Với sự ưu việt của truyền hình số so với truyền hình analog, việc số hĩa lĩnh vực truyền hình là một điều tất yếu. Tuy nhiên số hĩa tồn bộ hệ thống truyền hình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số từ camera truyền hình, máy phát, kênh truyền đến máy thu hình. Trong thực tế số hĩa hồn tồn cả hệ thống truyền hình là một điều hết sức khĩ khăn và tốn kém vì truyền hình tương tự cịn rất phổ biến, đồng thời phương tiện kỹ thuật, trang thiết bị cịn rất mới mẽ và đắt tiền, nên người ta chỉ thực hiện số hĩa từng phần. Việc số hĩa hệ thống truyền hình hiện nay được thực hiện chủ yếu ở phía đài phát, cịn ở phía đầu thu thì sử dụng set-top-box kết nối với máy thu hình (tivi) analog (hiện số lượng cịn sử dụng rất lớn) để xem chương trình truyền hình số.
1.1.2 Sơ đồ của hệ thống truyền hình số
Tín hiệu audio-video sau khi đưa qua hệ thống audio-video (nén và mã hĩa) cùng với các dịng dữ liệu (dữ liệu phụ và dữ liệu điều kiển) được đưa vào hệ thống ghép kênh tạo ra một dịng số duy nhất. Sau đĩ dịng dữ liệu này được đưa vào bộ mã hĩa kênh (nếu cĩ) rồi tiếp tục đưa đến bộ điều chế (tùy vào mơi trường truyền mà chọn cách điều chế cho phù hợp). Sau đĩ tín hiệu được đưa đến hệ thống phát (để đưa tín hiệu đến máy thu). Tín hiệu qua mơi trường truyền và hệ thống thu được đưa đến máy thu (tivi) để tái tạo lại âm thanh, hình ảnh.
Hình 3.1: Sơ đồ hệ thống truyền hình số
1.2 Tín hiệu video số
1.2.1 Khái quát về video
Hình ảnh là tập hợp các màu sắc, hình dạng, kích thước, … của tất cả các vật xung quanh mà mắt người cảm nhận được. Thực chất của quá trình nhìn thấy được màu sắc của mắt người là sự tác động của các bức xạ điện từ cĩ bước sĩng nằm trong vùng khả kiến (từ 400 nm đến 700 nm) tác động mạnh đến các tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt. Cĩ 3 loại tế bào cảm thụ ánh sáng trong mắt người (tế bào cảm giác màu đỏ, màu lục và màu lam), cảm nhận 3 vùng quang phổ khác nhau (tức ba màu đỏ, lục và lam). Sự kết hợp cùng lúc 3 tín hiệu từ 3 loại tế bào này tạo nên những cảm giác màu sắc phong phú.
Video là sự biểu diễn điện tử của một chuỗi các ảnh liên tiếp. Những ảnh này là những ảnh tĩnh và được gọi là các frame. Chuỗi các frame xuất hiện với tốc độ rất nhanh sẽ cho ta cảm giác chuyển động liên tục (tối thiểu là 25 frame/giây). Mặc dù mỗi frame cĩ sự khác nhau, cần thiết phải cĩ tốc độ frame cao để đạt được cảm giác chuyển động thực sự. Tốc độ frame và độ phân giải của mỗi frame là các nhân tố quan trọng ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng video. Trong truyền hình thơng thường độ phân giải của truyền hình là 720x576 và tốc độ frame là 25 hoặc 30 Hz. Quá trình camera ghi hình là quá trình chuyển ánh sáng thành tín hiệu điện.
1.2.2 Ghi và lưu trữ video analog
Việc ghi video analog được thực hiện nhờ máy camera analog. Tín hiệu ánh sáng của hình ảnh được camera thu nhận và chuyển thành tín hiệu điện và tín hiệu
Video Audio Hệ thống video Hệ thống audio Nén và mã hố tín hiệu video Nén và mã hố tín hiệu audio Hệ thống Ghép kênh Mã hố kênh Điều chế Hệ thống phát Hệ thống thu Mơi trường truyền Dữ liệu phụ
Dữ liệu điều kiển
điện này được chuyển thành tín hiệu từ để ghi lên các băng từ định dạng analog gồm VHS, super VHS, v.v… Với định dạng analog, hình ảnh và tiếng được ghi trực tiếp lên một băng từ, các băng từ này cĩ kích thước khác nhau tùy theo từng định dạng cụ thể. Chất lượng video analog dĩ nhiên thường kém hơn so với chất lượng video kĩ thuật số. Các băng từ này cĩ thể được chuyển sang các định dạng analog khác, sao chép hoặc xem trược tiếp từ máy quay kết nối với một chiếc tivi.
1.2.3 Tín hiệu video số
Tín hiệu video số cĩ được chủ yếu là nhờ chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu số nhờ bộ chuyển đổi ADC (Analog Digital Conversion). Biến đổi tín hiệu video tương tự thành video số là biến đổi thuận, cịn biến đổi tín hiệu video số thành tương tự là biến đổi ngược. Trong hệ thống truyền hình số cĩ nhiều bộ biến đổi thuận và ngược. Khi biến đổi tín hiệu video màu tương tự thành tín hiệu video màu số ta cĩ thể dùng 2 phương pháp sau:
Phương pháp 1: Biến đổi trực tiếp tín hiệu màu tổng hợp NTSC, PAL,
SECAM, sản phẩm của phương pháp này ta được tín hiệu video số tổng hợp.
Hình 3.2: Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp
Phương pháp 2: Biến đổi riêng từng tín hiệu thành phần (tín hiệu chĩi Y, tín
hiệu R-Y và B-Y hoặc các tín hiệu màu cơ bản R, G, B) sản phẩm của phương pháp này ta được tín hiệu video số thành phần.
Hình 3.3: Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần
Đồng bộ Lọc thơng
thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hố Tín hiệu video tổng hợp digital Tín hiệu video
tổng hợp analog
Lọc thơng
thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hố
Đồng bộ Tín hiệu video thành phần analog Tín hiệu video thành phần digital EB - EY EB - EY Lọc thơng
thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hố
ER - EY ER - EY
Lọc thơng
thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hố
Phương pháp biến đổi riêng các tín hiệu thành phần (của tín hiệu màu) thành tín hiệu số sẽ làm tốc độ bit tăng cao hơn so với việc biến đổi tín hiệu màu video tổng hợp. Cách này cĩ ưu điểm là khơng phụ thuộc các hệ thống truyền hình tương tự, thuận tiện cho việc trao đổi các chương trình truyền hình. Cũng cĩ thể giảm tốc độ bit nếu sử dụng mã thích hợp. Do mã riêng các thành phần tín hiệu màu, nên cĩ thể khử được nhiễu qua lại (nhiễu của tín hiệu lấy mẫu với các hài của dải tần màu).
Vì những nguyên nhân trên cho nên cách biến đổi số các tín hiệu thành phần ưu việt hơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp. Do đĩ, tổ chức truyền thanh truyền hình quốc tế khuyến cáo nên dùng loại này cho trung tâm truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sĩng và ghi hình. Việc chuyển đổi từ tín hiệu analog sang tín hiệu số của bộ chuyển đổi ADC cần chú ý các vấn đề sau đây: