Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số

Chia sẻ: Do The Hien | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:89

Thêm vào BST

Báo xấu

188
lượt xem 44
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tham khảo luận văn - đề án 'đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số', luận văn - báo cáo, điện - điện tử - viễn thông phục vụ nhu cầu học tập, nghiên cứu và làm việc hiệu quả

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN Tên đồ án "Đánh giá một số kỹ thuậ trong truyền hình tương tự và truyền hình số" - Tìm hiểu về truyền hình tương tự, các kỹ thuật sử dụng trong truyền hình tương tự. - Tìm hiểu về truyền hình số, các kỹ thuật sử dụng trong truyền hình số. - Từ đó đi so sánh, đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số để thấy được hệ thống nào có ưu điểm hơn, phát triển hơn và sẽ là hệ thống được sử dụng rộng rãi trong tương lai.
LỜI CẢM ƠN Đồ án tốt nghiệp của em: “Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình số và truyền hình tương tự” đã được hoàn thành cùng với sự hướng dẫn của ThS. Mạc Thị Phượng. Lời cảm ơn đầu tiên, em xin gửi đến cô giáo ThS.Mạc Thị Phượng, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình em trong suốt quá trình thực tập và làm đồ án. Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ điện tử và truyền thông - Trường Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông đã hướng dẫn, tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu trong 5 năm học qua. Xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã trao đổi, thảo luận và giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Thái Nguyên, ngày 30 tháng 5 năm 2013 Sinh viên thực hiện Vũ Văn Thực
LỜI CAM ĐOAN Em xin cam đoan đồ án “Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số” là do em tự nghiên cứu và hoàn thành cùng với sự giúp đỡ, hướng dẫn của cô giáo ThS. Mạc Thị Phượng, chứ không phải sao chép từ bất kỳ một sản phẩm nào khác. Nếu sai em xin chịu mọi sự kỷ luật của khoa cũng như nhà trường đề ra. Người cam đoan Vũ Văn Thực
MỤC LỤC
DANH MỤC HÌNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TỪ VT TÊN TIẾNG ANH TÊN TIẾNG VIỆT FCC Federal Communication Commission Ủy ban truyền thông liên bang OIRT Office of Instructional and Research Văn phòng công nghệ giảng dạy và ngiên cứu Technology NTSC National Television System Committee Ủy ban hệ thống truyền hình quốc gia PAL Phase Alternative Line Đảo pha theo từng dòng một FM Frequency modulation Điều chế tần số AM Amplitude Modulation Điều chế biên độ ADC Analog Digital Converter Chuyển đổi tương tự - số DAC Digital to Analog Converter Chuyển đổi số - tương tự HDTV High Definition Television Truyền hình độ nét cao HVS Human Visual System Hệ thống thị giác của con người MPEG Moving Picture Experts Group Tên viết tắt của hội phim ảnh thế giới DPCM Differential Pulse Code Modulation Điều xung mã vi sai RLC Run Length Coding Mã chạy dài PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã TC Transform Coding Chuyển đổi mã HAS Human Audio System Hệ thống âm thanh con người MDCT Modified Discrete Cosine Transform Sửa đổi chuyển đổi cosin riêng rẽ FFT Fourier Transform Biến đổi Fourier DVB Digital Video Broadcasting Tiêu chuẩn truyền hình KTS mặt đất QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương IRD Integrated Receiver Coder Giải mã tích hợp
QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha cầu phương
MỞ ĐẦU Trong xã hội hiện đại thì thông tin, tri thức chính là những nhân tố quan trọng nhất trong đời sống kinh tế xã hội của từng quốc gia nói riêng và toàn thế giới nói chung. Chính vì thế nên mỗi nước đều dành một sự đầu tư thích đáng cho nghiên cứu và phát triển công nghệ để làm đòn bẩy cho sự phát triển của các nghành kinh tế quốc dân khác. Ngay từ khi mới ra đời, truyền hình đã chứng tỏ là một phương tiện thông tin đại chúng rất quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội. Nó không chỉ là một công cụ thông tin phổ biến kiến thức, giải trí đơn thuần mà đã trở thành phương tiện không thể thiếu trong mỗi gia đình. Truyền hình cung cấp tin tức về các sự kiện chính trị, văn hóa thể thao, thông tin kinh tế xã hội… từ khắp nơi trên thế giới đến từng cá nhân, từng giờ, từng phút. Truyền hình là cầu nối quan trọng giữa con người với thế giới bên ngoài. Cùng với sự ra đời của kỹ thuật số thì công nghệ truyền hình đã có một sự phát triển nhảy vọt về chất bằng việc số hóa tín hiệu truyền hình. Công nghệ truyền hình số ra đời có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự như: tính chỗng nhiễu cao, chất lượng âm thanh, hình ảnh tốt và đồng đ ều, dàn dựng được nhiều kỹ xảo phức tạp mà truyền hình tương tự không thể thực hiện được, có thể ghi nhiều hay lưu trữ trong thời gian dài mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh. Đó là phần khái quát chung, đồ án của em “Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình số và truyền hình tương tự ” sẽ đi minh chứng điều đó. Đồ án gồm 3 chương như sau: Chương I: Truyền hình tương tự Chương II: Truyền hình số Chương III: Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số. Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng vì còn hạn chế về kinh nghiệm và kiến thức nên đồ án không tránh khỏi những sai sót cần bổ sung. Vì vậy, em mong thầy cô và bạn bè xem và đóng góp ý kiến cho e, đ ể đ ồ án có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! 8
CHƯƠNG 1: TRUYỀNHÌNHTƯƠNGTỰ 1.1. Giới thiêu về truyên hinh tương tự ̣ ̀ ̀ Truyền hình đen trắng: Ra đời năm 1920 và được xem như hoàn tất vào năm 1945, với sự ra đời của ông vidicon, dựa trên đặc tính quang trở của chất bán dẫn. Nó bao gồm 3 hệ là: FCC, OIRT, và CCIT. Truyền hình màu: Ra đời khi truyền hình đen trắng đã hoàn thiện và sự phát triển của nó gắn liền với lí thuyết 3 màu. Hệ này bao gồm các hệ là:  Hệ NTSC: Ra đời năm 1950, được hình thành tại Mĩ, có tính tương hợp đầu tiên trên thế giới. Và đến năm 1954, hệ NTSC được phát trên kênh FCC, có độ rộng dải tần tín hiệu chói là: 4,5MHz (thực tế là 4,2MHz).  