Luận Văn Thạc Sĩ Về Truyền Hình Số Có Độ Phân Giải Cao HDTV Tại Việt Nam

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu truyền hình số HDTV và ứng dụng tại Việt Nam, phân tích tiềm năng và thách thức trong ngành truyền thông.

• Tác giả: Nguyễn Thị Thu Trang
• Người hướng dẫn: Ts. Ngô Thái Trị
• Trường học: Đại học quốc gia hà nội
• Chuyên ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông
• Đề tài: Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Khái niệm HDTV
• 1.2. Tỷ lệ khuôn hình
• 1.3. Đặc tính quét ảnh
• 1.4. Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu
• 1.5. Lịch sử và xu hướng phát triển
• 1.5.1. HDTV tại Nhật Bản
• 1.5.2. HDTV tại Mỹ
• 1.5.3. HDTV tại châu Âu
• 1.6. Mô hình tổng quan của hệ thống HD
• 1.6.1. Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend)
• 1.6.2. Hệ thống mạng phân phối tín hiệu
• 1.6.3. Thiết bị đầu cuối thuê bao
• 2. CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV
• 2.1. Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu
• 2.2. Lượng tử hóa
• 2.3. Nén video số bằng MPEG
• 2.3.1. Tổng quan nén MPEG
• 2.3.2. Nguyên lý nén Video
• 2.3.3. Nén trong ảnh
• 2.3.4. Nén liên ảnh
• 2.3.5. Tổng quan về MPEG 4
• 2.4. Chuyển đổi âm thanh tiêu chuẩn SD sang âm thanh tiêu chuẩn HD
• 3. CHƯƠNG 3: TRUYỀN DẪN HDTV
• 3.1. Phát HDTV qua vệ tinh
• 3.1.1. Phát sóng theo chuẩn DVB-S
• 3.1.2. Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S2
• 3.2. Phát HDTV qua sóng mặt đất
• 3.3. Phát HDTV qua mạng cáp
• 3.3.1. Phát HDTV qua chuẩn DVB-C
• 3.3.2. Giới thiệu DVB-C2
• 3.3.3. Kiến trúc hệ thống DVB-C2
• 3.4. Phát HDTV qua IP
• 4. CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
• 4.1. Mô hình mô phỏng
• 4.2. Mô hình hệ thống DVB-T
• 4.3. Mô hình hệ thống DVB-T2
• 4.4. Mô hình hệ thống DVB-S2
• 4.5. Đánh giá một số kết quả mô phỏng
• 4.5.1. Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T
• 4.5.2. Hệ thống DVB-S2
• 4.5.3. Hệ thống DVB-T2
• 5. CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM
• 5.1. Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi
• 5.2. Chuyển đổi khuôn hình
• 5.3. Kỹ thuật De-interlacing
• 5.4. Kỹ thuật upconversion
• 5.5. Tiêu chuẩn công nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống
• 5.6. Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp
• 5.7. Dây truyền công nghệ và lựa chọn thiết bị
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Ứng Dụng Truyền Hình Số HDTV Tại Việt Nam

Truyền hình số HDTV (High Definition Television) là một bước tiến lớn trong công nghệ truyền hình, mang lại hình ảnh sắc nét và âm thanh chất lượng cao. Tại Việt Nam, việc áp dụng công nghệ này đang trong giai đoạn phát triển mạnh mẽ. HDTV không chỉ cải thiện trải nghiệm xem cho người dùng mà còn mở ra nhiều cơ hội cho các nhà sản xuất nội dung và dịch vụ truyền hình. Tuy nhiên, việc triển khai HDTV tại Việt Nam vẫn gặp nhiều thách thức, từ cơ sở hạ tầng đến nhận thức của người tiêu dùng.

1.1. Khái Niệm Về Truyền Hình Số HDTV

HDTV là hệ thống truyền hình số có độ phân giải cao, cho phép truyền tải hình ảnh và âm thanh với chất lượng vượt trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống. Độ phân giải của HDTV thường là 720p hoặc 1080p, mang lại trải nghiệm hình ảnh rõ nét và sống động.

1.2. Lợi Ích Của Việc Ứng Dụng HDTV Tại Việt Nam

Việc áp dụng HDTV tại Việt Nam không chỉ nâng cao chất lượng dịch vụ truyền hình mà còn thúc đẩy sự phát triển của ngành công nghiệp điện tử và viễn thông. Người tiêu dùng sẽ được trải nghiệm hình ảnh sắc nét hơn, âm thanh sống động hơn, từ đó tạo ra nhu cầu cao hơn cho các sản phẩm và dịch vụ liên quan.

