Truyền hình 8K và hệ thống âm thanh đa kênh 22.2 tại NHK STRL

Truyền hình phân giải siêu cao 8K

Hệ thống truyền hình siêu cao 8K có mật độ phân giải ảnh cao gấp 16 lần ảnh của truyền hình HDTV (phân giải ảnh là 7680 x 4320). Tại khoảng cách ¾ chiều cao màn hình, người xem thậm chí không phân biệt được tốc độ thay đổi ảnh (quét mành).

Màn hình TV của truyền hình 8K có tới 33 triệu điểm ảnh. Hình 1 cho thấy sự khác nhau rõ rệt giữa chất lượng ảnh 8K và HDTV

Kể từ tháng 4/2012, NHK đã có tiến bộ trong việc phát triển màn hình plasma kích cỡ 145 inch, khá phù hợp cho truyền hình 8K. Tháng 7/2012, tại Olympic London (Anh) công chúng được chứng kiến truyền hình 8K tại 3 địa điểm ở Nhật, 4 ở Anh và 1 ở Mỹ.

Đến tháng 5/2013, lần đầu tiên trên thế giới, NHK đã thành công trong việc mã hóa thời gian thực chuẩn HEVC cho truyền hình 8K và đến tháng 1/2014 đã thử nghiệm thành công việc phát truyền hình 8K mặt đất cho khoảng cách xa. Tiến bộ trong nghiên cứu giúp giảm kích cỡ và trọng lượng camera 8K hàng chục lần: từ 80 kg vào năm 2002 đến 2013 chỉ còn nặng 2 kg như camera thông thường (Hình 3).

Hệ thống âm thanh đa kênh 22.2

Hệ thống âm thanh đa kênh 22.2 siêu thực được thiết kế dành cho truyền hình phân giải siêu cao 8K. Hệ thống 22.2 tạo ra âm thanh 3 chiều cực kỳ sống động. Người nghe có cảm giác như được “chìm đắm” trong âm thanh của chính môi trường thực dù đang ngồi trước màn ảnh. Hệ thống âm thanh cao cấp này có chất lượng vượt trội so với hệ thống âm thanh 5.1 (2 chiều) phổ biến hiện nay.

Tiêu chuẩn quốc tế BS.1909 của ITU-R nêu ra 6 yêu cầu của hệ thống âm thanh tạo cảm giác siêu thực dành cho video 8K như sau [1]:

1. Ảnh âm thanh (sound image) phải được tạo ra trong mọi hướng xung quanh người nghe.

2. Tái tạo cảm nhận âm thanh không gian 3 chiều (3D), tăng cường cảm giác thực phải hơn hẳn chuẩn âm thanh 5.1 (ITU-R BS.775)

3. Sự đồng bộ về vị trí của ảnh âm thanh với ảnh video phải được duy trì trong toàn bộ không gian của người xem màn hình lớn phân giải cao. Điều đó nghĩa là vị trí của nguồn tạo âm thanh trong hình ảnh phải tương ứng với vị trí âm thanh đó được tái tạo trong không gian khán phòng (xem Hình 4b).

4. Chất lượng âm thanh tuyệt hảo phải được duy trì trong toàn bộ không gian nghe và xem truyền hình

5. Bảo đảm tương thích ngược với hệ thống âm thanh 5.1 và các hệ thống âm thanh 2 kênh trước đây ở mức độ chấp nhận được

6. Phải có khả năng ghi âm, trộn âm và truyền tải trực tiếp (live)

Hình 4a cho thấy, trong hệ thống âm thanh 5.1 (2 chiều), âm thanh của thiên nhiên trong video chỉ bao quanh người nghe theo hướng ngang, thiếu hướng dọc trong khi hệ thống âm thanh cao cấp (Hình 4b) thể hiện được cả âm thanh theo hướng dọc như thực tế (ví dụ ở đây: chim hót trên cao, tiếng chân hươu dưới đất và tiếng thác nước ở giữa).

Để đáp ứng 4 yêu cầu đầu tiên của tiêu chuẩn ITU - R BS.1909, các chuyên gia tại Trung tâm R&D của NHK đã đưa ra cấu hình trang âm với hệ thống loa được bố trí như trong Bảng 1 [2].

- Yêu cầu 1: Âm thanh đến từ mọi hướng. Để tạo được âm thanh ảo tại mọi vị trí, các loa phải cách nhau ≤ 60⁰ theo hướng ngang và ≤ 45⁰ theo hướng dọc.

- Yêu cầu 2: Tái tạo cảm nhận âm thanh không gian 3D chất lượng cao. Để người nghe có cảm giác đắm chìm trong âm thanh tái tạo 3D, các loa phải cách nhau ≤ 45⁰ theo hướng ngang và ≤ 45⁰ theo hướng dọc.

- Yêu cầu 3: Đồng bộ về vị trí của ảnh âm thanh với ảnh video tại mọi vị trí trên màn hình. Tại vị trí chính giữa, cách màn hình 8K một khoảng bằng ¾ chiều cao màn hình thì góc xem theo hướng ngang phải đạt xấp xỉ 100⁰, hướng dọc đạt xấp xỉ 60⁰. Các loa được bố trí theo 3 lớp (trên, giữa, dưới) phải cách nhau theo hướng ngang ≤ 60⁰ và theo hướng dọc ≤ 30⁰

- Yêu cầu 4: Chất lượng âm thanh 3D bảo đảm trong vùng xem rộng, thậm chí từ khoảng cách xa với vị trí trung tâm, khoảng cách các loa theo hướng ngang phải ≤ 30⁰. Sự chênh lệch tối đa giữa ảnh video và ảnh âm thanh là 20⁰, khoảng cách giữa các loa lớp trên và lớp dưới phải ≤ 60⁰. Hình 5 mô tả bố trí của hệ thống trang âm 22.2. Các loa ở lớp giữa đặt ngang tầm tai người nghe, loa lớp trên đặt phía trên (trần khán phòng), loa lớp dưới đặt phía dưới người nghe (sàn). Như vậy tổng cộng có 22 kênh âm thanh (10 kênh lớp giữa, 9 kênh lớp trên, 3 kênh lớp dưới) và 2 kênh tạo hiệu ứng tần số thấp (LFE: Low Frequency Effects).

Tiêu chuẩn cho hệ thống âm thanh đa kênh 22.2 cho sản xuất chương trình

Hình 5 bố trí trang âm theo tiêu chuẩn ITU-R BS.2051 [3] về "Hệ thống âm thanh cao cấp cho sản xuất chương trình”. Tiêu chuẩn tương tự của Nhật Bản là ARIB STD–B59 [4] về “Hệ thống âm thanh stereo đa kênh 3 chiều cho sản xuất chương trình”. Tổ chức SMPTE (Society of Motion Picture and Television Engineers) cũng thiết lập tiêu chuẩn cho hệ thống truyền hình phân giải siêu cao UHDTV, trong đó hệ thống âm thanh được quy định trong tiêu chuẩn ST-2036-2-2008. Đặc biệt tiêu chuẩn SMTPE còn quy định tín hiệu âm thanh số cho hệ thống 22.2 bao gồm: tần số lấy mẫu 48 kHz và 96 kHz (tùy chọn), số bit lấy mẫu lượng tử: 16 bit, 20 bit và 24 bit. Hình 6 mô tả chi tiết việc bố trí trang âm trong hệ thống 22.2 theo tiêu chuẩn ITU-R BS.2051 và ARIB STD-B59.

Năm 2011, Bộ Nội vụ và Truyền thông Nhật Bản đã chỉnh sửa lại tiêu chuẩn về hệ thống truyền dẫn quảng bá truyền hình số để đáp ứng được chất lượng truyền hình quảng bá 8K và hệ thống âm thanh 22.2. Theo đó, số lượng kênh audio tối đa đầu vào cho hệ thống quảng bá vệ tinh số băng rộng tiên tiến được quy định gồm “22 kênh chính và 2 kênh LFE”. Phương pháp mã hóa tương thích với tiêu chuẩn MPEG-4 AAC và MPEG-4 ALS.

Theo kế hoạch, NHK STRL sẽ thử nghiệm truyền hình quảng bá 8K vào năm 2016 và đưa vào thực tế vào năm 2018. Đến năm 2010, hệ thống 8K sẽ phát quảng bá toàn nước Nhật nhân dịp đại hội thể thao Olympic Tokyo. Để có thể thực hiện đúng thời hạn, cần tiếp tục hoàn thiện các tiêu chuẩn, quy định vận hành để triển khai truyền hình 8K cả trong và ngoài Nhật Bản. NHK STRL tiếp tục nghiên cứu phát triển các thiết bị có thể dễ dàng tạo ra âm thanh và hình ảnh thậm chí còn cho cảm giác chân thực hơn nữa.

Duy Tiến

Tài liệu tham khảo:

[1] Rec. ITU-R BS.1909, “Performance Requirements for an Advanced Multichannel Stereophonic Sound System for Use with or without Accompanying Picture” (2012)

[2] Toshiyuki Nishiguchi, Kazuho Ono, and Kaoru Watanabe, “Trends in the development and standardization of 8K super Hi-Vision Sound Production Systems”, Broadcast Technology, No.59, Winter 2015, NHK STRL.

[3] Rec. ITU-R BS.2051, “Advanced Sound System for Programme Production” (2014)

[4] ARIB STD-B59, version 1.0, “Three-Dimensional Multichannel Stereophonic Sound System for Programme Production” (2014)