Mã vịng kiểm tra

DAB

Digital Audio Broadcasting

Phát thanh số

DCT

Discrete Cosine Transform

Biến đổi cosine rời rạc

DBPSK

Differential Binary Phase Shift
Keying

Khóa dịch pha sai hai mức

DIBEG

Digital broadcasting Exper’s
Group

Nhóm chuyên gia phát sóng số

DFT

Discrete Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier rời rạc

DF

Data Field

Trường dữ liệu

DVB

Digital Video Broadcasting

Quảng bá truyền hình số

DNP

Deleted Null Packets

Xóa gói rỗng

DSNG

Digital Satellite News Gathering

Thu thập tin tức qua vệ tinh số

DTV

Digital Television

Truyền hình số

DTH

Direct To Home

Truyền hình trực tiếp tới hộ gia
đình

DTTB

Digital Terrestrial Television
broadcasting

Truyền hình số phát sóng mặt đất

DVD

Digital Versatile Disc

Đầu đĩa đa năng kỹ thuật số

DVB-S

Digital Video BroadcastingSatellite

Truyền hình số qua vệ tinh

D

3


Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

DVB-C

Digital Video Broadcasting- Cable

Truyền hình số qua cáp

DVB-H

Digital Video Broadcasting Handheld

Truyền hìn số di động

DVB-T

Digital Video Broadcasting Terrestrial

Truyền hình số mặt đất

EAV

End of Active Video

Kết thúc tín hiệu video tích cực

EDTV

Enhanced Definition TeleVision

Hệ truyền hình có độ phân giải
cao

EBU

European Broadcasting Union

Hiệp hội phát thanh truyền hình
châu Âu

ECM

Entitlement Control Message

Bảng tin điều khiển cấp phép

ETSI

European Telecommunications
Standards Institute

Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu

EIRP

Effective Isotropic Radiated Power

Công suất bức xạ đẳng hướng
hiệu dụng

FEC

Forward Error Correction

Mã sửa lỗi trước

FIR

Finite Impulse Response

Đáp ứng xung hữu hạn

FSK

Frequency Shift Keying

Khóa dịch tần

FSS

Fixed Satellite Service

Dịch vụ vệ tinh cố định

FFT

Fast Fourier Transform

Biến đổi Fourier nhanh

FIFO

First-In, First-Out shift register

Vào trước, ra trước

HDTV

High Definition TeleVision

Truyền hình độ phân giải cao

HP

High Priority

Ưu tiên cao

HE-AAC

High Efficiency AAC

Hiệu suất cao AAC

E

F

H

4


Thuật
ngữ

HFC

Tiếng anh

Tiếng việt

Hybrid Fibre Coax

Mạng cáp lai

IBO

Input Back Off

Dự phòng đầu vào

IFFT

Inverse Fast Fourier Transform

Biến đổi fourier ngược nhanh

IMUX

Input Multiplexer

Ghép kênh đầu vào

IP

Internet Protocol

Giao thức internet

ISO

International Standards
Organisation.

