- ĐẶNG KHẮC VĨNH Truyền hình số có độ phân giải cao HDTV và khả năng ứng dụng tại Việt Nam LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS.Phạm Ngọc Nam HÀ NỘI – 2010 LỜI CAM ĐOAN. - Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2010 Học viên Đặng Khắc Vĩnh DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT AVO : Audiovisual Object ATSC : Advanced Television Systems Committee DCT : Discrete Cosin Transform DVB : Digital Video Broadcasting HDTV : High- Definition Television HFC : Hybrid fibre - coaxial ISBD : Integrated Services Digiatal Broadcasting LCD : Liquid Crystal Display LDPC : Low- Density Parity - Check NTSC : National Television System Committee MPEG : Moving Picture Experts Group MUSE : Multiple Sub Nyquist Sampling Encoding OFDM : Orthogonal Frequency – Division Multiplexing PAL : Phase Alternate Line QPSK : Quadrature Phase – Shift Keying SDTV : Standard –Definition Television VLC : Variable Length Coding VOD : Video On Demad DANH SÁCH BẢNG Bảng 1.1 : Thông số quét ảnh của HDTV 5 Bảng 2.1 : Tổng hợp các thông số với các hệ khác nhau 16Bảng 2.2 : So sánh tốc độ bit của chuẩn MPEG2, MPEG4 và MPEG4/AVC 47Bảng 3.1 : Dung lượng kênh truyền hình số mặt đất 58Bảng 3.2 : DVB-T2 sử dụng tại UK so với DVB-T 60Bảng 3.3 : Dung lượng dữ liệu trong mạng SFN 60Bảng 3.4 : So sánh đặc trưng của DVB-C và DVB-C2 77Bảng 3.5 : Các thông số OFDM 86 DANH SÁCH HÌNH VẼ Hình 1.1 : So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình 4 Hình 1.2 : Tương quan về độ phân giải 7 Hình 1.3 : Mô hình tổng quan của một hệ thống HDTV 12 Hình 2.1 : Đặc tuyến biên tần của tín hiệu Y, C’B, C’R 15 Hình 2.2 : Tổng quan về chu trình nén MPEG 19 Hình 2.3 : Biến đổi DCT 19 Hình 2.4 : Lượng tử hoá các hệ số biến đổi DCT 20 Hình 2.5 : Thứ tự trình chiếu các loại ảnh 22 Hình 2.6 : Dự đoán bù chuyển động 23 Hình 2.7 : Âm thanh hình ảnh được kết hợp lại từ các AVO 26 Hình 2.8 : Phân phối các dòng dữ liệu từ phía phát đến phía thu 27 Hình 2.9 : Thuật toán của MPEG 4 để mã hoá các chuỗi hình ảnh 35 Hình 2.10 : Ý tưởng mã hoá cơ bản cho chuỗi video MPEG 4 37 Hình 2.11 : Phân chia Slice và nhóm Slice 42 Hình 2.12 : Sơ đồ mã hoá MacroBlock 43 Hình 2.13 : Kích thước dự đoán MB 44 Hình 2.14 : Dự đoán bù chuyển động 44 Hình 2.15 : Mối tương quan giữa nén MPEG2, MPEG4 và MPEG4/AVC 46 Hình 2.16 : So sánh chuẩn nén sử dụng trong SDTV và HDTV 48 Hình 2.17 : Kỹ thuật chuyển đổi từ âm thanh stereo sang âm thanh suround 49 Hình 2.18 : Hệ thống âm thanh đa kênh dùng trong HDTV 49 Hình 2.19 : Sơ đồ mã hóa âm thanh HDTV 50 Hình 3.1 : Ghép kênh 2 chương trình HDTV 51 Hình 3.2 : Sơ đồ hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S 52 Hình 3.3 : Mã hoá sửa lỗi FEC 55 Hình 3.4 : Giản đồ chòm sao điều chế sử dụng trong DVB-S2 55 Hình 3.5 : So sánh khả năng truyền chương trình truyền hình trên kênh vệ tinh số 56 Hình 3.6 : So sánh chuẩn nén sử dụng trong DVB-S và DVB-S2 56 Hình 3.7 : Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 57 Hình 3.8 : Mô hình cấu trúc DVB-T2 57 Hình 3.9 : Lớp vật lý 62 Hình 3.10 : Các PLP khác nhau với các lát thời gian khác nhau 63 Hình 3.11 : T-2 Frame với kênh RF đơn và nhiều PLP mode 64 Hình 3.12 : Mật độ phổ công suất đối với 2K và 32K 65 Hình 3.13 : Mô hình MISO 65 Hình 3.14 : Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải) 66 Hình 3.15 : Đồ thị chòm sao 256-QAM 67 Hình 3.16 : Chòm sao 16-QAM "xoay" 68 Hình 3.17 : Thành tích của chòm sao xoay so với không xoay 68 Hình 3.18 : Khoảng bảo vệ đối (GI) với 8K 1/32 và 32K 1/128 69 Hình 3.19 : So sánh mã sửa sai sử dụng trong DVB-T và DVB-T2 69 Hình 3.20 : Sơ đồ khối hệ thống phát truyền hình số qua mạng 71 Hình 3.21 : Cấu trúc khung dòng truyền tải 73 Hình 3.22 : Định vị các Bytes lên các Symbols cho kiểu điều chế 64-QAM 75 Hình 3.23 : Phối hợp định