Giáo trình kỹ thuật truyền hình - Phần 2 Truyền hình màu - Chương 6

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

778
lượt xem 261
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

TRUYỀN HÌNH SỐ 6.1 Khái niệm chung về truyền hình số Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, PAL, SECAM là các hệ thống truyền hình tương tự. Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian. Tín hiệu truyền hình tương tự (từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đều 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. 6.1.1 Đặc điểm của truyền hình số Để khắc phục những hiện tượng...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình kỹ thuật truyền hình - Phần 2 Truyền hình màu - Chương 6

64 Chương 6 TRUYỀN HÌNH SỐ 6.1 Khái niệm chung về truyền hình số Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, PAL, SECAM là các hệ thống truyền h ình tương tự. Tín hiệu Video là hàm liên tục theo thời gian. Tín hiệu truyền hình tương tự (từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đều chịu ảnh h ưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ b ên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh. 6.1.1 Đặc điểm của truyền hình số Để khắc phục những hiện tượng n ày người ta mã hóa tín hiệu hình ở dạng số để xử lý. Truyền h ình số có những ưu điểm sau: + Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà tỉ số S N không giảm (biến đổi chất lượng cao). Trong truyền hình tương tự thì việc n ày gây ra méo tích lũy(mỗi khâu xử lý đều gây méo). + Thu ận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm. + Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính. + Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc 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...). + 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, dể thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình. + Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều chỉnh các thiết bị trong khi khai thác. + Có khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu (nhờ ghép kênh phân chia theo thời gian). + Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Hiện tượng bóng ma thu ờng xảy ra trong hệ thống truyền h ình tương tự 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 n ày trong truyền hình quảng bá. + Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có thể lên đến 40 lần m à hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng. Từ đó có thể truyền đ ược 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 đ a phương tiện, tạo ra loại h ình thông tin 2 chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do sự phát triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa d ạng và ngày càng mở rộng. Trong đó có sự kết hợp giữa máy thu hình và h ệ thống máy tính, truyền h ình từ phương tiện thông tin đạI chúng trở thành phương tiện thông tin cá nhân. Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm: +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.
65 + Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường phức tạp hơn (ph ải dùng m ạch chuyển đổi số-tương tự). 6.1.2 Hiện trạng về truyền hình số Số hóa to àn bộ hệ thống truyền h ình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số từ Camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hình.Việc số hóa hệ thống truyền h ình hiện nay (NTSC, PAL, SECAM) chủ yếu là ở khâu phân tích ảnh cho đến đầu vào của máy phát h ình (thiết bị Studio) một phần công đoạn trong máy phát hình (điều chế, xử lý tín hiệu) một phần lớn công đoạn trong máy thu hình. Trong thực tế số hóa hoàn toàn cả hệ thống truyền hình là một điều hết sức khó khăn mà ch ỉ thực hiện số hóa một số khâu quan trọng m à thôi vì truyền hình tương tự còn rất phổ biến, đồ ìng thời phương tiện kỹ thuật, trang thiết bị còn rất mới mẽ và đ ắt tiền. + Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số T.hiệu Biến đổi Mã hóa tín Mã hóa hình h iệu hình tín hiệu kênh t.tự vào Kênh truyền h ình T.hiệu Video Giải mã tín Giải mã Biến đổi t.tự ra h iệu hình tín hiệu kênh Hình 6.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số 6.2 Cơ sở biến đổi tín hiệu truyền hình 6.2.1 Biến đổi tín hiệu Video Biến đổi tín hiệu Video tương tự thành Video số là biến đổi thuận, còn biến đổi tín hiệu Video số thành tương tự là biến đổi ngược. Trong hệ thống truyền hình số có rất nhiều bộ biến đổi thuận và ngư ợc. Khi biến đổi tín hiệu Video màu tương tự thành tín hiệu Video màu số ta có thể dùng 2 phương pháp sau: Phương pháp 1: Biến đổi trực tiếp tín hiệu màu tổng hợp NTSC, PAL, SECAM ra tín hiệu số Phương pháp 2: Biến đổi riêng từng tín hiệu thành ph ần (tín hiệu chói Y, tín hiệu số R-Y và B- Y hoặc các tín hiệu m àu cơ bản R, G, B) ra tín hiệu số và tryu ền đồng thời theo thời gian hoặc ghép kênh theo thời gian. Phương pháp 2 Biến đổi riêng các tín hiệu th ành phần (của tín hiệu m àu) thành tín hiệu sô sẽ làm tốc độ bit tăng cao hơn so với việc biến đổi tín hiệu màu Video tổng hợp. Cách này có ưu điểm là không phụ thuộc các hệ thống truyền h ình tương tự, thuận tiện cho việc trao đổi các chương trình truyền hình. Cũng có thể giảm tốc độ bit nếu sử dụng mã thích hợp. Do mã riêng các thành phần tín hiệu màu, nên có thể khử đư ợc nhiễu qua lại (nhiễu của tín hiệu lấy mẫu với các hài của tải tần màu).
