Hiện trạng và xu hướng phát triển của truyền hình số

đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Truyền hình số vấn đề đặt đờng chuyển đổi Truyền hình số từ hệ thống truyền hình mới, thiết kỹ thuật số làm việc theo nguyên lý kĩ thuật số Theo nguyên lý từ ảnh quang học Camera thu đợc qua hệ thống ống kính, thay đợc đổi thành tín hiệu biến thiên tơng tự nh hình ảnh nói trên( màu sắc độ chói ) mà biến đổi thành dÃy tín hiệu nhị phân Có số vấn đề cần đặt đờng chuyển đổi 1.1 Vấn đề thứ Lựa chọn độ phân giải cho hình ảnh số Độ dài từ mà nhị phân tiêu chất lợng kĩ thuật số hoá tín hiệu, phản ánh mức sáng tối màu sắc hình ảnh đợc ghi nhận chuyển đổi Về nguyên tắc độ dài cuả từ mà nhị phân lớn trình biến đổi chất lợng, nghĩa đợc xem nh độ phân giải trình số hóa Tuy nhiên độ phân giải đến giới hạn định thoả mÃn khả hệ thống kĩ thuật nh khả phân biệt mắt ngời Độ phân giải 8bit 1.2 Vấn đề thứ hai Lựa chọn tần số lấy mẫu Giá trị tần số lấy mẫu đơng nhiên phản ánh độ phân tích hình ảnh số nhng mục đích lựa chọn tìm số giá trị tối u bên chất lợng bên kinh tế 1.3 Vấn đề thứ ba Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu Nếu coi hình ảnh số tập hợp số việc xÕp bè trÝ chóng theo mét quy luËt nh thÕ có lợi Mục đích vấn đề giảm tối thiểu tợng bóng, viền, nâng cao độ phân tích hình ảnh 1.4 Vấn đề thứ t Lựa chọn tín hiệu số hoá, kết hợp hay thành phần Đây vấn đề liên quan đến chất lợng tính kinh tế toàn hệ thống, trớc mắt nh lâu dài Nguyễn doÃn dự -5- đồ án tốt nghiệp 1.5 Vấn đề thứ năm Lựa chọn giao diện số sản xuất truyền từ thiết bị sang thiết bị khác, nh từ phòng máy sang phòng máy khác với khoảng cách từ vài mét đến vài trăm mét 1.6 Vấn đề thứ sáu Lựa chọn tiêu chuẩn chung thiết bị cho hai hệ thống 625 525 dòng để dẽ dàng trao đổi chơng trình phạm vi toàn giới Điều liền quan đến vấn đề lựa chọn tần số lấy mẫu Hai tổ chức UER SNPTE đà thống lựa chọn tần số lấy mẫu 13,5; 6,75; 6,75 tần số lÊy mÉu cđa tÝn hiƯu chãi vµ hai tÝn hiƯu hiệu màu Từ nhiều vấn đề lí luận thực tiễn qúa trình số hoá tín hiệu truyền hình đợc tiếp tục nghiên cứu phát triển Ghi dựng lu trữ hình ảnh số Tổng hợp hình ảnh số(kĩ xảo) Số hóa Camera máy thu hình phẳng Truyền dẫn phát xạ hình ảnh số Sau 12 năm đa khuyến cáo 4:2:2 số lợng thiết bị số suất ngày nhiều Bắt đầu thời kì phát triển công nghệ ứng dụng công nghệ chế tạo kĩ thuật số Ghi dựng ổ đĩa cứng công nghệ kĩ thuật có truy nhập nhanh, kĩ xảo phong phú, đảm baỏ chất lợng, lâu dài, an toàn.Nhng chi phí sản suất lớn VÝ dơ nh mét ỉ cøng 9Gbit nÐn ë tèc độ 50Mbit/s ghi đợc 24 phút có giá trị 2000 USD V× vËy viƯc ghi dùng nãi chung vÉn sư dụng công nghệ băng từ chủ yếu Mô hình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình số sang truyền hình tơng tự Mô hình sau mô tả khái quát trình công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên tẵc chuyển đổi phần xen kÏ Camera analog Dùng tuyÕn tÝnh analog Analog M¸ythu Analog Studio analog Dùng phi tun vµo analog Ngun do·n dù Studio Digital Dùngtun tÝnh digital Bé chun ®ỉi Set top