LỜI MỞ ĐẦU Truyền hình hệ thống biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực biến đổi tín hiệu thành dạng ban đầu hiển thị lên hình dạng hình ảnh Truyền hình đen trắng bước mở đầu cho việc truyền hình ảnh xa Nó nghiên cứu chế tạo vào năm 60 kỷ XX với ống thu hình Vidicon Truyền hình đen trắng sử dụng hầu hết quốc gia giới, với phát triển nhanh chóng đèn điện tử thiết bị truyền hình đen trắng có độ ổn định hơn, chất lượng tốt Tuy nhiên truyền hình đen trắng lại có nhược điểm lớn khả truyền hình ảnh có màu sắc thực tế Do đó, năm 1957, hệ truyền hình màu đời Pháp, mở cách mạng công nghiệp truyền hình Khi đời sống vật chất người dân ngày nâng cao, yêu cầu chất lượng chương trình truyền hình, giải trí ngày lớn Lĩnh vực phát truyền hình năm trở lại có bước tiến nhảy vọt Với ưu điểm vượt trội truyền hình số so với truyền hình tương tự, năm qua, truyền hình số mặt đất phát triển mạnh mẽ giới nói chung Việt Nam nói riêng Việc thay hoàn toàn truyền hình mặt đất tương tự công nghệ truyền hình số mặt đất toàn giới diễn tương lai không xa CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ 1.1 Công nghệ truyền hình tương tự 1.1.1 Tìm hiểu sơ lược lịch sử phát triển hệ thống truyền hình Sự hình thành phát triển truyền hình gắn liền với kiện khoa học - công nghệ kiện trị - xã hội khác Ngay từ đầu năm 1920, người ta ý đến truyền hình họ nhận thức vai trò truyền hình việc tuyên truyền, quảng bá mặt kinh tế, trị, xã hội…có thể kể đến số mốc quan trọng lịch sử truyền sau: - Năm 1839: Bee Quell tìm tượng quang điện - Năm 1898: Volsske tìm hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình sóng điện từ) -Tháng 3/1899: liên lạc vô tuyến quốc tế đời Anh Pháp, dài 46Km - Năm 1941: Mỹ chấp nhận chuẩn 525 dòng quét với phân giải - Trong sau chiến tranh giới thứ II: cường quốc chạy đua gay gắt để phát chương trình truyền hình nhằm vận động nhân dân ủng hộ chiến lược quân kinh tế - Năm 1957: Pháp xuất hệ truyền hình màu SECAM Henry De France nghiên cứu thực - Năm 1962: giáo sư Walter Bruce Tây Đức công bố hệ truyền hình PAL Cả hai hệ SECAM PAL nguyên lý chung thống với hệ NTSC - Năm 1966: Na Uy tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền hình màu thống cho Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương trình truyền hình màu nước Kết số nước chọn hệ SECAM, số nước dùng hệ PAL, Mỹ Nhật sử dụng hệ NTSC Ở Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization Internatinal Radio and Television - Tổ chức phát truyền hình quốc tế) - Năm 1994: Mỹ nghiên cứu thử nghiệm truyền hình số, đến tháng 12 năm 1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC - Năm 1997: Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay gọi tiêu chuẩn DiBEG - Năm 1997: tiêu chuẩn DVB-T Châu Âu đời Nhiều nước Bắc Âu, số nước Châu Á có Việt Nam nhiều nước khác lựa chọn tiêu chuẩn dự kiến phát sóng số hoàn toàn vào năm 2020 1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự Hiện nay, có loại công nghệ truyền hình tương tự sử dụng toàn giới dựa tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh NTSC, SECAM PAL sử dụng điều chế RF để điều chế tín hiệu sóng mang VHF UHF Mỗi khung hình hình ảnh truyền hình bao gồm dòng quét hình Các dòng có độ sáng khác nhau, tập hợp toàn dòng vẽ cách nhanh chóng để mắt người cảm nhận hình ảnh Các khung hình hiển thị, cho phép mô tả chuyển động Các tín hiệu truyền hình tương tự có thông tin thời gian đồng để máy thu tái tạo lại hình ảnh hai chiều chuyển động từ tín hiệu chiều biến thiên theo thời gian - Tiêu chuẩn NTSC phát triển Mỹ lần đượ sử dụng năm 1954, NTSC tiêu chuẩn truyền hình lâu đời Nó bao gồm quét dòng 525 tần số quét hình 60Hz - Tiêu chuẩn SECAM phát triển Pháp lần sử dụng vào năm 1967 