Truyền hình số hóa

Truyền hình số hóa (tiếng Anh: Digital television - DTV) là hệ thống truyền và nhận tín hiệu hình ảnh cùng âm thanh qua các tín hiệu số, khác với tín hiệu analog của các đài truyền hình truyền thống. Vào thời điểm phát triển, nó được xem là một bước tiến mới và đại diện cho sự đổi mới quan trọng trong công nghệ truyền hình kể từ truyền hình màu những năm 1950. Truyền hình số hiện nay phát sóng với độ phân giải cao (HDTV) vượt trội hơn so với TV analog. Nó thường sử dụng tỷ lệ khung hình rộng (thường là 16:9) khác với định dạng khung hình hẹp của TV analog. Nó giúp tiết kiệm băng tần sóng vô tuyến; có thể truyền tới mười kênh trong cùng một dải sóng như một kênh analog và mang đến nhiều tính năng mới mà TV analog không có. Quá trình chuyển đổi từ analog sang số bắt đầu vào khoảng năm 2000. Các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số khác nhau đã được áp dụng ở các khu vực trên thế giới; dưới đây là một số tiêu chuẩn phổ biến:

• Truyền hình số DVB (Digital Video Broadcasting) sử dụng điều chế OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) mã hóa và hỗ trợ truyền phân cấp. Tiêu chuẩn này đã được áp dụng ở Châu Âu, Châu Phi, Châu Á và Úc, với khoảng 60 quốc gia. Tại Việt Nam, DVB được chọn cho các hệ thống phát sóng mặt đất (DVB-T2), truyền hình vệ tinh (DVB-S/S2) và truyền hình cáp (DVB-C).
• Hệ thống ATSC (Advanced Television Systems Committee) sử dụng dải phụ 8VSB để phát sóng mặt đất. Tiêu chuẩn này đã được áp dụng tại 6 quốc gia: Hoa Kỳ, Canada, Mexico, Hàn Quốc, Cộng hòa Dominicana và Honduras.
• ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) là hệ thống cung cấp khả năng thu sóng tốt cho cả máy thu cố định và di động. Hệ thống này sử dụng OFDM và xen kẽ hai chiều. Hỗ trợ truyền phân cấp đến ba lớp và sử dụng video MPEG-2 và mã hóa âm thanh nâng cao. Tiêu chuẩn này được áp dụng tại Nhật Bản và Philippines. ISDB-T International là phiên bản mở rộng của tiêu chuẩn này với H.264/MPEG-4 AVC, được sử dụng ở các quốc gia nói tiếng Bồ Đào Nha và Bồ Đào Nha tại châu Phi.
• DTMB (Digital Terrestrial Multimedia Broadcast) áp dụng công nghệ OFDM đồng bộ miền thời gian (TDS) với khung tín hiệu giả ngẫu nhiên để làm khoảng bảo vệ (GI) của khối OFDM và ký hiệu đào tạo. Tiêu chuẩn DTMB đã được áp dụng tại Trung Quốc, bao gồm cả Hồng Kông và Ma Cao.
• DMB (Digital Multimedia Broadcasting) là công nghệ truyền dẫn số phát triển tại Hàn Quốc để truyền tín hiệu đa phương tiện như TV, radio và dữ liệu tới các thiết bị di động như điện thoại, máy tính xách tay và hệ thống GPS.

Quá trình lịch sử

Bối cảnh lịch sử

Nguồn gốc của truyền hình số gắn liền với sự phát triển của máy tính hiệu suất cao và giá thành thấp. Đến những năm 1990, TV số mới trở nên khả thi. Trước đó, truyền hình số không khả thi do yêu cầu băng thông cao của video kỹ thuật số không nén, cần khoảng 200 Mbit/s (25 MB/s) cho tín hiệu SDTV và hơn 1 Gbit/s cho HDTV.

Truyền hình số thực sự khả thi vào đầu những năm 1990 nhờ vào sự phát triển công nghệ lớn: nén video biến đổi cosine (DCT). Kỹ thuật mã hóa DCT, được Nasir Ahmed đề xuất vào năm 1972, sau đó được phát triển thành thuật toán mã hóa video DCT bù chuyển động, ứng dụng trong các tiêu chuẩn video như H.26x từ năm 1988 và MPEG từ năm 1991. Nén video DCT bù chuyển động đã giảm đáng kể băng thông cần thiết cho TV số, với yêu cầu khoảng 34 Mbit/s cho SDTV và 70 - 140 Mbit/s cho HDTV, đồng thời duy trì chất lượng gần như studio.

