Chương 6

TRUYỀN HÌNH SỐ

6.1 Khái niệm chung về truyền hình số

Các h ệ 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 sóngđến khâu thu tín hiệuđều chịuảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài) làm giảm chất lượng hìnhảnh. 6.1.1Đặcđiểm của truyền hình số

Để khắc phục những hiện tượng này người ta mã hóa tín hiệu hìnhở dạng số để xử lý. Truyền hình số có nhữngưuđiểm sau:

+ Có th ể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà tỉ số S⁄ N không giảm (biếnđổi chất lượng cao). Trong truyền hình tương tự thì việc này gây ra méo tích lũy(mỗi khâu xử lýđều gây méo).

+ Thu ận lợi cho quá trình ghiđọc: có thể ghiđọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm. + Dễ sử dụng thiết bị tựđộng kiểm tra vàđiều khiển nhờ máy tính. + Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúcđơn giản và sauđó

đọ c nó với tốcđộ tùy ý. + Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa

l ỗi, chống lỗi, bảo vệ...). + Dễ tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, dođó dễ thực hiện việc chuyểnđổi hệ truyền hình,đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, dể thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình.

+ Các thi ết bị số làm việcổnđịnh, vận hành dễ dàng và không cầnđiều chỉnh các thiết bị trong khi khai thác.

+ Có kh ả năng xử lý nhiều lầnđồng thời một số tín hiệu (nhờ ghép kênh phân chia theo thời gian).

+ Có kh ả 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 truyềnđến máy thu theo nhiềuđường.Việc tránh nhiễuđồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảmđi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.

+ Ti ết kiệmđược phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có thể lênđến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biếtđược sự suy giảm chất lượng. Từđó có thể truyềnđược nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi truyền hình tương tự mỗi chương trình phảI dùng một kênh sóng riêng.

+ Có kh ả năng truyền hìnhđa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin 2 chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữađiểm vàđiểm. Do sự phát triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phúđa 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 tinđạI chúng trở thành phương tiện thông tin cá nhân. Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhượcđiểmđáng quan tâm: +Dải thông của tín hiệu tăng dođóđộ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.

+ Vi ệc kiểm tra chất lượng tín hiệu sốở mỗiđiểm của kênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyểnđổi số-tương tự). 6.1.2 Hiện trạng về truyền hình số

S ố 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 truyềnđến máy thu hình.Việc số hóa hệ thống truyền hình hiện nay (NTSC, PAL, SECAM) chủ yếu làở khâu phân tíchảnh chođếnđầu vào của máy phát hình (thiết bị Studio) một phần côngđoạn trong máy phát hình (điều chế, xử lý tín hiệu) một phần lớn côngđoạn trong máy thu hình. Trong thực tế số hóa hoàn toàn cả hệ thống truyền hình là mộtđiều 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 vàđắt tiền. + Sơđồ khối của hệ thống truyền hình số
T.hiệu Mã hóa tín Mã hóa Biếnđổihình hiệu hình kênh tín hiệut.tự vào
Kênh
T.hiệu truyền hình
Video Giải mã tín Giải mã Biếnđổit.tự ra hiệu hình kênh tín hiệu
Hình 6.1 Sơđồ khối của hệ thống truyền hình số

6.2 Cơ sở biếnđổi tín hiệu truyền hình

6.2.1 Bi ếnđổi tín hiệu Video

Bi ếnđổi tín hiệu Video tương tự thành Video số là biếnđổi thuận, còn biến đổi tín hiệu Video số thành tương tự là biếnđổi ngược. Trong hệ thống truyền hình số có rất nhiều bộ biếnđổi thuận và ngược.

Khi bi ếnđổi tín hiệu Video màu tương tự thành tín hiệu Video màu số ta có thể dùng 2 phương pháp sau: Phương pháp 1:
ươ

Bi ếnđổi trực tiếp tín hiệu màu tổng hợp NTSC, PAL, SECAM ra tín hiệu số

Ph ng pháp 2: Biếnđổi riêng từng tín hiệu thành phần (tín hiệu chói Y, tín hiệu số R-Y và BY hoặc các tín hiệu màu cơ bản R, G, B) ra tín hiệu số và tryuềnđồng thời theo thời gian hoặc ghép kênh theo thời gian.

Ph ương pháp 2 Biến đổi riêng các tín hiệu thành phần (của tín hiệu màu) thành tín hiệu sô sẽ làm tốcđộ bit tăng cao hơn so với việc biếnđổi tín hiệu màu Video tổng hợp. Cách này cóưuđiểm là không phụ thuộc các hệ thống truyền hình tương tự, thuận tiện cho việc traođổi các chương trình truyền hình. Cũng có thể giảm tốcđộ 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).

