I Chi đỉnh ưu tiéĩi truyendẫn 13 Chi mục gặi PES ( p&eket indeniiíier)
CHƯƠNG IV: CÁC HỆ THỐNG HDT
•
4.1. Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu)
Năm 1986, CCIR thành lập 1 tiểu ban kĩ thuật chuyên nghiên cứu về HDTV. Tiểu ban kĩ thuật có đề án với tên là EƯREKA’95 project. Chiến lược của tiểu ban là tiêu chuẩn HDTV ở studio, bao gồm một họ truyền hình HDTV cho studio (phòng thu):
- Mức cao: HDTV 1250/50/1: l.Tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 144 MHz (a). - Mức trung bình HDTV 1250/50/1: l.Tần số lấy mẫu là 72 MHz (b).
Phưomg pháp lấy mẫu: QUIẩ cuẩ X.
Tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở của tiêu chuẩn a và sử dụng mạch lọc chép (diagonal filter).
- Mức thấp HDTV 1250/50/2:1. Tần số lấy mẫu kênh chói là 72 MHz (c). Đây là tiêu chuẩn quét xen kẽ (2:1).
Các tiêu chuẩn a, b sử dụng quét liên tục (1:1).
Khi đi từ tiêu chuẩn mức thấp (ví dụ c) sang mức cao hơn (tiêu chuẩn b,a) trong họ HDTV ở studio, ta sẽ được chất lượng hình ảnh cao hơn và tất nhiên giá thành cũng cao hơn.
ẩ hiều hãng tham gia vào chương trình EUREKA’95 và đã sản xuất nhiều loại thiết bị HDTV. Tháng 9 năm 1998 và 9 năm 1989 có các hội nghị và triển lãm IBC (International Broadcasting Convension) về vấn đề HDTV ở Brington (Anh). IBC’92 được tổ chức tại Amstecdam (Hà Lan). Đó là mốc đánh đấu về sự phát triển cao của HDTV. HDTV đã bắt đầu đi vào cuộc sống của con người và sự phong phú trong việc ứng dụng HDTV vào nhiều lĩnh vực khoa học, công nghiệp.
Tại IBC’88 đã trưng bày các thiết bị hoàn chỉnh cho studio theo tiêu chuẩn mức thấp (c) như: máy ghi hình, VTR tương tự, camera, bàn trộn hình, telecine... Camera HDTV đầu tiên theo tiêu chuẩn mức trung (b) do hãng Thomson sản xuất. Camera này (dùng lọc chéo) và monitor được trưng bày ở IBC’88. Tại IBC’89, chương trình EUREKA’95, trưng bày thiết bị chuyển đổi tiêu chuẩn HDTV với tín hiệu đồng bộ HDTV gồm 3 mức (dương, 0, âm).
Các tổ chức EBU, SMPTE, EUREKA’95 và CCIR đã tập trung nghiên cứu và giải quyết nhiều vấn đề về hệ thống HDTV:
- Mã độ chói cố định.
- Định lý gamma và nâng cao biên độ ở tần số cao (pre-emphasis). - Màu sơ cấp.
- Sự tương họp hệ MAC/packet với máy thu hình thông thường (nghiên cứu HDTV thông qua HDMAC).
Đầu tiên, các thông số trên được tối ưu hóa riêng biệt, sau đó được thử nghiệm và cuối cùng các thông số mới được khẳng định thực sự.
4.1.1. Mã độ chói cố định
Tất cả những gì gọi là “độ phân giải cao” (high definition) đều chứa trong kênh chói, và vì vậy để có hiệu quả càn nén băng tần tín hiệu màu với hết khả năng có thể (không chứa đựng thông tin chói). Độ nét của ảnh (xem ở phía máy thu) cũng được nâng cao. ẩ ếu so sánh với các mã thông thường (hệ truyền hình thông thường), thì các thành phần màu không chứa một thông tin chói nào, nếu hệ thống ít nhạy với can nhiễu trong kênh màu. Điều này có tàm quan trọng đặc biệt cho việc truyền dẫn cũng như xử lý ở studio vì các thành phần màu được nén thời gian và đối với FM, công suất nhiễu tỉ lệ thuận với công suất thành phần tín hiệu nén.
