Truyền hình số mặt đất dvb t và quá trình chuyển đổi sang dvb t2

TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG
--------------------

ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T VÀ
QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI SANG DVB-T2

Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S. Cao Thành Nghĩa
Sinh viên thực hiện : Trƣơng Bá Thắng
Lớp

: 49K - ĐTVT

Khóa học

: 2008 - 2013

NGHỆ AN - 2013

NGHỆ AN - 2012


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC VINH

BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Trƣơng Bá Thắng

Mã số sinh viên: 0851080345

Ngành: Kỹ sƣ Điện tử - Viễn thơng

Khố: 49

Giảng viên hƣớng dẫn: Th.S Cao Thành Nghĩa
Cán bộ phản biện: .........................................................................................................
Nội dung đồ án tốt nghiệp:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Nhận xét của cán bộ hƣớng dẫn:
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
.......................................................................................................................................
Vinh, ngày ..... tháng ..... năm 2013
Cán bộ hƣớng dẫn
(Ký, ghi rõ họ và tên)

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU ..................................................................................................................... i
TÓM TẮT ĐỒ ÁN..................................................................................................... ii
DANH MỤC CÁC BẢNG........................................................................................ iii
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ................................................................................... iv
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT .......................................................................... vi
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ ..............................................1
1.1. Giới thiệu về truyền hình số .............................................................................1
1.2. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình............................................2
1.2.1. Lựa chọn độ phân giải cho một hình ảnh số .............................................2
1.2.2. Lựa chọn tần số lấy mẫu.............................................................................2
1.2.3. Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu .........................................................................4
1.3. Q trình chuyển đổi cơng nghệ tƣơng tự - số ................................................5
1.3.1. Đặc điểm của truyền hình số ......................................................................5
1.3.2. Các phƣơng pháp biến đổi tín hiệu video...................................................6
1.3.3. Tiêu chuẩn số hóa tín hiệu video tổng hợp ................................................6
1.3.4. Tín hiệu video số tổng hợp .........................................................................6
1.4. Nén tín hiệu trong truyền hình số ....................................................................7
1.4.1. Mục đích của nén .......................................................................................7
1.4.2. Bản chất của nén.........................................................................................8
1.4.3. Phân loại nén ..............................................................................................9
1.5. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số ..................................................................9
1.5.1. Truyền qua cáp đồng trục ...........................................................................9
1.5.2. Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang .......................................10
1.5.3. Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh...............................................10
1.5.4. Phát sóng truyền hình số trên mặt đất ......................................................10
1.6. Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới ........................11
1.6.1. Tiêu chuẩn ATSC .....................................................................................11
1.6.2. Chuẩn ISDB-T ..........................................................................................12

1.6.3. Chuẩn DVB ..............................................................................................13
1


1.7. Ƣu điểm của truyền hình số ............................................................................13
1.8. Kết luận chƣơng 1 ...........................................................................................14
CHƢƠNG 2. TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
(DVB-T) ....................................................................................................................16
2.1. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất ETSI EN 300744 ....................................16
2.2. Cấu trúc và chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T ...................17
2.2.1. Khối mã hóa nguồn dữ liệu và ghép kênh MPEG-2 ................................18
2.2.2. Khối thích nghi đầu vào và phân tán năng lƣợng.....................................18
2.2.3. Mã hóa ngoại (outer coding) ....................................................................19
2.2.4. Xáo trộn ngồi (outer interleaving) ..........................................................21
2.2.5. Mã hoá nội (inner coding) ........................................................................21
2.2.6. Xáo trộn trong ..........................................................................................23
2.2.7. Khối D/A ..................................................................................................27
2.3. Ghép đa tần trực giao OFDM .........................................................................27
2.3.1. Cơ sở phƣơng pháp OFDM ......................................................................27
2.3.2. Phƣơng pháp COFDM ............................................................................31
2.4. Tổ chức kênh trong OFDM ............................................................................35
2.4.1. Phân chia kênh..........................................................................................35
2.4.2. Các sóng mang phụ ..................................................................................36
2.4.3. Chèn khoảng bảo vệ .................................................................................36
2.4.4. Đồng bộ kênh truyền ................................................................................37
2.4.5. Tín hiệu tham số truyền TPS ....................................................................39
2.4.6. Cấu trúc khung OFDM .............................................................................41
2.5. Một số khả năng ƣu việt của DVB-T..............................................................43
2.5.1. Điều chế phân cấp ....................................................................................43
2.5.2. Mạng đơn tần SFN ...................................................................................47

2.6. Kết luận chƣơng 2 ...........................................................................................49
CHƢƠNG 3. TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU
THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) ......................................................................................51
3.1. Những tiêu chí cơ bản của DVB-T2 ..............................................................51
3.2. Mơ hình cấu trúc DVB-T2 ..............................................................................53

2


3.3. Lớp vật lý DVB-T2.........................................................................................54
3.4. Cấu trúc khung dữ liệu DVB-T2 ....................................................................55
3.5. Ống lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLP) ..................................................56
3.6. Phƣơng thức điều chế 256-QAM ....................................................................58
3.7. Chòm sao xoay (Rotated Constellation) .........................................................59
3.8. Khối mã hóa sửa lỗi trƣớc FEC ......................................................................61
3.9. Chuẩn nén H.264 (MPEG-4/AVC).................................................................65
3.10. Một số giải pháp kỷ thuật nổi bật khác .........................................................68
3.10.1. Các mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K) ........................68
3.10.2. 16K, 32K FFT và tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128 .........................................69
3.10.3. Băng tần phụ (1. 7 Mhz và 10 Mhz) ......................................................69
3.10.4. MISO dựa trên Alamouti (trên trục tần số) ...........................................69
3.10.5. Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern) ...................................................70
3.10.6. Xáo trộn bit, tế bào, thời gian và tần số .................................................71
3.10.7. Kỹ thuật giảm tỷ số cơng suất đỉnh/cơng suất trung bình ( PARP) .......71
3.10.8. Kết quả so sánh hai chuẩn DVB-T và DVB-T2 .....................................71
3.11. Kết luận chƣơng 3 .........................................................................................72
CHƢƠNG 4. QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU
ÂU VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI DVB-T2 TẠI VIỆT NAM .............73
4.1. Sự ra đời của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 ......73
4.1.1. Các yêu cầu về thƣơng mại đòi hỏi cho ra đời một thế hệ thứ hai cho tiêu

