SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH VÀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN DVBS VÀ DVBS2 TẠI VIỆT NAM

Trên cơ sở lý thuyết về kỹ thuật thu hình, số hóa truyền hình đến các kỹ thuật truyền hình vệ tinh DVB-S và DVB-S2, luận văn đã phân tích, nghiên cứu và đánh giá chuẩn DVB-S và DVB-S2 từ đó đưa ra so sánh giữa hai chuẩn và thực tiễn triển khai cũng như lộ trình số hóa truyền hình tại Việt Nam.

SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH VÀ CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SỐ VỆ TINH DVB-S THEO CHUẨN DVB-S VÀ DVB-S2 TẠI VIỆT NAM

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa

Bản cam đoan

Mục lục

Tóm tắt luận văn

Danh mục các ký hiệu, viết tắt, các bảng, các hình vẽ

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH 3

1.1 Truyền hình tương tự 3

1.1.1 Cơ sở thu hình 3

1.1.2 Hệ thống truyền hình 5

1.1.3 Nguyên lý làm việc 6

1.2 Truyền hình màu 6

1.2.1 Tổng quan truyền hình màu 7

1.2.2 Lý thuyết màu 8

1.2.3 Các thông số của tín hiệu màu 8

1.2.4 Tín hiệu video tổng hợp 11

1.3 Số hóa truyền hình 21

1.3.1 Các phương pháp số hóa tín hiệu video 21

1.3.2 Các tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video màu thành phần 24

1.3.3 Hệ thống truyền hình số 27

1.4 Số hóa truyền hình tại Việt Nam 28

1.5 Kết luận chương 30

CHƯƠNG 2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SỐ VỆ TINH DVB-S 32

2.1 Tổng quan truyền hình vệ tinh tại Việt Nam 32

2.1.1 Dịch vụ truyền hình trả tiền 32

2.1.2 Đặc điểm về truyền dẫn số vệ tinh 38

2.1.3 Đặc điểm các nhà cung cấp truyền hình vệ tinh tại Việt Nam 41

2.2 Truyền dẫn số vệ tinh DVB-S 43

2.2.1 Mã hóa kênh truyền 44

2.2.2 Phần điều chế 52

2.3 Các thông số kỹ thuật và chỉ tiêu đối với DVB-S 54

2.4 Kết luận chương 56

CHƯƠNG 3 CÔNG NGHỆ DVB-S2 57

3.1 Giới thiệu chung 57

3.2 Mô hình hệ thống DVB-S2 59

3.2.1 Chế độ và luồng thích nghi 59

3.2.2 Mã hóa sửa lỗi trước (FEC) 60

3.2.3 Ánh xạ lên chòm sao 62

3.2.4 Khung PL 63

3.2.5 Điều chế cầu phương 66

3.2.6 Các chế độ tương thích ngược 66

3.3 Các vấn đề máy thu DVB-S2 67

3.3.1 Đồng bộ 67

3.3.2 Giải mã LDPC 75

3.4 Hiệu quả của công nghệ DVB-S2 với DVB-S 79

3.5 Kết luận chương 81

CHƯƠNG 4 TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH VỆ TINH TẠI VIỆT NAM THEO TIÊU CHUẨN DVB-S/S2 83

4.1 Hiện trạng sử dụng truyền hình số vệ tinh tiêu chuẩn Châu Âu trên thế giới 83

4.2 Thực trạng sử dụng truyền hình số tiêu chuẩn Châu Âu S và DVB-S2 tại Việt Nam 85

4.3 Quy chuẩn truyền hình số vệ tinh tại Việt Nam 87

4.3.1 Thông số kỹ thuật chung của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S và DVB-S2 89

4.3.2 Tỷ số năng lượng bit thông tin trên mật độ công suất nhiễu (Eb/No) 91

4.3.3 Giá trị mức tín hiệu cao tần đầu vào máy thu (RF level) 94

4.4 Kết luận chương 94

KẾT LUẬN 96

TÀI LIỆU THAM KHẢO 98

Tóm tắt Tên đề tài:

Số hóa truyền hình và công nghệ truyền dẫn số vệ tinh DVB-S theo chuẩn DVB-S và DVB-S2 tại Việt Nam

Tóm tắt:

Trên cơ sở lý thuyết về kỹ thuật thu hình, số hóa truyền hình đến các kỹ thuật truyền hình vệ tinh DVB-S và DVB-S2, luận văn đã phân tích, nghiên cứu và đánh giá chuẩn DVB-S và DVB-S2 từ đó đưa ra so sánh giữa hai chuẩn và thực tiễn triển khai cũng như lộ trình số hóa truyền hình tại Việt Nam

DANH MỤC HÌNH VẼ

Trang

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình 6

Hình 1.2 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu màu 12

Hình 1.3 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu màu 13

Hình 1.4 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu màu trong hệ NTSC 15

Hình 1.5 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu màu trong hệ NTSC 15