66 Vì những nguyên nhân trên cho nên cách biến đổi số các tín hiệu thành phần (của tín hiệu Video màu tổng hợp) ưu việt h ơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu Video màu tổng hợp. Do đó, tổ chức truyền thanh truyền h ình quốc tế khuyến cáo n ên dùng loại này cho trung tâm truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sóng và ghi hình. 6.2.2 Chọn tần số lấ y mẫu Công đo ạn đầu tiên của quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số là lấy mẫu (có nghĩa là rời rạc tín hiệu tương tự theo thời gian). Do đó tần số lấy mẫu là một trong những thông số cơ b ản của hệ thống kỹ thuật số. Có nhiều yếu tố quyết định việc lựa chọn tần số lấy mẫu. Tần số lấy mẫu cần được xác định sao cho h ình ảnh nhận được có chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền đi với tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ nhất và m ạch đ ơn giản. a. Lấy mẫu tín hiệu Video : Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta ph ải chọn tần số lấy mẫu thoả mãn công thức Kachenhicop sa  2max (max = 5,5MHz đối với hệ PAL) nghĩa là sa  11MHz. Trường hợp sa < 2 max sẽ xảy ra hiện thượng chồng phổ làm xuất hiện các thành phần phụ (alias components) và xuất hiện méo, ví dụ như hiệu ứng lưới trên màn hình (do các tín hiệu vô ích nằm trong băng tần video), méo sườn xung tín hiệu, làm nhoè biên ảnh (do hiệu ứng bậc thang), các điểm sáng tối nhấp nháy trên màn hình. Trị số  sa tối ưu sẽ khác nhau cho các trường hợp : tín hiệu chói (trắng đen), tín hiệu m àu cơ b ản (R, G, B). các tín hiệu số màu, tín hiệu Video màu tổng hợp. Cuối cùng việc chọn tần số lấy mẫu phụ thuộc vào hệ thống truyền h ình màu. Trong trường hợp lấïy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp phải chú ý đến tần số sóng mang phụ sc, khi chọn  sa có th ể xuất hiện các trường hợp sau đây: + sa gấp nhiều lần  sc, ví dụ sa = 3 sc hoặc 4sc (h ệ PAL, NTSC chỉ dùng một tần số sc). Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ m àu nên không dùng được một tần số sa cho các tín hiệu hiệu số m àu. +sa không có quan hệ trực tiếp với sc. Trong trường hợp này ngoài các thành phần tín hiệu có ích sẽ xuất hiện các thành phần tín hiệu phụ do liên h ợp giữa sa và sc h oặc hài của sc trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt th ành ph ần tín hiệu (sa - 2sc) sẽ gây méo tín hiệu Video (tương tự) được khôi phục lại gọi là méo điều chế chéo (Intermodulation). Méo này sẽ không xuất hiện trong trường hợp lấy mẫu và mã hóa riêng tín hiệu chói và các tín hiệu số màu. Trong trường hợp lấy mẫu tín hiệu Video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL thường th ì người ta chọn bằng hài b ậc 3 tần số tải màu sc : sa =3sc. saPAL = 13,3 MHz > 2maxPAL = 2x5=10MHz hoặc 2x5,5=11MHz. saNTSC = 10,7 MHz > 2 maxNTSC = 2x4,2=8,4MHz. Nếu chọn sa= 4 sc thì cho ch ất lượng khôi phục rất tốt. Tuy nhiên, nó sẽ làm tăng tốc độ bit tín hiệu số + Nếu tín hiệu truyền đi từng th ành ph ần chất lượng h ình ảnh thu được đảm bảo tốt hơn do ảnh hưởng của sóng mang phụ khi lấy mẫu không có. + Tần số lấy mẫu của tín hiệu chói  saY 2maxY và b ằng bội số của tần số dòng. + Tần số lấy mẫu các tín hiệu màu sa(R-Y)(B-Y)  2max (R-Y)(B-Y) và bằng bội số của tần số dòng. Kết hợp điều này với thực tế người ta chọn:
67  saY= 13,5 MHz  sa(R-Y)(B-Y)=  sc= 6,75MHz cho cả 2 tiêu chuẩn: 625 50 và 525 60. Tuy nhiên, sự lựa chọn sa theo định lý Kachenhicop thì chưa đủ m à phải thỏa thêm các điều kiện sau: - Tần số  sa phải đồng bộ với tần số quét dòng fH. - Tần số  sa phải đồng bộ với tần số quét mành  V. - Tần số  sa phải đồng bộ với tần số ảnh fP, fP= 2V. 6.2.3 Lượng tử hóa tín hiệu Video Qúa trình lượng tử hóa tín hiệu rời rạc (sau khi lấy mẫu) bao gồm việc chia biên độ th ành nhiều mức (nhiều khoảng) và sắp xếp mỗi trị của mẫu bằng một mức. Các khoảng chia (khoảng lượng tử) có thể đều nhau và cũng có thể không đều nhau và ta gọi là lượng tử tuyến tính và lượng tử phi tuyến. Trong quá trình lượng tử hóa biên độ của các mẫu nằm trong cùng một khoảng lượng tử (Q) sẽ có biên độ bằng nhau, biên độ này có thể là nằm bậc trên hay nằm bậc dưới của mức lượng tử. Mỗi bậc tương ứng với một mã số nhất định. Nếu ta làm tròn với bậc trên của thang lượng tử thì gọi là lượng tử hóa trên bậc. Nếu làm tròn với bậc dưới thì gọi là lượng tử hóa dưới bậc. Hai phương pháp này gọi chung là lượng tử hóa có thang nửa bậc. Nếu làm tròn với mức ở giữa khoảng lượng tử thì gọi là lượng tử hóa có thang nửa bậc. Loại có thang nửa bậc cho độ chính xác cao hơn (sai số lư ợng tử nhỏ hơn) so với lư ợng tử hóa không có thang nửa bậc. Tuy nhiên nó có như ợc điểm là nhiễu kênh trống. 6.2.4 Mã hóa tín hiệu Video Mã hóa tín hiệu Video là biến đổi tín hiệu đã lượng tử hóa thành tín hiệu số bằng cách sắp xếp số nhị phân cho các mức lượng tử hóa và ánh xạ của các mức này thành tín hiệu có 2 mức logic “0” và “1”. Theo lý thuyết và th ực nghiệm ta có thể dùng mã 8 bit (tức 2 8 =256 mức lượng tử) để mã hóa tín hiệu Video. Nếu số bit tăng độ chính xác của bộ chuyển đổi tăng nhưng tốc độ bit tăng đòi hỏi kênh truyền rộng đồng thời đáp ứng của bộ chuyển đổi thấp. Các mã sử dụng trong truyền h ình số có thể được chia thành 4 nhóm như sau: + Các mã đ ể mã hoá tín hiệu truyền hình + Các mã đ ể truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin + Các mã thuận tiện cho việc giải mã và đồng bộ ở bên thu + Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền hình số Mã sơ cấp để tạo tín hiệu số ở trung tâm truyền hình, có dạng tín hiệu nhị phân liên tục, các bit 0 và 1 có thể được biểu diễn bằng các phương pháp khác nhau, được phân biệt bằng thời gian tồn tại, cực tính, mức pha… ch ẳng hạn NRZ, RZ, Biphase (hai pha)… Mã sơ cấp là mã cơ sở để hình thành mã bảo vệ. Mã b ảo vệ dùng đ ể tăng cường khả năng chịu đựng nhiễu cho tín hiệu truyền trong kênh thông tin. Tùy theo cách sắp xếp số nhị phân m à ta có các loại PCM (Pulse Code Modulation:Điều chế xung m ã) tuyến tính hay DPCM (Diffirent PCM: PCM vi sai). PCM tuyến tính truyền số mức lượng tử (m ã nhị phân) còn DPCM truyền tín hiệu số bằng liên hợp các gía trị lượng tử của một vài mẫu.