Hệ PAL: Ra đời năm 1966 ở tây Đức, là hệ được coi như cải tiến từ hệ NTSC và được phát triển trên kênh CCIT có độ rộng dải tần tín hiệu chói là 5,5MHz (thực tế là 5,2MHz).  Hệ SECAM: Ra đời năm 1965 ở Pháp, được phát triển trên kênh OIRT có độ rộng dải tần tín hiệu chói là 6,5MHz. 1.2.Truyên hình đen trắng ̀ 1.2.1.Phân loại Như đã nêu ở phần trước, nó gồm 3 loại là: FCC, OIRT, CCIT chúng có sự giống và khác nhau ở các thông số kĩ thuật, đó là độ rộng dải thông, số dòng quét, trung tần hình, tần số hình, tần số của các kênh truyền hình. 1.2.2.Các vấn đề kĩ thuật  Tiêu chuẩn quét: Truyền hình chỉ truyền đi từng điểm sáng một, từ trái qua phải, từ trên xuống dưới. Càng có nhiều dòng quét thì càng có nhiều chi tiết nhưng hệ thống sẽ phức tạp và tăng giá thành. Tuy nhiên, nếu quá ít dòng quét thì ảnh càng kém chất lượng. Từ vấn đề đó, các tiêu chuẩn đã ra đời đểđáp ứng vấn đề chất lượng của hình ảnh. Tham số/hệ FCC OIRT CCIT Số dòng quét 525 625 625 9
Số hình trong 1 giây 30 25 25 Như vậy tần số quét dòng hay số dòng quét trong 1s của FCC là: Fh = 525*30 = 15750 Hz và của OIRT, CCIT là: Fh= 625*25 = 15625 Hz Tần số quét mành tương ứng của hệ FCC là: Fv = 30*2 = 60 Hz Và của CCIT, OIRT là: Fv = 25*2 = 50 Hz  Vấn đềđồng bộ: Quá trình quét ảnh, xử lí tín hiệu tại phía phát truyền qua kênh thông tin thu nhận, xử lí và hiển thị thông tin tại phía thu cần phải được đồng bộ, đ ồng bộ tất cả các quá trình trên, nhằm khôi phục lại vị trí các điểm ảnh một cách trung thực. Tín hiệu đồng bộ được tạo ra và truyền đi trên kênh thông tin cùng với tín hiệu video. Tổng hợp tín hiệu video với tín hiệu đồng bộ được gọi là tín hiệu truyền hình . Tín hiệu đồng bộ được dùng để khống chế bộ quét của máy thu hình, điều khiển tia điện tử trong ống thu làm việc đồng bộ và đồng pha với phía phát. Để thực hiện điều này, người ta đặt các xung âm nằm phía dưới tin t ức sáng tối. Mỗi khi tia điện tử trong ống hình quét hết một dòng lại xuất hiện một xung âm, gọi là xung đồng bộ dòng. Còn khi đã quét tới đáy màn ảnh, lại xuất hiện một xung âm có bề rộng lớn hơn xung đồng bộ dòng, gọi là xung đồng bộ mành. Hình 1.1: Tín hiệu hình 10
11
 Vấn đề giải tần video và âm thanh: Theo tính toán, thì ứng với mỗi một tiêu chuẩn có một dải tần video riêng biệt FCC: 6MHz, CCIT: 5MHz, OIRT: 4,2MHz. Đối với tín hiệu là âm thanh thì đầu tiên tín hiệu audio được điều tần FM với sóng mang phụ 4,5MHz(FCC) hoặc 6,5MHz(OIRT); 5,5MHz (CCIT). Sóng FM này nằm ngoài dải tần video . Do đó, tin tức âm thanh có thể nhập chung với tín hiệu video để truyền đi trên cùng một đường mà không bị lẫn tín hiệu.  Nguyên tắc kĩ thuật phát sóng truyền hình đen trắng: Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng  Nguyên lí phát sóng truyền hình đen trắng: Hình 1.3: Sơ đồ khối truyền hình đen trắng Trong 3 tin tức đầu là tín hiệu đồng bộ mành, đồng bộ dòng, và tin tức đen trắng được phân biệt bằng cách: tin tức đen trắng nằm phía dưới mức 0, còn hai tin tức còn lại, nằm phía dưới. Và dải tần tín hiệu đen trắng là từ: 0 đến f’i. 12
