MỤC LỤC
***
LỜI NÓI ĐẦU 2
CHƯƠNG I 4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN HÌNH 4
1.1. Giới thiệu chương 4
1.2.Truyền hình tương tự 5
1.2.1 Truyền hình đen trắng 5
1.2.2 Truyền hình màu 10
1.3. Truyền hình số 16
1.3.1. Đặc điểm của truyền hình số 16
1.3.2. Số hóa tín hiệu truyền hình tương tự 17
CHƯƠNG II 26
QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH DÒNG TRUYỀN TẢI TIÊU CHUẨN MPEG
TRONG HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ 26
2.1. Giới thiệu chương 26
2.2. Quá trình nén dữ liệu 27
2.2.1. Nén video 27
2.2.2. Nén audio 38
2.2.3. Nén video và audio theo tiêu chuẩn MPEG -2 40
2.3. Ghép kênh chương trình và tạo dòng truyền tải 41
2.3.1 Dòng cơ sở 42
2.3.2. Dòng chương trình 45
2.3.3. Dòng truyền tải 47
CHƯƠNG III 50
TRUYỀN DẪN DÒNG TRUYỀN TẢI 50
3.1.Giới thiệu chương 50
3.2. Hệ thống truyền hình số mặt đất tiêu chuẩn DVB-T 51
3.2.1. Phần mã hóa nguồn dữ liệu và ghép kênh MPEG-2 52
3.2.2. Phần mã hóa kênh truyền 53
3.2.3. Phần điều chế và phát sóng 54

Chương III: Truyền dẫn dòng truyền tải. Dòng truyền tải sẽ được
truyền theo các phương thức khác nhau tạo nên các dịch vụ truyền hình khác
nhau như cáp, vệ tinh, hay mặt đất. Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn
DVB-T có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như khả năng
chống nhiễu cao, tự phát hiện và sửa lỗi, chất lượng trung thực, ít bị ảnh
hưởng bởi nhiễu đường truyền sẽ được đề cập trong chương ba với phương
thức truyền dẫn cơ bản OFDM.
2
Với ba chương ngắn gọn, cuốn đồ án này đã mô tả một cách định tính
quá trình chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số và quá trình
truyền dẫn tín hiệu truyền hình số. Tuy nhiên do hạn chế về mặt thời gian
cũng như kiến thức thực tế, cuốn đồ án này sẽ khó tránh khỏi những thiếu sót.
Em mong được sự góp ý của các thầy và các bạn để hoàn thiện bài viết của
mình hơn.
Em xin chân thành cảm ơn sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của giảng
viên - Tiến sĩ Nguyễn Hoàng Nguyên là người đã trực tiếp giúp em hoàn
thành cuốn đồ án này. Cuối cùng em xin cảm ơn các thầy cô, các bạn đã dành
thời gian đọc và quan tâm tới đề tài này.

3
CHƯƠNG I
CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN HÌNH
***
1.1. Giới thiệu chương
Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo
thành tín hiệu điện và truyền tới máy thu, tại đây nó được biến đổi ngược lại
thành dạng ban đầu và hiện thị lên màn hình dưới dạng hình ảnh.
Truyền hình dựa trên đặc điểm cảm nhận ánh sáng của mắt người để
truyền các thông tin về độ sáng và màu sắc của vật. Tuy nhiên người ta không
thể truyền trực tiếp thông tin này dưới dạng ánh sáng (ảnh quang) mà phải

phát là như nhau. Tương tự đồng bộ mành sẽ đảm bảo cho điểm xuất phát ở
mỗi mành phía thu và phát là trùng nhau. Ngoài các xung đồng bộ dòng và
đồng bộ mành ta cần truyền thêm các xung xóa dòng và xung xóa mành để
xóa các vết quét từ cuối dòng quét cũ về vị trí bắt đầu dòng quét mới hay từ
cuối mành cũ tới vị trí đầu mành mới, để trên màn hình không có các vệt sáng
di chuyển gây khó chịu cho mắt. Các xung đồng bộ và các xung xóa được
truyền trong thời gian xóa dòng. Như vậy, thông tin trong dòng tín hiệu hình
đen trắng bao gồm thông tin về độ chói truyền trong thời gian quét tích cực và
các xung đồng bộ và xung xóa truyền trong thời gian xóa dòng.
5
1.2.1.2. Phổ của tín hiệu hình
Muốn phát tín hiệu nào đó đi xa ta phải xác định độ rộng kênh truyền,
nó phụ thuộc vào phổ của tín hiệu cần truyền đi. Trong tín hiêu hình, các
thành phần tần số thấp ứng với các chi tiết lớn của ảnh, các thành phần tần số
cao ứng với các chi tiết nhỏ của ảnh. Thành phần tần số thấp nhất của tần phổ
được xác định bằng tần số quét mành (quét ảnh). Thành phần tần số cao nhất
quyết định bởi tần số quét cùng kích thước và độ phân giải của ảnh theo chiều
ngang. Tần số này có thể xác định gần đúng theo công thức sau:
AAAAHHH
p
f
a
b
ZfNfZNfN
t
f ⋅⋅≅===≅
2
max
2
1

pHp
H
H
tft
T
N
1
==
- số phần tử phân giải ứng với thời gian truyền
toàn bộ một dòng quét
H
T
;
pAp
A
A
tft
T
N
1
==
- số phần tử phân giải ứng với thời gian truyền
toàn bộ một ảnh
A
T
.
a
b
- tỷ lệ kích thước giữa chiều dài và chiều rộng của ảnh.
Xét hệ thống truyền hình quảng bá với số dòng quét

V
f
có giá trị bằng tần số tới hạn để mắt không cảm thấy
sự nhấp nháy. Do mỗi ảnh gồm hai mành nên tần số truyền ảnh đã giảm đi
một nửa
VA
ff
2
1
=
. Kết quả là tần số cực đại của tín hiệu video cũng giảm đi
một số lần tương ứng mà chất lượng của ảnh cũng như yêu cầu về mức độ
nhấp nháy đối với mắt người vẫn được đảm bảo.
7
f
u
f
V
2f
V
nf
V
f
H
-f
V
f
H
f
H

trị tần số cực đại của tín hiệu video được được quy định theo tiêu chuẩn một
số tiêu chuẩn sau (Bảng 1).
Bảng 1: Một số tiêu chuẩn truyền hình đen trắng
Tên tiêu
chuẩn
Tổng số dòng
quét/ số dòng
quét ngược
f
V
xf
H
[Hz]
fmax
[MHz]
fs
[MHz]
FCC 525/40 60x15750 4,2 4,5
CCIR 625/50 50x15625 5 5,5
OIRT 625/50 50x15625 6 6,5
Trong đó
s
f
là tần số sóng mang phụ của tín hiệu âm thanh (dùng điều
chế FM) được lựa chọn nằm ngoài vùng phổ của tín hiệu hình. Phân bố phổ
của tín hiệu video đen trắng và tín hiệu âm thanh đi kèm được minh hoạ trên
Hình 1.2.
8
Để thực hiện truyền dẫn tín hiệu video người ta dùng phương pháp điều chế
AM với biên tần cụt. Xét giá trị cực đại của phổ tín hiệu hình cùng tần số

tạo ra từ ba màu: R (Red), G (Green), B (blue), tỉ lệ trộn giữa chúng cho ta
biết màu sắc, còn độ lớn của chúng có thể cho ta biết độ chói của vật. Nếu ở
phía phát ta phân tích được màu của điểm ảnh theo các tỉ lệ trộn R, G, B và
truyền đi các giá trị điện áp E
R,
, E
G
, E
B
(chúng được gọi tà các tín hiệu màu)
biểu diễn các màu cơ bản R, G, B thì ở phần thu hoàn toàn có thể tái tạo lại
được màu và độ chói của điểm ảnh. Giá trị điện áp biểu diễn độ chói trung
bình E
Y
tính qua E
R,
, E
G
, E
B
theo công thức:
E
Y
= 0,299 E
R
+ 0,587 E
G
+ 0,114 EB (1.2)
Như vậy đối với truyền hình màu, ta chỉ cần truyền đi ba giá trị E
R,

R
-E
Y
.
Lưu ý rằng các tín hiệu hiệu số màu có giá trị rất nhỏ khi với ảnh màu
với độ bão hoà thấp (nó bằng “0” với ảnh đen trắng). Trong 3 giá trị trên
người ta loại bỏ tín hiệu E
G-Y
và thực hiện truyền E
R-Y
, E
B-Y
.Việc loại bỏ E
G-Y
được lý giải như sau:
10
• Với cùng một độ sáng chuẩn như nhau, G-Y có quãng biến thiên bé
nhất làm cho thông tin không rõ ràng.
• Mắt người khá nhạy cảm với màu xanh lá cây (G), do đó đòi hỏi dải tần
của G-Y cao hơn nên khó truyền hơn so với dải tần B-Y và R-Y chỉ vào
khoảng 1,5 MHz.
Như vậy các thông tin trong dòng tín hiệu màu so với tín hiệu đen trắng
sẽ có thêm hai tín hiêu màu E
R-Y
, E
B-Y
. Các tín hiệu này có thể được ghép
chung thành một tín hiệu gọi là tín hiệu video tổng hợp để tương thích với hệ
truyền hình đen trắng hoặc truyền trên 3 kênh riêng (gọi là các tín hiệu video
thành phần). Tín hiệu video tổng hợp có ưu điểm là tiết kiệm được băng tần

