TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
Chương 1 của luận văn trình bầy các đặc điểm cơ bản, các vấn đề chủ yếu
trong quá trình chuyển đổi tín hiệu Video từ dạng tương tự sang dạng số.
1.1. Giới thiệu
Truyền hình đen trắng ra đời từ những năm đầu của thập kỷ XX với nhiều
tiêu chuẩn khác nhau: L, M, N, B, G, H, I, D, K.
Truyền hình màu với ba hệ: NTSC, PAL, SECAM xuất hiện vào thập kỷ 50
đã tạo nên một bước ngoặt mới trong quá trình phát triển của công nghệ truyền
hình. Cả ba hệ đều sử dụng các tín hiệu thành phần là tín hiệu chói và hai tín hiệu
hiệu màu (Y, R-Y, B-Y). Điều khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế tín hiệu
hiệu màu, tần số sóng mang màu và phương pháp ghép kênh.
Do sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử với sự ra đời của các vi
mạch cỡ lớn, các bộ xử lý tín hiệu với tốc độ cao, các bộ nhớ với dung lượng lớn
và nhất là sự bùng nổ của công nghệ thông tin trong những năm gần đây, video số,
truyền hình số đã hoàn toàn mang tính khả thi và từng bước trở thành hiện thực.
Số hoá tín hiệu video thực tế là sự biến đổi tín hiệu video tương tự (Analog)
sang dạng số (Digital).
Công nghệ truyền hình số đã và đang bộc lộ thế mạnh tuyệt đối so với công
nghệ tương tự trên nhiều lĩnh vực.
Tuy nhiên việc chuyển đổi tín hiệu video từ tương tự sang số cũng có nhiều
vấn đề cần xem xét nghiên cứu.
Tín hiệu video, theo tiêu chuẩn OIRT có tần số ≤ 6MHz vì vậy theo tiêu
chuẩn Nyquist để đảm bảo chất lượng, tần số lấy mẫu phải lớn hơn 12MHz; với số
hoá 8 bít, để truyền tải đầy đủ thông tin một tín hiệu video thành phần có độ phân
giải tiêu chuẩn, tốc độ phải lớn hơn 200Mbit/s. Đối với truyền hình độ phân giải
cao, tốc độ bit lớn hơn 1Gbit/s.
Dung lượng này quá lớn, các kênh truyền hình thông thường không có khả
năng truyền tải. Các vấn đề mấu chốt cần xem xét trong quá trình số hoá tín hiệu
video bao gồm:
 Tần số lấy mẫu
 Phương thức lấy mẫu

 Tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu (trong trường
hợp số hoá tín hiệu thành phần)
 Nén tín hiệu video để có thể truyền tín hiệu truyền hình số trên các kênh
truyền hình thông thường trong khi vẫn đảm bảo chất lượng tín hiệu theo
từng mục đích sử dụng.
1.2. Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền hình số .
Sơ đồ khối của một hệ thống truyền hình số có dạng như hình 1.1.
Đầu vào của thiết bị sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong thiết
bị mã hoá (biến đổi AD), tín hiệu hình sẽ được biến đổi thành tín hiệu số, các tham
số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa
chọn.
Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó qua kênh thông
tin, tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu
ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát.
Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành
tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu
trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình.
Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin.
Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín
hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên
được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
1.3. Đặc điểm của truyền hình số
Đặc điểm của truyền hình số được xem xét thông qua các ưu nhược điểm
của nó, vì nó giải thích lý do của việc cần thiết phải thay thế truyền hình Analog
sang truyền hình số, những đặc điểm dưới đây chính là tính ưu việt của truyền hình
số so với truyền hình tương tự, bao gồm:
+ Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền
hình) mà tỷ số S/N không giảm. Trong truyền hình tương tự thì việc này gây méo
tích luỹ (mỗi khâu xử lý đều gây méo).
+ Thuận lợi cho quá trình ghi, đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng

không bị giảm.
+ Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính.
+ Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và sau
đó đọc nó với tốc độ tuỳ ý.
+ Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa
lỗi, chống lỗi, bảo vệ…).
+ Dễ tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ
truyền hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau. dễ thực hiện những kỹ xảo trong
truyền hình.
+ Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều
chỉnh các thiết bị trong khi khai thác.
+ Có khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu (nhờ ghép kênh
phân chia theo thời gian).
+ Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Hiện tượng bóng ma
thường xảy ra trong hệ thống truyền hình tương tự 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.
+ Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén
có thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm
chất lượng. Từ đó có thể thấy được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong
khi truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng.
+ Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai
chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do sự phát triển
của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác này ngày càng phong phú đa
dạng và ngày càng mở rộng. Trong đó có sự kết hợp giữa máy thu hình và hệ thống
máy tính, truyền hình từ phương tiện thông tin đại chúng trở thành thông tin cá
nhân.
Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm:
+ Dải thông của tín hiệu chưa nén tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị
và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.

+ Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường
phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số – tương tự).
1.4. Số hoá tín hiệu video
1.4.1. Lấy mẫu tín hiệu Video
a. Lựa chọn tần số lấy mẫu
Công đoạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số
là lấy mẫu (có nghĩa là rời rạc tín hiệu tương tự theo thời gian). Do đó tần số lấy
mẫu là một trong những thông số cơ bản của hệ thống kỹ thuật số. Có nhiều yếu tố
quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần số lấy mẫu cần được xác định sao cho
hình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền đi với tốc độ bit nhỏ
nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạch đơn giản.
Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta phải chọn tần số lấy mẫu thoả mãn
định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon ƒ
sa
≥ 2ƒ
max
.
Trường hợp ƒ
sa
< 2ƒ
max
sẽ xảy ra hiện tượng chồng phổ làm xuất hiện các
thành phần phụ và xuất hiện méo, ví dụ như hiệu ứng lưới trên màn hình (do các
tín hiệu vô ích nằm trong băng tần video), méo sườn xung tín hiệu, làm nhoè biên
ảnh (do hiệu ứng bậc thang), các điểm sáng tối nhấp nháy trên màn hình.
Trị số f
sa
tối ưu sẽ khác nhau cho các trường hợp: tín hiệu chói, tín hiệu màu
cơ bản (R, G, B), các tín hiệu hiệu số màu, tín hiệu Video màu tổng hợp. Cuối
cùng việc chọn tần số lấy mẫu phụ thuộc vào hệ thống truyền hình màu.

* Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp (video composite):
Theo định lý lấy mẫu Nyquist - Shannon thì tần số lấy mẫu phải ≥ 2 lần tần
số lớn nhất của tín hiệu (sẽ tránh được hiện tượng chồng phổ). Với dải thông video
là 6 MHz thì tần số lấy mẫu tối thiểu cho tín hiệu video phải lớn hơn hoặc bằng 12
MHz. Tuy nhiên nếu chọn tần số lấy mẫu ( f
sa
) không có quan hệ với tần số sóng
mang màu (f
sc
) thì có hiện tượng xuyên điều chế giữa f
sa
và f
sc
, gây ra méo tín hiệu
sau khi khôi phục. Có thể chọn tần số lấy mẫu f
sa
= 3f
sc
, tuy nhiên chất lượng không
đáp ứng được cho Studio. Tiêu chuẩn tần số lấy mẫu được áp dụng cho video số
composite là: f
sa
= 4f
sc
.
Như vậy tần số lấy mẫu đối với tín hiệu tổng hợp hệ PAL:
4,433 MHz × 4 = 17,7344 MHz
Sử dụng cấu trúc lấy mẫu trực giao, mỗi mẫu được lượng tử hoá 8 bit hoặc 10
bit sẽ tạo ra dòng bit nối tiếp có tốc độ 141,76 Mbps hoặc 177,2 Mbps. Tín hiệu
Video tổng hợp dưới dạng số có chất lượng hạn chế do không thể giải quyết các

vấn đề pha tải màu, can nhiễu giữa tín hiệu chói và màu nên không còn được sử
dụng rộng rãi trong những năm gần đây.
* Lấy mẫu tín hiệu video thành phần (component)
Lấy mẫu và mã hoá tín hiệu video thành phần có ưu điểm là loại bỏ được sự
phức tạp về tải tần màu và các méo khác mà lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp
không thể đạt được. Khuyến nghị 601 của ITU ( ITU-R.BT601/656) đã định nghĩa
chuẩn lấy mẫu Video số cho Studio truyền hình của cả hai hệ thống 625 dòng và
525 dòng dựa trên việc số hoá các thành phần Y, C
R
, C
B
trong đó C
R
, C
B
là các tín
hiệu biểu diễn tín hiệu hiệu màu R-Y và B-Y đã qua quá trình chuyển đổi A/D,
được biểu diễn chung cho cả PAL và NTSC với C
R
= 0,71(R-Y) và C
B
=
0,564(B-Y ). Tần số lấy mẫu tín hiệu chói được chọn chung, bằng bội số nguyên
của tần số dòng cho cả hai hệ 625 dòng & 525 dòng. Tần số lấy mẫu của tín hiệu
chói Y:
f
Sa luminance
= 858 f
h 525
= 864f

h 625
= 13,5 MHz.
Tần số lấy mẫu tín hiệu màu tuỳ thuộc theo chuẩn lấy mẫu, biểu thị tỷ lệ lấy
mẫu giữa các tín hiệu thành phần Y, C
R
và C
B
. Cấu trúc lấy mẫu trực giao các tín
hiệu Y, C
R,
C
B
theo chuẩn lấy mẫu 4:4:4 ; 4:2:2 ; 4:2:0 ; 4:1:1. Cấu trúc này được
mô tả ở hình vẽ dưới. [3]