chuẩn truyền hình kỹ thuật số DVB-T ...............................................................73
4.1.2. Mối quan hệ với tiêu chuẩn số mặt đất DVB-T hiện tại ..........................74
4.1.3. Mục đích của các yêu cầu về thƣơng mại ................................................74
4.1.4. Mối liên hệ với các tiêu chuẩn chính yếu khác ........................................75
4.2. Q trình chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 .............................................75
4.2.1. Một số vấn đề cần xem xét khi triển khai DVB-T2 .................................75
4.2.2. Các yêu cầu của chuẩn DVB-T2 ..............................................................75
4.2.3. Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 .......................................77
4.2.4. Các chiến lƣợc triển khai DVB-T2 ..........................................................78
4.2.5. Hiện trạng (thử nghiệm, thông báo triển khai dịch vụ) ............................79

3


4.2.6. Các kiến nghị về cơng nghệ cho tồn châu Âu ........................................82
4.3. Quá trình triển khai truyền hình số mặt đất ở Việt Nam ................................83
4.4. Những kiến nghị khi triển khai DVB-T2 ở Việt Nam ....................................85
4.5. Kết luận chƣơng 4 ...........................................................................................86
KẾT LUẬN ...............................................................................................................87
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................88
PHỤ LỤC

4


MỞ ĐẦU

Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các ngành công nghệ
quảng bá và truyền hình trả tiền. Từ đầu những năm 90 cho đến nay ngành truyền
hình đã ứng dụng các thành tựu về cơng nghệ truyền hình số trong truyền dẫn vệ

tinh, phát triển mạng truyền hình cáp và phổ cập hệ thống truyền hình số mặt đất.
Truyền hình số đã đƣợc áp dụng đầu tiên ở công ty VTC, sự phát triển hệ
thống truyền hình số của VTC đã góp phần quan trọng đƣa các thơng tin về kinh tế
chính trị, văn hóa thể thao giải trí phong phú đến đơng đảo công chúng ở các địa
phƣơng với chất lƣợng cao.
Cùng với sự phát triển của cơng nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVBT là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã đƣợc triển khai thành công, đƣợc
nhiều nƣớc chấp nhận. Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên
cứu về kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục đƣợc triển khai. Mặt khác, nhu cầu về phổ
tần cao càng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng
cấp thiết. Từ đó đã phát triển chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-T2).
Việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính cơng nghệ của tiêu chuẩn truyền số
DVB-T trong quá trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiệm vụ cần thiết đối
với các cơ quan nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng nhƣ cán bộ kỹ thuật nghiên
cứu trong lĩnh vực này. Đó là lý do em chọn đề tài: "Truyền hình số mặt đất DVB-T
và quá trình chuyển đổi sang DVB-T2".
Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, đƣợc sự hƣớng dẫn khoa học, tận
tình của Thầy giáo Th.S Cao Thành Nghĩa, đồ án đã đƣợc hồn thành. Do thời gian
có hạn, trình độ bản thân cịn hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những sai sót. Kính
mong đƣợc sự góp ý của các thầy, các cô cùng các bạn.

Sinh viên thực hiện

Trƣơng Bá Thắng

i


TÓM TẮT ĐỒ ÁN
Đồ án này giới thiệu tổng quát về truyền hình số, một số vấn đề trong biến đổi
tín hiệu truyền hình, ƣu điểm của truyền hình số so với truyền hình tƣơng tự, phân

tích các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất trên thế giới, quá trình chuyển đổi cơng
nghệ tƣơng tự-số, nén và truyền dẫn tín hiệu truyền hình số. Phân tích những ƣu
điểm nổi bật của truyền hình số mặt đất DVB-T với kỹ thuật ghép đa tần trực giao
có mã (COFDM), sự lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T ở Việt
Nam và trình bày một số khả năng ƣu việt của DVB-T : mạng đơn tần, điều chế
phân cấp. Trình bày một số nội dung chính của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
DVB-T2, những ƣu điểm vƣợt trội của DVB-T2 so với DVB-T, tiêu chuẩn này là
môi trƣờng lý tƣởng cho các dịch vụ truyền hình mới : HDTV, 3DTV. Phân tích
q trình chuyển đổi truyền hình số mặt đất từ DVB-T sang DVB-T2 ở Châu Âu và
trình bày quá trình phát triển truyền hình số mặt đất ở Việt Nam, những kiến nghị
khi triển khai truyền hình số mặt đất DVB-T2 tại Việt Nam.

ABSTRACT
This thesis introduced overview of digital television, some problem in change
signal television, advantages of digital TV compare analog television, analysis
standards digital television terrestrial in the world, technology transition analog –
digital; compression, transmission signal in digital television. Analysis advantages
outstanding of digital television terrestrial (DVD-T) with technical coded
orthogonal frequency division multiplexing (COFDM), choice standard Digital
Terrestrial Television at Vietnam and presented some preeminent ability of DVB-T
: Single Frequency Network (SFN), hierarchical modulation. Presented some main
content of standard Digital Video Broadcasting - Terrestrial Second (DVB-T2),
advantages of DVB-T2 compared to DVB-T. This standard is an ideal environment
for new services television: HDTV, 3DTV,… Analysis process conversion from
Digital Video Broadcasting - Terrestrial(DVB-T) to Digital Video Broadcasting Terrestrial Second(DVB-T2) in Europe, and presentation process development
Digital Terrestrial Television(DTT) at Vietnam, and recommendations when
implementation DVB-T2 at Vietnam.