68 Phương pháp điều chế PCM tuyến tính 8 bit cho kết quả h ình ảnh thu được rất tốt. Các hiện tương méo lượng tử giảm đáng kể. Do vậy đối với các hình ảnh yêu cầu ch ất lượng cao người ta thường dùng loại này (Studio) nhưng nó có nhược điểm là tốc độ bit lớn, kênh truyền phải có băng tần rộng. Tần số lấy m ẫu của của tín hiệu Video màu tổng hợp là 13,5MHz. Với mã hóa riêng từng thành phần tín hiệu chói có tần số lấy mẫu là 13,5MHz và các tín hiệu màu có tần số lấy mẫu là 6,75MHz Gọi C là tốc độ bit đơn vị là b  s. Ta có C = sa.m Vậy CVID tổnghợp = 13,5.8 = 108 Mb  s CTPC = 13,5.8 = 108 Mb  s (TPC: thành ph ần các tín hiệu chói) CTPM = 6,75.8= 54 Mb  s (TPM: thành phần các tín hiệu m àu)  C= (108 + 2.54) = 216Mb s Độ rộng băng tần của kênh truyền phải là: W  3C 4 WVID tổng hợp  108.3 4= 81MHz Wcác thtp  216.3/4 = 162 MHz (thtp: tín hiệu thành phần) Ta thấy băng tần của kênh truyền rất lớn so với kênh truyền của tín hiệu tương tự (6,5MHz). Muốn truyền đi xa đối với tín hiệu truyền h ình số người ta phải giảm tốc độ bit. 6.3 Giảm tốc độ bit trong truyền hình Nếu sử dụng dụng PCM tuyến tính để biến đổi số tín hiệu Video tương tự thì tốc độ bit sẽ tăng rất cao và do đó thiết bị Video số cũng như thiết bị truyền dẫn số cần phải có dải thông rất lớn so với trương hợp tín hiệu Video tương tự. Trong truyền hình số người ta thường lấy tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu các tín hiệu số màu để đánh giá chất lượng hình ảnh. sY :  sc:R-Y :  sc:B-Y : 4 chất lượng cao nhất 4 :4 : 2 ch ất lượng cao 4 :2 : 1 ch ất lương trung b ình 4 :1 : 1 (dùng cho thoại truyền hình ) 2 :1 Việc giảm tốc độ bit dựa vào các yếu tố sau: + Nguồn tín hiệu Video được xem như nguồn có nhớ. Các thông tin được truyền trên 2 dòng kề nhau chỉ khác nhau rất ít và được xem là giống nhau. Nó cũng đúng cho cả hai m ành (nửa ảnh) và 2 ảnh kề nhau. Hay nói cách khác : Một số thông tin nhất định trong tín hiệu Video có thể được khôi phục lại ở đầu thu mà không cần truyền đi nó. + Dựa vào những đặc điểm sinh lý của mắt người : độ nhạy của mắt, các đặc điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lưu ảnh của võng mạc nên không cần truyền đi toàn bộ thông tin chứa trong các dòng và các mành hoặc các ảnh liên tục, các tín hiệu không truyền đi đó gọi là tín hiệu dư thừa (Redundanced Video Signal) + Để giảm tốc độ bit truyền h ình số còn thực hiện chọn mã thích hợp có thể thực h iện theo các nhóm sau: + DPCM: PCM phi tuyến, PCM có dự báo, PCM vi sai. + Mã chuyển vị (chuyển đổi). + Mã nội suy và ngoại suy.