boxM¸y thu analog -6- Camera Digital Dùng phi tuyÕn vào digital Máy thu digital đồ án tốt nghiệp Hệ thống máy phát Hệ thống máy thu Hình 1: Quá trình chuyển đổi công nghệ tơng tự sang số Khái niệm phần xen kẽ đợc hiểu xuất Camera số gọn nhẹ, phòng dựng hậu kỳ phân phối phát sóng tiến tới dây truyền hoàn toàn số Mô hình trªn cịng cho chóng ta thÊy mét nhËn xÐt r»ng đến giai đoạn xuất tình trạng song song tồn hai hệ thống công nghệ khác Đó thời kỳ bắt đầu đời máy phát hoàn toàn số đồng thời máy thu hoàn toàn số chuyển đổi SET- TOPBOX gọi nôm la chuyển đổi dành cho máy thu tơng tự Nảy sinh vấn đề đặt lại phải chuyển đổi công nghệ phần xen kẽ, có lí sau Chi phí tàichính Đảm bảo trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chi phí tài chính: Chi phí sản xuất vấn đề hàng đầu trình chuyển đổi công nghệ nói chung vấn đề độ nãi riỊng Cã thĨ lÊy vÝ dơ sau Mét studio analog xe truyền hình lu động trị giá khoảng triệu đô studio số tiêu chuẩn 4:2:2 giá trị khoảng triệu đô tức gấp hai lần giá trị studio tơng tự So s¸nh víi khu vùc kh¸c cịng vËy, nÕu mét chung tâm truyền hình có khoảng 10 studio,5 xe truyền hình lu động, vài trục máy quay gọn nhẹ vài trục phòng hậu kỳ video audio chi phí cho việc chuyển đổi lớn Do không lúc mà chuyển đổi đợc thời gian ngắn Đảm bảo trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chúng ta thấy hệ thống truyền hình tơng tự sử dụng, chúng đóng vai trò quan trọng việc sản xuất chơng trình Giả sử có thay đổi đáng kể trang thiết bị phần trung tâm sản xuất chơng trình băng tần qui định (trong công nghệ analog cho phép phát chơng trình băng tần nhất) hiệu cha đên ngời xem cách rõ rệt nh mạng máy thu máy thu tơng tự Nguyễn doÃn dự -7- đồ án tốt nghiệp Công nghệ truyền hình số coi hoàn thiện giải đợc vấn đề nói Chơng Hiện trạng xu hớng phát triển truyền hình số Đặc điểm truyền hình số Những năm gần hÃng tổ chức tập chung nghiên cứu, thiết kế để đa hệ thống truyền hình số Truyền hình số dần trở thành thực dần thay hệ thống truyền hình tơng tự Tại truyền hình tơng tự thịnh hành nh lại lu mờ trớc truyền hình số, đặc điểm truyền hình số tỏ mạnh tuyệt đối so với truyền hình tơng tự, số đặc điểm trun h×nh sè nh sau  TÝn hiƯu sè Ýt nhạy với dạng méo xảy đờng truyền bị tác động nhiễu so với truyền hình tơng tự Có khả phát lỗi sửa sai Tính linh hoạt, đa dạng trình sử lí tín hiệu ( có hệ sè nÐn rÊt lín so víi tÝn hiƯu t¬ng tù) Tính phân cấp (kênh đợc sử dụng phát chơng trình độ phân giải cao vài chơng trình truyền hình tiêu chuẩn Có thể truyền đợc nhiều loại hình thông tin khác với cách sử lí giống Tiết kiệm đợc lợng, với công suất phát sóng, diện tích phủ sóng rộng so với công nghệ truyền hình tơng tự Có thể khoá mà dễ dàng Dễ dàng thích nghi với bớc chuyển tiếp sang tín hiệu độ phân giải cao phát với chất lợng CD Thị trờng đa dạng, có khả cung cấp nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giả cá nhân Tính tơng tác hai chiều Cho phép thu di động Phù hợp với công nghệ VLI Nguyễn doÃn dự -8- đồ án tốt nghiệp Chi phí khai thác thấp Hoàn