Đồ án tốt nghiệp Truyền hình độ nét cao HDTV

Sự kiện vệ tinh VINASAT1, vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam bay vào quỹ đạo đã mở ra một kỉ nguyên mới cho lĩnh vực Thông tin truyền thông nói chung, lĩnh vực truyền hình nói riêng. Từ đây, chúng ta có thêm một phương tiện truyền dẫn mới với băng thông rộng, trải khắp toàn quốc. Hình ảnh được truyền qua vệ tinh cũng sẽ được đảm bảo chất lượng âm thanh, hình ảnh cao nhất, phù hợp cho phát triển công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV. Nếu so sánh với truyền hình chuẩn SDTV hiện nay, HDTV có nhiều ưu thế hơn hẳn. Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải cao nhất là 720 điểm chiều ngang và 576 điểm chiểu dọc (720 x 576 ) trong khi đó, truyền hình HDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920 x1080. Giống như máy ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao hơn hẳn, 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 như khi xem các chương trình truyền thống hiện đang có mặt tại Việt Nam. 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. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS.Đặng Hải Đăng đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình

VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ-THÔNG TIN Khóa 2007- 2011/Hệ Đại học chính quy Giáo viên hướng dẫn : TS.Đặng Hải Đăng Sinh viên thực hiện : Vũ Hoàng Anh Lớp : K10C Hà Nội – 2011 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU.................................................................................... - 1 1.2 Truyền hình Việt Nam.................................................................................................8 2.2 Cơ sở truyền hình số .................................................................................................14 2.5 Biến đổi số sang tương tự..........................................................................................21 2.7 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số...............................................................24 2.7.1 Truyền hình số qua vệ tinh.................................................................................24 2.7.2Truyền hình số truyền qua cáp.............................................................................26 2.7.3 Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất.............................................................27 3.3.6 TV Full HD........................................................................................................37 LỜI MỞ ĐẦU Sự kiện vệ tinh VINASAT-1, vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam bay vào quỹ đạo đã mở ra một kỉ nguyên mới cho lĩnh vực Thông tin - truyền thông nói chung, lĩnh vực truyền hình nói riêng. Từ đây, chúng ta có thêm một phương tiện truyền dẫn mới với băng thông rộng, trải khắp toàn quốc. Hình ảnh được truyền qua vệ tinh cũng sẽ được đảm bảo chất lượng âm thanh, hình ảnh cao nhất, phù hợp cho phát triển công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV. Nếu so sánh với truyền hình chuẩn SDTV hiện nay, HDTV có nhiều ưu thế hơn hẳn. Truyền hình SDTV ở Việt Nam hiện nay có độ phân giải cao nhất là 720 điểm chiều ngang và 576 điểm chiểu dọc (720 x 576 ) trong khi đó, truyền hình HDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920 x1080. Giống như máy ảnh kỹ thuật số có độ phân giải cao hơn hẳn, 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 như khi xem các chương trình truyền thống hiện đang có mặt tại Việt Nam. 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. Em xin chân thành cảm ơn thầy hướng dẫn TS.Đặng Hải Đăng đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp của mình! 3 CHƯƠNG 1 LỊCH SỬ RA ÐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN HÌNH Có thể nói, hiện nay truyền hình là phương tiện truyền thông phổ nhất thế giới. Hầu hết mọi nguời không có cơ hội trực tiếp gặp mặt các nguyên thủ quốc gia, du hành tới mặt trăng, chứng kiến một cuộc chiến hay xem một trận thi đấu thể thao…với truyền hình, họ có được cơ hội làm những việc đó. Không chỉ là một phương tiện truyền thông, phương tiện giải trí thuần tuý, ngày nay truyền hình còn được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống hiện đại.Bộ phận an ninh sử dụng truyền hình như một công cụ bảo vệ, giám sát. Ngành tàu điện ngầm dùng truyền hình để quản lý hệ thống đường tàu điện hay ngầm hay để điều khiển con tàu từ xa.Các bác sĩ khám nội tạng bệnh nhân bằng camera hiển vi thay vì mổ.Ngành giáo dục tiến hành đào tạo từ xa cũng thông qua truyền hình. Truyền hình là loại hình phương tiện thông tin đại chúng mới xuất hiện từ khoảng giữa thế kỷ XX, nhưng đã phát triển rất nhanh chóng, mạnh mẽ và được phổ biến hết sức rộng rãi trong vòng vài ba thập niên trở lại đây. Thế mạnh đặc trưng của truyền hình là cung cấp thông tin dưới dạng hình ảnh (Kết hợp âm thanh và ở mức độ nhất định cả với chữ viết) mang tính hẫp dẫn sinh động, trực tiếp và tổng hợp. Từ đó, loại hình phương tiện truyền thông độc đáo, đặc biệt này tạo nên được ở nguời tiếp nhận thông tin hiệu quả tổng hợp tức thời về nhận thức và thẩm mỹ, trước hết là ở trình độ trực quan, trực cảm. Bằng sự kết hợp các chức năng phản ánh- nhận thức thẩm mỹ- giải trí với nhau, truyền hình ngày càng thu hút đuợc nhiều khán giả. Vai trò, vị trí, ảnh hưởng và tác động của truyền hình đối với công chúng nói chung, quá trình hình thành và định hướng dư luận xã hội nói riêng đã và đang tăng lên nhanh chóng. 4 1.1 Truyền Hình Thế Giới Truyền hình là hệ thống phát và thu hình ảnh và âm thành bằng những thiết bị truyền dẫn tín hiệu từ qua cáp, sợi quang và quan trọng nhất là sóng điện từ. Những hệ thống truyền hình thật sự đầu tiên bắt đầu đi vào hoạt động chính thức trong thập niên 40 của thế kỷ này, không lâu sau khi khái niệm "truyền hình" được sử dụng với nghĩa như chúng ta vẫn hiểu ngày nay.Ngành truyền hình thế giới đã phải trải qua một thời gian dài phát triển mới có được thành tựu đó. Năm 1873, nhà khoa học người Scotland James Cleck Maxwell tiên đoán sự tồn tại của sóng điện từ, phương tiện truyền tải tín hiệu truyền hình. Cùng năm này, nhà khoa học người Anh Willoughby Smith và trợ lý Joseph May chứng minh rằng điện trở suất của nguyên tố Selen thay đổi khi được chiếu sáng. Phát minh này đã đưa ra khái niệm "suất quang dẫn", nguyên lý hoạt động của ống vidicon truyền ảnh.mươi năm năm sau, năm 1888, nhà vật lý người Ðức Wihelm Hallwachs tìm ra khả năng phóng thích điện tử của một số vật liệu. Hiện tượng này được gọi là "phóng tia điện tử", nguyên lý của ống orthicon truyền ảnh. Mặc dù nhiều phương thức chuyển đổi ánh sáng thành dòng điện tử đã được phát minh và hoàn thiện nhưng hệ thống truyền hình đầu tiên vẫn chưa đủ điều kiện để ra đời.Vấn đề cốt yếu là dòng điện tạo ra còn yếu và chưa tìm được một phương pháp khuyếch đại hiệu quả.Mãi cho tới năm 1906, khi Lee De Forest, một kỹ sư nguời Mỹ đăng ký sáng chế ống triode chân không thì vấn đề mới được giải quyết. 1.1.1 Truyền hình điện tử Ðồng thời với sự phát triển của phương pháp phân tích cơ học, năm 1908 nhà sáng chế người Anh Campbell Swinton đưa ra phương pháp phân hình 5 điện tử.Ông sử dụng một màn ảnh để thu nhận một điện tích thay đổi tương ứng với hình ảnh, và một súng điện tử trung hoà điện tích này, tạo ra dòng biến tử biến thiên.Nguyên lý này được Zworykin áp dụng trong ống ghi hình iconoscope, bộ phận quan trọng nhất của camera.Về sau, chiếc đèn orthicon hiện đại hơn cũng sử dụng một thiết bị tương tự như vậy. Năm 1878, nhà vật lý và hoá học nguời Anh,William Crookes phát minh ra tia âm cực. Tới năm 1908,Campbell Swinton và Boris Rosing,người Nga,độc lập nghiên cứu những kết quả thu được của hai ông lại tương đồng. Theo đó,hình ảnh được tái tạo bằng cách dùng một ống phóng tia âm cực (cathoderays, tube-CRT) bắn phá màn hình phủ photphor. Trong suốt những năm 30,công nghệ CRT được kỹ sư điện tử người Mỹ tên là Allen DuMont tập trung nghiên cứu. Phương pháp tái hiện hình ảnh của DuMont về cơ bản giống phương pháp chúng ta đang sử dụng ngày nay. Ngày 13/1/1928,nhà phát minh Emst Alexanderson cho ra đời chiếc máy thu hình áp dụng phương pháp phân hình điện tử đầu tiên trên thế giới tại Schenectady, New York, Mỹ.Hình ảnh trên màn hình 76 mm (3 inch) xấu và không ổn định nhưng máy thu hình vẫn phổ biến ở nhiều gia đình.Nhiều máy thu kiểu này đã được sản xuất và bán tại Schenectady.Cũng tại đây, ngày 10/5/ 1928, đài WGY bắt đầu phát sóng đều đặn. 1.1.2 Phát hình công cộng Trong khi đó chương trình truyền hình công cộng đầu tiên lại xuất hiện ở London năm 1936. Những buổi phát hình này do 2 công ty cạnh tranh với nhau thực hiện. Marconi- EMI phát bằng hình ảnh 405 dòng quét ngang với 25 mành hình/ giây (25 frame/s) và hãng truyền hình Baird phát bằng hình ảnh 240 dòng quét ngang cũng với 25 frame/s.Ðầu năm 1937, hệ Marconi với chất lượng hình ảnh tốt được chọn làm chuẩn.Năm 1941, Mỹ chấp nhận chuẩn 525 dòng quét với 30 frame/s cho bộ phận giải của mình.Tháng 11/1937, BBC thực hiện buổi phát hình ngoài trời đáng chú ý đầu tiên.