Nghiên cứu truyền hình độ phân giải cao (HDTV)

số 50Hz và 60Hz có thể quá nhỏ để loại bỏ nhấp nháy; Do đó người ta sử dụng bộ nhớ ảnh để xử lý hình ảnh. Nhiễu của thiết bị truyền hình làm việc ở 60 Hz (ở các nước sử dụng mạng điện 50Hz) có thể làm nhấp nháy hình ảnh do khác nhau về tần số mành và tần số lưới điện. Khi chiếu sáng phim trường (bằng đèn dùng nửa chu kì dương hoặc âm) và sử dụng camera quét 60Hz, có thể xuất hiện hiệu ứng lấy mẫu tín hiệu 100Hz với tần số 60Hz, tạo ra tín hiệu nhiễu (aliasing) 20Hz hoặc 40Hz. Để khắc phục, trong studio nên sử dụng điện 3 pha. 3.1.3 Quét xen kẽ hay liên tục? Hệ thống HDTV quét liên tục cho chất lượng ảnh rất cao và thuận lợi cho việc xử lý tín hiệu HDTV trong studio. Tuy nhiên, vấn đề không đơn giản, ở chỗ hệ HDTV 1125/60/1: 1 cần băng tần rộng gần gấp 2 lần so với hệ HDTV/1125/2: 1; Công suất nhiễu ở camera sẽ tăng khoảng 9dB với các ống phát hình hiện nay. Hiện tượng này có thể giải quyết bằng cách sử dụng CCD trong camera. Vấn đề này cũng xảy ra tương tự trong VTR. Hệ thống HDTV/50/1: 1 sẽ ít vấn đề hơn hệ thống HDTV/60/1:1, vì băng tần có phần hẹp hơn. Nếu giảm số dòng quét xuống còn 800-900 dòng và sử dụng quét liên tục, thì độ phân giải theo mành tốt hơn là quét xen kẽ. Có thể sử dụng tiêu chuẩn quét liên tục ở studio và biến đổi tín hiệu sang quét xen kẽ cho mục đích truyền-phát sóng, và ở phía thu lại chuyển ngược lại thành quét liên tục (nhờ nội suy các dòng thiếu). 3.1.4 Tương hợp với hệ truyền hình số 4:2:2 Tiêu chuẩn HDTV hiện nay là tiêu chuẩn tương tự (một số chi tiết sử dụng kĩ thuật số), cho nên cần xác định các thông số cơ bản của tín hiệu số và độ tương hợp tín hiệu số với tín hiệu truyền hình số thông thường. Theo RCC.601/CCIR, thì số mẫu trên 1 dòng tích cực là 720, còn theo NHK (Nhật) là 1920. Tỉ lệ này là 8:3, nhưng ở đoạn dòng hình tích cực (tỉ lệ khuôn hình 4: 3) có 1440 mẫu (bằng 2 lần số mẫu trên 1 dòng tích cực của truyền hình thông thường). Giá trị này là thích hợp cho mã chuyển đổi tín hiệu HDTV sang tín hiệu truyền hình thông thường. Số lượng dòng hình tích cực của hệ 525/60 và 625/50 là khác nhau; cho nên tỉ lệ 2: 1 đồng thời cho 2 hệ là không thể được. Số 1035 dòng hình tích cực/ ảnh là 1 số trung gian. Vấn đề tương hợp giữa hệ HDTV với các hệ truyền hình thông thường cần phải giải quyết trên cơ sở 2 quan điểm sau đây: - Khả năng chuyển đổi chương trình truyền hình HDTV sang chương trình truyền hình thông thường 625 hoặc 525 dòng cần được thực hiện trong studio và - Có thể thu các chương trình phát sóng của HDTV bằng máy thu hình 525 hoặc 525 dòng. 3.2 Truyền và phát sóng các tín hiệu HDTV Các tiêu chuẩn HDTV đã đề cập ở trên là các tiêu chuẩn tạo tín hiệu HDTV (hay tiêu chuẩn sản xuất) còn gọi là tiêu chuẩn studio. Để máy thu hình HDTV có thể thu được chương trình truyền HDTV, tín hiệu HDTV phải được biến đổi thích hợp cho tiêu chuẩn phát sóng, bởi chưa thể truyền và phát sóng tín hiệu HDTV có băng tần rộng (30-70 MHz). Do đó xuất hiện khái niệm tiêu chuẩn phát sóng cho HDTV. 3.2.1 Truyền và phát sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh Hội nghị quốc tế WARC’77 bàn về việc sử dụng dải tần 120GHz (dải Ku) cho truyền hình trực tiếp phát qua vệ tinh (DBS) với độ rộng kênh 27MHz (điều tần –FM) . nến tín hiệu HD có băng tần giới hạn <10 MHz, thì có thể phát sóng tín hiệu HDTV qua dải tần Ku. Châu Âu sử dụng hệ truyền hình D2-MAC với băng tần tín hiệu 8MHz và hệ C-MAC với 10,5MHz . Để truyền tín hiệu HDTV có thể sử dụng 2 kênh vệ tinh (2x27MHz) liên tiếp, đông thới truyên tín hiệu video thong thường qua 1 kênh, còn ở kênh thứ 2 là tín hiệu hoàn thiện cho HDTV. Tuy nhiên vấn đề truyền đồng thời tín hiệ trên 2 kênh là rất phức tạp. Trong tương lai sẽ đưa vào sử dụng dải tầnvệ tinh cao hơn (23--, 42—85—MHz) để truyền tín hiệu HDTV trên một kênh. Tuy nhiên ở dài tần cao tín hiệu bị suy giảm nhiều do mưa và sương mù. Để có thể truyền tín hiệu HDTV qua vệ tinh (DBS) một cách thuận lợi cần phải hạn chế băng tần tín hiệu HDTV. Hãng NHK(Nhật) đã thực hiện việc hạn chế phổ tần tín hiệu HDTV 1125 còn 8,1MHZ. Dó là hệ MUSE. Trong hệ MUSE, tín hiệu HDTV ‘siêu lấy mẫu’( chỉ truyền mẫu thứ 4). Dịch pha lấy mẫu theo từng mành sẽ cho phép truyền liên tục 4 mành với tất cả các mẫu( trường hợp ảnh tĩnh). Trong trường hợp ảnh động, việc nội suy sẽ khá phức tạp và độ phân giải kém đi. Hệ thống tính toán và truyền ‘vector chuyển động’ cho phép tối ưu hóa phương pháp này. Kết quả. Ở máy thu hình sẽ khôi phục lại tín hiệu chói với băng tần 20MHz (ảnh tĩnh) và 12.5MH (ảnh động) .Còn tín hiệu số màu với băng tần 7MHz và 3MHz hệ MUSE không tương hợp với hệ MAC phát sóng qua vệ tinh, vì nó sử dụng phương pháp ghép kênh theo thời gian các tín hiệu chói và màu có nén băng tần. Chương trình nghên cứu truyền hình độ phân giải cao ở Châu Âu EUREKA’95 tập trung vào 2 vấn đề chính sau đây: Kỹ thuật siêu lấy mẫu nhằm giảm số tín hiệu được truyền. Các hệ thống số hoàn thiện DATV (Digitally Assisted Television) 3.2.2 Kỹ thuật ‘siêu lấy mẫu’ SNS Kỹ thuật siêu lấy mẫu phát triển từ nhưng năm 70 và được tiếp tục sủ dụng bằng các thuật toán giảm độ dư thừa (redundace) mục đích chính là truyền được tín hiệu qua kênh có giới hạn băng tần. Số lượng các mẫu truyền được giảm thấp hơn giá trị thu được do sử dụng tần số Nyquist ( sub Nyquist sampling SNS) gấp đôi. Kỹ thuật SNS dùng cho tín hiệu HDTV sẽ cho kết quả tốt: giảm mạnh tần số lấy mẫu theo dòng so với lý thuyết. tín hiệu HDTV có thể truyền phát sóng được do hạn chế băng tần tín hiệu bằng kỹ thuật SNS Phương pháp lấy mẫu mới SNS được thực hiện theo dòng, mặt và thời gian. Khi lấy mẫu SNS theo dòng , thì 2 dòng liên tục có thể được truyền như 1 dòng, nhờ ghép kênh các mẫu của 2 dòng trên vào 1 dòng. ở phía máy thu, các mẫu lại có thể tách ra được, đó là phương pháp xáo trộn dòng. Bằng cách này ta có thể truyền các thong tin hệ HDTV 1250 băng kênh 625 dòng 3.2.3 Các hệ thống số hoàn thiện DATV (hệ MUSE) Các tivi loại mới sử dụng nhiều mạch xử lý số tín hiệu và bộ nhớ ảnh số. Đây là cuộc cách mạng đi đến dần với HDTV số. Hãng BBC nghiên cứu và thực hiện phương án DATV. Tư tưởng chính là truyền đến máy thu 2 loại tín hiệu trong cùng một kênh.tín hiệu tương tự (video, như là tải) và thong tin số( âm thanh số, số liệu,… thong tin phụ) dung lượng