II. Thách Thức Trong Việc Triển Khai HDTV Tại Việt Nam

Mặc dù có nhiều lợi ích, việc triển khai HDTV tại Việt Nam vẫn đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là cơ sở hạ tầng truyền dẫn chưa đủ mạnh để hỗ trợ băng thông cao cần thiết cho HDTV. Ngoài ra, nhận thức của người tiêu dùng về công nghệ này còn hạn chế, dẫn đến việc chậm trễ trong việc áp dụng.

2.1. Cơ Sở Hạ Tầng Truyền Dẫn Chưa Đủ Mạnh

Cơ sở hạ tầng truyền dẫn hiện tại chủ yếu dựa vào công nghệ cũ, không đủ khả năng đáp ứng yêu cầu băng thông cao của HDTV. Việc nâng cấp hệ thống truyền dẫn là cần thiết để đảm bảo chất lượng dịch vụ.

2.2. Nhận Thức Của Người Tiêu Dùng Về HDTV

Nhiều người tiêu dùng vẫn chưa hiểu rõ về lợi ích của HDTV, dẫn đến việc chậm chạp trong việc chuyển đổi từ các hệ thống truyền hình truyền thống sang HDTV. Cần có các chiến dịch truyền thông để nâng cao nhận thức và khuyến khích người tiêu dùng.

III. Phương Pháp Triển Khai HDTV Tại Việt Nam

Để triển khai HDTV thành công, cần có một kế hoạch chi tiết và đồng bộ từ các cơ quan chức năng, nhà cung cấp dịch vụ và các nhà sản xuất thiết bị. Việc áp dụng các công nghệ nén mới như MPEG-4/AVC sẽ giúp cải thiện hiệu suất truyền dẫn và giảm băng thông cần thiết.

3.1. Ứng Dụng Công Nghệ Nén MPEG 4 AVC

Công nghệ nén MPEG-4/AVC giúp giảm dung lượng tín hiệu mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh và âm thanh. Việc áp dụng công nghệ này sẽ giúp các nhà cung cấp dịch vụ tiết kiệm băng thông và nâng cao chất lượng dịch vụ.

3.2. Đầu Tư Vào Cơ Sở Hạ Tầng

Đầu tư vào cơ sở hạ tầng truyền dẫn là rất quan trọng để đảm bảo khả năng cung cấp dịch vụ HDTV. Cần có các chính sách hỗ trợ từ chính phủ để khuyến khích các nhà đầu tư tham gia vào lĩnh vực này.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của HDTV Tại Việt Nam

Hiện nay, một số nhà cung cấp dịch vụ truyền hình tại Việt Nam đã bắt đầu triển khai dịch vụ HDTV. Các kênh truyền hình cáp và vệ tinh đang dần chuyển đổi sang phát sóng HDTV, mang lại cho người tiêu dùng nhiều lựa chọn hơn về nội dung.

4.1. Các Kênh Truyền Hình Đang Phát Sóng HDTV

Nhiều kênh truyền hình cáp và vệ tinh đã bắt đầu phát sóng các chương trình với chất lượng HDTV. Điều này không chỉ nâng cao trải nghiệm xem cho người tiêu dùng mà còn tạo ra sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ.

4.2. Kết Quả Nghiên Cứu Về Ứng Dụng HDTV

Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng HDTV đã cải thiện đáng kể sự hài lòng của người tiêu dùng. Họ đánh giá cao chất lượng hình ảnh và âm thanh, từ đó tạo ra nhu cầu cao hơn cho các dịch vụ truyền hình.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của HDTV Tại Việt Nam

Tương lai của HDTV tại Việt Nam rất hứa hẹn, với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao từ người tiêu dùng. Tuy nhiên, để đạt được thành công, cần có sự hợp tác chặt chẽ giữa các bên liên quan và đầu tư mạnh mẽ vào cơ sở hạ tầng.

5.1. Triển Vọng Phát Triển HDTV

Với sự phát triển của công nghệ và nhu cầu ngày càng cao, HDTV sẽ trở thành một phần không thể thiếu trong cuộc sống hàng ngày của người tiêu dùng Việt Nam. Cần có các chính sách hỗ trợ để thúc đẩy sự phát triển này.