ii

DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Tần số lấy mẫu tín hiệu video ..................................................................... 3
Bảng 1.2. Tỷ lệ mẫu tín hiệu chói và tín hiệu màu ..................................................... 4
Bảng 1.3. Đặc điểm cơ bản của ATSC ..................................................................... 12
Bảng 1.4. Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8Mhz ........................ 12
Bảng 2.1. Sơ đồ puncturing và dãy đƣợc truyền sau khi biến đổi nối tiếp song song ..... 23
Bảng 2.2. Phân chia luồng con .................................................................................. 23
Bảng 2.3. Vị trí các sóng mang pilot ......................................................................... 38
Bảng 2.4. Vị trí các sóng mang TPS ......................................................................... 39
Bảng 2.5. Định dạng và nội dung tín hiệu TPS......................................................... 40
Bảng 2.6. Các thông số OFDM trong DVB-T ......................................................... 41
Bảng 3.1. DVB-T2 sử dụng tại Anh so với DVB-T ................................................. 52
Bảng 3.2. Dung lƣợng dữ liệu trong mạng SFN ....................................................... 53
Bảng 3.3. So sánh các thông số giữa DVB-T2 và DVB-T ....................................... 55
Bảng 3.4. Ví dụ về sử dụng PLP trong DVB-T2 ...................................................... 57
Bảng 3.5. Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME thƣờng ........................ 62
Bảng 3.6. Các tham số mã hóa đối với khung FECFRAME ngắn ........................... 62
Bảng 3.7. Đa thức sinh BCH trong trƣờng hợp khung FECFRAME thƣờng ........... 64
Bảng 3.8. Đa thức sinh BCH trong trƣờng hợp khung FECFRAME ngắn .............. 64

iii


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số ................................ 2
Hình 1.2. Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp ........................................................... 6
Hình 1.3. Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần ....................................................... 7

Hình 1.4. Sơ đồ khối quá trình nén và giải nén........................................................... 8
Hình 1.5. Bản đồ phân bố các nƣớc trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số ..... 11
Hình 2.1. Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất ............................... 17
Hình 2.2. Sơ đồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu............ 19
Hình 2.3. Các bƣớc trong quá trình ngẫu nhiên, mã ngoại, ghép ngoại (n =2, 3,..8)........ 20
Hình 2.4. Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại .............................................. 21
Hình 2.5. Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 ......................................................... 22
Hình 2.6. Sơ đồ thực hiện việc xáo trộn và mapping theo mơ hình khơng phân cấp ...... 25
Hình 2.7. Sơ đồ thực hiện xáo trộn và mapping theo mơ hình phân cấp .................. 26
Hình 2.8. Phổ mật độ cơng suất ................................................................................ 28
Hình 2.9. Phổ biên độ 2 sóng mang có tần số trực giao ............................................ 29
Hình 2.10. Phổ ghép kênh đa tần số trực giao (OFDM) ........................................... 30
Hình 2.11. Sơ đồ khối nguyên lý hệ thống OFDM ................................................... 31
Hình 2.12. Phổ của tín hiệu COFDM ........................................................................ 33
Hình 2.13. Đáp ứng tần số kênh đa đƣờng................................................................ 33
Hình 2.14. Tín hiệu phản xạ trong khoảng bảo vệ .................................................... 34
Hình 2.15. Phân chia kênh trong COFDM................................................................ 36
Hình 2.16. Sắp xếp các sóng mang phụ .................................................................... 36
Hình 2.17. Chèn khoảng bảo vệ ............................................................................... 37
Hình 2.18. Các sóng mang đồng bộ ......................................................................... 37
Hình 2.19. Cấu trúc khung OFDM ........................................................................... 42
Hình 2.20. Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol ............................................ 42
Hình 2.21. Chịm sao cơ sở của DVB-T ................................................................... 43
Hình 2.22. Chịm sao phân cấp DVB-T .................................................................... 44
Hình 2.23. Sơ đồ phủ sóng tƣợng trƣng sử dụng điều chế phân cấp ........................ 45
Hình 2.24. Sơ đồ mạng đơn tần................................................................................. 47

iv

Hình 2.25. Đồng bộ miền tần số ............................................................................... 48
Hình 2.26. Đồng bộ về mặt thời gian ........................................................................ 49
Hình 3.1. Mơ hình cấu trúc DVB-T2 ........................................................................ 53
Hình 3.2. Lớp vật lý .................................................................................................. 54
Hình 3.3. Cấu trúc khung dữ liệu DVB-T2 ............................................................... 56
Hình 3.4. Hiệu quả truyền dẫn của DVB-T2 so với DVB-T .................................... 56
Hình 3.5. Các ống lớp vật lý ..................................................................................... 57
Hình 3.6. Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau ................................. 57
Hình 3.7. T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode ..................................... 58
Hình 3.8. Đồ thị chịm sao 256-QAM ....................................................................... 58
Hình 3.9. So sánh hiệu quả của các phƣơng thức điều chế 16-QAM, 64-QAM, 256QAM.......................................................................................................................... 59
Hình 3.10. Chịm sao 16-QAM "xoay" ..................................................................... 60
Hình 3.11. So sánh chịm sao "xoay" với khơng "xoay" .......................................... 60
Hình 3.12. Các thành phần trong bộ mã hóa sửa lỗi trƣớc FEC ............................... 61
Hình 3.13. Cấu trúc FECFRAME sau bộ mã hóa sửa lỗi trƣớc ................................ 61
Hình 3.14. So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 .......................... 63
Hình 3.15. MPEG-4 AVC có thể phân chia thành phần chói của từng MacroBlock
theo nhiều cách để tối ƣu hoá việc bù chuyển động ................................................. 66
Hình 3.16. Mật độ phổ cơng suất đối với 2K và 32K ............................................... 69
Hình 3.17. Khoảng bảo vệ đổi (GI) với 8K và 32K1/128......................................... 69
Hình 3.18. Mơ hình MISO ........................................................................................ 70
Hình 3.19. Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải) ......... 70
Hình 3.20. Hiệu suất băng thông và C/N yêu cầu trên kênh nhiễu Gausse trắng cộng
(AWGN) .................................................................................................................... 71
Hình 4.1. Bộ thiết bị thu truyền hình kỹ thuật số nhỏ gọn của AVG ....................... 80
Hình 4.2. Cấu hình tổng thể của hệ thống phát sóng DVB-T2 SFN áp dụng cho
kênh 57 (762 Mhz), 58 (770 Mhz), 59 (778 Mhz) .................................................... 81

v

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

ACE

Active Constellation Extension

Mở rộng chòm sao tích cực

ATSC

Advanced
Television
System
Mở rộng chịm
sao tích
cực (dùng

Uỷ ban hệ thống truyền hình mới

BCH

Committee
(của Mỹ)
trong DVB-T2)
Bose - Chaudhuri - Hocquenghem Mã BCH

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khoá dịch pha hai mức

Consultative Committee on

Uỷ ban tƣ vấn vô tuyến quốc tế

CCIR
CENELEC

COFDM

International Radio
Comté Européen de Normalisation Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ thuật điện tử
ELECtrotechnique
Coded Orthogonal Frequency
Division Multiplexing

châu Âu
Ghép đa tần trực giao có mã

DCT

Discrete Cosine Transform

Chuyển đổi cosin rời rạc

DFT

Discrete Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier rời rạc

DPCM

Differential Pulse Code Modulation Điều chế xung mã vi sai

DTTB

Digital Terrestrial Television
Broadcasting

Truyền dẫn truyền hình số mặt đất

DVB

Digital Video Broadcasting

Quảng bá truyền hình số

DVB-C

DVB - Cable

Truyền dẫn truyền hình số qua cáp

DVB-S

DVB - Satellite

DVB-T

DVB - Terrestrial

EBU

European Broadcasting Union

EDTV

Enhanced Definition TeleVision

Truyền hình phân giải nâng cao

European Telecommunications

Viện tiêu chuẩn viễn thơng châu

Standards Institute

Âu

FEC

Forward Error Correction

Sửa lỗi trƣớc

FFT

Fast Fourier Transform

Chuyển đổi Fourier nhanh

FSK

Frequency Shift Keying

Khố dịch tần

ETSI

Truyền dẫn truyền hình số qua vệ
tinh
Truyền dẫn truyền hình số mặt đất
Uỷ ban phát thanh truyền hình
châu Âu

vi


HDTV

High Definition Television

Truyền hình phân giải cao

HL

High Level

Mức cao (dùng trong MPEG-2)

HP

High Priority bit stream

I

In-phase

Đồng pha (dùng trong QAM)

IDFT

Inverse DFT

DFT ngƣợc

IFFT

Inverse FFT

FFT ngƣợc

Intergeted Services Digital

Hệ thống truyền hình số mặt đất sử

Broadcasting - Terrestrial

dụng mạng đa dịch vụ (Nhật)

ISDB-T

ITU

JPEG

International Telecommunication
Union
Joint Photographic Experts Group

Dòng bit ƣu tiên cao (dùng trong
điều chế phân cấp)

Liên minh viễn thơng quốc tế
Nhóm chun gia nghiên cứu tiêu
chuẩn về ảnh

Joint Technical Committee

Uỷ ban kỹ thuật phát thanh truyền

broadcast

hình châu Âu

LDTV

Limited Definition Television

Truyền hình phân giải giới hạn

LDPC

Low Density Parity Check

LP

Low Priority bit stream

Dịng bít ƣu tiên thấp

MB

Macro Block

Khối macro

ML

Main Level

Dùng trong MPEG-2

MP

Main Profile

dùng trong MPEG-2

MPEG

Moving Pictures Experts Group

MISO

Multiple Input Single Output

Đa anten phát, một anten thu

MUX

Multiplexer

Bộ ghép kênh

Orthogonal Frequency Division

Ghép đa tần trực giao

JTC

OFDM

Kiểm tra độ ƣu tiên cƣờng độ thấp
(dùng trong DVB-T2)

Nhóm chuyên gia nghiên cứu về

tiêu chuẩn hình ảnh động

Multiplexing
PAL

Phase Alternating Line

Hệ truyền hình màu PAL (pha thay
đổi theo dòng quét)

vii


PAPR

Peak - to - Average Power Ratio

Tỷ số công suất đỉnh /cơng suất
trung bình
Ống lớp vật lý (dùng trong DVB-

PLP

Physical Layer Pipes

PRBS

Pseudo Random Binary Sequence

Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân

PSK

Phase Shift Keying

Khố dịch pha

Q

Quadrature phase

Vng pha (dùng trong QAM)

QAM

Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vng góc

QPSK

Quadratue Phase Shift Keying

Khố dịch pha vng góc

RS

Reed-Solomon

Mã RS

SDTV

Standard Definition TeleVision

Truyền hình phân giải tiêu chuẩn

SFN

Single Frequency Network

Mạng đơn tần

TS

Transport Stream

Dòng truyền tải

UHF

Ultra High Frequency

Tần số cực cao

VHF

Very High Frequency

Tần số rất cao

VLC

Variable Length Coding

Mã hóa có độ dài thay đổi

VSB

Vestigial sideband

Biên tần cụt

T2)

viii


CHƢƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1.1. Giới thiệu về truyền hình số
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ
thuật từ Studio cho đến các máy thu đều làm việc theo ngun lý kỹ thuật số. Trong
đó, một hình ảnh quang học do camera thu đƣợc qua hệ thống ống kính, thay vì
đƣợc biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tƣơng tự nhƣ hình ảnh quang học nói
trên (cả về độ chói và màu sắc) sẽ đƣợc biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân
(dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tƣơng tự - số.
Sử dụng phƣơng pháp số để tạo, lƣu trữ và truyền tín hiệu của chƣơng trình
truyền hình trên kênh thơng tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị
truyền hình. Trong một số ứng dụng, tín hiệu số đƣợc thay thế hồn tồn cho tín hiệu
tƣơng tự vì nó có khả năng thực hiện đƣợc các chức năng mà tín hiệu tƣơng tự hầu nhƣ
khơng thể làm đƣợc hoặc rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lƣu trữ.

