3.2 Máy thu tín hiệu HDTV
3.2.2 Máy thu tín hiệu HDMAC
Việc truyền tín hiệu hình màu dưới dạng ghép kênh theo thời gian các tín hiệu thành phần đã được giới thiệu trong hệ truyền hình thông thường (có cải biên về tỉ lệ khuôn hình 16: 9) MAC (Multiplexed Alalogue Components). Trong hệ HDTV 1250 và HDTV 1125, các tín hiệu thành phần được truyền với băng tần rộng hơn nhiều (băng tần tín hiệu chói: 25-30 MHz).
Trong chương trình EUREKA‘95 có hệ thống HDMAC (High Definition MAC), cho phép truyền tín hiệu HDTV 1250 qua 1 kênh vệ tinh (dải Ku). Hệ HDMAC là hệ thống hỗn hợp, trong đó các tín hiệu video tương tự được nén với những tỉ lệ thích hợp và truyền cùng với các tín hiệu số DATV (Digital Assisted
36
Television). Hệ thống này cho phép máy thu hình khôi phục lại hình ảnh có chất lượng cao như HDTV 1250 cùng với âm thanh số có chất lượng cao.
Ưu điểm cơ bản của hệ thống HDMAC so với hệ MUSE của Nhật là nó tương hợp với hệ D2-MAC (hệ thống truyền hình thông thường có cải biên phát qua vệ tinh ở châu Âu). Máy thu hình có bộ giải mã D2-MAC có thể thu được trực tiếp tín hiệu HDMAC.
3.2.2.1 Tín hiệu video HDMAC:
Các tín hiệu video thành phần trong hệ MAC được nén thời gian để cho tín hiệu chói và tín hiệu màu có thể ghép kênh kề nhau trên từng dòng hình và tạo thành 1 tín hiệu. Tỉ số nén tín hiệu chói là 3: 2, còn các tín hiệu hiệu số màu là 3: 1.
Băng sơ cấp theo tỉ lệ của hệ số nén.
Để truyền tín hiệu HDTV và tương hợp với các hệ thống MAC thông thường, cần phải hạn chế băng tần tín hiệu bằng cách lấy mẫu dưới tần số lấy mẫu (tiểu lấy mẫu), tức là chỉ truyền các mẫu thứ 4 của tín hiệu.
Các điểm ảnh chứa các mẫu được dịch đi 1 điểm ảnh (1 pixel) đối với mỗi mành và sau 4 mành sẽ nhận được tất cả các mẫu. Từ các mẫu nhận được (ghi vào bộ nhớ) có thể khôi phục lại hình ảnh với đầy đủ độ phân giải, nếu trên ảnh không xuất hiện phần ảnh chuyển động (làm nhòe ảnh). Phương pháp này rất tốt với các ảnh tĩnh. Phần ảnh động cần phải truyền theo cách khác. Ảnh HDTV được chia ra thành các khối nhỏ và trong mỗi khối là các phần ảnh động. Tùy thuộc độ lớn và tốc độ chuyển động cho mỗi khối số liệu mà sử dụng phương pháp mã thích hợp.
Nếu ảnh là ảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, thì sẽ dùng chuỗi 4 mành.
Hình ảnh chuyển động nhanh có độ phân giải giảm. Các hình ảnh như vậy (ảnh động) thay đổi trong từng mành và chỉ cần chọn các mẫu của 1 mành. Đối với các ảnh chuyển động trung bình, thì chọn các mẫu của 2 mành để khử chuyển động.
Các thông tin về ảnh động và phương pháp mã hóa được truyền đến máy thu dưới dạng các số liệu DATV. Sau đó sử dụng các dòng chồng (shuffing) để truyền tín hiệu HDTV 1250 như trong tín hiệu MAC (truyền hình 625 dòng). Các mẫu từ 2 dòng hình liên tiếp được ghép kênh trên 1 dòng. Cách làm này cho phép giảm đi
37
một nửa số dòng hình trong kênh truyền. Ở phía thu, các mẫu từ các dòng liên tiếp được tách ra và khôi phục lại ảnh 1250 dòng.
3.2.2.2 Ghép kênh thời gian và truyền số liệu:
Trong hệ HDMAC, các tín hiệu video, âm thanh và số liệu được ghép kênh theo thời gian. Để truyền tín hiệu HDMAC có thể sử dụng 2 hệ thống thuộc họ MAC/packet:
a. D-HDMAC/packet và;
b. D2-HDMAC/packet.
Hai hệ thống này khác nhau về số lượng kênh âm thanh. Cả 2 hệ thống đều thích hợp cho việc truyền qua vệ tinh với băng tần cơ bản là 11 MHz.