69 Trong đó: PCM đòi hỏi tốc độ bit cao. DPCM sử dụng đặc trưng thống kê ảnh và tín hiệu Video và cũng như đặc điểm của mắt người cho phép làm giảm tốc độ bit nên trong truyền h ình số người ta thường dùng phương pháp điều chế xung mã vi sai hơn cả. 6.4 Số hóa tín hiệu ở Studio 6.4.1. Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình Camera ADC Đường truyền ADC Telecine Trộn B.đổi Tổg hợp số VTR mã ảnh T.hiệu Xung đồng hồ B.đổi VTR đồng bộ và lấy mẫu mã Đường truyền Đ.bộ Đ.bộ Hình 6.2 Sơ đồ khối của kênh h ình của Trung tâm truyền hình Mục đích : Số hóa to àn bộ khâu sản xuất chương trình truyền hình. Các tín hiệu Video (ra từ Camera, Telecine...) qua bộ biến đổi DAC để chuyển sang dạng số, đến thiết bị trộn. Tín hiệu ra từ thiết bị trộn có thể được ghi h ình VTR số, hoặc truyền dẫn đến các Studio khác hoặc máy phát. Thiết bị đồng bộ tạo tín hiệu đồng bộ,các tín hiệu đồng hồ và xung lấy mẫu cho các thiết bị số. 6.4.2. Các tín hiệu số ở Studio Tiêu chuẩn NTSC : 525/60, Max = 4,2MHz ; H = 15750Hz ; TH= 63,555s Tiêu chuẩn PAL : 625/50, Max= 5,5MHz ; H= 15625Hz ; TH= 64s Tín hiệu Video trong Studio bao gồm : Tín hiệu chói Y với fS/Y = 13,5MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel Tín hiệu hiệu số màu C : fS/C = 6,75 MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit /1 pixel Tín hiệu số đ ược tạo theo 3 cách : + Nối tiếp, ghép kênh theo th ời gian thành một dòng : tốc độ bit 216Mb/s, môt kênh truyền, băng tần cỡ 150 MHz, ưu điểm là chỉ có 1 mạch chuyển đổi. + Song song 3 tín hiệu (cho 1 kênh hình): tốc độ bit 108Mb/s, 54Mb/s, 54Mb/s; số kênh là 3 kênh hẹp; ưu điểm từng băng tần hẹp, nhược điểm là nhiều đường truyền + Nối tiếp song song (ghép kênh theo th ời gian và truyền song song) :kết hợp giữa 2 cách trên. 6.4.3. Bộ nhớ ảnh số Bộ nhớ ảnh số trong khâu xử lý tín hiệu số, cho phép tạo được nhiều hiệu ứng đặc biệt. Giả sử số mẫu trên 1 dòng là 720, số dòng là 625 Nên 1 ảnh có : 720625 = 450.000 mẫu (điểm ảnh trên 1 ảnh) Mà 1 mẫu tương ứng với 8 bit nên dung lượng bộ nhớ 1 ảnh cần khoảng 81/2triệu  4Mbit
70 Hiện nay người ta sử dụng riêng bộ nhớ hình ảnh số cho từng tín hiệu Y : dùng bộ nhớ 4Mbit C : dùng bộ nhớ 2Mbit Có 2 phương pháp : + Bộ nhớ ảnh số theo nguy ên tắc làm trễ tín hiệu (nguy ên lý ghi dịch)      . Mạch ra Xử vào H H H lý T T T Hình 6.3 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc làm trễ tín hiệu Bộ nhớ đồng thời đọc các mầu của tín hiệu Video trễ 1 khoảng thời gian : 1, 2, 3...điểm ảnh ( ) tập hợp các mẫu này có thể được dùng để hạn chế 1, 2, 3...dòng hình (H) 1, 2, 3...mành (T) độ dư thừa thông tin trong tín hiệu Video + Bộ nhớ theo nguy ên tắc ghi đọc tùy ý Bộ nhớ Vào (Video số) ra (Video số) Tạo địa chỉ ghi Tạo đ ịa chỉ đọc Xung chuẩn Điều khiển Hình 6.4 Bộ nhớ ảnh số theo nguyên tắc ghi đọc tuỳ ý Tín hiệu Video số được ghi vào bộ nhớ theo địa chỉ nhờ mạch điều khiển (theo xung nh ịp đồng hồ, đồng bộ với tín hiệu ghi) Việc đọc ra đ ược điều khiển bằng bộ tạo địa chỉ, đọc theo phương pháp dịch chuyển (nhờ mạch điều khiển theo xung nhịp đồng hồ đồng bộ với tín hiệu chuẩn) Bộ nhớ n ày được dùng nhiều trong xử lý tín hiệu Video, tạo hiệu ứng đặc biệt, sửa lỗi thời gian, biến đổi tiêu chuẩn truyền h ình, giảm nhiễu đồng bộ ảnh...