Vì nh ững nguyên nhân trên cho nên cách biếnđổi số các tín hiệu thành phần (của tín hiệu Video màu tổng hợp)ưu việt hơn cách biếnđổi trực tiếp tín hiệu Video màu tổng hợp. Dođó, 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 đoạnđầu tiên của quá trình biếnđổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là lấy mẫu (có nghĩa là rời rạc tín hiệu tương tự theo thời gian). Dođó 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 cầnđược xácđịnh sao cho hình ảnh nhậnđược có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyềnđi với tốcđộ bit nhỏ nhất,độ rộng băng tần nhỏ nhất và mạchđơn 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 ƒsa ≥ 2ƒmax (ƒmax = 5,5MHzđối với hệ PAL) nghĩa là ƒsa ≥ 11MHz.

Tr ường hợp ƒsa < 2ƒmax sẽ xảy ra hiện thượng chồng phổ làm xuất hiện các thành phần phụ (alias components) và xuất hiện méo, ví dụ như hiệuứng lưới trên màn hình (do các tín hiệu vô ích nằm trong băng tần video), méo sườn xung tín hiệu, làm nhoè biênảnh (do hiệuứng bậc thang), cácđiểm sáng tối nhấp nháy trên màn hình.

Tr ị số ƒsa tốiưu sẽ khác nhau cho các trường hợp: tín hiệu chói (trắngđen), 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 tr ường hợp lấïy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp phải chú ýđến tần số sóng mang phụ ƒsc, khi chọn ƒsa có thể xuất hiện các trường hợp sauđây:

+ ƒsa gấp nhiều lần ƒsc, ví dụ ƒsa = 3ƒsc hoặc 4ƒsc (hệ PAL, NTSC chỉ dùng một tần số ƒsc). Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ màu nên không dùngđược một tần số ƒsa cho các tín hiệu hiệu số màu.

+ ƒsa không có quan hệ trực tiếp với ƒsc. 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 ƒsa và ƒsc hoặc hài của ƒsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu.Đặc biệt thành phần tín hiệu (ƒsa 2ƒsc) sẽ gây méo tín hiệu Video (tương tự)được khôi phục lại gọi là méođiều 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 ƒsc : ƒsa =3ƒsc. ƒsaPAL = 13,3 MHz > 2ƒmaxPAL = 2x5=10MHz hoặc 2x5,5=11MHz. ƒsaNTSC = 10,7 MHz > 2ƒmaxNTSC = 2x4,2=8,4MHz. Nếu chọn ƒsa= 4ƒsc thì cho chất lượng khôi phục rất tốt. Tuy nhiên, nó sẽ làm

t ăng tốcđộ bit tín hiệu số + Nếu tín hiệu truyềnđi từng thành phần chất lượng hìnhảnh thuđượcđảm

b ảo tốt hơn doảnh hưởng của sóng mang phụ khi lấy mẫu không có. + Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói ƒsaY≥ 2ƒmaxY và bằng bội số của tần số

dòng. + Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu ƒsa(R-Y)(B-Y)≥ 2ƒmax (R-Y)(B-Y) và bằng bội số

c ủa tần số dòng. Kết hợpđiều này với thực tế người ta chọn: ƒsaY= 13,5 MHz ƒsa(R-Y)(B-Y)= ƒsc= 6,75MHz cho cả 2 tiêu chuẩn: 625⁄ 50 và 525⁄ 60. Tuy nhiên, sự lựa chọn ƒsa theođịnh lý Kachenhicop thì chưađủ mà phải thỏa

thêm các điều kiện sau:
- Tần số ƒsa phảiđồng bộ với tần số quét dòng fH.
- Tần số ƒsa phảiđồng bộ với tần số quét mành ƒV.
- Tần số ƒsa phảiđồng bộ với tần sốảnh fP,fP= 2ƒV.

6.2.3 L ượng 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 thểđều nhau và cũng có thể khôngđều 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 biênđộ bằng nhau, biênđộ này có thể là nằm bậc trên hay nằm bậc dưới của mức lượng tử. Mỗi bậc tươngứng với một mã số nhấtđịnh.

N ếu 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.