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

ISDN

Integrated Services Digital
Network

Mạng số đa dịch vụ

ISDB

Integrated Services Digital
Broadcasting

Tiêu chuẩn truyền hình số của
Nhật

IS

Interactive Services

Dịch vụ tương tác

ISCR

Input Stream Clock Reference

Tham khảo đồng hồ dòng đầu vào

ISI

Input Stream Identifier

Nhận dạng dịng đầu vào

ISSY

Input Stream Synchronizer

Đồng bộ hóa dịng đầu vào

ISSYI

Input Stream Synchronizer
Indicator

Chỉ thị đồng bộ hóa dịng đầu vào

LDPC

Low Density Parity Check

Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

LNB

Low Noise Block

Bộ lọc nhiễu thấp

LSB

Least Significant Bit

Bít nhỏ nhất

LDTV

Limited Definition TeleVision

Truyền hình độ phân giải giới hạn

LP

Low Priority

Ưu tiên thấp

Master Antenna Television

Truyền hình anten chung

I

L

M
MATV

5


Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

MIS

Multiple Input Stream

Dòng đầu vào ghép kênh

MPE

Multi-Protocol Encapsulation

Tổng hợp đa giao thức

MSB

Most Significant Bit

Bít lớn nhất

MPEG

Moving Picture Experts Group

Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh
động

MUX

Multiplex

Ghép kênh

MMDS

Multichannel, Multipoint
Distribution System

Hệ thống phân tán đa kênh, đa
điểm

NBC

Non-Backwards-Compatible

Khơng tương thích ngược

NA

Not Applicable

Khơng áp dụng

NP

Null Packets

Gói rỗng

NPD

Null-Packet Deletion

Xóa gói rỗng

NIT

Network Information Table

Bảng thơng tin mạng

NVOD

Near Video On Demand

Hình ảnh theo yêu cầu

OMUX

Output Multiplexer

Ghép đầu ra

OFDM

Orthogonal Frequency Division
Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực
giao

PAL

Phase Alternating Line

Hệ truyền hình pha thay đổi theo
dịng qt

PAT

Program Association Table

Bảng thơng tin chương trình

PAPR

Peak to Average Power Ratio

Cơng suất đỉnh

PRBS

Pseudo-Random Binary Sequence

Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân

PES

Packetised Elementary Stream

Dòng cơ bản đóng gói

N

O

P

6


Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

PER

Packet Error Rate

Tốc độ sửa lỗi gói

PLL

Phase-Locked Loop

Vịng khóa pha

PLP

Physical Layer Pipe

Lớp vật lý riêng lẻ

PCR

Program Clock Reference

Tham khảo đồng hồ chương trình

PDC

Programme Delivery Control

Điều khiển truyền chương trình

PID

Packet IDentifier

Nhận dạng gói

PIL

Programme Identification Label

Nhãn nhận dạng chương trình

PMT

Program Map Table

Bảng bản đồ chương trình

PS

Program stream

Dịng chương trình

PSI

Program Specific Information

Thơng tin đặc tả chương trình

PSTN

Public Switched Telephone
Network

Mạng chuyển mạch điện thoại
cơng cộng

PSK

Phase Shift Keying

Khóa dịch pha

8PSK

8-ary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha 8 mức

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ vuông góc

QEF

Quasi Error Free

Hầu như khơng có lỗi

QPSK

Quaternary Phase Shift Keying

Điều chế dịch pha vng góc

RDS

Radio Data System

Hệ thống dữ liệu vô tuyến

RS

Reed-Solomon

Mã sửa lỗi

SD

Standard Definition(Video)