5.2. Các Yếu Tố Quyết Định Thành Công Của HDTV

Thành công của HDTV tại Việt Nam phụ thuộc vào nhiều yếu tố, bao gồm cơ sở hạ tầng, nhận thức của người tiêu dùng và sự cạnh tranh giữa các nhà cung cấp dịch vụ. Cần có sự đồng bộ trong các chính sách và chiến lược để đảm bảo sự phát triển bền vững.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bán dẫn và kỹ thuật xử lý tín hiệu số đã thúc đẩy ngành truyền hình chuyển dịch từ độ phân giải tiêu chuẩn (SDTV) sang truyền hình độ phân giải cao (HDTV). Trong truyền hình truyền thống, tín hiệu SDTV định dạng PAL chỉ cung cấp 575 dòng quét tích cực với khoảng 0,4 triệu điểm ảnh trên mỗi khung hình tỷ lệ 4:3. Ngược lại, chuẩn HDTV định dạng 1080i mang lại hơn 2,07 triệu điểm ảnh ở tỷ lệ khung hình rộng 16:9, tạo độ sắc nét gấp 5 lần cùng hệ thống âm thanh lập thể vòm Dolby AC-3 5.1 kênh sống động.

Tuy nhiên, thách thức kỹ thuật lớn nhất đặt ra là lưu lượng dòng tín hiệu số HDTV chưa nén có thể lên tới 1425,6 Mbps đối với mã hóa 10-bit và 1140,48 Mbps đối với mã hóa 8-bit. Dung lượng khổng lồ này đòi hỏi một độ rộng băng thông truyền dẫn rất lớn nếu không có giải pháp nén và điều chế thích hợp. Nghiên cứu tập trung giải quyết bài toán cân bằng giữa băng thông truyền dẫn giới hạn và chất lượng kênh truyền của hệ thống HDTV.

Mục tiêu cụ thể của luận văn là nghiên cứu chuyên sâu các thuật toán mã hóa video tiên tiến MPEG-4 AVC/H.264, đánh giá hiệu quả truyền dẫn của hệ tiêu chuẩn DVB thế hệ thứ 2 bao gồm DVB-T2, DVB-S2, DVB-C2, và mô phỏng hiệu năng kênh truyền qua phần mềm chuyên dụng. Phạm vi nghiên cứu được thực hiện trong giai đoạn 2008–2009, đặt trong bối cảnh thị trường truyền hình Việt Nam bắt đầu tiếp cận thiết bị hiển thị LCD, Plasma và chuẩn bị các phương án đầu tư hạ tầng truyền hình số độ nét cao.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên nền tảng định lý lấy mẫu Shannon-Nyquist và lý thuyết truyền thông số hiện đại. Đối với tín hiệu video số thành phần, tần số lấy mẫu tín hiệu chói Y được chuẩn hóa ở mức 74,25 MHz (bội số của tần số dòng quét), trong khi hai tín hiệu hiệu màu CB và CR được lấy mẫu ở tần số 37,125 MHz theo cấu trúc lấy mẫu trực giao 4:2:2. Theo định lý Nyquist, dải thông tín hiệu chói được giới hạn qua bộ lọc thông thấp ở tần số cắt 30 MHz và tín hiệu màu ở 15 MHz, đảm bảo truyền tải trọn vẹn chi tiết hình ảnh mà không xảy ra hiện tượng chồng phổ.

Khung lý thuyết nén dữ liệu dựa trên mô hình loại bỏ dư thừa không gian và thời gian. Biến đổi Cosin rời rạc nguyên (Integer DCT) kích thước 4x4 kết hợp với bù chuyển động chính xác đến 1/4 điểm ảnh (quarter-pel) và thuật toán mã hóa entropy thích ứng ngữ cảnh CABAC/CAVLC trong chuẩn MPEG-4 AVC/H.264 là trọng tâm lý thuyết được phân tích. Đồng thời, lý thuyết mã hóa sửa sai hiện đại sử dụng mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp (LDPC) kết hợp với mã Bose-Chaudhuri-Hocquenghem (BCH) được thiết lập làm mô hình đánh giá khả năng chống nhiễu trong truyền dẫn số.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu tích hợp phương pháp phân tích tài liệu kỹ thuật chuẩn hóa quốc tế từ các tổ chức ITU-R, EBU, DVB Project với phương pháp thực nghiệm mô phỏng số trên môi trường MATLAB 2009a. Dữ liệu đầu vào phục vụ mô phỏng bao gồm các chuỗi video thử nghiệm tiêu chuẩn HD 720p/50 và 1080i/25.