Tin tức thứ 4, âm thanh được điều tần FM với sóng mang f i lớn hơn f’i. Sau đó, nó được nhập chung với ba tin tức kia. Như vậy, tất cả 4 tin tức nói trên nằm chung trong một tín hiệu, gọi là tín hiệu hình đen trắng (trong 4 tin tức, thì tin tức âm thanh được phân biệt với 3 tin tức kia bằng tần số, và tín hiệu hình đen trắng được đưa vào mạch điều biên (AM) với sóng mang fo. Trong đó, chỉ truyền đi dải biên tần cao. Do đó, tin tức sáng tối chỉ chiếm dải tần fođến fi’ và tín hiệu tiếng thì ở tại tần số fo+fi(MHz). 1.2.3. Phổ cua tin hiêu ̉ ́ ̣ Xác định phổ của tín hiệu truyền hình là xác định thành phần xoay chiều của tín hiệu, ứng với các chi tiết lớn của ảnh là các thành phần tần s ố th ấp, ứng với các chi tiết nhỏ của ảnh là các thành phần tần số cao của phổ tần tín hiệu truyền hình. Thành phần thấp nhất của tín hiệu hình được xác định bằng tần số quét mành. Còn giới hạn trên được xác định bằng các thành phần tần số cao của tín hiệu truyền hình tương ứng với các chi tiết nhỏ nhất của hình ảnh cần truyền đi. Hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại được ảnh với các chi tiết xấp xỉ phần tử ảnh. Kích thước này được xác định bằng các ô vuông mà mỗi cạnh bằng độ rộng của mỗi dòng quét. Vì vậy, số dòng quét càng l ớn, kích thước phần tử ảnh càng nhỏ, ảnh càng rõ nét. Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét. Để có độ rõ càng cao thì số dòng quét càng lớn, kéo theo độ rộng dải tần tín hiệu video tăng lên. Sử dụng phương pháp quét xen kẽ sẽ giảm được giải tần tín hiệu. Ví dụ: Nếu sử dụng quét 625 dòng với tỉ lệ khuôn hình 4/3 và số ảnh truyền đi trong 1s là 25 thì số điểm ảnh nhiều nhất cần phải truyền đi là: 625*4/3 = 833 phần tử ảnh trong một dòng và 625*833*25 = 13.106 phần tử ảnh trong một giây. Vậy fmax = 13MHz. Nếu quét xen kẽ, thực tế này đã làm tần số mành tăng lên gấp đôi (50 mành), điều đó có nghĩa là làm giảm tần số tín hiệu xuống còn một nửa. 13
Phổ của tín hiệu hình được vẽ dưới đây: Nó bao gồm các hài của tần số mành và các nhóm phổ quanh hài của tần số dòng, với hài càng cao thì biên độ càng bé. Và đặc điểm của nó là: giữa các hài tần số dòng tồn tại các khoảng cách. Nó được lợi dụng đ ể truy ền các tín hiệu khác như tín hiệu màu, và các thông tin phụ khác. Hình 1.4: Phổ của tín hiệu hình 1. 3. Truyên hinh mau tương tự ̀ ̀ ̀ 1.3.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu Truyền hình màu được phát triển nhờ kĩ thuật 3 màu. Trong đó, mọi hình ảnh đều có thể phân tích và tổng hợp từ các màu cơ bản. Hình ảnh màu có thể coi là do nhiều hình ảnh đơn sắc hợp lại. Mỗi hình ảnh đơn sắc là một mẫu của truyền hình màu. Vì vậy, hình ảnh màu có chứa nhiều thông tin hơn hình ảnh đơn sắc. Hình 1.5: Sơđồ khối tổng quát hệ thống truyền hình màu. 1.3.2. Tín hiệu truyền hình màu 14
