7. Kết cấu đề tài
1.4. Truyền hình Kỹthuật số
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin, mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước (Wayne Heads, Digitalisation, tr.175).
So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp,tín hiệu số đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự lọc là một bộ ví dụ cụ thể. Mặc dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển của công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằm đạt được một hệ thống nhất chung đó là hệ thống truyền hình hoàn toàn bằng kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công nghiệp truyền hình.
Đặc điểm Truyền hình Kỹ thuật số
Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, SECAM, PAL đều là các hệ thống truyền hình tương tự. Tính hiệu truyền hình tương tự là hàm liên tục theo thời gian và từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đệu chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh. Để khắc phục những hiện tượng đó, người ta mã hóa tín hiệu truyền hình ở dạng số để xử lý. Do đó hệ thống truyền hình số có những ưu điểm sau:
-Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỷ số S/N (tỷ số tín hiệu/tạp âm)không giảm. Trong truyền hình tương tự thì việc này gây ra méo tích lũy (mỗi khâu xử lý đều gây méo);
-Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm;
-Có khả năng lưu trữ tín hiệu số trong các bộ nhớ đơn giản và sau đó đọc nó với tốc độ tùy ý;
-Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi, chống lỗi, bảo vệ…);
-Khả năng thu di động tốt, người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được các chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler;
-Dễ tạo dạng, lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình;
-Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường.Trong hệ thống truyền hình tương tự, thường xảy ra hiện tượng bóng ma do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá;
-Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỷ lện én có thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng. Từ đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng;
-Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giũa điểm và điểm. Do sự phát triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa dạng vàn gày càng mở rộng;
-Bảo toàn chất lượng: chất lượng của tín hiệu số và tín hiệu tương tự trong quá trình truyền từ máy phát đến máy thu được thể hiện như hình
Truyền hình số cũng có một vài nhược điểm đáng quan tâm như:
- Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.
- Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số-tương tự).
Các phƣơng thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số
Truyền hình số vệ tinh
Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát sóng mặt đất) đặc trưng bởi băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuếch đại công suất của Transponder làm việc gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến. Truyề nhình số vệ tinh có những đặc điểm như sau:
-Cự ly liên lạc lớn: một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất xa, như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm-điểm.
-Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật, vì môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất. Truyền hình vệ tinh có thể thực hiện qua đại dương, rừng rậm, núi cao cũng như ở các địa cực. -Việc thiết lập đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thu thập tin tức, một công việc đòi hỏi thời gian thiết lập nhanh chóng.
-Vệ tinh cũng sử dụng cho các hệ thống điểm-đa điểm. Với một vệ tinh, có thể đặt vô số trạm thu trên mặt đất, rất thuận lợi cho hệ thống CATV cũng như cho dịch vụ truyền hình trực tiếp đến tận từng gia đình DTN. Ngoài ra, truyền hình vệ tinh còn có khả năng phân phối chương trình với các hệ thống liên kết khác.
-Công suất trên vệ tinh là hữu hạn, đồng thờ cự ly thông tin lớn nên suy giảm đường truyền rất lớn;
-Dễ bị ảnh hưởng của mưa, nhất là băng tần Ku; -Tỷ số SNR thấp (10Db hoặc ít hơn);
-Hiệu suất sử dụng băng thông không cao so với các phương pháp khác. Truyền hình số cáp
Điều kiện truyền các tín hiệu số trong mạng cáp tương đối dễ hơn, vì các kênh là tuyến tính với tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm (C/N) tương đối lớn. Tuy nhiên, độ rộng băng tần kênh bị hạn chế (8MHZ). Đòi hỏi phải dùng các phương pháp điều chế số có hiệu quả cao hơn so với truyền hình số qua vệ tinh. Truyền hình cáp có những ưu điểm như:
- Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp, đảm bảo chất lượng cho tín hiệu; -Không bị ảnh hưởng của thời tiết do có khả năng cách ly và chỗng nhiễu tốt của cáp;
-Không chiếm dụng phổ tần số vô tuyến;
-Không gây can nhiễu cho các trạm phát sóng nghiệp vụ khác do tín hiệu truyền trên sợi cáp được cách ly và chỗng nhiễu tốt;
-Có khả năng cung cấp tốt dịch vụ truyền hình số và các dịch vụ hai chiều khác: dải thông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyên sẽ cho phép không chỉ cung cấp các dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương trình truyền hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông hai chiều, truy cập Internet, truyền số liệu tốc độ cao;
-Có thể sử dụng các kênh kế nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi mà không xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh.
Phương thức này cũng còn một số nhược điểm như:
-Chất lượng hình ảnh, âm thanh chưa thực sự nét do có tạp âm do suy hao trong quá trình truyền tải dữ liệu;
-Do phải đi dây cáp nên dễ xảy ra các trường hợp mất tín hiệu và hiện tượng phát xạ tín hiệu từ các thiết bị hỗ trợ của truyền hình cáp.
Truyền hình số mặt đất
Truyền hình số mặt đất có diện phủ sóng hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh, song dễ thực hiện hơn so với mạng cáp. Cũng bị hạn chế bởi băng thông nên sử dụng phương pháp điều chế OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua một kênh sóng và khắc phục hiện tượng nhiễu ở truyền hình mặt đất tương tự. Phương pháp này có những đặc điểm:
-Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm…
-Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tay hoặc lưu động ngoài trời.
-Có dung lượng lớn, chứa âm thanh (như âm thanh nhiều đường ,lậpthể, bình luận…)và cácdữ liệu.
-Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại.
Tuy nhiên, phương thức truyền hình số mặt đất cũng có một số nhược điểm: -Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường (multipath);
-Giá trị tạp do con người tạo ra là cao;
-Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề phải cần xem xét.
Nhìn chung cả 3 phương pháp truyền dẫn truyền hình số ở trên đều có những ưu, nhược điểm riêng và chúng sẽ bổ sung, hỗ trợ lẫn nhau. Nếu truyền hình qua vệ tinh có thể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng chương trình lên đến hàng trăm thì tín hiệu số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trình khu vực, nhằm vào một số lượng không lớn người thu.
Đồng thời, ngoài việc thu bằng anten cố định trên mái nhà, truyền hình số mặt đất còn cho phép thu được bằng anten nhỏ của máy tính xách tay, thu trên di động (trên ôtô, máy bay…). Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợi cho đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp anten thu vệ tinh hay anten mặt đất.
Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số
Chuẩn truyền dẫn truyền hình số sử dụng quá trình nén và xử lý số để có khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều chương trình truyền hình trong một dòng dữ liệu, cung cấp chất lượng ảnh khôi phục thùy theo mức độ phức tạp của máy thu. Trên thế giới có 5 nhóm tiêu chuẩn truyền hình số chính:
Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới
ATSC (Advanced television System Committee): Tiêu chuẩn Bắc Mỹ/ Hàn Quốc
DVB (Digital Video Broad casting): Tiêu chuẩn Châu Âu
ISDB (Intergrated Services Digital Broad casting): Tiêu chuẩn Nhật Bản
ISDTV/ISDB-Tb (Brazilian International Standard for Digital Television): TiêuchuẩnBrazil/ MỹLatinh
DTMB (Chinese Standardfor Digital Television): Tiêu chuẩn Trung Quốc
Các điểm tương đồng giữa các hệ thống là sử dụng cùng một băng tần số, cải thiện độ phân giải theo chiều dọc và ngang đặc biệt, nâng cao phần hiển thị màu sắc và định dạng với tỷ lệ 16:9, hỗ trợ âm thanh đa kênh độ trung thực cao và truyền dữ liệu.
Với truyền hình số mặt đất, hiện tại hầu hết các nước trên thế giới đang sử dụng các chuẩn truyền hình sau:
Tiêu chuẩn ATSC
Năm1996, FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số của Mỹ dựa trên tiêu chuẩn gó idữ liệu quốc tế 188 byte MPEG-2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể được quy định bởi ATSC. ATSC cho phép36 chuẩn video từ HDTV đến các dạng thức video tiêu chuẩn SDTV khác với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hình khác nhau.
ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình liên kết hệ thống mở (OSI) 7 lớp của mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng lớp. ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả video,audiovà dữ liệu phụ. Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợpvới sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM.
Tiêu chuẩn ISDB-T
ISDB-T còn được gọi là tiêu chuẩn DiBEG của Nhật Bản, ban hành vào năm 1997, sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BTS (Band Segmened)- OFDM và cho phép sử dụng các phương thức điều chế tín hiệu số khác nhau đối với từng đoạn dữ liệu như QPSK, DQPSK, 16 QAM hoặc 64 QAM.
ISDB -T sử dụng tiêu chuẩn mã hóa MPEG -2 trong quá trình nén và ghép kênh. Hệ thống sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM cho phép truyền đa chương trình phức tạp với các điều kiện khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu di động…có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 và 8 MHz.
Tiêu chuẩn Châu Âu (DVB-T)
DVB dùng điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã (COFDM), tốc độ bit tối đa 24 Mbps ( dải thông 8 MHz).
Điểm nổi trội nhất của COFDM là ở chỗ dòng dữ liệu cần truyền tải được phân phối cho nhiều sóng mang riêng biệt. Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm thích hợp và được gọi là một “COFDM Symbol”. Các sóng mang riêng biệt được điều chế QPSK, 16QAM hoặc 64QAM. Tỷ lệ mã hóa thích hợp của mã sửa sai cũng góp phần cải thiện chất lượng hệ thống [8].
Nhưvậy, điểm giống nhau của cả ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video. Điểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế.
ATSC sửdụngkỹthuậtđiềuchế“điềubiêncụt”củanhững năm1980.Điều biên cụt 8-VSB (Vestigal Side Band) cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm tốt hơn nhưng lại không có khả năng cho thu di động, không khắc phục hiện tượng phản xạ và không thiết lập được mạng đơn tần như giải pháp của hệ thống ISDB-T và DVB-T.
DIBEG có tính phân lớp cao, cho phép đa loại hình dịch vụ, linh hoạt mềm dẻo, tận dụng tối đa dải thông, có khả năng thu di động nhưng không tương thích với các dịch vụ truyền hình qua vệ tinh, truyền hình cáp.
DVB-T với phương pháp điều chế COFDM tỏ ra có nhiều đặc điểm ưu việt, nhất là đối với các nước có địa hình phức tạp, có nhu cầu sử dụng mạng đơn tần và đặc biệt là khả năng thu di động.