Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

Header Page of 237 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Nguyễn Thị Thu Trang TRUYỀN HÌNH SỐ CĨ ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử Mã số: 60 52 70 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TS Ngô Thái Trị Hà Nội – 2009 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV 1.1.Khái niệm HDTV 1.1.1 Khái niệm ƣu điểm HDTV [5] 1.1.2.Tỷ lệ khn hình [3] 1.1.3.Đặc tính quét ảnh 1.1.4.Độ phân giải hình băng thơng tín hiệu 1.2.Lịch sử xu hƣớng phát triển [5] 10 1.2.1 HDTV Nhật Bản 10 1.2.2 HDTV Mỹ 11 1.2.3 HDTV châu Âu 12 1.3.Mơ hình tổng quan hệ thống HD 14 1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend) 14 1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu 15 1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao 15 CHƢƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƢỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV 16 2.1.Tần số lấy mẫu cấu trúc lấy mẫu 16 2.2.Lƣợng tử hoá 17 2.3.Nén video số MPEG [3] 18 2.3.1.Tổng quan nén MPEG 18 2.3.2.Nguyên lý nén Video Error! Bookmark not defined 2.3.3.Nén ảnh Error! Bookmark not defined 2.3.4.Nén liên ảnh Error! Bookmark not defined 2.4.Nén MPEG [3] Error! Bookmark not defined 2.4.1.Tổng quan MPEG Error! Bookmark not defined 2.4.2 MPEG Profile Error! Bookmark not defined 2.4.3 MPEG Visual (Part 2) Error! Bookmark not defined 2.4.4 MPEG AVC (Part 10)/ H264 Error! Bookmark not defined 2.5.Nén HDTV Error! Bookmark not defined 2.6.Chuyển đổi âm tiêu chuẩn SD sang âm tiêu chuẩn HD Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV Error! Bookmark not defined 3.1.Phát HDTV qua vệ tinh Error! Bookmark not defined 3.1.1 Phát sóng theo chuẩn DVB-S Error! Bookmark not defined 3.1.2 Chuẩn DVB-S2 [4] Error! Bookmark not defined 3.1.3 Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2 Error! Bookmark not defined 3.2.Phát HDTV qua sóng mặt đất Error! Bookmark not defined Footer Page of 237 Header Page of 237 3.2.1 Chuẩn DVB-T Error! Bookmark not defined 3.2.2 Chuẩn DVB-T2 [4] Error! Bookmark not defined 3.3.Phát HDTV qua mạng cáp Error! Bookmark not defined 3.3.1 Phát HDTV qua chuẩn DVB-C Error! Bookmark not defined 3.3.2 Giới thiệu DVB-C2[4] Error! Bookmark not defined 3.3.3 Kiến trúc hệ thống DVB-C2 Error! Bookmark not defined 3.4.Phát HDTV qua IP Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG Error! Bookmark not defined 4.1.Mơ hình mơ Error! Bookmark not defined 4.1.1.Mơ hình hệ thống DVB-T Error! Bookmark not defined 4.1.2.Mơ hình hệ thống DVB-T2 Error! Bookmark not defined 4.1.3.Mơ hình hệ thống DVB-S2 Error! Bookmark not defined 4.2.Đánh giá số kết mô Error! Bookmark not defined 4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T Error! Bookmark not defined 4.2.2.Hệ thống DVB-S2 Error! Bookmark not defined 4.2.3.Hệ thống DVB-T2 Error! Bookmark not defined CHƢƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM Error! Bookmark not defined 5.1.Cơ sở lý thuyết việc chuyển đổi Error! Bookmark not defined 5.1.1.Chuyển đổi khuôn hình Error! Bookmark not defined 5.1.2.Kỹ thuật De-interlacing [6] Error! Bookmark not defined 5.1.3.Kỹ thuật upconvesion [6] Error! Bookmark not defined 5.2.Tiêu chuẩn công nghệ lựa chọn thiết bị cho hệ thống Error! Bookmark not defined 5.2.1.Các yếu tố phải đáp ứng hệ thống truyền hình