Bài giảng Kỹ thuật truyền hình - Chương 6: Truyền hình số

 suy và ngoại suy.
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 hình 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
Telecine
Tổg hợp
ảnh
VTR
Đ.bộ
B.đổi
mã
ADC
ADC
Trộn
số
Đ.bộ
B.đổi
mã
VTR
Camera
T.hiệu
đồng bộ
Xung đồng hồ
và lấy mẫu
Đường truyền
Đường truyền
Hình 6.2 Sơ đồ khối của kênh hình của Trung tâm truyền hình
Mục đích : Số hóa toàn 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 hình 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= 63,555ms
Tiêu chuẩn PAL : 625/50, ¦Max= 5,5MHz ; ¦H= 15625Hz ; TH= 64ms
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 được tạo theo 3 cách :
+ Nối tiếp, ghép kênh theo thời 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 thời 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
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 nguyên tắc làm trễ tín hiệu (nguyên lý ghi dịch)
t
t
t
......
t
t
H
H
H
T
T
T
Mạch
Xử
lý
vào
ra
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 (t )
1, 2, 3...dòng hình (H) tập hợp các mẫu này có thể được dùng để hạn chế
1, 2, 3...mành (T) độ dư thừa thông tin trong tín hiệu Video 
+ Bộ nhớ theo nguyên tắc ghi đọc tùy ý
Bộ nhớ
Điều khiển
Tạo địa chỉ ghi
Tạo địa chỉ đọc
 ra (Video số)
Vào (Video số)
Xung chuẩn
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 nhịp đồng hồ, đồng bộ với tín hiệu ghi)
Việc đọc ra được 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 này được dùng nhiều trong xử lý tín hiệu Video, tạo hiệu ứng đặc biệt, sửa lỗi thời gian, biến đổi tiêu chuẩn truyền hình, giảm nhiễu đồng bộ ảnh...
6.5 Các hệ thống truyền hình số quảng bá
	Truyền hình 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 thuật truyền hình 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 mà kỹ thuật tương tự không thể giải quyết được.
	Truyền hình 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 chuẩn 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 chuẩn 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 khoảng 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:
Truyền đa chương trình
Mã hoá đầu cuối cáp
Điều chế 
QAM
Truyền đa chương trình
Mã hoá 
kênh
Điều chế 
QPSK
Truyền đa chương trình
Mã hoá 
kênh
Điều chế 
COFDM
Ghép kênh chương trình
Dòng chg 
trình 1
Dòng chg 
trình 2
Dòng chg 
trình n
Truy cập có điều kiện
Đến mạng 
cáp
Đến vệ 
tinh
Đến máy phát sóng trạm mặt đất
Hình 6.5 Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB
Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền hình số DVB, do các sự truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đã được tổ chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB–S (Satellite); hệ thống quảng bá truyền hình số hữu tuyến DVB–C (Cable); hệ thống quảng bá truyền hình số trên trái đất DVB–T (Terrestrial); hệ thống quảng bá truyền hình số vi ba DVB–M (Microwave); hệ thống quảng bá truyền hình số theo mạng tương tác DVB–I (Interact); hệ thống truyền hình số hệ thống cộng đồng DVB–CS (Community System),v.v .
6.5.1 Hệ 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 hình ảnh được truyền tải trên đường dây cáp đồng trục nên nó ít bị can nhiễu bên ngoài. Trong các nguyên tắc DVB đã qui định sử dụng các phương 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 .
Máy thu vệ tinh số
Máy thu vệ tinh số
Máy thu vệ tinh số
Bộ giải điều chế số
Bộ giải điều chế số
Bộ giải điều chế số
Bộ trộn
Máy phát
Mạng hữu tuyến
Tín hiệu từ vệ tinh
Tín hiệu từ vệ tinh
Tín hiệu từ vệ tinh
Hình 6.6 sơ đồ khối hệ thống truyền hình số hữu tuyến
Hình 6.6 là sơ đồ của hệ thống quảng bá truyền hình 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 Hệ 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 đặc 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 mã hóa MPEG
Bộ mã hóa MPEG
Bộ mã hóa MPEG
Bộ trộn nhiều đường
Bộ điều chế QPSK
Bộ đổi tần lên
Phát lên vệ tinh
Hình 6.7 Sơ đồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh
 Nguyên lí quảng bá truyền hình số vệ tinh trình bày ở hình 6.7. Thông tin âm tần và thị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén biên mã số MPEG 2 (ENC) tiến hành 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 bị nén nhiều đường sẽ được đưa vào bộ trộn nhiều đường số tiến hành 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 hóa, sau đó dòng số liệu MPEG-2 được đưa vào bộ điều chế số QPSK. Cuối cùng tiến hành biến tần, tín hiệu QPSK được điều chế 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 hình 6.8. Tín hiệu vệ tinh qua bộ biến tần LNB, máy thu vệ tinh số IRD (integrated receiver coder ) sẽ tiến hành việc giải điều chế QPSK, giải mã đưa ra tín hiệu âm tần và thị tần, nếu dùng đầu nối thu CATV ở trước thì mạng truyền hình hữu tuyến có thể được chia thành phương thức truyền tải tương tự và phương thức truyền tải số.
Bộ biến tần
Máy thu vệ tinh số
Tivi thông thường
A
V
Tín hiệu từ vệ tinh
Hình 6.8 Sơ đồ khối hệ thống thu truyền hình số
Trong phương thức truyền tải tương tự thì số đường truyền đạt và số lượng máy thu bằng 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. 
6.5.3 Hệ 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 tượng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất nghiêm trọng. 
Máy thu vệ tinh số
Máy thu vệ tinh số
Bộ mã hóa MPEG - 2
Bộ mã hóa MPEG - 2
Bộ trộn nhiều đường
Bộ điều chế số
Bộ nâng tần
VHF UHF
A
V
A
V
Tín hiệu từ vệ tinh
Hình 6.9 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T
Tín hiệu từ vệ tinh