tuyến các Byte với mã hoá Visai hai bit MSB 76 Hình 3.24 : So sánh điều chế sử dụng trong DVB-C và DVB-C2 76 Hình 3.25 : Cấu trúc hệ thống DVB-C2 78 Hình 3.26 : a. - Quá trình xử lý tín hiệu của hệ thống DVB-C2 b. - Cấu trúc xử lý tín hiệu đầu vào c. - Quá trình xây dựng khung tín hiệu e. - Bộ phát tín hiệu ghép kênh trực giao OFDM Hình 3.27 : Sơ đồ xoá gói dư thừa 82 Hình 3.28 : Định dạng của BBHeader 82 Hình 3.29 : Cấu trúc modul xử lý tín hiệu đầu vào 83 Hình 3.30 : Định dạng cho chế độ High Efficiency Mode 83 Hình 3.31 : Định dạng cho chế độ Normail Mode 84 Hình 3.32 : Cấu trúc BBFrame 84 Hình 3.33 : Xáo trộn dữ liệu 85 Hình 3.34 : Cấu trúc hệ thống OFDM 85 Hình 3.35 : Phổ tín hiệu phát DVB-C2 87 Hình 3.36 : Quá trình thu phát phát HDTV qua IP 88 Hình 3.37 : Cấu trúc gói dữ liệu IP 89 Hình 4.1 : Mô hình DVB-T, mode 2k 90 Hình 4.2 : Khối cộng nhiễu Gauss trắng 90 Hình 4.3 : Bộ mã hoá Convolutional Code 91 Hình 4.4 : Sơ đồ mô hình hệ thống DVB-T2 mode 32k 92 Hình 4.5 : Mô hình DVB-S2 92 Hình 4.6 : Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T 93 Hình 4.7 : So sánh sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian sau bộ sửa lỗi LDPC sử dụng QPSK và 8QPSK. - 93 Hình 4.8 : Sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian sau bộ sửa lỗi Viterbi sử dụng 4 QAM 94 Hình 5.1 : a. - Mô tả chuyển đổi khuôn hình b,c,d. - Màn hình tivi khi chuyển đổi khuôn hình SD sang HD 97 Hình 5.2 : Minh họa quá trình De-Interlacing 97 Hình 5.3 : Nội suy các điểm ảnh mới 98 Hình 5.4 : Kỹ thuật upconversion 100Hình 5.5 : Kỹ thuật liên khung bù chuyển động 101Hình 5.6 : Hệ thống thu tín hiệu 104Hình 5.7 : Sơ đồ khối chức năng của một bộ Upconverter 106 MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA LỜI CAM ĐOAN DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV Khái niệm HDTV Error! Bookmark not defined. - 1.1.2.Tỷ lệ khuôn hình Đặc tính quét ảnh Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu Lịch sử và xu hướng phát triển . - HDTV tại châu Âu Mô hình tổng quan của hệ thống HD Hệ thống thiết bị trung tâm (Master Headend Hệ thống mạng phân phối tín hiệu Thiết bị đầu cuối thuê bao CHƯƠNG 2: CÁC CÔNG NGHỆ VÀ KỸ THUẬT ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG HDTV Tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu Lượng tử hoá Nén video số bằng MPEG Tổng quan nén MPEG Nguyên lý nén Video Nén trong ảnh Nén liên ảnh Nén MPEG Tổng quan về MPEG MPEG 4 Profile MPEG 4 Visual (Part . - Chuẩn DVB-S . - Phát HDTV qua vệ tinh sử dụng DVB-S Phát HDTV qua sóng mặt đất . - Chuẩn DVB-T . - Kiến trúc hệ thống DVB-C Phát HDTV qua IP CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG TRUYỀN DẪN HDTV Mô hình mô phỏng Mô hình hệ thống DVB-T Mô hình hệ thống DVB-T Mô hình hệ thống DVB-S Đánh giá một số kết quả mô phỏng Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T Hệ thống DVB-S Hệ thống DVB-T CHƯƠNG 5: ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi Chuyển đổi khuôn hình Kỹ thuật De-interlacing Kỹ thuật upconvesion Tiêu chuẩn công nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp Dây chuyền công nghệ và lựa chọn thiết bị KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO 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 lượng nổi trội so với các hệ thống truyền hình truyền thống (PAL, NTSC, SECAM) Chuẩn truyền hình này đưa đến cho người xem không chỉ cảm nhận về chất lượng hình ảnh tốt với độ phân giải cao mà còn mang lại một cảm giác ấn tượng về vẻ đẹp, độ chân thực, độ sâu và kích thước 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 người xem một cảm giác như đang ngồi trong rạp chiếu phim. - 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 lượng kênh truyền. - Sự ra đời của chuẩn nén mới MPEG-4/AV đã cải thiện được hiệu suất nén dòng tín hiệu và hiệu