Giáo trình Kỹ thuật truyền hình - Chương 6: Truyền hình số
64
Chương 6
TRUYỀN HÌNH SỐ
6.1 Khái niệm chung về truyền hình số
Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, PAL, SECAM là các
hệ thống truyền hình tương tự. Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian. Tín
hiệu truyền hình tương tự (từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín
hiệu đều chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và
từ bên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh.
6.1.1 Đặc điểm của truyền hình số
Để khắc phục những hiện tượng này người ta mã hóa tín hiệu hình ở dạng số
để xử lý. Truyền hình số có những ưu điểm sau:
+ Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền
hình) mà tỉ số S N không giảm (biến đổi chất lượng cao). Trong truyền hình tương tự
thì việc này gây ra méo tích lũy(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 tùy 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, dể 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
thuờng 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 truyền 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 2 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 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 phương tiện thông tin cá
nhân.
Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm:
+Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống
truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.
65
+ 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).
6.1.2 Hiện trạng về truyền hình số
Số hóa toàn bộ hệ thống truyền hình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang
dạng số từ Camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hình.Việc
số hóa hệ thống truyền hình hiện nay (NTSC, PAL, SECAM) chủ yếu là ở khâu phân
tích ảnh cho đến đầu vào của máy phát hình (thiết bị Studio) một phần công đoạn
trong máy phát hình (điều chế, xử lý tín hiệu) một phần lớn công đoạn trong máy thu
hình. Trong thực tế số hóa hoàn toàn cả hệ thống truyền hình là một điều hết sức khó
khăn mà chỉ thực hiện số hóa một số khâu quan trọng mà thôi vì truyền hình tương tự
còn rất phổ biến, đồìng thời phương tiện kỹ thuật, trang thiết bị còn rất mới mẽ và đắt
tiền.
+ Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số
T.hiệu
hình
t.tự vào
Mã hóa tín
hiệu hình
Mã hóa
kênh
Biến đổi
tín hiệu
Kênh
truyền hình
T.hiệu
Video
t.tự ra
Giải mã tín
hiệu hình
Giải mã
kênh
Biến đổi
tín hiệu
Hình 6.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số
6.2 Cơ sở biến đổi tín hiệu truyền hình
6.2.1 Biến đổi tín hiệu Video
Biến đổi tín hiệu Video tương tự thành Video số là biến đổi thuận, còn biến
đổi tín hiệu Video số thành tương tự là biến đổi ngược. Trong hệ thống truyền hình
số có rất nhiều bộ biến đổi thuận và ngược.
Khi biến đổi tín hiệu Video màu tương tự thành tín hiệu Video màu số ta có
thể dùng 2 phương pháp sau:
Phương pháp 1:
Biến đổi trực tiếp tín hiệu màu tổng hợp NTSC, PAL, SECAM ra tín hiệu số
Phương pháp 2:
Biến đổi riêng từng tín hiệu thành phần (tín hiệu chói Y, tín hiệu số R-Y và B-
Y hoặc các tín hiệu màu cơ bản R, G, B) ra tín hiệu số và tryuền đồng thời theo thời
gian hoặc ghép kênh theo thời gian.
Phương pháp 2 Biến đổi riêng các tín hiệu thành phần (của tín hiệu màu)
thành tín hiệu sô sẽ làm tốc độ bit tăng cao hơn so với việc biến đổi tín hiệu màu
Video tổng hợp. Cách này có ưu điểm là không phụ thuộc các hệ thống truyền hình
tương tự, thuận tiện cho việc trao đổi các chương trình truyền hình. Cũng có thể giảm
tốc độ bit nếu sử dụng mã thích hợp. Do mã riêng các thành phần tín hiệu màu, nên
có thể khử được nhiễu qua lại (nhiễu của tín hiệu lấy mẫu với các hài của tải tần
màu).
66
Vì những nguyên nhân trên cho nên cách biến đổi số các tín hiệu thành phần
(của tín hiệu Video màu tổng hợp) ưu việt hơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu Video
màu tổng hợp. Do đó, tổ chức truyền thanh truyền hình quốc tế khuyến cáo nên dùng
loại này cho trung tâm truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sóng và ghi hình.
6.2.2 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.
a. Lấy mẫu tín hiệu Video : Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta phải
chọn tần số lấy mẫu thoả mãn công thức Kachenhicop sa 2max (max = 5,5MHz đối
với hệ PAL) nghĩa là sa 11MHz.
Trường hợp sa < 2max sẽ xảy ra hiện thượng chồng phổ làm xuất hiện các
thành phần phụ (alias components) 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 sa tối ưu sẽ khác nhau cho các trường hợp: tín hiệu chói (trắng đen), tín
hiệu màu cơ bản (R, G, B). các tín 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.
Trong trường hợp lấïy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp phải chú ý đến tần số
sóng mang phụ sc, khi chọn sa có thể xuất hiện các trường hợp sau đây:
+ sa gấp nhiều lần sc, ví dụ sa = 3sc hoặc 4sc (hệ PAL, NTSC chỉ dùng một
tần số sc). Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ màu nên không dùng được một tần
số sa cho các tín hiệu hiệu số màu.
+sa không có quan hệ trực tiếp với sc. Trong trường hợp này ngoài các thành
phần tín hiệu có ích sẽ xuất hiện các thành phần tín hiệu phụ do liên hợp giữa sa và
sc hoặc hài của sc trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt thành phần tín hiệu (sa -
2sc) sẽ gây méo tín hiệu Video (tương tự) được khôi phục lại gọi là méo điều chế
chéo (Intermodulation). Méo này sẽ không xuất hiện trong trường hợp lấy mẫu và mã
hóa riêng tín hiệu chói và các tín hiệu số màu. Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu
Video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL thường thì người ta chọn bằng hài bậc 3 tần
số tải màu sc :
sa =3sc.
saPAL = 13,3 MHz > 2maxPAL = 2x5=10MHz hoặc 2x5,5=11MHz.
saNTSC = 10,7 MHz > 2maxNTSC = 2x4,2=8,4MHz.
Nếu chọn sa= 4sc thì cho chất lượng khôi phục rất tốt. Tuy nhiên, nó sẽ làm
tăng tốc độ bit tín hiệu số
+ Nếu tín hiệu truyền đi từng thành phần chất lượng hình ảnh thu được đảm
bảo tốt hơn do ảnh hưởng của sóng mang phụ khi lấy mẫu không có.
+ Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói saY 2maxY và bằng bội số của tần số
dòng.
+ Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu sa(R-Y)(B-Y) 2max (R-Y)(B-Y) và bằng bội số
của tần số dòng.
Kết hợp điều này với thực tế người ta chọn:
67
saY= 13,5 MHz
sa(R-Y)(B-Y)= sc= 6,75MHz cho cả 2 tiêu chuẩn: 625 50 và 525 60.
Tuy nhiên, sự lựa chọn sa theo định lý Kachenhicop thì chưa đủ mà phải thỏa
thêm các điều kiện sau:
- Tần số sa phải đồng bộ với tần số quét dòng fH.
- Tần số sa phải đồng bộ với tần số quét mành V.
- Tần số sa phải đồng bộ với tần số ảnh fP, fP= 2V.
6.2.3 Lượng tử hóa tín hiệu Video
Qúa trình lượng tử hóa tín hiệu rời rạc (sau khi lấy mẫu) bao gồm việc chia
biên độ thành nhiều mức (nhiều khoảng) và sắp xếp mỗi trị của mẫu bằng một mức.
Các khoảng chia (khoảng lượng tử) có thể đều nhau và cũng có thể không đều
nhau và ta gọi là lượng tử tuyến tính và lượng tử phi tuyến. Trong quá trình lượng tử
hóa biên độ của các mẫu nằm trong cùng một khoảng lượng tử (Q) sẽ có biên độ
bằng nhau, biên độ này có thể là nằm bậc trên hay nằm bậc dưới của mức lượng tử.
Mỗi bậc tương ứng với một mã số nhất định.
Nếu ta làm tròn với bậc trên của thang lượng tử thì gọi là lượng tử hóa trên
bậc. Nếu làm tròn với bậc dưới thì gọi là lượng tử hóa dưới bậc. Hai phương pháp
này gọi chung là lượng tử hóa có thang nửa bậc.
Nếu làm tròn với mức ở giữa khoảng lượng tử thì gọi là lượng tử hóa có
thang nửa bậc. Loại có thang nửa bậc cho độ chính xác cao hơn (sai số lượng tử nhỏ
hơn) so với lượng tử hóa không có thang nửa bậc. Tuy nhiên nó có nhược điểm là
nhiễu kênh trống.
6.2.4 Mã hóa tín hiệu Video
Mã hóa tín hiệu Video là biến đổi tín hiệu đã lượng tử hóa thành tín hiệu số
bằng cách sắp xếp số nhị phân cho các mức lượng tử hóa và ánh xạ của các mức này
thành tín hiệu có 2 mức logic “0” và “1”.
Theo lý thuyết và thực nghiệm ta có thể dùng mã 8 bit (tức 28 =256 mức
lượng tử) để mã hóa tín hiệu Video. Nếu số bit tăng độ chính xác của bộ chuyển đổi
tăng nhưng tốc độ bit tăng đòi hỏi kênh truyền rộng đồng thời đáp ứng của bộ chuyển
đổi thấp.
Các mã sử dụng trong truyền hình số có thể được chia thành 4 nhóm như sau:
+ Các mã để mã hoá tín hiệu truyền hình
+ Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin
+ Các mã thuận tiện cho việc giải mã và đồng bộ ở bên thu
+ Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống
truyền hình số
Mã sơ cấp để tạo tín hiệu số ở trung tâm truyền hình, có dạng tín hiệu nhị
phân liên tục, các bit 0 và 1 có thể được biểu diễn bằng các phương pháp khác nhau,
được phân biệt bằng thời gian tồn tại, cực tính, mức pha… chẳng hạn NRZ, RZ,
Biphase (hai pha)…
Mã sơ cấp là mã cơ sở để hình thành mã bảo vệ. Mã bảo vệ dùng để tăng
cường khả năng chịu đựng nhiễu cho tín hiệu truyền trong kênh thông tin.
Tùy theo cách sắp xếp số nhị phân mà ta có các loại PCM (Pulse Code
Modulation:Điều chế xung mã) tuyến tính hay DPCM (Diffirent PCM: PCM vi sai).
PCM tuyến tính truyền số mức lượng tử (mã nhị phân) còn DPCM truyền tín hiệu số
bằng liên hợp các gía trị lượng tử của một vài mẫu.
68
Phương pháp điều chế PCM tuyến tính 8 bit cho kết quả hình ảnh thu được rất
tốt. Các hiện tương méo lượng tử giảm đáng kể. Do vậy đối với các hình ảnh yêu cầu
chất lượng cao người ta thường dùng loại này (Studio) nhưng nó có nhược điểm là
tốc độ bit lớn, kênh truyền phải có băng tần rộng.
Tần số lấy mẫu của của tín hiệu Video màu tổng hợp là 13,5MHz. Với mã hóa
riêng từng thành phần tín hiệu chói có tần số lấy mẫu là 13,5MHz và các tín hiệu
màu có tần số lấy mẫu là 6,75MHz
Gọi C là tốc độ bit đơn vị là b s.
Ta có C = sa.m
Vậy CVID tổnghợp = 13,5.8 = 108 Mb s
CTPC = 13,5.8 = 108 Mb s (TPC: thành phần các tín hiệu chói)
CTPM = 6,75.8= 54 Mb s (TPM: thành phần các tín hiệu màu)
C= (108 + 2.54) = 216Mb s
Độ rộng băng tần của kênh truyền phải là: W 3C 4
WVID tổng hợp 108.3 4= 81MHz
Wcác thtp 216.3/4 = 162 MHz (thtp: tín hiệu thành phần)
Ta thấy băng tần của kênh truyền rất lớn so với kênh truyền của tín hiệu tương
tự (6,5MHz). Muốn truyền đi xa đối với tín hiệu truyền hình số người ta phải giảm
tốc độ bit.
6.3 Giảm tốc độ bit trong truyền hình
Nếu sử dụng dụng PCM tuyến tính để biến đổi số tín hiệu Video tương tự thì
tốc độ bit sẽ tăng rất cao và do đó thiết bị Video số cũng như thiết bị truyền dẫn số
cần phải có dải thông rất lớn so với trương hợp tín hiệu Video tương tự.
Trong truyền hình số người ta thường lấy tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói và
tần số lấy mẫu tín hiệu các tín hiệu số màu để đánh giá chất lượng hình ảnh.
sY
4
4
4
2
: sc:R-Y : sc:B-Y
:
:
:
:
4
2
1
1
:
:
:
:
4 chất lượng cao nhất
2 chất lượng cao
1 chất lương trung bình
1 (dùng cho thoại truyền hình )
Việc giảm tốc độ bit dựa vào các yếu tố sau:
+ Nguồn tín hiệu Video được xem như nguồn có nhớ. Các thông tin được
truyền trên 2 dòng kề nhau chỉ khác nhau rất ít và được xem là giống nhau. Nó cũng
đúng cho cả hai mành (nửa ảnh) và 2 ảnh kề nhau. Hay nói cách khác : Một số thông
tin nhất định trong tín hiệu Video có thể được khôi phục lại ở đầu thu mà không cần
truyền đi nó.
+ Dựa vào những đặc điểm sinh lý của mắt người : độ nhạy của mắt, các đặc
điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lưu ảnh của võng mạc nên
không cần truyền đi toàn bộ thông tin chứa trong các dòng và các mành hoặc các ảnh
liên tục, các tín hiệu không truyền đi đó gọi là tín hiệu dư thừa (Redundanced Video
Signal)
+ Để giảm tốc độ bit truyền hình số còn thực hiện chọn mã thích hợp có thể
thực hiện theo các nhóm sau:
+ DPCM: PCM phi tuyến, PCM có dự báo, PCM vi sai.
+ Mã chuyển vị (chuyển đổi).
+ Mã nội suy và ngoại suy.
69
Trong đó: PCM đòi hỏi tốc độ bit cao. DPCM sử dụng đặc trưng thống kê ảnh
và tín hiệu Video và cũng như đặc điểm của mắt người cho phép làm giảm tốc độ bit
nên trong truyền hình số người ta thường dùng phương pháp điều chế xung mã vi sai
hơn cả.
6.4 Số hóa tín hiệu ở Studio
6.4.1. Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Camera
ADC
ADC
Đường truyền
Telecine
Trộn
số
B.đổi
mã
Tổg hợp
ảnh
VTR
T.hiệu
đồng bộ
Xung đồng hồ
và lấy mẫu
B.đổi
mã
VTR
Đường truyền
Đ.bộ
Đ.bộ
Hình 6.2 Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Mục đích : Số hóa toàn bộ khâu sản xuất chương trình truyền hình. Các tín
hiệu Video (ra từ Camera, Telecine...) qua bộ biến đổi DAC để chuyển sang dạng số,
đến thiết bị trộn. Tín hiệu ra từ thiết bị trộn có thể được ghi hình VTR số, hoặc
truyền dẫn đến các Studio khác hoặc máy phát. Thiết bị đồng bộ tạo tín hiệu đồng
bộ,các tín hiệu đồng hồ và xung lấy mẫu cho các thiết bị số.
6.4.2. Các tín hiệu số ở Studio
Tiêu chuẩn NTSC : 525/60, Max = 4,2MHz ; H = 15750Hz ; TH= 63,555s
Tiêu chuẩn PAL : 625/50, Max= 5,5MHz ; H= 15625Hz ; TH= 64s
Tín hiệu Video trong Studio bao gồm :
Tín hiệu chói Y với fS/Y = 13,5MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
Tín hiệu hiệu số màu C : fS/C = 6,75 MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit /1 pixel
Tín hiệu số được tạo theo 3 cách :
+ Nối tiếp, ghép kênh theo thời gian thành một dòng : tốc độ bit 216Mb/s, môt
kênh truyền, băng tần cỡ 150 MHz, ưu điểm là chỉ có 1 mạch chuyển đổi.
+ Song song 3 tín hiệu (cho 1 kênh hình): tốc độ bit 108Mb/s, 54Mb/s,
54Mb/s; số kênh là 3 kênh hẹp; ưu điểm từng băng tần hẹp, nhược điểm là nhiều
đường truyền
+ Nối tiếp song song (ghép kênh theo thời gian và truyền song song) :kết hợp
giữa 2 cách trên.
6.4.3. Bộ nhớ ảnh số
Bộ nhớ ảnh số trong khâu xử lý tín hiệu số, cho phép tạo được nhiều hiệu ứng
đặc biệt.
Giả sử số mẫu trên 1 dòng là 720, số dòng là 625
Nên 1 ảnh có : 720625 = 450.000 mẫu (điểm ảnh trên 1 ảnh)
Mà 1 mẫu tương ứng với 8 bit nên dung lượng bộ nhớ 1 ảnh cần khoảng
81/2triệu 4Mbit
70
Hiện nay người ta sử dụng riêng bộ nhớ hình ảnh số cho từng tín hiệu
Y : dùng bộ nhớ 4Mbit
Có 2 phương pháp :
+ Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu (nguyên lý ghi dịch)
C : dùng bộ nhớ 2Mbit
Mạch
Xử
lý
vào
ra
H
H
T
H
T
T
Hình 6.3 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu
Bộ nhớ đồng thời đọc các mầu của tín hiệu Video trễ 1 khoảng thời gian :
1, 2, 3...điểm ảnh ( )
1, 2, 3...dòng hình (H)
1, 2, 3...mành (T)
tập hợp các mẫu này có thể được dùng để hạn chế
độ dư thừa thông tin trong tín hiệu Video
+ Bộ nhớ theo nguyên tắc ghi đọc tùy ý
Bộ nhớ
Vào (Video số)
ra (Video số)
Tạo địa chỉ ghi
Tạo địa chỉ đọc
Xung chuẩn
Điều khiển
Hình 6.4 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc ghi đọc tuỳ ý
Tín hiệu Video số được ghi vào bộ nhớ theo địa chỉ nhờ mạch điều khiển
(theo xung nhịp đồng hồ, đồng bộ với tín hiệu ghi)
Việc đọc ra được điều khiển bằng bộ tạo địa chỉ, đọc theo phương pháp dịch
chuyển (nhờ mạch điều khiển theo xung nhịp đồng hồ đồng bộ với tín hiệu chuẩn)
Bộ nhớ này được dùng nhiều trong xử lý tín hiệu Video, tạo hiệu ứng đặc biệt,
sửa lỗi thời gian, biến đổi tiêu chuẩn truyền hình, giảm nhiễu đồng bộ ảnh...
71
6.5 Các hệ thống truyền hình số quảng bá
Truyền hình quảng bá là truyền hình số kết hợp với công nghệ nén số cho ưu
điểm nổi bật là tiết kiệm được bộ nhớ và tiết kiệm kênh truyền. Một kênh truyền hình
quảng bá truyền thống khi truyền tín hiệu truyền hình số có thể truyền trên 6 chương
trình và mỗi chương trình có thể kèm theo 2 đến 4 đường tiếng. Ứng dụng kỹ thuật
truyền hình số có nén có thể truyền một chương trình truyền hình độ phân giải cao
HDTV trên một kênh thông thường có băng thông (6-8)MHz, điều mà kỹ thuật tương
tự không thể giải quyết được.
