Bài giảng Kỹ thuật truyền hình: Chương 3 - Truyền hình kỹ thuật số

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:79

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật truyền hình: Chương 3 - Truyền hình kỹ thuật số" bao gồm các bài học có nội dung về: Đặc điểm truyền hình số; Số hóa tín hiệu truyền hình; Nén tín hiệu video; Điều chế tín hiệu truyền hình số. Mời các bạn cũng tham khảo bài giảng tại đây!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật truyền hình: Chương 3 - Truyền hình kỹ thuật số

Chương III: TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ Bài 1: Đặc điểm truyền hình số 1. Giới thiệu chung ✓ TH số là hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị từ tạo nguồn, lưu trữ, xử lý, truyền dẫn, thu tín hiệu truyền hình đều dựa trên công nghệ kỹ thuật số. Trong đó, tín hiệu TH là các dãy xung vuông ứng với các chuỗi bít dữ liệu nhị phân 0, 1. ✓ Công nghệ truyền hình số đang bộc lộ thế mạnh tuyệt đối so với công nghệ tương tự. Trong tương lai gần, truyền hình thế giới sẽ tiến tới số hóa hoàn toàn. ✓ TH số ra đời có tính kết hợp với truyền hình tương tự: có thể sử dụng các thiết bị đầu cuối tương tự sẵn có. ✓ Ưu điểm của TH số: • Tín hiệu số ít nhạy cảm với các dạng méo xảy ra trên đường truyền. • Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.
• Tính đa năng và linh hoạt trong quá trình xử lý tín hiệu. • Hiệu quả sử dụng tài nguyên tần số và có khả năng truyền nhiều chương trình trên một kênh RF. • Tính phân cấp: có thể được truyền một chương trình có độ phân giải cao duy nhất hoặc một vài chương trình có độ phân giải tiêu chuẩn. • Khả năng tải nhiều dạng thông tin khác nhau. • Tiết kiệm năng lượng, với cùng một công suất phát, diện phủ sóng lớn hơn công nghệ tương tự. Công suất máy phát số chỉ bằng 1/4 công suất máy phát tương tự. • Truyền hình số với công nghệ mạng đơn tần (SFN) có thể tiết kiệm được tài nguyên tần số. • Dễ dàng thích nghi với các bước phát triển tiếp theo sang truyền hình độ phân giải cao hoặc phát thanh với chất lượng CD trong tương lai. • Thị trường đa dạng, có khả năng cung cấp nhiều loại hình dịch vụ. Hoàn toàn có khả năng hoà nhập vào xa lộ thông tin.
✓ Sơ đồ khối TÝn hiÖu ThiÕt bÞ ph¸t truyÒn h×nh BiÕn NÐn M· hãa §iÒu analog ®æi GhÐp kªnh chÕ A/D kªnh Kªnh TÝn hiÖu th«ng tin ThiÕt bÞ thu truyÒn h×nh analog BiÕn T¸ch kªnh Gi¶i m· Gi¶i ®æi gi¶i nÐn hãa kªnh ®iÒu D/A chÕ • Biến đổi AD, DA. • Nén và giải nén. • Mã hóa và giải mã hóa kênh • Điều chế và giải điều chế số. • Kênh thông tin: Vô tuyến và hữu tuyến.
2. Đặc điểm của TH số ✓ Yêu cầu về băng tần lớn hơn: Ví dụ hệ NTSC tín hiệu tổng hợp có băng tần 4.2 MHz, khi số hóa tần số lấy mẫu 4fSC: 14,4 MHz x 8bit/mẫu = 115,2 Mbit/s, độ rộng bằng tần khoảng 58 MHz. Biện pháp khắc phục nén tín hiệu số. ✓ Tỷ lệ tín hiệu trên tạp âm S/N: cao hơn nhiều so với tín hiệu tương tự. Đối với tín hiệu số nhiễu là các bit lỗi được khắc phục bằng mạch sửa lỗi. Khi có quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng cách che lỗi, tỷ số S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi. Ý nghĩa: đặc điểm có ích cho việc sản xuất chương trình truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp, cần nhiều lần đọc và ghi, việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số mà không làm suy giảm chất lượng tín hiệu hình. ✓ Méo phi tuyến: Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình xử lý và truyền dẫn.