So với tín hiệu tƣơng tự, tín hiệu số cho phép tạo, lƣu trữ, ghi, đọc nhiều lần
mà không làm giảm chất lƣợng ảnh. Tuy nhiên, không phải trong tất cả các trƣờng
hợp, tín hiệu số đều đạt đƣợc hiệu quả cao hơn so với tín hiệu tƣơng tự (bộ lọc là
một ví dụ nhƣ thế). Mặc dù vậy, xu hƣớng chung cho sự phát triển cơng nghiệp
truyền hình trên thế giới nhằm đạt đƣợc một sự thống nhất chung, là một hệ thống
truyền hình hồn tồn kỹ thuật số có chất lƣợng cao và dễ dàng phân phối trên kênh
thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và đang đƣợc phát triển trên toàn thế giới,
tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong cơng nghiệp truyền hình.
Ngun lý cấu tạo của hệ thống truyền hình số đƣợc đƣa ra nhƣ trên hình 1.1.
Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tƣơng tự. Trong
thiết bị mã hố (biến đổi A/D), tín hiệu truyền hình tƣơng tự sẽ đƣợc biến đổi thành
tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trƣng của tín hiệu này đƣợc xác định từ
hệ thống truyền hình đƣợc lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số đƣợc đƣa tới thiết bị
phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số đƣợc truyền tới bên thu qua kênh thông tin. Tại
bên thu, tín hiệu truyền hình số đƣợc biến đổi ngƣợc lại với q 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 tƣơng tự.
1


Tín hiệu truyền
Tín hiệu truyền
hình tƣơng tự Biến đổi
hình số
A/D

Thiết bị phát
Biến đổi
tín hiệu

Mã hóa
kênh

Kênh
thơng tin
Tín hiệu truyền
Tín hiệu truyền
hình tƣơng tự Biến đổi
hình số
D/A

Giải mã
hóa kênh

Biến đổi
tín hiệu

Thiết bị thu

Hình 1.1. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín
hiệu truyền hình. Ngồi ra, trƣớc khi truyền qua kênh thơng tin, tín hiệu truyền hình
số đƣợc mã hố kênh. Mã hố kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu khi
truyền trong kênh thơng tin. Thiết bị mã hố kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số
với kênh thơng tin. Khi tín hiệu truyền hình số đƣợc truyền đi theo kênh thông tin,
các thiết bị biến đổi trên đƣợc gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
1.2. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình [1]
1.2.1. Lựa chọn độ phân giải cho một hình ảnh số
Độ dài của dãy tín hiệu nhị phân biểu diễn một ảnh số là một trong những chỉ
tiêu chất lƣợng của kỹ thuật số hố tín hiệu truyền hình. Nó phản ánh độ sáng tối,

màu sắc của hình ảnh đƣợc ghi nhận và chuyển đổi, về nguyên tắc thì độ dài từ mã
nhị phân càng lớn thì q trình biến đổi càng chất lƣợng, nó đƣợc xem nhƣ độ phân
giải của q trình số hố.
Tuy nhiên, độ phân giải đó cũng chỉ cần đến một giới hạn nhất định là đủ để
thoả mãn khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện nay cũng nhƣ khả năng phân biệt của
mắt ngƣời xem. Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bít.
1.2.2. Lựa chọn tần số lấy mẫu
Giá trị tần số lấy mẫu phản ánh độ phân tích của hình ảnh số, nhƣng mục đích
của sự lựa chọn là tìm đƣợc một số giá trị tối ƣu giữa một bên là chất lƣợng và một
bên là tính kinh tế của thiết bị, tần số lấy mẫu cần đƣợc xác định sao cho hình ảnh
nhận đƣợc có chất lƣợng cao, tín hiệu truyền với tốc độ bít nhỏ và mạch thực hiện
2


đơn giản. Có rất nhiều các yếu tố ảnh hƣởng đến việc lựa chọn tần số và tỉ lệ giữa
tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu màu (trong biến đổi tín hiệu
video thành phần).
Tần số lấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số sóng mang màu hay fNY
= fSC. Theo tiêu chuẩn tần số Nyquist việc lấy mẫu tín hiệu video với tần số fSA ≤ fNY
là nguyên nhân gây nên méo chồng phổ.
Tần số lấy mẫu tín hiệu truyền hình phụ thuộc hệ thống truyền hình màu. Nên
lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp, nhất thiết tần số lấy mẫu phải là một bội số của tần
số sóng mang màu. Thơng thƣờng: fSA = 3÷4 fsc
fSA: tần số lấy mẫu
fsc: tần số sóng mang màu
Nếu khơng thoả mãn điều này thì sẽ xuất hiện thêm các thành phần tín hiệu
phụ do liên hợp giữa fSA và fsc hoặc hài của fsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu, đặc biệt
thành phần tín hiệu (fSA- 2fSC) sẽ gây méo tín hiệu video tƣơng tự đƣợc khơi phục lại
từ tín hiệu số, loại méo này đƣợc gọi là méo điều chế chéo (Intermodulation).
Méo điều chế chéo không xuất hiện nếu biến đổi tín hiệu video thành phần, do

vậy nếu biến đổi tín hiệu video thành phần tần số lấy mẫu không cần thiết phải là
bội nguyên lần của tần số sóng mang màu.
Chọn tần số lấy mẫu cho tín hiệu video tổng hợp nhƣ sau:
Bảng 1.1. Tần số lấy mẫu tín hiệu video
fSA = 3fSC

fSA = 4fSC

PAL

13.3 MHz

17.7 MHz

NTSC

10.7 MHz

14.3 MHz

Với tần số dịng của các hệ truyền hình hiện nay :
- Tiêu chuẩn 625/50: fH = 15625 MHz
- Tiêu chuẩn 525/60: fH = 15734 MHz
Thì tần số f = 13.5 MHz là tần số duy nhất là bội số chung của tần số dịng cho
cả hai hệ truyền hình.
13.5 MHz = 864 x fH đối với hệ 625 dòng.
= 858 x fH đối với hệ 525 dòng.
3