Ghép kênh sẽ tạo ra 3 thành phần chính:
- Tín hiệu video HDMAC;
- Nhóm số liệu trong thời gian xóa dòng (LBI) chứa các tín hiệu âm thanh;
- Nhóm số liệu trong thời gian xóa mành (FBI) chứa các tín hiệu DATV.
Dung lượng kênh LBI có khả năng truyền 4 kênh âm thanh chất lượng cao hoặc 8 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2-HDMAC, còn 8 kênh âm thanh chất lượng cao hoặc 16 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2- MAC. Cả 2 trường hợp đều tương hợp với hệ MAC/packet.
Kênh FBI truyền các tín hiệu kiểm tra trên các dòng 1-22 và 311-334 (trừ dùng 312). Dung lượng kênh trong 1 mành là 1,2Mb/s, được dùng để truyền các tín hiệu DATV; còn các phần chưa sử dụng sẽ truyền các tín hiệu kiểm tra và số liệu phụ.
Trong các tín hiệu HDMAC có các từ mã xác định đồng bộ hình ảnh và các chuỗi đồng bộ cũng giống như trong hệ MAC/packet. Các tín hiệu đồng bộ, ngoài ra, còn nhận dạng đôi hình ảnh. Thông tin này cần để xác định chu kì mã hóa HDMAC, có thời gian bằng 4 mành (80ms). Mành 1 của chu kì mã HDMAC là mành đầu của ảnh lẻ còn mành 4 của chu kì mã HDMAC là mành thứ 2 của ảnh chẵn.
38
Các dòng 312 và 623 dùng để truyền các tín hiệu kiểm tra. Các tín hiệu này tương hợp với các thiết bị đo cho hệ thống MAC/packet. Ngoài ra, phần đầu của dòng 312 được làm đầy (mỗi ảnh thứ 2) bằng chuỗi gia ngẫu nhiên 512 bit. Nó có nhiệm vụ là giúp trong quá trình điều chỉnh.
Phần tín hiệu cần để ổn định mức đen có ở tất cả các dòng (trừ dòng 625).
Dòng 625 được dùng để báo hiệu về DATV (thông báo về cấu trúc ghép kênh thời gian); Nó là thông số mới, nhằm mục đích nhận dạng ghép kênh số liệu DATV.
Tín hiệu số liệu được truyền nhỡ mã nhị phân kép như trong các hệ MAC/packet.
Trong kênh số liệu LBI, tia số liệu tức thời có tốc độ 10,125 Mb/s cho hệ D2-HDMAC và 20,25 Mb/s cho hệ D-HDMAC. Đối với kênh FBI thì cả 2 hệ đều có tốc độ 20,25Mb/s.
Các số liệu ghép kênh FBI và LBI được truyền trong các gói (packet).
Format (kích thước) các gói số liệu giống như trong hệ MAC/packet. Gói xác định nhóm số liệu 751 bit được chia thành 2 phần: phần đầu và phần số liệu. Phần đầu bao gồm mã địa chỉ, xác định loại số liệu (ví dụ âm thanh hoặc DATV). Chiều dài phần số liệu là 91 byte, trong đó byte 1 biểu diễn phương pháp sử dụng gói.
Ở trong tất cả các số liệu của packet có sử dụng các bit để tối thiểu hóa các lỗi nhân (bit). Tiếp theo là cộng chuỗi làm giảm thiểu (scrambling sequense) vào số liệu ở modulo 2, nhằm giảm thiểu năng lượng trước khi biến đổi số- tương tự (C/A).
3.2.2.3 Mã hóa HDMAC BR và tạo tín hiệu DATV:
Sơ đồ mã hóa tín hiệu HDMAC BR (BR: Bandwidth Reduction – Giảm băng tần) có giảm băng tần dựa trên cơ sở sử dụng DATV. Tín hiệu HDMAC được hình thành từ tín hiệu video HDMAC và số liệu DATV.
Bộ mã hóa HDMAC BR sử dụng 3 phương pháp mã tín hiệu chói:
- Đối với phần ảnh tĩnh thì sử dụng tam giác 80ms; Trong ảnh thứ 1 nhận các mẫu chẵn, trong ảnh 2 là các mẫu lẻ;
39
- Đối với ảnh chuyển động nhanh đến 12 mẫu/40 ms, thì sử dụng tam giác 40 ms và khử chuyển động;
- Đối với ảnh chuyển động cực nhanh, thì sử dụng tam giác 20 ms, không sử dụng khi hoạt động với phim 25 ảnh/s.