Nó sử dụng quét dòng 625 tần số quét hình 50Hz Các loại tiêu chuẩn khác sử dụng băng thông video thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm khác - Tiêu chuẩn PAL phát triển Đức lần sử dụng vào năm 1967 Là biến thể NTSC, chuẩn PAL sư dụng quét dòng 625 tần số quét hình 50Hz Các tiêu chuẩn khác sử dụng băng thông video thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm khác Hiện nay, hệ thống truyền hình số với ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự khả chống nhiễu tăng hiệu băng thông ngày phát triển nghiên cứu nhiều quốc gia Do đó, xu hướng chuyển đổi sang truyền hình số 1.2 Truyền hình kỹ thuật số Truyền hình số tên gọi hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ truyền tín hiệu chương trình truyền hình kênh thông tin, mở khả đặc đặc biệt rộng rãi cho thiết bị truyền hình làm việc theo hệ truyền hình nghiên cứu trước Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống truyền hình số Nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị truyền hình số đưa hình 1.1 Đầu vào thiết bị truyền hình số tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hóa (biến đôi A/D), tín hiệu truyền hình tương tự biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, tham số đặc trưng tín hiệu xác định từ hệ thống truyền hình lựa chọn Tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị phát Sau tín hiệu truyền hình số truyền tới bên thu qua kênh thông tin Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số biến đổi ngược lại với trình xử lý phía phát Quá trình giải mã tín hiệu truyền hình thực biến đổi tín hiệu truyền hình số sang tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống truyền hình số trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa giải mã tín hiệu truyền hình Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số mã hóa kênh Mã hóa kênh đảm bảo chống sai sót cho tín hiệu kênh thông tin Thiết bị mã hóa kênh phối hợp đặc tính tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình số truyền theo kênh thông tin, thiết bị biến đổi gọi điều chế giải điều chế Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số biến đổi ngược lại với trình xử lý phía phát Hệ thống truyền hình số trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa giải mã tín hiệu truyền hình 1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số Hệ thống truyền hình kỹ thuật số có ưu điểm sau: - Có khả phát lỗi sửa sai - Có thể tiến hành nhiều trình xử lý trung tâm truyền hình mà tỷ số S/N (tỷ số tín hiệu/tạp âm) không giảm Trong truyền hình tương tự việc gây méo tích lũy (mỗi khâu xử lý gây méo) - Thuận lợi cho trình ghi đọc: ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm - Có khả lưu trữ tín hiệu số nhớ đơn giản sau đọc với tốc độ tùy ý - Khả truyền cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi, chống lỗi, bảo vệ…) - Khả thu di động tốt Người xem dù ôtô, tàu hỏa xem chương trình truyền hình Sở dĩ xử lý tốt tượng Doppler - Dễ tạo dạng, lấy mẫu tín hiệu, dễ thực việc chuyển đổi hệ truyền hình, đồng từ nhiều nguồn khác nhau, để thực kỹ xảo truyền hình - Có khả thu tốt truyền sóng đa đường Trong hệ thống truyền hình tương tự, thường xảy tượng bóng ma tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường Việc tránh nhiễu đồng kênh hệ thống thông tin số làm giảm tượng truyền hình quảng bá - Tiết kiệm phổ tần nhờ sử dụng kỹ thuật nén băng tần, tỷ lệ nén lên đến 40 lần mà người xem không nhận biết suy giảm chất lượng Từ truyền nhiều chương trình kênh sóng, truyền hình tương tự chương trình phải dùng kênh sóng riêng - Có khả truyền hình đa phương tiện, tạo loại hình thông tin hai chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giũa điểm điểm Do phát triển công nghệ truyền