71 6.5 Các hệ thống truyền hình số quảng bá Truyền h ình quảng bá là truyền hình số kết hợp với công nghệ nén số cho ưu điểm nổi bật là tiết kiệm được bộ nhớ và tiết kiệm kênh truyền. Một kênh truyền hình quảng bá truyền thống khi truyền tín hiệu truyền hình số có thể truyền trên 6 chương trình và mỗi chương trình có thể kèm theo 2 đến 4 đường tiếng. Ứng dụng kỹ thu ật truyền h ình số có nén có thể truyền một chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV trên một kênh thông thường có băng thông (6-8)MHz, điều m à k ỹ thuật tương tự không thể giải quyết được. Truyền h ình số có nén được sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lượng khác nhau. Từ SDTV có chất lượng tiêu chuẩn đến HDTV có chất lượng cao với tốc độ bít từ 5-24Mb/s, được truyền dẫn và phát sóng qua cáp, qua vệ tinh và trên mặt đất. Có rất nhiều tiêu chu ẩn nén dùng cho truyền hình số: MPEG-1, 2, 3, 4, 7…(Moving Picture Experts Group). Việc phát chương trình quảng bá truyền hình số (digital video broadcasting DVB) chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG – 2, nó có phương thức sửa mã sai; căn cứ vào các chương trình multimedia, sẽ chọn lựa các phương thức điều chế tương ứng và biên mã của các đường thông tin. Hiện nay có ba tiêu chu ẩn truyền hình số có nén dùng trong truyền dẫn và phát sóng là DVB (châu Âu), ATSC (Mỹ), ISDB-T (Nhật), trong đó DVB tỏ ra có nhiều ưu điểm và có kho ảng 84% số nước trên thế giới, trong đó có VN lựa chọn sử dụng. Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB được mô tả như hình vẽ dưới đây: Dòng chg trình 1 Truyền đa Mã hoá đầu Điều chế Đến mạng chươ ng trình cuối cáp QAM cáp Dòng chg Ghép trình 2 Truyền đa Điều chế Mã hoá kênh Đến vệ chươ ng trình kênh QPSK chương tinh trình Dòng chg Đến máy trình n Truyền đa Điều chế Mã hoá p hát sóng chươ ng trình kênh COFDM trạm mặt đ ất Truy cập có đ iều kiện Hình 6.5 Mô hình h ệ thống truyền dẫn DVB Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền h ình số DVB, do các sự truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đ ã đ ược tổ chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là h ệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB–S (Satellite); hệ thống quảng bá truyền h ình số hữu tuyến DVB– C (Cable); h ệ thống quảng bá truyền h ình số trên trái đ ất DVB–T (Terrestrial); hệ thống quảng bá truyền hình số vi ba DVB–M (Microwave); hệ thống quảng bá truyền h ình số theo mạng tương tác DVB–I (Interact); hệ thống truyền hình số hệ thống cộng đồng DVB–CS (Community System),v.v .
