MỞ ĐẦU HDTV (High-definition television) là hệ thống truyền hình số quảng bá có độ phân giải cao cho hình ảnh đẹp, sắc nét, màu sắc đa dạng phong phú kết hợp với hệ thống âm thanh số trung thực, đa kênh tạo ra một dịch vụ có chất lƣợng nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM) Chuẩn truyền hình này đƣa đến cho ngƣời xem không chỉ cảm nhận về chất lƣợng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn tƣợng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thƣớc của toàn bộ hình ảnh. Hơn thế nữa, với việc cung cấp tín hiệu âm thanh vòng (surround sound) 5.1 đã mang lại cho ngƣời xem một cảm giác nhƣ đang ngồi trong rạp chiếu phim. Việc ngƣời dùng chuyển lên HDTV thay thế SDTV đƣợc coi là một bƣớc tiến đáng nhớ cho ngành công nghiệp điện tử gia dụng, tƣơng tự nhƣ việc nhân loại chuyển từ tivi đen trắng sang tivi màu trƣớc đây. Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV trên công các công nghệ khác nhau đặc biệt là sử dụng chuẩn DVB (T,S,C) đang gặp khó khăn về yêu cầu cân bằng giữa băng thông tín hiệu và chất lƣợng kênh truyền.
Sự ra đời của chuẩn nén mới MPEG-4/AV đã cải thiện đƣợc hiệu suất nén dòng tín hiệu và hiệu quả sử dụng kênh truyền. Đầu năm 2009 đánh dấu sự công nhận hệ tiêu chuẩn thứ 2 của DVB gồm DVB- T2, DVB-S2, DVB-C2 với việc làm giảm rất nhiều dung lƣợng của kênh, tăng độ tin cậy và khả năng chống nhiễu do vậy càng thúc đẩy sự phát triển mạnh của dịch vụ HDTV. Hiện nay tại Việt Nam truyền hình độ phân giải cao vẫn là một khái niệm rất mới đối với ngƣời sử dụng. Trên thị trƣờng chỉ xuất hiện màn hình Plasma và LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chƣơng trình cũng nhƣ cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng phƣơng án đầu tƣ, nghiên cứu và phát thử nghiệm.
Luận văn “Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam” đi vào nghiên cứu các công nghệ, chuẩn sử dụng trên HDTV và đánh giá so sánh đƣợc hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ 2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. Đồng thời cũng đánh giá đƣợc hiện trạng việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nƣớc ta để cho ngƣời sử dụng có một cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam. Nội dung của luận văn đƣợc chia thành 5 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tổng quan HDTV LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 2 Chƣơng 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu, lƣợng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm thanh vòng sử dụng trong HDTV Chƣơng 3: Các công nghệ truyền dẫn HDTV, giới thiệu chuẩn DVB thế hệ thứ 2 (DVB-T2,DVB-S2,DVB-C2) và so sánh đánh giá hiệu quả kênh truyền. Chƣơng 4: Một số kết quả mô phỏng sử dụng phần mềm mô phỏng MATLAB 2009a về mô phỏng hệ HDTV, so sánh đánh giá hiệu suất về việc dùng chuẩn DVB đầu tiên và thế hệ thứ 2 qua mã hoá LDPC Chƣơng 5: Ứng dụng triển khai HDTV tại Việt Nam.
Qua việc giới thiệu đề án xây dựng hệ thống HDTV tại Truyền hình cáp Việt Nam giúp chúng ta hiểu kỹ hơn về việc triển khai HDTV. Qua lời nói đầu tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS.Ngô Thái Trị, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình hoàn thiện bản luận văn này; cũng xin đƣợc cảm ơn các thầy cô giáo, bạn học cùng lớp, bạn bè đồng nghiệp đã giúp đỡ và động viên tôi trong suốt thời gian thực hiện luận văn. Hà Nội, tháng 12 năm 2009 Học viên Nguyễn Thị Thu Trang LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 3 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV 1.Khái niệm HDTV 1. Khái niệm và ƣu điểm của HDTV [5] HDTV sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải tiến chất lƣợng âm thanh cung cấp tới tivi.
Chất lƣợng hình ảnh tƣơng đƣơng với 35 mm phim camera, chất lƣợng âm thanh tƣơng đƣơng với một máy nghe nhạc compact. Để đạt đƣợc điều đó HDTV đã tạo thêm các dòng điện tử quét ngang màn hình và thêm các electron để tạo thêm chi tiết ảnh. Các hệ thống truyền hình truyền thống cung cấp loại tivi với 525 dòng quét (NTSC) với 300 điểm ảnh trên/dòng. HDTV sử dùng hơn 1000 dòng quét với khoảng 1000 điểm ảnh trong một dòng.
Với việc tăng thông tin cho hình ảnh nên HDTV yêu cầu một băng thông cao hơn hẳn so với hệ thống truyền hình truyền thống do đó tăng hiệu suất sử dụng băng thông. Các ƣu điểm của HDTV so với SDTV - Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng. - Âm thanh với chất lƣợng cao. - Băng thông sử dụng hẹp.
Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tƣợng nhƣ bóng hình (ghosting), hoặc muỗi (snow) không tìm thấy với hệ thống HDTV.Tỷ lệ khuôn hình [3] Tỷ lệ khuôn hình là tỷ lệ giữa chiều ngang và chiều cao của hình ảnh, về bản chất là tỷ lệ giữa số điểm ảnh tích cực của 1 dòng trên số dòng tích cực. Tỷ lệ truyền thống là 4:3, còn tỷ lệ của một khuôn hình rộng là 16:9. Một số ƣu điểm của khuôn hình rộng là: + Góc nhìn thấy của con ngƣời khoảng xung quanh 120 o, nhƣng khi nhìn màn hình nhỏ tỷ lệ 4:3 từ khoảng cách vài mét, chúng ta sẽ phải làm hẹp góc nhìn một cách đáng kể thậm chí lên đến 10o. Điều này làm giảm khả năng cảm thụ hình ảnh.
+ Tỷ lệ khuôn hình 16:9 (1.78:1) gần hơn với tỷ lệ khuôn hình sử dụng trong điện ảnh (thƣờng là 1. + Phần lớn các chuyển động trên màn hình đƣợc thực hiện theo chiều ngang (ví dụ bóng đá, đua xe), do đó màn hình rộng sẽ có thể đáp ứng tốt hơn. + Màn hình rộng cũng có nghĩa giảm bớt số lƣợng các hình cận cảnh và chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và liên tục với chƣơng trình có tính phim ảnh.
Nói một cách đơn giản là có thể giảm bớt LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 4 đƣợc các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn đƣợc nhiều hơn trên màn hình rộng Hình sau đây sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình. 16 9 Khoảng cách nhìn: 3H Khoảng cách nhìn: 7H 0 Góc nhìn: 30 Góc nhìn: 100 Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình HDTV sử dụng tỷ lệ khuôn hình rộng 16:9.Đặc tính quét ảnh Với định dạng 720p, tần số mành cũng là tần số khung, mỗi khung hình truyền đi bao gồm 1 mành quét với 750 dòng tín hiệu. Với định dạng 1080i, một khung hình gồm 1125 dòng tín hiệu, đƣợc truyền đi bằng 2 mành. Mành 1 gồm các dòng lẻ, gồm có 563 dòng.
Mành 2 gồm các dòng chẵn, gồm có 562 dòng. Tần số khung tƣơng ứng với 2 hệ tần số là 25Hz và 30Hz. Tần số dòng với định dạng 1080/30i: fH = 30 x 1125 = 33750Hz. Tƣơng tự nhƣ vậy, tần số dòng với các định dạng 1080/25i là 28125Hz, với định dạng 720/60p là 45000Hz, với định dạng 720/50p là 37500Hz.