cáp Error! Bookmark not defined 5.2.2.Dây truyền công nghệ lựa chọn thiết bị Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN: Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO 19 Footer Page of 237 Header Page of 237 MỞ ĐẦU HDTV (High-definition television) hệ thống truyền hình số quảng bá có độ phân giải cao cho hình ảnh đẹp, sắc nét, màu sắc đa dạng phong phú kết hợp với hệ thống âm số trung thực, đa kênh tạo dịch vụ có chất lƣợng trội so với hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM) Chuẩn truyền hình đƣa đến cho ngƣời xem khơng cảm nhận chất lƣợng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà mang lại cảm giác ấn tƣợng vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu kích thƣớc tồn hình ảnh Hơn nữa, với việc cung cấp tín hiệu âm vòng (surround sound) 5.1 mang lại cho ngƣời xem cảm giác nhƣ ngồi rạp chiếu phim Việc ngƣời dùng chuyển lên HDTV thay SDTV đƣợc coi bƣớc tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tƣơng tự nhƣ việc nhân loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trƣớc Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV công công nghệ khác đặc biệt sử dụng chuẩn DVB (T,S,C) gặp khó khăn yêu cầu cân băng thơng tín hiệu chất lƣợng kênh truyền Sự đời chuẩn nén MPEG-4/AV cải thiện đƣợc hiệu suất nén dòng tín hiệu hiệu sử dụng kênh truyền Đầu năm 2009 đánh dấu công nhận hệ tiêu chuẩn thứ DVB gồm DVB- T2, DVB-S2, DVB-C2 với việc làm giảm nhiều dung lƣợng kênh, tăng độ tin cậy khả chống nhiễu thúc đẩy phát triển mạnh dịch vụ HDTV Hiện Việt Nam truyền hình độ phân giải cao khái niệm ngƣời sử dụng Trên thị trƣờng xuất hình Plasma LCD xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chƣơng trình nhƣ cung cấp loại hình dịch vụ giai đoạn xây dựng phƣơng án đầu tƣ, nghiên cứu phát thử nghiệm Luận văn “Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV khả ứng dụng Việt Nam” vào nghiên cứu công nghệ, chuẩn sử dụng HDTV đánh giá so sánh đƣợc hiệu việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ truyền dẫn phát sóng HDTV Đồng thời đánh giá đƣợc trạng việc áp dụng công nghệ tiên tiến vào nƣớc ta ngƣời sử dụng có cách sâu sắc dịch vụ HDTV Việt Nam Nội dung luận văn đƣợc chia thành chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan HDTV Chƣơng 2: Các công nghệ kỹ thuật sử dụng HDTV: Lấy mẫu, lƣợng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm vòng sử dụng HDTV Footer Page of 237 Chƣơng 3: Các công nghệ truyền dẫn HDTV, giới thiệu chuẩn DVB hệ thứ (DVB-T2,DVB-S2,DVB-C2) so sánh đánh giá hiệu kênh truyền Chƣơng 4: Một số kết mô sử dụng phần mềm mô MATLAB 2009a mô hệ HDTV, so sánh đánh giá hiệu suất việc dùng chuẩn DVB hệ thứ qua mã hoá LDPC Chƣơng 5: Ứng dụng triển khai HDTV Việt Nam Qua việc giới thiệu đề án xây dựng hệ thống HDTV Truyền hình cáp Việt Nam giúp hiểu kỹ việc triển khai HDTV Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Ngơ Thái Trị, ngƣời tận tình hƣớng dẫn tơi q trình hồn thiện luận văn này; xin đƣợc cảm ơn thầy cô giáo, bạn học lớp, bạn bè đồng nghiệp giúp đỡ động viên suốt thời gian thực luận văn Header Page of 237 Hà Nội, tháng 12 năm 2009 Học viên Nguyễn Thị Thu Trang Footer Page of 237 Header Page of 237 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV 1.1.Khái niệm HDTV 1.1.1 Khái niệm ưu điểm HDTV [5] HDTV sử dụng kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm chi tiết ảnh cải tiến chất lƣợng âm cung cấp tới tivi Chất lƣợng hình ảnh tƣơng đƣơng với 35 mm phim camera, chất lƣợng âm tƣơng đƣơng với máy nghe nhạc compact Để đạt đƣợc điều HDTV tạo thêm dòng điện tử quét ngang hình thêm electron để tạo thêm chi tiết ảnh Các hệ thống truyền hình truyền thống cung cấp loại tivi với 525 dòng quét (NTSC) với 300 điểm ảnh trên/dòng HDTV sử dùng 1000 dòng quét với khoảng 1000 điểm ảnh dòng Với việc tăng thơng tin cho hình ảnh nên HDTV u cầu băng thông cao hẳn so với hệ thống truyền hình truyền thống tăng hiệu suất sử dụng băng thông Các ƣu điểm HDTV so với SDTV Khn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng Âm với chất lƣợng cao Băng thông sử dụng hẹp Khả chống xuyên nhiễu tốt, số tƣợng nhƣ bóng hình (ghosting), muỗi (snow) khơng tìm thấy với hệ thống HDTV - 1.1.2.Tỷ lệ khn hình [3] Tỷ lệ khn hình tỷ lệ chiều ngang chiều cao hình ảnh, chất tỷ lệ số điểm ảnh tích cực dòng số dòng tích cực Tỷ lệ truyền thống 4:3, tỷ lệ khn hình rộng 16:9 Một số ƣu điểm khn hình rộng là: + Góc nhìn thấy ngƣời khoảng xung quanh 120o, nhƣng nhìn hình nhỏ tỷ lệ 4:3 từ khoảng cách vài mét, phải làm hẹp góc nhìn cách đáng kể chí lên đến 10o Điều làm giảm khả cảm thụ hình ảnh + Tỷ lệ khn hình 16:9 (1.78:1) gần với tỷ lệ khn hình sử dụng điện ảnh (thƣờng 1.85:1 2.35:1) + Phần lớn chuyển động hình đƣợc thực theo chiều ngang (ví dụ bóng đá, đua xe), hình rộng đáp ứng tốt + Màn hình rộng có nghĩa giảm bớt số lƣợng hình cận cảnh chuyển cảnh Mặt khác chuyển động hình rộng liền mạch liên Footer Page of 237 tục với chƣơng trình có tính phim ảnh Nói cách đơn giản giảm bớt Header Page 7đƣợc of 237 chuyển cảnh nhanh ta nhìn đƣợc nhiều hình rộng Hình sau cho ta thấy hiệu tỷ lệ khn hình 16 Khoảng cách nhìn: 3H Khoảng cách nhìn: 7H Góc nhìn: 300 Góc nhìn: 100 Hình 1.1: So sánh HDTV SDTV tỷ lệ khn hình HDTV sử dụng tỷ lệ khn hình rộng 16:9 1.1.3.Đặc tính quét ảnh Với định dạng 720p, tần số mành tần số khung, khung hình truyền bao gồm mành quét với 750 dòng tín hiệu Với định dạng 1080i, khung hình gồm 1125 dòng tín hiệu, đƣợc truyền mành Mành gồm dòng lẻ, gồm có 563 dòng Mành gồm dòng chẵn, gồm có 562 dòng Tần số khung tƣơng ứng với hệ tần số 25Hz 30Hz Tần số dòng với định dạng 1080/30i: fH = 30 x 1125 = 33750Hz Tƣơng tự nhƣ vậy, tần số dòng với định dạng 1080/25i 28125Hz, với định dạng 720/60p 45000Hz, với định dạng 720/50p 37500Hz Bảng sau thể thông số quét ảnh HDTV tƣơng tự STT Thông số Footer Page of 237 Tần số khung 50Hz 720p 50 1080i 25 60Hz 720p 60 1080i 30 Header Page of 237 (Hz) Tần số mành (Hz) Dạng quét Tổng số dòng Dòng tích cực Dòng trống 50 50 60 1:1 750 2:1 1125 1:1 750 60 2:1 1125 1080 (21720 (26 đến 1080 (21-560, 720 (26 đến 560, 564745) 564-1123) 745) 1123) 45 (1-20, 56145 (1-20, 30 (1-25, 30 (1-25, 563, 1124561-563, 746-750) 746-750) 1125) 1124-1125) Tần số dòng (fH, 37500 28125 Hz) Bảng 1.1: Thông số quét ảnh HDTV 45000 33750 1.1.4.