quả sử dụng kênh truyền. - Hiện nay tại Việt Nam truyền hình độ phân giải cao vẫn là một khái niệm rất mới đối với người sử dụng. - Trên thị trường chỉ xuất hiện màn hình Plasma và LCD có thể xem truyền hình với độ phân giải cao, việc sản xuất chương trình cũng như cung cấp loại hình dịch vụ này mới đang trong giai đoạn xây dựng phương án đầu tư, 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 được hiệu quả của việc sử dụng tiêu chuẩn DVB thứ 2 trong truyền dẫn phát sóng HDTV. - Đồng thời cũng đánh giá được hiện trạng việc áp dụng công nghệ tiên tiến này vào nước ta để cho người sử dụng có một cách sâu sắc hơn về dịch vụ mới HDTV tại Việt Nam. - Nội dung của luận văn được chia thành 5 chương như sau: Chương 1: Tổng quan HDTV Chương 2: Các công nghệ và kỹ thuật sử dụng trong HDTV: Lấy mẫu, lượng tử hoá, nén video số, chuẩn nén MPEG4, MPEG-4/AVC, kỹ thuật âm thanh vòng sử dụng trong HDTV Chương 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. - Chương 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 Chương 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. - Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Học viên Đặng Khắc Vĩnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HDTV HDTV sử dụng các kỹ thuật tiên tiến để tăng thêm các chi tiết ảnh và cải tiến chất lượng âm thanh cung cấp tới tivi. - Các hệ thống truyền hình truyền thống cung cấp loại tivi với 525 dòng quét (NTSC) với 300 điểm ảnh trên/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. - Ưu điểm của HDTV Các ưu điểm của HDTV so với SDTV - Khuôn hình rộng hơn, hình ảnh có độ sắc nét rõ ràng. - Băng thông sử dụng hẹp. - Khả năng chống xuyên nhiễu tốt, một số hiện tượng như bóng hình (ghosting), hoặc muỗi (snow) không tìm thấy với hệ thống HDTV. - 1.1.2.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 một 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 ưu điểm của khuôn hình rộng là. - Tỷ lệ khuôn hình gần hơn với tỷ lệ khuôn hình sử dụng trong điện ảnh (thường là 1.85:1 hoặc 2.35:1. - Hình 1.1 sẽ cho ta thấy hiệu quả của tỷ lệ khuôn hình. - Khoảng cách nhìn: 3H Khoảng cách nhìn: 7H Góc nhìn: 300 Góc nhìn: 100 Hình 1.1: So sánh giữa HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình 1.1.3.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.. - Bảng 1.1 thể hiện các thông số quét ảnh của HDTV tương tự 50Hz 60Hz STT Thông số 720p 1080i 720p 1080i 1 Tần số khung (Hz Tần số mành (Hz Dạng quét Tổng số dòng Dòng tích cực 720 (26 đến đến Dòng trống Tần số dòng (fH, Hz Bảng 1.1: Thông số quét ảnh của HDTV 1.1.4.Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu Độ phân giải đứng tương đương 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 được tính bằng 70% của số dòng tích cực. - Độ phân giải chiều đứng thường được thể hiện ở dạng số dòng của chiều cao một ảnh (LPH – Lines per piture height), giá trị này được dùng để xác định mức phân giải đứng tối đa có thể hiển thị được. - Nếu một 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 như 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 điểm ảnh. - Thời gian 1 lần chuyển đổi là µs Tần số cực đại là MHz 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 tương 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 được quét xen kẽ, tương đương với 0.41Mpixels. - 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 chương 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 người nghĩ rằng DVD hay truyền hình số hiện nay là có độ phân giải cao. - Các Projector độ phân giải cao thường được gọi là Projector 720p có độ phân giải là 1280x720. - Độ phân giải đặc trưng của hiển thị HD là: 1280x720(0.92Mpix), 1280x768(0.98Mpix), 1024x768(0.78Mpix), 1024x1024(1.05Mpix), 1366x768(1.05Mpix), 1920x1080
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt