Thông tin tài liệu
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
Luận văn
Công nghệ truyền hình số
1
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
LỜI NÓI ĐẦU
Trong xã hội hiện đại thì thông tin, tri thức chính là những nhân tố quan
trọng nhất trong đời sống kinh tế xã hội của từng quốc gia nói riêng và toàn thế
giới nói chung. Chính vì thế nên mỗi nước đều dành một sự đầu tư thích đáng cho
nghiên cứu và phát triển công nghệ để làm đòn bẩy cho sự phát triển của các
nghành kinh tế quốc dân khác. Ngay từ khi mới ra đời truyền hình đã chứng tỏ là
một phương tiện thông tin đại chúng rất quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội.
Nó không chỉ là một công cụ thông tin phổ biến kiến thức, giải trí đơn thuần mà đã
trở thành phương tiện không thể thiếu trong mỗi gia đình. Truyền hình cung cấp tin
tức về các sự kiện chính trị, văn hoá thể thao, thông tin kinh tế xã hội…từ khắp nơi
trên thế giới đến từng cá nhân, từng giờ, từng phút. Truyền hình là cầu nối quan
trọng giữa con người với thế giới bên ngoài.
Cùng với sự ra đời của kỹ thuật số thì công nghệ truyền hình đã có một sự
phát triển nhảy vọt về chất bằng việc số hoá tín hiệu truyền hình. Công nghệ truyền
hình số ra đời có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự như : tính
chống nhiễu cao, chất lượng âm thanh, hình ảnh tốt và đồng đều, dàn dựng được
nhiều kỹ xảo phức tạp mà truyền hình tương tự không thể thực hiện được, có thể
ghi nhiều hay lưu trữ trong thời gian dài không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình
ảnh. Bên cạnh đó là sự phát triển của nghành công nghệ điện tử tin học nói chung
cũng là một sự hỗ trợ đắc lực để truyền hình ngày càng hoàn thiện hơn, phục vụ tốt
hơn cho nhu cầu ngày cang cao của con người trong xã hội hiện đại. Có thể nói
truyền hình số là tương lai của công nghệ truyền hình.
2
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1 CHƯƠNG I : TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ
TRÊN CON ĐƯỜNG CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mới mà tất cả các thiết bị
kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong
đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì
được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói
trên (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân
(dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự_số.
1.1. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình.
Trong quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình, có một số vấn đề chủ yếu được
đặt ra:
1.1.1. 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 lượng của kỹ thuật số hoá tín hiệu truyền hình. Nó phản ánh độ sáng, tối ,
màu sắc của hình ảnh được ghi nhận và chuyển đổi. Về nguyên tắc, độ dài của từ
mã nhị phân càng lớn thì quá trình biến đổi càng chất lượng, nó được xem như độ
phân giải của quá trình số hoá.
Tuy nhiên, độ phân giải đó cũng chỉ đến một giới hạn nhất định là đủ thoả
mãn khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện nay cũng như khả năng phân biệt của mắt
người xem. Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bít.
1.1.2. Lựa chọn tần số lấy mẫu .
Giá trị tần số lấy mẫu đương nhiên phản ánh độ phân tích của hình ảnh số.
Nhưng mục đích của sự lựa chọn là tìm được một số giá trị tối ưu giữa một bên là
chất lượng và một bên là tính kinh tế của thiết bị. Tần số lấy mẫu cần được xác
định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao, tín hiệu truyền với tốc độ bít
nhỏ và mạch thực hiện đơn giản.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn tần số và tỉ lệ giữa tần số lấy
mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu (trong biến đổi tín hiệu video
thành phần).
Tần số lấy mẫu tín hiệu truyền hình phụ thuộc hệ thống truyền hình màu. Nếu
lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp, nhất thiết tần số lấy mẫu phải là một bội số của
tần số sóng mang màu. Thông thường: f
sa
= 3÷4 f
sc
Với : f
sa
: Tần số lấy mẫu
3
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
f
sc
: Tần số sóng mang màu
Nếu không thoả mãn điều này, sẽ xuất hiện thêm các thành phần tín hiệu phụ
do liên hợp giữa f
sa
và f
sc
hoặc hài của f
sc
trong phổ tín hiệu lấy mẫu, đặc biệt thành
phần tín hiệu (f
sa
- 2f
sc
) sẽ gây méo tín hiệu video tượng tự được khôi phục lại từ
tín hiệu số. Loại méo này được 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, khái niệm tần số lấy mẫu là bội số
nguyên lần tần số sóng mang màu là không cần thiết.