✓ Giá thành và độ phức tạp: với sự phát triển của nghành công nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy tính và công nghệ mạch tích hợp. Giá thành rẻ hơn và độ phức tạp giảm dần. ✓ Xử lý tín hiệu số: dung lượng lưu trữ lớn, tốc độ chíp xử lý tăng, dựng chương trình truyền hình, nén, mã hóa bảo mật, chuyển đổi chuẩn… ✓ Khoảng cách giữa các trạm đồng kênh: Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu. Một phần vì tín hiệu số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung hoá và xung đồng bộ bằng các từ mã, nơi mà hệ thống tương tự gây ra nhiễu lớn nhất. ✓ Hiện tượng Ghosts (bóng ma):Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiện tượng này trong truyền hình số.
Bài 2: Số hóa tín hiệu truyền hình 1. Giới thiệu chung Chuyển đổi tín hiệu truyền hình tương tự thành tín hiệu số (gọi là số hóa tín hiệu truyền hình). Có hai phương thức: ✓ Số hóa trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp (Composite Signal): • Tốc độ bit đầu ra thấp. • Tín hiệu video số tổng hợp còn mang đầy đủ các nhược điểm của tín hiệu video tương tự, nhất là hiện tượng can nhiễu chói-màu. ✓ Số hóa riêng các tín hiệu video thành phần (Component Signal): • Các tín hiệu video thành phần: tín hiệu chói EY, 2 hiệu màu ER-Y và EB-Y; hoặc các tín hiệu màu cơ bản: ER, EG, EB được đồng thời truyền theo thời gian hoặc ghép kênh theo thời gian. • Tốc độ dòng bit lớn. • Khắc phục được các nhược điểm của tín hiệu số video tổng hợp. • Không phụ thuộc vào dạng hệ truyền hình màu PAL, NTSC, SECAM nên tạo thuận lợi cho việc trao đổi các chương trình truyền hình, tiến tới xây dựng một chuẩn chung về truyền hình số cho toàn thế giới. • Quốc tế khuyến cáo sử dụng hình thức biến đổi này.
2. Số hóa tín hiệu video màu tổng hợp Để tiến tới xu hướng chuẩn hoá cho các thiết bị Video số, người ta đã đưa ra hai tiêu chuẩn về tần số lấy mẫu là fSA = 4fSC NTSC và 4fSCPAL tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang màu và sử dụng 8 bit hoặc 10 bit để biểu diễn các mẫu. a. Tín hiệu video số tổng hợp tiêu chuẩn 4fSC NTSC ✓ Các tham số cơ bản: TÝn hiÖu vµo NTSC + Tång sè mÉu trªn mét dßng video 910 + Sè mÉu trªn mét dßng video tÝch 768 cùc 4fsc - 14,32818 MHZ + TÇn sè lÊy mÉu Trùc giao + CÊu tróc lÊy mÉu +330, +1320, +2310, + C¸c mÉu +3030 + Sè bÝt lîng tö 10 bit/mÉu
✓ Cấu trúc lấy mẫu: • Khoảng cách lấy mẫu trùng với đỉnh biên độ các tín hiệu EI & EQ. • Số mẫu trên 1 dòng: NSA=FSA/FH=4FSC/FH= 4x3.58MHz/15750Hz=910. • Trong đó: 768 mẫu cho dòng video tích cực; 142 mẫu cho đồng bộ dòng.
✓ Thang lượng tử: Quan hệ giữa mức video tương tự và thang lượng tử ứng với mã hóa 10 bit.
✓ Cấu trúc dòng số: Quan hệ giữa dòng tương tự và dòng số.