Các tín hiệu hiệu số màu cùng được mã hóa trong bộ HDMAC BR theo 3 phương pháp; Phương pháp 1 và 3 sử dụng cấu trúc quincunx, còn phương pháp 2 sử dụng:
- Cấu trúc mẫu trực giao;
- Tam giác 80ms (cho ảnh tĩnh) đảm bảo đủ độ phân giải HDTV;
- Tam giác 40ms dùng cho ảnh chuyển động chậm, đối với ảnh chuyển động nhanh đến 6 mẫu thì dùng tam giác 40ms;
- Đối với các ảnh chuyển động rất nhanh, thì sử dụng tam giác 20ms.
Trước khi phát sóng, người ta còn sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để đạt chất lượng hình ảnh tương hợp:
- Suy giảm theo chiều đứng để giảm sai lệch về không gian (spatial folding) và chập giữa các dòng (VCI);
- Làm bằng (nhòe) theo chiều chuyển động, để giảm hiệu ứng rung trên bề mặt ảnh trong tam giác 40ms (MCCI);
- Suy giảm không-thời gian (phụ thuộc tần số) theo trục thời gian, để giảm độ lượn (độ uốn cong) của các biên ảnh (TCI).
Trong máy thu hình HDMAC, các quá trình trên được thực hiện ngược lại ở bộ giải mã.
3.2.2.4 Âm thanh và các thông tin khác:
Âm thanh được mã hóa như hệ MAC/packet. Các thông số cơ bản của mã âm thanh bao gồm:
- Tần số lấy mẫu: 32 KHz cho âm thanh có chất lượng cao, 16KHz cho âm thanh có chất lượng trung bình;
40
- Phương pháp mã: phương pháp mã tuyến tính 14 bit/mẫu (gần với 10 bit tức thời/mẫu);
- Bảo vệ lỗi: mức 1 bằng 1 bit/mẫu; mức 2 bằng 5 bit/mẫu của mã Hamming.
3.2.2.5 Các thông số điều chế:
Mã tín hiệu video HDMAC dựa trên cơ sở tiểu lấy mẫu, cho phép toàn bộ kênh truyền không phụ thuộc các mẫu liên tiếp với tần số lấy mẫu 20,25 MHz. Điều kiện này hoàn toàn thỏa mãn, nếu như kênh thỏa mãn điều kiện thứ 1 tần số Nyquist 10,125 MHz cho băng tần cơ bản.
Các mẫu của HDMAC có thêm 1 quá trình, đó là sửa phi tuyến (preemphasis). Việc tăng độ rộng băng tần cơ bản lên 11,4 MHz và làm giảm khoảng quan sát đến màn hình sẽ làm tăng can nhiễu và độ nhạy với nhiễu so với hệ MAC thông thường.
Sửa phi tuyến (preemphasis) thực hiện bằng kỹ thuật số và chỉ có liên quan đến các mẫu tín hiệu chói.
Các thông số HDMAC truyền qua vệ tinh:
Để truyền tín hiệu D-HDMAC và D2-HDMAC người ta chỉ sử dụng điều tần FM. Trong băng tần cơ bản thực hiện preemphasis phi tuyến, sau đó giảm về năng lượng và tín hiệu thực hiện điều chế giải tần. Từ mức đen đến mức trắng của phần tín hiệu chói, sẽ tăng biên độ theo tần số ở đầu vào máy thu.
Độ nhạy đối với độ di tần chuẩn là 13,5 MHz/V tại điểm ngưỡng của mạch preemphasis tuyến tính thấp hơn, thì độ di tần đối với các tần số thấp sẽ là 9,54 MHz cho tín hiệu video (đi từ mức đen đến mức trắng trong tín hiệu chói).
Các thông số HDMAC truyền qua cáp:
Trong truyền hình cáp sử dụng điều biên với biên tần cụt VSB/AM (điều chế âm). Biên độ đỉnh của tải hình có giá trị 100%. Mức biên độ tải hình thấp nhất là 10%. Như vậy mức logic ―1‖ ứng với 19% và 91% mức điều chế, còn mức logic
―0‖ ứng với 55% mức điều chế. Độ rộng băng tần khuyến cáo là 12 MHz.
41
3.2.2.6 Máy thu:
Máy thu hệ HDMAC về nguyên lý đã được đề cập ở các mục trên. Như đã nói, sự khác nhau giữa các hệ HDTV 1125 và HDTV 1250 là không lớn. Nguyên lý cơ bản là giống nhau: đó là các hệ có các tín hiệu thành phần, phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu không chồng lên nhau như các hệ truyền hình thông thường.