Truyền hình số có nén được sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lượng khác
nhau. Từ SDTV có chất lượng tiêu chuẩn đến HDTV có chất lượng cao với tốc độ bít
từ 5-24Mb/s, được truyền dẫn và phát sóng qua cáp, qua vệ tinh và trên mặt đất. Có
rất nhiều tiêu chuẩn nén dùng cho truyền hình số: MPEG-1, 2, 3, 4, 7…(Moving
Picture Experts Group).
Việc phát chương trình quảng bá truyền hình số (digital video broadcasting
DVB) chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG – 2, nó có phương thức sửa mã sai; căn
cứ vào các chương trình multimedia, sẽ chọn lựa các phương thức điều chế tương
ứng và biên mã của các đường thông tin.
Hiện nay có ba tiêu chuẩn truyền hình số có nén dùng trong truyền dẫn và phát
sóng là DVB (châu Âu), ATSC (Mỹ), ISDB-T (Nhật), trong đó DVB tỏ ra có nhiều
ưu điểm và có khoảng 84% số nước trên thế giới, trong đó có VN lựa chọn sử dụng.
Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB được mô tả như hình vẽ dưới đây:
Dòng chg
trình 1
Truyền đa
chương trình
Mã hoá đầu
cuối cáp
Điều chế
QAM
Đến mạng
cáp
Dòng chg
trình 2
Ghép
kênh
chương
trình
Truyền đa
chương trình
Mã hoá
kênh
Điều chế
QPSK
Đến vệ
tinh
Dòng chg
trình n
Đến máy
phát sóng
trạm mặt
đất
Truyền đa
chương trình
Mã hoá
kênh
Điều chế
COFDM
Truy cập có
điều kiện
Hình 6.5 Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB
Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền hình số DVB, do các sự
truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đã được tổ
chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền hình số
vệ tinh DVB–S (Satellite); hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB–C
(Cable); hệ thống quảng bá truyền hình số trên trái đất DVB–T (Terrestrial); hệ thống
quảng bá truyền hình số vi ba DVB–M (Microwave); hệ thống quảng bá truyền hình
số theo mạng tương tác DVB–I (Interact); hệ thống truyền hình số hệ thống cộng
đồng DVB–CS (Community System),v.v .
72
6.5.1 Hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C
Đặc điểm chung:
DVB-C: Hệ thống truyền dẫn qua cáp sử dụng độ rộng kênh truyền 7-8MHz,
điều chế QAM với 64 trạng thái (64-QAM), tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền
MPEG-2 là 38,1Mb/s.
Trong mạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu hình ảnh được truyền tải trên
đường dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc
DVB đã qui định sử dụng các phương thức điều chế QAM, căn cứ vào trạng thái môi
trường truyền tải có thể sử dụng các tốc độ điều chế khác nhau như 16-QAM; 128-
QAM; 256-QAM .
Tín hiệu
từ vệ tinh
Máy thu
Bộ giải
vệ tinh số
điều chế số
Bộ trộn
Tín hiệu
từ vệ tinh
Mạng hữu
tuyến
Máy thu
vệ tinh số
Bộ giải
điều chế số
Máy
phát
Tín hiệu
từ vệ tinh
Máy thu
vệ tinh số
Bộ giải
điều chế số
Hình 6.6 sơ đồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến
Hình 6.6 là sơ đồ của hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến . Nếu tín
hiệu truyền hình lấy nguồn từ vệ tinh thì cần một máy thu vệ tinh số IRD (Integrated
Receiver Coder) để thu các chương trình khác nhau và chuyển đổi thành dòng dữ
liệu MPEG-2, đối với tín hiệu thị tần – âm tần AV thì cần bộ giải nén biên mã số để
giải mã tín hiệu, tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2. Nguồn tín hiệu khác nhau sẽ tạo ra
dòng dữ liệu MPEG-2 ở bộ trộn nhiều đường số để tiến hành trộn và thu được dòng
tín hiệu có tốc độ cao hơn . Sau đó tín hiệu này đưa vào bộ điều chế QAM, bộ biến
tần để đạt được dải tần cần thiết cho mạng truyền hình hữu tuyến.