Khi tần số lấy mẫu tới gần phạm vi 13MHz thì chất lƣợng hình ảnh khơi phục
sẽ rất tốt, nếu tần số lấy mẫu giảm nhỏ hơn 13MHz chất lƣợng ảnh sẽ giảm đi rõ rệt.
Bởi vậy, tần số lấy mẫu fSA = 13.5 MHz là tần số đƣợc các tổ chức quốc tế thừa
nhận hiện nay.
Tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu màu có một
số tiêu chuẩn đó là:
Bảng 1.2. Tỷ lệ mẫu tín hiệu chói và tín hiệu màu
Y
14
12
4
4
4
4
2

CR
7
6
4
2
2
1
1

CR
7
6
4
2

0
1
1

Hai tổ hợp đầu khơng đƣợc sử dụng vì khơng có liên hệ với tần số dịng, dạng
thức đƣợc sử dụng phố biến nhất là 4:2:2. có nghĩa là tần số lấy mẫu tín hiệu chói
gấp 2 lần tần số lấy mẫu các tín hiệu màu. Trong tiêu chuẩn truyền hình số quốc tế
Rec_601 do tổ chức ITU_R quy định, tỉ lệ tần số lấy mẫu là 4:2:2. Đây cũng là cấu
trúc sử dụng trong tiêu chuẩn truyền hình độ phân giải cao, màn ảnh rộng với tần số
lấy mẫu tín hiệu chói là 18 MHz.
1.2.3. Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu
Việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào toạ
độ điểm lấy mẫu. Vị trí các điểm lấy mẫu hay cịn gọi là cấu trúc mẫu đƣợc xác
định theo thời gian, trên các dòng và các mành. Tần số lấy mẫu phù hợp với cấu
trúc mẫu sẽ cho phép khơi phục hình ảnh tốt nhất. Do vậy tần số lấy mẫu và cấu
trúc lấy mẫu phải thích hợp theo cả ba chiều t, x, y.
Có ba dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu đƣợc sử dụng cho cấu trúc lấy mẫu
tín hiệu video:
 Cấu trúc lấy mẫu trực giao
 Cấu trúc lấy mẫu quincux mành
 Cấu trúc lấy mẫu quincux dòng

4


Có nhiều tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video số thành phần, điểm khác nhau chủ
yếu ở tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu và phƣơng pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu
màu, trong đó bao gồm: tiêu chuẩn 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1.
1.3. Quá trình chuyển đổi công nghệ tƣơng tự - số [1]
1.3.1. Đặc điểm của truyền hình số

- u cầu về băng tần: tín hiệu truyền hình số yêu cầu về băng tần rộng hơn so
với tín hiệu truyền hình tƣơng tự.
- Tỷ lệ tín hiệu/ tạp âm (S/N): một trong những ƣu điểm lớn nhất của tín hiệu
số là khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn nhờ các
mạch sửa lỗi và che dấu lỗi. Do đó, việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng hay đọc và
ghi nhiều lần cũng đƣợc thực hiện rất thuận lợi đối với tín hiệu số mà khơng làm
suy giảm chất lƣợng tín hiệu hình. Tuy nhiên, trong truyền hình số quảng bá tín hiệu
sẽ gặp khó khăn khi thực hiện kiểm tra chất lƣợng ở các điểm trên kênh truyền.
- Méo phi tuyến: tín hiệu số khơng bị ảnh hƣởng bởi méo phi tuyến trong q
trình ghi và truyền. Do đó, có thể đọc và ghi chƣơng trình nhiều lần.
- Chồng phổ: một tín hiệu số đƣợc lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều
ngang, nên có khả năng chồng phổ theo cả hai chiều hƣớng.
- Giá thành và độ phức tạp: mạch số có giá thành cao hơn và phức tạp hơn so
với mạch tƣơng tự.
- Xử lý tín hiệu: tín hiệu số có thể đƣợc chuyển đổi và xử lý các chức năng mà
hệ thống tƣơng tự không làm đƣợc hoặc gặp nhiều khó khăn. Các cơng việc tín hiệu
số có thể thực hiện dễ dàng: sửa lỗi gốc thời gian, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu
kỳ, giảm độ rộng băng tần, ...
- Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh: tín hiệu số cho phép các
trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với
hệ thống tƣơng tự mà không bị nhiễu, việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng
kênh kết hợp với việc giảm băng tần tín hiệu tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có
thể phát các chƣơng trình với độ phân giải cao HDTV.
- Hiệu ứng bóng ma (Ghosts): hiện tƣợng này xảy ra trong hệ thống tƣơng tự
do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đƣờng. Truyền hình số khắc phục hồn
tồn hiệu ứng bóng ma.
5


1.3.2. Các phương pháp biến đổi tín hiệu video

Số hóa tín hiệu video là q trình biến đổi tín hiệu truyền hình màu tƣơng tự
thành tín hiệu số. Có hai phƣơng pháp biến đổi đó là:
+ Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp
+ Biến đổi riêng từng tín hiệu video màu thành phần
Việc lựa chọn phƣơng pháp biến đổi tín hiệu video phụ thuộc vào nhiều yếu tố
đó là: yêu cầu về khả năng thuận lợi khi xử lý tín hiệu, truyền dẫn phát sóng,...
1.3.3. Tiêu chuẩn số hóa tín hiệu video tổng hợp
Xu hƣớng phát triển các studio hoàn toàn kỹ thuật số yêu cầu một tiêu chuẩn
chung cho các thiết bị video số. Các tiêu chuẩn video số tổng hợp đƣợc xây dựng để
hƣớng tới mục tiêu đó. Phù hợp với u cầu cơng nghệ, hai hệ thống tiêu chuẩn số
hố tín hiệu video tổng hợp đã đƣợc phát triển rộng rãi. Đó là tiêu chuẩn 4fSC NTSC
và tiêu chuẩn 4fSC PAL.
Tín hiệu video tổng hợp tƣơng tự đƣợc lấy mẫu tại tần số bằng 4 lần tần số
sóng mang phụ (4fSC). Số bit biểu diễn mẫu đóng vai trị quan trọng trong việc xác
định chất lƣợng ảnh và tính kinh tế của thiết bị. Thông thƣờng các thiết bị sử dụng 8
hoặc 10 bit để biểu diễn mẫu.
1.3.4. Tín hiệu video số tổng hợp
Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tƣơng tự
tổng hợp sang video số.
Tín hiệu video số tƣơng tự đƣợc lấy mẫu với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số
sóng mang màu (4fSC) vào khoảng 17.72 MHz đối với hệ PAL, mỗi mẫu tín hiệu
đƣợc lƣợng tử hố bởi 10 bít cho ra chuỗi số liệu 177Mbít/s.

Tín hiệu video
tổng hợp màu
analog

Lọc thơng
thấp

Lấy
mẫu

Lƣợng tử
hóa

Mã
hóa

Đồng bộ

Tín hiệu video
tổng hợp màu
Digital

Hình 1.2. Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp
Biến đổi tín hiệu video tổng hợp có ƣu điểm về dải tần nhƣng tín hiệu video
tổng hợp có những nhƣợc điểm của tín hiệu tổng hợp tƣơng tự nhƣ hiện tƣợng can
6


nhiễu chói màu. Tín hiệu tổng hợp cũng gây khó khăn trong việc xử lý tạo kỹ xảo
truyền hình.
1.3.5. Tín hiệu video số thành phần
Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi từ tín hiệu video tƣơng tự thành
phần sang số và đƣợc quy định theo chuẩn CCIR 601.
Tín hiệu chói đƣợc lấy mẫu với tần số 13.5 MHz, hai tín hiệu màu đƣợc lấy
mẫu với tần số 6.76 MHz. Mỗi mẫu đƣợc lƣợng tử hoá bởi 8 bít (256 mức lƣợng tử)
hoặc 10 bít (1024 mức lƣợng tử) sẽ cho ra tốc độ bít là 216 Mb/s.
Biến đổi tín hiệu video thành phần cho ra dịng số có tốc độ cao hơn ở tín hiệu

video tổng hợp, tuy nhiên dịng tín hiệu thành phần cho phép xử lý dễ dàng các
chức năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo,... Hơn nữa khơng có hiện tƣợng nhiễu chói màu
nhƣ đối với tín hiệu video tổng hợp.
ER-Y

Lọc thơng
thấp

EG-Y
EB-Y

T/h video thành
phần số

Lấy mẫu

Lƣợng tử
hóa

Mã
hóa

Lọc thơng
thấp

Lấy mẫu

Lƣợng tử
hóa

Mã
hóa

FG-Y

Lọc thơng
thấp

Lấy mẫu

Lƣợng tử
hóa

Mã
hóa

FB-Y

Đồng bộ

Hình 1.3. Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần
Có thể truyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một
dây dẫn. Video số nối tiếp có những ƣu điểm cơ bản:
- Khơng bị nhiễu kí sinh, khơng méo, tỷ số S/N cao.
- Chuyến đổi tín hiệu đơn giản.
- Có thể cài tín hiệu audio trong chuỗi số liệu video số. Nhƣ vậy chỉ cần một
sợi cáp cũng có thể truyền cả tín hiệu audio và video.
1.4. Nén tín hiệu trong truyền hình số [1]
1.4.1. Mục đích của nén
Với công nghệ hiện nay, các thiết bị đều có dải thơng nhất định. Các dịng số

tốc độ cao yêu cầu dải thông rất rộng vƣợt quá khả năng cho phép của thiết bị. Một
cách sơ bộ, nén là q trình làm giảm tốc độ bit của các dịng dữ liệu tốc độ cao mà
vẫn đảm bảo chất lƣợng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải.
7


1.4.2. Bản chất của nén
Khác với nguồn dữ liệu một chiều nhƣ nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của
nguồn hình ảnh cho thấy: nguồn ảnh chứa nhiều sự dƣ thừa hơn các nguồn thơng tin
khác. Đó là :
 Sự dƣ thừa về mặt không gian (Spatial Redundancy): các điểm ảnh kề nhau trong

một mành có nội dung gần giống nhau.
 Sự dƣ thừa về mặt thời gian (Temporal Redundancy): các điểm ảnh có cùng vị trí

ở các mành kề nhau rất giống nhau.
 Sự dƣ thừa về mặt cảm nhận của con ngƣời: mắt ngƣời nhạy cảm hơn với các

thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm với thay đổi nhanh, tần số cao.
Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ (Memory Source). Nén
ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các sự dƣ thừa và
loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lƣợng thơng tin
nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hố có khả năng tận dụng xác suất xuất
hiện của các mẫu sao cho số lƣợng bit sử dụng để mã hố một lƣợng thơng tin nhất
định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lƣợng theo yêu cầu.
Nhìn chung quá trình nén và giải nén một cách đơn giản nhƣ sau :
Biến đổi

Mã hóa

Quá trình nén
Dữ liệu đã nén

Giải mã

Biến đổi
ngƣợc

Dữ liệu

Quá trình giải nén

Hình 1.4. Sơ đồ khối quá trình nén và giải nén
 Biến đổi: một số phép biến đổi và kỹ thuật đƣợc sử dụng để loại bỏ tính có nhớ

của nguồn dữ liệu ban đầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới tƣơng đƣơng chứa lƣợng
thơng tin ít hơn. Ví dụ: kỹ thuật tạo sai số dự báo trong công nghệ DPCM hay phép
biến đổi cosin rời rạc của công nghệ mã hoá chuyển đổi. Các phép biến đổi phải có
tính thuận nghịch để có thể khơi phục tín hiệu ban đầu nhờ phép biến đổi ngƣợc.
 Mã hoá: các dạng mã hố đƣợc lựa chọn sao cho có thể tận dụng đƣợc xác suất

xuất hiện của mẫu. Thông thƣờng sử dụng mã RLC (Run Length Coding: mã hoá
8


loạt dài) và mã VLC ( Variable Length Coding): gắn cho mẫu có xác suất xuất hiện
cao từ mã có độ dài ngắn sao cho chứa đựng một khối lƣợng thơng tin nhiều nhất
với số bit truyền tải ít nhất mà vẫn đảm bảo chất lƣợng yêu cầu.
1.4.3. Phân loại nén
Các thuật tốn nén có thể phân làm hai loại: nén khơng tổn thất (Lossless

Compression) và nén có tổn thất (Lossy Compression).
- Thuật tốn nén khơng tổn thất: khơng làm suy giảm, tổn hao dữ liệu. Do vậy
ảnh khôi phục hồn tồn chính xác với ảnh nguồn, tỷ lệ nén thông thƣờng khoảng
2:1. Không thể đảm bảo cố định tỷ lệ nén do đó tốc độ dữ liệu đầu ra thay đổi sẽ
gây khó khăn cho việu lƣu trữ và truyền thơng.
- Thuật tốn nén có tổn thất: loại bỏ một số thông tin không quan trọng nhƣ
các thông tin không quá nhạy cảm với cảm nhận của con ngƣời để đạt đƣợc hiệu
suất nén cao hơn, ảnh khôi phục chỉ rất gần chứ không phải là ảnh nguyên thuỷ. Bù
lại thuật tốn nén có tổn hao cho ta tỷ lệ nén cao hơn (có thể lên tới 100:1). Đối với
nén có tổn thất, chất lƣợng ảnh là một yếu tố vô cùng quan trọng, tuỳ theo yêu cầu
ứng dụng mà các mức độ loại bỏ khác nhau đƣợc sử dụng, cho mức độ chất lƣợng
theo yêu cầu.
1.5. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số [1]
Việc sử dụng kỹ thuật số để truyền tín hiệu Video địi hỏi phải xác định tiêu
chuẩn số của tín hiệu truyền hình, phƣơng pháp truyền hình để có chất lƣợng ảnh
thu khơng kém hơn chất lƣợng ảnh trong truyền hình tƣơng tự.
Có thể sử dụng các phƣơng thức truyền dẫn sau cho tín hiệu truyền hình số:
1.5.1. Truyền qua cáp đồng trục
Để truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần. Kênh có thể
có nhiễu làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng truyền và sai số truyền. Ví dụ nhiễu nhiệt.
Ngƣợc lại, nhiễu tuyến tính của kênh sẽ khơng xảy ra trong trƣờng hợp truyền số
với các thông số tới hạn.
Độ rộng kênh dùng cho tín hiệu video bằng khoảng 3/5 tốc độ bit của tín hiệu.
Độ rộng kênh phụ thuộc vào phƣơng pháp mã hoá và phƣơng pháp ghép kênh theo
thời gian cho các tín hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với độ rộng kênh truyền
tín hiệu truyền hình tƣơng tự.

9

1.5.2. Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang
Cáp quang nhiều ƣu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu số so với cáp đồng trục:
+ Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao
+ Độ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài
+ Suy giảm giữa các sợi quang dẫn cao (80dB)
+ Thời gian trễ qua cáp quang thấp
Muốn truyền tín hiệu video bằng cáp quang phải sử dụng mã truyền thích hợp.
Để phát hiện đƣợc lỗi truyền ngƣời ta sử dụng thêm các bít kiểm tra chẵn. Mã sửa
sai thực tế khơng sử dụng trong cáp quang vì độ suy giảm đƣờng truyền nhỏ hơn
20dB, lỗi xuất hiện nhỏ và có thể bỏ qua đƣợc.
1.5.3. Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh
Truyền tin qua vệ tinh có thể xem nhƣ một bƣớc phát triển nhảy vọt của
thông tin vô tuyến chuyển tiếp. Thơng tin vệ tinh đặc biệt có ƣu điểm trong các
trƣờng hợp:

- Cự ly liên lạc lớn.
- Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng nhƣ phạm vi toàn cầu.
- Liên lạc đến các trạm di động trên phạm vi rộng (tàu viễn dƣơng, máy bay,
các đoàn thám hiểm,…).
Kênh vệ tinh khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tần
rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuếch đại cơng suất của các Transponder làm
việc gần nhƣ bão hồ trong các điều kiện phi tuyến. Do đó sử dụng điều chế QPSK
là tối ƣu. Các hệ thống truyền qua vệ tinh thƣờng công tác ở dải tần số cỡ GHz.
Ví dụ : Băng Ku :

Đƣờng lên : 14 - 15GHz
Đƣờng xuống : 11.7 – 12.5 GHz

1.5.4. Phát sóng truyền hình số trên mặt đất
Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất sử dụng phƣơng pháp điều chế

COFDM (ghép kênh tần số trực giao có mã), là hệ thống có khả năng chống nhiễu
cao và khắc phục đƣợc hiệu ứng bóng ma, cho phép bảo vệ phát sóng số trƣớc ảnh
hƣởng của can nhiễu và các kênh lân cận, hoạt động theo nguyên tắc điều chế dòng
dữ liệu bằng nhiều sóng mang trực giao với nhau. Do đó, mỗi sóng mang điều chế
với một dịng số liệu. Các tín hiệu số liệu đƣợc điều chế M-QAM.
10


1.6. Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới [2]
Đầu năm 1999, các hệ thống ATSC và DVB đã đƣợc ITU chấp nhận làm các
tiêu chuẩn quốc tế về phát sóng truyền hình số trên mặt đất (DTTB) và phát hành
các khuyến cáo ITU-R.Rec của nhóm nghiên cứu SG10&11. Hiện nay, trên thế giới
có 3 tiêu chuẩn về truyền hình số. Châu Âu, Australia, New Zealand,.... đã chấp
nhận DVB-T, còn Hàn Quốc, Đài loan, Canada và Mỹ... chọn ATSC, Nhật bản và
một số nƣớc khác chọn tiêu chuẩn ISDB-T.

Hình 1.5. Bản đồ phân bố các nƣớc trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số
1.6.1. Tiêu chuẩn ATSC


Đặc điểm chung :
Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tƣơng thích với mơ hình OSI 7 lớp của

các mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tƣơng thích với các ứng dụng khác cùng
lớp. ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ.
Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chƣơng trình,
chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tƣơng thích với dạng thức ATM.
Tốc độ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh
truyền hình chuẩn đa chƣơng trình. Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền
hình phân giải cao (HDTV) và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV). Đặc tính truyền tải

và nén dữ liệu của ATSC là theo MPEG-2. ATSC có một số đặc điểm nhƣ sau:
11