Hình 1.6 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu PAL 17

Hình 1.7 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu PAL 18

Hình 1.8 Sơ đồ khối bộ mã hóa SECAM 20

Hình 1.9 Sơ đồ khối bộ giải mã SECAM 21

Hình 1.10 Sơ đồ khối hệ thống số hoá tín hiệu video màu tổng hợp 22

Hình 1.11 Sơ đồ khối hệ thống số hóa tín hiệu video màu thành phần 23

Hình 1.12 Tiêu chuẩn 4:4:4 24

Hình 1.13 Tiêu chuẩn 4:2:2 25

Hình 1.14 Tiêu chuẩn 4:1:1 26

Hình 1.15 Tiêu chuẩn 4:2:0 26

Hình 1.16 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số 27

Hình 2.1 Truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh 40

Hình 2.2 Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống truyền hình vệ tinh 40

Hình 2.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh DVB-S 43

Hình 2.4 Mô hình bộ ngẫu nhiên hóa thực hiện phân tán năng lượng trong DVB-S 45

Hình 2.5 Cấu trúc dòng truyền tải sau khi thực hiện ngẫu nhiên hóa 46

Hình 2.6 Gói dòng truyền tải trước mã hóa RS(204,188) 47

Hình 2.7 Gói sau khi mã hóa RS(204,188) 47

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của bộ xáo trộn / giải xáo trộn 48

Hình 2.9 Tác dụng của việc xáo trộn bit 50

Hình 2.10 Bộ tạo mã chập với độ dài K = 3 50

Hình 2.11 Sơ đồ khối bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S 51

Hình 2.12 Khối điều chế QPSK và vị trí chòm sao 53

Hình 3.2 Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền DVB-S2 59

Hình 3.3 Ma trận kiểm tra chẵn lẻ và mô hình tương đương của một mã LDPC 61

Hình 3.4 Ma trận con của ma trận kiểm tra chẵn lẻ 61

Hình 3.5 Bốn chòm sao tín hiệu cho DVB-S2 trước khi trộn lớp vật lý 63

Hình 3.6 Mô hình khung PL 64

Hình 3.7 Chòm sao 8PSK không đều 67

Hình 3.8 Sơ đồ khối chức năng của bậc hệ thống DVB-S2 tương thích ngược 67

Hình 3.9 Sơ đồ khối đơn giản giải điều chế số DVB-S2 68

Hình 3.10 Sơ đồ khối chi tiết giải điều chế số DVB-S2 69

Hình 3.11 Sơ đồ liên kết các ký tự SOF và PLS 70

Hình 3.12 Bộ tìm đỉnh đồng bộ khung 71

Hình 3.13 Sơ đồ khối của bộ ước lượng tần số chuẩn 72

Hình 3.14 Kích hoạt bản tin đầu ra từ các nút bit 76

Hình 3.15 Cập nhật bản tin tại các nút bit 78

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1.1 Ngưỡng nhấp nháy đối với một số ảnh động 5

Bảng 1.2 Tổng hợp các đặc trưng của tín hiệu NTSC 13

Bảng 1.3 Các đặc trưng của tín hiệu màu PAL 16

Bảng 1.4 Đặc trưng của tín hiệu SECAM 19

Bảng 2 1 Các loại dịch vụ truyền hình và nhà cung cấp 32

Bảng 2.2 Các thông số cơ bản của bộ tạo mã chập trong tiêu chuẩn DVB-S 52 Bảng 2.3 Sự phụ thuộc của tốc độ bit vào băng thông và tỷ lệ mã trong DVB-S 54

Bảng 2.4 Tỷ lệ mã trong và Eb/N0 yêu cầu tại phía thu 55

Bảng 3.1 So sánh DVB-S2 và DVB-S 80

Bảng 4.1 Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S 90 Bảng 4.2 Các thông số cơ bản của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S2 91

Bảng 4.3 Giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng BER ≤ 2.10-4 sau giải mã Reed Solomon với các biến thể hệ thống DVB-S khác nhau 92

Bảng 4.4 Các giá trị Eb/No yêu cầu tương ứng với các biến thể khác nhau của hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S2 92

Bảng 4.5 Giá trị giới hạn mức tín hiệu cao tần tại giao diện đầu vào máy thu DVB-S/S2 94

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ACM Adaptive Coding and

Modulation

Mã hóa và điều chế thích nghi

BBFRAME Base Band Frame Khung băng gốc

BC Backward Compatible Tương thích ngược

CCM Constant Coding and

Vệ tinh số tin tức tập trung

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước

FED Frequency Error Director Bộ dò tần lỗi

FIFO First In First Out Vào trước, ra trước

HDTV High-definition TV Truyền hình phân giải cao

IRDs Intergrated Receivers- Tích hợp nhận và giải mã

Decoders LDPC Low Density Parity Check Mã kiểm tra độ tương quan

thấp

MCPC Multi Channels Per Carrier Nhiều chương trình trên một

sóng mang

ML

MMDS

Maximum Likelihood Multichannel Multipoint Distribution Service

Hợp lẽ cực đại Dịch vụ phân phối đa điểm đa kênh

MPEG Moving Picture Experts

Group

Nhóm chuyên gia về ảnh động

PER Packet Error Rate Tốc độ lỗi gói

PLFRAME Physical Layer Frame Khung lớp vật ý

PLS Physical Layer Signaling Tín hiệu lớp vật lý

SDTV Standard Definition TV Truyền hình độ phân giải tiêu

chuẩn

SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu – nhiễu

MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển về khoa học và công nghệ thì nhu cầu giải trí cũng như nhu cầu về cuộc sống hàng ngày của con người cũng tăng theo Sự ra đời của truyền hình vệ tinh và truyền hình số đã đem lại những bước đột phá cho công nghệ truyền hình Với diện tích phủ sóng rộng (một quả vệ tinh địa tĩnh có thể phủ sóng 1/3 diện tích trái đất) và không chịu ảnh hưởng bởi vị trí địa lý thì truyền hình vệ tinh có thể khắc phục được những nhược điểm mà truyền hình mặt đất đang gặp phải Cùng với đó là việc số hóa truyền hình đã mang lại cho người dùng những trải nghiệm truyền hình mới với chất lượng hình ảnh tốt hơn

Truyền hình vệ tinh đã bắt đầu được sử dụng tại Việt Nam từ những năm 1990, và cho đến ngày này thì số lượng thuê bao truyền hình trực tiếp đến hộ gia đình (DTH) đã tăng lên đáng kể và chất lượng các chương trình truyền hình không ngừng được nâng cao nhằm đáp ứng nhu cầu người dùng Cùng với đó là sự ra đời của các tiêu chuẩn kỹ thuật truyền hình qua vệ tinh là DVB-S và sau đó là DVB-S2 để làm tăng hiệu quả băng tần cũng như cải thiện chất lượng đường truyền

Luận văn “Số hóa truyền hình và công nghệ truyền dẫn số vệ tinh DVB-S theo chuẩn DVB-S và DVB-S2 tại Việt Nam” sẽ đi sâu vào việc phân tích, trình bày tổng quan về truyền hình số, truyền hình số vệ tinh với các tiêu chuẩn DVB-S và DVB-S2 và thực tiễn triển khai tại Việt Nam Nội dung luận văn bao gồm:

- Chương 1: Số hóa truyền hình

- Chương 2: Công nghệ truyền dẫn số vệ tinh DVB-S

- Chương 3: Công nghệ DVB-S2

- Chương 4: Triển khai truyền hình vệ tinh tại Việt Nam theo tiêu chuẩn DVB-S/S2

Chương 1 SỐ HÓA TRUYỀN HÌNH Trong chương này, luận văn sẽ nêu nên những khái niệm cơ bản về các

kỹ thuật truyền hình Từ đó sẽ đi đến chi tiết hơn về quá trình số hóa các kênh truyền hình số từ các kênh truyền hình tương tự

1.1 Truyền hình tương tự

Truyền hình tương tự đã được khơi nguồn bằng những nghiên cứu từ những năm 1930 của thế kỉ trước Sau đó là sự ra đời lần lượt của các hệ truyền hình màu như NTSC, SECAM, PAL; Và đến ngày nay thì công nghệ truyền hình đã tiến một bước rất xa so với thời kì mới bắt đầu của công nghiệp truyền hình, với sự ra đời của truyền hình số thì các dịch vụ truyền hình đã trở nên đa dạng và phong phú hơn Công nghệ truyền hình dựa chủ yếu vào sự nghiên cứu về thị giác của con người để có thể giảm thiểu được lượng thông tin cần phải truyền (nén ảnh) trên kênh truyền

Tuy nhiên, muốn nghiên cứu các hệ thống truyền hình số, hay công nghệ nén thì trước tiên ta phải tìm hiểu về truyền hình tương tự

Cơ chế mắt-não cho phép đạt được vùng rõ nhất nằm ở giữa ảnh, hình

ảnh ban đêm không có màu

Mắt người chỉ cảm nhận được ánh sáng trong dải có bước sóng từ 380

nm đến 760 nm Hệ thống truyền hình xác định độ nét mà mắt người có thể cảm nhận được để đưa ra cơ chế lấy mẫu Và dựa vào cơ chế này để có thể tái tạo lại được hình ảnh từ các chi tiết đã xác định Độ phân giải được xác định bằng số dòng theo chiều đứng và chiều ngang của ảnh

Quan hệ giữa số lượng điểm ảnh (pixel) theo chiều đứng Nv, góc nhìn tối thiểu của mắt  và tỉ số khoảng cách ảnh trên chiều cao của ảnh n = D/H, được xác định theo công thức sau [2]:

Trong truyền hình, để truyền được ảnh động (hay video), từng ảnh

được phân tích bằng quá trình quét ảnh theo các dòng Có hai loại quét: quét lần lượt và quét xen kẽ Quét xen kẽ được sử dụng trong truyền hình tiêu chuẩn NTSC, PAL, SECAM Trong quét xen kẽ thì mỗi ảnh được phân tích

và tổng hợp thành hai thành phần (dòng chẵn, dòng lẻ), mỗi ảnh có hai thành phần này quét xen kẽ nhau

Hai dòng kề nhau của hai mành liên tiếp có thể không giống nhau, do

đó có thể gây ra nhấp nháy dòng xen kẽ Độ nhấp nháy này có dung sai vì mắt người không nhạy với nhấp nháy (tương đối) nếu sự thay đổi ánh sang được giới hạn trong một phần nhỏ của mành

Bảng 1.1 Ngưỡng nhấp nháy đối với một số ảnh động [2]

Quá trình thực hiện truyền và nhận tín hiệu được mô tả theo sơ đồ sau:

Bộ tạo xung đồng bộ

Kênh truyền

Bộ Khuếch đại tín hiệu

Bộ chuyển đổi tín hiệu - ảnh

Bộ tách xung đồng bộ

Hình ảnh ra Ống kính

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình

1.1.3 Nguyên lý làm việc

Ảnh của vật cần truyền đi qua hệ thống quang của camera hội tụ trên Katot quang điện của bộ chuyển đổi ảnh-tín hiệu Ở khối chuyển đổi ảnh-tín hiệu, ảnh quang đươc chuyển đổi thành tín hiệu điện (gọi là tín hiệu thị tần)

Tín hiệu qua bộ khuếch đại và gia công tín hiệu được khuếch đại và kết hợp với tín hiệu từ bộ tạo xung đồng bộ để truyền đi trên kênh truyền (có thể

là kênh hữu tuyến hay vô tuyến)

Tại phía máy thu, quá trình được thực hiện ngược lại: tín hiệu thu được

từ kênh truyền được đưa qua bộ khuếch đại tín hiệu đến mức cần thiết rồi được đưa qua bộ tách xung tín hiệu đồng bộ để đưa vào bộ chuyển đổi tín hiệu-ảnh để đồng bộ khung hình Bộ chuyển đổi tín hiệu-ảnh kết hợp tín hiệu nhận được từ bộ khuếch đại tín hiệu và tín hiệu từ bộ tách xung đồng bộ để đưa ra tín hiệu hình ảnh cho người sử dụng

Quá trình chuyển đổi tín hiệu-ảnh và ngược lại phải hoàn toàn đồng bộ với nhau thì mới có thể khôi phục được ảnh sau khi đi qua kênh truyền Để thực hiện sự đồng bộ và đồng pha, trong truyền hình phải dùng một bộ tạo xung đồng bộ ở bên phát và bộ tách xung đồng bộ ở bên thu Tín hiệu hình đã cộng thêm xung đồng bộ được gọi là tín hiệu truyền hình

1.2 Truyền hình màu

1.2.1 Tổng quan truyền hình màu

Truyền hình màu là sự cải tiến của truyền hình đen trắng, thay vì chỉ truyền các thông số về cường độ sáng tối thì truyền thêm các thông số về màu sắc trên một điểm ảnh Hệ thống truyền hình màu phải có sự kế thừa và chuyển giao từng bước một từ truyền hình đen trắng

Truyền hình màu được đặc trưng bởi các thông số về độ chói, màu sắc

và độ bão hòa màu Độ chói là đặc trưng của đơn màu, có thể có giá trị từ mức tối đến sáng Sắc màu là đặc trưng của một màu, có thể biểu diễn như màu đỏ, hoặc màu vàng, hoăc màu lam, hoặc bất kì một màu nào khác có thể nhận dạng được Còn độ bão hòa màu được định nghĩa là sự mở rộng cho dến khi nào một màu khác xa màu trắng trong điều kiện trung tính

Trong truyền hình màu, một màu thực được tạo từ ba màu cơ bản là: màu đỏ (R), màu xanh lá (G), màu xanh lam (B) Kết hợp ba màu cơ bản này theo tỉ lệ khác nhau ta sẽ có những màu khác nhau Thiết bị thu và phân tích hình ảnh có nhiệm vụ tổng hợp các màu RGB của hình ảnh qua bộ cảm biến ảnh quang học Ba loại tín hiệu này được truyền đến máy thu và hình ảnh màu được tổng hợp và hiển thị lên màn hình

Nguyên tắc đo màu dựa trên định luật Grassman [2]:

- Mắt người chỉ có thể phân biệt được ba loại thành phần màu khác nhau

- Trong khi trộn ánh sáng có hai thành phần, việc trộn này sẽ thay đổi từ

từ, nếu một thành phần thay đổi liên tục, còn thành phần còn lại thì không thay đổi

- Các nguồn cùng màu tạo ra các hiệu ứng giống nhau khi trộn mà không cần quan tâm đến toàn bộ phổ của chúng

- Độ chói tổng hợp màu bằng tổng các độ chói của từng phần

1.2.2 Lý thuyết màu

Ánh sáng truyền trong không gian có vận tốc c = 3.108(m/s), và có

bước sóng λ=c/f Dải ánh sáng mà mắt người có thể nhìn thấy được nằm trong

dải từ 380 nm đến 760 nm Mỗi loại ánh sáng có bước sóng khác nhau thì tác động lên mắt người khác nhau tạo nên sự cảm nhận khác nhau về màu sắc Chuẩn ba màu RGB được sử dụng rộng rãi trong công nghệ hệ thống truyền hình ngày nay RGB là viết tắt của ba màu là màu đỏ (Red), màu xanh

lá (Green) và màu xanh lam (Blue) Trong đó:

- Màu đỏ có bước sóng là 700 nm

- Màu xanh lá có bước sóng là 546,8 nm

- Màu xanh lam có bước sóng là 435,8 nm

Đặc điểm ba màu cơ bản:

- Nếu đem hai trong ba thành phần màu cơ bản trộn với nhau thì không thể cho ra màu cơ bản còn lại

- Nếu chọn ba màu cơ bản trộn với nhau theo các tỉ lệ màu khác nhau thì

sẽ tạo ra được các màu còn lại trong dải nhìn thấy

Ba yếu tố để xác định màu sắc là:

- Độ chói: cho ta biết độ sáng – tối của màu

- Sắc màu: cho ta biết màu sắc khác nhau

- Độ bão hòa màu: cho ta biết về nồng độ màu đậm hay nhạt

1.2.3 Các thông số của tín hiệu màu

a Tín hiệu độ chói (Y)

Trong máy thu đen trắng thì chỉ thu và hiển thị các thông tin về độ chói của ảnh Vì vậy, để cho máy thu đen trắng thu được trong kênh truyền hình màu thì hệ thống truyền hình màu phải truyền đi tín hiệu về độ chói Hay nói

các khác, các thiết bị đen trắng chỉ thu và giải mã thành phần độ chói của tín hiệu màu

Tín hiệu độ chói được tạo thành bằng việc tổng hợp tuyến tính các tín hiệu màu cơ bản sau khi sửa phi tuyến đó là:

Trong đó:

- Y: tín hiệu chói

- R: tín hiệu màu đỏ cơ bản

- G: tín hiệu màu xanh lá cơ bản

- B: tín hiệu màu xanh lam cơ bản

Các hệ thống truyền hình màu phổ biến ngày nay (NTSC, SECAM, PAL) đều sử dụng công thức này để tạo tín hiệu chói trong bộ tạo mã màu Điểm khác nhau giữa các hệ thống này là độ rộng dải tần tín hiệu chói Độ rộng dải tần tín hiệu chói được chọn bằng độ rộng dải tín hiệu hình ở hệ truyền hình đen trắng cùng tiêu chuẩn

b Các tín hiệu màu cơ bản

Về lý thuyết, tín hiệu độ chói chứa toàn bộ tin tức về độ sáng tối của cảnh vật truyền đi Vì vậy, ta chỉ cần truyền thêm thành phần thông tin màu sắc, thông tin này sẽ chứa toàn bộ thông tin về màu

Ta có các tín hiệu màu sau:

ở trên) thì ta chỉ cần truyền đi ba thành phần là có thể suy ra được các thành phần còn lại Người ta chọn:

Tại máy thu sẽ suy ra được thành phần (G – Y) từ (B – Y) và (R – Y):

R = G = B cho nên R – Y = B – Y = 0

Còn lúc truyền các chi tiết có độ bão hòa thấp, giá trị các tín hiệu màu nhỏ

- Giảm ảnh hưởng của nhiễu tới độ chói của ảnh truyền hình Mắt người rất nhạy cảm với sự sai lệch về độ chói (so với sự sai lệch về màu sắc)

Dù truyền các tín hiệu Y, Cr, Cb hay truyền Y, R, B thì cả ba tín hiệu đều chịu ảnh hưởng của nhiễu Mà trong các tín hiệu R và B chứa các tin tức của chói, còn trong các thành phần Cr và Cb theo lý thuyết thì không chứa thành phần chói, vì vậy mà tác động của nhiễu tới tín hiệu màu chỉ làm thay đổi tín hiệu màu chứ không làm thay đổi tín hiệu độ chói

- Thuận tiện cho việc xây dựng mạch điện ở máy thu hình màu, chỉ cần cộng từng tín hiệu Cr Cb với tín hiệu chói thì sẽ nhận được các tín hiệu màu cơ bản R, G, B

- Dùng được chung kênh truyền cho truyền hình màu và đen trắng, bằng việc tách riêng thành phần tín hiệu chói ra

- Hệ thống màu phải được đặt vào trong kênh truyền hình đen trắng và

sử dụng cùng một không gian giữa hình và tiếng

b Ghép kênh theo tần số

Các tín hiệu màu cơ bản được xử lý để tạo thành một tín hiệu hình tổng hợp Tất cả các hệ thống màu (NTSC, PAL, SECAM) đều sử dụng tín hiệu độ chói băng rộng (Y) và hai tín hiệu màu băng hẹp (B-Y và R-Y) Các tín hiệu màu được điều chế bằng tải màu Tần số tải màu phải đủ lớn để khắc phục việc nhìn thấy tải màu trên màn hình (với NTSC là 3,58 MHz, với PAL là 4,43 MHz) Các tín hiệu chói và màu được ghép kênh theo tần số để tạo tín hiệu tổng hợp có độ rộng băng tần thích hợp theo tiêu chuẩn truyền dẫn

Điều chế R-Y

Đầu ra

Hình 1.2 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu màu [2]

BPF

BPF

Giải điều chế B-Y

Giải điều chế R-Y

Ma trận

E” B-Y E’ B-Y

E” R-Y E’ R-Y

Bảng 1.2 Tổng hợp các đặc trưng của tín hiệu NTSC [2]

1 Tọa độ màu sơ cấp của các màu

cho đèn máy thu hình

G: 0,310 0,596 B: 0,155 0,070 R: 0,630 0,340

2 Tọa độ màu cho các tín hiệu sơ

4 Tín hiệu chói (đã sửa ) E’Y = 0,587E’G + 0,114E’B +

0,299E’R

5 Các tín hiệu số màu (đã sửa )

E’BY = 0,877(E’B – E’Y) E’RY = 0,493(E’R – E’Y)