Tiến trình phát triển

Dịch vụ truyền hình số đã được đề xuất vào năm 1986 bởi Nippon Telegraph and Telephone (NTT) và Bộ Bưu chính Viễn thông (MPT) tại Nhật Bản với dự định phát triển 'Hệ thống mạng tích hợp'. Tuy nhiên, dịch vụ truyền hình số không thể thực hiện cho đến khi công nghệ nén DCT được áp dụng vào đầu những năm 1990.

Vào giữa thập niên 1980, khi các công ty điện tử Nhật Bản dẫn đầu về công nghệ HDTV và định dạng analog MUSE do NHK đề xuất, các tiến bộ từ Nhật Bản được coi là mối đe dọa lớn đối với các thiết bị điện tử của các công ty Mỹ. Đến tháng 6 năm 1990, tiêu chuẩn MUSE của Nhật Bản, dựa trên hệ thống tín hiệu analog, đã trở thành lựa chọn hàng đầu trong số hơn 23 khái niệm kỹ thuật đang được nghiên cứu.

Từ năm 1988 đến 1991, nhiều tổ chức châu Âu đã phát triển các tiêu chuẩn mã hóa video kỹ thuật số dựa trên DCT cho cả SDTV và HDTV. Dự án EU 256 của CMTT và ETSI, cùng với nghiên cứu từ đài truyền hình RAI của Ý, đã tạo ra codec video DCT cho SDTV với tốc độ bit 34 Mbit/s và HDTV chất lượng gần studio ở khoảng 70 - 140 Mbit/s. RAI đã chứng minh điều này bằng một buổi phát sóng FIFA World Cup 1990 vào tháng 3 năm 1990. General Instrument của Mỹ cũng chứng minh tính khả thi của TV số vào năm 1990, dẫn đến việc FCC hoãn quyết định về tiêu chuẩn ATV cho đến khi tiêu chuẩn kỹ thuật số được hoàn thiện.

Vào tháng 3 năm 1990, khi sự khả thi của tiêu chuẩn kỹ thuật số đã được khẳng định, FCC đã đưa ra các quyết định quan trọng. Trước tiên, Ủy ban tuyên bố rằng tiêu chuẩn TV mới có nhiều cải tiến hơn so với tín hiệu analog, nhưng để cung cấp tín hiệu HDTV chất lượng chính xác yêu cầu độ phân giải ít nhất gấp đôi so với hình ảnh hiện tại. Sau đó, để đảm bảo những người xem không mua TV số mới vẫn có thể xem các chương trình truyền hình thông thường, FCC yêu cầu tiêu chuẩn ATV mới phải có khả năng 'mô phỏng' trên các kênh hiện có. Tiêu chuẩn ATV mới cũng cho phép phát triển tín hiệu DTV dựa trên các nguyên tắc thiết kế mới, mặc dù không tương thích với tiêu chuẩn NTSC hiện tại, tiêu chuẩn DTV mới sẽ bao gồm nhiều cải tiến.

Tiêu chuẩn cuối cùng được FCC chấp nhận không yêu cầu một tiêu chuẩn đồng nhất cho các định dạng quét, tỷ lệ khung hình hoặc độ phân giải. Kết quả này xuất phát từ cuộc tranh luận giữa ngành công nghiệp điện tử tiêu dùng (bao gồm các đài truyền hình) và ngành công nghiệp máy tính (với sự tham gia của ngành phim ảnh và các nhóm lợi ích công cộng) về hai phương pháp quét: quét xen kẽ và quét tiến bộ. Quét xen kẽ, áp dụng trên các TV toàn cầu, quét các dòng chẵn trước và sau đó là các dòng lẻ. Trong khi đó, quét tiến bộ, được sử dụng trong máy tính, quét các dòng liên tiếp từ trên xuống dưới. Ngành công nghiệp máy tính lập luận rằng quét tiến bộ không gặp hiện tượng 'nhấp nháy' như quét xen kẽ và cho phép kết nối Internet dễ dàng hơn. Ngành công nghiệp phim ảnh cũng ủng hộ quét tiến bộ vì nó hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi chương trình quay phim sang định dạng kỹ thuật số. Ngược lại, ngành điện tử tiêu dùng và các đài truyền hình cho rằng quét xen kẽ là công nghệ duy nhất có thể truyền tải hình ảnh chất lượng cao nhất hiện tại và tương lai, tức là, 1.080 dòng và 1.920 pixel mỗi dòng, đồng thời kho lưu trữ lập trình của họ không dễ dàng tương thích với định dạng quét tiến bộ.