Độ phân giải theo tiêu chuẩn

SDT

Service Description Table

Bảng mơ tả dịch vụ

SDTV

Standard Definition TeleVision

Truyền hình theo tiêu chuẩn

Q

R

S

7


Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

SNG

Satellite News Gathering

Cổng tin tức truyền hình vệ tinh

SOF

Start Of Frame

Khởi động của khung

SFN

Single Frequency Network

Mạng đơn tần

SI

Service Information

Thông tin về dịch vụ

SIT

Selection Information Table

Bảng thông tin lựa chọn

SMATV

Satellite Master Antenna
Television

Hệ thống thu truyền hình vệ tinh
bằng anten chung

SP

Scattered pilot

Pilot gián đoạn

SMI

Storage Media Interoperability

Khản năng cộng tác phương tiện
thông tin đại chúng

STS

Synchronization Time Stamp

Nhãn đồng bộ thời gian

TDT

Time and Date Table

Bảng ngày, giờ

TDM

Time Division Multiplex

Đa thành phần phân chia theo
thời gian

T- DMB

Terrestrial digital multimedia
broadcasting

Mạng đa phương tiện truyền hình
số mặt đất

TPS

Transmission Parameter Signalling Báo hiệu tham số truyền dẫn

TS

Time slot

Khe thời gian

TS

Transport Stream

Dịng truyền tải

TSDT

Transport Stream Description

Table

Bảng mơ tả dòng truyền tải

TR

Transmission rate

Tốc độ truyền dẫn

TMCC

Transmission Multiplexing
configuration control

Điều khiển đa cấu hình và truyền
tải

TV

Television

Thu hình

T

U
8

Thuật
ngữ

Tiếng anh

Tiếng việt

UECP

Universal Encoder Communication Giao thức truyền thông mã hóa
Protocol
phổ biến

UTC

Universal Time Co-ordinated

Phối hợp thời gian chung

UP

User Packet

Gói sử dụng

UPL

User Packet Length

Chiều dài gói dữ liệu sử dụng

VCM

Variable Coding and Modulation

Mã hóa và điều chế thay đổi

VLC

Variable Length Coding

Mã độ dài thay đổi

VSB

Vestigial Sideband

Biên tần cụt

VPS

Video Programme System

Hệ thống chương trình Video

GI

Guard Interval

Khoảng bảo vệ

GPS

Global Positioning System

Hệ thống định vị tồn cầu

GSE

Generic Stream Encapsulation

Dịng tổng hợp

V

G

9


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN .......................................................................................................1
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT ..........................................................................................2
MỤC LỤC .................................................................................................................10
DANH MỤC CÁC HÌNH .........................................................................................13
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................14
MỞ ĐẦU ...................................................................................................................15
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ ..................................................16
1.1. Sơ đồ khối truyền hình số ..................................................................................16
1.2. Những đặc điểm của truyền hình số ...................................................................17

1.3.Q trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số .......................................................19
1.3.1.Lấy mẫu ........................................................................................................19
1.3.2.Lượng tử hố ................................................................................................22
1.3.3.Mã hóa ..........................................................................................................22
1.4.Truyền dẫn tín hiệu số .........................................................................................24
1.4.1.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang ...........................................24
1.4.2.Phát truyền hình số mặt đất ..........................................................................24
1.4.3.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp đồng trục ......................................25
1.4.4.Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh. ..................................................25
1.5.Tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản .......................................................................25
1.6.Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số....................................27
1.7.Kết luận chương ..................................................................................................28
CHƯƠNG 2: CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ CƠNG NGHỆ ............................30
10


2.1.Những chuẩn truyền hình số ...............................................................................30
2.2.Chuẩn DVB .........................................................................................................31
2.2.1. Giới thiệu .....................................................................................................31
Đặc điểm hệ thống DVB .......................................................................................31
2.2.1. Chuẩn DVB-T .............................................................................................31
2.2.2. Truyền hình số mặt đất DVB-T2 .................................................................36
2.2.3.So sánh thơng số chuẩn DVB-T2 với DVB-T ................................................38
2.2.4.Chuẩn DVB – H ...........................................................................................39
2.2.5.Chuẩn DVB - C ............................................................................................41
2.2.6.Chuẩn DVB-S ...............................................................................................46
2.3.Chuẩn ATSC .......................................................................................................49
2.3.1.Giới thiệu ......................................................................................................49
2.3.2.Âm thanh/ Video ..........................................................................................51
2.3.3.ATSC 2.0 ......................................................................................................52

2.3.4.ATSC 3.0 ......................................................................................................53
2.4.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ATSC trên thế giới............................................54
2.5.Chuẩn ISDB ........................................................................................................55
2.5.1.Giới thiệu ......................................................................................................55
2.5.2.Thông số kỹ thuật .........................................................................................55
2.5.3.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ISDB trên thế giới ......................................58
2.6.Chuẩn DTMB ......................................................................................................59
2.6.1.Giới thiệu ......................................................................................................59
2.6.2.Tình hình triển khai DTMB trên thế giới .....................................................60
2.7.Chuẩn DMB ........................................................................................................61
11