kênh cho DATV có giá trị vài trăm KB/s đến vài MB/s. DATV là hệ thống giảm băng tần ( nhờ tối ưu hóa kỹ thuật truyền hình tương tự) như hệ MAC và kỹ thuật số, rất có hiệu quả trong việ giảm độ dư thừa (nhờ xử lý). Nó cho phép tương hợp giữa truyền hình tương tự có chắt lượng cao với máy thu hình có chất lượng thấp hơn. Ưu điểm nữa của DATV là thực hiên được việc xử lý ở nguồn tín hiệu và ở phía thu. Ở phía phát sử dụng phương pháp biểu diễn vector chuyển động hoặc diện tích vùng ảnh chuyển động mà không làm ảnh hưởng đến phần còn lại của kênh. Phần xử lý chủ yếu thực hiện ở phía nguồn của tín hiệu 1 cách khôn ngoan. Bằng phương pháp này, chất lượng toàn kênh được cải thiện mà không cần thay đổi thiết bị truyền phát sóng, phát sóng và thu, hệ MUSE (Nhật) là hệ đầu tiên sử dụng kỹ thuật này để truyền video có độ phân giải cao. 3.2.4 Hệ HD- MAC Các chuyên gia Châu Âu tập trung nghiên cứu hệ thống truyền hình tín hiệu video HD-MAC ( tương hợp với các họ hệ MAC). Đó là hệ vừa sử dụng kỹ thuật SNS và vừa sử dụng kỹ thuật DATV, nhàm phát triển truyền hình có kích thước rộng 16:9 trong hệ MAC, nhưng số dòng truyền hình không thay đổi 625 dòng. Đó là hệ E-MAC 3.2.5 Truyền dẫn tín hiệu HDTV bằng cáp quang Truyền hình HDTV có khả năng làm tăng độ trung thực và hiện thực về hình ảnh đồng thời cũng giải quyết được vấn đề nâng cao chất lượng âm thanh, VD âm thanh tổng hợp (ambiophon) có độ ổn định cao. Mỗi nguồi phát tín hiệu âm thanh có một gói nhìn là 6 độ, Nếu xem truyền hình HDTV với góc nhìn 30 độ thì có thể sử dụng hệ thống âm thanh 5 kênh 3.3 Các thông số cơ bản của HDTV Độ phân giải cao và chất lượng hình ảnh cao của HDTV được hiển thị trên màn hình rộng sẽ làm cho người xem có ấn tượng về hình ảnh. Vấn đề này có liên quan đến đặc điểm nhìn của mắt, phương pháp phân tích và tổng hợp hình ảnh. Để nâng cao chất lượng hình ảnh truyền hình cần phải tập trung giải quyết các vẫn đề chính sau đây: Sự phân biệt cấu trúc dòng quét tại 1 khoảng cách quan sát nhất định hoặc trong trường hợp các biên chuyển đọng theo chiều ngang. Độ phân giải đều của các chi tiết ảnh, so với phim và ảnh chụp. Độ nhấp nháy (50Hz hoặc 60 Hz) của ảnh đặc biệt tại các vùng ảnh rộng, sang và các biên theo chiều ngang. Độ nhấp nháy giữa các dòng (25Hz và 30Hz) tại các biên theo chiều ngang. Các hiệu ứng nhiều màu ở các chi tiết ảnh (cross colour) Tỉ số khuôn hình ( chiều ngang/ chiều đứng) Vấn đề thống nhất hệ, tương hợp và chuyển đổi hệ HDTV. Hệ thống các phần ( component) của HDTV và HDTV số. Khả năng phát sóng và truyền dẫn ( mặt đất, vệ tinh, cáp quang, băng rộng , viba….) Quan hệ giữa các hệ truyền hình cổ điển ( NTSC, PAL, SECAM) và HDTV. 3.3.1 Phương pháp hiển thị và xen hình: 3.3.1.1 Khoảng cách giữa người xem và màn hình: Nếu người xem ngồi gần màn hình, thì vùng ảnh nhìn thấy sẽ tăng lên và ấn tượng về ảnh cũng tăng lên, cũng giống như quan sát hình ảnh trong không gian thực, thí nghiêm nghiên cứu, một ảnh tĩnh trên màn hình cong, và nghiên cứu ấn tượng người xem theo chiều ngang và chiều đứng. Kết quả thí nghiệm cho thấy ấn tượng ấn tượng của người xem có thay đổi theo chiều ngang hoặc chiều đứng thực khi góc nhìn giảm. Giá trị của góc nhìn có quan hệ chặt chẽ với ấn tượng thật 3.3.1.2 Kích thước màn hình: Theo kết luận ở phần trên, thì chiều cao màn hình H > 67cm ( vì khoảng cách quan sát > 2m và bằng 3H). Nếu tỉ số khuôn hình là 5:3 , thì diện tích màn hình phải > 0,74m vuông 3.3.1.3 Độ sang cực đại của ảnh: Tỉ số tương đối tối thiểu 30/1, tốt hơn là 70/1, một số thí nghiệm khác cho biết là tỉ số độ tương phản ( contrast) tối ưu cho ảnh là 27/1. Từ các kết quả trên, ta rút ra kết luận về tỉ số độ tương phản tối thiểu ddooid với HDTV là 50/1 3.3.2 Các thông số cơ bản của HDTV ở STUDIO 3.3.2.1 Số dòng quét: Nếu xem truyền hình ở một khoảng cách 3H và để cho không nhìn thấy được các dòng quét trên màn hình, thì số dòng quét cần thiết phải >1100 dòng. Thí nghiệm với vệ truyền hình đen trắng cho thấy là nhiễu do cấu trúc dòng loại này để có thể được làm giảm đi trong trường hợp nâng số dòng quét lên 1100 dòng 3.3.2.2 Số mành trong một giây: Thí nghiệm về quan hệ giữa tần số nhấp nháy tới hạn CFF ( critical flicker frequency) và góc nhìn. Tần số CFF = 60 Hz ( 50 Hz) là cần thiết để không còn nhìn thấy ảnh nhấp nháy đối với hệ HDTV 1125 ( HDTV 1250) trong trường hợp độ sang trắng đỉnh là 150 cd/m vuông, khoảng cách xem truyền hình là 3H, tỉ số khuôn hình là 5:3( 16:9) và góc nhìn theo chiều ngang là 16 độ Từ các kết quả nghiên cứu có thể rút ra được kết luận là hệ HDTV 1125 có tần số mành là 60 Hz và hệ HDTV 1250 có tần số mành là 50 Hz Để chuyển đổi hệ từ HDTV 1125/60 thành hệ 625/50 người ta phải sử dụng kỹ thuật thích nghi và kết quả khả quan hơn nhiều so với phương pháp chuyển đổi hệ thong thường 3.2.2.3 Quét xen kẽ: Khả năng phân giải của mắt người sẽ giảm rất nhanh nếu tốc độ chuyển đổi của vật thể trong ảnh truyền hình tăng. Khả năng phân giải của mắt đối với ảnh tĩnh khá cao. Hệ thống truyền hình quét xen kẽ khá đơn giản về thiết bị, do đó phương pháp này rất có hiệu quả. Có thể nhận thấy rằng cùng một hiệu quả như nhau, nếu tăng 20% số dòng quét liên tục (1:1) hoặc sử dụng quét xen kẽ > ( 2:1) sẽ không thực tế, bởi vì mức độ nhiễu do cấu trúc dòng sẽ lớn hơn . Do đó quét xen kẽ với tỉ lệ 2:1 có thể dùng cho hệ HDTV. 3.2.2.4 Tỉ lệ khuôn hình: Trong thực tế đã có nhiều thí nghiệm về tỉ lệ khuôn hình cho HDTV 3.2.2.5 Biến đổ quang điện có độ phân giải cao: Bộ biến đổi quang điện có độ phân giải cao đòi hỏi mạch quét không có lỗi, độ phân giải cao, tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N cao, độ nhạy của màn cảm quang cao. Màn cảm quang ( target) của bộ biến đổi quang điện đóng vai trò rất quan trọng. Màn target của ống vidicon ( bộ đổi quang điện loại chân không) được cấu tại từ vật Sb2S3. do màn target có ddienj dung lớn, nên vidicon có nguy cơ cháy thành ở màn hình target. Bộ biến đổi quang điện Plumb có cấu tại target từ vật liệu Pbo, cho độ nhạy cao hơn và tính thấp hơn so với vidicon. Loại saticon dùng target từ vật liệu Sb2S3 có dòng điện tối thấp, quán tính thấp và độ giải cao hơn. 3.3.3 Chiến lược phát triển HDTV: Từ năm 1968 hãng NHK ( Japan Broadcasting corporation ) của nhật bắt đâu nghiên cứu và phát triển hệ truyền hình có độ phân giải