Ra mắt chính thức

DirecTV ở Hoa Kỳ đã giới thiệu nền tảng vệ tinh kỹ thuật số thương mại đầu tiên vào tháng 5 năm 1994, dựa trên tiêu chuẩn Hệ thống vệ tinh kỹ thuật số (DSS). Phát sóng cáp kỹ thuật số được thử nghiệm và triển khai tại Hoa Kỳ vào năm 1996 bởi TCI và Time Warner. Nền tảng kỹ thuật số mặt đất đầu tiên mang tên ONdigital đã được ra mắt tại Vương quốc Anh vào tháng 11 năm 1998, sử dụng tiêu chuẩn DVB-T.

Lịch sử truyền hình kỹ thuật số tại Việt Nam

Ứng dụng

Ứng dụng trong ngành truyền thông tiếp thị

Với sự gia tăng nhanh chóng của truyền số (gần 25% trong 5 năm qua), nhu cầu về nội dung số đã tăng đáng kể. Bên cạnh nội dung do người dùng tự tạo và các bộ phim, nguồn lớn nhất của nội dung số hiện nay nằm ở truyền hình qua các phương tiện truyền thông số. Truyền hình hiện đại không chỉ có thể xem trên TV truyền thống mà còn trên điện thoại di động, máy tính xách tay và máy tính bảng. Thay vì bị lạc hậu, truyền hình vẫn đóng góp vào ngành truyền thông tiếp thị thông qua các phương thức số hóa và hiện đại. Dưới đây là những dự đoán về xu hướng truyền hình số trong tương lai và sự thay đổi trong cơ cấu nội dung trên nền tảng kỹ thuật số.

Trong những năm qua, mặc dù quảng cáo trên nền tảng video trực tuyến đang ngày càng mạnh mẽ, nhưng TV truyền thống vẫn chưa bị thay thế hoàn toàn. Tại Mỹ, TV truyền thống mất khoảng 1,5-2% thị phần mỗi năm vào tay video trực tuyến, trong khi ở châu Á, TV vẫn duy trì mức tiếp cận 83% người dùng.

Mặc dù doanh thu từ truyền hình đã giảm rõ rệt, nó vẫn chiếm một phần lớn trong ngân sách quảng cáo. Trước đây, ngân sách quảng cáo trên TV có thể chiếm tới 80% tổng chi tiêu, hiện tại vẫn giữ mức khoảng 60-70%.

Sự xuất hiện của TV thông minh đã giúp TV truyền thống hồi sinh một chút. Ngược lại, video trên Facebook vẫn chưa khai thác được hiệu quả thương mại và còn nhiều hạn chế trong việc tạo ảnh hưởng và khai thác lợi ích kinh doanh.

Ngày nay, hình ảnh các gia đình tụ tập quanh chiếc TV để xem cùng một chương trình đã trở thành quá khứ. Truyền hình hiện tại bao gồm các nội dung video có thể được xem trên TV truyền thống, điện thoại di động, laptop, hoặc máy tính bảng. Thời gian và địa điểm xem truyền hình trở nên linh hoạt hơn bao giờ hết. Ranh giới giữa nội dung truyền hình và nội dung số ngày càng mờ nhạt, khi người dùng có thể xem miễn phí các chương trình truyền hình trên thiết bị di động của mình hoặc thưởng thức nội dung số trên TV truyền thống. Nhờ đó, khán giả có thể tự do chọn lựa chương trình mình muốn xem mà không bị ràng buộc bởi thời gian phát sóng. Hơn nữa, sự phát triển của Internet mang đến cho mỗi người xem vô vàn sự lựa chọn với hàng triệu video phong phú. (Nguồn: Brand Việt Nam)

Tại Việt Nam, người tiêu dùng ngày càng có xu hướng vừa xem truyền hình vừa sử dụng các thiết bị khác, ngay cả trong khoảng thời gian cao điểm khi truyền hình đạt tỉ suất người xem cao nhất vào buổi tối. Đây chính là xu hướng màn hình xếp chồng mới. Phần lớn người xem kết hợp việc sử dụng PC, máy tính bảng và điện thoại di động thông minh trong khi xem TV để tìm kiếm thông tin thêm về chương trình, giao tiếp với người khác hoặc tra cứu các sản phẩm và dịch vụ quảng cáo. Theo thống kê của TNS Connected Life, vào năm 2015, hoạt động phổ biến nhất trong xu hướng đa màn hình là mạng xã hội. (Nguồn: Brand Việt Nam)

So sánh giữa TV analog và kỹ thuật số

Truyền hình kỹ thuật số (DTV) mang lại nhiều lợi ích so với TV analog, nổi bật nhất là việc các kênh kỹ thuật số yêu cầu ít băng thông hơn và băng thông có thể thay đổi liên tục, với chất lượng hình ảnh giảm tùy thuộc vào mức độ nén và độ phân giải. Điều này cho phép các đài truyền hình kỹ thuật số cung cấp nhiều kênh hơn trong cùng một băng tần, đồng thời cung cấp dịch vụ truyền hình độ nét cao hoặc các dịch vụ khác như đa phương tiện và tương tác. DTV cũng hỗ trợ các dịch vụ đặc biệt như ghép kênh (nhiều chương trình trên cùng một kênh), hướng dẫn chương trình điện tử (EPG) và ngôn ngữ bổ sung (âm thanh hoặc phụ đề). Việc cung cấp các dịch vụ phi truyền hình có thể tạo ra nguồn doanh thu bổ sung.

Tín hiệu số và tín hiệu analog phản ứng khác nhau với các nguồn nhiễu. Trong truyền hình analog, bạn có thể gặp phải các vấn đề như hình ảnh bị mờ, nhiễu do tín hiệu yếu và nhiều vấn đề khác làm giảm chất lượng hình ảnh và âm thanh, mặc dù chương trình vẫn có thể xem được. Ngược lại, truyền hình kỹ thuật số yêu cầu âm thanh và video phải đồng bộ hóa hoàn hảo; nếu không, cả hai sẽ không thể sử dụng được. Hiện tượng 'vỡ hình' xuất hiện khi tín hiệu kỹ thuật số bị nhiễu nghiêm trọng.

TV analog bắt đầu với âm thanh mono và sau đó phát triển thành âm thanh stereo với hai kênh âm thanh độc lập. Truyền hình kỹ thuật số (DTV) hỗ trợ tối đa 5 kênh âm thanh cộng với một kênh loa trầm phụ, cung cấp chất lượng âm thanh gần như tương đương với rạp chiếu phim và DVD.

Tạo tác nén, giám sát chất lượng hình ảnh và phân bổ băng thông

Hình ảnh DTV có thể gặp phải một số khiếm khuyết mà truyền hình analog hoặc rạp chiếu phim không có, do hạn chế của tốc độ bit và thuật toán nén như MPEG-2. Những khiếm khuyết này thường được gọi là 'tiếng ồn muỗi'.

Hệ thống thị giác của con người có những đặc điểm cụ thể giúp xác định các khiếm khuyết trong hình ảnh. Hệ thống DTV được thiết kế để tận dụng những hạn chế của hệ thống thị giác để làm giảm sự chú ý đến những khiếm khuyết này, chẳng hạn như tạo tác nén trong các chuyển động nhanh mà mắt khó theo dõi, trong khi giảm thiểu các tạo tác trong các vùng ảnh nền có thể được quan sát kỹ lưỡng hơn.

Các nhà cung cấp dịch vụ truyền hình DTV qua mặt đất, cáp, vệ tinh và Internet sử dụng các thuật toán phức tạp, dựa trên các nghiên cứu thần kinh để kiểm soát chất lượng hình ảnh của tín hiệu truyền hình. Ví dụ, công cụ đo lường chất lượng video cấu trúc tương tự (SSIM) và Visual Information Fidelity (VIF) là những công cụ quan trọng. VIF, đặc biệt, là phần cốt lõi trong hệ thống giám sát chất lượng video của Netflix VMAF, chiếm khoảng 35% tổng lượng băng thông tiêu thụ ở Hoa Kỳ.

Ảnh hưởng của việc tiếp nhận kém

Sự giảm chất lượng tín hiệu do các yếu tố như ăng-ten bị xuống cấp hoặc thay đổi thời tiết có thể ảnh hưởng đến truyền hình analog. Trong truyền hình kỹ thuật số, chất lượng video có thể giảm nhanh chóng khi thiết bị nhận bị nhiễu hoặc tín hiệu quá yếu để giải mã. Một số thiết bị có thể hiện hình ảnh bị cắt xén nghiêm trọng, trong khi những thiết bị khác có thể không hiển thị video hoặc dừng thu sóng hoàn toàn. Hiện tượng này được gọi là hiệu ứng vách đá kỹ thuật số.

Lỗi khối xảy ra khi hình ảnh được nén trong quá trình truyền. Khi gặp lỗi khối, một khung hình có thể bị hỏng và gây ra các hộp đen xuất hiện trong các khung hình tiếp theo, gây khó khăn cho việc xem.

Ở các vị trí xa, các kênh phát tín hiệu tương tự trước đây có thể chịu được tình trạng tuyết rơi và suy giảm tín hiệu, nhưng với tín hiệu kỹ thuật số, tín hiệu có thể hoàn toàn không khả dụng nếu không được giải mã đúng. Sử dụng tần số cao hơn có thể làm tăng các vấn đề này, đặc biệt là khi không có đường ngắm thẳng từ ăng-ten đến trạm phát, vì các tín hiệu tần số cao khó vượt qua các chướng ngại vật.

Ảnh hưởng đối với công nghệ analog cũ

Các TV chỉ trang bị bộ thu sóng analog không thể giải mã được tín hiệu truyền hình kỹ thuật số. Sóng analog thường kém chất lượng, dẫn đến hình ảnh bị nhiễu hoặc hỏng hóc. Khi truyền hình analog ngừng phát sóng, người dùng TV chỉ có bộ thu analog có thể lựa chọn các nguồn tín hiệu kỹ thuật số khác như cáp, vệ tinh hoặc mua thiết bị giải mã tín hiệu truyền hình (Set-top box) để tiếp tục xem các kênh kỹ thuật số mặt đất.

Hệ thống thu âm thanh TV dần biến mất

Trước khi chuyển sang công nghệ TV kỹ thuật số, truyền hình analog phát âm thanh riêng biệt từ tín hiệu video thông qua sóng FM. Tín hiệu âm thanh FM này có thể được nhận bằng các radio tiêu chuẩn với mạch điều chỉnh phù hợp.

Tuy nhiên, sau khi nhiều quốc gia chuyển sang truyền hình kỹ thuật số, không có nhà sản xuất radio cầm tay nào phát triển phương pháp mới để chỉ thu âm thanh của các kênh truyền hình kỹ thuật số.

Vấn đề môi trường

Việc áp dụng các tiêu chuẩn phát sóng không tương thích với các máy thu analog hiện có đã dẫn đến việc một số lượng lớn máy thu analog bị loại bỏ trong quá trình chuyển đổi sang truyền hình kỹ thuật số.

Một nhóm nghiên cứu cho biết trung bình mỗi màn hình CRT hoặc TV chứa khoảng 3,6 kg chì. Theo một nguồn khác, lượng chì trong thủy tinh của CRT dao động từ 0,5 kg đến 5 kg, tùy thuộc vào kích thước và loại màn hình, nhưng chì ở dạng oxit chì được coi là 'ổn định và không di động' trong thủy tinh. Chì có thể gây ảnh hưởng tiêu cực lâu dài đến môi trường nếu không được xử lý đúng cách, nhưng thủy tinh có thể được tái chế tại các cơ sở phù hợp. Các phần khác của máy thu có thể cần được xử lý như chất thải nguy hại.

Các quy định địa phương về xử lý các thiết bị này rất khác nhau; trong một số trường hợp, các cửa hàng đồ cũ từ chối nhận các máy thu truyền hình màu hoạt động do chi phí xử lý tăng cao. Những cửa hàng nhận TV tặng đã báo cáo sự gia tăng đáng kể trong số lượng máy thu truyền hình còn tốt bị bỏ lại bởi những người dùng không muốn giữ lại sau khi chuyển đổi kỹ thuật số.

Tại Michigan vào năm 2009, một người tái chế ước tính rằng cứ 4 hộ gia đình thì có 1 hộ sẽ vứt bỏ hoặc tái chế một chiếc TV trong năm tới. Sự chuyển đổi sang truyền hình kỹ thuật số, việc nâng cấp lên máy thu truyền hình độ nét cao và thay thế màn hình CRT bằng màn hình phẳng đều góp phần làm gia tăng số lượng máy thu truyền hình CRT bị loại bỏ.

Các liên kết bên ngoài