hình số, dịch vụ tương tác ngày phong phú đa dạng ngày mở rộng - Bảo toàn chất lượng: chất lượng tín hiệu số tín hiệu tương tự trình truyền từ máy phát đến máy thu Hình 1.2: So sánh chất lượng tín hiệu số tương tự Tuy nhiên, truyền hình số có vài nhược điểm đáng quan tâm như: • Dải thông tín hiệu tăng độ rộng băng tần thiết bị hệ thống truyền lớn nhiều so với tín hiệu tương tự • Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số điểm kênh truyền thường phức tạp (phải dùng mạch chuyển đổi số - tương tự) Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống thu phát truyền hình số CHƯƠNG II: XỬ LÝ VÀ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ 2.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số Mỗi chương trình truyền hình cần mã hóa MPEG-2 riêng trước biến đổi tín hiệu từ tương tự sang số Khi nén để giảm tải liệu, chương trình ghép lại với để tạp thành dòng bit liên tiếp Lúc chương trình sẵn sàng truyền xa, cần điều chế để phát theo phương thức: • Truyền hình số vệ tinh DVB-S (QPSK) • Truyền hình số cáp DVB-C (QAM) • Truyền hình số mặt đất DVB- T (COFDM) Phía thu sau nhận tín hiệu tiến hành điều chế phù hợp với phương pháp điều chế, sau tách kênh giải nén MPEG-2, biến đổi ngược lại số sang tương tự, gồm đường hình tiếng đến máy thu hình 2.2 Số hóa tín hiệu truyền hình Video số phương tiện biểu diễn dạng sống video tương tự dạng dòng liệu với ưu điểm: - Tín hiệu video số không bị méo tuyến tính, méo phi tuyến không bị nhiễu gây cho trình biến đổi tương tự sang số (ADC) số sang tương tự (DAC) - Thiết bị video số hoạt động hiệu so với thiết bị video tương tự - Tín hiệu video số tiết kiệm lưu trữ thông tin nén tín hiệu 2.3 Chuyển đổi tương tự sang số Quá trình chuyển đổi nhìn chung thực qua bước là: lấy mẫu, lượng tử hóa mã hóa Các bước kết hợp với thành trình thống (hình 1.4) Hình 1.4: Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số Lấy mẫu tín hiệu tương tự trình rời rạc theo thời gian tần số lấy mẫu (fS), kết cho ta chuỗi mẫu Lấy mẫu bước thể tín hiệu tương tự sang số, thời điểm lấy mẫu chọn tọa độ điểm Quá trình biến đổi phải tương đương mặt tin tức Có nghĩa tín hiệu sau lấy mẫu phải mang đủ thông tin dòng tín hiệu vào Biên độ tín hiệu tương tự lấy mẫu với chu kỳ TS, thu chuỗi xung hẹp với tần số lấy mẫu tính bằng: fs=1/Ts Trong đó: fs tần số lấy mẫu T chu kỳ lấy mẫu Đối với tín hiệu tương tự VI tín hiệu lấy mẫu VS sau trình lấy mẫu khôi phục trở lại VI cách trung thực thỏa mãn điều kiện: fS ≥ 2fImax (1.2) Trong đó: - fS: tần số lấy mẫu - fImax: giới hạn dải tần số tương tự Vì lần chuyển đổi điện áp lẫy mẫu tín hiệu số tương ứng cần có thời gian định nên phải nhớ mẫu khoảng thời gian cần thiết sau lần lấy mẫu Điện áp tương tự đầu vào thực chuyển đổi A/D thực tế giá trị VI đại diện, giá trị kết lần lấy mẫu [2] - Lượng tử hóa Bước trình biến đổi A/D lượng tử hóa Trong trình này, biên độ tín hiệu chia thành mức - gọi mức lượng tử Khoảng cách hai mức liền kề gọi bước lượng tử Các mẫu có từ trình lấy mẫu có biên độ mức lượng tử Tín hiệu số nhận giá trị xấp xỉ tín hiệu ban đầu, nguyên nhân trình lượng tử hóa xác định giá trị số rời rạc cho mẫu Có hai phương pháp lượng tử hóa: lượng tử hóa tuyến tính có bước lượng tử lượng tử hóa phi tuyến có bước lượng tử khác Trong hầu hết thiết bị video số chất lượng studio, tất mức lượng tử có biên độ nhau, trình lượng tử hóa gọi lượng tử hóa đồng Đây trình biến đổi từ chuỗi mẫu với vô hạn biên độ sang giá trị định, trình gây sai số, gọi sai số lượng tử Sai số lượng tử nguồn nhiễu tránh khỏi hệ thống số Các giá trị lượng tử chứa sai số phạm vi 1/2 O (O bước lượng tử) -Mã hóa Mã hóa khâu cuối biến đổi A/D Mã hóa trình biến đổi cấu trúc nguồn mà không làm thay đổi tin tức, mục