Phương pháp phân tích hiệu năng kênh truyền sử dụng cỡ mẫu thực nghiệm gồm 100.000 khung truyền dẫn dữ liệu số ngẫu nhiên được điều chế qua các kênh truyền mô phỏng nhiễu Gauss trắng cộng (AWGN) và kênh đa đường Rayleigh. Phương pháp chọn mẫu phân tầng có chủ đích (purposive stratified sampling) được triển khai trên các mức tỷ số tín trên tạp âm (Eb/N0) biến thiên liên tục từ 0 dB đến 15 dB. Lý do lựa chọn phương pháp mô phỏng Monte Carlo trên MATLAB là nhằm kiểm tra chính xác đường cong tỷ lệ lỗi bit (BER) và xác thực tính ưu việt của mã hóa kiểm tra chẵn lẻ LDPC trong chuẩn DVB thế hệ 2 so với mã xoắn và mã Reed-Solomon của chuẩn DVB thế hệ 1. Quá trình thu thập và phân tích dữ liệu kỹ thuật được tiến hành liên tục từ tháng 1 năm 2009 đến tháng 12 năm 2009.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Thứ nhất, nghiên cứu chứng minh chuẩn nén MPEG-4 AVC/H.264 giúp giảm hơn 50% tốc độ dòng bit yêu cầu so với chuẩn MPEG-2 truyền thống ở cùng một mức chất lượng hình ảnh chủ quan. Luồng truyền hình độ phân giải cao 1080i khi sử dụng MPEG-4 AVC chỉ yêu cầu băng thông từ 8 Mbps đến 12 Mbps, trong khi chuẩn MPEG-2 cần tới 18 Mbps đến 24 Mbps.

Thứ hai, kết quả mô phỏng cấu trúc mã kênh DVB-S2 và DVB-T2 chỉ ra rằng việc áp dụng mã sửa sai LDPC kết hợp BCH giúp tăng dung lượng truyền dẫn hữu ích từ 30% đến 50% so với thế hệ DVB-S và DVB-T đầu tiên. Hệ thống DVB-S2 với điều chế 8PSK và tỷ lệ mã 3/4 cho phép đạt ngưỡng xác suất lỗi bit BER dưới 10^-10 tại mức Eb/N0 thấp hơn khoảng 2,5 dB so với DVB-S điều chế QPSK.

Thứ ba, phân tích hình thái hiển thị cho thấy tỷ lệ khung hình 16:9 mở rộng góc nhìn của mắt người lên 30 độ ở khoảng cách xem bằng 3 lần chiều cao màn hình (3H), vượt trội hơn hẳn so với góc nhìn 10 độ ở khoảng cách 7H của khung hình 4:3 truyền thống.

Thứ tư, nghiên cứu kỹ thuật chuyển đổi De-interlacing và Upconversion xác định rằng các đài truyền hình có thể tận dụng hơn 80% nguồn tư liệu chuẩn SD hiện có để nâng cấp phát sóng trên hệ thống Master Headend HDTV trong giai đoạn đầu chuyển đổi mà vẫn đảm bảo độ mịn hình ảnh.

Thảo luận kết quả

Hiệu suất vượt trội của MPEG-4 AVC/H.264 bắt nguồn từ các khối bù chuyển động linh hoạt kích thước từ 16x16 xuống 4x4 mẫu, kết hợp khả năng dự đoán nội khung đa hướng và cơ chế mã hóa entropy số học CABAC. Khi đối chiếu với các báo cáo thực nghiệm của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU) và quy hoạch số hóa của các thị trường tiên phong như Nhật Bản (phủ sóng 84% lãnh thổ với hơn 17,9 triệu đầu thu số mặt đất năm 2007) hay Mỹ (đạt 75% diện tích phủ sóng), các phát hiện mô phỏng hoàn toàn tương đồng về khả năng tiết kiệm phổ tần.

Trên các biểu đồ phân tích đặc tính xác suất lỗi, đường cong BER của hệ thống DVB thế hệ 2 dốc đứng hơn hẳn thế hệ 1, phản ánh hiện tượng "hiệu ứng bờ vực" (cliff effect) rất rõ nét: chất lượng thu nhận đạt mức hoàn hảo khi vượt qua ngưỡng ngưỡng Eb/N0 tới hạn khoảng 6,5 dB đối với điều chế QPSK. Bảng so sánh dung lượng kênh chỉ ra rằng một kênh truyền dẫn vệ tinh 33 MHz theo chuẩn DVB-S2 có thể tải đồng thời tới 4 kênh chương trình Full HD chuẩn nén H.264, tạo tiền đề kinh tế - kỹ thuật mang tính bước ngoặt cho các nhà đài tại Việt Nam.

Đề xuất và khuyến nghị

Thứ nhất, ban hành quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phát sóng truyền hình số độ nét cao. Bộ Thông tin và Truyền thông cùng các cơ quan quản lý tần số cần thiết lập tiêu chuẩn bắt buộc sử dụng chuẩn mã hóa video MPEG-4 AVC/H.264 và chuẩn phát sóng mặt đất DVB-T2 cho toàn bộ lộ trình số hóa truyền hình giai đoạn 2010–2015, ngăn chặn việc nhập khẩu các thiết bị giải mã MPEG-2 lỗi thời.

Thứ hai, nâng cấp đồng bộ hạ tầng trung tâm phát sóng Master Headend và mạng phân phối cáp quang. Đài Truyền hình Việt Nam và các doanh nghiệp truyền hình trả tiền như VCTV, SCTV cần hoàn thiện dây chuyền sản xuất chương trình chuẩn HD native, đặt mục tiêu nâng tỷ lệ phát sóng nội dung chuẩn Full HD lên tối thiểu 50% thời lượng trong khung giờ vàng vào giai đoạn 2012–2015.

Thứ ba, triển khai chương trình hỗ trợ và phổ cập thiết bị đầu cuối Set-top-box (STB) thế hệ mới. Các doanh nghiệp cung cấp dịch vụ viễn thông và truyền hình cần phối hợp với các hãng sản xuất điện tử gia dụng trợ giá đầu thu STB tích hợp cổng HDMI và chuẩn giải mã DVB-T2/C2, phấn đấu đạt tỷ lệ 30% hộ gia đình đô thị tiếp cận dịch vụ HDTV vào năm 2015 và đạt 70% vào năm 2020.

Thứ tư, tối ưu hóa kỹ thuật chuyển đổi tín hiệu De-interlacing thích ứng chuyển động và giải thuật Upconversion. Đội ngũ kỹ sư tại các trung tâm truyền dẫn cần chuẩn hóa quy trình xử lý kho tư liệu SD cũ sang chuẩn HD 1080i, duy trì chỉ số đánh giá chất lượng hình ảnh khách quan PSNR trên 38 dB để duy trì trải nghiệm nghe nhìn liền mạch cho khán giả.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nghiên cứu này là tài liệu tham khảo giá trị cho 4 nhóm đối tượng chính:

1. Kỹ sư Điện tử - Viễn thông và chuyên gia kỹ thuật truyền hình: Luận văn cung cấp toàn bộ công thức toán học về lấy mẫu tín hiệu, cấu trúc gói truyền tải TS, thông số điều chế QPSK/8PSK và thuật toán bù chuyển động, phục vụ trực tiếp cho việc thiết kế, đo kiểm và tối ưu hóa hệ thống phát sóng.
2. Cán bộ quản lý và hoạch định chính sách công nghệ truyền thông: Các cơ quan như Cục Quản lý Tần số Vô tuyến điện, Cục Phát thanh Truyền hình có thể ứng dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng quy hoạch phổ tần số, tiêu chuẩn kỹ thuật phát sóng số quốc gia và lộ trình số hóa mạng truyền hình.
3. Lãnh đạo doanh nghiệp truyền hình cáp, vệ tinh và truyền hình số: Ban điều hành các đài truyền hình có thêm căn cứ kinh tế - kỹ thuật để xây dựng đề án đầu tư thiết bị Master Headend, lựa chọn bộ ghép kênh thống kê và đàm phán hợp đồng thiết bị đầu cuối STB.
4. Giảng viên, nghiên cứu sinh và sinh viên ngành Kỹ thuật Điện tử: Đề tài là nguồn học liệu hữu ích về xử lý tín hiệu số đa phương tiện, kỹ thuật nén ảnh video, và phương pháp ứng dụng phần mềm MATLAB trong mô phỏng hệ thống viễn thông.

Câu hỏi thường gặp

Sự khác biệt cốt lõi giữa truyền hình SDTV và HDTV là gì? HDTV nâng số dòng quét từ 575 dòng lên 1080 dòng, tăng số điểm ảnh từ 0,4 triệu lên hơn 2,07 triệu điểm ảnh (độ nét gấp 5 lần). Đồng thời, HDTV chuyển đổi tỷ lệ khung hình từ 4:3 sang 16:9 góc nhìn rộng 30 độ và nâng cấp âm thanh nổi 2 kênh lên âm thanh vòm Dolby Digital 5.1 đa kênh.

Tại sao chuẩn nén MPEG-4 AVC/H.264 lại vượt trội hơn chuẩn MPEG-2? MPEG-4 AVC sử dụng biến đổi DCT nguyên khối 4x4, bù chuyển động chính xác 1/4 mẫu và thuật toán mã hóa CABAC. Nhờ đó, chuẩn này giảm hơn 50% dung lượng dòng bit (từ mức 20 Mbps của MPEG-2 xuống còn 8–10 Mbps), giúp truyền tải tín hiệu HD mượt mà trên các kênh truyền có băng thông hạn chế.

Chuẩn truyền dẫn DVB thế hệ thứ 2 mang lại ưu thế kỹ thuật nào? DVB-T2, DVB-S2 và DVB-C2 ứng dụng thuật toán mã hóa sửa sai tiên tiến LDPC kết hợp mã BCH cùng các bậc điều chế cao hơn. Cải tiến này giúp nâng dung lượng truyền dẫn hữu ích thêm 30% đến 50%, cho phép phát 3 đến 4 kênh HDTV chất lượng cao trên một kênh tần số tiêu chuẩn 8 MHz.

Người xem cần trang bị những thiết bị gì để thưởng thức trọn vẹn HDTV? Người dùng cần sở hữu màn hình tivi chuẩn HD Ready hoặc Full HD (độ phân giải tối thiểu 1280x720 hoặc 1920x1080), kết nối với đầu giải mã Set-top-box tương thích chuẩn DVB-T2/S2/C2 thông qua giao tiếp cáp đa phương tiện độ phân giải cao HDMI và hệ thống loa 5.1.

Thách thức lớn nhất khi chuyển đổi từ SDTV sang HDTV tại Việt Nam là gì? Thách thức then chốt là chi phí đầu tư nâng cấp đồng bộ từ thiết bị ghi hình studio, trung tâm Master Headend đến hạ tầng truyền dẫn mạng cáp/vệ tinh, cùng yêu cầu xử lý tương thích kho tư liệu SD cũ thông qua kỹ thuật giải quét xen kẽ (De-interlacing) và nâng cấp tỷ lệ khung hình (Upconversion).

Kết luận

• Luận văn đã phân tích toàn diện cơ sở toán học và kiến trúc hệ thống của truyền hình độ phân giải cao HDTV, khẳng định bước nhảy vọt về chất lượng hình ảnh 2,07 triệu điểm ảnh và âm thanh vòm 5.1.
• Chứng minh chuẩn nén MPEG-4 AVC/H.264 đem lại hiệu quả tiết kiệm hơn 50% băng thông so với MPEG-2, giải quyết triệt để rào cản dung lượng của luồng video số gốc 1425,6 Mbps.
• Xác lập kết quả mô phỏng DVB-T2 và DVB-S2 với mã hóa LDPC giúp gia tăng từ 30% đến 50% dung lượng truyền dẫn kênh, đạt chuẩn xác suất lỗi BER dưới 10^-10 tại ngưỡng tạp âm thấp.
• Đề xuất mô hình Master Headend và giải pháp kỹ thuật chuyển đổi De-interlacing, Upconversion phù hợp với điều kiện thực tế của hệ thống truyền hình tại Việt Nam.
• Đóng góp luận cứ khoa học quan trọng cho lộ trình số hóa truyền hình quốc gia giai đoạn tiếp theo; các cơ quan quản lý và doanh nghiệp truyền hình cần sớm áp dụng các tiêu chuẩn kỹ thuật này vào việc quy hoạch tần số và đầu tư công nghệ hạ tầng phát sóng số hiện đại.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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 [e-mail] 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 [e-mail] 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 [e-mail] 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) = 25.858s 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: 25.0384s Tần số cực đại là: 1/0.04 MHz LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 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.