Nghiên cứu công nghệ sản xuất và phát sóng truyền hình 3d

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ĐINH THÙY HƯƠNG NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT VÀ PHÁT SĨNG TRUYỀN HÌNH 3D Chun ngành: Kỹ thuật truyền thông LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT TRUYỀN THÔNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS Nguyễn Tiến Dũng Hà Nội – Năm 2014 LỜI CAM ĐOAN Trong thời gian làm luận văn tốt nghiệp, tơi tìm hiểu đề tài sách tham khảo, trang tạp chí trang web ghi mục "tài liệu tham khảo" phía trang cuối luận văn tốt nghiệp, tơi hồn thành luận văn với đề tài “Nghiên cứu công nghệ sản xuất phát sóng truyền hình 3D” Do thời gian thực luận văn có hạn nên q trình nghiên cứu tìm hiểu cịn gặp nhiều thiếu sót Tôi xin cam đoan luận văn không giống với cơng trình nghiên cứu hay luận văn trước mà biết Hà Nội, Ngày tháng năm 2014 Người thực ĐINH THÙY HƯƠNG MỤC LỤC DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 10 MỞ ĐẦU 12 TÍNH CẤP THIẾT 12 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU 12 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU 13 PHẠM VI NGHIÊN CỨU 13 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 13 CHƯƠNG 1.1 1.2 1.3 TỔNG QUAN 14 GIỚI THIỆU 14 SỰ CHẤP NHẬN 3DTV CỦA THỊ TRƯỜNG 18 CƠ HỘI VÀ THÍCH THỨC CỦA 3DTV 31 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH CHIỀU (3DTV) 42 2.1 CÁC NGUYÊN LÝ CỦA 3DV VÀ 3DTV 42 2.1.1 Hệ thống thị giác người 42 2.1.2 Các nguyên lý tạo ảnh lập thể 3D/3DTV 49 2.1.3 Phương pháp tự lập thể 58 2.2 CÁC PHƯƠNG PHÁP MÃ HÓA 3DTV/3DV 60 2.2.1 Các phương pháp điều khiển (mastering) tín hiệu 3D 64 2.2.2 Các phương pháp tiên tiến khác 74 2.2.3 Các phương pháp trình diễn nén tín hiệu tương lai gần 84 2.2.4 Hiển thị 85 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DẪN 3DTV/3DV 85 2.3.1 Tổng quan phương pháp truyền tải 85 2.3.2 DVB 95 2.3.3 DVB-H 101 2.4 CHUẨN HÓA 3DTV VÀ CÁC HOẠT ĐỘNG LIÊN QUAN 105 2.4.1 Nhóm chuyên gia ảnh động (MPEG) 107 2.4.2 Hiệp hội công nghiệp MPEG (MPEGIF) 125 2.4.3 Nhóm nghiên cứu giải trí 3D nhà Hội kỹ sư truyền hình ảnh động (SMPTE) 125 2.4.4 Nhóm báo cáo 3DTV Nhóm nghiên cứu ITU-R 127 2.4.5 Nhóm TM-3D-SM quảng bá video số (DVB) 128 2.4.6 Hiệp hội điện tử tiêu dùng (CEA) 129 2.4.7 Tổ chức cấp phép HDMI, LLC 130 2.4.8 Hiệp hội đĩa Blu-ray (BDA) 131 2.4.9 Các tổ chức chuẩn hóa khác 132 CHƯƠNG MƠ HÌNH PHÁT SĨNG THỬ NGHIỆM 3DTV TẠI ĐÀI THVN 142 3.1 HIỆN TRẠNG HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN PHÁT SÓNG CỦA ĐÀI THVN 142 3.1.1 Hệ thống truyền dẫn phát sóng qua vệ tinh 142 3.1.2 Hệ thống truyền dẫn phát sóng mặt đất 143 3.1.3 Hệ thống máy phát hình số Đài THVN 144 3.1.4 Hệ thống truyền hình cáp Đài THVN 145 3.2 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP ĐÓNG GÓI VÀ MÃ HÓA NỘI DUNG 3D 146 3.2.1 Lựa chọn thử nghiệm phương pháp đóng gói mã hóa video 3D 146 3.2.2 Phương pháp đóng gói mã hóa tương thích khung CVS phát sóng thử nghiệm 3DTV Đài THVN 146 3.2.3 Tiêu chuẩn sản xuất phát sóng HDTV Đài THVN khả đóng gói nội dung 3DTV vào khung HDTV 150 3.3 CÁC MƠ HÌNH PHÁT SĨNG THỬ NGHIỆM 3DTV TẠI ĐÀI THVN 151 3.3.1 Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống phát sóng vệ tinh 151 3.3.2 Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống máy phát số mặt đất 153 3.3.3 Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống truyền hình cáp 154 3.4 MƠ HÌNH PHÁT SĨNG THỬ NGHIỆM 3DTV TRÊN MÁY PHÁT HÌNH SỐ CỦA TRUNG TÂM TDPS TẠI HÀ NỘI 156 TÀI LIỆU THAM KHẢO 161 DANH MỤC KÝ HIỆU, THUẬT NGỮ VÀ CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Từ đầy đủ Ý nghĩa 1080p định dạng video độ phân giải cao với 1080p độ phân giải 1920x1080 điểm ảnh, quét liên tục, có nghĩa khung video truyền dẫn tồn dịng qt đơn Tốc làm độ tươi Các công nghệ hiển thị số (LCD, plasma, DLP, LCoS…) thay ống tia điện tử thực 120-Hz việc quét liên tục, hiển thị 60 khung video giây – thường gọi tốc độ quét 60Hz Các HDTVvới tốc độ làm tươi 120-Hz sử dụng trình xử lý video phức tạp để tăng gấp đôi tốc độ tiêu chuẩn tới 120fps cách chèn khung video phụ khung đen Do khung video xuất nửa thởi gian bình thường, chuyển động hình cảm nhận mềm mại hơn, đặc biệt với chương trình thể thao trị chơi video Tốc độ làm tươi 240-Hz 2D 2D+delta Tốc độ làm tươi giảm hiệu ứng chuyển động nhanh bị mờ tốt tốc độ làm tươi 120-Hz Quá trình làm tươi 240-Hz tạo chèn ba khung video cho vào khung gốc Đa số TV quét 240-Hz thực theo cách số TV sử dụng công nghệ quét 240-Hz giả kết hợp tốc độ làm tươi 120Hz với tốc độ quét đèn cao Dimensional Hai chiều Một ảnh vật thể có hai chiều chiều rộng chiều cao, khơng có chiều sâu Một ảnh đơn với liệu thể khác ảnh cảnh nhìn mắt thứ hai với siêu liệu phụ khác Dữ liệu sai khác độ lệch lập thể khơng gian thời gian, dự đốn thời gian Từ viết tắt Từ đầy đủ Ý nghĩa bù chuyển động hai hướng 3D Dimensional Có xuất với chiều rộng, cao, sâu (ba chiều) Chấp nhận và/hoặc tạo tín hiệu video không nén để vận chuyển 3D Alternate Lighting of Một loại TV plasma hình độ phân giải cao thiết kế để tối ưu hiệu hiển thị nội Surfaces dung 1080i Computergenerated Một phận đồ họa máy tính tồn ký Một cơng nghệ có lịch sử lâu dài đơi gọi holograms công nghệ 3D cuối cùng, CGH không tạo cảm giác độ sâu mà cịn tạo ánh sáng từ thân vật thể CSV Conventional stereo video Là loại biểu thị video 3D đơn giản nhất, có liệu điểm ảnh video mầu sắc thu nhận camera Tín hiệu video xử lý tiếp để bình thường hóa, chỉnh sửa mầu sắc, điều chỉnh…nhưng khác với định dạng video 3D khác, khơng có thơng tin hình học kèm DLNA Digital Living Một khối liên minh 200 công ty, bao gồm Network Alliance Sony, Panasonic, Samsung, Microsoft, Cisco, Denon, Yamaha Mục đích họ để tạo sản phẩm hãng khác kết nối với mạng gia đình, tạo điều kiện cho người dễ dàng thưởng thức nội dung số trực tuyến phòng nhà DMD Digital Micromirror Device (DMD) Thiết bị vi gương số để tạo ảnh hãng Texas Instruments Mỗi vi mạch DMD có dãy gương quay nhỏ để tạo nên ảnh DLPTM Digital Light Processing Một công nghệ chiếu TV phát triển hang Texas Instruments, dựa vi mạch Thiết bị vi gương số (DMD) họ để tạo nên ảnh Dựa ALiS CGH Từ viết tắt Từ đầy đủ Ý nghĩa độ phân giải TV, số gương thay đổi từ hàng trăm ngàn tới hai triệu Công nghệ DLP sử dụng hiển thị chiếu từ mặt trước mặt sau DVI Digital Visual Interface Giao diện hình ảnh số Đó dạng kết nối máy tính nhiều chân để vận chuyển tín hiệu video độ phân giải cao từ nguồn video thành phần (như cáp vệ tinh HD, đầu phát DVD) tới TV có khả hiển thị HD có đấu nối tương thích FPD Flat Panel Tấm hiển thị phẳng Một hai hiển thị Display phẳng phổ biến sử dụng hệ thống 3D LCD plasma FVV Free viewpoint video Một cách thiết lập video người sử dụng chọn điểm nhìn họ; u cầu định dạng video 3D cho phép hoàn trả cảnh nhìn đầu liên tục số lớn đầu khác phía giải mã GPU Graphics Processing Unit Một xử lý 3D hiệu suất cao tích hợp tồn chức 3D (biến hình, chiếu sáng, thiết lập hồn trả) Một GPU thực tồn tính tốn 3D cho CPU, giải phóng CPU khỏi chức tính tốn thơng minh vật lý nhân tạo HDMI High-Definition Multimedia Interface Tương tự DVI (nhưng sử dụng đấu nối nhỏ hơn) HMD Head-Mounted Display Màn hình hiển thị gắn đầu HIT Horizontal Image Translation Sự dịch chuyển theo chiều ngang hai trường ảnh để thay đổi giá trị thị sai điểm tương ứng HUD Head Up Display Một thiết bị hiển thị cung cấp ảnh không gian trước mặt người sử dụng Từ viết tắt Từ đầy đủ Ý nghĩa HVS Human Visual System Hệ thống cảm nhận thông tin hình ảnh người IPD Interupt Distance Khoảng cách đồng tử mắt nhìn vơ cùng, có khoảng cách từ 55 tới 75 mm người trưởng thành LDV Layer Depth Video phân lớp độ sâu Là định dạng thay Video xuất phát từ MV+D Nó sử dụng video mầu liên kết với đồ độ sâu lớp Liquid Crystal Màn hiển thị tinh thể lỏng, sử dụng để chế tạo Display hiển thị TV phẳng LCoS Liquid Crystal on Silicon Một công nghệ chiếu TV dựa LCD Với LCoS, ánh sáng phản xạ từ gương sau LCD không qua hình MPEG Motion Picture Experts Group Nhóm chun gia ảnh động MV+D Multiview Video plus Depth (MV+D) Là định dạng sử dụng tương quan cảnh để biểu thị video 3D, sử dụng cho ứng dụng 3D tiên tiến NCC Normalized Cross Phương pháp tương quan để phát điểm Corelation tương ứng video lập thể OLED Organic Light Emmiting Diode Là công nghệ dùng để chế tạo TV hình phẳng sử dụng màng mỏng hữu đặt hai điện cực suốt Dòng điện qua màng mỏng làm cho phát sáng PDP Plasma Display Panel Tấm hiển thị TV phẳng dùng công nghệ plasma V+D Video plus Depth Là biểu thị bao gồm tín hiệu video đồ độ sâu điểm ảnh LCD DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng _Các công nghệ phương pháp hiển thị 3D 20 Bảng _ Các kỹ thuật cho phép mắt nhận dòng ảnh phân biệt 22 Bảng _ Các hệ thống/ hình TV 3D thương mại hóa 25 Bảng 4_ Các phương pháp xử lý video phổ biến 40 Bảng _ Các phương pháp nén 70 Bảng 6_ Tóm tắt định dạng 82 Bảng _ Các khả thu hình truyền dẫn 87 Bảng _ Các khuyến nghị truyền dẫn DVB 98 Bảng 9_ Cung cấp danh sách chi tiết hoạt động nhóm MPEG lĩnh vực video 108 Bảng 10 _ Các hoạt động nhóm MPEG lĩnh vực video 110 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình _ Hệ thống 3DTV – khối logic 15 Hình _ Hệ thống 3DTV – Video lập thể tiêu chuẩn 16 Hình _ Minh họa việc lắp ráp camera để ghi hình 3D 16 Hình _ Minh họa camera 3D với ống kính kép 17 Hình _ Minh họa hình hiển thị 3D nhà 17 Hình _ Hình ảnh hiển thị hình hiển thị 3D nhà 18 Hình _ Lịch sử phim truyền hình 3D 19 Hình 8_ Logo đĩa 3D blu-ray 28 Hình _ Ba giai đoạn triển khai thương mại 3DTV 35 Hình 10 _ 30 năm phát triển dịch vụ 3DTV (1995-2025) 38 Hình 11 _ Hệ thống hóa phát triển hệ thống phân phối 3DTV 39 Hình 12_ Cơ chế hợp tạo ảnh lập thể độ lệch võng mạc 43 Hình 13 _ Hợp ảnh mắt trái mắt phải 44 Hình 14 _ Thị sai: (a) thị sai dương, (b) thị sai không (c) thị sai âm 45 Hình 15 _ Xem ảnh 3D hình xung đột điều chỉnh – hội tụ liên quan 46 Hình 16 _ Các cấu hình camera thu ảnh lập thể bản: 50 Hình 17 _Thu hình lập thể cảnh để đạt hiệu ứng 3D cảnh xem với hệ thống hiển thị thích hợp 51 Hình 18 _ Tạo thị sai ngang để hiển thị ảnh lập thể 52 Hình 19 _ Sự thiếu hụt cảm nhận ảnh lập thể phận dân cư 55 Hình 20_ Sự thiếu thoải mái gây chuyển động cảnh 3D 55 Hình 21 _ Phương pháp dùng thấu kính 59 Hình 22 _ Phương pháp dùng rào chắn thị sai 60 Hình 23 _ Sơ đồ logic hệ thống 3DTV từ đầu cuối tới đầu cuối 62 Hình 24 _ Chi tiết hệ thống 3DTV từ đầu cuối tới đầu cuối 63 Hình 25_ Hệ thống 3DTV từ đầu cuối tới đầu cuối 64 Hình 26 _ Phân bố khoảng cách đồng tử người trưởng thành 64 Hình 27 _ Một cặp ảnh lập thể (chú ý khác cảnh mắt trái mắt phải phóng đại lên để người đọc nhận thấy rõ hơn) 66 Hình 28 _ Các định dạng xen kẽ lập thể: (a) ghép kênh khung theo thời gian; (b) ghép kênh không gian ảnh theo dạng nằm cạnh nhau; (c) ghép kênh không gian ảnh theo dạng nằm trên/dưới 66 Hình 29 _ Lựa chọn điểm ảnh theo (a) cạnh nhau, (b) trên/ dưới, (c) phương pháp lọc cá sấu (chú ý chấm đen trắng tạo thành lưới) 68 Hình 30 _ Mã hóa video lập thể với kết hợp dự đoán thời gian/ liên ảnh (a) Áp dụng chuẩn mã hóa MPEG-2/ MPEG-4 truyền thống cho 3DTV; (b) Profile MPEG-2 đa điểm cảnh tin H.264/AVC SEI 70 Hình 31 _ Mã hóa video đa cảnh với kết hợp dự đốn thời gian/ cảnh 73 Hình 32 _ Sử dụng lý thuyết nén hai mắt để đạt hiệu mã hóa tốt 73 Hình 33 _ Mã hóa video lập thể độ phân giải hỗn hợp 74 Hình 34 _ 2D liên kết với liệu mô tả 75 Hình 35 _ Hệ thống hồn trả sở độ sâu ảnh (DIBR) 77 Hình 36 _ Định dạng video cộng thêm độ sâu (V+D) cho video 3D 78 Hình 37 _ Tái tạo video lập thể từ tín hiệu V+D 78 Hình 38 _ Khái niệm video đa cảnh cộng thêm độ sâu (MV+D) 79 Hình 39 _ Hiển thị tự lập thể đa cảnh dựa MV+D 80 Hình 40 _ Khái niệm video phân lớp độ sâu (LDV) 81 Hình 41 _ Ví dụ video phân lớp độ sâu (LDV) 81 10 Về tại, có hai phương pháp để vận chuyển nội dung 3D: tương thích khung 3D (3D 2D) 2D tương thích 3D Phương pháp tương thích khung 3D có mục đích vận chuyển nội dung 3D qua hạ tầng phát sóng quảng bá tồn Tất dịch vụ 3D quảng bá/ trực tiếp tới nhà (DTH) tạo từ trình tiền xử lý phân tách ảnh dành cho mắt trái mắt phải theo phương pháp phù hợp với thiết bị phát sóng STB người dùng tồn với nội dung 3D truyền tải nội dung 2D HD tiêu chuẩn Đồng thời, có nỗ lực cơng nghiệp để vận chuyển 3DTV độ phân giải HD đầy đủ tới nhà, thông thường sử dụng phương pháp cho phép nội dung tương thích ngược với TV 2D tồn Phương pháp gọi 2D tương thích 3D Chuẩn dùng cho phương pháp Mã hóa video đa cảnh (MVC), phụ lục chuẩn MPEG-4/H.264 AVC, cung cấp phương pháp vận chuyển nội dung 3D thú vị với tốc độ mã hóa hiệu quả, độ phân giải HD đầy đủ, truyền dẫn lập thể (3D) Mã hóa video phân cấp (SVC) phương pháp thay cho MVC để vận chuyển nội dung 3D độ phân giải đầy đủ tương thích với 2D Mặc dù Hiệp hội đĩa Blu-ray thông báo việc triển khai vi mạch tương thích MVC đầu phát, việc sử dụng chuẩn chuẩn mã hóa 3D khác để triển khai dịch vụ 3DTV ảnh hưởng tới việc triển khai thiết bị nhà phát sóng quảng bá cơng nghiệp với đòi hỏi phải thay nhiều hệ thống tồn cản trở việc triển khai 3D tương lai gần Phân phối nội dung 3D tới nhà dùng phương pháp tương thích khung 3D Theo thống kê, tất dịch vụ 3D phát quảng bá/ trực tiếp tới nhà (DTH) triển khai năm 2010 thuộc loại tương thích khung 3D Các thiết bị sản xuất theo phương pháp sẵn sàng, sử dụng STB khách hàng với thiết bị phát sóng 2D tồn TV 3D có sẵn thị trường để truyền dẫn, thu nhận hiển thị nội dung 3D tương thích khung Trong phương pháp này, nội dung 3D đóng gói vào dịng video tương thích khung cách sử dụng lấy mẫu phụ độ phân giải (nén không gian) sau ghép kênh ảnh với “nửa độ phân giải cho mắt” với Quá trình đảo ngược thực TV 3D hệ mới, TV thơng báo việc nhận nội dung, thực tế ảnh dành cho mắt trái mắt phải ghép kênh với trình xử lý bên (bao gồm lấy mẫu lên 147 phân cực ảnh trái/phải) thực để hoàn trả ảnh theo dạng 3D Có nhiều phương pháp để lấy mẫu phụ khơng gian, có hai phương pháp phổ biến ghép ảnh nằm cạnh (độ phân giải theo chiều ngang giảm nửa) trên/ (độ phân giải theo chiều đứng giảm nửa) Hình 2.2.2 Ghép kênh ảnh phương pháp tương thích khung 3D Hệ thống thu nhận phân phối nội dung 3D sau: Hình 58 _ Hệ thống thu nhận phân phối nội dung 3D tương thích khung Hình 59 _ Đóng gói hai dịng video L, R vào dịng truyền tải 148 Vấn đề thu nhận 3D trực tiếp khác hẳn với DTH, chất lượng yêu cầu lớn (độ phân giải khơng gian đầy đủ, định dạng 4:2:2, lấy mẫu 10bit…), phép hiệu phân phối, sản xuất hậu kỳ lưu trữ tốt nhất, khơng có thỏa hiệp băng tần thiết bị ứng dụng DTH Với nhà cung cấp đơn, để truyền tải nội dung, q trình tiền xử lý 3D thực trực tiếp kiện dùng không dùng thiết bị SNG có khả HD (2D) dùng cho truyền dẫn đường trục hai chiều Phương pháp có ưu điểm cho phép thu nhận 3D sử dụng thiết bị có yêu cầu phải thiết lập toàn thiết bị sản xuất trường Mặc dù phương pháp truyền dẫn nội dung 3D cho phép giảm băng tần tổng thể thiết bị yêu cầu, tiền xử lý nội dung nguồn giới hạn giá trị nội dung sản xuất hậu kỳ, phân phối tới đối tác khác tái sử dụng tương lai việc giảm chất lượng lấy mẫu lại không gian Do vậy, nhiều nhà điều hành mạng thường vận chuyển kênh trái phải với độ phân giải đầy đủ theo sơ đồ hình Phương pháp có ưu điểm việc vận chuyển nội dung với độ tin cậy cao theo định dạng phổ biến nhiều công cụ sản xuất lập thể - độc lập với việc lựa chọn phương pháp truyền dẫn cuối Tuy nhiên, yêu cầu thận trọng việc đảm bảo đồng khung pha ảnh mắt trái phải để đảm bảo việc tái tạo ảnh 3D xác Hiện tại, nhiều công ty sản xuất thiết bị đưa đóng gói tín hiệu 3DTV vào khung HDTV để truyền dẫn, phát sóng nội dung 3D theo định dạng CVS, tương thích khung, tận dụng hạ tầng truyền dẫn, thu xem HDTV có Trong sơ đồ trình bày hệ thống sử dụng đóng gói, mã hóa tín hiệu CE-xH42 MPEG-2/MPEG-4 AVC SD/HD 4:2:2/4:2:0 hãng Ericsson Bộ mã hóa, đóng gói tín hiệu có nhiệm vụ đóng gói hai ảnh trái phải nội dung 3D vào khung HDTV sau mã hóa tín hiệu theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264 Chỉ tiêu kỹ thuật mã hóa, đóng gói tín hiệu CE-xH42 sau: - Tín hiệu video đầu vào: 3G/HD/SD-SDI, video input - Mã hóa MPEG-4 AVC HD/SD 4:2:2/4:2:0 (tới High442 Profile Level 4.1) - Hỗ trợ MPEG-4 AVC với độ xác 10 bit - Mã hóa MPEG-2 Video HD/SD 4:2:2/4:2:0 (tới MP@HL) - Tốc độ bit hình ảnh từ Mbps tới 80 Mbps 149 - Là thành phần hệ thống phân phối tín hiệu 3D với đầu thu Ericsson RX8200 công nghệ Simulsync 3D Ericsson Độ trễ thấpMultiple low latency modes 3.2.3 Tiêu chuẩn sản xuất phát sóng HDTV Đài THVN khả đóng gói nội dung 3DTV vào khung HDTV Theo lộ trình phát triển Đài THVN, thời gian tới, kênh quảng bá Đài THVN dần chuyển sang cơng nghệ truyền hình có độ nét cao (HDTV) Trước mắt quý II/2013, kênh VTV3 HD thử nghiệm lên sóng Ngày 17/12/2012 Tổng giám đốc Đài THVN ban hành Quyết định số 1865/QĐ-THVN, “Ban hành Quy định tiêu chuẩn kỹ thuật sản xuất chương trình phân phối chương trình độ phân giải cao (HDTV) Đài THVN” Theo Quyết định này, Đài THVN sử dụng thống tiêu chuẩn kỹ thuật để sản xuất phân phối chương trình truyền hình độ phân giải cao (HDTV), làm sở cho việc sản xuất chương trình đầu tư đổi công nghệ theo tiêu chuẩn chung, thống Bộ tiêu chuẩn qui định tiêu chuẩn cho thiết bị truyền hình, tiêu chuẩn định dạng HD cho dây chuyền sản xuất dựa file, định dạng HD cho chương trình thành phẩm để trao đổi phát sóng Theo tiêu chuẩn này, tín hiệu HDTV phát sóng Đài THVN là: - Định dạng 720/50p theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số điểm ảnh tích cực 1280x720 - Khn hình sử dụng 16:9 - Audio & Video Stream sử dụng dòng SDI Embbed định dạng 720/50P theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 Số kênh tiếng Embbeded kênh Stereo… Với mã hóa tín hiệu theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264, tốc độ mã hóa tín hiệu HDTV khoảng từ 5-10Mbps Hiện nay, có mã hóa HDTV mã hóa tín hiệu HDTV với tốc độ 4Mbps Với việc phát sóng nội dung 3DTV theo phương thức tương thích khung, ghép hai ảnh trái phải ghép vào khung hình HDTV Do vậy, độ phân giải hình ảnh 3DTV bị giảm nửa Theo tiêu chuẩn phát sóng HDTV Đài THVN 720p, nên tín hiệu hình ảnh trái phải nội dung 3D đưa 150 vào ghép tín hiệu tương thích khung HDTV (ghép hai ảnh trái phải vào khugn HDTV) với độ phân giải HDTV theo định dạng 1080i để đảm bảo độ phân giải tín hiệu 3DTV đến TV người xem đạt chất lượng hình ảnh cao Dưới đưa mơ hình phát sóng thử nghiệm dịch vụ 3DTV sử dụng phương pháp tương thích khung 3D (3D 2D) với nguồn tín hiệu lập thể CVS từ camera lập thể nguồn tín hiệu 3D từ đầu phát 3D Blu-ray (chuyển đổi HDMI thành HD-SDI để đưa vào mã hóa) mạng phát sóng có khả triển khai phát thử nghiệm dịch vụ 3DTV Đài THVN Tín hiệu ảnh trái phải nội dung 3DTV đảm bảo độ phân giải HDTV 1080i Tốc độ mã hóa kênh HDTV từ 8-9Mbps để đảm bảo chất lượng xem tín hiệu 3DTV 3.3 Các mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV đài THVN 3.3.1.Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống phát sóng vệ tinh Phát sóng qua vệ tinh dịch vụ 3DTV thực cách sử dụng toàn băng tần HDTV cho kênh 3DTV đơn với phương pháp đóng gói tín hiệu tương thích khung 3D Với phương pháp này, nhiều TV hộ gia đình điều chỉnh để thu chương trình khác 3DTV, HDTV, DTV gói dịch vụ vệ tinh Mơ hình tổng thể hệ thống truyền dẫn dịch vụ 3DTV với dịch vụ khác qua hệ thống phát sóng vệ tinh sau: Hình 60 _ Mơ hình truyền dẫn 3DTV thương mại sử dụng hạ tầng truyền dẫn DTH 151 Như nói, phát sóng thử nghiệm dịch vụ 3DTV hệ thống phát sóng qua vệ tinh băng C Ku – DTH Đài THVN dùng phương pháp tương thích khung 3D, đóng gói nội dung 3D vào kênh HDTV Trong đó, sử dụng 01 mã hóa HDTV để mã hóa nội dung 3DTV đóng gói để mã hóa truyền dẫn kênh HDTV qua vệ tinh Mơ hình hệ thống phát sóng thử nghiệm dịch vụ 3DTV tương thích khung qua vệ tinh Đài THVN sau: MƠ HÌNH PHƯƠNG THỨC PHỦ SĨNG THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ 3DTV QUA VỆ TINH Vệ tinh Vệ tinh V A Encoder 2D MPEG V A Encoder 2D MPEG V A Encoder 2D MPEG NGƯỜI XEM MUX Trạm phát sóng lên vệ tinh băng C, KU STB 2D-3DTV Đóng gói mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG Dữ liệu CVS 3DTV LCD Hình 61 _ Mơ hình truyền dẫn dịch vụ 3DTV thử nghiệm hệ thống truyền dẫn vệ tinh băng C Ku Đài THVN Trong mơ hình này, đóng gói mã hóa tín hiệu HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264 đóng gói tín hiệu 3D CVS HD (với hai dịng tín hiệu video dành cho mắt trái mắt phải) vào khung HDTV sau mã hóa tín hiệu chương trình HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/ H.264 Đầu dòng truyền tải MPEG-2 ghép kênh với dịch vụ khác để đưa vào phát sóng qua vệ tinh băng C Ku – DTH Tại phía thu, người xem dùng đầu thu vệ tinh giải mã tín hiệu HD chương trình để thu dịng truyền tải với hai dòng video dành cho mắt trái mắt phải để đưa tới TV 3D hiển thị Người xem dùng kính chập hình để xem hình ảnh 3D Thơng số phát sóng hệ thống vệ tinh băng C dự kiến cụ thể sau: - Vệ tinh: VINASAT1;132o E - Tần số thu: 3571 MHz - Phân cực: V - Symbol Rate: 8000 Ksym/s - Mã sửa sai FEC: 2/3 - Kiểu điều chế: DVB-S2; 8PSK 152 - Định dạng 720/50p theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số điểm ảnh tích cực 1280x720 - Khn hình sử dụng 16:9 - Audio & Video Stream sử dụng dòng SDI Embbed định dạng 720/50P theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số kênh tiếng Embbeded: kênh Stereo - Tốc độ mã hóa: 8Mbps Tiêu chuẩn mã hóa: MPEG-4/H.264 3.3.2.Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống máy phát số mặt đất Mơ hình tổng thể hệ thống hệ thống phát sóng dịch vụ 3DTV qua hệ thống máy phát sóng số mặt đất sau: Hình 62 _ Mơ hình truyền dẫn 3DTV thương mại sử dụng hệ thống máy phát sóng số mặt đất Các máy phát sóng truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 Đài THVN phát sóng chương trình Đài THVN Với việc sử dụng chuẩn DVBT2, việc sử dụng dung lượng kênh dư thừa dùng để phát sóng thử nghiệm dịch vụ 3DTV theo phương pháp tương thích khung cách sử dụng tồn băng tần HDTV hồn tồn khả thi Mơ hình hệ thống phát sóng thử nghiệm dịch vụ 3DTV qua máy phát số DVB-T2 Đài THVN sau: 153 MƠ HÌNH PHƯƠNG THỨC PHỦ SĨNG THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ 3DTV QUA MÁY PHÁT SỐ MẶT ĐẤT V A Encoder 2D MPEG V A Encoder 2D MPEG NGƯỜI XEM MUX V A Encoder 2D MPEG Đóng gói mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG STB 2D-3DTV Máy phát sóng số DVB-T2 3DTV LCD Dữ liệu CVS Hình 63 _ Mơ hình truyền dẫn dịch vụ 3DTV thử nghiệm sử dụng máy phát hình số mặt đất Đài THVN Trong mơ hình này, đóng gói mã hóa tín hiệu HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264 đóng gói tín hiệu 3D CVS HD (với hai dịng tín hiệu video dành cho mắt trái mắt phải) vào khung HDTV sau mã hóa tín hiệu chương trình HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/ H.264 Đầu dòng truyền tải MPEG-2 ghép kênh với dịch vụ khác SDTV, HDTV…để đưa vào máy phát hình mặt đất theo chuẩn DVB-T2 Tại phía thu, người xem dùng đầu thu số mặt đất giải mã tín hiệu chương trình HD để thu dịng truyền tải với hai dòng video dành cho mắt trái mắt phải để đưa tới TV 3D hiển thị Người xem dùng kính chập hình để xem hình ảnh 3D Thơng số phát sóng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 dự kiến cụ thể sau: - Kiểu điều chế: COFDM, DVB-T2 - Định dạng 720/50p theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số điểm ảnh tích cực 1280x720 - Khn hình sử dụng 16:9 - Audio & Video Stream sử dụng dòng SDI Embbed định dạng 720/50P theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số kênh tiếng Embbeded: kênh Stereo - Tốc độ mã hóa: 8Mbps Tiêu chuẩn mã hóa: MPEG-4/H.264 3.3.3.Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV hệ thống truyền hình cáp 154 Hệ thống truyền hình cáp truyền thống gặp khó khăn truyền dẫn gói (nhiều) kênh 3DTV, với số lượng định kênh 3DTV (khoảng 20 30 kênh) hệ thống truyền hình cáp truyền thống truyền dẫn cách phân bổ băng tần hợp lý Mơ hình tổng thể hệ thống truyền hình cáp phát sóng dịch vụ 3DTV sau: Hình 64 _ Mơ hình truyền dẫn 3DTV thương mại sử dụng hạ tầng truyền hình cáp Hiện tại, Đài THVN triển khai hệ thống truyền hình cáp số theo tiêu chuẩn DVB-C với nhiều kênh SDTV, HDTV phát sóng có chất lượng cao Với ưu băng tần, việc sử dụng hệ thống cáp số để phát sóng thử nghiệm vài dịch vụ 3DTV theo phương pháp tương thích khung, sử dụng thiết bị có sẵn đầu thu HDTV có khách hàng hồn tồn khả thi có khả mang lại dịch vụ nguồn thu Mơ hình hệ thống phát sóng dịch vụ 3DTV qua mạng truyền hình cáp số Đài THVN sau: MƠ HÌNH PHƯƠNG THỨC PHỦ SĨNG THỬ NGHIỆM DỊCH VỤ 3DTV QUA MẠNG TRUYỀN HÌNH CÁP V A Encoder 2D MPEG V A Encoder 2D MPEG NGƯỜI XEM MUX V A Cables System STB 2D-3DTV Encoder 2D MPEG 3DTV LCD Đóng gói mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG Dữ liệu CVS Hình 65 _ Mơ hình truyền dẫn dịch vụ 3DTV thử nghiệm mạng truyền hình cáp Đài THVN 155 Trong mơ hình này, đóng gói mã hóa tín hiệu HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264 đóng gói tín hiệu 3D CVS HD (với hai dịng tín hiệu video dành cho mắt trái mắt phải) vào khung HDTV sau mã hóa tín hiệu chương trình HDTV theo tiêu chuẩn MPEG-4/ H.264 Đầu dòng truyền tải MPEG-2 ghép kênh với dịch vụ khác để đưa vào mạng truyền hình cáp số có sẵn Tại phía thu, người xem dùng đầu thu số giải mã tín hiệu chương trình HD để thu dịng truyền tải với hai dòng video dành cho mắt trái mắt phải để đưa tới TV 3D hiển thị Người xem dùng kính chập hình để xem hình ảnh 3D Thơng số phát sóng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 dự kiến cụ thể sau: - Kiểu điều chế: DVB-C, 64QAM - Định dạng 720/50p theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số điểm ảnh tích cực 1280x720 - Khn hình sử dụng 16:9 - Audio & Video Stream sử dụng dòng SDI Embbed định dạng 720/50P theo tiêu chuẩn ITU-R BT.1847 - Số kênh tiếng Embbeded: kênh Stereo - Tốc độ mã hóa: 8Mbps - Tiêu chuẩn mã hóa: MPEG-4/H.264 3.4 Mơ hình phát sóng thử nghiệm 3DTV máy phát hình số trung tâm TDPS Hà Nội Sơ đồ hệ thống mã hóa tín hiệu để phát lên vệ tinh hệ thống máy phát số mặt đất Hà Nội sau: 156 Hình 66 _ Bộ nén tín hiệu HD ERICSSON EN8090 157 - Là thiết bị nén tín hiệu HD/SD-SDI MPEG-4 AVC thời gian thực Hỗ trợ nén với High Profile Level (HP@L4) Đầu vào tín hiệu hỗ trợ SDI Composite Nén bit-rate tín hiệu HD-SDI từ Mbps tới 20 tín hiệu SD-SDI từ 0.250 Mbps tới 10 Mbps - Được điều khiển thơng qua web browser, phím bấm phía trước phần mềm Compass Control Theo sơ đồ này, tín hiệu chương trình nhận từ Trung tâm kỹ thuật SXCT bao gồm kênh SDTV 01 kênh HDTV đưa vào mã hóa SDTV EN8030 HDTV EN8090 hãng Ericsson để mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG-4/H.264 Luồng tín hiệu chương trình ASI sau mã hóa chương trình SDTV HDTV đưa vào ghép kênh, ghép chung tín hiệu chương trình SDTV HDTV vào luồng truyền tải đa chương trình để đưa lên phát sóng qua vệ tinh máy phát hình số mặt đất đặt Hà Nội Hệ thống mã hóa tín hiệu, ghép kênh chương trình đặt Đài phát sóng vệ tinh Giảng Võ Tín hiệu chương trình truyền hình số truyền đường truyền cáp quang từ Đài phát sóng vệ tinh Giảng Võ tới máy phát hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 đặt Đài phát sóng Giảng Võ để phát sóng khu vực Hà Nội Máy phát hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 Hà Nội phát sóng chương trình VTV1, 2, 3, 4, bao gồm VTV3 VTV6 kênh HDTV (thử nghiệm từ tháng 4/2013) kênh 51 Các thông số phát sóng sau: - Các thơng số phát sóng 16/16K Tốc độ liệu 19,983 158 Kích thước FFT 16K Khoảng bảo vệ 19/256 Độ dài Symbol 122 SISO/MISO SISO Sô frames S frame Độ rộng băng tần Pilot Kiểu điều chế PP4 16 QAM FEC 03/04 FEC type Long Với việc chọn chế độ điều chế, kiểu điều chế trên, tốc độ liệu tối đa băng tần 8MHz khoảng 20Mbps Các chương trình VTV1, 2, 3, 4, phát sóng theo định dạng SDTV với tốc độ bit khoảng 1,5Mbps; thừa khoảng 10Mbps dành để phát sóng chương trình HDTV Do việc phát sóng thử nghiệm nội dung chương trình 3DTV số thời điểm kênh HDTV máy phát hình số Hà Nội thực Việc phát sóng thử nghiệm nội dung 3DTV máy phát hình số theo chuẩn DVB-T2 Hà Nội nói, thực phát xen kẽ với nội dung HDTV kênh HDTV theo nguyên tắc tương thích khung Hai ảnh trái phải nội dung 3D đóng gói vào khung HDTV mã hóa Encoder HDTV EN8090 có để tận dụng sở hạ tầng HDTV có, người thu cần dùng đầu thu HDTV thu xem nội dung chương trình 3DTV Sơ đồ hệ thống mã hóa tín hiệu khơng thay đổi Chỉ cần đầu tư thêm phát nội dung 3DTV để tao hai ảnh trái phải sau đóng gói vào khung HDTV Sơ đồ hệ thống tạo nội dung 3DTV đóng gói vào khung HDTV Hình 58 159 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Truyền hình chiều – 3DTV tạo sức hút lớn cho ngành công nghiệp giải trí cơng chúng với thành cơng ấn tượng, mong đợi phim điện ảnh công chiếu năm gần Với thành cơng đó, với phát triển cơng nghệ, vận chuyển hiển thị nội dung 3D tới nhà thời điểm hoàn toàn khả thi triển khai thử nghiệm nhiều nước giới Trong năm qua, có nhiều nhà phát sóng quảng bá thơng báo triển khai kênh 3D nhiều nhà phát sóng dịch vụ khác có kế hoạch thực phát sóng chương trình 3D tương lai gần Việc phát sóng 3DTV thực kiện thể thao lớn Worlcup 2010, hay giải quần vợt Wimbledon 2012, kiện văn hóa lớn…Cùng với việc tăng cường sản xuất nội dung 3D phim trường, nhà sản xuất nội dung khác khả phát triển phát sóng dịch vụ truyền hình 3D tới nhà mở rộng, triển khai thực tế Đáp ứng nhu cầu phát triển truyền hình 3D nhà phát sóng, nhà cung cấp nội dung khán giả; tổ chức chuẩn hóa, nhà sản xuất tích cực nghiên cứu để nhanh chóng đưa tiêu chuẩn công nghiệp sản phẩm 3DTV ngày tiện lợi cho người xem với mục đích quảng bá, phát triển 3DTV, đưa nội dung 3DTV đến nhà qua phương tiện phát sóng quảng bá Khơng nằm ngồi xu hướng phát triển cơng nghệ giới, năm qua Đài THVN đổi cơng nghệ, chuyển dần sang sản xuất, phát sóng chương trình truyền hình theo cơng nghệ truyền hình số đại Hiện tại, việc sản xuất nội dung, phát sóng vệ tinh, mặt đất, cáp Đài THVN thực dần chuyển dịch hoàn toàn theo định dạng số Với phát triển nhanh chóng truyền hình 3D, nhu cầu ngày cao người dân việc thưởng thức chương trình truyền hình chất lượng cao, việc sớm nghiên cứu, đưa vào phát sóng thử nghiệm dịch vụ truyền hình chất lượng cao HDTV, 3DTV tương thích với hệ thống phát sóng truyền hình số hình thành, phù hợp với thiết bị thu xem có người dân việc làm tất yếu cần phải thực sớm 160 TÀI LIỆU THAM KHẢO ROB KOENEN (1997), MPEG-4 Overview, ISO/ IEC, Fribourg Peiya Liu (1999), MPEG-4 A Multimedia Standard for the third Millenium part and 2, IEEE AL BOVIK (2000), Image and Video processing, ACADEMIC PRESS, Canada Nguyễn Kim Sách (2000), Truyền hình số có nén Multimedia, NXB Khoa học kỹ thuật Đỗ Hoàng Tiến – Vũ Đức Lý (2001), Truyền hình số, NXB Khoa học kỹ thuật Namho Hur, Gwangsoon Lee, Woongshik You,Jinhwan Lee, and Chunghyun Ahn (2004), An HDTV-Compatible 3DTV Broadcasting System, ETRI Journal, Volume 26, Number 2, April 2004 Daniel Minoli (2010), 3DTV Content capture, Encoding, and Transmission – Building the transport infrastructure for commercial services,A Jonh Wiley&Son, Inc, Publication Ericsson (2011), Deploying 3DTV in 2011, Ericsson DVB (2011), Digital Video Broadcasting (DVB);Frame Compatible PlanoStereoscopic 3DTV (DVB-3DTV), DVB 10 Vetro, A.; Tourapis, A.M.; Muller, K.; Chen, T., (2011), 3D-TV Content Storage and Transmission, MITSUBISHI ELECTRIC RESEARCH LABORATORIES 11 DVB (2012), Digital Video Broadcasting (DVB);Frame Compatible Planostereoscopic 3DTV, ETSI 161 ... truyền hình 3D mạng phát sóng truyền hình Đài Truyền hình Việt Nam - Đưa mơ hình phát sóng truyền hình 3D mạng phát sóng 12 truyền hình Đài Truyền hình Việt Nam Đối tượng nghiên cứu - Các cơng nghệ. .. cơng nghệ truyền hình 3D có tiềm phát triển đưa khuyến nghị lựa chọn cho Đài Truyền hình Việt Nam - Nghiên cứu trạng mạng phát sóng truyền hình Đài Truyền hình Việt Nam, từ đưa khả phát sóng truyền. .. truyền hình Việt Nam Nghiên cứu cơng nghệ truyền hình 3D phát triển giới, từ đề xuất hướng ứng dụng phát sóng truyền hình 3D vào trường hợp cụ thể mạng phát sóng truyền hình Việt Nam 13 Chương