Hien trang va xu huong phat trien cua truyen hinh 84768

Đồ án tốt nghiệp Lời nói đầu Trong năm gần đây, công nghệ truyền hình chuyển sang bớc ngoặt - Quá trình chuyển đổi từ công nghệ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Nhiều nhà nghiên cứu cho thời đại " Video số, Truyền hình số " đà bắt đầu công nghệ tơng tự đà hết thời nhờng đờng cho công nghệ số Công nghệ truyền hình trải nghiệm thay đổi lớn lao chất Trên thực tế nhà sản xuất đà ngừng sản xuất thiết bị truyền hình tơng tự thiết bị tơng tự dần vắng bóng thị trờng Trong tơng lai không xa, thiết bị sản xuất chơng trình, máy phát hình, thiết bị video, audio đợc thay thiết bị số Trên giới đà có nhiều nớc bắt đầu áp dụng truyền hình số nh Mỹ, Nhật, nớc phơng Tây số nớc Châu khác Do đài truyền hình Việt Nam cần phải có chiến lợc phát triển truyền hình số để tránh tụt hậu công nghệ có điều kiện hội nhập với quốc tế Vì lý em đà chọn đề tài này, nhiên đề tài rộng mẻ tránh đợc thiếu xót Vì em mong đợc đóng góp ý kiến thấy giáo, cô giáo bạn quan tâm Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Điện Tử Tin Học Viễn Thông Trờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội Đặc biệt thầy giáo Trần Thọ Tuân đà tận tình hớng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Chơng I Hiện trạng xu hớng phát tRiển truyền hình số 1.1 Truyền hình số vấn đề đặt đ ờng chuyển đổi Truyền hình số từ hệ thống truyền hình mới, thiết bị 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 điện biến thiên tơng tự nh hình ảnh quang học nói (Cả màu Đồ án tốt nghiệp sắc độ chói) mà đợc biến đổi thành dÃy tín hiệu nhị phân (Là dÃy số 1) Một số vấn đề cần đặt đ ờng chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Vấn đề thứ Lựa chọn độ phân giải cho hình ảnh số Độ dài từ mà nhị phân tiêu chất lợng kĩ thật số hoá tín hiệu , phản ánh mức sáng tối , mầu sắc hình ảnh đợc ghi nhận chuyển đổi Về nguyên tắc độ dài từ mà nhị phân lớn trình biến đổi chất lợng, nghĩa đợc xem nh độ phân giải trình số hoá 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 tiêu chuẩn bit Vấn đề thứ hai Lựa chọn tần số lấy mẫu Giá trị tần số lấy mẫu đ ơng nhiên phản ánh độ phân tích củat hình ảnh số, nhng mục đích lựa chọn tìm số giá trị tối u bên chất lợng bên chất lợng bên tính kinh tế thiết bị VÊn ®Ị thø ba Lùa chän cÊu tróc lÊy mÉu Nếu coi hình ảnh số tập hợp số việc xếp, bố trí chúng theo quy luật có lợi Mục đích vấn đề giảm tối thiểu tợng bóng, viền, nâng cao độ phân tích hình ảnh 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 Vấn đề thứ năm Lựa chọn giao diện số s¶n xt trun tÝn hiƯu sè tõ thiÕt bị sang thiết bị khác nh từ phòng máy sang phòng máy khác với khoảng cách vài mét đến vài trăm mét Vấn đề thứ sáu Lựa chọn tiêu chuẩn chung thiết bị cho hai hệ thốngb 625 525 dòng để dễ dàng trao đổi chơng trình quốc tế Điều liên quan đến vấn đề lựa chọn tần số lấy mẫu cấu trúc mẫu Từ nhiều vấn đề lý luận thực tiễn trình số hoá truyền hình đợc tiếp tục nghiên cứu phát triển : - Ghi dựng lu trữ hình ảnh số Đồ án tốt nghiệp - Tổng hợp hình ảnh số (Kĩ xảo) - Số hoá camera máy thu hình ảnh - Truyền dẫn phát xạ hình ảnh số Vấn đề ghi dựng ổ đĩa cứng (Hay gọi dựng phi tuyến tính) công nghệ kĩ tht míi cã nhiỊu u ®iĨm nh truy cËp nhanh, kĩ xảo phong phú, bảo đảm chất lợng, lu trữ lâu dài, an