2.7.1.Giới thiệu ......................................................................................................61
2.7.2.Tình hình triển khai DMB trên thế giới........................................................63
2.8.Kết luận chương ..................................................................................................65
CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ
ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM .........................................................66
3.1. Tình hình triển khai truyền hình số trên thế giới ...............................................66
3.1.1.Tại châu á .....................................................................................................66
3.1.2.Tại châu âu ...................................................................................................68
3.1.3.Tại Bắc Mỹ ...................................................................................................70
3.1.4.Tại Trung Mỹ ...............................................................................................71
3.1.5.Tại Nam Mỹ .................................................................................................71
3.1.6.Tại Châu Đại Dương ....................................................................................73
3.1.7. Tại Châu Phi ................................................................................................73
3.2.Tình hình triển khai truyền hình số mặt đất DVB-T2 trên thế giới ....................75
3.3. Tình hình triển khai truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam ...............................77
3.3.1.Lộ trình phủ sóng truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam.............................77
3.3.2.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 .......................................78

3.4.Thuận lợi và khó khăn khi triển khai DVB-T2 tại Việt Nam .............................80
3.4.1.Thuận lợi.......................................................................................................80
3.4.2.Khó khăn ......................................................................................................81
3.5.Một số giải pháp triển khai truyền hình số mặt đất tại Việt Nam .......................82
3.6.Kết luận chương ..................................................................................................83
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................84
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................85
12


DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11] .............................................16
Hình 1.2.Quá trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11] ....................19
Hình 1.3. Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu .......................................................................20
Hình 1.4. Băng tần bảo vệ[11]..................................................................................21
Hình 1.5.Quá trình lấy mẫu[11] ...............................................................................22
Hình 1.6. Các loại mã sơ cấp ....................................................................................24
Hình 1.7. Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang số .............................................28
Hình 2.1. Sơ đồ khối chức năng hệ thống[2] ............................................................32
Hình 2.2. Cấu trúc DVB-T2[6] .................................................................................37
Hình 2.3. Mode 2K và Mode 4K[5] ............................................................................40
Hình 2.4. Sơ đồ khối truyền hình DVB-C[7] ...............................................................43
Hình 2.5. Sơ đồ khối chuẩn DVB-S[9] ......................................................................46
Hình 2.6. Hệ thống DVB-S2[9] .................................................................................48
Hình 2.7. Trạng thái dịch vụ T-DMB ở Hàn Quốc ...................................................64
Hình 3.1.Bản đồ truyền hình số các nước trên thế giới[1] .......................................75
Hình 3.2.Lộ trình số hóa DVB-T2[12] ......................................................................77
Hình 3.3.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của AVG tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................78

Hình 3.4.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTV tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................79
Hình 3.5.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTC tại một số khu
vực[13] ......................................................................................................................80
13


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1.Thơng số của truyền hình số cơ bản ..........................................................25
Bảng 2.1. Tổng số tốc độ dữ liệu[2] .........................................................................34
Bảng 2.2. C/N đòi hỏi ở điều chế 16 QAM[2] ..........................................................35
Bảng 2.3. C/N đòi hỏi ở điều chế 64 QAM[2] ..........................................................35
Bảng 2.4. C/N đòi hỏi ở kênh 8MHz điều chế không phân cấp[2] ...........................36
Bảng 2.5. So sánh DVB-T2 so với DVB-T[6] ...........................................................38
Bảng 2.6.Dung lượng dữ liệu mạng SFN[6] .............................................................39
Bảng 2.7. Tốc độ bit hệ thống không phân cấp kênh 8 MHz ( Mbps/s )[5] ..............41
Bảng 2.8. Thông số OFDM - DVB-H[8] .................................................................41
Bảng 2.9. Tốc độ DVB-C[7] .....................................................................................42
Bảng 2.10. So sánh DVB-C và DVB-C2[7] ..............................................................45
Bảng 2.11. Tốc độ bit tối đa của bộ tách sóng[9] ....................................................47
Bảng 2.12. Bảng so sánh chuẩn DVB-S và DVB-S2[9] ............................................49
Bảng 2.13.Các tham số cơ bản của ATSC ................................................................50
Bảng 2.14.Chuẩn ATSC A / 53 Phần 4: 2009 ...........................................................51
Bảng 2.15. Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz ......................56
Bảng 2.16.Thông số của hệ thống ISDB-T................................................................57
Bảng 2.17. Thông số kỹ thuật ISDB-S .......................................................................58
Bảng 2.18.Một số loại dịch vụ giao tiếp TDMB .......................................................63