N ếu làm tròn với mức ở giữa khoảng lượng tử thì gọi là lượng tử hóa có thang nửa bậc. Loại có thang nửa bậc chođộ chính xác cao hơn (sai số lượng tử nhỏ hơn) so với lượng tử hóa không có thang nửa bậc. Tuy nhiên nó có nhượcđiểm là nhiễu kênh trống.
6.2.4 Mã hóa tín hiệu Video

Mã hóa tín hi ệu Video là biếnđổi tín hiệuđã 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 thuy ết và thực nghiệm ta có thể dùng mã 8 bit (tức 2^8 =256 mức lượng tử)để mã hóa tín hiệu Video. Nếu số bit tăngđộ chính xác của bộ chuyểnđổi tăng nhưng tốcđộ bit tăngđòi hỏi kênh truyền rộngđồng thờiđápứng của bộ chuyển đổi thấp. Các mã sử dụng trong truyền hình số có thểđược chia thành 4 nhóm như sau: + Các mãđể mã hoá tín hiệu truyền hình + Các mãđể truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin + Các mã thuận tiện cho việc giải mã vàđồng bộở bên thu + Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống

truy ền 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 thểđược 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 s ơ cấp là mã cơ sở để hình thành mã bảo vệ. Mã bảo vệ dùng để tăng cường khả năng chịuđựng nhiễu cho tín hiệu truyền trong kênh thông tin.

Tùy theo cách s ắp 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.

Ph ương phápđiều chế PCM tuyến tính 8 bit cho kết quả hìnhảnh thuđược rất tốt. Các hiện tương méo lượng tử giảmđáng kể. Do vậyđối với các hìnhảnh yêu cầu chất lượng cao người ta thường dùng loại này (Studio) nhưng nó có nhượcđiểm là tốcđộ bit lớn, kênh truyền phải có băng tần rộng.

T ần 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 tốcđộ bitđơn vị là b ⁄ s. Ta có C = ƒsa.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 truyềnđi xađối với tín hiệu truyền hình số người ta phải giảm tốcđộ bit.

6.3 Giảm tốcđộ bit trong truyền hình

N ếu sử dụng dụng PCM tuyến tínhđể biếnđổi số tín hiệu Video tương tự thì tốcđộ bit sẽ tăng rất cao và dođó 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 truy ền 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 màuđểđánh giá chất lượng hìnhảnh.
ƒsY : ƒsc:R-Y : ƒsc:B-Y

4 : 4 : 4 chất lượng cao nhất
4 : 2 : 2 chất lượng cao
4 : 1 : 1 chất lương trung bình
2 : 1 : 1 (dùng cho thoại truyền hình ) Việc giảm tốcđộ 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 vàđược xem là giống nhau. Nó cũng đúng cho cả hai mành (nửaảnh) và 2ảnh kề nhau. Hay nói cách khác : Một số thông tin nhấtđịnh trong tín hiệu Video có thểđược khôi phục lạiởđầu thu mà không cần truyềnđi nó.

+ D ựa vào nhữngđặcđiểm sinh lý của mắt người :độ nhạy của mắt, cácđặc điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lưu ảnh của võng mạc nên không cần truyềnđi toàn bộ thông tin chứa trong các dòng và các mành hoặc cácảnh liên tục, các tín hiệu không truyềnđiđó gọi là tín hiệu dư thừa (Redundanced Video Signal)

+ Để giảm tốcđộ 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 (chuyểnđổi). + Mã nội suy và ngoại suy. Trongđó: PCMđòi hỏi tốcđộ bit cao. DPCM sử dụngđặc trưng thống kêảnh và tín hiệu Video và cũng nhưđặcđiểm của mắt người cho phép làm giảm tốcđộ bit nên trong truyền hình số người ta thường dùng phương phápđiều chế xung mã vi sai hơn cả.

6.4 Số hóa tín hiệuở Studio

6.4.1. S ơđồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Camera ADC

Telecine ADC Đường truyền Tổg hợpTrộn B.đổiVTRảnh số mã B.đổi T.hiệu Xungđồng hồ
VTR mã đồng bộ và lấy mẫu
Đường truyềnĐ.bộĐ.bộ

Hình 6.2 S ơđồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình Mụcđích : Số hóa toàn bộ khâu sản xuất chương trình truyền hình. Các tín hiệu Video (ra từ Camera, Telecine...) qua bộ biếnđổi DACđể chuyển sang dạng số, đến thiết bị trộn. Tín hiệu ra từ thiết bị trộn có thể được ghi hình VTR số, hoặc truyền dẫnđến các Studio khác hoặc máy phát. Thiết bịđồng bộ tạo tín hiệuđồng bộ,các tín hiệuđồng hồ và xung lấy mẫu cho các thiết bị số. 6.4.2. Các tín hiệu sốở Studio Tiêu chuẩn NTSC : 525/60, ƒMax = 4,2MHz ; ƒH = 15750Hz ; TH= 63,555µs Tiêu chuẩn PAL : 625/50, ƒMax= 5,5MHz ; ƒH= 15625Hz ; TH= 64µs 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 sốđược tạo theo 3 cách : + Nối tiếp, ghép kênh theo thời gian thành một dòng : tốcđộ bit 216Mb/s, môt

kênh truy ền, băng tần cỡ 150 MHz,ưuđiểm là chỉ có 1 mạch chuyểnđổi. + 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

+ N ối tiếp song song (ghép kênh theo thời gian và truyền song song) :kết hợp giữa 2 cách trên. 6.4.3. Bộ nhớảnh số

B ộ nhớảnh số trong khâu xử lý tín hiệu số, cho phép tạođược nhiều hiệuứng đặc biệt. Giả sử số mẫu trên 1 dòng là 720, số dòng là 625 Nên 1ảnh có : 720×625 = 450.000 mẫu (điểmảnh trên 1ảnh) Mà 1 mẫu tươngứng với 8 bit nên dung lượng bộ nhớ 1ảnh cần khoảng 8×1/2triệu ≈ 4Mbit Hiện nay người ta sử dụng riêng bộ nhớ hìnhảnh số cho từng tín hiệu

Y : dùng b ộ nhớ 4Mbit C : dùng bộ nhớ 2Mbit Có 2 phương pháp : + Bộ nhớảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu (nguyên lý ghi dịch)

τ τ τ.τ τ Mạchvào H H H Xử ra lý
T T T
Hình 6.3 Bộ nhớảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu

B ộ nhớđồng thờiđọc các mầu của tín hiệu Video trễ 1 khoảng thời gian :
1, 2, 3...điểmảnh (τ )
1, 2, 3...dòng hình (H) tập hợp các mẫu này có thểđược dùngđể hạn chế
1, 2, 3...mành (T) độ dư thừa thông tin trong tín hiệu Video
+ Bộ nhớ theo nguyên tắc ghiđọc tùy ý
Vào (Video số) Bộ nhớ ra (Video số)
Tạođịa chỉ ghi Tạođịa chỉđọc
Xung chuẩn
Điều khiển

Hình 6.4 B ộ nhớảnh số theo nguyên tắc ghiđọc tuỳ ý Tín hiệu Video số được ghi vào bộ nhớ theo địa chỉ nhờ mạch điều khiển

(theo xung nh ịpđồng hồ,đồng bộ với tín hiệu ghi) Việcđọc rađượcđiều khiển bằng bộ tạođịa chỉ,đọc theo phương pháp dịch

chuy ển (nhờ mạchđiều khiển theo xung nhịpđồng hồđồng bộ với tín hiệu chuẩn) Bộ nhớ nàyđược dùng nhiều trong xử lý tín hiệu Video, tạo hiệuứngđặc biệt, sửa lỗi thời gian, biếnđổi tiêu chuẩn truyền hình, giảm nhiễuđồng bộảnh...

6.5 Các hệ thống truyền hình số quảng bá

Truy ền hình quảng bá là truyền hình số kết hợp với công nghệ nén số choưu điểm nổi bật là tiết kiệmđược 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 2đến 4đường tiếng.Ứng dụng kỹ thuật truyền hình số có nén có thể truyền một chương trình truyền hìnhđộ phân giải cao HDTV trên một kênh thông thường có băng thông (6-8)MHz,điều mà kỹ thuật tương tự không thể giải quyếtđược.

Truy ền hình số có nénđược sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lượng khác nhau. Từ SDTV có chất lượng tiêu chuẩnđến HDTV có chất lượng cao với tốcđộ bít từ 5-24Mb/s,được truyền dẫn và phát sóng qua cáp, qua vệ tinh và trên mặtđất. Có rất nhiều tiêu chuẩn nén dùng cho truyền hình số: MPEG-1, 2, 3, 4, 7…(Moving Picture Experts Group).

Vi ệc 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 thứcđiều chế tương ứng và biên mã của cácđường thông tin.

Hi ện 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), trongđó DVB tỏ ra có nhiều ưuđiểm và có khoảng 84% số nước trên thế giới, trongđó có VN lựa chọn sử dụng. Mô hình hệ thống truyền dẫn DVBđược mô tả như hình vẽ dướiđây:

Dòng chg trình 1 Truyềnđa Mã hoáđầu Điều chế Đến mạng chương trình cuối cáp QAM cáp

Dòng chg Ghép trình 2 kênh chương trình Truyềnđa Mã hoá Điều chế Đến vệ chương trình kênh QPSK tinh

Dòng chg trình n Đến máy Truyềnđa Mã hoá Điều chế phát sóng chương trình kênh COFDM trạm mặt Truy cập có đất 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 vựcứng dụng khác nhau nên DVBđãđược 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 tráiđất 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 .

6.5.1 H ệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C Đặcđiểm chung: DVB-C: Hệ thống truyền dẫn qua cáp sử dụngđộ 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 m ạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu hìnhảnhđược truyền tải trên đường dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc DVBđã quiđịnh sử dụng các phương thứcđiều chế QAM, căn cứ vào trạng thái môi trường truyền tải có thể sử dụng các tốcđộđiều chế khác nhau như 16-QAM; 128QAM; 256-QAM .
Tín hiệu Máy thu Bộ giảitừ vệ tinh
vệ tinh số điều chế số Bộ trộn

Tín hi ệu từ vệ tinh Máy thu Bộ giải Mạng hữu vệ tinh số điều chế số tuyến

Tín hi ệu Máy
từ vệ tinh Máy thu Bộ giải phát vệ tinh số điều chế số
Hình 6.6 sơđồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến

Hình 6.6 là s ơđồ 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 chuyểnđổi thành dòng dữ liệu MPEG-2,đối với tín hiệu thị tần – âm tần AV thì cần bộ giải nén biên mã sốđể giải mã tín hiệu, tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2. Nguồn tín hiệu khác nhau sẽ tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2ở bộ trộn nhiềuđường sốđể tiến hành trộn và thuđược dòng tín hiệu có tốcđộ cao hơn . Sauđó tín hiệu nàyđưa vào bộđiều chế QAM, bộ biến tầnđểđạtđược dải tần cần thiết cho mạng truyền hình hữu tuyến. 6.5.2 Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB–S Đặcđiểm chung: DVB-S: Hệ thống truyền dẫn qua vệ tinh DVB-S có cácđặc trưng như sau: Sử dụng băng tần băng C và KU,điều chế số QPSK, tốiưu hoá cho từng tải riêng cho từng bộ phátđáp (Transponder: thiết bị thu phát trên vệ tinh) và công suất hiệu dụng, tốcđộ dữ liệu cựcđại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1Mb/s.
Bộ mã hóa
MPEG Bộ Bộ BộPhát lên

B ộ mã hóa trộn điều đổivệ tinh MPEG nhiều chế tần
đường QPSK lên
Bộ mã hóa

MPEG Hình 6.7 Sơđồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh Nguyên lí quảng bá truyền hình số vệ tinh trình bàyở hình 6.7. Thông tin âm

t ần 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 tốcđộ trên 200Mb/s được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG-2 bị nén nhiềuđường sẽđượcđưa vào bộ trộn nhiều đường số tiến hành việc trộn, ở ngõ ra sẽ nhận được dòng mã MPEG-2 có tốcđộ càng cao hơn. Căn cứ vào yêu cầu, các chương trình truyền hình cần truyền tải sẽđược thực hiện việc mã hóa, sauđó dòng số liệu MPEG-2đượcđưa vào bộđiều chế số QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSKđượcđiều 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.

S ơđồ 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 giảiđiều chế QPSK, giải mãđưa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng đầu nối thu CATVở trước thì mạng truyền hình hữu tuyến có thểđược chia thành phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số.

Trong ph ương thức truyền tải tương tự thì sốđường truyềnđạt và số lượng máy thu bằng nhau, do tín hiệuđầu ra của máy thu vệ tinh số IRD là AV cho nên cần phải dùng các bộđiều chế tương tự với các kênh tần khác nhauđể truyền tải tín hiệu tới hộ dùng. Tín hiệu từ vệ tinh Bộ MáyA Tivi biến thu vệV thông tần tinh số thường
Hình 6.8 Sơđồ khối hệ thống thu truyền hình số

6.5.3 H ệ thống quảng bá truyền hình số trên mặtđất DVB –T Đặcđiểm chung: DVB-T: Hệ thống phát sóng số trên mặtđất DVB-T sử dụngđộ rộng kênh 78MHz, tốcđộ dữ liệu cựcđại 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 mặtđất tươngđốiđặc biệt, có hiện tượng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng.
Tín hiệu từ Máy thuvệ tinh vệ tinh số Bộ trộn nhiềuđường
Tín hiệu từ
vệ tinh Máy thu Bộđiều chế sốvệ tinh số

A Bộ mã hóa Bộ nâng tần V MPEG - 2
VHF UHF
A Bộ mã hóa
V MPEG - 2
Hình 6.9 Sơđồ khối hệ thống DVB-T