toàn Nhng chi phí sản xuất lớn (Ví dụ : Một ổ đĩa cứng Gbit nén tốc độ 50 Mbit/s ghi đợc 24 phút tín hiệu hình có giá thành khoảng 2000 USD) V× vËy viƯc ghi dùng h×nh nãi chung nhÊt lĩnh vực lu trữ công nghệ băng từ chủ yếu Mô hình sau mô tả khái quát trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên tắc chuyển đổi phần xen kẽ Cam (Analog) Dựng (Analog) Analog Máy thu Analog Studio (Analog) Dùng (A/ D) Bé ch/®ỉi Hép set-top-box M¸y thu Analog Cam (Analog) Studio (Digital) Dùng (Digital) Dùng (D/ A) Máy thu Digital Digital Hình1.1: Quá trình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền Hệ thống máy Hệ thống máy hình số pháttừng phần xen kẽ đợc hiểu xuất thudần dần camera Khái niệm số gọn nhẹ, studio số, phòng phân phối phát sóng số tiến đến dây chuyền sản xuất hoàn toàn số Đồ án tốt nghiệp Mô hình cho nhận xét đến giai đoạn xuất tình trạng song song tồn hai hệ thống công nghệ khác Đó thời kỳ bắt đầu đời máy phát số đồng thời máy thu hoàn toàn số SET - TOP - BOX hộp chuyển đổi dành cho máy thu tơng tự Tại lại phải chuyển đổi phần xen kẽ ? Có lý nh sau : - Chi phí tài - Bảo đảm trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chi phí tài Chi phí tài vấn đề hàng đầu trình chuyển đổi công nghệ nói chung nh bớc độ nói riêng Có thể lấy vÝ dơ sau: Mét studio Analog (Hc mét xe trun hình lu động) trị giá khoảng triệu đôla studio số tiêu chuẩn 4:2:2 giá trị khoảng triệu đô tức gấp hai lần giá trị studio tơng tự So sánh với khu vực khác vậy, trung tâm truyền hình có khoảng 10 studio, xe truyền hình lu động, vài chục máy quay gọn nhẹ vài chục phòng hậu kỳ video, audio chi phí cho việc chuyển đổi lớn Khi bắt đầu xuất mạng lới máy thu số, dự tính giá trị máy thu số 500 USD ( Khi đà trở thành quảng bá ) với 10 triệu máy thu số chi phí tỷ USD, cha kể đầu t cho nhà máy sản xuất máy thu số hình ph¼ng Nh vËy chóng ta thÊy r»ng chi phÝ chung cho việc chuyển đổi toàn hệ thống lớn Điều giải thích công nghệ truyền hình số cha trở thành quảng bá nh hệ thống viễn thông Đảm bảo trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chúng ta thấy hệ thống truyền hình tơng tự sử dụng, chúng đóng góp 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 quy định ( Trong công nghệ Analog cho phép phát chơng trình băng tần ) ®ã hiƯu qu¶ cha ®Õn ®èi víi ngêi xem mét cách rõ rệt nh mạng lới máy thu máy thu tơng tự Công nghệ ttuyền hình số coi hoàn thiện giải đợc vấn đề nói 1.2 vấn đề cần quan tâm chuyển đổi từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Đồ án tốt nghiệp 1.2.1 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 dịnh cao nên thay hẳn tầng khuếch đại tầng kích Với tầng 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 dại lớn yêu cầu công suất đầu vào thấp, nên việc thực chuyển đổi rẻ Và khuếch đại Klystron điều khiển theo xung phải bỏ tạo tín hiệu xung thực việc chuyển đổi Các máy phát Solid state gồm nhiều mođule khuếch đại song song Đó khối có hƯ sè cao cÊu t¹o bëi nhiỊu bé khch 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 Các sửa lỗi làm việc với hiệu số, nên trình chuyển đổi cần phải thay Vì lý mà nhiều exciter sử dụng việc sửa lỗi điều chế, thực việc Mapping exciter cần phải tách Symbol liệu thành phần thực phần ảo, việc điều chỉnh biên độ pha tầng này, làm méo tín hiệu điều chế trớc, sau