. Người ta đã lợi dụng tính chất đặc biệt trong phổ tín hiệu hình đen
trắng là tồn tại những khoảng trống có thể ghép xen kẽ tín hiệu mang màu vào
đó để truyền đi cùng với tín hiệu đen trắng. Để ghép xen kẽ, tín hiệu mang
màu được đem điều chế với một dao động có tần số sóng mang phụ f
sc
sao
cho tín hiệu đã điều chế (gọi là tín hiệu mang màu cao tần) có các vạch phổ
nằm đúng vào khe hở của tín hiệu chói trong cùng một giải tần số. Muốn vậy
thì tần số mang phụ f
sc
phải bằng (n-1/2)f
h
, (n là số nguyên, f
h
là tần số dòng).
Khi chọn tần số sóng mang phụ cần phải lưu ý. Tần số sóng mang phụ phải ở
miền tần số cao của phổ tín hiệu chói để giảm thiểu tối đa ảnh hưởng lẫn nhau
giữa tín hiệu độ chói và tín hiệu màu vì càng ở tần số cao biên độ tín hiệu chói
11
càng giảm, đồng thời f
sc
phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổ tần tín hiệu chói
nhằm tiết kiệm giải thông.
Phép điều chế ở đây nhằm dịch phổ của tín hiệu mang màu lên phía tần
số cao của tín hiệu chói, đồng thời đảm bảo cho các vạch phổ của hai loại tín
hiệu có thể đan nhau mà không trùng pha. Bằng cách này, giải tần rộng 6MHz
vừa mang được cả tin tức về màu và độ chói của ảnh. Hình 1.3 minh họa phổ
tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần.
Hình 1.3.a. Phổ tín hiệu chói
Hình 1.3.b. Phổ tín hiệu màu

chói được quay pha 33
o
để giảm tối đa phổ chiếm của nó, giảm tối đa ảnh
hưởng tới tín hiệu chói, tín hiệu này sau khi quay pha gọi là I và Q sẽ được
đem điều biên nén vuông góc với sóng mang phụ f
sc
. Các tham số cơ bản cần
lưu ý với hệ với NTSC 525 dòng : f
H
= 15734,25Hz, tần số mặt f
v
= 59,94
Hz, f
sc
=3,58Mhz, f
max
=5MHz.
Hệ PAL tương tự như hệ màu NTSC. Hệ PAL cũng dùng một sóng
mang phụ mang đồng thời hai tín hiệu màu U và V, điều biên nén vuông góc
nhưng thành phần sóng mang phụ mang tín hiệu V đảo pha theo từng dòng
quét nên so với hệ NTSC, nó khắc phục được sự nhạy cảm của tín hiệu màu
với méo pha và méo pha vi sai. Các tham số cơ bản của hệ PAL gồm: tần số
dòng f
H
= 15625Hz, tần số mành f
v
= 50Hz, f
sc
=4,43Mhz, f
max

cần giải phổ rộng hơn một chút là 5MHz ).
Hai tín hiệu sắc C
1,
C
2
nhận được bằng cách biến đổi E
R-Y
, E
B-Y
,

có dải
tần cỡ 1,5 MHz được đưa vào điều chế với sóng mang phụ f
sc
= 3,58 (hoặc
4,43 MHz) sau đó được ghép vào với tín hiệu chói để phổ tín hiệu màu nằm
xen kẽ với phổ tín hiệu chói.
Tín hiệu âm thanh (sound) đem điều tần với sóng mang phụ ở 4,5 MHz
(FCC) hoặc 6,5 MHz (OIRT). Sóng FM 4,5 MHz (hoặc 6,5 MHz) nằm ngoài
giải tần của video 0 > 4,2 MHz (hoặc từ 0 >6 MHz) do đó có thể nhập
chung nó với đường tín hiệu video để truyền đi trên cùng một đường mà
không bị lẫn lộn với nhau. Tất cả 6 tin tức trên cùng nằm chung trên một tín
hiệu (gọi là tín hiệu hình màu) rồi đưa vào mạch điều biên (AM) với sóng
mang 187,5 MHz. Tín hiệu sau bộ điều biên là tín hiệu hình màu tổng hợp.
Như vậy, truyền dẫn tín hiệu tương tự tổng hợp chỉ cần một kênh truyền có
băng tần không rộng lắm, cỡ 6 đến 8 MHz là có thể truyền đi được.
14
Hình 1.4. Mã hóa và phát sóng tín hiệu truyền hình màu
15
1.3. Truyền hình số