Việc xử lý tuyến tính các chuỗi con trong kênh chói là hoàn toàn được (giống như mã theo khối).
Khi lọc tín hiệu đã sửa gamma (có thảnh phần tần số cao), sẽ xuất hiện dịch thành phần một chiều và kết quả sẽ làm độ chói trung bình sáng hơn hoặc tối hơn. Hơn nữa hiện tượng ảnh hưởng qua lại của các thành phần tín hiệu (alias) có thể xuất hiện khi xử lý tín hiệu tuyến tính.
ẩ ếu độ chói cố định (độ chói thật), thì việc tách đường biên (edgedetection) trên ảnh sẽ chính xác hơn. Do đó nguyên tắc độ chói cố định có tàm quan trọng đặc biệt.
4.1.2. Nâng cao biên độ ở tần số cao (preemphasis)
Định lý gamma có dạng sau đây:
1 —Ỹ?
o
với Y=Yo...l (*)
Để khử độ méo phi tuyến của màn hình CTR, thuờng sử dụng giá trị gamma = 0,45 cho camera. Ở máy thu, tín hiệu được giảm biên độ ở tần số cao (deemphasis), là quá trình ngược lại của quá trình preemphasis ở camera. Quá rình preemphasis sử dụng giá trị gamma thấp horn (gamma = 0,33) sẽ làm cho việc tiếp nhận độ sáng của mắt thích họp hơn và biểu diễn nhiễu của hệ thống truyền dẫn tốt hơn. Tuy nhiên, việc biểu diễn nhiễu như vậy của camera thì lại quá thấp.
Trong một hệ thống tương họp tuyến tính, tại phía thu, mức gamma thấp sẽ gây ra nhiều vấn đề, như các điểm ảnh màu đen sẽ trở nên xám. Vì vậy gamma = 0,45 là thích họp nhất đối với HDTV. Giá trị độ chói cực tiểu nên thấp (như Yo= 0,01) để nhận được phạm vi độ chói khoảng 100.
4.1.3. Lựa chọn các màu sơ cấp
Có rất nhiều lý do để cho tập các màu sơ cấp của hệ HDTV mới phải khác so với các tập màu sơ cấp dùng trong các hệ truyền hình thông thường PAL, SECAM (EBU) và ẩ TSC (FCC):
- Các tam giác màu của EBU, FCC và SMPTE không bao trùm hết toàn bộ gam màu thực.
- Các màu sơ cấp thông thường không bao trùm hết toàn bộ dải các màu sơ cấp có thể khôi phục được (ví dụ laser) và dải các màu sơ cấp của HDTV.
- Hiện nay, ma trận ở camera làm hẹp tam giác màu và gây méo tông màu (hue error) đối với các màu nằm giữa tam giác màu cho ống phát hình (display).
- Với các màu sơ cấp thông thường, thì việc chuyển từ video sang phim sẽ bị hạn chế về chất lượng.
- Vẽ bằng máy tính càng ngày càng trở nên quan trọng và các màu bão hòa có thể được dùng cho việc vẽ bằng máy tính như là một phương tiện nghệ thuật.
- Với mã độ chói cố định trong hệ DHMAC, méo màu có thể tối thiểu hóa trong tín hiệu HDMAC nếu sử dụng tam giác màu rộng hom.
Việc thay đổi tập các màu sơ cấp chỉ có thể thực hiện được khi gắn chặt YỚi mã độ chói, nếu không thì nhiễu sẽ có ảnh hưởng lớn.
Sau đây là tập mới các màu sơ cấp cho HDTV và các nguyên tắc: 1 : Vị trí các màu thực càng rộng càng tốt.
2 : ẩ ghiên cứu biểu diễn màu trực tiếp của các nguồn màu EBU (Rec.3 l/EBU) cho camera màu.
3 : Cải biên định lý khuếch đại thành phàn Cl, C2 của mã cho phát sóng nhằm cải thiện việc biểu diễn màu trên một máy thu thông thường.
4 : Chọn cách biểu diễn tỉ số tín hiệu trên nhiễu sẩ R ở studio.