Bảng sau đây thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tƣơng tự 50Hz 60Hz STT Thông số 720p 1080i 720p 1080i 1 Tần số khung 50 25 60 30 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.1: Thông số quét ảnh của HDTV 1.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu Độ phân giải đứng tƣơng đƣơng với số lần chuyển đổi giữa dòng tín hiệu mức trắng và mức đen trong toàn ảnh. Từ những năm 1930, đã xác định độ phân giải chiều đứng đƣợc tính bằng 70% của số dòng tích cực.7 đƣợc gọi là hệ số K (Kell Factor). Độ phân giải chiều đứng thƣờng đƣợc thể hiện ở dạng số dòng của chiều cao 1 ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này đƣợc dùng để xác định mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị đƣợc. Nếu 1 ảnh yêu cầu độ phân giải cao hơn giá trị phân giải đứng của mành thì ảnh sẽ bị mờ.
Độ phân giải ngang của mành sẽ quyết định bề rộng băng thông cần thiết để truyền tín hiệu. Ta sẽ tính toán trên ví dụ là hệ 1080/25i nhƣ sau: Số dòng tích cực: 1080 Độ phân giải đứng: 1080 x 0.7 = 756 LPH Với tỷ lệ khuôn hình 16:9, chiều ngang của mành phải đảm bảo hiển thị số điểm ảnh là: 756 x 16/9 = 1344 điểm ảnh. Tần số mành của hệ 1080/25i là: 28125Hz, do đó thời gian tích cực 1 dòng là: (1/28125) x (1920/2640) = 25.858s Do chiều ngang có số điểm ảnh là 1344, nên số lần chuyển đổi điểm ảnh đen trắng trên 1 dòng là 1344/2 = 672 lần. Thời gian 1 lần chuyển đổi là: 25.0384s Tần số cực đại là: 1/0.04 MHz LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 6 Đây cũng chính là độ rộng băng thông tối thiểu cần thiết để truyền tín hiệu đảm bảo độ phân giải đứng và ngang nói trên.
Nếu giảm độ rộng băng thông truyền tín hiệu, sẽ làm giảm độ phân giải hình. Tính toán trên là với tín hiệu chói, với tín hiệu hiệu mầu, độ rộng băng thông tƣơng ứng sẽ là 13MHz. Độ phân giải của SDTV ở châu Âu là 720 điểm ảnh trên một dòng, 575 dòng tích cực trong một mành đƣợc quét xen kẽ, tƣơng đƣơng với 0. Tại Bắc Mỹ số dòng tích cực thậm chí còn ít hơn, chỉ có 480 dòng quét xen kẽ.
Độ phân giải của định dạng HDTV 1080i là hơn 2Mpixels, tức là cao hơn 5 lần so với SDTV. Cũng cần phải nhấn mạnh rằng, một đĩa DVD hay một chƣơng trình truyền hình số (truyền qua cáp, vệ tinh số, hay số mặt đất) cũng chỉ có 575 dòng tích cực mặc dù rất nhiều ngƣời nghĩ rằng DVD hay truyền hình số hiện nay là có độ phân giải cao. Để có thể dán nhãn HD ready, thiết bị cần ít nhất 720 dòng vật lý, nhƣng hiện nay phần lớn các TV màn hình phẳng có 768 dòng. Các Projector độ phân giải cao thƣờng đƣợc gọi là Projector 720p có độ phân giải là 1280x720.
Một điều quan trọng cần nhấn mạnh là: Các yêu cầu để đạt HD ready không đề cập đến số điểm ảnh trên 1 dòng, nhƣng ta cần hiểu rằng số điểm ảnh là càng nhiều càng tốt. Độ phân giải đặc trƣng của hiển thị HD là: 1280x720(0. Thiết bị hiển thị với độ phân giải gốc 1920x1080 đƣợc biết đến với tên HD đầy đủ (Full HD) hoặc bộ TV 1080p hoặc Projector.