Cần chọn tín hiệu mang màu sao cho: Khi cho phát ảnh đen trắng thì tín hiệu mang màu triệt tiêu, chỉ còn tín hiệu chói E Y. Ngoài ra tín hiệu mang màu không tăng biên độ khi tăng độ chói của ảnh. Nghĩa là tín hiệu mang màu không mang tin tức về độ chói. Các tín hiệu mang màu được truyền đi là các tín hiệu hiệu màu: R-Y, B-Y, còn G-Y sẽ được suy ra từ R-Y, B-Y, theo biểu thức: G -Y = 0,509(R-Y) + 0,194(B-Y) 1.3.3. Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói Tín hiệu mang màu đem đi điều chế vào một dao động có tần số sóng mang phụ fsc, sao cho tín hiệu đãđiều chế có các vạch phổ nằm đúng vào vùng khe hở của tín hiệu chói thì tín hiệu mang màu có thể phát đi cùng với tín hi ệu chói trong cùng một dải tần số. Fsc= (n-1/2) fh ; fh là tần số dòng. Việc ghép phổ tín hiệu như vậy có thể tiết kiệm được giải thông của hệ thống truyền hình, nhưng tần số sóng mang phụ phải thoả mãn: + Ở miền tần số cao của phổ tín hiệu chói: Vì tần số sóng mang phụ càng cao thì kích thước chi tiết ảnh nhiễu do nó sinh ra trên ảnh truyền hình đen trắng càng nhỏ. + Phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổtín hiệu chói. Sau đây làđặc tuyến phổ - tần số tín hiệu chói và tín hiệu màu Hình 1.6: Phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần 15
1.3.4. Cac hệ truyên hinh mau ́ ̀ ̀ ̀ Vấn đề lựa chọn sóng mang phụ và phương pháp điều chế như thế nào để sự xuyên lẫn, sự phá rối lẫn nhau giữa tin tức chói và tin tức màu giảm thiểu tối đa là nguyên nhân tồn tại các hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM. Cả ba hệ truyền hình này: Nếu đạt được mặt này thì lại mất mặt kia và không một hệ truyền hình chiếm ưu thế tuyệt đối. Về cơ bản tín hiệu truyền hình của cả ba hệ thống truyền hình này đều phải có đủ 7 thông tin :  Tín hiệu đồng bộ  Tín hiệu tiếng  Đồng bộ mành  Đồng bộ dòng  Đồng bộ màu  Tín hiệu hiệu màu R-Y đã được xử lí  Tín hiệu hiệu màu B-Y đã được xử lí 1.3.5. Phân loai cac hệ mau ̣ ́ ̀ 1.3.5.1.Hệ truyền hình màu NTSC  Sơ đồ khối phía phát 16
Hình 1.7: Sơ đồ khối phía phát NTSC. 17
• Tín hiệu màu EI, EQ Tín hiệu chói được tạo ra từ 3 tín hiệu màu cơ bản và được phát đi trong toàn dải tần của hệ thống truyền hình đen trắng: E'Y = 0,3E'R + 0,59E'G + 0,11E'B Với E'Y, E'R, E'G, E'B: là tín hiệu chói và 3 tín hiệu màu sau hiệu chỉnh gamma tần số cao nhất của tín hiệu chói là 4,2MHz và 2 tín hiệu hiệu màu được truyền kèm theo là ER - EY và EG - EY. Để có thể đan giữa 2 tín hiệu hiệu màu và chói, các tín hiệu hiệu màu được dịch phổ về phía trên bằng cách điều chế vuông góc với tần số sóng mang phụ, cho phép 1 sóng mang có thể mang 2 tin tức độc lập là tín hiệu hiệu màu ER - EY và EG - EY, để có thể chèn vào tín hiệu chói cần phải nén tín hiệu hiệu màu ER - EY và EG - EY với hệ số tương ứng là 0,877 và 0,493. Nếu gửi trực tiếp 2 tín hiệu hiệu màu là ER - EY và EG - EY thì mỗi tín hiệu phải có dải phổ là (0 ÷ 1,5)MHz, nhưng nếu quay pha 2 tín hiệu này đi 330 thành 2 tín hiệu EI và EQ thì EQ chỉ còn 0,5 MHz còn EI vẫn chiếm (0÷ 1,5)MHz. Với cách này giảm được sự phá rối của tín hiệu sắc vào tín hiệu chói. EI = 0,877ER-Y cos330 - 0,493EB-Y sin330 EQ = 0,877ER-Y sin330 - 0,493EB-Y cos330 EI = 0,74ER-Y -0,27EB-Y EQ = 0,48ER-Y -0,41EB-Y Hình 1.8 : Quan hệ giữa trục I, Q và (R-y), (G - y) • Tín hiệu mang màu Tín hiệu mang màu EC mang 2 tin tức màu là E'I và E'Q (sau hiệu chỉnh gamma) với E'I điều chế dao động cosin, E'Q điều chế dao động sin. 18
Ea = E'I cos(ωSC t + 330 ) Eb = E'Qsin(ωSC t + 330 ) Hai tín hiệu được cộng tuyến tính tại mạch cộng, tín hiệu ra E c sẽ mang toàn bộ tin tức về tính màu. Ec = Ea + Eb = E'I cos(ωSC t + 330) + E'Q sin(ωSC t + 330) = A sin(ωSC t + ϕ) với A = (E'I2 +E'Q2)1/2 ϕ = arctg(E'I / E'Q) + 330 Hình 1.9: Điều chế vuông góc NTSC Để nhiễu của tín hiệu mang màu cao tần đối với kênh tín hiệu chói ít nhất cần chọn tần số mang màu f SC = (2n + 1)fH/2 thì phổ của tín hiệu màu sau điều chế sẽ xen kẽ với phổ của tín hiệu chói. Để tránh can nhiễu vào tín hiệu chói,hiệu giữa trung tần tiếng và sóng mang màu cũng phải bằng một số lẻ lần nửa tần số dòng. Vậy trung tần tiếng fttt = nfH. Trung tần tiếng của hệ FCC được xác định bằng 4,5MHz. Với hệ NTSC tiêu chuẩn (z= 525 dòng) chọn n=286. Tần số dòng fH(NTSC) = (4,5.106)/286 = 15734,264Hz Tần số mành fV = 2fH /z = 59,94 Hz Tần số sóng mang fSC = (2n + 1)fH/ 2 = 3,579545MHz = 3,58MHz Với tần số mang phụ như vậy, pha của dao động đổi 180 0 khi chuyển từ dòng này sang dòng khác.Nếu cách dòng thì các dòng 1,5,9,13...có pha trùng nhau và ngược pha với các dòng 3,7,11,15... các dòng thuộc mành chẵn có pha ngược với các dòng lẻ tương ứng 1,3,5.... Như vậy sau 2 ảnh đầy đủ (4 lần quét mành) 19
thì ảnh trở lại như cũ, nghĩa là tần số lặp lại của nhiễu là 50/ 4 =12,5Hz vì tần số lặp lại nhỏ nên có hiện tượng nhấp nháy ở mức độ nhất định. • Tín hiệu đồng bộ màu Tín hiệu đồng bộ màu là 1 chuỗi xung gồm 8 ÷ 10 chu kỳ có tần số đúng bằng tần số mang màu fSC = 3,58MHz được đặt sườn phía sau xung xoá dòng. Từ những chuỗi xung đồng bộ màu này người ta sẽ tạo ra tín hiệu E0 liên tục từ bộ so sánh pha để tự động điều chỉnh pha và tần số của bộ dao động tần số f SC ở trong máy thu.Tín hiệu đồng bộ màu được đặt ở thềm sau xung quét dòng nên không ảnh hưởng đến việc đồng bộ mạch quét dòng trong máy thu hình. Dải tần tín hiệu chói từ (0 ÷ 4,2)MHz, tín hiệu hiệu màu EQ từ (3 ÷ 4,2) MHz, EI từ (2,3 ÷ 4,3)MHz và bị nén một phần biên tần trên.  Tạo mã và giải mã màu hệ NTSC • Tạo mã màu hệ NTSC Hình 1.10: Sơ đồ khối bộ tạo mã màu hệ NTSC - Mạch ma trận nhận các tín hiệu điện áp màu ER, EG, EB tạo ra tín hiệu chói EY và 2 tín hiệu hiệu màu EI, EQ. +Tín hiệu chói EY(0÷ 4,2)MHz qua dây trễ làm chậm tín hiệu đưa đến bộ khuếch đại EY để khuếch đại đủ lớn cấp cấp cho bộ cộng. 20