Hệ thống truyền hình và truyền thanh

Hệ thống truyền hình và truyền thanh

ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH

PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NỘI DUNG

BÁO CÁO:

1 Giới thiệu hệ thống truyền hình và truyền hình số

2 Số hiệu hóa tín hiệu Video và Audio

3 Nén tín hiệu Video và Audio

4 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số

PHẦN 1: HỆ THỐNG

TRUYỀN HÌNH

I/ GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH VÀ TRUYỀN HÌNH SỐ

1/ Hệ thống truyền hình

 

Khối camera Máy phát Anten

Anten thu

Máy thu hình

Kênh thông tin

Biến đổi tín hiệu

Giải mã hóa kênh

Biến đổi D/A

-Xử lí tín hiệu: tín hiệu là các bit 0 và 1

-Ưu điểm và khuyết điểm

2.3 Các phương pháp biến đổi tín hiệu video

-Tín hiệu video số tổng hợp

- Tín hiệu video số thành phần

Lộc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa

Đồng bộ

Tín hiệu

Tín hiệu số tổng hợp

2.4 Chuyển đổi ADC và DAC

- Sơ đồ làm việc của ADC

Lộc thông

thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa

Xung lấy mẫu đồng bộ

Hình 2.4 Sơ đồ biến đổi tương tự-số

- Các phương pháp biến đổi tượng tự - số:+ Biến đổi song song

+ Biến đổi nối tiếp theo mã đếm

+ Biến đổi nối tiếp theo mã nhị phân

+ Biến đổi song song – nối tiếp kết hợp

- Biến đổi song song

- Biến đổi nối tiếp theo mã đếm

- Chuyển đổi DAC

Mạch logic DAC

Lấy mẫu

Lộc thông thấp

Xung lấy mẫu

Khuếch đại

Tín hiệu tương tự

Tín hiệu số

Hình 2.5 Sơ đồ mach biến đổi số - tương tự

II : SỐ HÓA TÍN HIỆU VIDEO VÀ AUDIO

I.Số hoá tín hiệu video

II.Số hoá tín hiệu Audio

1.Lấy mẫu tín hiệu video

2.Lượng tử hoá tín hiệu video

6.Tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần

3.Mã hoá4.Chuyển đổi D/A

5.Tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video màu tổng hợp

I Số hoá tín hiệu

video

1.Lấy mẫu tín hiệu video:

Lấy mẫu tín hiệu video dựa trên cơ sở của định lý Nyquist – Shanaon: “Tín hiệu x(t) liên tục theo thời gian có phổ chế cắt tại

ωc hoàn toàn được xác định bằng một dãy các giá trị tức thời lấy cách nhau một đoạn T = Tsa < 1/2fc.Với fc = ωc/2 ”

Tần số lấy mẫu càng cao , càng dễ dàng cho việc sử dụng các

bộ lọc tránh chồng phổ và bộ lọc tái tạo cũng như đưa lại một đặc tuyến tần số tốt hơn

2.Lượng tử hoá tín hiệu video:

Có hai phương pháp lượng tử

-Lượng tử hoá tuyến tính có các bước lượng tử bằng nhau

-Lượng tử hoá phi tuyến có các bước lượng tử khác nhau

Biên độ

n+5 n+4 n+3 n+2 n+1 n

Hình 2.2: Quá trình lượng tử hoá.

T

Lỗi lượng tử

 Các mã được sử dụng trong truyền hình số :

• 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 bên thu

• Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền hình số

4.Chuyển đổi D/A:

 

Băng cơ bản biên dưới biên trên

sh

thời gian

3fsa2fsa

5 Tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video màu tổng hợp :

 Hai hệ thống tiêu chuẩn số hoá tín hiệu video tổng hợp đã

được phát triển rộng rãi Đó là:

5.2 Tiờu chuẩn 4f SC PAL:

 Tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số súng mang phụ hay 17,734475 MHz ( thường viết 17,73)

2fsc8,86 MHz Tần số Nquist

Tần số

Dải thông

định mức danh định

Dải thông cao

có thể chấp nhận

Tần số lấy mẫu

fsc4,43 MHz

3fsc13,29 MHz

4fsc17,7 MHz

6 Tiờu chuẩn lấy mẫu tớn hiệu video thành phần

6.1.Cỏc chuẩn lấy mẫu:

Đmàu đỏ Cr

iểm lấy mẫu

Đmàu lam CB

Hỡnh 2.7 Tiờu chuẩn 4:4:4

CriÓm lÊy

ĐmÉu mµu lam CBHình 2.8 Tiêu chuẩn 4:2:2

6.1.3) Tiêu chuẩn 4:2:0

Hình 2.9 Tiêu chuẩn 4:2:0

CriÓm lÊy mÉu

Đmµu lam CB

Hình 2.10 Tiêu chuẩn 4:1:0

 

Với tín hiệu video thành phần , tín hiệu chói được lấy mẫu tần

số 13,5Mhz, hai tín hiệu màu được lấy mẫu với tần số

6,75MHz

6.2 Lấy mẫu tín hiệu video thành phần

Hình 2.11 Đặc tuyến biên độ tần số của tín hiệu chói

Hình :2.12 Phổ lấy mẫu 13,5 MHz của tín hiệu chói.

 Khi biến đổi tín hiệu video thành phần cho ta dòng số có tốc

độ cao hơn tín hiệu tổng hợp Tuy nhiên dòng tín hiệu video thành phần cho phép xử lý dễ dàng các chức năng như ghi, dựng, tạo kỹ xảo… Vì vậy chất lượng ảnh không chịu ảnh hưởng của can nhiễu chói màu như tín hiệu video tổng hợp

II.SỐ HOÁ TÍN HIỆU AUDIO

1.1.Lấy mẫu

Tần số lấy mẫu dựa trên định lý Nyquist để tránh hiện tượng chồng phổ Hiện nay trên thế giới có 3 tần số thường được sử dụng và được coi là tần số tiêu chuẩn

32KHz: Tín hiệu Audio số lấy mẫu theo tiêu chuẩn này được lựa chọn dùng trong phát sóng tần số FM

- 44,1KHz là tiêu chuẩn dùng cho các ứng dụng, lưu trữ, phát sóng

- 48KHz là tiêu chuẩn được dùng để tạo nguồn, xử lý trao đổi

chương trình

Biên độ

Tín hiệu lẫy mẫu (PAM)Tín hiệu Audio

Biên độ Xung lẫy mẫu  Điều biên

Hình 2.13:Quá trình lẫy mẫu (PAM) trong miền thời gian

Hình 3.15: Phổ điều chế (PAM) với fs>2fmax ( trong miền tần số)

Biện độ

f

  fs - fmax fs + fmax

fs 2fs 3fs f

1.2.Lượng tử hoá

Biên độ

111       110

2.Nguyên lý biến đổi D/A

2.1 Biến đổi D/A:

 MBS                 LSB

   

       bit 0       bit 1      bit 2       bit 3      bit 4       bit n -  1

Từ dữ liệu nhị phân (nbit)

nguồn điện

áp chuẩn

R R R R R 2R 2R 2R 2R 2R

Điện áp ra

Hình 3.17 Biến đổi số – tương tự

2.2 Bộ lọc thông thấp:

Tại đầu ra của bộ lọc thông thấp (còn gọi là bộ lọc tái

tạo ) , các hài bậc cao (fsa/2) đã bị loại bỏ sau khi chúng xuất

hiện trong quá trình lấy mẫu

Tín hiệu

audio

tương tự

Lọc trán chồng phổ

Lấy mẫu

Lượng tử

Tín hiệu PCM

Tín

hiệu

PCM

Giải mã

Khôi phục mẫu

Lọc và

bù méo

Tín hiệu audio tương tự

Hình 3.18 Mã hoá và giải mã PCM

2.3 Lấy mẫu ở tần số cao(oversampling).

3 Mã hóa kênh truyền

Mã hoá kênh truyền được dùng trong các hệ thống ghi và truyền số nhằm làm cho một số đặc trưng dữ liệu mã hoá phù hợp với các đặc trưng ghi và kênh truyền (các bộ coder dùng mã NRZ và BPM)

- Mã hóa NRZ

- Mã hóa Manchester-1

III NÉN TIN HIỆU VIDEO & AUDIO :

MỤC ĐÍCH: GIẢM TỐC ĐỘ TRUYỀN DỮ LIỆU, TĂNG KHẢ

NĂNG TRUYỀN DẪN, LÀM TĂNG LƯƠNG THÔNG TIN TRUYỀN DẪN ( ENTROPY)

Gán từ mã

Biểu diễn tín hiệu

Giải từ mã Lượng

tử hóa

1.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN:

1.2.1 NÉN KHÔNG TỔN HAO:

-CHO PHÉP PHỤC HỒI LẠI ĐÚNG TÍN HIỆU BAN ĐẦU SAU KHI GIẢI NÉN.

A) MÃ HOÁ VỚI ĐỘ DÀI (CỦA TỪ MÃ) THAY ĐỔI:

- PHƯƠNG PHÁP NÀY CÒN ĐƯỢC GỌI LÀ MÃ HOÁ

HUFFMAN VÀ MÃ HOÁ ENTROPY

B) MÃ HOÁ VỚI ĐỘ DÀI (CỦA TỪ MÃ) ĐỘNG :

- PHƯƠNG PHÁP NÀY DỰA TRÊN SỰ LẶP LẠI CỦA CÙNG GIÁ TRỊ MẪU

1.3 Tiêu chuẩn nén (MPEG):

1.3.1 Giới thiệu chuẩn MPEG:

• -Chuẩn MPEG (Moving picture expert group) là chuỗi các tiêu chuẩn nén video với mục đích là mã hoá tín hiệu hình ảnh và âm thanh

• -Cấu trúc một hệ thống MPEG cơ bản bao gồm 3 phần chính:

1.3.2 Các cấu trúc ảnh:

a) Ảnh loại I (Intra-picture):

- Chứa đựng dữ liệu để tái tạo lại toàn bộ hình ảnh vì chúng được tạo

thành từ thông tin của chỉ một ảnh

b) Ảnh loại P ( Predicted-picture):

- Là ảnh được mã hoá có bù chuyển động từ ảnh I hoặc P phía trước

(ảnh dự đoán trước)

1.3.3 Nguyên tắc hoạt động :

-Các hoạt động của các bộ mã hoá phụ thuộc vào loại hình ảnh,

mã hoá tại thời điểm đang xét

CHƯƠNG V: CÁC PHƯƠNG THỨC TRUYỀN

I: Truyền hình cáp CATV

1.1: Giới thiệu về hệ thống truyền hình cáp

Hệ thống truyền hình cáp CATV xuất hiện vào những năm cuối của thập niên 40,là hệ thống truyền hình dùng mạng cáp quang và cáp đồng trục để truyền dẫn tín hiệu đến thiết

bị thu Các thiết bị truyền hình cáp bao gồm: đầu thu kĩ

thuật số,bộ chia,bộ rẽ,bộ thu quang,bộ khuếch đại…

Sơ đồ tổng quan hệ thống truyền hình cáp

Trung chuyển

1.2.2: Hệ thống Anten:

Hệ thống Anten bao gồm các Anten parabol,anten UHF/VHF thu tín hiệu truyền hình vệ tinh và mặt đất cùng với cáp dẫn tín hiệu

từ anten về trung tâm

Ngoài ra còn có thể đấu nối trực tiếp với hệ thống truyền hình cáp của nhà cung cấp dịch vụ

1.2.3: Hệ thống thiết bị trung tâm:

Hệ thống này bao gồm bộ trộn tín hiệu,các bộ chia tín hiệu,các bộ giải mã tín hiệu truyền hình vệ tinh và bộ khuếch đại tín hiệu