đích cải thiện tiêu kỹ thuật cho hệ thống truyền tin Dữ liệu sau mã hóa có ưu điểm: tính chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình thành tương đương khả thông qua kênh 2.4 Chuyển đổi số sang tương tự Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) biết tín hiệu số với độ xác mức lượng tử (1 LBS) Quá trình thực hình 1.5 Hình 1.5: Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự Để lấy tín hiệu tương tự từ tín hiệu số dùng nguyên tắc hình 1.4 Chuyển đổi số sang tương tự phép nghịch đảo chuyển đổi tương tự sang số, thực phép nghịch đảo trình lượng tử hóa Theo sơ đồ 1.5, trình chuyển đổi số sang tương tự trình tìm lại tín hiệu tương tự lấy mẫu 2.5 C c p h n g p h p n én tín hiệu truyền hình Xử lý tín hiệu số hứa hẹn thay tất phương pháp tương tự (cũ) tốc độ dòng, tốc độ mành, NTSC, PAL, SECAM, HDTV cuối tập trung vào HDTV số băng rộng - Kỹ thuật tương tự: nén thông tin video cách giảm độ rộng băng tần màu < 1,2 MHz - Kỹ thuật giảm (nén) liệu video: hệ thống nén số liệu phối hợp nhiều kỹ thuật xử lý nhằm giảm tốc độ bit tín hiệu số mà đảm bảo chất lượng hình ảnh phù hợp ứng với ứng dụng định Nhiều kỹ thuật nén không thông tin (loss/lossless data reduction techniques) phát triển nhiều năm qua Nén không tổn thất: cho phép phục hồi lại tín hiệu ban đầu sau giải nén Đây trình mã hóa có tính thuận nghịch Hệ số nén phụ thuộc vào chi tiết ảnh nén Hệ số nén phương pháp nén không thông tin nhỏ 2:1 Trong truyền hình, phương pháp nén không tổn thất kết hợp phương pháp nén có tổn thất cho tỷ lệ nén tốt mà không gây mát độ phân giải Nén có tổn thất: chấp nhận mát thông tin để gia tăng hiệu nén, thích hợp với nguồn thông tin hình ảnh âm Như vậy, nén có tổn thất thật có ý nghĩa với truyền hình Nó cho tỷ lệ nén hình ảnh cao để truyền dẫn, phát sóng Đồng thời cho tỷ lệ nén thích hợp cho xử lý lưu trữ ảnh studio Nén video tổn thất DPCM - Điều xung mã vi sai: - Đây phương pháp nén quan trọng hiệu quả, nguyên lý là: truyền tải tín hiệu vi sai mẫu cho dự báo (được tạo từ mẫu trước đó) - Công nghệ DPCM thực loại bỏ tính có nhớ thông tin dư thừa nguồn tín hiệu lọc đặc biệt có đáp ứng đầu tín hiệu số mẫu đầu vào giá trị dự báo Rất nhiều giá trị vi sai gần điểm ảnh biến đổi không đồng Còn với ảnh có nhiều chi tiết giá trị sai số dự báo lớn Khi lượng tử hóa chúng mức lượng tử cao đặc điểm mắt người không nhạy cảm với chi tiết có độ tương phản cao, thay đổi nhanh Sự giảm tốc độ bit thu từ trình lượng tử hóa mã hóa - Hầu hết cách thức nén ảnh sử dụng vòng lặp DPCM 2.6 Mã hóa điều chế tín hiệu số Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, người ta sử dụng phương pháp điều biên (AM) điều tần (FM) Tại đầu thu giải điều chế để tái tạo lại thông tin hình ảnh, âm ban đầu Một ưu điểm truyền hình số so với truyền hình tương tự kênh thông tin truyền nhiều chương trình sau qua hệ thống ghép kênh dòng truyền tải Để truyền dẫn tín hiệu số, phải sử dụng phương pháp mã hóa điều chế tín hiệu số để đảm bảo tín hiệu truyền dẫn đầu thu cách trung thực - Mã hóa: Để truyền với độ tin cậy cao, dòng sở video, audio đóng lại thành dòng sở đóng gói PES (Packetized ES) tương ứng với gói có độ dài thay đổi Mỗi gói PES bao gồm header số liệu dòng sở Các gói PES ghép kênh với tạo dòng tuyền tải TS (Transport Stream) dòng chương trình - Giải mã: Gồm quy trình ngược lại, dòng truyền tải phân kênh để trả lại dòng sở video dòng sơ cấp audio Sau giải mã video, audio để tạo lại tín hiệu - Đồng bộ: Đồng vấn đề quan trọng Đối với ghép kênh phân chia theo thời gian, thời gian trễ mã hóa giải mã hóa thường có giá trị không đổi Đối với ghép kênh gói MPEG-2, thời gian trễ phải thay đổi theo thay đổi độ dài gói (nếu có) tần số ghép kênh Đồng hệ thống ghép kênh MPEG-2 