cao HDTV. Kết quả làm xuất hiện tiêu chuẩn kỹ thuật HDTV cho studio: - Số dòng quét/ảnh :1125 - Tỉ lệ khuôn hình : 5:3 - Phương pháp quét : 2:1 ( xen kẽ) - Tần số mành : 60Hz - Độ rộng băng tần tín hiệu : 20MHz Trong khoảng thời gian 1981-1985, hang NHK đã tổ chức nhiều triển lãm thiết bị HDTV và hội thảo ở nhiều nước như Mỹ, Châu Âu, Liên Xô cũ…. Tháng 2-1984 NHK công bố chính thức một hệ thống phát sóng và thu tín hiệu truyền hình độ phân giải cao : hệ MUSE. Trong đó, băng tần tín hiệu HDTV được nén từ 20 MHz xuống 8,1MHz và có thể truyền phát sóng qua vệ tinh và hệ thống truyền hình cáp CATV, ghi hình bằng VTR và videodisk ( băng và đĩa từ). tháng 10-1984 hệ MUSE được trình bày với mạch mã hóa (encoder) và giải mã (decoder) và được nhiều nước công nhận là hệ truyền hình độ phân giải cao đầu tiên trên thế giới. Cũng giống như lịch sử phát triển của truyền hình trước đây( thế giới có 3 hệ truyền hình :NTSC, PAL, SECAM và nhiều tiêu chuẩn: CCIR, OIRT, FCC), truyền hình độ phân giải cao HDTV cũng chưa thống nhất được thành một hệ chung cho toàn thế giới. Năm 1974, Mỹ tập trung nghiên cứu chủ đề ‘ các giới hạn kỹ thuật truyền hình’ và đưa ra dự kiến hệ thống truyền hình có màn hình rộng ( thuộc SMPTE). Năm 1978. Hãng BBC (Anh) công bố kết quả nghiên cứu về khả năng phát sóng tín hiệu HDTV qua vệ tinh và tiêu chuẩn HDTV ( Plilips và Harvey). Năm 1974, Giáo sư Wendland ( Trường ĐẠi Học Dortmund. Đức ) báo cáo về một hệ thống HDTV tương hợp. Vệ tinh đầu tiên truyền tín hiệu HDTV 1125 với kết quả tốt vào năm 1978-1979( qua vệ tinh BSE của Nhật) đó là hiệu màu( chrominance) sau này 1983 mới phát triển thành hệ MUSE, truyền tín hiệu HDTV trong cùng một kênh ( tín hiệu các thành phần truyền lần lượt). Thiết bị truyền hình HDTV được nghiên cứu và sản xuất với nhịp độ cao như camera, VTR tương tự, telecine laser, màn hình CRT30’. Display110’ ( tỉ lệ khuôn hình là 5:3) thiết bị phát sóng ở 12GHz và 38GHz ( 1982) Năm 1981, EBU thành lập nhóm chuyên gia nghiên cứu về hệ thống HDTV và năm 1982 tổ chức hôi nghị chuyền đề về HDTV ở Canada, Châu Âu có chương trình nghiên cứu về HDTV mang tên EUREKA’95 (EU’95) với sự tham gia của Đức, Pháp, Hà Lan …cac tổ chức tham gia và đóng góp nhiều cho chương trình EU’95 là viện Heinrich Hertz ( Đức),BBC (Anh), IBA, RAI, DBP, CCETT ( về màu sắc, mã, phát sóng). Năm 1983 hội nghị quốc tế về truyền hình (international television symposium) ở Montreux ( Canada) có trưng bày nhiều thiết bị về HDTV, Hãng CBS (Mỹ) cũng đã công bố hệ thống phát sóng HDTC tương hợp. phát qua vệ tinh (đồng thời sử dụng 2 kênh). Nhóm nghiên cứu SG11/ CCIR thành lập tiểu ban nghiên cứu tiêu chuẩn truyền hình có độ phân giải cao IPW/6 từ 1983 Năm 1985, tại Nhật có triển lãm EXPO’85 với nhiều thiết bị HDTV: máy phóng hình 370’. CRT display 40’, máy phát sóng truyền tín hiệu trên mặt đất( phạm vi hẹp) truyền tín hiệu HDTV với khoảng cách > 500km bằng cáp quang( optical fiber trunk line). Tháng 6/1982 hội nghị triển lãm quốc tế IBC’92 ở Amsterdam ( Hà Lan) với nhiều báo cáo và thiết bị của một số hệ HDTV đã kết thúc tốt đẹp, IBC;92 là mốc đánh dấu quan trọng về sự phát triển của truyeeng hình HDTV, về việc HDTV đang đi vào cuộc sống của chúng ta 3.3.3.1 Chiến lược và phương pháp: Hội nghị thường kỳ của CCIR lần thứ 17 (1990 ở Dusseldort. Đức) khẳng định chiến toàn diện về phát triền HDTV theo các ddiemr sau đây Môi trường phát sóng Khả năng ứng dụng HDTV Sự điều hòa giữa ứng dụng phát sóng và không gian sóng Phương tiện sản xuất chương trình truyền hình HDTV Mạng truyền dẫn, phát sóng trên mặt đất và trên vệ tinh Dựa vào các quan điểm trên và việc xác định các yếu tố cơ bản của HDTV cho studio, nhóm SG11/CCIR đã xem xét những tiến bộ trong lĩnh vực nén tốc độ bit nhằm mục đích phát sóng HDTV trên mặt đất 3.3.3.2 Điều hòa các tiêu chuẩn phát sóng và không phát sóng: Sự điều hòa các tiêu chuẩn HDTV là rất quan trọng vì tốc độ truyền tín hiệu HDTV ( không phát sóng) lớn hơn rất nhiều so với tốc độ truyền tín hiệu HDTV phát sóng 3.3.3.3 Tiêu chuẩn sản xuất: CCIR mong muốn có 1 tiêu chuẩn truyền hình HDTV thống nhất quốc tế để thuận lợi trong việc trao đổi chương trình truyền hình. Trong giai đoạn 1990-1994 CCIR tập trung nghiên cứu các vấn đề sau đây: Định nghĩa hệ thống truyền hình màu HDTV chuẩn cho việc sản xuất chương trình truyền hình. Đặc trưng về hình ảnh và các thông số quét. Tiêu chuẩn interface và các ứng dụng khác trong việc ghi hình, truyền dẫn và phát sóng. Phương pháp điều hòa đối với các ứng dụng không phát sóng Các thông số quan trọng về hình ảnh và đặc trưng quét vẫn còn là vấn đề cần phải được thống nhât. 3.3.3.4 Phát sóng HDTV trên mặt đất: Có thể thực hiện việc phát sóng HDTV trên mặt đất nhờ kỹ thuật giảm tốc độ, bit của tín hiệu, nhờ giảm được tốc độ bit của tín hiệu nên có thể tạo được các hệ HDTV và ATV băng tần hẹp CHƯƠNG IV: CÁC HỆ THỐNG HDTV 4.1. Hệ thống HDTV 1250/50/2: 1 (Châu Âu) Năm 1986, CCIR thành lập 1 tiểu ban kĩ thuật chuyên nghiên cứu về HDTV. Tiểu ban kĩ thuật có đề án với tên là EUREKA’95 project . Chiến lược của tiểu ban là tiêu chuẩn HDTV ở studio, bao gồm một họ truyền hình HDTV cho studio: - Mức cao: HDTV 1250/50/1: 1 (a) Tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 144 MHz - Mức trung bình HDTV 1250/50/1: 1 Tần số lấy mẫu là 72 MHz (b) Phương pháp lấy mẫu: QUINCUNX Tiêu chuẩn này dựa trên cơ sở của tiêu chuẩn a và sử dụng mạch lọc chép (diagonal filter) - Mức thấp HDTV 1250/50/2:1 (c) Tần số lấy mẫu kênh chói là 72 MHz Đây là tiêu chuẩn quét xen kẽ (2:1) Các tiêu chuẩn a, b sử dụng quét liên tục (1:1) Khi đi từ tiêu chuẩn mức thấp (ví dụ c) sang mức cao hơn (tiêu chuẩn b,a) trong họ HDTV ở studio, ta sẽ được chất lượng hình ảnh cao hơn và tất nhiên giá thành cũng cao hơn. Nhiều hãng tham gia vào chương trình EUREKA’95 và đã sản xuất nhiều loại thiết bị HDTV. Tháng 9 năm 1998 và 9 năm 1989 có các hội nghị và triển lãm IBC (International Broadcasting Convension) về vấn đề HDTV ở Brington (Anh). IBC’92 được tổ chức tại Amstecdam (Hà Lan). Đó là mốc đánh đấu về sự phát triển cao của HDTV. HDTV đã bắt đầu đi vào cuộc sống của con người và sự phong phú trong việc ứng dụng HDTV vào nhiều lĩnh vực khoa học, công nghiệp. Tại IBC’88 đã trưng bày các thiết bị hoàn chỉnh cho studio theo tiêu chuẩn mức thấp (c) như: máy ghi hình, VTR tương tự, camera, bàn trộn hình, telecine,.. Camera HDTV đầu tiên theo tiêu chuẩn mức trung (b) do hãng Thomson sản xuất. Camera này (dùng lọc chéo) và monitor được trưng bày ở IBC’88. Tại IBC’89, chương trình EUREKA’95, trưng bày thiết bị chuyển đổi tiêu chuẩn HDTV với tín hiệu đồng bộ HDTV gồm 3 mức (dương, 0, âm) Các tổ chức EBU, SMPTE, EUREKA’95 và CCIR đã tập trung nghiên cứu và giải quyết nhiều vấn đề về hệ thống HDTV: Các tín hiệu thành phần (mã độ chói cố định) Định lý gamma và nâng cao biên độ ở tần số cao (pre-emphasis) Màu sơ cấp Sự tương hợp hệ MAC/packet với máy thu hình thông thường (nghiên cứu HDTV thông qua HDMAC) Đầu tiên, các thông số trên được tối ưu hóa riêng biệt, sau đó được thử nghiệm và cuối cùng các thông số mới được khẳng định thực sự. 4.1.1 Mã độ chói cố định Tất cả những gì gọi là “độ phân giải cao” (high definition) đều chứa trong kênh chói, và vì vậy, để có hiệu quả, cần nén băng tần tín hiệu màu với hết khả năng có thể (không chứa đựng thông tin chói). Độ nét của ảnh (xem ở phía máy thu) cũng được nâng cao. Nếu so sánh với các mã thông thường (hệ truyền hình thông thường), thì các thành phần màu không chứa một thông tin chói nào, nếu hệ thống ít nhạy với can nhiễu trong kênh màu. Điều này có tầm quan trọng đặc biệt cho việc truyền dẫn cũng như xử lý ở studio vì các thành phần màu được nén thời gian và đối với FM, công suất nhiễu tỉ lệ thuận với công suất thành phần tín hiệu nén. Việc xử lý tuyến tính các chuỗi con trong kênh chói là hoàn toàn được (giống như mã theo khối) Khi lọc tín hiệu đã sửa gamma (có thành phần tần số cao), sẽ xuất hiện dịch thành phần một chiều và kết quả sẽ làm độ chói trung bình sáng hơn hoặc tối hơn. Hơn nữa hiện tượng ảnh hưởng qua lại của các thành phần tín hiệu (alias) có thể xuất hiện khi xử lý tín hiệu tuyến tính. Nếu độ chói cố định (độ chói thật), thì việc tách đường biên (edgedetection) trên ảnh sẽ chính xác hơn. Do đó nguyên tắc độ chói cố định có tầm quan trọng đặc biệt. 4.1.2 Nâng cao biên độ ở tần số cao (preemphasis) Định lý gamma có dạng sau đây: EY = (Y^gamma – Yo)/ (1- Yo^gamma), với Y=Yo…1 (*) Để khử độ méo phi tuyến của màn hình CTR, thường sử dụng giá trị gamma = 0,45 cho camera. Ở máy thu, tín hiệu được giảm biên độ ở tần số cao (deemphasis), là quá trình ngược lại của quá trình preemphasis ở camera. Quá rình preemphasis sử dụng giá trị gamma thấp hơn (gamma = 0,33) sẽ làm cho việc tiếp nhận độ sáng của mắt thích hợp hơn và biểu diễn nhiễu của hệ thống truyền dẫn tốt hơn. Tuy nhiên, việc biểu diễn nhiễu như vậy của camera thì lại quá thấp. Trong một hệ thống tương hợp tuyến tính, tại phía thu, mức gamma thấp sẽ gây ra nhiều vấn đề, như các điểm ảnh màu đen sẽ trở nên xám. Vì vậy gamma = 0,45 là thích hợp nhất đối với HDTV. Giá trị độ chói cực tiểu nên thấp (như Yo= 0,01) để nhận được phạm vi độ chói khoảng 100. 4.1.3 Lựa chọn các màu sơ cấp Có rất nhiều lý do để cho tập các màu sơ cấp của hệ HDTV mới phải khác so với các tập màu sơ cấp dùng trong các hệ truyền hình thông thường PAL, SECAM (EBU) và NTSC (FCC): - Các tam giác màu của EBU, FCC và SMPTE không bao trùm hết toàn bộ gam màu thực. - Các màu sơ cấp thông thường không bao trùm hết toàn bộ dải các màu sơ cấp có thể khôi phục được (ví dụ laser) và dải các màu sơ cấp của HDTV. - Hiện nay, ma trận ở camera làm hẹp tam giác màu và gây méo tông màu (hue error) đối với các màu nằm giữa tam giác màu cho ống phát hình (display) - Với các màu sơ cấp thông thường, thì việc chuyển từ video sang phim sẽ bị hạn chế về chất lượng. - Vẽ bằng máy tính càng ngày càng trở nên quan trọng và các màu bão hòa có thể được dùng cho việc vẽ bằng máy tính như là một phương tiện nghệ thuật - Với mã độ chói cố định trong hệ DHMAC, méo màu có thể tối thiểu hóa trong tín hiệu HDMAC nếu sử dụng tam giâc màu rộng hơn. Việc thay đổi tập các màu sơ cấp chỉ có thể thực hiện được khi gắn chặt với mã độ chói, nếu không thì nhiễu sẽ có ảnh hưởng lớn. Sau đây là tập mới các màu sơ cấp cho HDTV và các nguyên tắc Vị trí các màu thực càng rộng càng tốt Nghiên cứu biểu diễn màu trực tiếp của các nguồn màu EBU (Rec.31/EBU) cho camera màu Cải biên định lý khuếch đại thành phần C1, C2 của mã cho phát sóng nhằm cải thiện việc biểu diễn màu trên một máy thu thông thường Chọn cách biểu diễn tỉ số tín hiệu trên nhiễu SNR ở studio 4.2. Máy thu tín hiệu HDTV Có 2 loại máy thu hình HDTV cơ bản theo 2 hệ phát sóng MUSE (Nhật) và HDMAC (Châu Âu). 4.2.1 Máy thu tín hiệu MUSE Bộ nhớ ảnh dùng trong máy thu hình có dung lượng khoảng 10Mb (chiếm tỉ trọng về giá thành cao đối với toàn bộ các linh kiện của 1 máy thu hình) Tín hiệu được chuyển sang dạng số và sau khi tách các tín hiệu âm thanh, tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ, tín hiệu video được ghi vào bộ nhớ. Điều khiển thích hợp quá trình đọc từ bộ nhớ ảnh sẽ cho phép thực hiện quá trình nội suy (phụ thuộc vào các chỉ thị vector chuyển động cho từng khối hình ảnh). Cùng với quá trình trên là quá trình dãn tín hiệu màu, Cuối cùng, sau bộ biến đổi số - tương tự C/A, ta nhận được tín hiệu HDTV có tỉ số khuôn hình là 5:3. Độ phân giải của các phần tử ảnh tĩnh ở phía thu cũng giống như ảnh gốc từ camera HDTV. Độ phân giải của các phần tử ảnh động có phần kém hơn so với độ phân giải tĩnh. Do đặc điểm tâm sinh lý của mắt và ống phát hình (phân tích ảnh) sẽ thấy xuất hiện nhòe ở các phần ảnh động, nhưng không thái quá. Nếu sử dụng mạch khử nhòe ở máy thu, thì độ mất nét sẽ giảm đi. Ảnh thu được từ tín hiệu MUSE được đánh giá chủ quan thống kê. Kết quả cho thầy phần ảnh tĩnh không bị giảm chất lượng về bậc độ xám (gradation), ngược lại ảnh động có giảm chất lượng, nhưng không đáng kể. Nếu máy phát tín hiệu MUSE trên vệ tinh có công suất 100W (dải tần Ku) và máy thu vệ tinh TVRO dùng Anten Parabol có đường kính 1m, ta sẽ nhận được ở phía thu tỉ số tín hiệu trên nhiễu S/N = 41 dB và chất lượng hình ảnh đáp ứng với hình ảnh HDTV Máy thu HDTV được điều chỉnh theo kênh của DBS. Cách điều chỉnh cũng đơn giản như máy thu hình thông thường. Các mạch IC (vị điện tử) ngày càng rẻ kể cả mạch nhớ hình ảnh 10Mbit. Nếu sản xuất máy thu hình với số lượng lớn, thì giá thành sẽ giảm. Hiện nay giá thanh máy thu tín hiệu MUSE còn khá cao so với máy thu hình thông thường (trong đó giá thành mạch