1.2.4: Mạch trung chuyển:

Bộ khuếch đại đường truyền chia hệ thống trung chuyển thành

các đoạn có chiều dài sao cho suy giảm ở tần số cao nhất bằng

hệ số khuếch đại của bộ khuếch đại

1.2.5: Hệ thống mạng cáp truyền dẫn và phân phối tín hiệu:

Hệ thống này bao gồm các bộ chia,khuếch đại cáp tín hiệu và các

ổ cắm tivi

Sử dụng cáp RG-66,RG-11 và QR-540 để truyền dẫn tín hiệu và

sử dụng các bộ chia,phân nhánh tại các trục kĩ thuật để đảm bảo mức tín hiệu tại mọi điểm tivi là đồng đều nhau và đảm bảo chất lượng tín hiệu

1.2.6: Đầu thu tín hiệu:

Đầu thu của hệ thống CATV chọn tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau,xử lí chúng để truyền đi,tạo lại và điều chế các sóng mang cho các kênh dịch chuyển tần số khi cần và phối hợp

các kênh truyền trên hệ thống

1.3: Hệ thống cáp quang:

Cáp quang là một trong nhiều kĩ thuật được ứng dụng rộng rãi Môi trường truyền của cáp quang là bức xạ hồng ngoại với các thành phần điện từ có tần số cực cao,hệ thống cáp quang có độ rộng dải thông lớn Ngoài ra hệ thống cáp quang còn có thể sử dụng truyền tín hiệu tương tự

Nguồn quang Điều chế Bộ lặp Giải điều chế

Video Đường cáp quang

Video

• Giá trị tạp do con người tạo ra là cao

• Do phân bố tần số khá dầy trong phổ tần đối với truyền hình,giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét

Studio sè

Mã hóa 

nguồn

Mã hóa truyền dẫn đa hợp/sửa lỗi Điều chế

Chuyể

n đổi D/A

TV

ThuCấu trúc hệ thống tín hiệu số trên mặt đất

Bộ đầu thu truyền hình An Viên Đầu thu DVB T2

Hình ảnh được phát bởi đầu thu DVB T2

III: Truyền hình số vệ tinh DTH

DTH là phương thức truyền dẫn qua vệ tinh sử dụng băng tần KU So với các phương thức truyền dẫn tín hiệu khác thì truyền hình qua vệ tinh DTH là một phương thức phủ sóng rất hiệu quả vì nó phù hợp với điều kiện địa hình ở Việt Nam

Ưu điểm:

• Vùng phủ sóng rộng,không phụ thuộc vào địa hình

• Cường độ trường tại điểm thu ổn định và đồng đều trên toàn quốc nên hình ảnh,âm thanh đạt chất lượng tốt

• Sử dụng băng tần KU (12 GHz-14GHz) của vệ tinh Meassat-2,kích thước anten thu chỉ 0,6m nên phù hợp với mọi điều kiện thu tại các hộ gia đình

Nhược điểm: Chất lượng tín hiệu sẽ bị giảm (hình bị dừng,ảnh

bị vỡ….) khi có tác động mạnh của mưa bão

Hệ thống truyền hình số qua vệ tinh

LNA

Vệ tinh

Các thành phần của hệ thống phát và thu của truyền hình số vệ tinh DTH

• Trạm phát mặt đất

• Vệ tinh

• Trạm thu tín hiệu vệ tinh

Sơ đồ tổng thể của trạm thu phát vệ tinh

* Bộ thu giải mã tín hiệu TH số vệ tinh độ nét cực cao VTC-HD thế hệ 2

Đầu thu VTC-HD05 Đầu thu VTC-HD 07

* Bộ thu giải mã tín hiệu TH số vệ tinh độ nét tiêu chuẩn VTC-SD

thế hệ 2

Đầu thu VTC-SH09

PHẦN 2: HỆ THỐNG TRUYỀN THANH