Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
1
Luận văn
Công nghệ truyền hình số
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
2
LỜI NÓI 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 hoá 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 hoá 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
chống nhiễu cao, chất lượng âm thanh, hình ảnh tốt và đồng đều, 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 không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình
ảnh. Bên cạnh đó là sự phát triển của nghành công nghệ điện tử tin học nói chung
cũng là một sự hỗ trợ đắc lực để truyền hình ngày càng hoàn thiện hơn, phục vụ tốt
hơn cho nhu cầu ngày cang cao của con người trong xã hội hiện đại. Có thể nói
truyền hình số là tương lai của công nghệ truyền hình.
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
3
PHẦN I : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
1 CHƯƠNG I : TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ NHỮNG VẤN ĐỀ
TRÊN CON ĐƯỜNG CHUYỂN ĐỔI CÔNG NGHỆ
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mới mà tất cả các thiết bị
kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong
đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì
được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói
trên (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân
(dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự_số.
1.1. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình.
Trong quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình, có một số vấn đề chủ yếu được
đặt ra:
1.1.1. Lựa chọn độ phân giải cho một hình ảnh số:
Độ dài của dãy tín hiệu nhị phân biểu diễn một ảnh số là một trong những chỉ
tiêu chất lượng của kỹ thuật số hoá tín hiệu truyền hình. Nó phản ánh độ sáng, tối ,
màu sắc của hình ảnh được ghi nhận và chuyển đổi. Về nguyên tắc, độ dài của từ
mã nhị phân càng lớn thì quá trình biến đổi càng chất lượng, nó được xem như độ
phân giải của quá trình số hoá.
Tuy nhiên, độ phân giải đó cũng chỉ đến một giới hạn nhất định là đủ thoả
mãn khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện nay cũng như khả năng phân biệt của mắt
người xem. Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bít.
1.1.2. Lựa chọn tần số lấy mẫu .
Giá trị tần số lấy mẫu đương nhiên phản ánh độ phân tích của hình ảnh số.
Nhưng mục đích của sự lựa chọn là tìm được một số giá trị tối ưu giữa một bên là
chất lượng và một bên là tính kinh tế của thiết bị. Tần số lấy mẫu cần được xác
định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao, tín hiệu truyền với tốc độ bít
nhỏ và mạch thực hiện đơn giản.
Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn tần số và tỉ lệ giữa tần số lấy
mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu (trong biến đổi tín hiệu video
thành phần).
Tần số lấy mẫu tín hiệu truyền hình phụ thuộc hệ thống truyền hình màu. Nếu
lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp, nhất thiết tần số lấy mẫu phải là một bội số của
tần số sóng mang màu. Thông thường: fsa= 34 fsc
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
4
Với : fsa : Tần số lấy mẫu
fsc : Tần số sóng mang màu
Nếu không thoả mãn điều này, sẽ xuất hiện thêm các thành phần tín hiệu phụ
do liên hợp giữa fsa và fsc hoặc hài của fsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu, đặc biệt
thành phần tín hiệu (fsa- 2fsc) sẽ gây méo tín hiệu video tượng tự được khôi phục
lại từ tín hiệu số. Loại méo này được gọi là méo điều chế chéo (intermodulation).
Méo điều chế chéo không xuất hiện nếu biến đổi tín hiệu video thành phần.
Do vậy, nếu biến đổi tín hiệu video thành phần, khái niệm tần số lấy mẫu là bội số
nguyên lần tần số sóng mang màu là không cần thiết.
Có thể chọn tần số lấy mẫu cho tín hiệu tổng hợp như sau:
fsa = 3fsc fsa= 4fsc
PAL 13,3 MHz 17,7 MHz
NTSC
10,7 MHz 14,3 MHz
Theo các nghiên cứu cho thấy, sẽ có rất nhiều lợi ích nếu chọn tần số lấy mẫu
là số nguyên lần tần số dòng: fsa= nfH.
Với tần số dòng của các hệ truyền hình hiện nay :
* Tiêu chuẩn 625/50: fH = 15625 MHz.
* Tiêu chuẩn 525/60: fH = 15734,25 MHz.
thì tần số f = 13,5 MHz là tần số duy nhất là bội số chung của tần số dòng
cho cả hai hệ truyền hình.
13,5 MHZ = 864 x fH đối với 625 dòng.
= 858 x fH đối với 525 dòng.
Một điều vô cùng may mắn là : theo nghiên cứu của các tổ chức quốc tế, khi
tần số lấy mẫu tới gần phạm vi 13 MHz, chất lượng ảnh khôi phục sẽ rất tốt, nếu
tần số lấy mẫu giảm nhỏ hơn 13 MHz, chất lượng ảnh giảm đi rõ rệt.
Bởi vậy, tần số lấy mẫu fsa = 13,5 MHz là tần số được các tổ chức quốc tế
thừa nhận hiện nay.
Bảng I .1.1: Tần số lấy mẫu tí n hiệu Video
Multimedia Khoa Điện Tử Viễn Thông - ĐHBKHN
5
Về tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu,
có một số tiêu chuẩn như sau:
Y C
R
C
B
14 7 7
12 6 6
4 4 4
4 2 2
4 2 0
4 1 1
2 1 1
Hai tổ hợp đầu không được sử dụng vì không có sự liên hệ với tần số dòng.
Dạng thức được sử dụng phổ biến nhất là 4:2:2. Có nghĩa là tần số lấy mẫu tín hiệu
chói gấp hai lần tần số lấy mẫu các tín hiệu hiệu màu.
Trong tiêu chuẩn truyền hình số quốc tế Rec_601 do tổ chức ITU_R qui định,
tỉ lệ tần số lấy mẫu là 4:2:2. Đây cũng là cấu trúc sử dụng trong tiêu chuẩn truyền
hình độ phân giải cao, màn hình rộng với tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 18 MHz.
1.1.3. Lựa chọn cấu trúc mẫu.
Nếu coi hình ảnh số là tập hợp của các con số thì việc sắp xếp, bố trí chúng
theo một quy luật nào là có lợi nhất. Mục đích của vấn đề là giảm tối thiểu các hiện
tượng viền, bóng, nâng cao độ phân tích của hình ảnh.
Việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào tọa
độ các điểm lấy mẫu . Vị trí các điểm lấy mẫu hay còn gọi là cấu trúc mẫu được
xác định theo thời gian, trên các dòng và các mành. Tần số lấy mẫu phù hợp với
cấu trúc mẫu sẽ cho phép khôi phục hình ảnh tốt nhất. Do vậy, tần số lấy mẫu và
cấu trúc lấy mẫu phải thích hợp theo cả ba chiều t,x,y.
Có ba dạng liên kết vị trí các điểm lấy mẫu được sử dụng cho cấu trúc lấy
mẫu tín hiệu video . Đó là:
Cấu trúc trực giao:
Đối với cấu trúc trực giao, các mẫu trên các dòng kề nhau được sắp xếp thẳng
hàng theo chiều đứng. Cấu trúc này là cố định theo mành và ảnh, tần số lấy mẫu
thoả mãn tiêu chuẩn Nyquish nên cần sử dụng tốc độ bít rất lớn.
B
ả
ng I .1.2: T
ỉ
l
ệ
l
ấ
y m
ẫ
u tí n hi
ệ
u chói
và tí n hiệu màu