Truyền hinh HDTV

Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Độc lập - Tự do - Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Khoá: Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Điện tử viễn thông 1. Đầu đề đồ án: ……………………………………………… ……………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……… 2. Các số liệu và dữ liệu ban đầu: …………………………………… …………………………………………… …… …………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………………….… ……………………… ……………………………………………………………………………………….…………. 3. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: ……………………………………………………………………………………………………………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………………………. .….…………………………………………………………………………………………………………………………… …………… …. ……………………………………………………………………………………………………………………… 4. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ): ……………………………………………………………………………………………………………………… …. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………. ………………………………………………………………………………………………………………………………… 5. Họ tên giảng viên hướng dẫn: ……………………………………………………… ……………… ….… 6. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:……………………………………………………………… ……. 7. Ngày hoàn thành đồ án: ……………………………………………………………………….……………… Ngày…… tháng……năm 2012 Chủ nhiệm Bộ môn Giảng viên hướng dẫn Sinh viên đã hoàn thành và nộp đồ án tốt nghiệp ngày…….tháng……năm 2012 Cán bộ phản biện Page 1 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Số hiệu sinh viên: Khoá: Khoa: Điện tử - Viễn thông Ngành: Kỹ thuật Điện tử viễn thông Giảng viên hướng dẫn: GS. Hoàng Minh Quân Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp 2. Nhận xét của cán bộ phản biện Ngày……tháng……năm 2011 Cán bộ phản biện Page 2 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân LỜI NÓI ĐẦU Khi đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu về chất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn. Lĩnh vực phát thanh truyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt. Truyền hình analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinh DTH phát triển mạnh về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố. Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải cao nhất là 720 điểm chiều ngang và 576 điểm chiểu dọc (720x576) trong khi đó, truyền hình HDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920x1080. Số lượng các chi tiết ảnh của HDTV cao gấp 5 lần so với SDTV, cho hình ảnh sắc nét, chân thực, sống động. Hệ thống âm thanh 5.1 vốn được dùng nhiều trong các dàn nhạc tại nhà hay rạp chiếu phim, giờ xuất hiện ngay cả trên sóng truyền hình. Thêm vào đó, nếu tỉ lệ tiêu chuẩn khung hình cũ là 4:3 làm người xem mau mỏi mắt thì với HDTV, tỉ lệ khuôn hình 16:9 hiển thị đúng kích thước thật của hình ảnh. Sử dụng HDTV trên màn hình rộng, người xem sẽ không còn nhìn thấy những hình ảnh mất cân đối. Màn hình không còn hiện tượng bóng ma, mờ nhiễu. Với những đặc tính ưu việt như trên, có thể khẳng định xu thế HDTV là tất yếu trong thời gian ngắn tới đây và phù hợp với xu thế phát triển của xã hội. Xuất phát từ thực tế đó, em đã tiến hành tìm hiểu với đề tài về HDTV. Em xin chân thành cảm ơn thầy Hoàng Minh Quân đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp. Page 3 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân TÓM TẮT ĐỒ ÁN Nội dung đề tài gồm 4 chương được tóm tắt như sau: Chương 1. Truyền hình kỹ thuật số, giới thiệu về truyền hình số, các tiêu chuẩn và phương pháp chuyển đổi từ tương tự sang số và ngược lại, phương pháp nén truyền dẫn tín hiệu số. Chương 2. Truyền hình độ phân giải cao HDTV, chương này giới thiệu khuôn hình, tỉ lệ ảnh và chuyển đổi tỉ lệ ảnh 9:16 và 3:4, các định dạng HDTV và khuôn hình. Chương 3. Truyền dẫn tín hiệu HDTV, chương này nói về các phương pháp truyền dẫn tín hiệu từ đài phát đến phía thu. Chương 4. Thiết bị hiển thị, nói về công nghệ và cấu tạo màn hình hiển thị đang được phát triển và ứng dụng nhiều hiện nay. Page 4 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân MỤC LỤC DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự….………… ……….16 Hình 1.2. Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số…………… 22 Hình 1.3. Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự……… … 24 Hình 1.4. Tập hợp các kỹ thuật giảm dữ liệu để tạo JPEGMJPEG…… …26 Hình 1.5. Mã hóa, giải MDPCM………………………………… … ……27 Hình 1.6. Cấu trúc MPEG-2 phân lớp…………………………………….…28 Hình 1.7. Dòng các hình PS …………………………… ……… 29 Page 5 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân Hình 1.8. Định dạng dòng truyền tải MPEG-2……………… …… … 30 Hình 1.9. Dòng truyền tải TS………………… ……………… ……… 31 Hình 1.10. Ghép kênh dòng bit truyền tải cấp hệ thống………… …….… 31 Hình 2.1. Tỷ lệ hình ảnh trong truyền hình…………… ……………… 34 Hình 2.2. Giới thiệu định dạng video……… ……………….……….… 34 Hình 2.3. Điểm ảnh của một số tiêu chuẩn……… …… ……… … 35 Hình 2.4. So sánh tỉ số màn ảnh giữa tivi thường và HDTV……… ….….37 Hình 2.5. HDTV quét 30 và 60 khung hình trên giây được………….… ….38 Hình 2.6. Tổng hợp số quét HDTV ………………… ………… ….…… 38 Hình 2.7. Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng………………… … … 41 Hình 2.8. Phương pháp 2 bảng biên…………………………….……….… 42 Hình 2.9. Giải pháp 1 cửa sổ trung tâm….…………………… … 43 Hình 2.10. Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:3….….43 Hình 2.11. Tần số lấy mẫu SDTV Widescreen ………….…………… … 44 Hình 3.1. Ảnh vệ tinh vinasat 1………………………….….… ……….… 56 Hình 3.2. Sơ đồ tổng thể của trạm thu phát vệ tinh………… ………….… 60 Hình 3.3. Sơ đồ khối bên thu phần xử lý tín hiệu (đầu thu)…………… ….60 Hình 4.1. Bố trí điểm ảnh…………………………………….……….…… 65 Hình 4.2. Các lớp cấu tạo LCD……………….………….……………….…67 Hình 4.3. Tín hiệu điều khiển các điểm ảnh……………….…….………… 69 Hình 4.4. Cấu tạo các điểm ảnh màn hình plasma……………….………….71 Hình 4.5. Cấu tạo các điểm ảnh màn hình LED………………………….….72 Page 6 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt ATSC Advanced Television System Commitee Hội đồng về hệ thống truyền hình cải biên C/N Carrier/Noise Sóng mang/tạp âm CD Compact Disk CD COFDM Coding Othogonality Fequency Dvision Mltiplexing Mã hóa ghép kênh theo tần số trực giao DiBEG Digital Broadcasting Expert Group Nhóm chuyên gia truyền hình số Page 7 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số DVB- C/S/T Digital Video Broadcasting- Cable / Satellite / Terrestrial Truyền hình số qua cáp / vệ tinh / phát sóng trên mặt đất EDTV Enhanced Definition Television Truyền hình độ phân giải mở rộng FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tiến (thuận) HDTV High Definitiom Televisiom Truyền hình độ phân giải cao ISDB Integrated Services Digital Broadcasing Truyền hình số các dịch vụ tích hợp LDTV Low Definitiom Television Truyền hình độ phân giải thấp MPEG Moving Pictures Experts Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu về ảnh động M-PSK M-ary Phase Shift Keying Khóa dịch pha M trạng thái M-QAM M-ary Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc M trạng thái NTSC National Television System Committee Hội đồng hệ thống truyền hình quốc gia Mỹ OFDM Othogonality Fequency Dvision Mltiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao PAL Phase Alternating Line Pha luân phiên theo dòng QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RF Radio Frequence Cao tần SDTV Standard Definition Truyền hình độ phân giải tiêu Page 8 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân Television chuẩn SFN Single Frequence Network Mạng đơn tần SMPTE Society of Motion Picture and Television Engineers Hiệp hội ảnh động và kỹ sư truyền hình VOD Video On Demand Truyền hình theo yêu cầu SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH Lịch sử phát triển của truyền hình rất phức tạp vì nó ứng dụng kết quả nghiên cứu của nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau. - Năm 1839 Bee Quell tìm ra hiện tượng quang điện. - Năm 1898 Volsske tìm ra hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình bằng sóng điện từ). - Năm 1945 tiêu chuẩn truyền hình 525 dòng và 625 dòng các thí nghiệm truyền hình màu bắt đầu từ sau đại chiến thế giới lần thứ II và ngày nay đã trở thành phổ biến trên thế giới. - Truyền hình màu ra đời khi hệ thống truyền hình đen trắng đã hoàn thiện. Vì vậy khi xây dựng hệ thống truyền hình màu cần phải giải quyết sao cho máy thu hình, đen trắng có thể thu được với hình ảnh đen trắng. Mặt khác phải giải quyết được ngược lại đó là dùng máy thu hình màu có thể thu được chương trình truyền hình đen trắng với ảnh nhận được cũng là đen trắng. Đó là tính kết hợp của hệ truyền hình màu. Phương pháp tạo tín hiệu hình màu hoàn chỉnh (bao gồm tín hiệu chói và tín hiệu màu) được thực hiện đầu tiên ở Mỹ. Tín hiệu hình màu hoàn chỉnh mang tin tức về màu sắc và độ bão hoà màu của ảnh màu. Năng lượng phổ tín hiệu chói phân bố không đều trong cả băng tần tín hiệu truyền hình. Tín hiệu Page 9 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS. Hoàng Minh Quân màu có phổ nằm trong giải tần hẹp hơn và bố trí ở miền tần số cao của băng tần tín hiệu chói . Từ đặc điểm trên có thể thực hiện các điều kiện kết hợp truyền hình màu và truyền hình đen trắng. Tín hiệu hình màu và tín hiệu chói nằm trong cùng 1 băng tần cơ bản được thực hiện trong hệ truyền hình màu NTSC năm 1950 ở Mỹ do FCC (Feđeal Communcation Commíion - Ủy ban thông tin liên bang). Những năm sau hệ truyền hình màu phát triển nhanh chóng, chất lượng ảnh hệ NTSC hứa phải là tốt vì tín hiệu hệ NTSC rất nhạy với méo pha và méo biên độ. Người ta chuyển sang nghiên cứu tìm ra các hệ thống mã hoá tín hiệu màu khác, sao cho méo pha và méo biên độ xuất hiện trong kênh truyền hình là ảnh hưởng nhỏ nhất. - Năm 1957 ở Pháp xuất hiện hệ truyền hình màu SECAM do Henry De France nghiên cứu và thực hiện. - Năm 1962 giáo sư Walter Bruce ở Tây Đức công bố Hệ truyền hình PAL. Cả hai hệ SECAM và PAL về nguyên lý chung thống nhất với hệ NTSC. - Năm 1966 ở Ôslô (Na Uy) đã tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền hình màu thống nhất cho cả Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương trình truyền hình màu giữa các nước. Kết quả một số nước chọn hệ SECAM còn một số nước dùng hệ PAL, Mỹ và Nhật sử dụng hệ NTSC. Ở Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization International Radio and Television - tổ chức phát thanh truyền hình quốc tế). - Năm 1994 Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số, đến tháng 12 năm 1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC. - Năm 1997 Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay còn gọi là tiêu chuẩn DIBEG. Page 10 [...]