✓ Cấu trúc mành số: Quan hệ giữa mành tương tự và mành số.
b. Tín hiệu video số tổng hợp tiêu chuẩn 4fSC PAL ✓ Các tham số cơ bản: TÝn hiÖu vµo PAL + Tống số mẫu cho một dòng 1135 + Số mẫu trên một dòng tích cực 948 + Tần số lấy mẫu 4fsc - 17,734475 MHz + Các mẫu +450; +1350; +2250; +3150 + Cấu trúc lấy mẫu CÊu tróc trùc giao + Số bít lượng tử hoá 8 hoÆc 10 bit cho mét mÉu
✓ Cấu trúc lấy mẫu: Khoảng cách lấy mẫu tại 45, 135, 225, 315 độ, không phải đỉnh lớn nhất. VD: sọc màu vàng có biên độ lớn nhất 0.934V nhưng mẫu lớn nhất chỉ 0,886V.
✓ Thang lượng tử: Quan hệ giữa mức video tương tự và thang lượng tử ứng với mã hóa 10 bit.
✓ Cấu trúc dòng số: Quan hệ giữa dòng tương tự và dòng số.
✓ Cấu trúc mành số: • Khoảng xóa mành số mành 1: dòng 623 đến dòng 5. • Khoảng xóa mành số mành 2: dòng 310 đến dòng 317.
3. Số hóa tín hiệu video thành phần a. Tín hiệu thành phần số hóa và tần số lấy mẫu: ✓ Theo chuẩn CCIR 601: các tín hiệu thành phần được số hóa gồm tín hiệu chói EY, 2 hiệu hiệu màu ER-Y và EB-Y ✓ Tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 13,5 MHz được chọn sao cho là một số nguyên lần tần số dòng fH cho cả hai tiêu chuẩn 525 và 625 dòng: • FSA=13,5 MHz = 864 x fH đối với tiêu chuẩn 625 (fH = 15625 Hz). • FSA=13,5 MHz = 858 x fH đối với tiêu chuẩn 525 (fH = 15750 Hz). • Phổ tín hiệu chói lấy mẫu tần số 13,5 MHz và phổ tín hiệu mầu lấy mẫu tần số 6.75 MHz.
b.Các chuẩn lấy mẫu: Có nhiều chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần, điểm khác nhau chủ yếu là tỉ lệ lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và các tín hiệu màu. ✓ Tiêu chuẩn 4:4:4 • Tín hiệu chói EY, 2 hiệu màu ER-Y và EB-Y được lấy mẫu trên tất cả các dòng tích cực của tín hiệu video. • VD hệ PAL: 625 dòng (576 dòng tích cực) x 720 cột, lấy mẫu 10 bit theo chuẩn 4:4:4, tốc độ bit đầu ra: Tốc độ bit = (720 (E Y )+720 (ER-Y )+ 720 (EB-Y)) mẫu x 576 dòng x 10 bit/mẫu x 25ảnh/s = 311 Mbps
✓ Tiêu chuẩn 4:2:2 • Cứ 4 lần lấy mẫu chói EY, có hai lần lấy mẫu các hiệu màu ER-Y và EB-Y . • Khi giải mã màu điểm ảnh chỉ lấy mẫu chói sẽ lấy mẫu hai tín hiệu mầu của điểm ảnh trước đó. • VD: Hệ PAL lấy mẫu chuẩn 4:2:2, 10 bit/mẫu thì tốc độ bit đầu ra: Tốc độ bit = (720 (E Y )+360 (ER-Y )+ 360 (EB-Y)) mẫu x 576 dòng x 10 bit/mẫu x 25 ảnh/s = 207 Mbps. -> Tốc độ bit giảm
✓ Tiêu chuẩn 4:2:0 • Lấy mẫu chói EY trên tất cả các dòng, cứ cách một điểm ảnh lại lấy mẫu cho chỉ một tín hiệu màu. • Tín hiệu màu được lấy xen kẽ theo từng dòng VD: dòng n lấy mẫu ER-Y thì dòng n+1 lấy mẫu EB-Y. • VD: Hệ PAL lấy mẫu chuẩn 4:2:0, 10 bit/mẫu thì tốc độ bit đầu ra: Tốc độ bit = (720 (EY )+360 (ER-Y )+ 0 (EB-Y)) mẫu x 576 dòng x 10 bit/mẫu x 25 ảnh/s = 155,5 Mbps. -> Tốc độ bit giảm