Ðó là 6 buổi phát hình lễ đăng quang của vua George VI tại công viên Hyde, London. BBC đã sử dụng một máy phát xách tay đặt trên chiếc xe đặc biệt.Vài ngàn khán giả đã chứng kiến buổi phát hình này. 1.1.3 Truyền hình màu Ngay từ năm 1904 người ta đã biết rằng có thể chế tạo thiết bị truyền hình màu bằng cách sử dụng 3 màu cơ bản là đỏ, lục và xanh.Năm 1928, Baird cho ra mắt truyền hình màu dùng 3 bộ đĩa Nipkow quét hình ảnh.mười hai năm sau,Peter Goldmark chế tạo được hệ thống truyền hình màu với khả năng lọc tốt hơn.Năm 1951 buổi phát hình màu đầu tiên đã sử dụng hệ thống của Goldmark.Tuy nhiên,hệ thống này không thích hợp với truyền hình đơn sắc nên cuối năm đó thí nghiệm bị hủy bỏ.Cuối cùng thì hệ thống truyển hình màu thích hợp với truyền hình đơn sắc cũng ra đời năm 1953.Một năm sau, phát hình màu công cộng lại xuất hiện. Những bước phát triển tiếp theo của ngành truyền hình thế giới chỉ là hoàn thiện chất lượng truyền hình bằng những màn hình lớn hơn,công nghệ phát và truyền dẫn tín hiệu truyền hình tốt hơn mà thôi.Những màn hình đầu tiên chỉ đạt 18 hoặc 25 cách mạng (7 hoặc 10 inch) kích thuớc đường chéo.Màn hình ngày nay có kích thước lớn hơn rất nhiều.Với sự ra đời của máy chiếu, màn ảnh truyền hình có thể phục vụ những màn hình có kích thước đường chéo lên tới 2m.Nhưng các nhà sản xuất cũng không quên phát triển máy thu hình để nhỏ gọn,chẳng hạn một máy thu hình cỡ 3 inch (7,6 cm). Ngày nay,ngành truyền hình thế giới đang từng buớc chuyển dần từ công nghệ tương tự (hay tuần tự- analog) sang truyền hình kỹ thuật số (digital).Từ thập kỷ 80,hệ truyền hình độ nét cao (high-definition television - HDTV) sử dụng kỹ thuật số bắt đầu được nghiên cứu. 7 1.2 Truyền hình Việt Nam 1.2.1 Sự ra đời của truyền hình việt nam Ngày 7/9/1970, chương trình truyền hình thử nghiệm đầu tiên của nước Việt Nam dân chủ cộng hoà được phát sóng.Chương trình này do Ðài tiếng nói Việt Nam thực hiện. Trước đó, ngày 4/1/1968, phó thủ tuớng Lê Thanh Nghị ký quyết định số 01/TTG-VP cho phép tổng cục thông tin (trực thuộc Chính Phủ) thành lập"Xưởng phim vô tuyến truyền hình Việt Nam ". Ðây là một xuởng phim nhựa 16 ly,có nhiệm vụ làm phim thời sự tài liệu truyền hình gửi ra nước ngoài nhờ đài truyền hình các nuớc xã hội chủ nghĩa phát trên sóng của họ để tuyên truyền đối ngoại, đồng thời hướng dẫn và hợp tác với các đoàn làm phim vô tuyến truyền hình nước ngoài đến quay phim ở Việt Nam.Năm 1971,Chính Phủ đã quyết định chuyển xuởng phim vô tuyến truyền hình từ tổng cục thông tin sang Ðài tiếng nói Việt Nam,tăng cường cho truyền hình một đội ngũ làm phim thời sự tài liệu có kinh nghiệm thực tế và có một số vốn tư liệu quý. Giữa năm 1966,Mỹ đưa truyền hình vào miền Nam.Khi nhận được thông tin này,bộ biên tập và đội ngũ cán bộ kỹ thuật Ðài tiếng nói Việt Nam quyết tâm lao vào cuộc đua chuẩn bị cho được truyền hình để có thể tiếp quản và điều hành các Ðài truyền hình miền Nam ngay sau khi giải phóng.Nhiều đoàn cán bộ, kỹ thuật viên được gửi ra nuớc ngoài học truyền hình.Sau một thời gian dài nỗ lực của cả một đội ngũ đông đảo cán bộ,kỹ thuật viên,ngày 7/9/1970 chương trình truyền hình đầu tiên được tổ chức trong phòng thu nhạc lớn,thuờng gọi là Studio M,của Ðài tiếng nói Việt Nam tại trụ sở 58 Quán Sứ.Chương trình gồm 15 phút tin tức do phát thanh viên trực tiếp đọc trên micro và 45 phút ca nhạc. 8 Sau một thời gian làm thử, tối 30 tết Tân Hợi (27/1/1971), nhân dân Thủ đô Hà Nội được xem chương trình truyền hình đầu tiên.Chương trình ra mắt khán giả Thủ đô lần đầu tiên,lại là đêm 30 tết nên khá phong phú:30 phút thời sự trong nước và quốc tế do các phát thanh viên nam nữ thay nhau đọc truớc micro, thu vào camera điện tử chuyển thẳng lên sóng,chương trình ca nhạc 30 phút dùng phương pháp playlack;chương trình phim truyện, phim tài liệu được chiếu lên tuờng, dùng camera điện tử thu lại và phát lên sóng qua máy phát. Như vậy, ngay từ những chương trình truyền hình thử nghiệm cũng như chương trình phát sóng phục vụ nhân dân đầu tiên,truyền hình Việt Nam đã dùng hình thức phát trực tiếp là do những hạn chế về mặt thiết bị kỹ thuật. Lúc đó chúng ta chưa có máy ghi hình dùng băng từ và cũng chưa có telecine (máy chiếu phim truyền hình). Sau khi thử nghiệm phát sóng thành công,chương trình thử nghiệm được phát hai tối mỗi tuần, mỗi tối 2h30' rồi tăng lên ba tối, bốn tối một tuần.Kéo dài đến tháng 4 năm 1972 khi Mỹ mở rộng chiến tranh bằng không gian đánh phá ác liệt vào Hà Nội .Trong thời gian này các phóng viên, biên tập viên của Ðài truyền hình vẫn tiếp tục làm việc nhằm ghi lại những hình ảnh chiến đấu dũng cảm của quân và dân Thủ đô.Những bộ phim tài liệu được thực hiện trong thời gian này như: Hà Nội - Ðiện Biên Phủ, Hà Nội 5 ngày đọ sức, Tiếng Trống Truờng đã giành được nhiều giải thuởng Bông Sen Bạc quốc tế và trong nước. Sau khi hiệp định Pari được ký kết, các chương trình của đài THVN lại được tiếp tục phát sóng.Các chương trình của đài lần lượt được ra mắt công chúng như: Vì an ninh Tổ quốc (27.1.1973) (Buổi phát sóng đầu tiên của chương trình này là tối 16-8-1972), Câu lạc bộ nghệ thuật (21.2.1976) văn hoá xã hội (21.3.1976) Quân đội nhân dân (24-4-1976), thể dục thể thao (26.5.1976), Kinh tế (9.5.1976). Tới khi chuyển về trung tâm truyền hình Giảng Võ, từ 16/6/1976 mới phát chính thức hàng ngày. 9 1.2.2 Thời kỳ phát sóng chính thức hàng ngày Ngày 16/6/1976 việc khai thác sóng chuyển từ 58 Quán Sứ về trung tâm Giảng Võ.Tại đây đã có một trung tâm hoàn chỉnh với 3 trường quay (S1, S2, S3), tổng khống chế (master control room), máy phát 1kW kênh 6 và cột anten cao 60m. Năm 1976,Ðài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh đã thử nghiệm phát hình màu.Một năm sau, 1977 Ðài truyền hình Trung ương cũng bắt đầu phát thử nghiệm truyền hình màu vào các sáng Chủ nhật.Từ giữa năm 1980, khi Ðài Hoa sen đi vào hoạt động, chương trình phát sóng của Ðài truyền hình Trung ương xen kẽ lúc có màu, lúc không do sử dụng nhiều chương trình màu thu từ Ðài Hoa sen. Ngày 1/8/1986, Ðài truyền hình Trung ương chuyển hẳn sang phát màu hệ SECAM 3b bằng các thiết bị chuyên dùng, từ bỏ hoàn toàn truyền hình đen trắng.Sở dĩ chúng ta chọn hệ màu SECAM 3b vì dây là hệ màu được Liên Xô và phần lớn các nước xã hội chủ nghĩa sử dụng. Bắt đầu từ ngày 1/1/1991, hệ truyền hình màu của Ðài truyền hình Việt Nam chuyển từ hệ SECAM 3b sang phát bằng hệ PAL/D/K.Sự thay đổi này là đúng đắn và kịp thời,định hướng thống nhất cho sự phát triển mạnh mẽ của ngành trong những năm sau đó và thúc đẩy các mối quan hệ hợp tác với các nước trong khu vực và trên thế giới. Ngày 30/1/1991, Chính phủ ra quyết định số 26/CP giao cho Tổng cục bưu điện thuê vệ tinh Intesputnik truyền dẫn tín hiệu phát thanh truyền hình năm 1991.Tết âm lịch Tân Mùi (đầu năm 1991) bắt đầu truyền chính thức bằng cách phủ sóng qua vệ tinh chương trình truyền hình quốc gia cho các đài địa phương. Ngày 31/3/1998, Ðài truyền hình Việt Nam chính thức tách kênh VTV1, VTV2, VTV3.Ðây là một buớc nhảy vọt của Ðài truyền hình Việt Nam về cả nội dung chương trình lẫn thời lượng phát sóng. 10 CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ Sử dụng phương pháp số để tạo,lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin mơ rộng ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình đã được nghiên cứu trước.Trong một số ứng dụng,tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì có khả năng thể hiện được các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực hiện,nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ. 2.1 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 với các dạng méo xảy ra trên đường truyền.bảo toàn chất lượng hình ảnh, Thu số không còn hiện tượng “bóng ma ’’ do các tia sóng phản xạ từ nhiều hướng đến máy thu. Đây là vấn đề mà hệ analog đang không khắc phục nổi. Hình 2.1: khả năng chống lại can nhiễu của tín hiệu truyền hình tương tự cùng kênh 11 a. tín hiệu tương tự b. tín hiệu số Hình 2.2: khả năng chống lại can nhiễu của tín hiệu truyền hình tương tự kênh lân cận Phát nhiều chương trình trên 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) Bảo toàn chất lượng : 12 Chất lượng Tín hiệu số Tín hiệu tương tự Khoảng cách giữa máy phát và máy thu Hình 2.3: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự - 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 số đối với hệ thống ATSC, 4 ÷ 8 chương trình đối với hệ DVB –T (tùy thuộc M-QAM, khoảng bảo vệ và FEC) Tiết kiệm năng lượng, chi phí khai thác thấp: Công suất phát không cần quá lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog ( độ nhạy máy thu số thấp hơn -30 đến -20 DB so với máy thu analog). Mạng đơn tần (SFN): cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh, nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh song. Đây là sự hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tầnsố. Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tính … 13 Hình Hình Tiếng Hình Hình Tiếng Tiếng Tiếng Phổ tín hiệu tương tự Phổ tín hiệu số Hình 2.4: So sánh phổ tín hiệu tương tự và tín hiệu số 2.2 Cơ sở truyền hình số - Theo hình 2.5 bên dưới : Mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêng trước khi biến đổi tương tự sang số. - Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, các chương trình này sẽ ghép lại với nhau để tạo thành dòng bít liên tiếp. - Lúc này chương trình đã săn sàng truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi Theo các phương thức : + Truyền hình số vệ tinh DVB-S (QPSK) + Truyền hình số cáp DVB-C (QAM) + Truyền hình số mặt đất ( COFDM) Phía thu sau khi nhận được tín hiệu sẽ tiến hành giải điều chế phù hợp với phương pháp điều chế, sau đó tách kênh rồi giải nén MPEG-2, biến đổi ngược lại số sang tương tự, gồm 2 đường hình và tiếng rồi đến máy thu hình. 14 Khối truyền dẫn tín hiệu truyền hình số DVB-S DVB-T DVB-C Điều chế Giải điều chế Ghép kênh chương trình Tách kênh chương trình CT 1 MPEG-2 A/D Video Audio . . . . . . . CT n MPEG-2 Giải MPEG-2 A/D D/A Video Video Audio Phía phát Audio Phía thu Khối số hóa tín hiệu truyền Khối nén vidieo số Hình 2.5: Sơ đồ truyền hình số và phân phôi cho truyền hình số. 2.3 Các dạng tín hiệu video số Tín hiệu gốc là tín hiệu video tương tự được chuyển đổi sang tín hiệu số được thực hiện bởi công việc lấy mẫu tín hiệu với tần số lấy mẫu là fS phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cao nhất của tín hiệu tương tự fa (fS ≥ 2.fa) và mỗi mẫu được lượng tử hóa bởi các bit nhị phân với mã hóa 8 bit hoặc 10 bit. Kết quả xuất ra là tín hiệu số dạng mã bit nhị phân kiểu song song hoặc 15 cũng có thể kiểu dạng ra là các bit nối tiếp tuỳ theo mạch chuyển đổi (hình 2.6) Các thiết bị mới công nghệ số có các cổng giao tiếp dạng tín hiệu vào và ra là tín hiệu số, các tín hiệu số thường gặp như: (1) SDI (Serial Digital Interface): Tín hiệu số truyền nối tiếp. Tín hiệu này có các định dạng theo nhiều tiêu chuẩn khác nhau như: ◊ SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 259M : Là tín hiệu video số có định dạng khuôn hình tỉ lệ 3x4 độ phân giải tiêu chuẩn SD (Standar Definition). - Tín hiệu video hệ NTSC: Tần số lấy mẫu fS = 4.fSC = 4 x (3,58Mhz) = 14,32Mhz. Bit mẫu: 10bit/mẫu Tốc độ bit truyền SDI: 14,32 x 10 = 143,2 Mbit/s Tín hiệu video hệ PAL: Tần số lấy mẫu fS = 4.fSC = 4 x (4,43Mhz) = 17,72Mhz. Bit mẫu: 10bit/mẫu Tốc độ bit truyền SDI: 17,72 x 10 = 177,2 Mbit/s Tín hiệu video component 525/60 hoặc 625/50 Tần số lấy mẫu: 13,5 Mhz , bit mẫu 10bit/mẫu. Lấy mẫu: 4:2:2 Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s Tín hiệu R-Y: 6,75 x 10 = 67,5Mbit/s Tín hiệu B-Y: 6,75 x 10 = 67,5Mbit/s Tốc độ bit truyền SDI là 270Mbit/s Lấy mẫu: 4:1:1 16 Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s Tín hiệu R-Y: 3,375 x 10 = 33,75Mbit/s Tín hiệu B-Y: 3,375 x 10 = 33,75Mbit/s Tốc độ bit truyền SDI là 202,5Mbit/s Lấy mẫu: 4:4:4 Tín hiệu chói Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s Tín hiệu R-Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s Tín hiệu B-Y: 13,5 x 10 = 135Mbit/s Tốc độ bit truyền SDI là 405Mbit/s. ◊ HD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 292M : Là tín hiệu video số có định dạng khuôn hình tỉ lệ 9x16 hình ảnh độ phân giải cao HD (High Definition). Được xác định với các điểm ảnh hàng ngang 1920 pixel và chiều dọc 1080 pixel. Hình 2.6 17 - Truyền hình có độ nét cao HDTV 1080i (interlace) thực hiện quét xen kẽ luân phiên bán ảnh lẻ và bán ảnh chẵn.Tốc độ bit truyền HD-SDI @ 1080i SMPTE 292M là 1.485Mbit/s (áp dụng trong truyền hình HDTV). - Hình ảnh có độ nét cao 1080p (progressively) thực hiện quét liên tục từ trên xuống dưới của một hình, tạo ra hình ảnh đẹp và mịn hơn 1080i. 1080p cho hình ảnh đầy đủ (full HD). Kỹ thuật này áp dụng trong phim cenima màn ảnh rộng hoặc từ đĩa DVD. Tốc độ truyền HD-SDI @ 1080p còn được gọi là 3G-SDI có tốc độ bit là 2,97Gbit/s thuộc tiêu chuẩn SMPTE 424M (áp dụng trong phim ảnh DVD). ◊ SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 272M (embeded digital stereo audio) : là tín hiệu video số định dạng khuôn hình 3x4 tiêu chuẩn SD có ghép âm thanh số stereo theo tiêu chuẩn âm thanh AES/EBU. Âm thanh số tiêu chuẩn AES/EBU gồm - Có 4 – 8 kênh âm thanh stereo - Tần số lấy mẫu 32Khz – 48Khz - Số bit mẫu 16 – 20bit/mẫu - Tổng trở kháng không cân bằng 75Ω dùng Jack RCA (bông sen). - Tổng trở kháng cân bằng 110Ω dùng Jack XLR (Canon). SD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 272M có ghép âm thanh stereo. Tốc độ bit truyền ≈ 270Mbit/s. ◊ HD-SDI tiêu chuẩn SMPTE 299M (embeded digital stereo audio) : là tín hiệu video số định dạng khuôn hình 9x16 tiêu chuẩn HD có ghép âm thanh số stereo theo tiêu chuẩn âm thanh AES/EBU. HD-SDI định dạng 1080i (1080i/50, 1080i/60) hoặc 1080p/24, 1080p/30 tiêu chuẩn SMPTE 299M có ghép âm thanh stereo. Tốc độ bit truyền ≈ 1,5Gbit/s. 18 (2) ASI (Asynchrous Serial Interface): Dữ liệu số truyền nối tiếp không đồng bộ, được sử dụng trong truyền hình kỹ thuật số DVB (Digital Video Broadcasting). Dữ liệu truyền ASI là dòng truyền các gói MPEG-2. Dữ liệu này đã được nén, bao gồm các gói thông tin video, audio và các bảng text. DVB-ASI theo tiêu chuẩn SMPTE 310M là dòng truyền MPEG-2 TS (Transport Stream). Tốc độ truyền là 19,4Mbit/s hoặc 38,8Mbit/s. Dữ liệu được truyền trên cáp đồng trục có trở kháng 75Ω, giao tiếp bằng cổng nối BNC. (3) DVI (Digital Visual Interface): Tín hiệu hình ảnh số được ghép tổ hợp nhiều đường chung trên một cáp đơn, băng thông truyền dẫn 160Mhz, dùng kết nối với màn hình monitor LCD loại VGA hoặc SVGA. (4) HDMI (High Defination Multimedia Interface): Là tín hiệu bao gồm : Video không nén và 8 kênh âm thanh số, và được ghép chung tổ hợp truyền dẫn trên một cáp đơn với cổng giao tiếp HDMI. Loại tín hiệu này áp dụng trong truyền hình số HDTV và đĩa DVD, hỗ trợ kết nối hiển thị hình ảnh và âm thanh trên màn hình có dịnh dạng khuôn hình 9x16. (5) DV 1394: là tín hiệu ngõ ra hoặc ngõ vào của Camera số. Tín hiệu DV từ camera số có định dạng kích thước khuôn hình 720 pixerl hàng ngang 480 pixel hàng dọc, với tỉ lệ nén 5:1 Tốc độ truyền dữ liệu 480Mbit/s. Cổng vào/ra tín hiệu DV được hỗ trợ giao tiếp máy tính PC theo chuẩn IEEE 1394. Tiêu chuẩn IEEE 1394 là chuẩn kết nối giao tiếp máy tính PCI, còn có tên là ilink hoặc Fire wire. DV-1394 có 2 loại jack kết nối: - Jack có 6 chân (jack DV lớn). - Jack có 4 chân (jack DV nhỏ). 19 2.4 Chuyển đổi tương tự sang số Quá trình chuyển đổi nhìn chung được thực hiện qua 4 bước cơ bản đó là : lấy mẫu, nhớ mẫu, lượng tử hóa và mã hóa.Các bước đó luôn kết hợp với nhau thành một quá trình thống nhất - Định lý lấy mẫu Đối với tín hiệu tương tự V I thì tín hiệu lấy mẫu V S sau quá trình lấy mẫu có thể khôi phục trở lại V I một cách trung thực nếu điều kiện sau đây thỏa mản: fS ³ 2fImax (1) Trong đó fS fImax : tần số lấy mẫu : là giới hạn trên của giải tần số tương tự Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lấy mẫu thành tín hiệu số tương ứng đều cần có một thời gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau mỗi lần lấy mẫu. Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế là giá trị VI đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu. - Lượng tử hóa và mã hóa Tín hiệu số không những rời rạc trong thời gian mà còn không liên tục trong biến đổi giá trị. Một giá trị bất kỳ của tín hiệu số đều phải biểu thị bằng bội số nguyên lần giá trị đơn vị nào đó, giá trị này là nhỏ nhất được chọn. Nghĩa là nếu dùng tín hiệu số biểu thị điện áp lấy mẫu thì phải bắt điện áp lấy mẫu hóa thành bội số nguyên lần giá trị đơn vị. Quá trình này gọi là lượng tử hóa. Đơn vị được chọn theo qui định này gọi là đơn vị lượng tử, kí hiệu D. Như vậy giá trị bit 1 của LSB tín hiệu số bằng D. Việc dùng mã nhị phân biểu thị giá trị tín hiệu số là mã hóa. Mã nhị phân có được sau quá trình trên chính là tín hiệu đầu ra của chuyên đổi A/D. 20 - Mạch lấy mẫu và nhớ mẫu Khi nối trực tiếp điện thế tương tự với đầu vào của ADC, tiến trình biến đổi có thể bị tác động ngược nếu điện thế tương tự thay đổi trong tiến trình biến đổi. Ta có thể cải thiện tính ổn định của tiến trình chuyển đổi bằng cách sử dụng mạch lấy mẫu và nhớ mẫu để ghi nhớ điện thế tương tự không đổi trong khi chu kỳ chuyển đổi diễn ra. 2.5 Biến đổi số sang tương tự Video số Mạch logic D/A Lấy mẫu Lọc thông thấp > Video tương tự Xung lấy mẫu Hình 2.7 : sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng(N bit) đã biết của tín hiệu số với độ chính xác là một mức lượng tử (1LSB). Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số dùng nguyên tắc như hình 2.7 trên, chuyển đổi số sang tương tự không phải là phép nghịch đảo của chuyển đổi tương tự sang số, vì không thể thực hiện được phép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa. Theo sơ đồ này thì quá trình chuyển đổ số sang tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự đã được lấy mẫu Về phần Audio sau khi chuyển đổi sang số có các ưu điểm sau. - Độ méo tín hiệu nhỏ. - Dải rộng âm thanh lớn gần mức tự nhiên. - Đáp tuyến tần số bằng phẳng . - Cho phép ghi âm nhiều lần mà ko giảm chất lượng. - Thuận tiện lưu trữ, xử lý. 21 2.6 Nén tín hiệu truyền hình Xử lý video,audio số có ưu điểm là chất lượng cao về hình ảnh và âm thanh. Nhược diểm của xử lý vidieo và audio là phai thực hiện một số lượng lớn các file dữ liệu trong khi tính toán và các ứng dụng truyền dẫn. Giải pháp nén cho phép người sử dụng lựa chọn một trong các phạm vi thay đổi các thông số lây mẫu và các tỉ số nén, các liên kết thích hơp nhất cho mục đích sử dụng. Xử lý tín hiệu số hứa hẹn thay thế tất cả các phương pháp tương tự (cũ) về tốc độ dòng ,tốc độ mành, NTSC, PAL, SECAM, HDTV và cuối cùng tập trung vào HDTV số băng rộng. Nén video Không tổn thất Tổn thất DCT VLC RLC Tách vùng xóa fs thấp (băng con) DPCM Lượng tử hóa, VLC Cho các hệ số DCT -Huffman Mã hóa entropy JPEG, MPEG-1/2,DV Chỉ các giá trị của sample ≠0 là được mã hóa theo số chạy (RUN): còn các giá trị = 0 dọc theo dòng quét( tạo lại bằng tách tương quan DCT) Dùng cho tín hiệu màu C Hình 2.8 : Ttập hợp các kỹ thuật giảm dữ liệu để tạo các định dạng nén JPEG, MJPEG, MPEG. 22 • Kỹ thuật tương tự : Nén thông tin video bằng cách giảm độ rộng băng tần màu < 1,2 MHz • Kỹ thuật giảm (nén) dữ liệu video : (có 2 nhóm) nén có tổn thất và nén không tổn thất • Nén video tổn thất : DPCM- Đều xung mã vi sai : - Đây là một phương pháp nén quan trọng và hiệu quả. Nguyên lý cơ bản của nó là : chỉ truyền tải tín hiệu vi sai giữa mẫu đã cho và trị dự báo ( được tạo ra từ các mẫu trước đó) + Mã hóa DPCM Video V+ ∑ - e Lấy mẫu Mã hóa entropy e' Ra + p Dự báo v' ∑ + e=v-p – sai số dự báo e’ – sai số lượng tử hóa v’ = e’+p – tín hiệu khôi phục + Giải mã DPCM : + Giải mã entropy e' + ∑ v' + Dự báo p Hình 2.9 : Mã hóa, giải mã DPCM 23 Ra - Công nghệ DPCM thực hiện loại bỏ tính có nhớ và các thông tin dư thừa của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đáp ứng đầu ra là tín hiệu số giữa mẫu đầu vào và giá trị dự báo của chính nó. Rất nhiều giá trị vi sai này gần bằng 0 nếu các điểm ảnh biến đổi đồng đều. Còn với ảnh có nhiều chi tiết , giá trị sai số dự báo có thể lớn. Khi đó có thể lượng tử hóa chúng bằng mức lượng tử cao hơn do đặc điểm của mắt người không nhạy cảm với những chi tiết có độ tương phản cao, thay đổi nhanh. Sự giảm tốc độ bit ở đây thu được từ quá trình lượng tử hóa và mã hóa. - Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM. 2.7 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số 2.7.1 Truyền hình số qua vệ tinh Vệ tinh Đài phát Thu sóng Hình 2.10: Mô hình hệ thống truyền hình bằng vệ tinh 24 Đối với vệ tinh,hiện nay thường sử dụng 2 băng tần là:băng C sử dụng dải tần từ 4 GHz đến 6 GHz và băng Ku sử dụng dải tần từ 12GHz đến 14GHz.Việc chọn lựa băng tần Ku bởi nó có lợi thế rất cơ bản là khi thu tần số cao chỉ cần anten có kích thước bé hơn anten thu tần số băng C,từ đó mở ra khả năng tăng nhanh số lượng các trạm thu vệ tinh ở mọi miền đất nước.Điều đó cũng có nghĩa giá thành các dầu thu sẽ rẻ,mà đây lại là mục tiêu thiết kế của các nhà đầu thu cho trạm phát. Tất cả các tín hiệu hình,tiếng,số liệu của mỗi chương trình trong kênh được nén độc lập.Tín hiệu hình và tiếng được nén theo tiêu chuẩn MPEG-2.Tiếp theo tất cả các tín hiệu sau khi nén được ghép thành một dòng bít tín hiệu. Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát song trên mặt đất ) đặc trưng bởi băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuyếch đại công suất của Transponder làm việc gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến. Một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất xa,như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm điểm Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hương bởi điều kiện địa hình,địa vật,vì môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất,truyền hình vệ tinh có thể thực hiện qua đại dương,rừng rậm núi cao cũng như các địa cực Việc thiết lập một đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn. Trong truyền hình qua vệ tinh,điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh vệ tinh được thiết lập dành cho các chương trình truyền hình.Các chương trình này có thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá. 25 2.7.2 Truyền hình số truyền qua cáp Nguồn quang Điều chế Bộ lặp Giải điều chế Hình tiếng Hình tiếng Cáp quang Hình 2.11 :Mô hình hệ thống truyền hình dùng cáp quang Là hệ thống mà tín hiệu truyền hình số được dẫn thẳng trung tâm chương trình đến hộ dân bằng một sợi cáp (đồng trục,cáp quang hoặc cáp xoắn) nhờ đó người dân có thể xem các chương trình truyền hình có chất lượng cao mà không phải sử dụng các cột anten. Tín hiệu truyền hình qua cáp ít chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp:Tín hiệu truyền hình được dẫn đến thuê bao qua các sợi cáp quang đồng trục.Các sợi cáp này có khả năng chống nhiễu công nghiệp cao nên đảm bảo cho chất lượng tín hiệu. Không bị ảnh hưởng của thời tiết do khả năng cách ly và chống nhiễu tốt của cáp. Không gây cam nhiễu cho các trạm phát sóng nghiệp vụ khác Điều kiện truyền các tín hiệu số trong mạng cáp tương đối dễ hơn, vì các kênh là tuyến tính với tỷ số công suất song mang trên tạp (C/N) tương đối lớn. Tuy nhiên độ rộng băng tần kênh bị hạn chế ( 8 MHz). đòi hỏi phải dùng các phương pháp điều chế số có hiệu quả cao hơn so với truyền hình theo qua vệ tinh. 26 2.7.3 Truyền hình số truyền qua sóng mặt đất Phủ sóng TX Studio Giải điều Mã hóa chế Nguồn RX Thu Mã hóa đường truyền dẫn(kênh) đa hợp\sửa đổi Giải mã truyền dẫn(kênh) Giải đa hợp\sửa đổi Điều chế Giải mã Nguồn D\A Màn hình Hình 2.12 : cấu trúc tín hiệu tryền hình số trên mặt đất Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường do bề mặt mặt đất cũng như các tòa nhà,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 tương tự và truyền hình số là vấn đề cần phải xem xét… Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không thực tế.Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất như DVT-T (Digital Video Broadcáting-Terrstrial) của châu âu và ATSC ( Advanced Televison Systems Commilee) của Mỹ đã khắc phục phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình số mặt đất so với vệ tinh và cáp.Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và 27 chất lượng tôt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại.Trong phạm vi phủ sóng chất lượng ổn định khắc phục được các vấn đề như hình ảnh có bóng,tạp nhiễu… 28 CHƯƠNG 3: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION) 3.1 Giới thiệu về HDTV -HD (High-definition) hay HDTV( High-definition Televison) hiểu nôm na "truyền hình với độ nét cao" , là một thuật ngữ chỉ các chương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện ( movies, audio, game...) được trình chiếu với độ phân giải cao cao nhất hiện nay. Độ phân giải cao giúp hình ảnh trung thực, chi tiết hơn rất nhiều tuy nhiên cũng vì thế yêu cầu năng lực nguồn phát, khả năng trình chiếu ( playback) của thiết bị tiếp nhận cũng như băng thông của hệ thống. Lịch sử HD theo Wiki bắt đầu từ một dự án trong quân đội Liên Xô năm 1958 đã tạo ra một hê thống có khả năng trình chiếu khung hình 1125 dòng cho mục đích quân sự. Tuy nhiên chương trình phát sóng thương mại đầu tiên thuộc về người Nhật năm 1969 nhưng vì "lý do kỹ thuật" nên ko thể trở thành một xu hướng mới trong phát sóng. Thuật ngữ HDTV như hiện nay được giới thiệu lần đầu ở Mỹ năm 1996 và chương trình phát sóng đầu tiên ở Mỹ vào năm 1998 , cho đến nay các chương trình HDTV đã chiếm 30% ở Mỹ. - Tất cả các 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 giáp 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 29 + Khác biệt giữa HDTV và tivi thường: Khác biệt lớn đầu tiên giữa HDTV và một chiếc TV thường chính là độ phân giải. Trong khi một chiếc TV truyền thống chỉ có thể hiển thị tối đa khoảng 500 dòng và 500 cột điểm ảnh, tương ứng với độ phân giải chỉ khoảng 500 x 500 pixel (250.000 điểm ảnh), thì một màn hình HDTV có thể chia ra 1.920 cột và 1.080 dòng quét, tương ứng với độ phân giải 1.920 x 1.080 pixel (hơn 2 triệu điểm ảnh). Như vậy, lượng điểm ảnh hiển thị được trên màn hình HDTV nhiều hơn gấp 10 lần so với TV thường. Điều đó đồng nghĩa HDTV có thể hiển thị nhiều chi tiết hơn. Khác biệt lớn thứ hai giữa HDTV và TV thường nằm ở số cổng vào tín hiệu ở mặt sau TV. Do phải hiển thị nhiều điểm ảnh hơn, nên một chiếc HDTV cần tới 3 dây cáp hình: một dây để truyền tải các hình ảnh màu đỏ (R), một dây cho màu xanh lá (G) và một dây cho màu xanh lam (B). Khác biệt lớn cuối cùng 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. 3 .2 Tỷ lệ ảnh Hình3.1: 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 3.1 ở trên. Quy ước truyền hình độ phân giải chuẩn hay phân giải thường standard-definitinon television (SDTV) có tỷ lệ 30 màn ảnh 4:3. Tivi màn hình rộng và truyền hình độ phân giải cao highdefinition Televison) (HDTV) có tỷ lệ 16:9 Phim có thể chuyển sang 4:3 khi cắt các cạnh của khung ( mất một chút nội dung của ảnh), a. Panand-scan chuẩn 4:3 nằm trên chuẩn 16:9 b. Định dạng letterbox chuẩn 16:9 nằm trên chuẩn 4:3 c. Định dạng Pillarbox chuẩn 4:3 nằm trong chuản 16:9 Hình 3.2: Giới thiệu định dạng video. Ở hình 3.2a. Đạo diễn và người sản xuất thích phim của họ không bị thay đổi bởi sự cắt xén này, vì vậy nhà sản xuất phim trong VHS và DVD đưa định dạng letterbox, trong hình 3.2b. trong định dạng này toàn bộ phim được duy trì, phần đỉnh và phần chân của khung 4:3 không sử dụng( bị màu xám hoặc đen). Với kỳ vọng tivi màn hình rộng, nó trở lên phổ biến, không có gì lạ khi chuẩn 4:3 hiển thị bên trong màn hình rộng với định dạng pillarbox, trên hình 3.2c. Chiều cao thì hiển thị đầy đủ còn bên trái và bên phải bị để trống 3.3 Các định dạng ảnh của HDTV Với xu hướng phát triển của truyền hình chất lượng HD trên thế giới hiện nay, có thể tin rằng HD sẽ soán chỗ của SD như cách mà truyền hình màu đã thay thế truyền hình đen trắng trong quá khứ. Hiện tại, nhiều nhà điều hành DTH đã cạnh tranh nhau dựa trên việc cung cấp nhiều chương trình HDTV nhằm hỗ trợ chất lượng hình ảnh tốt hơn cho thuê bao. 31 Thực tế, càng ngày khách hàng càng mua nhiều màn hình lớn hơn có khả năng hiển thị chất lượng hình ảnh chi tiết và rõ ràng hơn để hiển thị những nguồn cung cấp tín hiệu HD như đầu đĩa Blu-ray, máy chơi game… và nguồn tín hiệu truyền hình HD đang được các nhà quảng bá hướng đến cung cấp. Phần lớn các màn hình LCD đời mới hiện nay đều hiển thị tốt các nguồn video 1080p, trong khi các nhà sản xuất TV đang nâng cấp công nghệ hướng đến sản xuất chất lượng màn hình có độ phân giải siêu cao (untra highresolution) để phục vụ cho chất lượng xem video cinema trong gia đình. Mặt khác, các nhà sản xuất nội dung cũng luôn nâng cao chất lượng nội dung thông qua ghi hình và lưu nội dung với chất lượng HDTV tốt nhất. Việc đầu tư cho xu hướng HD 1080p đã được khởi động và tăng tốc từ thiết bị ghi hình (camera) đến cơ sở hạ tầng của studio (studio phải hỗ trợ tốc độ truyền đến 3 Gbps để xử lý chất lượng 1080p50/60). Trong vài năm tới, chất lượng phát sóng quảng bá của HD vẫn là theo định dạng 1080i/720p, nhưng sẽ dần hình thành thị trường ghi hình, lưu trữ và truyền dẫn video theo chất lượng 1080p. Điều này sẽ tạo ta mốc chuẩn mới cho chất lượng video chuyên dụng và thậm chí có thể tạo ra chuẩn mức không chính thức cho việc phân phối video. Khi đó, các nhà quảng bá có thể chuyển đổi nội dung chất lượng 1080p50/60 thành 1080i25/30 hoặc 720p50/60 để dùng cho thị trường hiện hành và có sẵn nội dung chất lượng cao khi các nhà quảng bá chuyển sang dùng định dạng cao hơn. 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 hai lần chiều dọc và hai lần chiều ngang của truyền hình truyền thống, tỷ lệ hình ảnh 5:3 ( sau đó biến đổi thành 16:9) và ít nhất hai kênh chất lượng âm thanh của CD Trường quay của HDTV có chu kỳ lấy mẫu của 74.25 MHz, 5,5 lần của Rec. 601 tiêu chuẩn cho SDTV. Tốc độ điểm ảnh của HDTV khoảng 60 32 megapixels trên giây. Những tham số mã khác tương tự hay đồng nhất với SDTV tiêu chuẩn. Không may , nhưng tham số mã hóa màu Y'C RCB cho HDTV khác với những tham số SDTV. 3.3.1 720p Đây là độ phân giải thấp nhất trong số các độ phân giải được coi là HD, với kích thước hình ảnh được quy định là 1280x720. Độ phân giải phù hợp với chuẩn màn ảnh rộng (16:9) đang dần trở thành tiêu chuẩn, thay thế cho chuẩn hình ảnh tỉ lệ 4:3. So với độ phân giải của chuẩn hình ảnh dưới HD (lớn nhất là 720x480) thì sự gia tăng đột biến của số lượng điểm ảnh có thể hiện thị trên màn hình mang lại hình ảnh chi tiết hơn nhiều lần so với trước. 3.3.2 1080i Ra đời cùng một lúc so với 720p, tuy mang độ phân giải hiển thị là 1960x1080 nhưng do độ phân giải này phải hiển thị với phương thức đan xen (với ký hiệu i sau số dòng quét ngang) nên trong một số trường hợp hình ảnh mang lại hơi kém chi tiết hơn so với 720p (xem thêm: Phương thích hiển thị hình ảnh). Số đông các hãng sản xuất được coi là trend-setter của ngành công nghiệp giải trí đánh giá độ phân giải 720p cao hơn độ phân giải này. 3.3.3 1080p Với độ phân giải quy định lên tới 1960x1080, đây là độ phân giải lớn nhất trong thời điểm hiện tại thuộc chuẩn hình ảnh HD. Tất nhiên với độ % 3.3.4 So sánh tỉ số màn ảnh Khi HDTV được giới thiệu tới người tiêu dùng trong nghành công nghiệp điện tử ở Bắc Mỹ, SDTV và HDTV được so sánh bằng giá trị đo khác nhau, bảng tóm tắt hình 2.6 dưới căn cứ về sự khác biệt trong tỉ số màn ảnh giữa 4:3 33 và 16:9 so sánh được làm dựa theo chiều ngang nhau, chiều rộng bằng nhau, đường chéo bằng nhau, và diện tích bằng nhau. Tất cả các phép đo trên không thấy được cải tiến cơ bản trong HDTV: Đó là độ nét cao, độ phân giải cao, không thêm 6 lần số điểm ảnh ở cùng một góc nhìn.Thay vào đó góc nhìn của một điểm ảnh được giữ nguyên và toàn bộ ảnh bây giờ có thể chiếm vùng lớn hơn tầm nhìn của người xem. HDTV cho phép góc hình ảnh tăng đáng kể, So sánh chính xác giữa HDTV và truyền hình thông thường không được dựa vào khía cạnh tỷ lệ: nó được dựa vào chi tiết bức ảnh. Hình 3.3 : So sánh tỉ số màn ảnh giữa tivi thường và HDTV Bằng nhau về chiều cao, rộng, đường chéo, diện tích. Tất cả các phép đo trên không thấy được cải tiến cơ bản trong HDTV:làm tăng số pixels ( điểm anh). Tức là căn cứ về chi tiết bức ảnh 34 3.3.5 Quét trong HDTV Tranh luận lớn diễn ra vào những năm 1980 và 1990. liệu có phải HDTV cần quiets liên tục hoặc xem kẽ. Tại sao sự nhấp nhay và những tốc độ dữ liệu đã cho quiets xen kẽ đưa ra sự tăng nào đó trong quyết định không gian tĩnh học. Trong cuộc tranh luận HDTV , công nhiệp tin học và cộng đồng làm phim được đặt chống lại quiets xen kẽ. Dần dàn cả quyets xen kẽ và quyets liên tục được chuẩn hóa : để thương mại có thể tồn tại được, một thiết bị thu phải giải mã cả hai dạng trên. Hình 3.4 dưới mành của hệ thống quét liên tục 1 Mpx (1280 x 720, 720p60) và 2 Mpx hệ thống quét xem kẽ (1920 x 1080, 1080i 30).1920 x 1080 dễ dàng đáp ứng từ 24-30 Hz quét liên tục (1080i 24, 1080i 30) Hình 3.4 : HDTV quét 30 và 60 khung hình trên giây được chuẩn hóa với 2 định dạng 1280x720 (1Mpx, luôn là quét liên tục ‘progressive’ ), và 1920x1080 ( 2 Mpx, quyets xen kẽ ‘interlaced’ hoặc quyets liên tục ‘progressive’). 35 Hệ thống Kiểu quét Chuẩn SMPTE STL LT SAL LA 720p60 750/60/1:1 SMPTE 296M 1650 750 1280 720 1035i30‡ 1125/60/2:1 SMPTE 260M 2200 1125 1920 1035 1080i30 1125/60/2:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 1080 1080p60 1125/60/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 1080 1080p30 1125/30/1:1 SMPTE 274M 2200 1125 1920 1080 1080i25 1125/25/2:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 1080 1080p25 1125/25/1:1 SMPTE 274M 2640 1125 1920 1080 1080p24 1125/24/1:1 SMPTE 274M 2750 1125 1920 1080 Hình 3.5 : Tổng hợp số quét HDTV cho hệ thống 720p, 1080i và 1080p Trong bảng trên, hệ thống 1035i30 có ký tự ‡ không được đề cập sử dụng, và dùng 1080i30 thay thế, SMPTE 274M gồm quét liên tục 2 Mpx, 1080p60 với hệ thống quét 1125/60/1:1: Đây là hệ thống bị giới hạn bởi công nghệ S TL - samples per total line – mẫu trên tổng số dòng; L T - total lines – tổng số dòng; ; SAL - samples per active line – mẫu trên một dòng tích cực ; L A -active lines – dòng tích cực. Đặc điểm của máy thu hình HD- ready (720p) và Full-HD(1080p): Cũng là tivi LCD độ phân giải cao (HDTV) nhưng tivi gắn mác Full-HD có giá cao hơn rất nhiều so với tivi HD-ready, nhiều người cho rằng HDTV phải là Full-HD, thế nhưng quan niệm này chưa chính xác. Cho dù tivi gắn mác Full-HD hay HD-ready cũng đều là dòng tivi có độ phân giải cao, được áp dụng công nghệ khác nhau nhưng vẫn hiển thị sắc nét hơn tivi bóng đèn thường. Hai cong nghệ này được phân biệt như sau. 36 - HD-Ready Cho phép trình chiếu các nội dung độ nét cao ở độ phân giải HD thông qua các giao tiếp component (Y/Pb/Pr), HDMI và DVI. Các tivi này phải có độ phân giải chuẩn ( Native Resolution) thấp nhất là 720p để được gọi là tivi HD-ready.Chuẩn giao tiếp component(Y/Pb/Pr) dung tín hiệu analog được hỗ trợ bởi các loại tivi HD nhằm tương thích với các nguồn nội dung HD hiện đang có trên thị trường, còn HDMI và DVI đêu là chuaant tín hiệu digital. 3.3.6 TV Full HD TV Full HD hay TV độ phân giải 1.920x1.080p đang trở thành trào lưu mới trên thị trường do nó cho hình ảnh sắc nét vượt trội, nhất là với những nguồn video thế hệ mới như đầu đĩa Blue-ray, tuy nhiên, giá cả đang là chướng ngại lớn của loại TV này. Hình 3.6 : 47LB1RF, TV Full HD đầu tiên LG tung vào Việt Nam. Nếu mua TV màn hình tinh thể lỏng từ cách đây nửa năm và theo dõi tin tức công nghệ thường xuyên,sẽ cảm thấy sản phẩm của mình dường như giờ đây đã lỗi thời.TV mỏng công nghệ này có giá rẻ đi rất nhiều và chất lượng nâng lên vượt trội nhờ độ phân giải màn hình và tốc độ refresh được nhân đôi. Thế mạnh của TV LCD chính là độ phân giải. Nếu như công nghệ Plasma "chật vật" lắm mới đạt 1.024 x 1.024 pixel ở tầm 42" thì LCD dễ dàng 37 đạt được số điểm ảnh này ở các tầm TV rất nhỏ chẳng hạn 26". Trong khi đó, độ phân giải là nhân tố chính quyết định độ nét của hình ảnh. Hầu hết các TV LCD được tung ra nửa đầu năm ngoái, kích thước màn hình 26" trở lên đều sẵn sàng độ nét cao (HD-ready), tức là đạt một triệu điểm ảnh hay độ phân giải 1.366 x 768 pixel, nhỉnh hơn một chút so với mức yêu cầu tối thiểu cho một HDTV (1.280 x 800). Tuy nhiên, từ nửa sau năm ngoái đến nay, các hãng sản xuất liên tiếp tung ra thị trường những TV màn hình lớn có độ phân giải cao nhất còn gọi là dòng Full HD; điển hình là Toshiba, Samsung, LG, Sony và JVC. Các TV Full HD có màn hình đạt 1.920 x 1.080 pixel hay 2 triệu điểm ảnh, tức là có số điểm ảnh gấp đôi màn hình HD-ready. Độ nét cao nhưng xa xỉ Ngay từ giữa năm, Toshiba đã khuấy đảo thị trường TV công nghệ cao với dòng Regza 47WL66 kích thước 47" và độ phân giải Full HD. Cuối quý 3, Samsung mạnh dạn tung ra thị trường dòng F7, trong đó bao gồm ba tầm kích thước 40, 46 và 52" với độ phân giải này. Sony cũng nối gót hãng đối tác với dòng X200A trùng hai tầm kích thước nhỏ với dòng Samsung F7 và có độ phân giải tương đương. Tiếp sau đó, tháng cuối năm ngoái, LG cũng không để tụt hậu với mẫu 47LB1HF 47 inch trong khi JVC có chiếc Z46ZF7 46 inch. Các TV Full HD hứa hẹn cho chất lượng vượt trội nhờ số điểm ảnh cao gấp đôi, hòa nhập xu thế chung của thế giới, đón đầu kỷ nguyên truyền hình độ nét cao HDTV đang đến gần. Tuy nhiên, giá cả khá chảnh và cao hơn rất nhiều so với các TV LCD HD-ready khiến Full HD trở thành món hàng cực kỳ xa xỉ. Chẳng hạn, một TV LCD sẵn sàng HD 40" của Samsung giá khoảng 45 triệu thì dòng Full HD cỡ này của hãng có giá tới 66 triệu đồng. 38 Hình 3.7 : Toshiba Regza 47WL66. Trong khi đó, những lợi thế của TV Full HD phải chờ sự xuất hiện của truyền hình độ nét cao, sự phổ biến của các thiết bị video HD như đầu đĩa HD-DVD hoặc Blu-ray và máy chơi game thế hệ mới (Sony PS3, Xbox 360). Tuy nhiên, các nguồn video độ nét cao hiện vẫn chưa tới hoặc còn quá hiếm hoi ở thị trường Việt. Tốc độ refresh cũng nhân đôi Một đổi thay đáng kể ở thế giới TV LCD là tốc độ quét hình của nhiều sản phẩm mới đây đã nhân lên gấp đôi, khoảng 100 Hz hoặc 120 Hz tùy từng khu vực. Trong khi đó, các TV thông thường chỉ đạt tốc độ refresh 50 Hz hoặc 60 lần mỗi giây (60 Hz). Tốc độ này quyết định độ trong của hình ảnh, loại bỏ hiện tượng bóng ma, đặc biệt là khi xem phim hành động hoặc các kênh thể thao. 39 Hình 3.8 : Samsung F7, dòng TV có độ phân giải tối đa, 1.920x 1.080 pixel. Tại triển lãm CES 2007 tháng 1, Sony công bố một mẫu TV LCD đạt tốc độ refresh 120 Hz. Samsung cũng có kế hoạch sản xuất đại trà các TV LCD loại này vào nửa đầu năm nay. Hãng JVC và Matsushita đều đã tung ra các TV LCD 120 Hz ở Nhật. Sharp cũng hứa hẹn sẽ trình làng 5 mẫu TV Aquos mới trong đó có một mẫu có tốc độ quét hình này. Trong kế hoạch sản phẩm mới, các hãng dường như chung quan điểm tập trung vào tầm màn hình lớn với độ nét cao nhất bởi tầm này mới đem lại lợi nhuận cao nhất. Sharp tuần trước tuyên bố sẽ nâng tỷ trọng TV Full HD từ 50% lên 80% trong năm này. Tuy nhiên, các TV 1080p của Sharp chưa có mặt nhiều ở thị trường Việt bởi truyền hình HDTV chưa tới, trong khi các TV LCD sẵn sàng HD của hãng vốn đã nằm ở phân khúc cao của thị trường. 3.4 Các phương thức hiển thị hình ảnh 3.4.1 Interlaced Phương thức này hiển thị một khung hình với độ phân giải có số dòng quét bằng một nừa độ phân giải chuẩn ở các dòng quét số lẻ, sau đó hiển thị khung hình tiếp theo ở các dòng quét số chẵn trong khi vẫn hiển thị khung hình trước, và sau đó tiếp tục luân phiên như vậy để tạo ra hình ảnh mang độ phân giải chuẩn. 40 Ưu điểm của phương thức này là đòi hỏi về khả năng xử lý của thiết bị phát hình và dung lượng cần thiết để lưu trữ hình ảnh thấp hơn, trong khi vẫn mang lại hình ảnh chi tiết như độ phân giải chuẩn. Khuyết điểm của phương pháp này là dễ gây hiện tượng rung của hình ảnh đối với màn hình CRT, tuy vậy trên màn hình LCD thì hiện tượng này không còn là mối lo. Tuy nhiên, khuyết điểm lớn nhất của phương pháp này là khi hiển thị hình ảnh với chuyển động nhanh và có nhiều chi tiết (thường được các nhà sản xuất phim hành động khai thác tối đa) thì sẽ gây hiện tượng bóng mờ rất khó chịu đối với người xem.Thường được ký hiệu bằng chữ i sau số dòng quét của độ phân giải, vd: 480i, 1080i… 3.4.2 Progressive Scan Phương thức chuẩn xác nhất để hiển thị hình ảnh, mỗi một khung hình được lưu với độ phân giải đầy đủ, thiết bị phát hình sẽ hiển thị toàn bộ khung hình đó, sau đó hiển thị khung hình kế tiếp đè lên khung hình này. Ưu điểm của phương pháp này là đã khắc phục được toàn bộ khuyết điểm của phương pháp Interlaced, mang lại hình ảnh chi tiết hơn, không bị rung khi hiển thị và đặc biệt phù hợp với các hình ảnh chuyển động nhanh. Khuyết điểm đối với phương pháp này là khả năng của thiết bị phát hình cũng như phương tiện lưu trữ được đòi hỏi rất cao. Những thiết bị có khả năng lưu trữ và phát tín hiệu hình ảnh 1080p vì vậy cũng có giá khá đắt. Thường được ký hiệu bằng chữ p sau số dòng quét của độ phân giải, vd: 1080p... Với lượng dữ liệu hình ảnh của độ phân giải HD gấp nhiều lần so với hình ảnh độ phân giải thường, định dạng nén MPEG-2 không còn phù hợp cho nội dung HD nữa. Tại thời điểm hiện tại định dạng nén phổ biến nhất được sử dụng cho hình ảnh HD là VC-1 và AVC (h264). Ưu thế của các định dạng 41 nén mới này là mang lại chất lượng hình ảnh cao hơn nhiều lần so với các định dạng nén cũ, trong khi hiệu quả về dung lượng lưu trữ lại cao hơn. Hiện tại, AVC được đánh giá là mang lại chất lượng cao nhất, tuy nhiên do còn mới nên việc ứng dụng chưa được phổ biến. Nhưng bạn không phải lo về điều đó, chỉ khi bạn xem hình ảnh HD với màn hình cực lớn và với những hình ảnh gốc gồm rất nhiều chi tiết phức tạp thì bạn mới có thể nhận thấy những sự khác biệt về chất lượng này. 3.5 Biến đổi định dạng video 3.5.1 Định dạng quét ảnh Có thể biến đổi các mành quét xen kẽ thành các frames quét liên tục bằng cách tính các dòng bị mất trong một mành quét xem kẽ. Nếu không có chuyển động giữa hai mành thì có thể thực hiện frame quét liên tục bằng cách kết hợp các dòng của 2 mành một cách dễ dàng. Nếu có chuyển động, thì việc kết hợp sẽ làm rung (judder) ảnh ( các chi tiết ảnh theo chiều đúng chuyển động) vì sự xếp chồng bị lệch của 2 mành. Do đó tốt hơn hết là tính toán các dòng bị mất từ mành quét xem kẽ đang xét. Nhiều kỹ thuật xử lý trong mành (intrafield) đa được sử dụng và có thể tối ưu hóa cho ảnh tĩnh và động ( đòi hỏi có bộ nhớ mành hoặc bộ nhớ dong video). Việc lựa chọn kỹ thuật quét xen kẽ phụ thuộc vào giá thành, độ phức tạp và yêu cầu chất lượng lượng ảnh. Phương pháp biến đổi quét liên tục (30p) thành quét xem kẽ (30i) đơn giản là tách các dòng lẻ và chẵn của frame quét liên tục. Các dòng lẻ gán cho mành 1. các dòng chẵn gán cho mành 2. Hai định dạng HDTV (1920 x 1080 và 1280 x 720) quan hệ với tỉ lệ 3:2, và một hệ số nội quy được dùng để biến đổi định dạng này sang định dạng khác. Quan hệ giữa đặc trưng pixels và dòng của 2 định dạng quét 1280x720 và 640 x 480 của VGA là 2:l; định dạng thứ nhất có tỉ số khuôn hình là 16:9 42 còn định dạng thứ 2 có tỉ số khuôn hình là 4:3 (1280/640 = (720/480) x ( 16:9)/(4:3) = 2). Định dạng quét 1920x1080 gấp đôi độ phân giải không gian của CCIR-Rec. 601 và xác định tỉ lệ khuôn hình là 16:9 (720 x 2 x (16/9)(4/3) = 1920 mẫu /dòng) .Vì định dạng CCIR-Rec. 601 không có pixel vuông (4/3x480/720 = 0,888), cho lên số lượng tính là 480 x 2/0,888 = 1080 dòng. Định dạng video khác được sử dụng trong máy tính là định dạng 1440x1080 (4:3). Định dạng này là tập con của định dạng 1920 x 1080 ( 16:9). Cả 2 định dạng đều có pixels vuông, nhưng khác về tỉ số khuôn hình. Định dạng 1440 x 1080 là một phần của tiêu chuẩn MPEG-2 và có thể biến đổi tên 1920 x 1080. Có thể biến đổi định dạng xuống 720x480 bằng cách chia số pixels dòng cho 2 và tính số dòng theo chiều đứng như sau : (l080/2) x 4/3 x 480/720 = 480. 