tầng khuếch đại cuối có trình ngợc lại Quá trình làm giảm méo không tuyến tính khuyếch đại 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 đổi đôí với Upconverter 1.2.2 Thực chuyển đổi Với máy phát có khuyếch 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 Đồ án tốt nghiệp Còn máy phát không kết hợp, cần bỏ khuếch đại tiếng khuếch đại hình với tiếng đợc thay lọc thông dải nh Tất nhiên phải có điều chế số hệ thống sửa lỗi 1.2.3 Các vấn đề RF - Việc chia xẻ với sở Analog tồn Việc chia xẻ với sở tồn hoàn toàn có thể, nhiên có đòi hỏi mặt kinh tế kỹ thuật phải phù hợp Và đa dịch vụ số điều đáng lu ý không gây khó khăn không cần thiết trớc mắt ngời xem tiềm 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 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 cộng lựa chän RF NÕu sư dơng toµn bé Anten hiƯn hµnh, có hai phơng án phải làm : - Thứ sử dụng cộng RF cho nơi công suất cao nơi công suất thứ yếu - Thứ hai phải dùng giải pháp thay cho sở thứ yếu, sử dụng ứng dụng đa kênh 1.2.4 Lu ý Anten công suất Khi phát sóng, cần phải xem xét tất đặc tính dù bình thờng phát số khác Lu ý khuyếch đại chuyển đổi tạo công suất nh trớc Công suất đầu số hiệu dụng phải thấp - 10 dB so với công suất 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 1.2.5 Sử 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 Hầu nh anten thu thích hợp Tuy nhiên, việc giới hạn ERP ( effective radiater power ) để bảo vệ điển phát sóng kênh tơng tự có khỏi bị xuyên nhiễu điểm hàng xóm lân cận không dợc đảm bảo Đồ án tốt nghiệp 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 noisie dẻgadation) a RF combining Trong nhiều trờng hợp, việc dedịnh 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( 7,63 Mhz) vào kênh ITU-R ( Mhz ë UHF ) Bé céng gåm c¸c Coupler dB ( chia nửa ), hai lọc thông dải giống tải giả Bộ cộng có đầu vào có khả lựa chọn 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 đờng bé coupler dB råi ®i qua hai bé läc thông dải giống Hai nửa tín hiệu sau lại đợc cộng lại nhờ coupler dB thø hai tríc gưi tíi anten BÊt k× tÝn 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 trớc đa anten 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 đến khả lựa chọn lọc Nhằm tránh vấn đề cần phải sử dơng mét bé tiÕn sưa d¶i gèc ( baseband precorrector ) b Khuyếch 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 trạm thứ cấp nên dẫn đến vấn đề nh trạm phát Khuyếch đại đa kênh cách thức kết hợp kênh số thực với coupler không cần khả lựa chọn phí thấp Cách thức thùc hiƯn nhê c¸c thđ tơc sau - Thu c¸c 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 Đồ án tốt nghiệp - Khuyếch đại công suất ghép kênh c Dùng anten cho phát hình số mặt đất Đầu tiên, cần phải tìm vị trí thích hợp cho anten dựa trªn cÊu tróc cét anten hiƯn thêi Trong nhiỊu trêng 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 vËy th× rÊt cã thĨ vïng phđ sãng cđa annten 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 tợng tự, lý nên việc chi phí cho anten cao 1.3 Tổng quan truyền hình số 1.3.1 Đặc điểm truyền hình số Những năm gần hÃng tổ chức tập trung 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 ? Đó đặc điểm truyền hình số tỏ mạnh tuyệt đối so với truyền hình tơng tự Một số đặc điểm truyền hình số nh sau: - Tín hiệu số 