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. 64 + 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 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). 65 Mã hóa tín hiệu hình Mã hóa kênh Biến đổi tín hiệu Kênh truyền hình Biến đổi tín hiệu Giải mã kênh Giải mã tín hiệu hình T.hiệu hình t.tự vào T.hiệu Video t.tự ra Hình 6.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số 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 ƒ sa ≥ 2ƒ max (ƒ max = 5,5MHz đối với hệ PAL) nghĩa là ƒ sa ≥ 11MHz. Trường hợp ƒ sa < 2ƒ max 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 ƒ 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 ƒ sc , khi chọn ƒ sa có thể xuất hiện các trường hợp sau đây: + ƒ sa gấp nhiều lần ƒ sc , ví dụ ƒ sa = 3ƒ sc hoặc 4ƒ sc (hệ PAL, NTSC chỉ dùng một tần số ƒ sc ). Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ màu nên không dùng được một tần số ƒ sa cho các tín hiệu hiệu số màu. +ƒ sa không có quan hệ trực tiếp với ƒ 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 ƒ sa và ƒ sc hoặc hài của ƒ sc trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt thành phần tín hiệu (ƒ sa -2ƒ sc ) 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 ƒ sc : ƒ sa =3ƒ sc . ƒ saPAL = 13,3 MHz > 2ƒ maxPAL = 2x5=10MHz hoặc 2x5,5=11MHz. ƒ saNTSC = 10,7 MHz > 2ƒ maxNTSC = 2x4,2=8,4MHz. Nếu chọn ƒ sa = 4ƒ sc 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 ƒ saY ≥ 2ƒ maxY và bằng bội số của tần số dòng. + Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu ƒ sa(R-Y)(B-Y) ≥ 2ƒ max (R-Y)(B-Y) và bằng bội số của tần số dòng. Kết hợp điều này với thực tế người ta chọn: 66 ƒ saY = 13,5 MHz ƒ sa(R-Y)(B-Y) = ƒ sc = 6,75MHz cho cả 2 tiêu chuẩn: 625⁄ 50 và 525⁄ 60. Tuy nhiên, sự lựa chọn ƒ sa theo định lý Kachenhicop thì chưa đủ mà phải thỏa thêm các điều kiện sau: - Tần số ƒ sa phải đồng bộ với tần số quét dòng f H . - Tần số ƒ sa phải đồng bộ với tần số quét mành ƒ V . - Tần số ƒ sa phải đồng bộ với tần số ảnh f P , f P = 2ƒ V . 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 2 8 =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. 67 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 = ƒ sa .m Vậy C VID tổnghợp = 13,5.8 = 108 Mb ⁄ s C TPC = 13,5.8 = 108 Mb ⁄ s (TPC: thành phần các tín hiệu chói) C TPM = 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 W VID tổng hợp ≥ 108.3⁄ 4= 81MHz W các 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. ƒ sY : ƒ sc:R-Y : ƒ sc: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 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. 68 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 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, ƒ Max = 4,2MHz ; ƒ H = 15750Hz ; T H = 63,555µs Tiêu chuẩn PAL : 625/50, ƒ Max = 5,5MHz ; ƒ H = 15625Hz ; T H = 64µs Tín hiệu Video trong Studio bao gồm : Tín hiệu chói Y với f S/Y = 13,5MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel Tín hiệu hiệu số màu C : f S/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 : 720×625 = 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 69 Telecine Tổg hợp ảnh VTR Đ.bộ B.đổi mã ADC ADC Trộn số Đ.bộ B.đổi mã VTR Camera T.hiệu đồng bộ Xung đồng hồ và lấy mẫu Đường truyền Đường truyền Hình 6.2 Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình 8×1/2triệu ≈ 4Mbit Hiện nay người ta sử dụng riêng bộ nhớ hình ảnh số cho từng tín hiệu Y : dùng bộ nhớ 4Mbit C : dùng bộ nhớ 2Mbit Có 2 phương pháp : + Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu (nguyên lý ghi dịch) Bộ nhớ đồng thời đọc các mầu của tín hiệu Video trễ 1 khoảng thời gian : 1, 2, 3 điểm ảnh (τ ) 1, 2, 3 dòng hình (H) tập hợp các mẫu này có thể được dùng để hạn chế 1, 2, 3 mành (T) độ dư thừa thông tin trong tín hiệu Video + Bộ nhớ theo nguyên tắc ghi đọc tùy 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 70 τ τ τ τ τ H HH TTT Mạch Xử lý vào ra Hình 6.3 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu Bộ nhớ Điều khiển Tạo địa chỉ ghi Tạo địa chỉ đọc ra (Video số)Vào (Video số) Xung chuẩn Hình 6.4 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc ghi đọc tuỳ ý 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: 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 . 71 Truyền đa chương trình Mã hoá đầu cuối cáp Điều chế QAM Truyền đa chương trình Mã hoá kênh Điều chế QPSK Truyền đa chương trình Mã hoá kênh Điều chế COFDM Ghép kênh chương trình Dòng chg trình 1 Dòng chg trình 2 Dòng chg trình n Truy cập có điều kiện Đến mạng cáp Đến vệ tinh Đến máy phát sóng trạm mặt đất Hình 6.5 Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB 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 . 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 K U , 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. 72 Bộ mã hóa MPEG Bộ mã hóa MPEG Bộ mã hóa MPEG Bộ trộn nhiều đường Bộ điều chế QPSK Bộ đổi tần lên Phát lên vệ tinh Hình 6.7 Sơ đồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh Máy thu vệ tinh số Máy thu vệ tinh số Máy thu vệ tinh số Bộ giải điều chế số Bộ giải điều chế số Bộ giải điều chế số Bộ trộn Máy phát Mạng hữu tuyến Tín hiệu từ vệ tinh Tín hiệu từ vệ tinh Tín hiệu từ vệ tinh Hình 6.6 sơ đồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến 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 K U , 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. 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. 73 Máy thu vệ tinh số Máy thu vệ tinh số Bộ mã hóa MPEG - 2 Bộ mã hóa MPEG - 2 Bộ trộn nhiều đường Bộ điều chế số Bộ nâng tần VHF UHF A V A V Tín hiệu từ vệ tinh Hình 6.9 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T Tín hiệu từ vệ tinh Bộ biến tần Máy thu vệ tinh số Tivi thông thường A V Tín hiệu từ vệ tinh Hình 6.8 Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số . 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. đa chương trình Mã hoá kênh Điều chế COFDM Ghép kênh chương trình Dòng chg trình 1 Dòng chg trình 2 Dòng chg trình n Truy cập có điều kiện Đến mạng cáp Đến vệ tinh Đến máy phát sóng. 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