3.5.2. Biến đổi tỉ lệ khuôn hình 3.5.2.1.Có thể biến đổi tỉ lệ khuôn hình 4:3 thành 16: 9 bằng 2 phương pháp với 2 kết quả khác nhau: -Phương pháp 1 (vertical crop): Cắt theo chiều đứng ảnh gốc và biểu diễn, ảnh gốc 4:3 được dãn rộng với hệ số 1,33 (16: 9/ 4: 3) theo cả 2 chiều ngang và đứng. Hình ảnh 16: 9 được tách 362 dòng (483 x 3/4) của ảnh gốc 4: 3 và hiển thị nó theo tỉ lệ như là 483 dòng. Việc dãn 362 dòng thành 482 dòng đưa thực hiện bằng hóa quá trình nội suy ảnh theo chiều đứng. Kết quả, độ phân giải ảnh theo chiều đứng mất khoảng 25% (121/483) 43 Nội suy mành Ảnh biến đổi 16:9 720x483 483 dòng 362 dòng Ảnh gốc4:3 720x483 720 pixel; 4:3 720 pixel; 16:9 Hình 3.9 : Phương pháp 1 cắt theo chiều đứng: ảnh gốc 4:3 cấy vào định dạng 16:9 Nội suy theo chiều đứng thực hiện bằng cách xử lý từng mành của tín hiệu quét xen kẽ (làm suy giảm chất lượng tín hiệu quét xen kẽ theo các chiều đường biên (contours chéo). Có thể thực hiện nội suy theo chiều đứng bằng nhiều bước (chính xác, nhưng phức tạp hơn) như: biến đổi từ quét xen kẽ thành quét liên tục nội suy theo chiều đứng bằng intraframe trên từng frame, lấy mẫu tần số thấp theo chiều đứng tín hiệu nội suy để lưu cấu trúc quét xen kẽ. ảnh gốc 4:3 720x483 chia theochiều ngang Ảnh biến đổi 16:9 720x483 540 pixel; 4:3 720 pixel; 4:3 720 pixel; 16:9 Hình 3.10 : Ảnh 4:3 cấy vào định dạng 16:9 44 483 dòng -Phương pháp 2 (bảng biên) Cấy ảnh gốc 4: 3 vào khuôn hình 16: 9, Hình 3.10 Kết quả có 2 sọc đen ở 2 bên mép ảnh. 720 pixels dòng của ảnh 4: 3 được chia để đưa vào 540 pixels (720 x 3/4) của khuôn hình 16: 9. Phương pháp này không yêu cầu có bộ nhớ frame, và dễ thực hiện. Tuy nhiên, phương pháp này ít được ưa chuộng. 3.5.2.2. Hai giải pháp biến đổi khuôn hình 19: 9 thành 4: 3 -Giải pháp 1 (cửa sổ trung tâm) Ảnh biến đổi 4:3 720x483 483 dòng Nội suy dòng 483 dòng Ảnh gốc 16:9 720x483 540 pixel; 16:9 720 pixel; 16:9 720 pixel; 4:3 Cắt 2 dải ở bên trái và phải của khuôn hình 16: 9 để tách cửa sổ trung tâm Hình3.11 : Cắt ảnh 16:9 ở bên thành ảnh 4:3 (central window) và đặt vào khuôn hình 4: 3. Giải pháp này dùng nội suy pixel dòng để dãn 540 pixels thành 720 pixels. Hai bộ nhớ dòng được dùng để biến đổi. Có thể nâng cao bằng thông tin “dãn và quét” (pan và scan) để định vị cửa sổ bên trong ảnh. Thông tin này được cung cấp trên cơ sở mành-trênmành trong dữ liệu video mã hóa (cho máy thu hình). 45 -Giải pháp 2 (letterbox) Chia theo chiều đứng Ảnh biến đổi 4:3 720x483 483 dòng ảnh 16:9 16:9 720x483 362 dòng ảnh 4:3 Ảnh gốc Hình 3.12: Giải pháp 2 letterbox: ảnh gốc 16:9 cấy vào định dạng 4:3 Ảnh gốc 16: 9 được nén theo chiều đứng thành 362 dòng, cho kết quả 2 vạch ngang đen (phía trên và phía dưới) của ảnh 4: 3 3.6 Một số tiêu chí cơ bản ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh HDTV Độ phân giải cao và chất lượng hình ảnh cao của HDTV được hiển thị trên màn hình rộng sẽ làm cho người xem có ấn tượng về hình ảnh. Vấn đề này có liên quan đến đặc điểm nhìn của mắt, phương pháp phân tích và tổng hợp hình ảnh. Để nâng cao chất lượng hình ảnh truyền hình cần phải tập trung giải quyết các vẫn đề chính sau đây: - Sự phân biệt cấu trúc dòng quét tại 1 khoảng cách quan sát nhất định hoặc trong trường hợp các biên chuyển đọng theo chiều ngang. - Độ phân giải đều của các chi tiết ảnh, so với phim và ảnh chụp. - Độ nhấp nháy (50Hz hoặc 60 Hz) của ảnh đặc biệt tại các vùng ảnh rộng, sang và các biên theo chiều ngang. - Độ nhấp nháy giữa các dòng (25Hz và 30Hz) tại các biên theo chiều ngang. 46 - Các hiệu ứng nhiều màu ở các chi tiết ảnh (cross colour) - Tỉ số khuôn hình ( chiều ngang/ chiều đứng) - Vấn đề thống nhất hệ, tương hợp và chuyển đổi hệ HDTV. - Hệ thống các phần ( component) của HDTV và HDTV số. - Khả năng phát sóng và truyền dẫn ( mặt đất, vệ tinh, cáp quang, băng rộng , viba….) - Quan hệ giữa các hệ truyền hình cổ điển ( NTSC, PAL, SECAM) và HDTV. 3.6.1 Phương pháp hiển thị và xen hình 3.6.1.1 Khoảng cách giữa người xem và màn hình Nếu người xem ngồi gần màn hình, thì vùng ảnh nhìn thấy sẽ tăng lên và ấn tượng về ảnh cũng tăng lên, cũng giống như quan sát hình ảnh trong không gian thực, thí nghiêm nghiên cứu, một ảnh tĩnh trên màn hình cong, và nghiên cứu ấn tượng người xem theo chiều ngang và chiều đứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy ấn tượng ấn tượng của người xem có thay đổi theo chiều ngang hoặc chiều đứng thực khi góc nhìn giảm. Giá trị của góc nhìn có quan hệ chặt chẽ với ấn tượng thật 3.6.1.2 Kích thước màn hình Theo kết luận ở phần trên, thì chiều cao màn hình H > 67cm ( vì khoảng cách quan sát > 2m và bằng 3H). Nếu tỉ số khuôn hình là 5:3 , thì diện tích màn hình phải > 0,74m vuông 3.6.1.3 Độ sáng cực đại của ảnh: Tỉ số tương đối tối thiểu 30/1, tốt hơn là 70/1, một số thí nghiệm khác cho biết là tỉ số độ tương phản ( contrast) tối ưu cho ảnh là 27/1. Từ các kết quả trên, ta rút ra kết luận về tỉ số độ tương phản tối thiểu ddooid với HDTV là 50/1 47 3.6.2 tiêu chí cơ bản của HDTV ở STUDIO 3.6.2. 1 Số dòng quét Nếu xem truyền hình ở một khoảng cách 3H và để cho không nhìn thấy được các dòng quét trên màn hình, thì số dòng quét cần thiết phải >1100 dòng. Thí nghiệm với vệ truyền hình đen trắng cho thấy là nhiễu do cấu trúc dòng loại này để có thể được làm giảm đi trong trường hợp nâng số dòng quét lên 1100 dòng 3.6.2.2 Số mành trong một giây Thí nghiệm về quan hệ giữa tần số nhấp nháy tới hạn CFF ( critical flicker frequency) và góc nhìn. Tần số CFF = 60 Hz ( 50 Hz) là cần thiết để không còn nhìn thấy ảnh nhấp nháy đối với hệ HDTV 1125 ( HDTV 1250) trong trường hợp độ sang trắng đỉnh là 150 cd/m vuông, khoảng cách xem truyền hình là 3H, tỉ số khuôn hình là 5:3( 16:9) và góc nhìn theo chiều ngang là 16 độ Từ các kết quả nghiên cứu có thể rút ra được kết luận là hệ HDTV 1125 có tần số mành là 60 Hz và hệ HDTV 1250 có tần số mành là 50 Hz Để chuyển đổi hệ từ HDTV 1125/60 thành hệ 625/50 người ta phải sử dụng kỹ thuật thích nghi và kết quả khả quan hơn nhiều so với phương pháp chuyển đổi hệ thong thường 3.6.2.3 Quét xen kẽ Khả năng phân giải của mắt người sẽ giảm rất nhanh nếu tốc độ chuyển đổi của vật thể trong ảnh truyền hình tăng. Khả năng phân giải của mắt đối với ảnh tĩnh khá cao. Hệ thống truyền hình quét xen kẽ khá đơn giản về thiết bị, do đó phương pháp này rất có hiệu quả. Có thể nhận thấy rằng cùng một hiệu quả như nhau, nếu tăng 20% số dòng quét liên tục (1:1) hoặc sử dụng quét xen kẽ > ( 2:1) sẽ không thực tế, 48 bởi vì mức độ nhiễu do cấu trúc dòng sẽ lớn hơn . Do đó quét xen kẽ với tỉ lệ 2:1 có thể dùng cho hệ HDTV. 3.6.2.4 Tỉ lệ khuôn hình Trong thực tế đã có nhiều thí nghiệm về tỉ lệ khuôn hình cho HDTV 3.6.2.5 Biến đổ quang điện có độ phân giải cao Bộ biến đổi quang điện có độ phân giải cao đòi hỏi mạch quét không có lỗi, độ phân giải cao, tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N cao, độ nhạy của màn cảm quang cao. Màn cảm quang ( target) của bộ biến đổi quang điện đóng vai trò rất quan trọng. Màn target của ống vidicon ( bộ đổi quang điện loại chân không) được cấu tại từ vật Sb2S3. do màn target có ddienj dung lớn, nên vidicon có nguy cơ cháy thành ở màn hình target. Bộ biến đổi quang điện Plumb có cấu tại target từ vật liệu Pbo, cho độ nhạy cao hơn và tính thấp hơn so với vidicon. Loại saticon dùng target từ vật liệu Sb2S3 có dòng điện tối thấp, quán tính thấp và độ giải cao hơn. 3.7 Chuẩn nén tín hiệu video HD Có nhiều quan điểm cho rằng chuẩn nén MPEG-2 không thể hỗ trợ 1080p HDTV với tốc độ bit thực, và chuẩn nén MPEG-4 AVC sẽ là chìa khóa cho thị trường sản xuất, phân phối với chất lượng HD cao hơn (với chuẩn nén MPEG-4, các nhà điều hành có thể phân phối video ở định dạng cao hơn như chất lượng video 1080p nhưng không phải gia tăng chi phí băng thông). Do đó, bài viết sẽ xem xét ảnh hưởng của MPEG-4 AVC theo các thời điểm đối với tất cả các định dạng video HD và tác động của chuẩn này đối với nhà điều hành có chú trọng đến các định dạng HD 1080i và 720p. Ngoài ra, bài viết cũng chú ý đến những vấn đề liên quan đến hệ thống mã hóa, giải mã, các giải pháp quản lý cần thiết khi triển khai hệ thống theo chuẩn MPEG-4. 49 3.7.1 Chuẩn nén MPEG-2 Sự phát triển của công nghệ đã tác động mạnh đến thị trường sản xuất, phân phối. Các nhà điều hành mạng đã chuyển từ điều chế DVB-S sang DVB-S2 (dùng trong đường truyền vệ tinh) cho phép nâng thêm 30% dung lượng với cùng băng thông. Với các ứng dụng điểm-điểm, như tại các địa điểm thi đấu thể thao và studio, các kỹ thuật ATM và G.703 truyền theo giao thức IP trên cáp quang vẫn đang được sử dụng nhiều. Về chuẩn nén, các phương thức phân phối video HD dùng chuẩn nén MPEG-4 AVC cũng đã được sử dụng phổ biến. Kỹ thuật nén dùng MPEG-4 AVC đã được các nhà điều hành IPTV ứng dụng để phân phối video trên mạng DSL (có băng thông hạn chế) và các nhà điều hành vệ tinh DTH dùng trong cho các dịch vụ phân phối tin tức (việc thu thập tin tức từ DVB-S2 thường là theo định dạng MPEG-4 4:2:0). Trong khi đó, thị trường sản xuất, phân phối nội dung chủ đạo vẫn là theo chuẩn nén MPEG-2 và chuẩn nén này vẫn sẽ được duy trì sử dụng trong thời gian tới. Ví dụ, phần lớn những dịch vụ quảng bá trên thế giới phục vụ cho Olympics mùa đông năm 2010 ở Vancouver sẽ vẫn dùng chuẩn nén MPEG-2 HD 4:2:2. Nguồn nội dung MPEG-2 HD sẽ vẫn được tiếp tục sản xuất không chỉ từ các sự kiện chính như Olympics mà còn vì được tin cậy (cả về số lượng và chất lượng) đối với các chương trình HD được sản xuất, phân phối trên thị trường. Trong các ứng dụng phân phối, MPEG-4 AVC có thể cải thiện hiệu quả nén 30-50% so với MPEG-2 (không xét đến việc tiết kiệm băng thông dựa vào ghép kênh thống kê) và phụ thuộc vào loại nội dung. Tốc độ bit cũng phụ thuộc vào việc chọn lựa các thông số dùng cho chuẩn nén MPEG-4 AVC. Có thể thấy, tính hiệu quả của codec mới là rõ ràng nhưng lý do mà các nhà điều hành vẫn tiếp tục tin cậy vào MPEG-2 là nền tảng hệ thống cần cho chuẩn MPEG-4 AVC vẫn chưa hoàn toàn trưởng thành. 50 So với MPEG-2, MPEG-4 AVC vẫn còn tồn tại các yếu điểm sau sau: • Các bộ encoder MPEG-4 AVC hiện có thiếu sự hỗ trợ các tốc độ bit video cao. Trong khi thị trường thu thập tin tức cần các bộ mã hóa MPEG-4 AVC 4:2:0 dung lượng cao (như đang dùng trong thị trường DTH). Dầu vậy, một số ít bộ mã hóa gần đây cũng đã cho phép hỗ trợ tốc độ bit rất cao ứng dụng trong phân phối video yêu cầu chất lượng cao. • Các bộ mã hóa và giải mã MPEG-4 AVC hiện có thiếu sự hỗ trợ đối với profile 4:2:2. Nội dung tin tức có thể nén MPEG-4 AVC với profile 4:2:0 vì loại nội dung này không đòi hỏi chất lượng cao như profile 4:2:2 (một phần vì loại nội dung này thường được chia xẻ giữa các nhà điều hành thông qua kênh quảng bá thường dùng profile 4:2:0). Tuy nhiên, phần lớn thị trường sản xuất, phân phối thường dùng profile 4:2:2 để đảm bảo chất lượng video cao nhất. Việc thiếu giải pháp nén MPEG-4 AVC 4:2:2 làm giảm chất lượng nguồn tín hiệu và các bộ encoder và decoder MPEG-4 4:2:0 thường lại không thể nâng cấp để hỗ trợ 4:2:2. • Một số bộ encoder MPEG-4 4:2:2 có trên thị trường thiếu sự hỗ trợ các tùy chọn audio ở cấp chất lượng cao nhất. • Các bộ encoder MPEG-4 AVC hiện tại thiếu hỗ trợ 1080p50/60. Định dạng 1080p50/60 tạo ra số pixel gấp đôi so với 1080i25/30 do gấp đôi về tốc độ frame hiện đang được xem như “chuẩn vàng” của video HD. Với sự gia tăng nội dung có bản quyền theo định dạng 1080p thì nội dung HD trong thời gian tới cũng sẽ được lưu trữ theo định dạng này. Chuẩn MPEG-2 không hỗ trợ định dạng 1080p50/60 với tốc độ bit thực (với codec dựa trên nén intra như JPEC2000 và AVC-I thì tốc độ bit yêu cầu sẽ tăng gấp đôi). Việc phân phối nội dung theo chuẩn nén MPEG-4 AVC sẽ cải thiện hiệu quả nén giúp cho việc phân phối video chất lượng cao, nhưng các bộ encoder gần đây lại không hỗ trợ cả 4:2:2 và 1080p50/60. Hầu hết các nhà quảng bá nhận thấy rằng việc nâng cấp hệ thống sản xuất, phân phối cho thế hệ kế tiếp từ MPEG51 2 đến MPEG-4 AVC sẽ hướng đến hỗ trợ đồng thời cả profile 4:2:2 và định dạng 1080p50/60. • Từ thực tế của quá trình cải tiến, hiện nay việc phân phối video theo chất lượng HD sử dụng lấy mẫu thành phần chói 10 bit thay vì 8 bit như trước đây. Lấy mẫu 10 bit cải thiện đáng kể sự chuyển màu trên các phông nền trơn và 10 bit 4:2:2 hiện đang là định dạng đang được sử dụng phổ biến trong studio và sản xuất chương trình. Chuẩn MPEG-2 không hỗ trợ 10 bit nhưng MPEG4 AVC thì có. Tuy vậy, các bộ encoder MPEG-4 hỗ trợ 10 bit cũng chỉ phổ biến gần đây và không phải tất cả các bộ encoder MPEG-4 4:2:2 lấy mẫu 8 bit đời cũ đều có thể nâng cấp được để dùng cho lấy mẫu 10 bit (nhất là với những bộ encoder dùng công nghệ ASIC). Do đó, các bộ encoder chỉ dùng được với lấy mẫu 8 bit sẽ nhanh chóng bị thải loại. • Các bộ encoder MPEG-4 4:2:2 HD được yêu cầu phải hỗ trợ (tương thích) MPEG-2 HD. Một số nhà điều hành đã yêu cầu khả năng tương thích ngược và sử dụng linh hoạt với cả mã hóa MPEG-4 HD và MPEG-2 HD trên cùng một thiết bị. • Chưa có giải pháp hệ thống hoàn chỉnh cho phép kiểm soát và cấu hình hiệu quả mạng máy thu đa điểm (multi-site receiver) theo chuẩn nén MPEG-4 AVC. Các hệ thống hiện nay đang dùng chuẩn nén MPEG-2, và nhiều nhà điều hành chưa được cung cấp các giải pháp tích hợp, linh hoạt end-to-end dựa trên MPEG-4. • Thiếu sự liên kết giữa các giải pháp hệ thống dùng chuẩn nén MPEG-4 AVC HD. Việc kiểm định tính liên hoạt giữa các bộ encoder MPEG-4 AVC HD và các thiết bị receiver/decoder chuyên dụng cũng chỉ mới bắt đầu từ năm 2009. Điều này là trễ vì các codec mới đang sử dụng trong các mạng nội bộ và codec trong sản xuất nội dung có thể có các khác biệt tùy theo các mạng khác nhau, dẫn đến lỗi trong quá trình sử dụng. 52 • Với các ứng dụng yêu cầu độ trễ rất thấp (với độ trễ yêu cầu dưới 300ms), các giải pháp MPEG-4 AVC dùng để sản xuất, phân phối sẽ khó đạt được hiệu quả nén đáng kể so với MPEG-2 ở tốc độ bit thấp. Trong khi đó, với đường truyền DTH thì yếu tố tiết kiệm tốc độ bit là một trong những yếu tố quan trọng bậc nhất. Trong thời gian tới, các giải pháp mới thiết kế đặc biệt cho thị trường sản xuất, phân phối được kỳ vọng sẽ khắc phục được những vấn đề này. 3.7.2 Chuẩn nén MPEG-4 AVC MPEG-4 AVC có định hướng ban đầu là chuẩn nén có tốc độ bit thấp dùng cho đường truyền có băng thông hạn chế, tuy nhiên các nghiên cứu gần đây lại cho thấy hiệu quả ý nghĩa của nó lại là dùng cho các tốc độ bit cao hơn.Khả năng tiết kiệm băng thông hiệu quả nhất nằm ở vùng dưới 10 Mbps, vùng quanh 20 Mbps đạt hiệu quả kém nhất, vùng trên 20 Mbps có hiệu quả băng thông tăng trở lại. Khả năng mã hóa hiệu quả của MPEG-4 AVC dựa vào một số thuộc tính, thông số tùy chọn linh hoạt hơn so với MPEG-2. Một số thuộc tính, thông số như: • Có 9 mode dự đoán intra 4x4 • Có 4 mode dự đoán intra 16x16 • Có 7 mode dự đoán inter với kích thước block từ 16x16 giảm xuống đến 4x4 • Bù chuyển động ¼ pixel (subpixel) • Dùng B picture cải tiến • Bù chuyển động từ bên ngoài của picture • Sử dụng nhiều picture tham chiếu • Integer transform • Bộ lọc in-loop de-bloking • Dùng mã hóa CABAC (Context-Adaptive Binary Arithmetric Coding) 53 Các level, profile của MPEG-4 AVC: • Baseline profile được định hướng sử dụng chủ yếu cho video hội nghị (video conference) và truyền streaming đến các thiết bị di động. Đây là profile đơn giản nhất, không hỗ trợ dùng B frame, mã hóa xen kẽ (interlace) hoặc mã hóa entropy CABAC. • Main profile được dử dụng phổ biến cho các ứng dụng quảng bá HD và SD. Nó hỗ trợ dự đoán 2 hướng cho frame (B picture) theo hai mode (saptial và temporal – theo không gian và thời gian) cùng trọng số dự đoán. Ngoài ra, nó còn hỗ trợ các công cụ mã hóa xen kẽ gồm mã hóa PAFF (Picture Adaptive Field/Frame) và MBAFF (Macro-Block Adaptive Field/Frame) hay gọi chung là CABAC. • Các công cụ mã hóa của các profile MPEG-4 được hỗ trợ thêm để mở rộng độ trung thực của hình ảnh (Fidelity Range Extension). Riêng High profile hỗ trợ biến đổi interger thích nghi 8x8, mode dự đoán 8x8 intra và các mức scale. High 10 profile cho phép mã hóa video 4:2:0 với độ chính xác lượng tử 10 bit, High 4:2:2 cho phép mã hóa video 4:2:2 với độ chính xác 10 hoặc 8 bit. -Chuẩn nén MPEG-4 AVC hỗ trợ HDTV chất lượng cao hơn Trong thị trường truyền dẫn DTH hiện nay, tất cả linh kiện dùng cho công nghệ MPEG-4 AVC chỉ được phát triển trong thời gian gần đây để cung cấp cho: các giải pháp hệ thống trọn gói, các bộ encoder và decoder... Đã có sự nhảy vọt về kỹ thuật giữa các thế hệ encoder MPEG-4 AVC và decoder (đơn chip) để có thể xử lý cả SD và HD, giải mã DVB-S2, và trong một số trường hợp còn hỗ trợ cả chức năng DVR (Digital Video Recoder). Về phần mình, các nhà điều hành mạng sản xuất, phân phối đang mong đợi cho các yếu tố này hội tụ, liên thông với nhau. 54 Trong khi đó, áp lực tiếp tục phát triển vẫn gia tăng. Chuẩn MPEG-2 mặc dù vẫn chiếm ưu thế về thị trường sử dụng nhưng bị giới hạn về khả năng cung cấp chất lượng video cao nhưng tốc độ bit phân phối phải phù hợp đường truyền thực tế hiện có. Trong khi đó, MPEG-4 AVC hỗ trợ hiệu quả nén cao hơn với nhiều tùy chọn thông số nén và tập các profile/level (được xem như hỗ trợ khả năng gia tăng độ trung thực của chất lượng tín hiệu khi nén) để phục vụ cho các ứng dụng chất lượng cao như HD và cinema. Những profile/level này bao gồm việc hỗ trợ video 1080p50/60, 4:2:2, và lấy mẫu 10 bit, nhờ đó mà các nhà quảng bá có thể đáp ứng được yêu cầu HDTV có chất lượng cao cho người xem. Ý nghĩa của nén video 4:2:2: Các ứng dụng video truyền thống đều dựa trên chuẩn nén video MPEG-2 4:2:2. Điều này giúp hạn chế việc giảm mẫu (downsapmle) và tăng mẫu (upsample) lập đi lập lại trong các thành phần màu, dẫn đến làm suy giảm chất lượng màu của ảnh. Hơn nữa, quá trình xử lý mã hóa video cũng ảnh hưởng đến hiệu quả nén thông qua chuỗi phân phối, xử lý cục bộ tại các bộ phận chức năng khác nhau trước khi nội dung cung cấp đến với người dùng. Do đó, việc bảo toàn chất lượng video tối ưu từ khâu đầu tiên lưu giữ video là rất quan trọng. Hơn nữa, 10 bit 4:2:2 là định dạng thường được dùng trong studio và sản xuất chương trình, nên xét về mặt hiệu quả nén thì nén trực tiếp với định dạng cho 10 bit 4:2:2 sẽ đảm bảo chất lượng tín hiệu tốt hơn là nén với định dạng 8 bit 4:2:2. Đã có nhiều tranh luận trong thời gian dài về định dạng tốt nhất cho HDTV, với một số nhà điều hành thì dùng số dòng quét là 1080i, một số khác (gồm cả EBU – European Broadcasting UNI0N) dùng quét liên tục (progressive) 720p. Tuy nhiên trong thực tế, những nội dung được sản xuất gần đây có xu hướng hội tụ về định dạng 1080p vì một số lý do sau: • Với số dòng lấy mẫu theo chiều dọc 1080 ở 50 hoặc 60 frame/s, một cảnh (scene) 1080p50/60 HDTV sẽ có số pixel gấp đôi so với cảnh 1080i25/30. 55 • HD 1080p duy trì được chất lượng hình ảnh qua nhiều quá trình mã hóa và giải mã (encode và decode) trong các quá trình sản xuất và phân phối. • 1080p50/60 dễ dàng chuyển đổi đến 1080p25/30, 1080i25/30, hoặc 720p50/60 để phân phối và truyền dẫn đến người dùng. • Khách hàng ngày càng sử dụng hiều màn hình hiển thị theo cách quét liên tục do các nhà sản xuất thiết bị dân dụng đã xây dựng 1080p HDTV như chất lượng “Full HD” cho thị trường dân dụng. • Blu-ray sử dụng định dạng 1080p HD cũng đã góp phần thúc đẩy studio và các nhà sản xuất sử dụng định dạng này. Mặc dù, một số nhà điều hành cung cấp dịch vụ dùng đường truyền vệ tinh đã dự trù chỉ phát quảng bá 1080p cho phim, nhưng định dạng này có lẽ sẽ được sử dụng phổ cập cho đường truyền DTH trong thời gian ngắn sắp tới. Bên cạnh mối quan tâm về băng thông, phần lớn thế hệ set top box gần đây không thể xử lý 1080p50/60. Hiện tại, các studiocũng đang ở giữa chu kỳ nâng cấp quan trọng để chuẩn bị cho quá trình sản xuất all-HD gồm 1080p và đầu tư hạ tầng ‘3G’ (3 Gbps 1080p50/60). Việc sử dụng 1080p50/60 sẽ gia tăng số pixel gấp đôi so với 1080i25/30. Nếu dùng các giải pháp nén chỉ dùng intra-frame (dùng codec có tốc độ bit cao nhưng trễ thấp) không dùng ước tính bù chuyển động thì định dạng cải tiến sẽ có số pixel tăng gấp đôi dẫn đến yêu cầu băng thông sử dụng tăng tương ứng. Tuy nhiên, các bộ encoder MPEG-4 AVC đều có giải thuật ước tính bù chuyển động hiệu quả vì thế khi chuyển từ quét xen kẽ (interlace) sang quét liên tục (progressive) thì băng thông yêu cầu thực tế có thể không tăng thậm chí có thể giảm (so với dùng định dạng cũ). Trong giai đoạn chuyển đổi hiện nay, các nhà điều hành mạng sẽ tìm giải pháp nén có thể giúp họ phân phối video 1080p50/60 với cùng băng thông mà họ dùng cho MPEG-2 ở định dạng 1080i và 720p. Điều này cho thấy việc tiếp 56 tục cải thiện hiệu quả nén MPEG-4 AVC đang rất được quan tâm. Và rõ ràng, chất lượng của các bộ encoder và bộ decoder MPEG-4 4:2:2 sẽ có vai trò cốt yếu trong việc xác định chất lượng hình ảnh HD (các thiết bị này không chỉ tham gia từ khâu sản xuất ban đầu mà cả trong các qui trình xử lý, phân phối từ nhà quảng bá đến người dùng). 3.8 HDTV có băng tần rộng (W-HDTV) Do tiến bộ của kĩ thuật số, sự phát triển của bộ biến đổi quang-điện và bộ biến đổi điện- quang (camera và máy thu hình) với độ phân giải cao nên xuất hiện các hệ thống HDTV số băng rộng thế hệ thứ 2. Các hệ thống này cho chất lượng hình ảnh cao, nhiều âm thanh (số) đi kèm và tín hiệu teletekst có độ phân giải cao. 3.8.1 Hệ thống W-HDTV số Tín hiệu video số là thành phần chính của tín hiệu HDTV hoàn chỉnh. Nguyên lý mã hóa, điều chế và các thông số truyền dẫn phải bảo đảm chất lượng thông tin tốt nhất. Cùng với sự tiến bộ về kỹ thuật giảm tốc độ bit (như mã DCT-discrete cosine transform) và mã hóa dưới băng tần (tiểu mã hóa), tốc độ bit tín hiệu HDTV ở studio 1Gbit/s có thể giảm xuống dưới 125Mbit/s mà không làm giảm chất lượng ảnh (đánh giá chủ quan Cùng với hình ảnh HDTV, âm thanh phải đạt chất lượng cao như compact disc CD (DAB-Digital Audio Broadcasting) để tương xứng với chất lượng hình ảnh. Âm thanh trong W-HDTV có nhiều kênh, tạo cho người nghe có ấn tượng không gian thực (mono, stereo, âm thanh tròn ambio). Dùng kỹ thuật điều chế như đối với DAB, có thể truyền 8 kênh âm thanh với tốc độ 100Kbit/s (chất lượng ngang với CD-compact disc) HDTV số có chất lượng như ở studio cho phép truyền đồng thời teletekst có chất lượng nâng cao và dung lượng tin tức lớn. 57 3.8.2 Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV Vấn đề truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV có liên quan đến 4 nguyên tắc chính sau đây: - Trong băng tần cơ bản, ghép kênh số liệu không có lỗi, không phải sửa ở phía thu (nhờ sử dụng các thuật toán mã kênh và mã nguồn) - Có phổ tần tối thiểu - Sử dụng công suất phát tối thiểu - Có thể truyền nhiều thông tin khác trong băng tần hoặc các băng tần lân cận. Các phương pháp điều chế và mã kênh cho phép sử dụng công suất phát từ vệ tinh tương đối nhỏ ở dải tần 20GHz. Kỹ thuật số-truyền phát sóng là chìa khóa để sử dụng nhiều lần cùng tải tần với phân cực trực giao, nhằm tận dụng băng tần có hiệu quả. Ta có thể rút ra kết luận là kế hoạch phân chia tần số cho W-HDTV thích hợp với số lượng tối thiểu về các điều kiện, có khả năng điều tiết mềm hệ thống và lựa chọn các thông số phát sóng cho từng vùng địa lý. Để có thể truyền tín hiệu W-HDTV qua mạng cáp đồng trục, cần sử dụng kỹ thuật điều chế có khả năng biến đổi tốc độ thông tin 140Mbit/s (kênh có độ rộng 24 MHz) sang băng UHF (đảm bảo tương hợp với hệ thống ISDN). Vấn đề tương hợp với các hệ thống khác hiện còn đang tiếp tục nghiên cứu. Tuy nhiên các hệ thống HDTV số có thể cùng tồn tại trong băng tần riêng hoặc lân cận 1 cách dễ dàng hơn là trường hợp các hệ thống HDTV tương tự Dải tần 12 GHz (Ku) không thích hợp cho việc phát sóng tín hiệu WHDTV qua vệ tinh. Dải tần Ku chỉ thích hợp cho tín hiệu MUSE và HDMAC băng hẹp. Kế hoạch EBU cho thấy rằng toàn bộ độ rộng băng tần 600MHz là cần thiết để truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV số. Đối với kênh có độ rộng 58 100MHz (tia thông tin 140Mbit/s) có thể phát 6 chương trình qua vệ tinh cho vùng địa lý thích hợp. Sự phát triển của kỹ thuật nén số liệu hình ảnh (đảm bảo chất lượng ảnh như ở studio) sẽ cho phép tăng số lượng các chương trình truyền hình. 3.9 Full HD không dây tại nhà Chuẩn giao tiếp kỹ thuật số không dây tại nhà WHDI (Wireless Home Digital Interface) phiên bản 1.0 vừa chính thức được phê chuẩn, nhằm giúp người dùng khả năng truyền tải không dây những nội dung chất lượng cao (HD) trong phạm vi gia đình. Dựa trên công nghệ giao tiếp WiFi, WHDI cho phép người dùng dễ dàng truyền tải các nội dung video Full-HD 1080p không dây trong phạm vi lên đến 30m (xuyên tường) với độ trễ chỉ 1‰ giây. Tốc độ truyền tải dữ liệu tối đa có thể lên đến 3Gbps. Điều này đồng nghĩa với việc người dùng có thể xem video qua các tivi đặt tại nhiều phòng khác nhau trong nhà chỉ từ một đầu phát video HD duy nhất. Như vậy, các sản phẩm hỗ trợ chuẩn WHDI sẽ tạo thành một mạng kết nối HD không dây giữa các thiết bị giải trí khác nhau như PC, laptop, Smartphone, tivi không dây. Chuẩn WHDI được sáng lập từ sự liên kết của các hãng sản xuất thiết bị điện tử tên tuổi như Amimon, Sony, Samsung, LG... và được giới thiệu lần đầu tiên vào mùa hè 2008. Giải pháp truyền tín hiệu video độ phân giải cao không cần cáp nối này sẽ có mặt trong TV của Sony, Samsung... vào năm tới với giá ước tính cao hơn 100 USD so với các hệ thống truyền thống. Sony, Samsung, Motorola, Sharp và Hitachi vừa thành lập liên minh WHDI (Wireless Home Digital Interface - Giải pháp ngôi nhà số không dây) dựa trên công nghệ của công ty Amimon (Israel). 59 "TV của bạn sẽ dễ dàng truy cập mọi nguồi nội dung, từ bộ giải mã tín hiệu set-top-box trong phòng khách, máy chơi game PlayStation tại phòng ngủ cho tới đầu DVD ở một vị trí khác. Đó là mục tiêu của WHDI", đại diện Amimon cho hay. Trao đổi video HD không dây có thể được thực hiện với phiên bản Wi-Fi nhanh nhất nhưng nó đòi hỏi nén file và tốc độ truyền cũng giảm đáng kể. Một giải pháp khác là UWB (ultra-wideband) cho phép bảo toàn chất lượng video nhưng phạm vi hoạt động của nó tương đối hẹp (thường chỉ trong một căn phòng). Trong khi đó, trước khi truyền file, chip Amimon tách các yếu tố quan trọng trong tín hiệu video ra khỏi những phần không cần thiết và tăng ưu tiên cho những thành tố quan trọng đó. Nhờ vậy, quá trình truyền tải được thực hiện giữa những khoảng cách tương đối dài, dù chất lượng có thể giảm đi khi khoảng cách tăng lên. Motorola đã tìm hiểu nhiều công nghệ không dây khác nhưng quyết định gia nhập WHDI bởi họ đánh giá giải pháp của Amimon là "độc nhất vô nhị". Aminon đang chuẩn bị bán chip này ra thị trường, nhưng việc liên minh với các hãng sản xuất TV sẽ tạo điều kiện cho người tiêu dùng tiếp cận công nghệ dễ dàng hơn. TV tích hợp chip Aminon sẽ xuất hiện vào năm 2009. 3.10 Truyền dẫn tín hiệu HDTV 3.10.1 Truyền dẫn tín hiệu HDTV qua vệ tinh Tín hiệu HDTV được nén và phát trực tiếp lên vệ tinh,để thu được tín hiệu truyền hình được phát từ vệ tinh ngoài TV cần có anten chảo để thu tín hiệu và một bộ giải mã tín hiệu truyền hình vệ tinh độ nét cao. Hội nghị quốc tế WARC’77 bàn về việc sử dụng dải tần 120GHz (dải Ku) cho truyền hình trực tiếp phát qua vệ tinh (DBS) với độ rộng kênh 27MHz (điều tần –FM) . nén tín hiệu HD có băng tần giới hạn [...]... định dạng khuôn hình tỉ lệ 9x16 hình ảnh độ phân giải cao HD (High Definition) Được xác định với các điểm ảnh hàng ngang 1920 pixel và chiều dọc 1080 pixel Hình 2.6 17 - Truyền hình có độ nét cao HDTV 1080i (interlace) thực hiện quét xen kẽ luân phiên bán ảnh lẻ và bán ảnh chẵn.Tốc độ bit truyền HD-SDI @ 1080i SMPTE 292M là 1.485Mbit/s (áp dụng trong truyền hình HDTV) - Hình ảnh có độ nét cao 1080p (progressively)... cùng 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 3 2 Tỷ lệ ảnh Hình3 .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 3.1 ở trên Quy ước truyền hình độ phân giải chuẩn hay... Trong truyền hình qua vệ tinh,điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh vệ tinh được thiết lập dành cho các chương trình truyền hình. Các chương trình này có thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá 25 2.7.2 Truyền hình số truyền qua cáp Nguồn quang Điều chế Bộ lặp Giải điều chế Hình tiếng Hình tiếng Cáp quang Hình 2.11 :Mô hình hệ thống truyền hình dùng cáp quang Là hệ thống mà tín hiệu truyền. .. chương trình HDTV đã chiếm 30% ở Mỹ - Tất cả các 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 giáp 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 29 + Khác biệt giữa HDTV và... HDTV: Đó là độ nét cao, độ phân giải cao, không thêm 6 lần số điểm ảnh ở cùng một góc nhìn.Thay vào đó góc nhìn của một điểm ảnh được giữ nguyên và toàn bộ ảnh bây giờ có thể chiếm vùng lớn hơn tầm nhìn của người xem HDTV cho phép góc hình ảnh tăng đáng kể, So sánh chính xác giữa HDTV và truyền hình thông thường không được dựa vào khía cạnh tỷ lệ: nó được dựa vào chi tiết bức ảnh Hình 3.3 : So sánh tỉ số... trình truyền hình tương tự song có thể truyền được 10 ÷ 12 chương trình truyền hình số (gấp 5 ÷ 6 lần) Bảo toàn chất lượng : 12 Chất lượng Tín hiệu số Tín hiệu tương tự Khoảng cách giữa máy phát và máy thu Hình 2.3: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự - 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 số... đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất xa,như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm điểm Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hương bởi điều kiện địa hình, địa vật,vì môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất ,truyền hình vệ tinh có thể thực hiện qua đại dương,rừng rậm núi cao cũng như các địa cực Việc thiết lập một đường truyền. .. trên của truyền hình số mặt đất so với vệ tinh và cáp.Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và 27 chất lượng tôt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại.Trong phạm vi phủ sóng chất lượng ổn định khắc phục được các vấn đề như hình ảnh có bóng,tạp nhiễu… 28 CHƯƠNG 3: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION) 3.1 Giới thiệu về HDTV -HD (High-definition)... hợp hình ảnh mang lại hơi kém chi tiết hơn so với 720p (xem thêm: Phương thích hiển thị hình ảnh) Số đông các hãng sản xuất được coi là trend-setter của ngành công nghiệp giải trí đánh giá độ phân giải 720p cao hơn độ phân giải này 3.3.3 1080p Với độ phân giải quy định lên tới 1960x1080, đây là độ phân giải lớn nhất trong thời điểm hiện tại thuộc chuẩn hình ảnh HD Tất nhiên với độ % 3.3.4 So sánh tỉ... (HIGH-DEFINITION TELEVISION) 3.1 Giới thiệu về HDTV -HD (High-definition) hay HDTV( High-definition Televison) hiểu nôm na "truyền hình với độ nét cao" , là một thuật ngữ chỉ các chương trình TV kỹ thuật số, các tập tin đa phương tiện ( movies, audio, game ) được trình chiếu với độ phân giải cao cao nhất hiện nay Độ phân giải cao giúp hình ảnh trung thực, chi tiết hơn rất nhiều tuy nhiên cũng vì thế yêu cầu ... thanh, hình ảnh cao nhất, phù hợp cho phát triển công nghệ truyền hình độ nét cao HDTV Nếu so sánh với truyền hình chuẩn SDTV nay, HDTV có nhiều ưu hẳn Truyền hình SDTV Việt Nam có độ phân giải cao. .. pixel Hình 2.6 17 - Truyền hình có độ nét cao HDTV 1080i (interlace) thực quét xen kẽ luân phiên bán ảnh lẻ bán ảnh chẵn.Tốc độ bit truyền HD-SDI @ 1080i SMPTE 292M 1.485Mbit/s (áp dụng truyền hình. .. CHƯƠNG 3: TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV (HIGH-DEFINITION TELEVISION) 3.1 Giới thiệu HDTV -HD (High-definition) hay HDTV( High-definition Televison) hiểu nôm na "truyền hình với độ nét cao" ,