giải mã, bộ nhớ hình ảnh chiếm một tỉ trọng khá cao. Hệ thống MUSE được phát qua vệ tinh cho phép thu được hình ảnh có chất lượng cao theo tiêu chuẩn 1125 dòng và tỉ lệ khuôn hình 5: 3. Tín hiệu video HDTV 1125 có dạng tương tự cùng với 2 kênh âm thanh số, sử dụng một kênh vệ tinh (băng tần 27 MHz) DBS. 4.2.2 Máy thu tín hiệu HDMAC Việc truyền tín hiệu hình màu dưới dạng ghép kenh theo thời gian các tín hiệu thành phần đã được giới thiệu trong hệ truyền hình thông thường (có cải biên về tỉ lệ khuôn hình 16: 9) MAC (Multiplexed Alalogue Components). Trong hệ HDTV 1250 và HDTV 1125, các tín hiệu thành phần được truyền với băng tần rộng hơn nhiều (băng tần tín hiệu chói: 25-30 MHz) Trong chương trình EUREKA’95 có hệ thống HDMAC (High Definition MAC), cho phép truyền tín hiệu HDTV 1250 qua 1 kênh vệ tinh (dải Ku). Hệ HDMAC là hệ thống hỗn hợp, trong đó các tín hiệu video tương tự được nén với những tỉ lệ thích hợp và truyền cùng với các tín hiệu số DATV (Digital Assisted Television). Hệ thống này cho phép máy thu hình khôi phục lại hình ảnh có chất lượng cao như HDTV 1250 cùng với âm thanh số có chất lượng cao. Ưu điểm cơ bản của hệ thống HDMAC so với hệ MUSE của Nhật là nó tương hợp với hệ D2-MAC (hệ thống truyền hình thông thường có cải biên phát qua vệ tinh ở châu Âu). Máy thu hình có bộ giải mã D2-MAC có thể thu được trực tiếp tín hiệu HDMAC. 4.2.2.1 Tín hiệu video HDMAC Các tín hiệu video thành phần trong hệ MAC được nén thời gian để cho tín hiệu chói và tín hiệu màu có thể ghép kênh kề nhau trên từng dòng hình và tạo thành 1 tín hiệu. Tỉ số nén tín hiệu chói là 3: 2, còn các tín hiệu hiệu số màu là 3: 1. Băng sơ cấp theo tỉ lệ của hệ số nén. Để truyền tín hiệu HDTV và tương hợp với các hệ thống MAC thông thường, cần phải hạn chế băng tần tín hiệu bằng cách lấy mẫu dưới tần số lấy mẫu (tiểu lấy mẫu), tức là chỉ truyền các mẫu thứ 4 của tín hiệu. Các điểm ảnh chứa các mẫu được dịch đi 1 điểm ảnh (1 pixel) đối với mỗi mành và sau 4 mành sẽ nhận được tất cả các mẫu. Từ các mẫu nhận được (ghi vào bộ nhớ) có thể khôi phục lại hình ảnh với đầy đủ độ phân giải, nếu trên ảnh không xuất hiện phần ảnh chuyển động (làm nhòe ảnh). Phương pháp này rất tốt với các ảnh tĩnh. Phần ảnh động cần phải truyền theo cách khác. Ảnh HDTV được chia ra thành các khối nhỏ và trong mỗi khối là các phần ảnh động. Tùy thuộc độ lớn và tốc độ chuyển động cho mỗi khối số liệu mà sử dụng phương pháp mã thích hợp. Nếu ảnh là ảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, thì sẽ dùng chuỗi 4 mành. Hình ảnh chuyển động nhanh có độ phân giải giảm. Các hình ảnh như vậy (ảnh động) thay đổi trong từng mành và chỉ cần chọn các mẫu của 1 mành. Đối với các ảnh chuyển động trung bình, thì chọn các mẫu của 2 mành để khử chuyển động. Các thông tin về ảnh động và phương pháp mã hóa được truyền đến máy thu dưới dạng các số liệu DATV. Sau đó sử dụng các dòng chồng (shuffing) để truyền tín hiệu HDTV 1250 như trong tín hiệu MAC (truyền hình 625 dòng). Các mẫu từ 2 dòng hình liên tiếp được ghép kênh trên 1 dòng. Cách làm này cho phép giảm đi một nửa số dòng hình trong kênh truyền. Ở phía thu, các mẫu từ các dòng liên tiếp được tách ra và khôi phục lại ảnh 1250 dòng 4.2.2.2 Ghép kênh thời gian và truyền số liệu Trong hệ HDMAC, các tín hiệu video, âm thanh và số liệu được ghép kênh theo thời gian. Để truyền tín hiệu HDMAC có thể sử dụng 2 hệ thống thuộc họ MAC/packet: D-HDMAC/packet và D2-HDMAC/packet Hai hệ thống này khác nhau về số lượng kênh âm thanh. Cả 2 hệ thống đều thích hợp cho việc truyền qua vệ tinh với băng tần cơ bản là 11 MHz Ghép kênh sẽ tạo ra 3 thành phần chính: Tín hiệu video HDMAC Nhóm số liệu trong thời gian xóa dòng (LBI) chứa các tín hiệu âm thanh Nhóm số liệu trong thời gian xóa mành (FBI) chứa các tín hiệu DATV Dung lượng kênh LBI có khả năng truyền 4 kênh âm thanh chất lượng cao hoặc 8 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2-HDMAC, còn 8 kênh âm thanh chất lượng cao hoặc 16 kênh âm thanh chất lượng trung bình trong hệ D2-MAC. Cả 2 trường hợp đều tương hợp với hệ MAC/packet. Kênh FBI truyền các tín hiệu kiểm tra trên các dòng 1-22 và 311-334 (trừ dùng 312). Dung lượng kênh trong 1 mành là 1,2Mb/s, được dùng để truyền các tín hiệu DATV; còn các phần chưa sử dụng sẽ truyền các tín hiệu kiểm tra và số liệu phụ. Trong các tín hiệu HDMAC có các từ mã xác định đồng bộ hình ảnh và các chuỗi đồng bộ cũng giống như trong hệ MAC/packet. Các tín hiệu đồng bộ, ngoài ra, còn nhận dạng đôi hình ảnh. Thông tin này cần để xác định chu kì mã hóa HDMAC, có thời gian bằng 4 mành (80ms). Mành 1 của chu kì mã HDMAC là mành đầu của ảnh lẻ còn mành 4 của chu kì mã HDMAC là mành thứ 2 của ảnh chẵn. Các dòng 312 và 623 dùng để truyền các tín hiệu kiểm tra. Các tín hiệu này tương hợp với các thiết bị đo cho hệ thống MAC/packet. Ngoài ra, phần đầu của dòng 312 được làm đầy (mỗi ảnh thứ 2) bằng chuỗi gia ngẫu nhiên 512 bit. Nó có nhiệm vụ là giúp trong quá trình điều chỉnh. Phần tín hiệu cần để ổn định mức đen có ở tất cả các dòng (trừ dòng 625). Dòng 625 được dùng để báo hiệu về DATV (thông báo về cấu trúc ghép kênh thời gian); Nó là thông số mới, nhằm mục đích nhận dạng ghép kênh số liệu DATV. Tín hiệu số liệu được truyền nhỡ mã nhị phân kép như trong các hệ MAC/packet. Trong kênh số liệu LBI, tia số liệu tức thời có tốc độ 10,125 Mb/s cho hệ D2-HDMAC và 20,25 Mb/s cho hệ D-HDMAC. Đối với kênh FBI thì cả 2 hệ đều có tốc độ 20,25Mb/s. Các số liệu ghép kênh FBI và LBI được truyền trong các gói (packet). Format (kích thước) các gói số liệu giống như trong hệ MAC/packet. Gói xác định nhóm số liệu 751 bit được chia thành 2 phần: phần đầu và phần số liệu. Phần đầu bao gồm mã địa chỉ, xác định loại số liệu (ví dụ âm thanh hoặc DATV). Chiều dài phần số liệu là 91 byte, trong đó byte 1 biểu diễn phương pháp sử dụng gói. Ở trong tất cả các số liệu của packet có sử dụng các bit để tối thiểu hóa các lỗi nhân (bit). Tiếp theo là cộng chuỗi làm giảm thiểu (scrambling sequense) vào số liệu ở modulo 2, nhằm giảm thiểu năng lượng trước khi biến đổi số- tương tự (C/A). 4.2.2.3 Mã hóa HDMAC BR và tạo tín hiệu DATV Sơ đồ mã hóa tín hiệu HDMAC BR (BR: Bandwidth Reduction – Giảm băng tần) có giảm băng tần dựa trên cơ sở sử dụng DATV. Tín hiệu HDMAC được hình thành từ tín hiệu video HDMAC và số liệu DATV. Bộ mã hóa HDMAC BR sử dụng 3 phương pháp mã tín hiệu chói: Đối với phần ảnh tĩnh thì sử dụng tam giác 80ms; Trong ảnh thứ 1 nhận các mẫu chẵn, trong ảnh 2 là các mẫu lẻ. Đối với ảnh chuyển động nhanh đến 12 mẫu/40 ms, thì sử dụng tam giác 40 ms và khử chuyển động. Đối với ảnh chuyển động cực nhanh, thì sử dụng tam giác 20 ms, không sử dụng khi hoạt động với phim 25 ảnh/s Các tín hiệu hiệu số màu cùng được mã hóa trong bộ HDMAC BR theo 3 phương pháp; Phương pháp 1 và 3 sử dụng cấu trúc quincunx, còn phương pháp 2 sử dụng: Cấu trúc mẫu trực giao Tam giác 80ms (cho ảnh tĩnh) đảm bảo đủ độ phân giải HDTV Tam giác 40ms dùng cho ảnh chuyển động chậm, đối với ảnh chuyển động nhanh đến 6 mẫu thì dùng tam giác 40ms. Đối với các ảnh chuyển động rất nhanh, thì sử dụng tam giác 20ms Trước khi phát sóng, người ta còn sử dụng nhiều biện pháp khác nhau để đạt chất lượng hình ảnh tương hợp: Suy giảm theo chiều đứng để giảm sai lệch về không gian (spatial folding) và chập giữa các dòng (VCI) Làm bằng (nhòe) theo chiều chuyển động, để giảm hiệu ứng rung trên bề mặt ảnh trong tam giác 40ms (MCCI) Suy giảm không-thời gian (phụ thuộc tần số) theo trục thời gian, để giảm độ lượn (độ uốn cong) của các biên ảnh (TCI) Trong máy thu hình HDMAC, các quá trình trên được thực hiện ngược lại ở bộ giải mã. 4.2.2.4 Âm thanh và các thông tin khác Âm thanh được mã hóa như hệ MAC/packet. Các thông số cơ bản của mã âm thanh bao gồm: Tần số lấy mẫu: 32 KHz cho âm thanh có chất lượng cao, 16KHz cho âm thanh có chất lượng trung bình. Phương pháp mã: phương pháp mã tuyến tính 14 bit/mẫu (gần với 10 bit tức thời/mẫu) Bảo vệ lỗi: mức 1 bằng 1 bit/mẫu; mức 2 bằng 5 bit/mẫu của mã Hamming. 4.2.2.5 Các thông số điều chế Mã tín hiệu video HDMAC dựa trên cơ sở tiểu lấy mẫu, cho phép toàn bộ kênh truyền không phụ thuộc các mẫu liên tiếp với tần số lấy mẫu 20,25 MHz. Điều kiện này hoàn toàn thỏa mãn, nếu như kênh thỏa mãn điều kiện thứ 1 tần số Nyquist 10,125 MHz cho băng tần cơ bản. Các mẫu của HDMAC có thêm 1 quá trình, đó là sửa phi tuyến (preemphasis). Việc tăng độ rộng băng tần cơ bản lên 11,4 MHz và làm giảm khoảng quan sát đến màn hình sẽ làm tăng can nhiễu và độ nhạy với nhiễu so với hệ MAC thông thường. Sửa phi tuyến (preemphasis) thực hiện bằng kỹ thuật số và chỉ có liên quan đến các mẫu tín hiệu chói Các thông số HDMAC truyền qua vệ tinh Để truyền tín hiệu D-HDMAC và D2-HDMAC người ta chỉ sử dụng điều tần FM. Trong băng tần cơ bản thực hiện preemphasis phi tuyến, sau đó giảm về năng lượng và tín hiệu thực hiện điều chế giải tần. Từ mức đen đến mức trắng của phần tín hiệu chói, sẽ tăng biên độ theo tần số ở đầu vào máy thu. Độ nhạy đối với độ di tần chuẩn là 13,5 MHz/V tại điểm ngưỡng của mạch preemphasis tuyến tính thấp hơn, thì độ di tần đối với các tần số thấp sẽ là 9,54 MHz cho tín hiệu video (đi từ mức đen đến mức trắng trong tín hiệu chói) Các thông số HDMAC truyền qua cáp Trong truyền hình cáp sử dụng điều biên với biên tần cụt VSB/AM (điều chế âm). Biên độ đỉnh của tải hình có giá trị 100%. Mức biên độ tải hình thấp nhất là 10%. Như vậy mức logic “1” ứng với 19% và 91% mức điều chế, còn mức logic “0” ứng với 55% mức điều chế. Độ rộng băng tần khuyến cáo là 12 MHz. 4.2.2.6 Máy thu Máy thu hệ HDMAC về nguyên lý đã được đề cập ở các mục trên. Như đã nói, sự khác nhau giữa các hệ HDTV 1125 và HDTV 1250 là không lớn. Nguyên lý cơ bản là giống nhau: đó là các hệ có các tín hiệu thành phần, phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu không chồng lên nhau như các hệ truyền hình thông thường. 4.3 Generator đồng bộ Như đã nói sự khác nhau giữa hệ HDTV1125 và HDTV 1250 là không lớn. Sự ra đời sau của hệ HDTV 1250 là kết quả của việc nghiên cứu hệ HDTV 1125 và bổ khuyết vấn đề như: giải quyết vấn đề tương hợp giữa HDTV1250 và các hệ MAC (hệ HDTV1125 dùng tỉ lệ khuôn hình 5:3); giải quyết vấn đề nhấp nháy giữa tần số mành 50Hz và 60Hz Trái tim của tín hiệu truyền hình là bộ tạo xung đồng bộ. Xung đồng bộ HDTV khác rất nhiều so với xung đồng bộ cho truyền hình thông thường. Sau đây là generator tạo xung đồng bộ cho hệ HDTV1250. Generator có nhiệm vụ tạo tín hiệu và tất cả các tín hiệu phụ theo tiêu chuẩn quét xen kẽ HDTV1125/50/2:1 và tiêu chuẩn quét liên tục HDTV1250/50/1:1 (tiêu chuẩn châu Âu). 5 tín hiệu cần thiết cho tiêu chuẩn quét xen kẽ là: Tín hiệu đồng bộ CS Tín hiệu xóa CB Tín hiệu điều khiển dòng HD Tín hiệu điều mành VD Tín hiệu nhận dạng ảnh FIP (Frame Identification Pulse) Generator tạo xung đồng bộ cho tiêu chuẩn quét liên tục cũng tạo những tín hiệu giống như trên, trừ tín hiệu FIP. 4.3.1 Nguyên lý hoạt động của generator Đặc trưng của các tín hiệu đồng bộ: Các tín hiệu đồng bộ là tín hiệu có 3 mức (dương, 0, âm), còn các tín hiệu phụ là những tín hiệu 2 mức. Thời gian các xung, thời gian trễ giữa các xung và chu kì lập lại là bội số của chu kì đồng hồ có tần số 2,25 MHz (T=444,4ns) Chu kì quét của ảnh có thể chia thanh 2 chu kì, trong đó các tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ có thể theo chu kì hoặc bằng chu kì quét dòng hoặc cố định. Hai đặc trưng đầu được tạo bằng kĩ thuật số với độ chính xác cao, độ ổn định cao. Còn đặc trưng thứ 3 được thực hiện cũng bằng kĩ thuật số nhưng đơn giản hơn. Tín hiệu đồng bộ trong 2 tiêu chuẩn là tín hiệu số với từ mã 2 bit, còn các tín hiệu phụ được biểu diễn bằng từ mã 1 bit. Để tạo thêm các moment làm thay đổi các mức tín hiệu (sườn xung), tần số từ các từ mã không được nhỏ hơn tân số đồng hồ 2,25MHz. Chu kì đồng hồ là thời gian xung hẹp nhất trong các tín hiệu đồng bộ, đó là thời gian xung đồng bộ dòng theo tiêu chuẩn quét liên tục (1:1) Theo đặc trưng thứ 3, tất cả các dòng của tiêu chuẩn quét xen kẽ chia ra làm 8 nhóm, trong đó mỗi dòng của nhóm đang xét có cùng dạng tín hiệu xung đồng bộ và các tín hiệu phụ. Ví dụ ở nhóm các dòng 2-44 và 621-624, tín hiệu CS tạo các xung 3 mức; còn tín hiệu HD là các xung chữ nhật có độ rộng hẹp, lặp lại với chu kì quét dòng H=72T; ngược lại các tín hiệu phụ còn lại sẽ cố định. Trên cơ sở các dạng tín hiệu CS, CB, HD, VD, FIP, sẽ biểu diễn các dạng tín hiệu số của các tín hiệu này cho mỗi nhóm dòng và được kí hiệu bằng B0,…B5. Đối với tiêu chuẩn quét liên tục trong thời gian quét ảnh, sẽ biểu diễn các chu kì (thời gian) cho các tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ cùng với chu kì 72T hoặc cố định. Trong trường hợp này, chu kì sẽ lặp lại 2 dòng (2 dòng lân cận) vì chu kì quét dòng trong tiêu chuẩn 1:1 sẽ ngắn hơn 2 lần so với tiêu chuẩn 2:1. Tất cả các dòng được chia thành 4 nhóm, mà tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ của 2 dòng liên tiếp là giống nhau cho mỗi đôi dòng của nhóm đang xét. Trạng thái logic các tín hiệu đồng bộ số và tín hiệu phụ (tiêu chuẩn 2: 1) được biểu diễn bằng trị các bit của từ mã 6 bit B0…B5, còn trạng thái logic các tín hiệu số theo tiêu chuẩn 1:1 được biểu diễn bằng trị bit của các từ mã 5 bit B0..B4. 75 từ mã B0…B5 biểu diễn dạng tổng hợp các tín hiệu trong chu kì 1, dòng quét (tiêu chuẩn 2: 1) còn 72 từ mã B0…B4 thì biểu diễn dạng tín hiệu tổng hợp từ các tín hiệu trong chu kì 2, dòng liên tiếp (tiêu chuẩn 1: 1) Trong chu kì quét ảnh xuất hiện 8 chuỗi B0…B5 khác nhau và 4 chuỗi từ mã B0…B4 khác nhau với chiều dài 72 từ mã. 4.3.2 Phần số của generator Nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối phần số là bộ nhớ H cố định có chương trình. Số liệu biểu diễn các tín hiệu số B0…B5 của tất cả các nhóm dòng (2 tiêu chuẩn) được ghi vào bộ nhớ H. Các số liệu được nhóm vào các từ mã B0…B5 và B0…B4, mà các giá trị bit của nó biểu diễn mức của các tín hiệu số trong 72 chu kì đồng hồ liên tục (các điểm) từ dòng quét đầu. Để ghi tập các số liệu trên, bộ nhớ cần dung lượng khoảng 1KB: 8 x 720B + 4x 72B = 846B. Tuy nhiên, do việc sử dụng phương pháp địa chỉ hóa các từ, nên sử dụng bộ nhớ 2KB (type 2716) Các địa chỉ 11 bit phối hợp số điểm mỗi nhóm dòng, số nhóm và loại tiêu chuẩn, cụ thể là: các bit A0…A6 biểu diễn số điểm các bit A7…A9 biểu diễn số nhóm, còn bit sau cùng biểu diễn loại tiêu chuẩn. Mạch đếm điểm, đếm dòng và bộ nhớ V quyết định mạch tạo các địa chỉ. Mạch đếm các điểm modulo 72 đếm 72 chu kì đồng hồ 2,25 MHz, xác định chu kì dòng 32ms, đưa vào bộ nhớ H số 7 bit (biểu diễn số điểm dòng). Các xung T có tần số dòng được đưa vào bộ đếm dòng modulo 1250 để đếm 1250 dòng. Mạch đếm này xác định chu kì quét ảnh (tiêu chuẩn 2: 1) và đưa đến bộ nhớ V số 11 bit biểu diễn số dòng. Trong bộ nhớ V sẽ ghi số biểu diễn số nhóm dòng theo phương pháp: nhờ địa chỉ cho số dòng mà từ mã (sẽ là số nhóm) được ghi. Sau khi đưa địa chỉ (bằng số dòng từ mạch đếm dòng) vào bộ nhớ V, ở đầu ra bộ nhớ sẽ có từ mã 3 bit biểu diễn số nhóm dòng. Từ mã này xác định phần địa chỉ bộ nhớ H (bit A7…A9). Bộ đếm các điểm sẽ cho phần còn lại của địa chỉ (bit A0…A6). Từ bộ nhớ H sẽ đọc ra từ mã 6 bit biểu diễn trạng thái của các đầu ra trong thời gian 1 chu kì đồng hồ 2,25 MHz. Sự thay đổi các trạng thái đầu ra của bộ nhớ xảy ra theo nhịp của đồng hồ, sẽ tạo ra các tín hiệu số B0…B5 4.3.3 Phần tương tự của generator Nhiệm vụ của phần tương tự bao gồm: Biến đổi các tín hiệu số đồng bộ và phụ thành tín hiệu tương tự Sửa đối xứng và thời gian lên của sườn xung tín hiệu CS đến giá trị 50ns Phối hợp trở kháng các đầu ra của các tín hiệu đúng với trở kháng sóng của cáp đồng trục 75 ohm Xác định các mức tín hiệu video chuẩn chứa 0,6 Vpp/75 ohm (0,6 Vđỉnh-đỉnh) xung đồng bộ và 2Vpp/750ohm tín hiệu phụ. Để ổn định biên độ tín hiệu tương tự, trước hết cần ổn định điện áp chuản Uo = 5V. Thời gian lên của sườn xung ở đầu ra các bộ D/A có giá trị khoảng 30ns và gần như ít phụ thuộc vào sườn lên các xung tín hiệu số. 4.4 HDTV có băng tần rộng (W-HDTV) Do tiến bộ của kĩ thuật số, sự phát triển của bộ biến đổi quang-điện và bộ biến đổi điện- quang (camera và máy thu hình) với độ phân giải cao nên xuất hiện các hệ thống HDTV số băng rộng thế hệ thứ 2. Các hệ thống này cho chất lượng hình ảnh cao, nhiều âm thanh (số) đi kèm và tín hiệu teletekst có độ phân giải cao. 4.4.1 Hệ thống W-HDTV số Tín hiệu video số là thành phần chính của tín hiệu HDTV hoàn chỉnh. Nguyên lý mã hóa, điều chế và các thông số truyền dẫn phải bảo đảm chất lượng thông tin tốt nhất. Cùng với sự tiến bộ về kỹ thuật giảm tốc độ bit (như mã DCT-discrete cosine transform) và mã hóa dưới băng tần (tiểu mã hóa), tốc độ bit tín hiệu HDTV ở studio 1Gbit/s có thể giảm xuống dưới 125Mbit/s mà không làm giảm chất lượng ảnh (đánh giá chủ quan) Cùng với hình ảnh HDTV, âm thanh phải đạt chất lượng cao như compact disc CD (DAB-Digital Audio Broadcasting) để tương xứng với chất lượng hình ảnh. Âm thanh trong W-HDTV có nhiều kênh, tạo cho người nghe có ấn tượng không gian thực (mono, stereo, âm thanh tròn ambio). Dùng kỹ thuật điều chế như đối với DAB, có thể truyền 8 kênh âm thanh với tốc độ 100Kbit/s (chất lượng ngang với CD-compact disc) HDTV số có chất lượng như ở studio cho phép truyền đồng thời teletekst có chất lượng nâng cao và dung lượng tin tức lớn. 4.4.2 Truyền phát sóng tín hiệu W-HDTV Vấn đề truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV có liên quan đến 4 nguyên tắc chính sau đây: Trong băng tần cơ bản, ghép kênh số liệu không có lỗi, không phải sửa ở phía thu (nhờ sử dụng các thuật toán mã kênh và mã nguồn) Có phổ tần tối thiểu Sử dụng công suất phát tối thiểu Có thể truyền nhiều thông tin khác trong băng tần hoặc các băng tần lân cận. Các phương pháp điều chế và mã kênh cho phép sử dụng công suất phát từ vệ tinh tương đối nhỏ ở dải tần 20GHz. Kỹ thuật số-truyền phát sóng là chìa khóa để sử dụng nhiều lần cùng tải tần với phân cực trực giao, nhằm tận dụng băng tần có hiệu quả. Ta có thể rút ra kết luận là kế hoạch phân chia tần số cho W-HDTV thích hợp với số lượng tối thiểu về các điều kiện, có khả năng điều tiết mềm hệ thống và lựa chọn các thông số phát sóng cho từng vùng địa lý. Để có thể truyền tín hiệu W-HDTV qua mạng cáp đồng trục, cần sử dụng kỹ thuật điều chế có khả năng biến đổi tốc độ thông tin 140Mbit/s (kênh có độ rộng 24 MHz) sang băng UHF (đảm bảo tương hợp với hệ thống ISDN). Vấn đề tương hợp với các hệ thống khác hiện còn đang tiếp tục nghiên cứu. Tuy nhiên các hệ thống HDTV số có thể cùng tồn tại trong băng tần riêng hoặc lân cận 1 cách dễ dàng hơn là trường hợp các hệ thống HDTV tương tự Dải tần 12 GHz (Ku) không thích hợp cho việc phát sóng tín hiệu W-HDTV qua vệ tinh. Dải tần Ku chỉ thích hợp cho tín hiệu MUSE và HDMAC băng hẹp. Kế hoạch EBU cho thấy rằng toàn bộ độ rộng băng tần 600MHz là cần thiết để truyền-phát sóng tín hiệu W-HDTV số. Đối với kênh có độ rộng 100MHz (tia thông tin 140Mbit/s) có thể phát 6 chương trình qua vệ tinh cho vùng địa lý thích hợp. Sự phát triển của kỹ thuật nén số liệu hình ảnh (đảm bảo chất lượng ảnh như ở studio) sẽ cho phép tăng số lượng các chương trình truyền hình. CHƯƠNG V: TÌNH HÌNH HDTV TẠI VIỆT NAM 5.1. Tại Thành Phố HCM 6/8/2009 Trung tâm truyền hình cáp TP HCM (HTVC) đưa vào hoạt động dịch vụ truyền hình đang được chờ đợi - HDTV. Đây là dịch vụ có độ phân giải cao nhất hiện nay trên thế giới 1.920 x 1.080 pixel. Tín hiệu phát ra có khuôn hình 16:9 và độ phân giải tuyệt đối Full HD 1080i cộng với chất lượng âm thanh 5.1 thường được dùng trong nhà hát. Hiện tại, HTVC đang bắt đầu thử nghiệm dịch vụ với gói thuê bao 100.000 đồng một tháng. Gói cước này cho phép người dùng xem được 8 kênh ở độ nét cao như HTV7, HTV9, Disney Channel, CCTV, CNN… Ngoài ra, gói dịch vụ còn cung cấp thêm 32 kênh khác ở chuẩn truyền hình phổ biến hiện nay (SD). HTVC cho biết: “Các kênh truyền hình có độ nét cao Full HD sẽ liên tục được bổ sung trong thời gian sắp tới”. Trước đây, người dùng trong nước chỉ được biết đến công nghệ Full HD qua các đĩa DVD phim có chất lượng cao với sự hỗ trợ thêm của đầu đọc loại đĩa này. Người xem truyền hình dù có sử dụng TV LCD hoặc Plasma chuẩn Full HD vẫn không thể nào thu được độ nét tối đa 1.920 x 1.080 pixel, thậm chí còn kém so với những loại tivi thông thường. Vì các đài truyền hình trong nước thường dùng kỹ thuật phát sóng analog, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh đều là chuẩn SD với tỉ lệ khung hình 4:3. Để xem được hình ảnh siêu nét, ngoài TV có hỗ trợ Full HD, khách hàng cần trang bị bộ giải mã bao gồm sep-top box HD, thẻ giải mã và dây nối HDMI. Giá bán ban đầu của bộ thiết bị này khoảng 5.140.000 đồng. HTVC còn cho biết, người xem nên dùng TV có hỗ trợ chuẩn Full HD để thu được hình ảnh có chất lượng tối đa. Bởi nếu dùng màn hình thường chuẩn SD thì chất lượng hình ảnh thu được từ tín hiệu HDTV cũng chỉ có độ phân giải 720 x 576 pixel. Hoặc màn hình hỗ trợ HD Ready thì vẫn chỉ thu được hình ảnh ở mức 1.280 x 720 pixel. 5.2. Tại Hà Nội và trên cả nước VTC phát HDTV qua vệ tinh vinasat-1. tại hà nội 6-1-2010 Mở ra kỷ nguyên truyền hình vệ tinh thế hệ thứ 2 HDTV  - sản phẩm mới, có chất lượng cao của VTC ra đời sau hơn 1 năm Tổng Công ty nỗ lực nghiên cứu và triển khai công nghệ mới để nâng cao chất lượng phục vụ, giúp các khán giả của truyền hình kỹ thuật số VTC được tận hưởng chất lượng các chương trình truyền hình một cách tốt nhất. Sản phẩm này cũng được đánh giá là sẽ mở ra kỷ nguyên của công nghệ truyền hình vệ tinh thế hệ thứ 2 (DVB-S2) của không chỉ của Việt Nam mà còn của cả khu vực Đông Nam Á. Bộ thu giải mã tín hiệu truyền hình vệ tinh thế hệ 2 cùng các kênh truyền hình theo tiêu chuẩn độ nét cao HDTV của VTC sẽ mang đến một không gian giải trí hiện đại cho những khán giả của màn ảnh nhỏ, thu hẹp khoảng cách đến những vùng sâu vùng xa, biên giới hải đảo, phục vụ nhu cầu về văn hóa với 40 kênh truyền hình kỹ thuật số đặc biệt, trong đó có 8 kênh truyền hình độ nét cao HDTV và 32 kênh truyền hình độ nét tiêu chuẩn SDTV.   “Thiết bị thu giải mã tín hiệu truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ 2, DVB- S2, sản phẩm được kết tinh với trí tuệ của VTC, sẽ đem đến cho khán giả truyền hình cả một thế giới huyền ảo, sống động với hình ảnh chân thực nhất, âm thanh hoàn hảo nhất mà con người có thể cảm nhận được. Thiết bị này sẽ đưa cả thế giới vào trong nhà của bạn”, VTC phát biểu. Những kênh HD thuần Việt đầu tiên gồm HD1, HD2, HD3, ESPN HD, National Geographic HD, CCTV- HD, Fashion TV HD , Luxe TV HD KẾT LUẬN Có thể thấy rằng, cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin hiện đại, truyền hình số cũng như truyền hình độ phân giải cao đang có bước phát triển nhanh chóng và trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghệ truyền hình trên toàn thế giới. Trong báo cáo về xu hướng phát triển và mô hình kinh doanh HDTV trên thế giới năm 2008, sau khi đưa ra các lý do như màn hình hiển thị HD ngày càng trở nên phổ biến với giá cả phải chăng, dần thay thế màn hình truyền thống; nguồn cung cấp nội dung HD và các kênh chương trình HD ngày càng nhiều; việc phát HD đã trở nên quen thuộc và xuất hiện trên tất cả các hạ tầng truyền dẫn như vệ tinh, số mặt đất, cáp, hạ tầng viễn thông… Screen Digest dự đoán xu hướng phát triển tất yếu trong tương lai của HDTV. Các nhân tố này sẽ đảm bảo cho bước phát triển vững chắc và thành công của HDTV trong dài hạn.Còn trong thời gian ngắn hạn trước mắt thì HDTV có sự phát triển không đều trên thế giới và có khoảng cách lớn giữa số hộ sở hữu TV HD và số thuê bao HDTV – rất nhiều hộ gia đình đã mua TV HD nhưng chủ yếu để xem các chương trình SD. Tuy còn có một số vấn đề trên con đường phát triển, nhưng HDTV đã và đang có những bước phát triển đáng kể, dần khẳng định là xu hướng phát triển chính của truyền hình thế giới. Còn tại Việt Nam, ngay từ những ngày đầu tiên của năm 2009, tin vui đến với khán giả Việt Nam yêu thích truyền hình là Đài truyền hình kỹ thuật số HVTC (2010 VTC) chính thức đưa lên sóng  kênh truyền độ nét cao (full HD) và một số kênh độ nét tiêu chuẩn, phủ sóng trên toàn lãnh thổ Việt Nam thông qua vệ tinh VINASAT-1, mở ra cơ hộ cho người xem được thưởng ngoạn những hình ảnh sắc nét, âm thanh sống động như trong rạp chiếu phim ngay trên sóng truyền hình… Như vậy cùng với xu hướng tất yếu của truyền hình độ nét cao HDTV trên toàn thế giới, Việt Nam chúng ta cũng đang có những bước tiến đáng kể trong công nghệ truyền hình nói chung và HDTV nói riêng. Đồ án với những phân tích về cơ sở cũng như các thông số cơ bản của HDTV và các hệ thống HDTV trên thế giới hi vọng đã mang lại một cái nhìn cơ bản về hệ thống truyền hình độ nét cao để từ đó thấy rõ xu thế phát triển HDTV hiện nay của Việt Nam cũng như trên toàn thế giới. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1.Nguyễn Kim Sách, truyền hình số có nén và multimedia, Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2000 2.Charles Poynton, Digital Video HDTV Algorithms and Interfaces, Morgan Kautmann Publishers, 2003. 3.Phạm Đào Lâm, Truyền dẫn truyền hình số, 4.Đỗ Hoàng Tiến – Vũ Đức Lý, Giáo trình truyền hình, nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, Hà Nội 2001