72 6.5.1 H ệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB-C Đặc điểm chung: DVB-C: Hệ thống truyền dẫn qua cáp sử dụng độ rộng kênh truyền 7-8MHz, điều chế QAM với 64 trạng thái (64-QAM), tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1Mb/s. Trong mạng truyền hình hữu tuyến do tín hiệu h ình ảnh được truyền tải trên đường d ây cáp đồng trục n ên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc DVB đã qui định sử dụng các ph ương thức điều chế QAM, căn cứ vào trạng thái môi trường truyền tải có thể sử dụng các tốc độ điều chế khác nhau như 16-QAM; 128- QAM; 256 -QAM . Tín hiệu Bộ giải Máy thu từ vệ tinh vệ tinh số đ iều chế số Bộ trộn Tín hiệu Mạng hữu Bộ giải Máy thu từ vệ tinh tuyến vệ tinh số đ iều chế số Máy Tín hiệu Bộ giải Máy thu phát từ vệ tinh vệ tinh số đ iều chế số Hình 6.6 sơ đ ồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến Hình 6.6 là sơ đồ của hệ thống quảng bá truyền h ình số hữu tuyến . Nếu tín hiệu truyền hình lấy nguồn từ vệ tinh thì cần một máy thu vệ tinh số IRD (Integrated Receiver Coder) để thu các chương trình khác nhau và chuyển đổi thành dòng dữ liệu MPEG-2, đối với tín hiệu thị tần – âm tần AV thì cần bộ giải nén biên mã số để giải mã tín hiệu, tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2. Nguồn tín hiệu khác nhau sẽ tạo ra dòng dữ liệu MPEG-2 ở bộ trộn nhiều đường số để tiến hành trộn và thu được dòng tín hiệu có tốc độ cao hơn . Sau đó tín hiệu này đưa vào bộ điều chế QAM, bộ biến tần để đạt được dải tần cần thiết cho mạng truyền hình hữu tuyến. 6.5.2 H ệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB– S Đặc điểm chung: DVB-S: Hệ thống truyền dẫn qua vệ tinh DVB-S có các đ ặc trưng như sau: Sử dụng băng tần băng C và KU, điều chế số QPSK, tối ưu hoá cho từng tải riêng cho từng bộ phát đáp (Transponder: thiết bị thu phát trên vệ tinh) và công suất hiệu dụng, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38,1Mb/s. Bộ m ã hóa MPEG Bộ Bộ Bộ Phát lên trộn đ iều đổi Bộ m ã hóa vệ tinh nhiều ch ế tần MPEG đường QPSK lên Bộ m ã hóa MPEG Hình 6.7 Sơ đ ồ khối hệ thống quảng bá tru yền hình số vệ tinh
73 Nguyên lí qu ảng bá truyền h ình số vệ tinh trình bày ở hình 6.7. Thông tin âm tần và th ị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén biên mã số MPEG 2 (ENC) tiến h ành việc nén biên mã , tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200Mb/s được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG-2 b ị nén nhiều đường sẽ được đưa vào bộ trộn nhiều đường số tiến h ành việc trộn, ở ngõ ra sẽ nhận được dòng mã MPEG-2 có tốc độ càng cao hơn. Căn cứ vào yêu cầu, các chương trình truyền hình cần truyền tải sẽ được thực hiện việc mã hó a, sau đó dòng số liệu MPEG-2 được đưa vào bộ điều chế số QPSK. Cuối cùng tiến h ành biến tần, tín hiệu QPSK được điều ch ế tới trung tần IF, đạt tới tần số vi ba cần thiết của dải sóng C hoặc KU, thông qua anten phát tiến hành phát xạ lên truyền hình vệ tinh. Sơ đồ khối của hệ thống thu truyền hình số vệ tinh như h ình 6.8. Tín hiệu vệ tinh qua b ộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD (integrated receiver coder ) sẽ tiến hành việc giải điều chế QPSK, giải m ã đ ưa ra tín hiệu âm tần và th ị tần, nếu dùng đầu nối thu CATV ở trước thì m ạng truyền h ình hữu tuyến có thể được chia thành phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số. Trong phương thức truyền tải tương tự th ì số đường truyền đạt và số lượng máy thu b ằng nhau, do tín hiệu đầu ra của máy thu vệ tinh số IRD là AV cho nên cần phải dùng các bộ điều chế tương tự với các kênh tần khác nhau để truyền tải tín hiệu tới hộ dùng. Tín hiệu từ vệ A tinh Bộ Máy Tivi b iến thu vệ thông V tần tinh số thường Hình 6.8 Sơ đồ khối hệ thống thu truyền h ình số 6.5.3 H ệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất DVB –T Đặc điểm chung: DVB-T: Hệ thống phát sóng số trên mặt đất DVB-T sử dụng độ rộng kênh 7- 8MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24Mb/s. Người ta sử dụng phương pháp điều chế số mã hoá ghép kênh theo tần số trực giao COFDM do sự truyền tải của hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất tương đối đặc biệt, có hiện tư ợng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng. Tín hiệu từ Máy thu vệ tinh vệ tinh số Bộ trộn nhiều đ ường Tín hiệu từ vệ tinh Máy thu Bộ đ iều chế số vệ tinh số Bộ nâng tần Bộ mã hóa A MPEG - 2 V VHF UHF Bộ mã hóa A MPEG - 2 V Hình 6.9 Sơ đ ồ khối hệ thống DVB-T