Độ phân giải hình băng thơng tín hiệu Độ phân giải đứng tƣơng đƣơng với số lần chuyển đổi dòng tín hiệu mức trắng mức đen toàn ảnh Từ năm 1930, xác định độ phân giải chiều đứng đƣợc tính 70% số dòng tích cực Hệ số 0.7 đƣợc gọi hệ số K (Kell Factor) Độ phân giải chiều đứng thƣờng đƣợc thể dạng số dòng chiều cao ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị đƣợc dùng để xác định mức phân giải đứng tối đa hiển thị đƣợc Nếu ảnh yêu cầu độ phân giải cao giá trị phân giải đứng mành ảnh bị mờ Độ phân giải ngang mành định bề rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu Ta tính tốn ví dụ hệ 1080/25i nhƣ sau: Số dòng tích cực: 1080 Độ phân giải đứng: 1080 x 0.7 = 756 LPH Với tỷ lệ khn hình 16:9, chiều ngang mành phải đảm bảo hiển thị số điểm ảnh là: 756 x 16/9 = 1344 điểm ảnh Tần số mành hệ 1080/25i là: 28125Hz, thời gian tích cực dòng là: (1/28125) x (1920/2640) = 25.858s Do chiều ngang có số điểm ảnh 1344, nên số lần chuyển đổi điểm ảnh đen trắng dòng 1344/2 = 672 lần Thời gian lần chuyển đổi là: 25.858/672 = 0.0384s Tần số cực đại là: 1/0.0384 = 26.04 MHz Footer Page of 237 Đây độ rộng băng thông tối thiểu cần thiết để truyền tín hiệu đảm bảo độ phân giải đứng ngang nói Nếu giảm độ rộng băng thơng truyền tín hiệu, làm giảm độ phân giải hình Tính tốn với tín hiệu chói, với tín hiệu hiệu mầu, độ rộng băng thông tƣơng ứng 13MHz Độ phân giải SDTV châu Âu 720 điểm ảnh dòng, 575 dòng tích cực mành đƣợc quét xen kẽ, tƣơng đƣơng với 0.41Mpixels Tại Bắc Mỹ số dòng tích cực chí hơn, có 480 dòng qt xen kẽ Độ phân giải định dạng HDTV 1080i 2Mpixels, tức cao lần so với SDTV Cũng cần phải nhấn mạnh rằng, đĩa DVD hay chƣơng trình truyền hình số (truyền qua cáp, vệ tinh số, hay số mặt đất) có 575 dòng tích cực nhiều ngƣời nghĩ DVD hay truyền hình số có độ phân giải cao Để dán nhãn HD ready, thiết bị cần 720 dòng vật lý, nhƣng phần lớn TV hình phẳng có 768 dòng Các Projector độ phân giải cao thƣờng đƣợc gọi Projector 720p có độ phân giải 1280x720 Một điều quan trọng cần nhấn mạnh là: Các yêu cầu để đạt HD ready không đề cập đến số điểm ảnh dòng, nhƣng ta cần hiểu số điểm ảnh nhiều tốt Độ phân giải đặc trƣng hiển thị HD là: 1280x720(0.92Mpix), 1280x768(0.98Mpix), 1024x768(0.78Mpix), 1024x1024(1.05Mpix), 1366x768(1.05Mpix), 1920x1080(2.07Mpix) Thiết bị hiển thị với độ phân giải gốc 1920x1080 đƣợc biết đến với tên HD đầy đủ (Full HD) TV 1080p Projector Header Page of 237 Hình 1.2: Tƣơng quan độ phân giải Footer Page of 237 1.2.Lịch Header Page 10 of 237 sử xu hướng phát triển [5] 1.2.1 HDTV Nhật Bản Năm 1968, hãng NHK Nhật Bản bắt đầu nghiên cứu phát triển HDTV, kết cho đời chuẩn kỹ thuật dành cho studio: Số dòng quét/ảnh : 1125, tỷ lệ khn hình : 5/3, thƣơng pháp qt: xen kẽ, tần số mành : 60Hz, độ rộng băng tần : 20MHz Đến tháng 10/1984, hệ MUSE (Multiple SubNyquist Sampling Encoding) đƣợc NHK thiết kế để phát sóng truyền hình tƣơng tự có độ phân giải cao qua vệ tinh Theo u cầu phát sóng, hệ MUSE đƣợc phát triển với nhiều version khác Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV đƣợc nén từ 20MHz xuống 8.1MHz truyền, phát sóng qua vệ tinh Nhật Bản đƣợc ghi nhận nƣớc phát thƣơng mại HDTV tƣơng tự có thành cơng định Cho đến đầu năm 2000 Nhật Bản thức chuyển sang phát sóng HDTV số mặt đất theo tiêu chuẩn ISDB-T, phát sóng số HDTV qua vệ tinh theo tiêu chuẩn ISDB-S Hiện Nhật Bản sử dụng định dạng 1080i/60 với số mẫu dòng 1440 1920 Phát sóng mạng vệ tinh sóng mặt đất theo chuẩn ISDB-T ISDBS -Mặt đất: + Có 17,9 triệu đầu thu HDTV số mặt đất đƣợc bán tính đến 1/2007 + Đã phủ sóng 84 % lãnh thổ, tính đến cuối năm 2006 + Một số kênh HDTV khu vực nội Tokyo -Vệ tinh: + Có khoảng 20,4 triệu đầu thu HDTV số vệ tinh đƣợc bán, tính đến 1/2007 + Một số kênh HDTV qua vệ tinh Nhật Bản: Footer Page 10 of 237 -Mạng cáp: Header Page 11 of 237.Hiện không triển khai mạng cáp, nhiên thuê bao mạng vệ tinh mặt đất thu trực tiếp thông qua mạng cáp với thiết bị đầu cuối tƣơng thích -Thị trường thiết bị hiển thị HDTV Đa dạng với nhiều model nhà sản xuất Giá thành ngày giảm - Xu hướng phát triển Theo lộ trình số hố, đến năm 2011 Nhật Bản dừng phát sóng analog, tồn th bao truyền hình gia HDTV số Việc chuyển đổi từ kênh mặt đất tƣơng tự sang số phát HDTV kế hoạch quốc gia Nhật Bản phải năm hoàn thành Thị trƣờng TV phẳng nhƣ LCD, PDP phát triển mạnh mẽ sản phẩm thị trƣờng HDTV số đông đúc Nhật Bản Giá loại TV giảm xuống cách nhanh chóng, với xu hƣớng xuống khoảng 50$/inche HDTV trở lên thông dụng Nhật Bản, thân nhà cung cấp dịch vụ truyền hình xác định tiêu chí thơng qua câu nói: HDTV điều cần thiết để sống sót 1.2.2 HDTV Mỹ Chính phủ Mỹ định nghiên cứu định dạng HDTV so với NHK để phù hợp với hệ thống phát sóng Các nhà nghiên cứu nhà sản xuất tập hợp lại thành nhóm riêng biệt để thực việc Bản thân nhóm xây dựng nên hệ truyền hình HDTV riêng là: DigiCipher HDTV System, DSC HDTV System, Advance Digital (AD) HDTV, CCDC HDTV System Đó tiền thân tổ chức The Grand Alliance với hệ GA HDTV, đƣợc thành lập vào ngày 24/5/1993 từ việc thống nhóm nói Footer Page 11 of 237 Header Page 12 of 237.Trong trình xây dựng hệ thống HDTV, Grand Alliance nhận thấy rằng, công nghệ phải đƣợc chuyển sang số hoá để tƣơng thích với hệ thống truyền hình Chính vậy, hệ thống HDTV Mỹ đƣợc xây dựng từ đầu với truyền hình số hoàn toàn khác biệt với Nhật Bản Đến năm 1996 FCC thức lập tiêu chuẩn cho HDTV, đƣợc phát số mặt đất theo tiêu chuẩn ATSC Tín hiệu số HDTV đƣợc nén phát kênh 6MHz truyền hình NTSC Đến năm 1998 HDTV thức đƣợc phát sóng thƣơng mại Mỹ Hiện chƣơng trình HDTV đƣợc cung cấp tới khách hàng nhƣ dịch vụ số phát song song với SDTV dịch vụ khác mạng cáp, vệ tinh sóng mặt đất Theo lộ trình, đến năm 2006, Mỹ chấm dứt việc phát sóng tƣơng tự Tồn hệ thống truyền hình Mỹ truyền hình số Khác với Nhật Bản, HDTV Mỹ phần dịch vụ số đƣợc thuê bao đăng ký, với tỷ lệ khoảng 10% Tuy nhiên số lƣợng kênh lại phong phú, diện phủ sóng chiếm 75 % lãnh thổ Có thể nói hệ thống HDTV Mỹ đƣợc phát triển cách hoàn chỉnh với khoảng nhà cung cấp dịch vụ qua vệ tinh, 30 nhà cung cấp HDTV qua mạng cáp, hệ thống số mặt đất phủ sóng tồn lãnh thổ với 75% số vùng thu HDTV 1.2.3 HDTV châu Âu Vào năm 1986, 19 nƣớc châu Âu tổ chức hội nghị bàn thảo chƣơng trình nghiên cứu HDTV mang tên “Eureka 95”, nhằm phát triển hệ thống HDTV châu Âu Giống nhƣ Nhật Bản, châu Âu bắt đầu với hệ truyền hình HDTV tƣơng tự phát sóng qua vệ tinh Vào tháng 5/1992, EU đƣa tiêu chuẩn D2-MAC, đƣợc phát triển SGS-Thomson Pháp Philips Hà Lan, để phát sóng truyền hình rộng dịch vụ vệ tinh Hệ HDTV châu Âu có số dòng qt 1250 với 1152 dòng tích cực, tỷ lệ khn hình 16:9, tần số mành 50Hz Thời điểm đó, EU có kế hoạch chuyển đổi hệ thống truyền hình tƣơng tự sang hệ thống D2-MAC chí sang HD-MAC hệ thống HDTV tƣơng tự đầy đủ Tuy nhiên việc chuyển đổi gặp số trở ngại từ số nƣớc, họ lo ngại hệ truyền hình HDTV khơng thể tồn lâu dài phát triển truyền hình số Trong số nƣớc có cơng nghiệp truyền hình nhỏ nhƣ Hy Lạp, Ailen…cũng bày tỏ lo ngại khả tài việc đầu tƣ phát triển HDTV Chính mà HDTV tƣơng Footer Page 12 of 237 tựofđã không Header Page 13 237 thể phát triển châu Âu, số hãng truyền hình