6.5.2 Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB–S
Đặc điểm chung:
DVB-S: Hệ thống truyền dẫn qua vệ tinh DVB-S có các đặc trưng như sau: Sử
dụng băng tần băng C và KU, điều chế số QPSK, tối ưu hoá cho từng tải riêng cho
từng bộ phát đáp (Transponder: thiết bị thu phát trên vệ tinh) và công suất hiệu dụng,
tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1Mb/s.
Bộ mã hóa
Bộ
trộn
nhiều
đường
Bộ
điều
chế
Bộ
đổi
tần
lên
Phát lên
vệ tinh
Bộ mã hóa
QPSK
Bộ mã hóa
MPEG
Hình 6.7 Sơ đồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh
73
Nguyên lí quảng bá truyền hình số vệ tinh trình bày ở hình 6.7. Thông tin âm
tần và thị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén biên mã số MPEG 2
(ENC) tiến hành việc nén biên mã , tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200Mb/s
được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG-2 bị nén nhiều đường sẽ được đưa
vào bộ trộn nhiều đường số tiến hành việc trộn, ở ngõ ra sẽ nhận được dòng mã
MPEG-2 có tốc độ càng cao hơn. Căn cứ vào yêu cầu, các chương trình truyền hình
cần truyền tải sẽ được thực hiện việc mã hóa, sau đó dòng số liệu MPEG-2 được đưa
vào bộ điều chế số QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSK được điều
chế tới trung tần IF, đạt tới tần số vi ba cần thiết của dải sóng C hoặc KU, thông qua
anten phát tiến hành phát xạ lên truyền hình vệ tinh.
Sơ đồ khối của hệ thống thu truyền hình số vệ tinh như hình 6.8. Tín hiệu vệ
tinh qua bộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD (integrated receiver coder ) sẽ tiến
hành việc giải điều chế QPSK, giải mã đưa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng
đầu nối thu CATV ở trước thì mạng truyền hình hữu tuyến có thể được chia thành
phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số.
Trong phương thức truyền tải tương tự thì số đường truyền đạt và số lượng
máy thu bằng nhau, do tín hiệu đầu ra của máy thu vệ tinh số IRD là AV cho nên cần
phải dùng các bộ điều chế tương tự với các kênh tần khác nhau để truyền tải tín hiệu
tới hộ dùng.
Tín hiệu từ vệ
tinh
A
Bộ
biến
tần
Máy
thu vệ
tinh số
Tivi
thông
thường
V
Hình 6.8 Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số
6.5.3 Hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất DVB –T
Đặc điểm chung:
DVB-T: Hệ thống phát sóng số trên mặt đất DVB-T sử dụng độ rộng kênh 7-
8MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24Mb/s. Người ta sử dụng
phương pháp điều chế số mã hoá ghép kênh theo tần số trực giao COFDM do sự
truyền tải của hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất tương đối đặc biệt, có
hiện tượng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng.
Tín hiệu từ
Máy thu
vệ tinh số
vệ tinh
Bộ trộn nhiều đường
Tín hiệu từ
vệ tinh
Máy thu
vệ tinh số
Bộ điều chế số
Bộ nâng tần
VHF UHF
Bộ mã hóa
MPEG - 2
A
V
Bộ mã hóa
MPEG - 2
A
V
Hình 6.9 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T
10 trang
24280
Free
Bạn đang xem tài liệu "Giáo trình Kỹ thuật truyền hình - Chương 6: Truyền hình số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_ky_thuat_truyen_hinh_chuong_6_truyen_hinh_so.doc