... một kênh truyền hình: Tiết kiệm tài nguyên tần số: - Một trong những ưu điểm của truyền hình số là tiết kiệm phổ tần số - 1 transponder 36MHz truyền được 2 chương trình truyền hình tương tự song có thể truyền được 10 ÷ 12 chương trình truyền hình số (gấp 5 ÷ 6 lần) - Một kênh 8 MHz (trên mặt đất) chỉ truyền được 1 chương trình truyền hình tương tự song có thể truyền được 4 ÷ 5 chương trình truyền hình... mã DPCM 1.9 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, để truyền dẫn tín hiệu, người ta thường dùng phương pháp điều biên (AM) hoặc điều tần (FM) Tại đầu thu tín hiệu sẽ giải điều chế về hình ảnh và âm thanh ban đầu Một ưu điểu của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên một kênh thông tin có thể truyền được nhiều chương trình Để truyền dẫn tín hiệu truyền hình... tin, vì vậy truyền hình kỹ thuật số HDTV đã và đang được phát triển mạnh mẽ Page 11 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS Hoàng Minh Quân Page 12 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS Hoàng Minh Quân CHƯƠNG I TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ Truyền hình kỹ thuật số là sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình... bằng TS header) và truyền các gói này đi, ta sẽ có dòng truyền tải TS (transport Stream) Các gói TS có độ dài không đổi là 188 byte Dòng TS có khả năng chống lỗi cao, được thiết kế để truyền trên các kênh truyền có nhiễu như: kênh truyền hình thông thường (thông qua mặt đất) cũng như các kênh truyền hình cáp Page 27 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS Hoàng Minh Quân Hình 1.8 Định dạng dòng truyền tải MPEG-2... tốc độ bit khác nhau thành 1 dòng TS được dùng trong hệ truyền hình có độ phân giải cao HDTV Page 28 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS Hoàng Minh Quân Hình 1.9 Dòng truyền tải TS Hình 1.9 Mới chỉ ra quá trình ghép các gói PES audio, video, data, tạo thành gói truyền tải TS Để tăng tính hiệu quả, các dòng truyền tải có thể ghép lại với nhau tạo thành dòng truyền tải ghép kênh cấp hệ thống (System Level Multiplex)... là một số loại HDTV cần có một đầu thu và giải mã tín hiệu độ phân giải cao (HDTV receiver) thì mới có thể bắt sóng truyền hình HD trực tiếp từ đài phát 2.2 Tỷ lệ ảnh 2.2.1 Ảnh và tỷ lệ ảnh Hình 2.1 Tỷ lệ hình ảnh trong truyền hình Tỷ lệ viết theo quy ước rộng:cao Tỷ lệ màn ảnh là tỷ lệ ảnh rộng tới ảnh cao Màn ảnh chuẩn của phim và truyền hình theo tỷ lệ trong hình 2.1 ở trên Quy ước truyền hình độ... lý tín hiệu và lưu trữ 1.1 Đặc điểm của truyền hình số - Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai - Tính phân cấp (HDTV + SDTV) - Thu di động tốt Người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được các chương trình truyền hình Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler - Truyền tải được nhiều loại thông tin - Ít nhạy với nhiễu vs các dạng méo xảy ra trên đường truyền bảo toàn chất lượng hình ảnh, thu... chương trình truyền hình và phim đều được hiển thị ở chế độ màn hình 16:9 - Màu sắc thực hơn nhờ đường truyền băng rộng - Sự rõ nét và chi tiết hơn của hình ảnh được nâng cao cho các màn hình cỡ lớn dễ nhìn và sắc nét hơn - Hệ thống âm thanh Dolby Digital 5.1 được phát sóng đồng thời với HDTV hỗ trợ chức năng âm thanh vòm * Khác biệt giữa HDTV và tivi thường: Khác biệt lớn đầu tiên giữa HDTV và một... thời tiết khác nhau - Khả năng chống lại can nhiễu giữa các kênh truyền số cùng kênh, lân cận) - Nghiên cứu việc lựa chọn các tham số cơ bản của hệ thống truyền hình số mặt đất phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam - Xây dựng Thư viện điện tử truyền hình số mặt đất 1.4 Cơ sở truyền hình số - Theo hình 1.2 bên dưới: Mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêng trước khi biến đổi tương... ảnh của HDTV Page 33 Đồ án tốt nghiệp GVHD: GS Hoàng Minh Quân Phần này chia làm 2 loại định dạng ảnh 1280x720 và 1920x1080 cho truyền hình độ phân giải cao (HDTV) , giới thiệu các tham số quét các thong số của các đoạn video liên quan đến hệ thống như 720p và 1080i Ngày nay nhưng hệ thống HDTV nghiên cứu được định hướng bởi Dr Fujio ở NHK (Nippon hoso Kyokai, the Japan Broadcasting Corporation) HDTV có