Có thể chọn tần số lấy mẫu cho tín hiệu tổng hợp như sau:
f
sa
= 3f
sc
f
sa
= 4f
sc
PAL 13,3 MHz 17,7 MHz
NTSC 10,7 MHz 14,3 MHz
Theo các nghiên cứu cho thấy, sẽ có rất nhiều lợi ích nếu chọn tần số lấy mẫu
là số nguyên lần tần số dòng: f
sa
= nf
H
.
Với tần số dòng của các hệ truyền hình hiện nay :
* Tiêu chuẩn 625/50: f
H
= 15625 MHz.
* Tiêu chuẩn 525/60: f
H
= 15734,25 MHz.
thì tần số f = 13,5 MHz là tần số duy nhất là bội số chung của tần số dòng
cho cả hai hệ truyền hình.
13,5 MHZ = 864 x f
H
đối với 625 dòng.
= 858 x f
H
đối với 525 dòng.
Một điều vô cùng may mắn là : theo nghiên cứu của các tổ chức quốc tế, khi
tần số lấy mẫu tới gần phạm vi 13 MHz, chất lượng ảnh khôi phục sẽ rất tốt, nếu
tần số lấy mẫu giảm nhỏ hơn 13 MHz, chất lượng ảnh giảm đi rõ rệt.
Bởi vậy, tần số lấy mẫu f
sa
= 13,5 MHz là tần số được các tổ chức quốc tế
thừa nhận hiện nay.
Về tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu,
có một số tiêu chuẩn như sau:
4
Bảng I.1.1: Tần số lấy mẫu tín hiệu Video
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
Y C
R
C
B
14 7 7
12 6 6
4 4 4
4 2 2
4 2 0
4 1 1
2 1 1
Hai tổ hợp đầu không được sử dụng vì không có sự liên hệ với tần số dòng.
Dạng thức được sử dụng phổ biến nhất là 4:2:2. Có nghĩa là tần số lấy mẫu tín hiệu
chói gấp hai lần tần số lấy mẫu các tín hiệu hiệu màu.
Trong tiêu chuẩn truyền hình số quốc tế Rec_601 do tổ chức ITU_R qui 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 hình rộng với tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 18 MHz.
1.1.3. Lựa chọn cấu trúc mẫu.
Nếu coi hình ảnh số là tập hợp của các con số thì việc sắp xếp, bố trí chúng
theo một quy luật nào là có lợi nhất. Mục đích của vấn đề là giảm tối thiểu các hiện
tượng viền, bóng, nâng cao độ phân tích của hình ảnh.
Việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào
tọa độ các điểm lấy mẫu . Vị trí các điểm lấy mẫu hay còn gọi là cấu trúc mẫu
được xác định theo thời gian, trên các dòng và các mành. Tần số lấy mẫu phù hợp
với cấu trúc mẫu sẽ cho phép khôi 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 được sử dụng cho cấu trúc lấy
mẫu tín hiệu video . Đó là:
♦ Cấu trúc trực giao:
Đối với cấu trúc trực giao, các mẫu trên các dòng kề nhau được sắp xếp thẳng
hàng theo chiều đứng. Cấu trúc này là cố định theo mành và ảnh, tần số lấy mẫu
thoả mãn tiêu chuẩn Nyquish nên cần sử dụng tốc độ bít rất lớn.
5
Bảng I.1.2: Tỉ lệ lấy mẫu tín hiệu chói
v tín hià ệu m uà
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
Với các tỉ lệ lấy mẫu 4:2:2 và 4:2:0, vị trí các điểm lấy mẫu cho trên hình vẽ sau:
Đối với tiêu chuẩn 4:2:2 , trên một dòng tích cực:
∗ Điểm đầu lấy mẫu toàn bộ 3 tín hiệu : tín hiệu chói và hai tín hiệu
hiệu màu.
6
Dòng 1, m nh 1à
Dòng 2, m nh 1à
Dòng 1, m nh 2à
Dòng 2, m nh 2à
Hình I.1.1: Cấu trúc lấy mẫu trực giao
Hình I.1.2: Vị trí các điểm lấy mẫu theo hai tiêu
chuẩn 4:2:2 v 4:2:0à
Lấy mẫu tín hiệu chói
Lấy mẫu tín hiệu G-Y
Lấy mẫu tín hiệu B-Y
Lấy mẫu 4: 2: 2 Lấy mẫu 4: 2: 0
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
∗ Điểm tiếp theo lấy mẫu tín hiệu chói, không lấy mẫu hai tín hiệu
hiệu màu. Khi giải mã, màu được nội suy từ điểm ảnh trước.
♦ Cấu trúc quincux mành.