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 xư lý tÝn hiƯu ( Cã hƯ sè nÐn rÊt lín so víi tÝn hiƯu t¬ng tù ) - TÝnh phân cấp ( Kênh đợc sử dụng phát chơng trình độ phân dải cao vài chơng trình truyền hình tiêu chuẩn) - Có thể truyền đợc nhiều loại hình thông tin khác với cách xử lý 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., Đồ ¸n tèt nghiƯp - TÝnh t¬ng t¸c hai chiỊu - Cho phép thu di động - Phù hợp với công nghệ VLL - Chi phí khai thác thấp - Hoàn toàn có khả hoà nhập vào xa lộ thông tin 1.3.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Một hệ thống truyền hình số theo tiêu chuẩn coi gồm ba thành phần sau: Khối mà hoá nén Khối ghép kênh mà hoá truyền dẫn Khối điều chế RF phát sóng a Sơ đồ khối Thiết bị phát T/hiệu truyền hình tơng tự BiếnT/h Mà hoá đổi truyền hình số nguồn A/D Mà hoá kênh Điều chế số Thiết bị thu Máy thu tơng tự BiếnT/h Giải mà đổi truyền hình sốhoá nguồn D/A Hình1 Giải mà hoá kênh Giải điều chế số Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số b Nguyên tắc làm việc: Hệ thống phát : Các tín hiệu tơng tự sau đợc chuyển đến A/D đa qua phân hệ tơng ứng 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 Hệ thống thu: Quá trình xử lý hệ thống thu ngợc lại với trình xử lý hệ thống phát Tín hiệu cao tần thu qua tunenr đợc giải điều chế cao tần Tín hiệu tần số thấp đợc giải mà hoá kênh, giải mà truyền dẫn đa đến giải mà Đồ án tốt nghiệp ghép kênh Tín hiệu đợc đa đến giải mà ghép kênh đợc đến chuyển đổi D/A Audio Video đa đến máy thu phát tơng tự 1.3.3 Đặc điểm truyền hình số a Yêu cầu băng tần: Yêu cầu băng tần khác rõ truyền hình số truyền hình tơng tự Truyền hình số yêu cầu băng tần rộng b Tỷ lệ công suất/ Công suất tạp âm (Signal/Noise ) - (S/N) Một u điểm lớn tín hiệu số khả chống nhiễm trình xử lý khâu truyền dẫn ghi Với truyền hình số, nhiễu bít lỗi (VD Xung on chuyển thành of) Nhiễu truyền hình số đợc khắc phục nhờ mạch mà sửa lỗi Bằng mạch khôi phục lại dòng bít nh ban đầu Khi có nhiều bít lỗi, ảnh hởng nhiễu đợc làm giảm cách che lỗi Tuy nhiên, truyền hình quảng bá, truyền hình số gặp phải vấn đề khó khăn thực kiểm tra chất lợng điểm kênh truyền Tại cần phải sử dụng biến đổi tơng tự - số Đây công việc lớn có khối lợng lớn phức tạp c Méo phi tuyến Truyền hình số không bị ảnh hởng méo phi tuyến trình ghi truyền d Chồng phổ (Aliasing) Truyền hình số đợc lấy mẫu theo chiều thẳng đứng chiều ngang, nên có khả xảy chồng phổ theo hai hớng Theo chiều thẳng đứng chồng phổ hai hệ thống tơng tự nh §é lín cđa mÐo chång phỉ, theo chiỊu ngang phơ thc vµo mÐo chång phỉ theo chiỊu ngang, cã thể thực cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn hai lần thành phần tần số cao hệ thống tơng tự e Giá thành độ phức tạp Mạch số có cấu trúc phức tạp mạch tơng tự, nên giá thành thiết bị sô cao nhiều so với thiết bị tơng tự Nhng với phát triển ngành công nghiệp truyền thông số công nghiệp máy tính đà đời mạch tích hợp cỡ lớn LSL (Large Scale Integration) lớn VLS đà làm giảm giá thành trang thiết bị số f Xử lý tín hiệu: Truyền hình số xử lý chuyển đổi tốt chức mà hệ thống tơng tự không làm đợc gặp nhiều khó khăn Sau biết đổi A/D truyền hình lại chuỗi bít thao tác công việc phức tạp mà không làm giảm chất lợng hình ảnh Khả đợc tăng lên nhờ vệc lu trữ biét nhớ có thĨ ®äc víi tèc ®é nhanh