4.2. HDTV có băng tần rộng (W-HDTV)
Do tiến bộ của kĩ thuật số, sự phát triển của bộ biến đổi quang-điện và bộ biến đổi điện- quang (camera và máy thu hình) với độ phân giải cao nên xuất hiện các hệ thống HDTV số băng rộng thế hệ thứ 2. Các hệ thống này cho chất lượng hình ảnh cao, nhiều âm thanh (số) đi kèm và tín hiệu teletekst có độ phân giải cao.
4.2.1. Hệ thống W-HDTVsố
Tín hiệu video số là thành phàn chính của tín hiệu HDTV hoàn chỉnh, ẩ guyên lý mã hóa, điều chế và các thông số truyền dẫn phải bảo đảm chất lượng thông tin tốt nhất. Cùng với sự tiến bộ về kỹ thuật giảm tốc độ bit (như mã DCT-discrete cosine transform) và mã hóa dưới băng tần (tiểu mã hóa), tốc độ bit tín hiệu HDTV ở studio 1 Gbit/s có thể giảm xuống dưới 125Mbit/s mà không làm giảm chất lượng ảnh (đánh giá chủ quan).
Cùng với hình ảnh HDTV, âm thanh phải đạt chất lượng cao như compact disc CD (DAB-Digital Audio Broadcasting) để tương xứng với chất lượng hình ảnh. Âm thanh trong W-HDTV có nhiều kênh, tạo cho người nghe có ấn tượng không gian thực (mono, stereo, âm thanh tròn ambio). Dừng kỹ thuật điều chế như đối với DAB, có thể truyền 8 kênh âm thanh với tốc độ lOOKbiƯs (chất lượng ngang với CD-compact disc).
HDTV số có chất lượng như ở studio cho phép truyền đồng thời teletekst có chất lượng nâng cao và dung lượng tin tức lớn.
4.2.2 Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV
Vấn đề truyền - phát sóng tín hiệu W-HDTV có liên quan đến 4 nguyên tắc chính sau đây:
- Trong băng tần cơ bản, ghép kênh số liệu không có lỗi, không phải sửa ở phía thu (nhờ sử dụng các thuật toán mã kênh và mã nguồn).
- Có phổ tần tối thiểu.
- Sử dụng công suất phát tối thiểu.
- Có thể truyền nhiều thông tin khác trong băng tần hoặc các băng tần lân cận. Các phương pháp điều chế và mã kênh cho phép sử dụng công suất phát từ vệ
tinh tương đối nhỏ ở dải tần 20GHz. Kỹ thuật số-truyền phát sóng là chìa khóa để sử dụng nhiều lần cùng tải tần với phân cực trực giao, nhằm tận dụng băng tần có hiệu quả. Ta có thể rút ra kết luận là kế hoạch phân chia tần số cho W-HDTV thích họp với số lượng tối thiểu về các điều kiện, có khả năng điều tiết mềm hệ thống và lựa chọn các thông số phát sóng cho từng vùng địa lý.
Đe có thể truyền tín hiệu W-HDTV qua mạng cáp đồng trục, cần sử dụng kỹ thuật điều chế có khả năng biến đổi tốc độ thông tin 140MbiƯs (kênh có độ rộng 24 MHz) sang băng UHF (đảm bảo tương họp với hệ thống ISDẩ ). vấn đề tương họp với các hệ thống khác hiện còn đang tiếp tục nghiên cứu. Tuy nhiên các hệ thống HDTV số có thể cùng tồn tại trong băng tàn riêng hoặc lân cận 1 cách dễ dàng hơn là trường họp các hệ thống HDTV tương tự
Dải tàn 12 GHz (Ku) không thích họp cho việc phát sóng tín hiệu W-HDTV qua vệ tinh. Dải tần Ku chỉ thích họp cho tín hiệu MUSE và HDMAC băng hẹp. Kế hoạch EBU cho thấy rằng toàn bộ độ rộng băng tàn 600MHz là cần thiết để truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV số. Đối với kênh có độ rộng 100MHz (tia thông tin 140MbiƯs) có thể phát 6 chương trình qua vệ tinh cho vùng địa lý thích họp. Sự phát triển của kỹ thuật nén số liệu hình ảnh (đảm bảo chất lượng ảnh như ở studio) sẽ cho phép tăng số lượng các chương trình truyền hình.