Đối với cấu trúc quincux mành, các mẫu trên các dòng kề nhau thuộc một
mành xếp thẳng hàng theo chiều đứng. Các mẫu trên các mành khác nhau lệch
nhau một nửa chu kỳ lấy mẫu. Với việc sắp xếp thẳng hàng các mẫu cho phép
giảm tần số lấy mẫu theo dòng của mành thứ nhất. Song phổ tần cấu trúc của mành
thứ hai có thể bị lồng phổ của phổ tần cơ bản, đây là nguyên nhân gây méo chi tiết
ảnh.
♦ Cấu trúc quincux dòng.
Đối với cấu trúc quincux dòng, các mẫu trên các dòng kề nhau của một mành
sẽ lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu. Các mẫu trên các dòng tương ứng của hai mành
cũng lệch nhau nửa chu kỳ lấy mẫu .
1.1.4. Lựa chọn tín hiệu số hoá.
Khi số hoá tín hiệu truyền hình, có hai phương thức:
7
Dòng 1, m nh 1à
Dòng 2, m nh 1à
Dòng 1, m nh 2à
Dòng 2, m nh 2à
Hình I.1.3: Cấu trúc lấy mẫu quincux m nhà
Dòng 1, m nh 1à
Dòng 2, m nh 1à
Dòng 1, m nh 2à
Dòng 2, m nh 2à
Hình I.1.4: Cấu trúc lấy mẫu quincux dòng
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
♦ Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp (Composite Signal).
Phương pháp biến đổi này cho ta dòng số có tốc độ bít thấp. Song tín hiệu
video số tổng hợp còn mang đầy đủ các khiếm khuyết của tín hiệu video tương tự,
nhất là hiện tượng can nhiễu chói-màu.
♦ Biến đổi riêng các tín hiệu video thành phần (Component Signal):
Các tín hiệu video thành phần là các tín hiệu chói, hiệu màu R-Y, hiệu màu B-
Y hoặc các tín hiệu màu cơ bản : R,G,B được đồng thời truyền theo thời gian hoặc
ghép kênh theo thời gian.
Phương pháp biến đổi tín hiệu video thành phần tuy cho tốc độ dòng bít lớn
hơn song đã khắc phục được các nhược điểm của tín hiệu số video tổng hợp. Mặt
khác, biến đổi tín hiệu video thành phần không còn phụ thuộc vào dạng hệ truyền
hình màu PAL, SECAM, NTSC nên tạo thuận lợi cho việc trao đổi các chương
trình truyền hình, tiến tới xây dựng một chuẩn chung về truyền hình số cho toàn
thế giới. Bởi vậy, các tổ chức truyền thanh, truyền hình quốc tế đều khuyến cáo sử
dụng hình thức biến đổi này.
1.2. Quá trình chuyển đổi công nghệ tương tự-số.
Chúng ta cố gắng chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tương tự sang truyền
hình số, quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên tắc chuyển đổi từng phần
và xen kẽ.
8
Cam
(analog)
Dựng
(analog)
Analog
Studio
(analog)
Cam
(digital)
Digital
Máy thu
(digital)
Dựng
(digital)
Studio
(digital)
Phát
Máy thu
(analog)
Máy thu
(analog)
Dựng
(A/D)
Dựng
(D/A)
Bộ chuyển
đổi
Hộp
Set_top
Thu
Hình I.1. 5: Quá trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tương tự
sang truyền hình số
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
Khái niệm từng phần và xen kẽ được hiểu là sự xuất hiện dần các camera số
gọn nhẹ, các studio số, các phòng phân phối phát sóng số tiến đến một dây truyền
sản xuất hoàn toàn số.
Mô hình trên cũng cho chúng ta thấy rằng: đến một giai đoạn nào đó, sẽ xuất
hiện tình trạng song song cùng tồn tại cả hai hệ thống công nghệ. Đó là thời kỳ bắt
đầu ra đời máy phát số đồng thời các máy thu hoàn toàn số và các hộp SETTOP là
các hộp chuyển đổi (từ số sang tương tự) dành cho các máy thu thông thường hiện
nay.
Lí do cho việc chuyển đổi từng phần và xen kẽ là do chi phí tài chính cũng
như phải bảo đảm duy trì sản xuất và phát sóng thường xuyên.
2 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
2.1. Đặc điểm của phát thanh, truyền hình số.
Ít bị tác động của nhiễu so với truyền hình tương tự.
Có khả năng nén lớn hơn với các tín hiệu truyền hình âm thanh và hình
ảnh.
Có khả năng áp dụng kỹ thuật sửa lỗi.