toàn có khả hoà nhập vào x a lộ thông tin Từ đặc điểm đa trên, ta thấy công nghệ truyền hình tín hiệu số có đặc điểm mà truyền hình tơng tự có đợc Sơ đồ khối hệ thèng trun h×nh sè Mét hƯ thèng trun h×nh sè theo tiêu chuẩn coi gồm ba thành phần sau Khối mà hoá nén Khối ghép kênh mà hoá truyền dẫn Khối điều chÕ RF ph¸t sãng  HƯ thèng ph¸t  HƯ thống thu Phân hệ mà hoá video nénGhép kênh mà hoá đòng truyền Phân hệ điều chế Phân hệ điều chế Phân hệ giải mà hoá video vàGiải nénghép kênh mà hoá đòng truyền RF RF Mà hoá video nén Audio A/D Audio Mà hoá D/A Giải mà hoá video nén M Mà đờng truyền Giảikênh điều chế D U Video A/D Mà hoá Audio nén E X Giải mà kênh truyền M Video Giải mà hoá kênh A/DGíải mà hoá Audio nén Điều chế U X Nguyên tắc làm việc Hệ thống phát Các tín hiệu tơng tự sau đợc chuyển đổi A/D đa qua phân hệ tơng ứng( phân hệ video audio) để thực mà hoá nén tín hiệu Dòng tín hiệu số sau đợc ghép kênh với tín hiệu điều khiển phụ ghép kênh thành dòng truyền Dòng tín hiệu đợc ghép mà truyền dẫn, mà kênh điều chế trớc đa anten phát HƯ thèng thu Qóa tr×nh sư lý cđa hƯ thèng thu ngợc lại với trình sử lý phát Tín hiệu cao tần thu qua tuner đợc giải điều chế cao tần Tín hiệu tần số thấp đợc giải mà kênh, giải mà truyền dẫn đa đến giải ghép kênh Tín hiệu khỏi giải ghép kênh đợc đa đến chuyển đổi D/A đa đến máy thu tơng tự Nguyễn doÃn dự -9- đồ án tốt nghiệp Những vấn đề cần ý chuyển đổi truyền hình số sang truyền hình tơng tự Khả chuyển đổi từ máy phát tơng tự sang máy phát số Thực việc chuyển đổi không đơn giản Nó phụ thuộc vào việc thiết kế tầng khuếch đại tầng kích máy phát Nói chung máy phát số yêu cầu khuếch đại có độ tuyến tính cao so với máy phát tơng tự Cả khuếch đại klystron tube có khả thay đổi đợc nhiên để đạt đợc tuyến tính với mức ổn định cao nên thay hẳn tầng khuếch đại tầng kích Với khuếch đại tube, đòi hỏi công suất lớn để đIều khiển nên nói chung việc chuyển đổi tốn Với khuếch đại klystron, hệ số khuếch đại lớn yêu cầu công suất đầu vào thấp, nên việc thực việc chuyển đổi rẻ Và ®èi víi bé khch ®¹i klystron ®iỊu khiĨn theo xung phải bỏ tạo tín hiệu xung thực việc chuyển đổi Các máy phát solid state gồm nhiều module khuếch đại song song Đó khối có hệ số cao cấu tạo nhiều khuếch đại nối tiếp Nếu khuếch đại song song có khả khuếch đại số máy phát sử dụng chúng làm việc đợc với tín hiệu số Với ứng dụng số điều đáng quan tâm giai đoạn thiết kế phải đảm bảo cho tầng phải làm việc tải nguyên nhân gây không tuyến tính Tất tầng đặc biệt tầng kích phải thật tuyến tính Tầng đầu thờng phần không tuyến tính nên cần phải có tiền sửa lỗi Thật tầng sửa lỗi quan trọng tín hiệu số tín hiệu tơng tự Và sửa lỗi làm việc với tín hiệu số, nên trình chuyển đổi cần phải thay thế.Vì lÝ nµy mµ nhiỊu exciter sư dơng viƯc sưa lỗi điều chế, thực việc mapping exciter, cần phải tách symbol liệu thành phần thực phần ảo Bằng việc điều chỉnh biên độ pha tầng này, làm méo tín hiệu điều chế trớc sau tầng khuếch đại cuối có trinh ngợc lại Quá trình làm giảm méo không tuyến tính khuếch đại Nguyễn doÃn dự - 10 - đồ án tốt nghiệp Trong trờng hợp điều chế phải đợc thay có khả tạo tín hiệu đầu số Do tần số IF exciter số cha đợc tiêu chuẩn hoá nên đòi hỏi phải có thay ®ỉi ®èi víi bé upconverter  Thùc hiƯn chun ®ỉi Với máy phát có khuếch đại kết hợp hình tiếng cần thay đổi đIều chế lọc tạo dao động nội, Một lọc thông dải đầu đợc yêu cầu thay cho lọc sóng ảo mang phụ Cần có lọc thông để giảm nhiễu với dịch vụ kênh cận kề Còn máy phát không kết hợp, cần bỏ khuếch đaị tiêng khuếch đại hình với tiếng đợc thay lọc thông dải nh Tất nhiên phải có điều chế số hệ thống sửa lỗi 4.1 Các vấn đề RF, việc chia xẻ với sở analog tồn Việc chia sẻ với sở tồn hoàn toàn có thể, nhiên có đòi hỏi mặt kinh tế kĩ thuật phải phù hợp Và đa dịch vụ số điều đáng lu ý không gây khó khăn không cần thiết trớc mắt ngời xem tiêm Các kênh dùng cho phát sóng từ sở cũ đợc lựa chọn cho gần với kênh analog điều giúp tái tạo sử dụng hệ thống anten cũ sử dụng, nhiên sử dụng kênh cận kề cần quan tâm đến việc phát kênh, đặc biệt máy công suất lớn Một nguyên nhân việc việc phát sóng kênh danh định không tuyến tính khuếch đại công suất Trong kênh kề cận, việc phát kênh máy phát tơng tự đợc máy thu số nhận thấy nh nhiễu đồng kênh Các phơng án nhằm làm giảm việc phát kênh đợc sử dụng phải sử dụng lọc đầu máy phát sử dụng céng lùa chän RF NÕu sư dơng l¹i bé anten hành, có hai phơng án phải làm Sử dụng cộng RF cho nơi công suất cao nơi công suât thứ yếu Dùng giải pháp thay cho sở thứ yếu, sử dụng ứng dụng đa kênh 4,2 Lu ý anten công suất Khi phát sóng, cần phải xem xét tất đặc tính dù bình thờng phát số khác Nguyễn doÃn dự - 11 - đồ án tốt nghiệp Lu ý khuếch đại chuyển đổi tạo công suất nh trớc Công suất đầu nh trớc Công suất đầu số hiệu dụng phảI thấp 7-10 dB so với công suât đỉnh tín hiệu sync ban đầu Tuy nhiên vấn đề DVB-T công suất số thấp 15 đến -20 dB so với công suất đỉnh sync tín hiệu analog hành đạt đợc diện tích phủ sóng 4.3Sử dụng lại anten dùng Các kênh đợc lựa chọn cho truyền hình số mặt đất phải gần sát với dải thông anten tơng tự đem lại vùng phủ sóng chung cho hai dịch vụ Hâu nh anten thu thích hợp Tuy nhiên việc giới hạn ERP (effective radiater power) để bảo vệ điểm phát sóng kênh tơng tự có khỏi bị xuyên nhiễu điểm hàng xóm lân cận không đợc đảm bảo Anten fidơ có phải hỗ trợ tổng công suất ghép kênh bao gồm tất công suất đỉnh kênh số Với kiến trúc cascading, khó tạo kết hợp kênh số tơng có suy hao phối hợp Trong trờng hợp phải xác định suy giảm nhiễu tơng đơng(equivalent nosie degradation) 4.4 RF combining Trong nhiều trờng hợp, việc định vị dải phát hình số kênh cận kề kênh phát hình analog hành có lợi Khi khả lựa chọn cộng điểm có tính định xem xét việc đa giải thông hữu ích tín hiệu DVB-T (7,63Mhz) vào kênh ITU-R ( 8Mhz UHF) Nh hình vẽ ta thấy, bé céng gåm c¸c coupler 3dB (chia nưa), hai bé lọc thông dải giống tải giả Bộ cộng có đầu vào có khả chọn lựa gọi dải hẹp đầu vào dải rộng Các lọc thông dải đợc sử dụng cho kênh đầu vào dải hẹp Tín hiệu số đợc nối vào đầu vào dải hẹp đợc tách hai ®êng bëi mét bé coupler 3dB råi ®i qua hai lọc thông dải giống Hai nửa tín hiệu sau lại đợc cộng lại nhờ coupler 3dB thø hai tríc gưi tíi anten B¾t kì tín hiệu từ lọc tín hiệu analog rò rỉ đợc xoá nhờ tải Tơng tự nh tín hiệu analog đợc nối vào đầu vào dải rộng đợc tách hai đờng nhờ coupler dB Tuy nhiên lúc hai nửa tín hiệu đợc phản xạ từ lọc kết hợp lại nhờ coupler dB ®ã tríc ®a anten Ngun doÃn dự - 12 - đồ án tốt nghiệp Các lọc đợc yêu cầu phải lọc tín hiệu số, khoá kênh dải rộng đặc biệt kênh liền kề quan trọng Tuy nhiên dùng lọc dẫn đến vấn đề trễ nhóm, nguyên nhân suy giảm tín hiệu, làm ảnh hởng lại đến khả lựa chọn lọc Nhằm tránh vấn đề này, cần phải sử dụng tiến sửa dải gốc (baseband precorrector) 4.5 Khuếch đại đa kênh Các mạng phát hình thứ cấp tập hợp máy có công suất thấp lọc repeater dùng để bao phủ hoàn toàn trạm phát Chính việc dùng kênh số kênh chạm thứ cấp nên dẫn đến vấn đề nh chạm phát Khuếch đại đa kênh cách thức kết hợp kênh số thực với coupler không cần khả lựa chọn phí thấp Cách thức thực nhờ thủ tục sau Thu kênh nhờ anten Lọc chuyển đổi lại kênh đầu vào trung tần IF Xử lý trung tần Chuyển đổi RF Thực coupling kênh có công suất thấp Khuếch đại công suất ghép kênh 4.6 Dùng anten cho phát hình số mặt đất Đầu tiên, cần phải tìm vị trí thích hợp cho anten dựa cấu trúc cột anten hiên thời Trong nhiều trờng hợp độ mở cấu trúc thời không phù hợp cho anten UHF đòi hỏi mặt cắt ngang Với mặt cắt ngang loại lớn thiết kế cho dải rộng khó Tuy nhiên lợi việc không dùng cộng RF công suất cao nhng hạn chế cha lọc đợc phát kênh Do cần phải sử dụng lọc đầu máy phát, nh th× rÊt cã thĨ vïng phđ sãng cđa anten sÏ khác so với anten analog Cũng cần quan tâm phối hợp dải thông tơng hợp anten nh hạn chế ERP để bảo vệ dịch vụ truyền hình tơng tự, lý nên việc chi phí cho anten cao Nguyễn doÃn dự - 13 - đồ án tốt nghiệp Chơng Xử lý tín hiệu truyền hình Số hoá tín hiệu truyền hình Các hệ thống truyền hình màu đợc sử dụng hệ (PAL,NTSC, SECAM) hệ truyền hình tơng tự Tín hiệu video hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tơng tự chụi ảnh hởng nhiều yếu tố(nhiễu vµ can nhiƠu néi bé hƯ thèng vµ tõ hƯ thống bên ngoài) làm giảm chất lợng hình ảnh Tín hiệu video số đợc tạo từ tín hiệu video tơng tự Tín hiệu video số có hai mức trạng thái logÝc “0”; “1” biĨu diƠn tÝn hiƯu video sè TÝn hiƯu video sè cã tÝnh chèng nhiƠu cao, cã u đIểm tín hiệu video tơng tự Ngày nhiều nớc đà sử dụng truyền hình số để thay truyền hình tơng tự nhiều thành phần hệ thống truyền hình Biến đổi tơng tự - số Lấy mẫu tín hiệu tơng tự: Là trình gián đoạn rời rạc hoá theo thời gian tần số lấy mẫu fSA kết cho ta chuỗi mẫu Lợng tử hoá: Là trình rời rạc hóa tín hiệu theo biên độ (đà đợc rời rạc hóa theo thời gian) có nghĩa chia nhỏ biên độ tín hiệu thành nhiều mức tín hiệu khác mức khác đợc gán cho giá trị biên độ Mà hoá: Là trình biến đổi tín hiệu đà đợc lợng tử hoá thành tín hiệu số cách xắp xếp mức tín hiệu tơng ứng theo hệ đếm nhị phân 2.1 Biến đổi tín hiƯu video Ngun do·n dù - 14 -