Pháp lập kế hoạch để triển khai D2-MAC, song phát triển hạn chế, phần giá thành thu HDTV theo D2-MAC cao Đến năm 1993 hệ truyền hình HDTV tƣơng tự HD-MAC thức dừng lại, EU EBU tập trung vào phát triển truyền hình số với hệ DVB Cho đến năm 2003, HDTV lại đƣợc bắt đầu đƣợc phát số thử nghiệm châu Âu theo tiêu chuẩn DVB vệ tinh, cáp sóng mặt đất - Hiện châu Âu chấp nhận định dạng HDTV sau: 1080i/25, 1080p/50, 1080p/25 720p/50 Định dạng đƣợc EBU khuyến cáo nên sử dụng 720p/50 - Các chuẩn truyền dẫn: DVB-T cho sóng mặt đất, DVB-S, S2 cho sóng vệ tinh, DVB-C cho mạng cáp, DVB-IPI cho mạng IP Hiện trạng HDTV số nước châu Âu:  HDTV Pháp: Vệ tinh: có kênh HDTV đƣợc phát với 40000 đầu thu STB Sóng mặt đất: phát thử nghiệm kênh từ tháng 5/2006 cho chƣơng trình tennis, bóng đá, phim, sân khấu Trên ADSL: Tất nhà cung cấp mạng đƣa dịch vụ quảng bá HD Chƣa tiến hành mạng cáp  HDTV Đức: Hiện phát vệ tinh, với khoảng 10 chƣơng trình Sẽ triển khai mạng cáp mặt đất  HDTV Anh: Phát vệ tinh mặt đất, sớm triển khai mạng cáp Có khoảng chƣơng trình HDTV  HDTV Bỉ Phát vệ tinh mạng cáp Hiện có chƣơng trình HD1,2,3 Sắp có thêm HD4  Một số nƣớc khác: Tây Ban Nha: Có kế hoạch phát HDTV vào năm 2007 mạng cáp vệ tinh Italy: Đã phát chƣơng trình vệ tinh Na Uy: phát vệ tinh sóng mặt đất Hà Lan, Bồ Đào Nha: Phát HDTV mạng cáp Thụy Điển, Phần Lan: phát HDTV vệ tinh Thụy Sỹ: phát HDTV vệ tinh năm 2007 Footer Page 13 of 237 Các nƣớc Ba Lan, Slovakia, Rumani, Nga bắt đầu thử nghiệm hướng châu Âu: Đa phần nƣớc triển khai HDTV qua vệ tinh với ƣu điểm băng thông hỗ trợ DVB-S2 Ngoài số hệ thống sử dụng nén MPEG 2, tất nƣớc bắt đầu triển khai HDTV sử dụng MPEG 4/H.264 làm chuẩn nén Các nƣớc sử dụng MPEG cho HDTV thông báo sử dụng MPEG 4/H.264 cho hệ thống Header Page 14 of 237.Xu 1.3.Mơ hình tổng quan hệ thống HD Hệ thống truyền hình có độ phân giải cao đƣợc cấu thành từ ba thành phần nhƣ sau: - Hệ thống thiết bị trung tâm - Hệ thống truyền dẫn tín hiệu - Các thiết bị đầu cuối thuê bao Hình 1.3: Mơ hình tổng quan hệ thống HDTV 1.3.1.Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)  Hệ thống cung cấp quản lý chƣơng trình truyền hình : Hệ thống thu tín hiệu chƣơng trình truyền hình sau qua q trình xử lý tín hiệu: chèn quảng cáo, key chữ, mã hố, điều chế tín hiệu chuyển sang mạng phân phối tín hiệu Các chƣơng trình thu trực tiếp từ vệ tinh, truyền hình mặt đất, chƣơng trình tự sản xuất  Hệ thống kiểm tra, giám sát: Bao gồm hệ thống monitor để kiểm tra chất lƣợng nhƣ nội dung chƣơng trình truyền, hệ thống chuyển đổi nguồn tín hiệu (matrix), hệ thống điều hành toàn hoạt động trung tâm thu phát mạng phân phối tín hiệu Footer Page 14 of 237 Header Page 15 of 237.1.3.2.Hệ thống mạng phân phối tín hiệu Hệ thống mạng phân phối tín hiệu có chức truyền dẫn tín hiệu truyền hình nhƣ liệu từ trung tâm tới thuê bao ngƣợc lại 1.3.3.Thiết bị đầu cuối thuê bao Đây thiết bị làm chức giải mã tín hiệu cung cấp tới tivi Tồn q trình xử lý tín hiệu đƣợc tích hợp hộp nhỏ gọi settopbox, nối tới tivi qua chuẩn HDMI Footer Page 15 of 237 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV CHƯƠNG Header Page 16 of 237 2.1.Tần số lấy mẫu cấu trúc lấy mẫu Nếu SDTV, tần số lấy mẫu 13.5MHz, bội số tần số dòng với hệ NTSC PAL, với HDTV, tần số lấy mẫu bội số tần số dòng Việc lấy mẫu tín hiệu thực với tín hiệu chói (Y’) tín hiệu mầu thành phần (C’B, C’R) thực với tín hiệu màu (R’, B’, G’) Đồng thời tần số lấy mẫu phải đảm bảo lớn lần độ rộng dải phổ tín hiệu Với HDTV, tần số lấy mẫu tín hiệu chói đƣợc lựa chọn 74.25MHz cho tất định dạng tƣơng tự Tần số bội số tần số dòng với định dạng nói + Với hệ 50Hz: 74.25MHZ = 1980 x fH : với định dạng 720p 74.25MHZ = 2640x fH : với định dạng 1080i + Với hệ 60Hz: 74.25MHZ = 1650 x fH : với định dạng 720p 74.25MHZ = 2200 x fH : với định dạng 1080i Với tín hiệu thành phần, tần số lấy mẫu thƣờng đƣợc biểu thông qua tỷ số tần số lấy mẫu tín hiệu chói tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu mầu Với tín hiệu HDTV thành phần, tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu mầu 37.125MHz fS (Y): 74.25MHz fS (C’B): 37.125MHz fS (C’R): 37.125MHz Cấu trúc lấy mẫu trực giao, mẫu tín hiệu hiệu mầu đƣợc lấy với mẫu tín hiệu chói lẻ dòng Điểm lấy mầu tín hiệu hiệu mầu phụ thuộc vào mục đích để sản xuất, lƣu trữ hay truyền dẫn Các cấu trúc lấy mẫu tƣơng tự nhƣ SDTV, gồm có cấu trúc 4:2:0, 4:2:2, 4:4:4 Theo Shanon Nyquist, dải tần cho tín hiệu chói không đƣợc vƣợt nửa tần số lấy mẫu 37.125MHz, dải tần cho tín hiệu hiệu mầu không đƣợc vƣợt 18.5625MHz Với việc sử dụng lọc thông thấp, tần số cutoff đặc tuyến biên tần với tín hiệu chói 30MHz, với tín hiệu mầu 15MHz, giá trị đảm bảo độ rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu HDTV mà khơng làm suy giảm độ phân giải hình Footer Page 16 of 237 Header Page 17 of 237 Hình 2.1: Đặc tuyến biên tần tín hiệu Y, C’B, C’R 2.2.Lượng tử hố Tuỳ theo mục đích để lƣu trữ hay truyền dẫn, số bít lƣợng tử 10 bít Thành phần đƣợc lƣợng tử hố bao gồm tín hiệu chói, tín hiệu hiệu màu tín hiệu chuẩn thời gian (Time Reference Signal – TRS) bao gồm tín hiệu kết thúc dòng video tích cực (EAV – End of Active Line) bắt đầu dòng video tích cực (SAV – Start of Active Line) Với hệ thống có 10 bit lƣợng tử, giá trị số chạy từ 000h đến 3FFh (tƣơng ứng giá trị đến 1023 hệ thập phân) Tín hiệu chói từ mức đen 040h (64) đến mức trắng 3ACh (940) Tín hiệu mầu C’B, C’R từ 040h (640 đến 3C0h (960) Nhằm dự phòng cho mức tín hiệu, dải lƣợng tử cho phép từ 004h đến 3FBh (từ đến 1019) Các giá trị từ 000h đến 003h (0 đến 3) từ 3FCh đến 3FFh (1020 đến 1023) đƣợc để dành cho tín hiệu TRS (EAV SAV) Mỗi tín hiệu TRS bao gồm từ mã: từ mã đầu cố định, có giá trị 3FF, 000, 000 Từ mã thứ tƣ XYZ, mang bít V, F H để định nghĩa xố dòng xố mành Ngồi bít P0, P1, P2, P3 đƣợc định nghĩa thêm, phụ thuộc vào trạng thái bit V, F, H cung cấp khả sửa lỗi khác (sửa bit hay sửa bit) Bảng sau tổng hợp thông số với hệ khác TT Footer Page 171of 237 Thơng số Mã hố tín hiệu thành Giá trị E’Y = 0.7152E’G + 0.2126E’R + Header Page 18 of 237 phần Tần số lấy mẫu Cấu trúc lấy mẫu 0.0722E’B E’CB = 0.5389 (E’B – E’Y) E’CR = 0.635 (E’R – E’Y) Y : 74.25 MHz CB : 37.125 MHz CR : 37.125 MHz - Trực giao - Mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy mẫu tín hiệu chói lẻ Mã hố Lƣợng tử đồng đều, PCM Mức đen 040h (64) Mức trắng 3Ach (940) Mức mầu dƣới 040h (64) Mức mầu 3C0h (960) Dải video 004h – 3FBh (4 – 1019) Mức cấm dƣới 000h – 003h (0 – 3) Mức cấm 3FCh – 3FFh (1020 – 1023) Bảng 2.1 : Tổng hợp thông số với hệ khác Tính tốn dung lượng video số HDTV Ta tính tốn cụ thể tốc độ bít video với hệ 1080/25i Thời gian dòng tích cực: 1/28125 = 35.55s Tổng số mẫu tín hiệu chói đƣợc lấy dòng là: 35.55 x 