6 Phương trình tín hiệu màu tổng

hợp

EM = 0,925E’Y + 7,5 + 0,925E’BYsin(2fsct) + 0,925E’RYcos(2fsct)

7 Loại điều chế tải màu Điều chế biên hai tải màu vuông

Điều chế R-Y

Đầu ra

o 90

o

180 Burst Tạo xung

đồng bộ

Tải màu 3,58 MHz Khóa BURST Xung đồng bộ COMPOSITE

Hình 1.4 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu màu trong hệ NTSC [2]

Tín hiệu

BPF

Tách burst

Ma trận

E” B-Y E’ B-Y

E” R-Y E’ R-Y

o 90Hình 1.5 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu màu trong hệ NTSC [2]

d Hệ PAL

Hệ truyền hình màu PAL được phát triển để tương thích với hệ truyền hình đen trắng 625/50, được sử dụng ở châu Âu và phát sóng trên kênh RF 7 hoặc 8 MHz với băng tần video cơ bản 5; 5,5 hoặc 6 MHz Phụ thuộc vào các tiêu chuẩn phát sóng thì ta có các loại: B-PAL, D-PAL, G-PAL, H-PAL, I-PAL Điểm khác nhau chủ yếu giữa các loại này là độ rộng băng tần phát Hệ

PAL có nhiều thông số giống hệ NTSC, điểm khác nhau cơ bản với hệ thống truyền hình NTSC là ở pha tải màu cho thành phần chói đảo ngược theo từng dòng trên mỗi mành Đây là nguyên nhân chính để khắc phục sai pha tải màu khi tín hiệu truyền trên kênh truyền

Bộ mã hóa PAL xử lý tín hiệu độ chói ở băng tần  5MHz và hai tín hiệu màu băng hẹp có cùng độ rộng Các tín hiệu màu có tên là E’U và E’V

giống với E’B-Y và E’R-Y của NTSC Cực tính của E’V đảo ngược theo từng dòng

Bảng 1.3 Các đặc trưng của tín hiệu màu PAL [2]

1 Tọa độ các màu cơ bản RGB

cho máy thu hình

STT Thông số Giá trị

7 Loại điều chế tải màu Điều biên AM có nén tải màu của

2 tải màu vuông góc với nhau

8 Tần số màu (Hz) Fsc = 4.433.618,75  5(CCIR

B,D,G,H)  1(CCIR I) Quan hệ với tần số dòng fH:

o

Tạo xung đồng bộ

Tải màu 4,43 MHz

Khóa BURST Xung đồng bộ COMPOSITE

o 45 7,8 kHz

Hình 1.6 Sơ đồ khối bộ mã hóa tín hiệu PAL [2]

Các tín hiệu RGB được cung cấp cho ma trận tạo tín hiệu YCrCb, mỗi tín hiệu số màu được giới hạn độ rộng băng tần 1,2 MHz trước khi đến các bộ

điều chế cân bằng Tải màu 4,43 MHz cung cấp cho bộ điều chế U, và qua mạch quay pha 900 cung cấp cho bộ điều chế V Như vậy là busrt tải màu được hình thành khi đi qua bộ chuyển mạch pha 1350 Tín hiệu chói được làm trễ để bù với độ trễ của tín hiệu màu do sử dụng các mạch lọc thông thấp đối với tín hiệu số màu Mạch cộng liên kết tín hiệu chói, màu, xung đồng bộ tổng hợp và busrt tải màu thành tín hiệu màu tổng hợp

Tín hiệu

COMPOSITE

Trễ

BPF 4,43 MHz

Tách burst

4,43 MHz

Giải điều chế V

Giải điều chế U

Hình 1.7 Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu PAL [2]

e Hệ SECAM

SECAM chủ yếu là một hệ thống truyền dẫn Nhiều nước sử dụng tín hiệu component video hoặc tín hiệu PAL trong studio, sau đó chuyển đổi sang SECAM trước khi truyền dẫn Hệ SECAM sử dụng phương pháp truyền thông tin màu qua kênh truyền tín hiệu đen trắng, hoàn toàn khác so với tín hiệu NTSC và PAL Hệ SECAM truyền thông tin màu lần lượt, còn hệ NTSC

và PAL thì truyền đồng thời Hệ SECAM sử dụng hai tín hiệu số màu điều tần với hai tải màu Tải màu cho tín hiệu số màu D’r có tần số là 4,4 MHz còn cho tín hiệu D’B có tần số là 4,25 MHz

Mạch mã hóa SECAM xử lý một tín hiệu độ chói có băng rộng (> 5 MHz) và hai tín hiệu màu băng hẹp (1,5 MHz) có cùng độ rộng băng tần

Bảng 1.4 Đặc trưng của tín hiệu SECAM [2]

1 Tọa độ các màu cơ bản RGB

cho máy thu hình

STT Thông số Giá trị

9 Tần số màu (Hz) Giá trị chuẩn fOB = 4250000 

2000 Quan hệ với tần số dòng fH: fOB = 272fH

10 Độ di tần cực đại của tải màu

(kHz)

11 Biên độ tải màu G  M [1 O  j16F) / (1  j1, 26F)]

Với F = (f/f0) – (f0/f)

f0 = 4286 kHz 2M0: biên độ đỉnh-đỉnh

Tách sóng FM

Chuyển mạch

Lọc Bell Cộng

4,25MHz

Đầu ra

Hình 1.8 Sơ đồ khối bộ mã hóa SECAM [2]

Các tín hiệu đã sửa G, R, B được cấp cho mạch ma trận để tạo tín hiệu

độ chói Y và hai tín hiệu số màu Mỗi tín hiệu màu được giới hạn băng tần 1,5 MHz và được gây méo trước và cung cấp đến mạch điều chế theo tần số Đầu

ra bộ điều chế theo tần số được sắp xếp thành chuỗi trên cơ sở dòng đến dòng bằng mạch chuyển mạch được điều khiển bằng tín hiệu nhận dạng SECAM rồi sau đó được đưa qua bộ lọc Bell Tín hiệu chói được làm trễ để bù với độ trễ của các tín hiệu màu Mạch cộng liên kết tín hiệu chói và tải màu điều tần với các biên của nó và tín hiệu đồng bộ tổng hợp để cho tín hiệu màu tổng hợp

Chuyển mạch CTL 7,8 KHz

Ma trận

1.3.1 Các phương pháp số hóa tín hiệu video

Quá trình số hóa tín hiệu video có hai phương pháp chính là:

- Số hóa tín hiệu video màu tổng hợp

- Số hóa tín hiệu video màu thành phần

a Số hóa tín hiệu video màu tổng hợp

Số hóa tín hiệu video màu tổng hợp chính là thực hiện chuyển đổi tín hiệu video màu tổng hợp tương tự sang tín hiệu video số tổng hợp Sơ đồ khối

hệ thống số hóa tín hiệu video màu tổng hợp như sau:

Lọc thông thấp Lấy mẫu

Lượng tử hóa Mã hóa

số liệu có tốc độ 177 Mb/s (PAL)

Phương pháp số hóa tín hiệu video màu tổng hợp cho ta dòng số liệu có tốc độ bit thấp Song tín hiệu video số tổng hợp còn mang đầy đủ các khiếm khuyết của tín hiệu video màu tương tự, nhất là hiện tượng can nhiễu chói màu

Luồng tín hiệu màu trong tín hiệu chói dẫn đến dễ can nhiễu chói-màu, làm cho chất lượng ảnh không cao

b Số hóa tín hiệu video màu thành phần

Thực hiện chuyển đổi tín hiệu video màu thành phần tương tự (Y, Cr, Cb) thành tín hiệu video số thành phần Ta có sơ đồ khối hệ thống số hóa tín

hiệu video màu thành phần như sau:

Lọc thông thấp

Lọc thông thấp

Lọc thông thấp

Lấy mẫu Lượng tử

Tín hiệu video màu

- Mỗi mẫu được mã hóa 10 bit

 Dòng số liệu tổng hợp khi ghép 3 dòng số liệu là 207 Mbps

Số hóa tín hiệu video màu thành phần cho tín hiệu video số thành phần

có tốc độ bit cao hơn so với tín hiệu video số tổng hợp Tuy nhiên, tín hiệu video số hóa thành phần cho phép xử lý dễ dàng các chức năng: ghi, dựng kỹ xảo (do 3 thành phần tách biệt nhau nên dễ xử lý và dễ tạo kỹ xảo)

Hơn nữa, chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu màu như đối với tín hiệu video số tổng hợp Vì lý do này mà phương pháp này được sử dụng rộng rãi

chói-1.3.2 Các tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video màu thành phần

Để có thể áp dụng được phương pháp số hóa tín hiệu video màu trong nhiều trường hợp với chất lượng khác nhau mà có các tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video màu khác nhau như:

- Tần số lấy mẫu của tất cả tín hiệu là: fsaY = fsaCr = fsaCb = 13,5 MHz

- Với tiêu chuẩn 4:4:4 khi lượng tử hóa 10 bit thì tốc độ dữ liệu là 311 Mbps

Ưu điểm của phương pháp này là cho chất lượng hình ảnh truyền hình rất cao do các thành phần đều được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh

Nhược điểm là:

- 311 Mbps là một tốc độ quá lớn nên sẽ khó truyền, khó xử lý, hạn chế

c Tiêu chuẩn 4:1:1

Hình 1.14 Tiêu chuẩn 4:1:1

Tín hiệu chói Y được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh trên dòng tích cực của tín hiệu video Còn 2 tín hiệu Cr và Cb trong bốn điểm ảnh liên tiếp chỉ được lấy mẫu ở một điểm ảnh

d Tiêu chuẩn 4:2:0

Hình 1.15 Tiêu chuẩn 4:2:0

Tín hiệu chói Y được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh trên dòng tich cực của tín hiệu video Còn hai tín hiệu Cr và Cb thì cứ 2 điểm ảnh thì mới được

lấy mẫu một điểm ảnh và lấy xen kẽ giữa từng dòng quét (Ví dụ: dòng lẻ thì lấy Cb còn dòng chẵn thì lấy Cr)

Ví dụ: Trong hệ PAL:

- Tần số lấy mẫu: fsaY = 13,5 MHz; fsaCr = fsaCb = 3,375 MHz

- Tốc độ dòng dữ liệu khi lượng tử hóa 10 bit cho 1 mẫu theo tiêu chuẩn 4:2:0 là 155,5 Mbps

Khi thực hiện giải mã màu, điểm ảnh nào còn thiếu tín hiệu màu nào thì

sẽ thực hiện tạo giá trị tín hiêu màu đó bằng phép nội suy từ tín hiệu đó ở mức điểm ảnh lân cận Điều này làm cho chất lượng ảnh truyền hình ở mức trung bình

1.3.3 Hệ thống truyền hình số

a Sơ đồ khối

Biến đổi A/D

Nén và ghép kênh

Mã hóa

Kênh truyền

Giải điều chế

Giải mã hóa kênh

Tách kênh, giải nén

Biến đổi D/A

Đầu vào hệ thống truyền hình số tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương

tự, rồi thực hiện biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số nhờ bộ biến đổi A/D

Tín hiệu truyền hình số sau đó được nén để làm giảm tốc độ bit rồi thực hiện ghép kênh để tạo thành một luồng tín hiệu số chứa nhiều kênh truyền hình Tín hiệu này được thực hiện mã hóa kênh để biến thành dạng tín hiệu phù hợp với kênh truyền Sau đó, tín hiệu được đưa đến bộ điều chế cao tần rồi được phát trên kênh truyền

Tại bên thu, thiết bị thu thực hiện nhận tín hiệu từ kênh truyền, rồi giải điều chế và phân kênh để khôi phục luồng tín hiệu số chứa nhiều kênh truyền hình

Sau khi thực hiện tách kênh và giải nén, tín hiệu truyền hình số sẽ được biến đổi sang tương tự nhờ bộ biến đổi D/A tới máy thu truyền hình

Sơ đồ khối của các hệ thống truyền hình số khác thì chỉ khác nhau ở nén, ghép kênh và điều chế

1.4 Số hóa truyền hình tại Việt Nam

Hiện nay, Việt Nam đang trong giai đoạn số hóa truyền hình (chuyển từ truyền hình tương tự sang truyền hình số) Theo đề án số hóa truyền hình, trong giai đoạn một tính đến ngày 31/12/2015, 5 thành phố trực thuộc Trung ương gồm Hà Nội, thành phố Hồ Chí Minh, Hải Phòng, Đà Nẵng và Cần Thơ bắt đầu ngừng phát sóng các kênh truyền hình tương tự để chuyển sang truyền hình số mặt đất, hoàn thành lộ trình số hóa mạng lưới truyền dẫn phát sóng truyền hình mặt đất trong giai đoạn 2015-2020, mạng lưới truyền dẫn phát sóng phát thanh trong giai đoạn 2015-2025 trên cơ sở 95% số hộ gia đình trên

cả nước thu được chương trình phát thanh truyền hình (PTTH) công ích thông

qua các mạng PTTH số mặt đất, cáp và vệ tinh Đối với khu vực vùng sâu, vùng xa, miền núi, hải đảo… nơi mà việc xây dựng và phát triển mạng truyền hình số mặt đất gặp nhiều khó khăn, cần triển khai các phương án để phổ cập dịch vụ PTTH tại những khu vực này là: (i) Thu trực tiếp tín hiệu từ vệ tinh qua đầu DTH và (ii) Thu tín hiệu từ vệ tinh bằng đầu thu DTH và sau đó phát lại sử dụng máy phát công suất nhỏ hoặc máy phát lại công suất trung bình tùy theo mật độ và diện tích vùng dân cư

Đà Nẵng là nơi đã tiên phong thử nghiệm phát sóng số từ tháng 9/2013,

là địa điểm đầu tiên hoàn thành đề án số hóa truyền hình mặt đất và ngừng phát sóng truyền hình tương tự mặt đất từ ngày 1/11/2015 Và từ ngày 1/3/2016, tại Hà Nội đã dừng phát sóng 3 kênh truyền hình tương tự là VTV6, HTV2, VTC9; 4 kênh VTV6, VTV9, VTC9, HTV7 tại TP Hồ Chí Minh và 4 kênh VTV6, VTV Cần Thơ 1, VTV Cần Thơ 2, VTC9 tại Cần Thơ

Từ kinh nghiệm tại Đà Nẵng, Ban Chỉ đạo Đề án số hóa truyền hình đã chỉ đạo 4 thành phố trực thuộc Trung ương khẩn trương triển khai Đến nay, trên địa bàn 4 thành phố Hà Nội, Hải Phòng, TP Hồ Chí Minh, Cần Thơ đã được phủ sóng truyền hình số mặt đất, các kênh chương trình truyền hình của VTV, Hà Nội, Hải Phòng, TP Hồ Chí Minh, Cần Thơ đã được phát sóng trên

hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất của Đài Truyền hình Việt Nam, Công ty CP Truyền dẫn phát sóng đồng bằng Sông Hồng (RTB), Công ty TNHH truyền hình kỹ thuật số Miền Nam (SDTV)

Số lượng kênh chương trình truyền hình miễn phí mà người dân có thể thu xem lên tới hơn 70 kênh, trong đó có 6 kênh chương trình HD (gồm VTV1, VTV3, VTV5, VTV6, VTV7, VTV9) Tại Hà Nội, Hải Phòng có thể thu xem 45 kênh SD, tại Tp Hồ Chí Minh, Cần Thơ: 65 kênh SD