Do chỉ truyền đi các giá trị 0 và 1 nên các tín hiệu âm thanh, hình ảnh,
tín hiệu điều khiển, dữ liệu đều được xử lý giống nhau.
Có thể khoá mã dễ dàng.
Đòi hỏi công suất truyền dẫn thấp hơn.
Các kênh có thể định vị tương đối dễ dàng.
Các hệ thống điều chế được phát triển sao cho có khả năng chống được
hiện tượng bóng hình và sai pha.
Chất lượng dịch vụ giảm nhanh khi máy thu không nằm trong vùng
phục vụ.
Đòi hỏi tần số mới cho việc phát thanh, truyền hình quảng bá.
Người xem phải mua máy mới hoặc sử dụng bộ chuyển đổi SETTOP.
Những sự đầu tư mới được yêu cầu về các phương tiện tại các trạm
phát.
9
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
2.2. Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống phát thanh, truyền
hình số .
Sơ đồ khối của một hệ thống phát thanh, truyền hình số như sau:
Tín hiệu video , audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu này
có tốc độ bít rất lớn nên cần phải qua bộ nén để giảm tốc độ bít của chúng. Các
luồng tín hiệu này được đưa tới bộ ghép kênh (MUX) rồi đưa tới bộ điều chế và
phát đi.
Ở phía thu thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu thu sẽ được giải điều chế và
đưa tới bộ phân kênh (DEMUX). Tín hiệu từ bộ phân kênh được giải nén sau đó
được chuyển đổi số _tương tự.
10
Video Subsys
Encode and
Comp
Audio Subsys
Encode and
Comp
Data Subsys
Encode and
Comp
Hình I.2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số
MUX
Transport
Encode
(mã chập,
mã xoắn)
Modulation
Trasmitter
Channel
Coding
Video
Audio
Data
Video Subsys
Decode and
Exp
Audio Subsys
Decode and
Exp
Data Subsys
Decode and
Exp
DE_
MUX
Transport
Decode
Receiver
Channel
Decoding
Video
Audio
Data
[...]... liu ng b mnh u tiờn v ni tip bi 312 on d liu khỏc Sau ú n on d liu ng b mnh th 2 v 312 on d liu ca mnh sau 20 Multimedia Khoa in T Vin Thụng - HBKHN 828 biểu tr ng Đồng bộ mành số 1 312 đoạn dữ liệu Dữ liệu 46,8à s Đồng bộ mành số 2 Dữ liệu Hỡnh I.3.1: Khung d liu VSB 77,7à s Mi on d liu bao gm 4 biu trng dnh cho ng b on d liu v 828 biu trng d liu Mt gúi truyn ti MPEG - 2 cha 188 byte d liu v 20 byte... 512K Khối đầu vào VES4143X VES5453X DRAM Demultiplexer MPEG-2 VES2020 Decoder MPEG-2 Coder NTSC/PAL Miroprocessor điều khiển Các khối đầu ra Các phím điều khiển Giao điện bàn phím Điều khiển xa Đầu ra số HDTV Âm thanh L, R Máy thu đ/k xa Card thông minh Bộ điều chế TV Kênh cao tần 3/4 Đầu đọc card Y, C r,Cb NTSC/PAL UHF/VHF Hỡnh I.2.4: S khi mỏy thu (phn x lý tớn hiu) Tớn hiu t tuner c truyn n khi... trờn gii hn di di tn 3.1.2.1 Mỏy phỏt VSB S khi ca mt mỏy phỏt theo phng thc iu ch VSB cú dng nh sau Dữ liệu Ngẫu nhiên hoá dữ liệu Mã hoá Reed Solomon Tráo dữ liệu Mã hoá Trellis Anten Phách lên tần số cao Điều chế VSB Gửi tín hiệu pilot Ghép kênh Hỡnh I.3.2: S khi mỏy phỏt VSB 21 Đồng bộ Multimedia Khoa in T Vin Thụng - HBKHN Khi ngu nhiờn hoỏ d liu c thc hin bng mch hoc tuyt i v chui tớn hiu gi . nhảy vọt về chất bằng việc số hoá tín hiệu truyền hình. Công nghệ truyền
hình số ra đời có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự như : tính
chống. nói
truyền hình số là tương lai của công nghệ truyền hình.
2
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1
Ngày đăng: 18/02/2014, 15:30
Xem thêm: luận văn công nghệ truyền hình số, luận văn công nghệ truyền hình số, CHƯƠNG III: NÉN VIDEO THEO CHUẨN MPEG, 4 CHƯƠNG IV: NÉN TÍN HIỆU AUDIO