74.25 = 2640 mẫu/1 dòng Tổng số mẫu tín hiệu mầu đƣợc lấy dòng là: 35.55 x 37.125 x = 2640 mẫu/1 dòng Tổng số mẫu chói video là: (2640 + 2640) x 1080 = 5702400 mẫu/1 ảnh Số mẫu 1s là: 5702400 x 25 = 142.56 M mẫu Nếu để lƣu trữ, mẫu đƣợc mã hoá 10 bit, tốc độ tín hiệu video là: 1425.6Mbps Nếu mã hố bít, tốc độ video HDTV là: 1140.48Mbps 10 11 2.3.Nén video số MPEG [3] 2.3.1.Tổng quan nén MPEG Hiện chuẩn nén MPEG đƣợc sử dụng phổ biến đƣợc tổ chức ISO/IEC, ITU (International Telecommunication Union) công nhận Footer Page 18chuẩn of 237 nén quốc tế, áp dụng cho hệ truyền hình Mỹ, Nhật Bản, châu Âu Header Page 19 of 237.- MPEG Đƣợc phát triển vào năm 1988-1992, tiêu chuẩn MPEG Chuẩn MPEG1 đƣợc sử dụng chủ yếu để nén tín hiệu VCD luồng tốc độ thấp khoảng 1.5Mbps MPEG1 hỗ trợ nén tín hiệu có độ phân giải thấp 352x240(60Hz) 352x288(50Hz), sử dụng biến đổi cosin (DCT) để loại bỏ dƣ thừa khơng gian, có dự đốn bù chuyển động Điểm bật MPEG1 có hỗ trợ nén hình ảnh qt liên tục MPEG Đƣợc xây dựng từ năm 1991 đến 1994 đƣợc sử dụng rộng rãi đến tận MPEG có thuật tốn nén tƣơng tự nhƣ MPEG 1, song đƣợc phát triển lên tầm cao hơn, hồn chỉnh với hệ thống cơng cụ cấp đa dạng (Profile & Level), hỗ trợ nén cho nhiều định dạng tín hiệu MPEG gồm có 10 phần (Part đến Part 10), Part video, part audio MPEG / Part tƣơng tự nhƣ MPEG song có hỗ trợ nén hình ảnh qt xen kẽ Chính vậy, MPEG đƣợc sử dụng rộng rãi thức tiêu chuẩn truyền hình DVB, ITSC, ISDB MPEG Đƣợc phát triển vào năm 1992 với mục đích áp dụng cho HDTV, nhiên bị huỷ bỏ vào năm 1993 nhận thấy rằng: MPEG hồn tồn thực cho HDTV MPEG Đƣợc bắt đầu vào năm 1993, nhằm nâng cao hiệu nén cho HDTV MPEG đƣợc phát triển đến MPEG Đƣợc đƣa nén, mà mô tả đối tƣợng số metadata TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Đỗ Công Hùng, Đinh Thế Cƣờng, Nguyễn Quốc Bình (2006), “Nâng cao chất lượng hệ thống OFDM BICM-ID”, Tạp chí “ Bƣu Viễn thông Công nghệ thông tin” Footer Page 19[2] of 237 Ngơ Thái Trị (2001), “Truyền hình số”, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Header Page 20 of 237 Tiếng Anh [3] Charles Poynton (2003),“Digital video and HDTV Algorithms and Interfaces”, Copyright 2003 by Elsevier Science (USA), Printed in United States of America [4] European Broadcasting Union (April 2009),“Digital Video Broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital transmission system”, CH-1218 GRAND SACONNEX (Geneva),Switzerland [5] Jim Krause, MA (2006), "HDTV- High Definition Television", Indiana University Department of Telecommunications 1229 East 7th Street, Bloomington [6] K.F.Ibrahim (2007), “Newnes Guide to Television and Video Technology”, Copyright 2007 Elsevier Ltd, Linacre House, Jordan Hill, Oxford OX2 8DP, UK Footer Page 20 of 237  ... tăng độ tin cậy khả chống nhiễu thúc đẩy phát triển mạnh dịch vụ HDTV Hiện Việt Nam truyền hình độ phân giải cao khái niệm ngƣời sử dụng Trên thị trƣờng xuất hình Plasma LCD xem truyền hình với độ. .. truyền hình số có độ phân giải cao Để dán nhãn HD ready, thiết bị cần 720 dòng vật lý, nhƣng phần lớn TV hình phẳng có 768 dòng Các Projector độ phân giải cao thƣờng đƣợc gọi Projector 720p có. .. xác định mức phân giải ứng tối đa hiển thị đƣợc Nếu ảnh yêu cầu độ phân giải cao giá trị phân giải ứng mành ảnh bị mờ Độ phân giải ngang mành định bề rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu