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 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 này người ta mã hóa tín hiệu hình ở dạng số
để xử lý. Truyền hình 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 này gây ra méo tích lũy(mỗi khâu xử lý đều gây méo).
+ Thuận 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.

Số hóa toàn bộ hệ thống truyền hình 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 hình hiện nay (NTSC, PAL, SECAM) chủ yếu là ở khâu phân
tích ảnh cho đến đầu vào của máy phát hình (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 chỉ thực hiện số hóa một số khâu quan trọng mà thôi vì truyền hình tương tự
còn rất phổ biến, đồìng thời phương tiện kỹ thuật, trang thiết bị còn rất mới mẽ và đắt
tiền.
+ 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 ngược.
Khi biến đổi tín hiệu Video màu tương tự thành tín hiệu Video màu số ta có
thể dùng 2 phương pháp sau:

t.tự vào
T.hiệu
Video
t.tự ra
Hình 6.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số 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 hơn cách biến đổi trực tiếp tín hiệu Video
màu tổng hợp. Do đó, tổ chức truyền thanh truyền hình quốc tế khuyến cáo nên dùng
loại này cho trung tâm truyền hình (studio), truyền dẫn, phát sóng và ghi hình.
6.2.2 Chọn tần số lấy mẫu
Công đoạn 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 bản 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 hình
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 mạch đơn giản.
a. Lấy mẫu tín hiệu Video : Để cho việc lấy mẫu không gây méo, ta phải
chọn tần số lấy mẫu thoả mãn công thức Kachenhicop 
sa
 2
max
(
max
= 5,5MHz đối

sc
hoặc 4
sc
(hệ PAL, NTSC chỉ dùng một
tần số 
sc
). Hệ SECAM dùng hai sóng mang phụ màu nên không dùng được một tần
số 
sa
cho các tín hiệu hiệu số màu.
+
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 hợp giữa 
sa
và

sc
hoặc hài của 
sc
trong phổ tín hiệu lấy mẫu. Đặc biệt thành phần 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

và bằng 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 mà phải thỏa
thêm các điều kiện sau:
- Tần số 
sa
phải đồng bộ với tần số quét dòng f

thang nửa bậc. Loại có thang nửa bậc cho độ chính xác cao hơn (sai số lượng tử nhỏ
hơn) so với lượng tử hóa không có thang nửa bậc. Tuy nhiên nó có nhược 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 thực 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 hình số có thể được chia thành 4 nhóm như sau:
+ Các mã để mã hoá tín hiệu truyền hình
+ Các mã để 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… chẳng hạn NRZ, RZ,
Biphase (hai pha)…
Mã sơ cấp là mã cơ sở để hình thành mã bảo vệ. Mã bảo vệ dùng để tăng
cường khả năng chịu đựng nhiễu cho tín hiệu truyền trong kênh thông tin.
Tùy theo cách sắp xếp số nhị phân mà ta có các loại PCM (Pulse Code
Modulation:Điều chế xung mã) tuyến tính hay DPCM (Diffirent PCM: PCM vi sai).
PCM tuyến tính truyền số mức lượng tử (mã nhị phân) còn DPCM truyền tín hiệu số
bằng liên hợp các gía trị lượng tử của một vài mẫu.


W
các 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 hình 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 : 4 : 4 chất lượng cao nhất
4 : 2 : 2 chất lượng cao
4 : 1 : 1 chất lương trung bình
2 : 1 : 1 (dùng cho thoại truyền hình )
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 mành (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
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 ; T
H
= 63,555s
Tiêu chuẩn PAL : 625/50, 
Max
= 5,5MHz ; 
H
= 15625Hz ; T
H
= 64s
Tín hiệu Video trong Studio bao gồm :
Tín hiệu chói Y với f
S/Y
= 13,5MHz, mã PCM tuyến tính, 8bit/1pixel
Tín hiệu hiệu số màu C : f


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 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 nguyên tắc làm trễ tín hiệu (nguyên lý ghi dịch) 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





.




H

H

H

T

T


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:
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 72


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 K
U
, 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

phát
Mạng hữu
tuyến
Tín hiệu
từ vệ tinh
Tín hiệu
từ vệ tinh
Tín hiệu
từ vệ tinh
Hình 6.6 s
ơ

đ
ồ khối hệ thống truyền h
ình s
ố hữu tuyến
73
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
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