Nghiên cứu về truyền hình độ phân giải cao HDTV

TRNG I HC VINH KHOA IN T VIN THễNG ===== ===== đồ án tốt nghiệp đại học Đề tà i: Nghiên cứu về truyền hình độ phân giải cao HDTV Ngi hng dõn : ThS. Nguyễn anh quỳnh Sinh viờn thc hiờn : nguyễn tuấn vũ Lp : 49K - ĐTVT Mó s sinh viờn : 0851085153 NGHỆ AN - 01/2013 2 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH --------------------------- BẢN NHẬN XÉT ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên: Nguyễn Tuấn Vũ Số hiệu sinh viên: 0851085153 Ngành: Điện tử - Viễn thông Khoá: 49 Giảng viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Anh Quỳnh Cán bộ phản biện: 1. Nội dung thiết kế tốt nghiệp: . . . . . . 2. Nhận xét của cán bộ phản biện: . . . . . . . . . . . Ngày tháng năm Cán bộ phản biện (Ký, ghi rõ họ và tên) MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU .I VINH, THÁNG 1 NĂM 2013 I SINH VIÊN I NGUYỄN TUẤN VŨ I TÓM TẮT ĐỒ ÁN II DANH MỤC HÌNH VẼ III DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .V CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ .1 1.1. Đặc điểm của truyền hình số .1 1.2. Các phương thức truyền dẫn truyền hình số .4 1.3. Các hệ tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt đất .5 1.3.1. Giới thiệu chung 3 chuẩn .5 1.3.2. So sánh điểm ưu việt ATSC và DVB- T 6 1.4. Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của các nước .7 1.4.1. Các nước trên thế giới 7 1.4.2 .Tại Việt Nam .8 1.4.2.1. Dự kiến lộ trình đổi mới công nghệ ở Việt Nam .8 1.4.2.2. Thông tin về kết quả nghiên cứu thử nghiệm tại Việt Nam .9 1.5. Cơ sở truyền hình số 9 1.6. Số hóa tín hiệu truyền hình .11 1.7. Biến đổi tương tự sang số .12 1.8. Biến đổi số sang tương tự .13 1.9. Nén tín hiệu truyền hình .13 1.10. Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số .15 1.11. Hệ thống truyền tải .20 1.12. Kết luận chương 1 20 .20 CHƯƠNG 2. TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO HDTV .21 2.1. Giới thiệu về HDTV .21 2.2. Tỷ lệ ảnh .22 2.2.1 Ảnh và tỷ lệ ảnh .22 2.2.2. Giới thiệu mảng pixel .23 2.3. Các định dạng ảnh của HDTV 23 2.3.1. So sánh tỉ số màn ảnh .24 2.3.2. Quét trong HDTV .25 2.4. Biến đổi định dạng video .27 2.4.1. Định dạng quét 27 2.4.2. Biến đổi tỉ lệ khuôn hình 28 2.4.2.1. Có thể biến đổi tỉ lệ khuôn hình 4:3 thành 16: 9 bằng 2 phương pháp với 2 kết quả khác nhau 28 2.4.2.2. Hai phương pháp biến đổi khuôn hình 16: 9 thành 4: 3 29 2.5. Nhận xét 30 2.6. Kết luận chương 2 .32 CHƯƠNG 3. TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU HDTV .33 3.1. Những yêu cầu cơ bản cho tiêu chuẩn HDTV ở Studio 33 3.1.1. Hệ thống HDTV lý tưởng 33 3.1.2. Tần số mành và tần số ảnh 34 3.1.3. Quét xen kẽ hay liên tục? 34 3.1.4. Tương hợp với hệ truyền hình số 4:2:2 34 3.2. Truyền và phát sóng các tín hiệu HDTV 35 3.2.1. Truyền và phát sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh .36 3.2.2. Kỹ thuật ‘siêu lấy mẫu’ SNS .36 3.2.3. Các hệ thống số hoàn thiện DATV (hệ MUSE) 37 3.2.4. Hệ HD- MAC 37 3.2.5. Vệ tinh Vinasat 1 .38 3.3. Các thông số cơ bản của HDTV .40 3.3.1. Phương pháp hiển thị và xen hình .40 3.3.1.1. Khoảng cách giữa người xem và màn hình .40 3.3.1.2. Kích thước màn hình .41 3.3.1.3. Độ sáng cực đại của ảnh 41 3.3.2. Các thông số cơ bản của HDTV ở STUDIO .41 3.3.2.1. Số dòng quét .41 3.3.2.2. Số mành trong một giây .41 3.2.2.3. Quét xen kẽ 42 3.2.2.4. Biến đổi quang điện có độ phân giải cao .42 3.3.3. Chiến lược phát triển HDTV 42 3.3.3.1. Chiến lược và phương pháp .44 3.3.3.2 Điều hòa các tiêu chuẩn phát sóng và không phát sóng .44 3.3.3.3. Tiêu chuẩn sản xuất 44 3.4. Các thiết bị hiển thị 45 3.4.1. Màn hình LCD 45 3.4.2. Màn hình Plasma 47 3.4.3. Màn hình LED .48 3.4.4. Màn hình Laser .49 3.5. Kết luận chương 3 .49 CHUƠNG 4. CÁC HỆ THỐNG HDTV VÀ TÌNH HÌNH HDTV TẠI VIỆT NAM .50 4.1. Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu) 50 4.1.1. Mã độ chói cố định .51 4.1.2. Nâng cao biên độ ở tần số cao (preemphasis) 52 4.1.3. Lựa chọn các màu sơ cấp .52 4.2. Máy thu tín hiệu HDTV 53 4.2.1. Máy thu tín hiệu MUSE .53 4.2.2. Máy thu tín hiệu HDMAC .54 4.2.2.1. Tín hiệu video HDMAC 55 4.2.2.2. Ghép kênh thời gian và truyền số liệu .55 5 4.2.2.3. Mã hóa HDMAC BR và tạo tín hiệu DATV .57 4.2.2.4. Âm thanh và các thông tin khác .58 4.2.2.5. Các thông số điều chế 58 4.3. Generator đồng bộ 59 4.3.1. Nguyên lý hoạt động của generator 59 4.3.2. Phần số của generator .61 4.3.3. Phần tương tự của generator .61 4.4. HDTV có băng tần rộng (W-HDTV) .62 4.4.1. Hệ thống W-HDTV số .62 4.4.2. Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV .62 4.5. Tình hình HDTV tại Việt Nam 63 4.5.1. Tại Thành Phố HCM 63 4.5.2. Tại Hà Nội và trên cả nước 64 4.5.3 Giải pháp phát triển HDTV .65 4.6. Kết luận chương 4 .65 KẾT LUẬN CHUNG .66 TÀI LIỆU THAM KHẢO .67 6 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay khi nền kinh tế phát triển đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu về chất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn. Cùng với đó là sự phát triển vượt bậc về khoa học kỹ thuật và công nghệ. Lĩnh vực truyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt, phong phú và đa dạng hơn. Truyền hình analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinh DTH .phát triển mạnh cả về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố và cạnh tranh lẫn nhau. Tuy vậy, có một thực tế là, các nhà sản xuất truyền hình ở Việt Nam vẫn đang phát sóng chương trình trên hệ analog và digital cho nên người dân vẫn đang phải tiếp nhận những chương trình truyền hình chưa được như mong muốn, kể cả các gia đình đã sắm cho mình những loại tivi LCD Full HD cỡ lớn. Sự kiện vệ tinh VINASAT-1, vệ tinh viễn thông đầu tiên của Việt Nam bay vào quỹ đạo đã mở ra một kỷ nguyên mới cho lĩnh vực Thông tin - Truyền thông nói chung, lĩnh vực truyền hình nói riêng. 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 chiều dọc (720 x 576) trong khi đó, truyền hình HDTV có số lượng điểm ảnh lên đến 1920 x1080, 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. Xuất phát từ thực tế đó, em đã tiến hành xây dựng đồ án tốt nghiệp với đề tài về HDTV. Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo ThS. Nguyễn Anh Quỳnh đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt đồ án của mình. Vinh, tháng 1 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Tuấn Vũ i TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trên cơ sở nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao, kết hợp với những nhu cầu thực tế về một hệ thống truyền hình độ phân giải cao tại Việt Nam cũng như trên thế giới, được sự gúp đỡ của thầy giáo: ThS. Nguyễn Anh Quỳnh, Khoa Điện Tử Viễn Thông, Trường Đại học Vinh. Em đã nghiên cứu đề tài này: Đề tài “Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV” được trình bày thành 4 phần như sau : Chương I: Giới thiệu chung về truyền hình số. Chương II: Truyền hình độ phân giải cao HDTV. Chương III: Truyền dẫn tín hiệu HDTV. Chương IV: Các hệ thống HDTV và tình hình HDTV tại Việt Nam. ABSTRACK On the basis of High – Definition- Television research, combined with the practical needs of a High - Definition- Television system in Viet Nam as well as in the world. Is the help of teacher: Nguyen Anh Quynh MA, Faculty of Electronics and Telecommunications, University of Vinh. I have researched this topic: “Research on high-definition- television HDTV” is presented in four parts as follows: Chapter I: Introduction to digital Television. Chapter II: High Definition Television HDTV. Chapter III: Tranmission HDTV in Viet Nam situation. Chapter IV: The HDTV systems and Viet Nam situation. ii DANH MỤC HÌNH VẼ HÌNH 1.1. KHẢ NĂNG CHỐNG LẠI CAN NHIỄU CỦA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ CÙNG KÊNH .1 HÌNH 1.2. KHẢ NĂNG CHỐNG LẠI CAN NHIỄU CỦA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ KÊNH LÂN CẬN .2 HÌNH 1.3. SO SÁNH CHẤT LƯỢNG TÍN HIỆU SỐ VÀ TƯƠNG TỰ 3 HÌNH 1.4. SO SÁNH PHỔ TÍN HIỆU TƯƠNG TỰ VÀ TÍN HIỆU SỐ .4 HÌNH 1.5. PHẦN TRĂM SỐ NƯỚC LỰA CHỌN TIÊU CHUẨN 8 HÌNH 1.6. SƠ ĐỒ TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ PHÂN PHỐI CHO TRUYỀN HÌNH SỐ .11 HÌNH 1.7. SƠ ĐỒ KHỐI MẠCH BIẾN ĐỔI VIDEO SỐ SANG TƯƠNG TỰ 13 HÌNH 1.8. TẬP HỢP CÁC KỸ THUẬT GIẢM DỮ LIỆU ĐỂ TẠO CÁC ĐỊNH DẠNG NÉN JPEG, MJPEG, MPEG .14 HÌNH 1.9. MÃ HÓA, GIẢI MÃ DPCM 15 HÌNH 1.10. CẤU TRÚC MPEG- 2 PHÂN LỚP .16 HÌNH 1.11. DÒNG CÁC HÌNH PS 17 HÌNH 1.12. ĐỊNH DẠNG DÒNG TRUYỀN TẢI MPEG-2 18 HÌNH 1.13. DÒNG TRUYỀN TẢI TS 19 HÌNH 1.14. GHÉP KÊNH DÒNG BIT TRUYỀN TẢI CẤP HỆ THỐNG 19 HÌNH 2.1. TỶ LỆ HÌNH ẢNH TRONG TRUYỀN HÌNH. TỶ LỆ VIẾT THEO QUY ƯỚC RỘNG:CAO 22 HÌNH 2.2. GIỚI THIỆU ĐỊNH DẠNG VIDEO 23 HÌNH 2.3. ĐIỂM ẢNH CỦA MỘT SỐ TIÊU CHUẨN QUY ƯỚC QUÉT THỨ TỰ TRÁI SANG PHẢI, SAU ĐÓ ĐẦU TRANG TỚI CUỐI CÙNG, ĐÁNH SỐ VÀ CÁC HÀNG CỘT TỪ (0,0) Ở PHÍA TRÊN BÊN TRÁI .23 HÌNH 2.4. SO SÁNH TỈ SỐ MÀN ẢNH GIỮA TIVI THƯỜNG VÀ HDTV 24 HÌNH 2.5. 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 QUÉT XEN KẼ ‘INTERLACED’ HOẶC QUÉT LIÊN TỤC ‘PROGRESSIVE’) 25 BẢNG 2.1. TỔNG HỢP SỐ DÒNG QUÉT HDTV CHO HỆ THỐNG 720P, 1080I VÀ 1080P 26 HÌNH 2.6. PHƯƠNG PHÁP 1 CẮT THEO CHIỀU ĐỨNG: ẢNH GỐC 4:3 CẤY VÀO ĐỊNH DẠNG 16:9 .28 HÌNH 2.7. PHƯƠNG PHÁP 2 BẢNG BIÊN: ẢNH 4:3 CẤY VÀO ĐỊNH DẠNG 16:9 .29 HÌNH 2.8. GIẢI PHÁP 1 CỦA SỔ TRUNG TÂM: CẮT ẢNH 16:9 Ở BÊN THÀNH ẢNH 4:3 30 HÌNH 2.9. PHƯƠNG PHÁP 2 LETTERBOX: ẢNH GỐC 16:9 CẤY VÀO ĐỊNH DẠNG 4:3 .30 HÌNH 2.10. TẦN SỐ LẤY MẪU SDTV WIDESCREEN SỬ DỤNG LÀ 13.5 MHZ, THỰC TẾ SỐ MẪU ĐƯỢC LẤY DÃN 4/3 SO VỚI ĐỊNH DẠNG CHUẨN 4:3 .31 HÌNH 3.1.VỆ TINH VINASAT 1 .38 HÌNH 3.2. SƠ ĐỒ TỔNG THỂ CỦA TRẠM THU PHÁT VỆ TINH 39 HÌNH 3.3. BỐ TRÍ ĐIỂM ẢNH CHO MÀN HÌNH 45 HÌNH 3.4. CÁC LỚP CẤU TẠO MÀN HÌNH LCD .45 HÌNH 3.5. CẤU TẠO ĐIỂM ẢNH MÀN HÌNH PLASMA .47 HÌNH 3.6. CẤU TẠO ĐIỂM ẢNH MÀN HÌNH LED 48 iii iv . ĐỒ ÁN Trên cơ sở nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao, kết hợp với những nhu cầu thực tế về một hệ thống truyền hình độ phân giải cao tại Việt Nam cũng. đã nghiên cứu đề tài này: Đề tài Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao HDTV được trình bày thành 4 phần như sau : Chương I: Giới thiệu chung về truyền