14

MỞ ĐẦU
Việc chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số là q trình thay
thế cơng nghệ truyền hình tương tự đã có tuổi đời cao bằng cơng nghệ truyền hình
số phát triển trên nền tảng cơng nghệ mới với nhiều ưu điểm hơn.
Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vực được
nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu và ở Việt Nam thì truyền hình
kỹ thuật số cũng đang từng bước phát triển.Với mục tiêu đặt ra tại Việt Nam thì q
trình số hóa sẽ đến năm 2020 sẽ số hóa hồn tất. Do đó việc nghiên cứu các cơng
nghệ truyền hình sơ thay thế cho truyền hình tương tự đã lỗi thời rất quan trọng.
Luận văn “Nghiên cứu công nghê ̣ truyề n hình số mă ̣t đấ t và triể n khai ta ̣i Viê ̣t
Nam” bao gồm:
Chương 1: Tổng quan truyền hình số
Chương 2: Chuẩn truyền hình số và cơng nghệ
Chương 3: Triển khai truyền hình số mặt đất trên thế giới và ứng dụng triển
khai tại việt nam
Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Viện Điện tử - Viễn thông,
Đại học Bách Khoa Nội đã giúp đỡ thực hiện luận văn này . Đặc biệt là sự hướng
dẫn tận tình của thầy PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định
hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này.

15


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ
Chương này giới thiệu các đặc điểm của truyền hình số và những ứng dụng
cơng nghệ số trong thực tế nói chung và trong viễn thơng nói riêng.
1.1. Sơ đồ khối truyền hình số
Hình 1.1 trình bày sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số

Tín hiệu hình
tương tự vào

Mã hóa tín
hiệu hình

Biến đổi
tín hiệu

Mã hóa
kênh

Kênh truyền
hình
Tín hiệu Video
tương tự ra

Giải mã tín
hiệu hình

Giải mã
tín hiệu

Biến đổi
tín hiệu

Hình 1.1. Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11]
Hệ thống truyền hình hiện phổ biến như NTSC, PAL, SECAM là hệ thống
truyền hình là tương tự. Tín hiệu truyền hình analog bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố
(tiếng ồn và nhiễu từ các hệ thống nội bộ và bên ngồi) làm giảm chất lượng hình

ảnh.
Để vượt qua các hiện tượng này tín hiệu video được mã hóa ở dạng kỹ thuật số
để xử lý. Truyền hình kỹ thuật số có lợi thế sau:
Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỉ số
S⁄ N khơng giảm (biến đổi chất lượng cao). Trong truyền hình analog, nguyên nhân
này dẫn đến sự biến dạng tích lũy (trong q trình xử lý gây méo).
Dễ dàng sử dụng thiết bị kiểm tra tự động và điều khiển thơng qua máy tính.

16


Có khả năng lưu trữ các tín hiệu kỹ thuật số trong bộ nhớ có một cấu trúc đơn
giản và sau đó đọc nó ở tốc độ bạn muốn.
Khả năng truyền khoảng cách lớn: kháng nhiễu cao (Do mã sửa lỗi, khả năng
chống lỗi, bảo vệ ...).
Dễ dàng để tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền
hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền
hình.
Thiết bị kỹ thuật số ổn định, hoạt động dễ dàng và không cần phải điều chỉnh
các thiết bị hoạt động khi khai thác.
Khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu ( nhờ kỹ thuật ghép kênh
phân chia theo thời gian ).
Khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Trong hệ thống truyền hình
tương tự hiện tượng ma ảnh thuờng xảy ra do tín hiệu truyền đến máy thu theo
nhiều đường.Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm
đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.
Nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần nên tiết kiệm được phổ tần, người xem
không nhận biết được sự suy giảm chất lượng khi mà tỉ lệ nén có thể lên đến 40 lần.
Do đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, khi mà truyền
hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng.

Nhưng truyền hình số có những hạn chế:
Kiểm tra chất lượng tín hiệu kỹ thuật số ở mỗi điểm của kênh truyền phức tạp
hơn (phải dùng bộ chuyển đổi DAC).
Dải thơng của tín hiệu tăng dẫn đến độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống
truyền tương tự nhỏ hơn nhiều so với tín hiệu kỹ thuật số.
1.2. Những đặc điểm của truyền hình số
- Chống nhiễu cao: Bởi vì tín hiệu kỹ thuật số ít nhạy với nhiễu.

17


- Thu hẹp băng tần: Do sử dụng kỹ thuật nén do đó tốc độ bit tương ứng với
một kênh truyền sẽ giảm đáng kể để có thể thu hẹp chiều rộng của kênh truyền.
- Đa kênh truyền, đa truy nhập: Với công nghệ kỹ thuật số, việc ghép nối các
nguồn tín hiệu trở nên đơn giản hơn do đó có thể kết hợp với các hệ thống truyền
thơng khác.
- Tiết kiệm tần số: Việc phân bổ tần số sẽ dễ dàng chỉ với một tần số có thể
phát nhiều kênh truyền hình
- Quản lý dễ: Với các tiện ích cơng nghệ có thể xác định địa chỉ của th bao
dễ hơn như vậy dễ dàng hơn để quản lý đặc biệt là trong các hệ thống truyền hình
trả tiền sẽ được thuận lợi hơn.
Tuy nhiên, có những hạn chế như: Hệ thống trang thiết bị đắt tiền, phải mất
thời gian để có một lộ trình cho q trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang
truyền hình số.
Cùng với sự phát triển của hệ thống truyền hình kỹ thuật số đã dần dần chuyển
từ các hệ thống truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn (720x576) với tỷ lệ khung hình
4/3 đến hệ thống truyền hình độ phân giải cao (1920x1080) với tỷ lệ khung hình
16/9.
Tất cả HDTV là kỹ thuật số, nhưng không phải tất cả các TV kỹ thuật số là
HDTV. Cùng băng thông được phân bổ cho phát sóng truyền hình kỹ thuật số, hoặc

có thể sử dụng để cung cấp một tín hiệu video (hoặc một số) và các dịch vụ khác,
hoặc có thể được sử dụng để truyền tín hiệu HDTV duy nhất.
Truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) trên thế giới ngày nay dùng khá phổ
biến ở: các nước châu Âu, Nhật Bản, Mỹ, các nước châu Á và Việt Nam được dùng
thông qua các hệ thống truyền hình IPTV, truyền hình di động, truyền hình số mặt
đất, truyền hình vệ tinh...Đối với HDTV, bạn cần quan tâm kích thước điểm ảnh
hay số dịng quét, thông số này cho biết khoảng cách ngồi gần HDTV thế nào là phù
hợp.

18


Khi độ phân giải hình ảnh thấp, bạn nên ngồi ra xa để khơng nhìn thấy các
sọc. Việc ngồi xa để xem HDTV ở độ phân giải 480i/480p hay 720p sẽ tốt hơn so
với 1080i hay 1080p.
1.3.Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số
Hình 1.2 trình bày q trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
Tín hiệu
tương tự

Lọc
thơng
thấp

Lấy mẫu

Lượng tử

Mã hố
Tín

hiệu số

Xung lấy mẫu + đồng hồ đo

Hình 1.2.Q trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11]
- Lấy mẫu: là q trình rời rạc hố theo thời gian bằng tần số lấy mẫu
- Lượng tử hố: là q trình rời rạc hố theo biên độ tín hiệu (đã được rời rạc
hố theo thời gian) có nghĩa là chia biên độ ra nhiều mức khác nhau và mỗi mức
được gắn bằng một biên độ.
- Mã hố: có nghĩa là biến đổi tín hiệu đã được lượng tử hóa thành tín hiệu số
bằng việc sắp xếp cho mỗi mức tín hiệu hệ 10 theo hệ 2.
1.3.1.Lấy mẫu
Lấy mẫu tín hiệu video là bước đầu tiên thể hiện tín hiệu Analog sang số vì
các thời điểm lấy mẫu đã chọn ra sẽ chỉ ra toạ độ của các điểm đó. Q trình biến
đổi này phải tương đương về mặt tin - nghĩa là tín hiệu sau khi lấy mẫu sẽ mang đủ
thơng tin của tín hiệu video vào.
Biên độ của tín hiệu video lấy mẫu với chu kỳ T, thu được một chuỗi các xung
hẹp với tần số lấy mẫu sẽ tính theo công thức:
fs = 1/ T
19


fs: tần số lấy mẫu
T: chu kỳ lấy mẫu
Quá trình lấy mẫu tương đương với một quá trình điều biên tín hiệu (f o) trên
sóng mang có tần số bằng tần số lấy mẫu fs. Quá trình điều biên tạo ra biên trên và
biên dưới. Sóng lấy mẫu có dạng hình chữ nhật, phổ của nó bao gồm thành phần tần
số lấy mẫu và các hài của nó. Hình 1.3 biểu diễn phổ tín hiệu tần số lấy mẫu.
Biên độ

0 f0 fs-f0 fs fs+f0 2fs-f0 2fs 2fs+f0

3fs-f0 3fs 3fs+f0

Tần số

Hình 1.3. Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu
Thực tế, lấy mẫu tín hiệu video dựa trên cơ sở của định lý Nyquist hiệu x(t)
liên tục theo thời gian có phổ hạn chế cắt tại Wn hồn tồn Shannen: "Tín hiệu
được xác định bằng một dãy các giá trị tức thời lấy mẫu cách nhau một đoạn T = Ts
 1/2fn với fn = Wn/ 2".
Hàm x(t) xác định trong khoảng (t0, t0+1) sẽ hoàn toàn được xác định từ các
mẫu rời rạc x(kt) của nó theo biểu thức:


X(t) =

t  t

 x(kt ) (sin Wn Wn(t  t) )

k 

Trong đó ; k = 0; 1,…
Tín hiệu lấy mẫu chứa trong nó tồn bộ lượng thơng tin mang trong tín hiệu
gốc nếu:
Tín hiệu gốc có băng tần hữu hạn tức là nó khơng có những phần tử có tần số
nằm ngồi một tần số fn nào đó.
Tần số lấy mẫu phải bằng hoặc lớn hơn 2fn (fs  2fn)
20

Tín hiệu video do có đặc trưng riêng nên ngồi việc thoả mãn định lý lấy mẫu
Nyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thoả mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính
tương thích giữa các hệ thống …
Đối với tiêu chuẩn tần số Nyquist việc lấy mẫu tín hiệu video với tần số fs <
fNy là nguyên nhân của méo chồng phổ và làm giảm độ phân giải theo chiều ngang.
Một trong những yêu cầu làm tăng tần số tín hiệu truyền hình là tăng khoảng
bảo vệ cho mạch lọc thông thấp trước khi lấy mẫu. Mạch lọc này là thành phần đầu
tiên của bộ biến đổi A/D. Để khơng làm xuất hiện méo tín hiệu tương tự, mạch lọc
thông thấp của hệ thống loại bỏ các thành phần gây chồng phổ tín hiệu. Do các
mạch lọc khơng có đặc trưng lý tưởng, đặc tính mạch lọc ngồi dải thơng khơng
phải là suy giảm hồn tồn nên sử dụng băng tần bảo vệ.

fs

fgh 0

fg fs

f

Hình 1.4. Băng tần bảo vệ[11]
Trong thực tế, thời gian cho phép của bộ chuyển đổi tương tự - số, giá trị
biên độ xung mỗi mẫu được duy trì đến tận thời gian mẫu tiếp theo được lấy.Quá
trình lấy mẫu được trình bày trong Hình 1.5.

21

Biên độ

Tín hiệu
Audio
Biên độ

t

Biên độ

Tín hiệu đã lấy
mẫu

Điều chế
biên độ

Xung lấy mẫu

t

t

Hình 1.5.Q trình lấy mẫu[11]
Tạo tín hiệu Audio tương tự đã được lấy mẫu dạng bậc thang, khoảng thời
gian tồn tại đúng bằng chu kỳ lấy mẫu (1/fs).
1.3.2.Lượng tử hố
Trong q trình lượng tử hóa biên độ tín hiệu được chia các mức là mức lượng
tử. Khoảng cách giữa 2 mức kề nhau gọi là bước lượng tử. Các mẫu có từ q trình
lấy mẫu sẽ có biên độ bằng các mức lượng tử. Giá trị lượng tử L được xác định theo
công thức L = 2N (N: số bít biểu diễn mỗi mẫu). Tín hiệu số nhận được là một giá trị

xấp xỉ của tín hiệu ban đầu ngun nhân do q trình lượng tử hố xác định các giá
trị số rời rạc cho mỗi mẫu.
Có 2 phương pháp lượng tử là lượng tử hóa tuyến tính và lượng tử hoá phi
tuyến.
Trong hầu hết các thiết bị video số chất lượng Studio tất cả các mức lượng tử
đều có biên độ bằng nhau. Q trình lượng tử hố gọi là lượng tử hố đồng đều.
Đây là q trình biến đổi từ một chuỗi các mẫu với vô hạn biên độ sang các giá trị
nhất định vì vậy quá trình này gây ra sai số gọi là sai số lượng tử.
1.3.3.Mã hóa

22


Mã hoá theo quan điểm thống kê là một quá trình biến đổi cấu trúc nguồn mà
khơng thay đổi tin, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật cho hệ thống truyền
tin. Dữ liệu sau khi đã mã hố có ưu điểm tín hiệu chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình
thành tương đương khả năng thơng qua của kênh.
Các mã được sử dụng trong truyền hình số có thể phân chia một cách quy ước
thành các nhóm:
- Các mã để mã hố tín hiệu truyền hình
- Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thơng tin.
- Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền
hình số.
Để đáp ứng mã hố tín hiệu truyền hình và sau đó tái tạo lại bên thu ta thường
dùng một loại mã cịn đối với việc truyền chống nhiễu theo kênh thơng tin thì dùng
loại mã khác.
Mã dùng trong truyền hình số được chia thành các nhóm sau:
- Mã sơ cấp: dùng để tạo tín hiệu số.
Mã sơ cấp là mã cơ sở mà từ đó hình thành từ mã bảo vệ. Mã số cấp dùng
trong truyền hình số là các mã cơ số 2.

- Mã bảo vệ và sửa sai: dùng để tăng khả năng chịu đựng của tín hiệu
- Mã truyền tuyến tính: dùng để tăng và ghi tín hiệu truyền hình số.
Đầu tiên tất cả các tín hiệu video số được mã hố sơ cấp, sau đó mã hố
chuyển đổi.
Trong truyền hình số người ta thường sử dụng các mã có cấu trúc tuyệt đối:
- NRZ: khơng thể trở lại mức 0 (Non Return to Zero)
- RZ: trở lại mức 0 (Return to Zero)
- Biph: hai pha (Bi-phase)
Trong mã NR 2 độ rộng mỗi xung bằng thời gian chu kỳ đồng hồ. Mức logic 0
ứng với điện áp thấp ( low ), mức logic 1 ứng với mức cao( high ) .

23