16
khắc phục trong tín hiệu video số thành phần. Vì vậy, mặc dù tín hiệu video
số thành phần yêu cầu băng tần rộng hơn nhưng nhờ những tính chất ưu việt
nên phương pháp biến đổi tín hiệu thành phần vẫn được khuyến khích sử
dụng và sẽ ngày càng được sử dụng rộng rãi trong tương lai.
1.3.2. Số hóa tín hiệu truyền hình tương tự
1.3.2.1. Lấy mẫu tín hiệu video
1.3.2.1.1.Lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp
Lấy mẫu tín hiệu tương tự là quá trình rời rạc hóa theo thời gian bằng
tần số lấy mẫu fsa, kết quả cho ta một chuỗi các mẫu. Việc lựa chọn tần số fsa
sẽ ảnh hưởng tới chất lượng khôi phục hình ảnh. Tần số lấy mẫu càng cao thì
quá trình số hóa càng chính xác, chất lượng hình ảnh khôi phục càng tốt, tuy
nhiên ta không thể tăng mãi tần số mẫu fsa được. Nó bị giới hạn trên bởi độ
rộng băng tần tín hiệu. Băng tần dành cho tín hiệu số là hữu hạn kéo theo giới
hạn về tốc độ bit, tức là giới hạn về tần số lấy mẫu. Tần số fsa bị giới hạn
dưới bởi tiêu chuẩn Nyquyst. Theo tiêu chuẩn này, để tránh hiện tượng méo
chồng phổ, fsa phải lớn hơn 2 lần tần số cao nhất của phổ tín hiệu (tức là fsa
lớn hơn 8,4 MHz với hệ NTSC và lớn hơn 10 MHz với hệ PAL). Các giá trị
8,4 MHz và 10 MHz là các giá trị tần số lấy mẫu bé nhất có thể được.
Như đã nói ở phần trên, tín hiệu video có những đặc trưng riêng nên
ngoài việc thỏa mãn định lý lấy mẫu Nyquyst, quá trình lấy mẫu còn phải thỏa
mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính tương thích giữa các hệ thống v.v ,
khi chọn tần số lấy mẫu (fsa) có thể xuất hiện các trường hợp:
• fsa gấp nhiều lần fsc
• fsa không có quan hệ trực tiếp với fsc. Trong trường hợp này, sẽ xuất
hiện (ngoài thành phần tín hiệu có ích) 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
17
tương tự được khôi phục lại (méo điều chế chéo). Các thành phần tín

=
14,3181 MHz, tần số quét dòng f
h
=15734,25 Hz, tổng số mẫu thu được trên
một dòng là f
sa
/ f
h
= 910 mẫu. Dòng video tích cực chiếm 768 mẫu. 142 mẫu
còn lại dành cho đồng bộ dòng tín hiệu số. Điểm nửa biên độ của sườn xung
đồng bộ dòng của tín hiệu video tương tự nằm giữa hai mẫu số 784 và 785.
Mẫu đầu tiên trong 910 mẫu tương ứng với mẫu đầu tiên của dòng tích cực số
và được ký hiệu là mẫu số 0. Các mẫu tương ứng sẽ được đánh số từ 0 đến
909. Dòng số tích cực bao gồm từ 0 đến 767. Dòng xóa bắt đầu từ mẫu 768
đến mẫu 909. Hình 1.5.a mô tả một số mẫu đặc trưng trong dòng video số của
tiêu chuẩn 4fsc NTSC.
Tiêu chuẩn 4fsc PAL có tần số lấy mẫu bằng 4 lần f
sc
(và bằng
17,734475 MHz). Với f
h
là 15625Hz, f
sa
không thỏa mãn điều kiện bằng
nguyên lần tần số quét dòng (17734475/15625=1135,0064). Quá trình xử lý
tín hiệu yêu cầu một số nguyên các mẫu trên mỗi dòng quét. Số mẫu được
chọn trên mỗi dòng quét là 1135 mẫu. Để bù các mẫu còn thiếu, trên các dòng
313 và 625, người ta cộng thêm mỗi dòng một mẫu. Các dòng này đều thuộc
khoảng xóa mành nên việc thêm mẫu sẽ không ảnh hưởng tới chất lượng hình
ảnh. Cấu trúc dòng số theo tiêu chuẩn 4f

21
Điểm bắt đầu
dòng video
tích cực
Điểm cuối
dòng video
tích cực
Dòng chuẩn
Điểm bắt đầu
dòng xóa số
Điểm kết thúc
dòng xóa số
1.3.2.1.2. Lấy mẫu tín hiệu video thành phần
Các tín hiệu video thành phần được truyền trên 3 kênh riêng biệt và
không dùng sóng mang màu, nên không có sự ảnh hưởng của tín hiệu màu lên
tín hiệu chói hay ngược lại. Vì vậy trong quá trình số hóa tín hiệu video thành
phần, khái niệm tần số lấy mẫu phải bằng bội lần tần số sóng mang màu là
không cần thiết. Thậm chí, tần số lấy mẫu của mỗi loại tín hiệu không nhất
thiết phải bằng nhau. Yêu cầu số hóa chính xác của tín hiệu độ chói cao hơn
rất nhiều so với tín hiệu màu vì nó liên quan trực tiếp tới độ sáng trung bình
của ảnh, mắt người dễ dàng nhận biết. Do vậy tần số lấy mẫu tín hiệu chói
phải lớn hơn rất nhiều tần số lấy mẫu tín hiệu màu. Việc giảm tần số lấy mẫu
của tín hiệu màu là cần thiết vì nó sẽ tiết kiệm được băng tần truyền dẫn.
Đối với tín hiệu chói tần số lấy mẫu được chọn bằng 13,5 MHz vừa để
tiến tới sự thống nhất các tiêu chuẩn truyền hình và vừa thỏa mãn cấu trúc lấy
mẫu tín hiệu là trực giao bởi vì giá trị 13,5 là một số nguyên lần tần số dòng
cho cả hai tiêu chuẩn 625 và 525 dòng (13,5 MHz = 864 x 15625 = 864f
h
với
chuẩn 625 dòng; 13,5MHz = 858 x 15750 = 858f

tích cực của hệ là 487dòng.
1.3.2.2. Lượng tử và mã hóa
Lượng tử hóa là bước tiếp sau quá trình lấy mẫu. Toàn bộ giải động
của tín hiệu được chia thành các mức cách đều nhau một khoảng là Q (Q gọi
là bước lượng tử). Giá trị điện áp của các mẫu được làm tròn ứng với các mức
đó. Quá trình làm tròn giá trị điện áp gây nên sai số lượng tử trong phạm vi
Q/2. Sai số lượng tử có thể coi như một nguồn nhiễu. Tuy nhiên, trong các hệ
thống sử dụng 8 bit trở lên, nhiễu lượng tử hoàn toàn có thể loại bỏ được. Các
giá trị điện áp của các mẫu sau khi làm tròn sẽ được mã hóa bằng một từ mã.
Độ dài của mỗi từ mã có thể là 8 hay 10 bit. Số bit dùng càng lớn (tức là bước
lượng tử càng nhỏ) thì việc mã hóa càng chính xác nhưng điều này sẽ làm cho
tốc độ bit tăng lên. Vì vậy, ta phải lựa chọn bước lượng tử hợp lý, cân bằng
các điều kiện để tốc độ bit không quá lớn nhưng vẫn đảm bảo độ chính xác
của tín hiệu.
Quá trình lượng tử hóa và mã hóa đối với cả tín hiệu video thành phần
và tín hiệu video tổng hợp đều có đặc điểm sau: thang lượng tử được chia
23
thành các khoảng bao gồm khoảng bảo vệ phía trên (mức trắng), khoảng bảo
vệ phía dưới (mức đen), các mức lượng tử trong khoảng này sẽ được mã bằng
các từ mã cấm (là các từ mã không xuất hiện trong dòng số), phần giữa của
thang lượng tử sẽ dùng để biểu diễn các giá trị điện áp của các mẫu, bao gồm
cả giá trị điện áp của các mức đồng bộ và mức xóa. Riêng đối với tín hiệu
video thành phần trước khi đem lượng tử thì các tín hiệu màu C1 và C2 sẽ
được nhân thêm các hệ số phù hợp để khoảng biến đổi của chúng ( bằng từ
- 0,5 đến + 0,5) giống như tín hiệu chói.
Ta sẽ tính tốc độ bit đối với mỗi loại tín hiệu video số để thấy rõ yêu
cầu về độ rộng băng tần của tín hiệu số. V
bit
= (số ảnh truyền/1s) x (số dòng/1
ảnh) x (số mẫu/1 dòng) x (số bit/ 1 mẫu).