thực thông qua nhãn thời gian (Time Stamps) chuẩn đồng hồ (Clock Reference) Khi luồng số kênh vô tuyến, tín hiệu băng gốc số phải biến đổi thành tín hiệu băng tần vô tuyến, trình gọi điều chế Quá trình tái tạo lại tín hiệu số từ tín hiệu băng tần vô tuyến gọi giải điều chế Quá trình điều chế bao gồm việc khóa chuyển biên độ, tần số, pha sóng mang, ba phương pháp điều chế để truyền dẫn số điều biên, điều tần điều pha Mỗi phương pháp điều chế có ưu điểm riêng Việc lựa chọn phụ thuộc vào tiềm thông tin, công suất phát độ rộng kênh Việc lựa chọn phải đảm bảo: - Tốc độ số liệu cực đại - Xác suất lỗi cực tiểu - Công suất phát cực tiểu - Độ rộng kênh cực tiểu - Khả chống nhiễu cực đại - Mức độ phức tạp cực tiểu Trong kỹ thuật truyền hình số, việc sử dụng điều chế khóa chuyển pha khóa chuyển biên kết dụng gọi điều chế cầu phương hay biên độ vuông góc (QAM) 2.7 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 1.4.7.1 Truyền hình số vệ tinh Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp kênh phát sóng mặt đất) đặc trưng băng tần rộng hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất Transponder làm việc gần bão hòa điều kiện phi tuyến Truyền hình số vệ tinh có đặc điểm sau: - Cự ly liên lạc lớn: đường truyền vệ tinh truyền tín hiệu với khoảng cách xa, đạt hiệu cao cho đường truyền dài cho dịch vụ điểm - điểm - Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng điều kiện địa hình, địa vật, môi trường truyền dẫn cao so với bề mặt đất Truyền hình vệ tinh thực qua đại dương, rừng rậm, núi cao địa cực - Việc thiết lập đường truyền qua vệ tinh thực thời gian ngắn, điều có ý nghĩa quan trọng việc thu thập tin tức, công việc đòi hỏi thời gian thiết lập nhanh chóng - Vệ tinh sử dụng cho hệ thống điểm - đa điểm Với vệ tinh, đặt vô số trạm thu mặt đất, thuận lợi cho hệ thống CATV cho dịch vụ truyền hình trực tiếp đến tận gia đình DTN Ngoài ra, truyền hình vệ tinh có khả phân phối chương trình với hệ thống liên kết khác Tuy nhiên phương thức tồn nhiều nhược điểm: - Công suất vệ tinh hữu hạn, đồng thờ cự ly thông tin lớn nên suy giảm đường truyền lớn - Dễ bị ảnh hưởng mưa, băng tần Ku - Tỷ số SNR thấp (10dB - Hiệu suất sử dụng băng thông không cao so với phương pháp truyền dẫn khác 1.4.7.2 Truyền hình số cáp Điều kiện truyền tín hiệu số mạng cáp tương đối dễ hơn, kênh tuyến tính với tỷ số công suất sóng mang tạp âm (C/N) tương đối lớn Tuy nhiên độ rộng băng tần kênh bị hạn chế (8MHZ) Đòi hỏi phải dùng phương pháp điều chế số có hiệu cao so với truyền hình số qua vệ tinh Truyền hình cáp có ưu điểm như: - Ít chịu ảnh hưởng nhiễu công nghiệp, đảm bảo chất lượng cho tín hiệu - Không bị ảnh hưởng thời tiết có khả cách ly chỗng nhiễu tốt cáp - Không chiếm dụng phổ tần số vô tuyến - Không gây can nhiễu cho trạm phát sóng nghiệp vụ khác tín hiệu truyền sợi cáp cách ly chỗng nhiễu tốt - Có khả cung cấp tốt dịch vụ truyền hình số dịch vụ hai chiều khác: dải thông lớn mạng truyền hình cáp hữu tuyên cho phép không cung cấp dịch vụ truyền hình tương tự mà cho phép cung cấp nhiều chương trình truyền hình số, truyền hình tương tác đặc biệt khả cung cấp dịch vụ viễn thông hai chiều, truy cập Internet, truyền số liệu tốc độ cao - Có thể sử dụng kênh kế để truyền tín hiệu tất phạm vi mà không xuất hiện tượng nhiễu đồng kênh Phương thức số nhược điểm như: - Chất lượng hình ảnh, âm chưa thực nét có tạp âm suy hao trình truyền tải liệu - Do phải dây cáp nên dễ xảy trường hợp tín hiệu tượng phát xạ tín hiệu từ thiết bị hỗ trợ truyền hình cáp 1.4.7.3 Truyền hình số mặt đất Truyền hình số mặt đất có diện phủ sóng hẹp so với truyền qua vệ tinh, song dễ thực so với mạng cáp Cũng bị hạn chế băng thông nên sử dụng phương pháp điều chế OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua kênh sóng khắc phục tượng nhiễu truyền hình mặt đất tương tự Phương pháp có đặc điểm: - Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục vấn đề phiền toái hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm… - Máy thu hình lắp đặt dễ dàng vị trí nhà, xách tay lưu động trời - Có dung lượng lớn, chứa âm (như âm nhiều đường, lập thể, bình luận…) liệu - Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh âm chất lượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp ngược lại Tuy nhiên, phương thức truyền hình số mặt đất có số nhược điểm: - Kênh bị giảm chất lượng tượng phản xạ nhiều đường (multipath) - Giá trị tạp người tạo cao - Do phân bố tần số dày phổ tần truyền hình, giao thoa truyền hình tương tự số vấn đề phải cần xem xét Nhìn chung phương pháp truyền dẫn truyền hình số có ưu, nhược điểm riêng chúng bổ sung, hỗ trợ lẫn Nếu truyền hình qua vệ tinh phủ sóng khu vực lớn với số lượng chương trình lên đến hàng trăm tín hiệu số mặt đất dùng để chuyển chương trình khu vực, nhằm vào số lượng không lớn người thu Đồng thời, việc thu anten cố định mái nhà, truyền hình số mặt đất cho phép thu anten nhỏ máy tính xách tay, thu di động (trên ôtô, máy bay…) Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợi cho đối tượng cư dân khu đông đúc, điều kiện lắp anten thu vệ tinh hay anten mặt đất CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T 3.1 Giới thiệu hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T DVB-T (Digital Video Broadcast – Terrestrial) tiêu chuẩn truyền hình số tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards Institute) công nhận vào tháng năm 1997 DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing) COFDM kỹ thuật có nhiều đặc điểm ưu việt, có khả chống lại phản xạ nhiều đường, phù hợp với vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn tần (SFN – Single Frequency Network) có khả thu di động, phù hợp với chương trình có độ nét cao HDTV DVB-T thành viên họ tiêu chuẩn DVB, bao gồm tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, truyền hình số mặt đất truyền hình số cáp Phạm vi tiêu chuẩn: - Tiêu chuẩn mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt đất Nó xác định hệ thống điều chế, mã hóa kênh dùng cho dịch vụ truyền hình số mặt đất nhiều chương trình như: LDTV/SDTV/EDTV/HDTV - Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống truyền hình số mặt đất - Tiêu chuẩn xác định yêu cầu tiêu chung, đặc điểm hệ thống bản, mục đích để đạt chất lượng dịch vụ - Tiêu chuẩn xác định tín hiệu điều chế số phép việc tương thích phần thiết bị sản xuất nhà sản xuất khác Đạt điều cách mô tả chi tiết tín hiệu xử lý phía module, việc xử lý máy thu để mở cho giải pháp thực khác 3.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T  Phía phát - Tín hiệu Video/Audio nguồn: Tín hiệu nguồn tín hiệu số hay tương tđược biến đổi thành liệu số Các chuẩn tín hiệu số định dạng cho tương thích với hệ hống mã hóa Tín hiệu video có tốc độ bit lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 tốc độ bit tăng lên đến 270 Mbps Để kênh truyền hình quảng bá có độ rộng MHz đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit nhiều cách nén tín hiệu video - Mã hóa nguồn liệu (Source Coding) Mã hóa nguồn liệu thực nén số tần số nén khác Việc nén thực mã hóa MPEG-2 Việc mã hóa dựa sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sai khác nhỏ Do đó, MPEG làm việc cách gửi thay đổi liệu lúc giảm từ 100 đến 200 lần Với tín hiệu Audio vậy, việc nén dựa nguyên lý tai nghe người khó phân biệt âm thành trầm nhỏ so với âm lớn chúng bỏ không sử dụng Mã hóa nguồn liên quan đến đặc tính nguồn Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng đến mã hóa nguồn - Mã hóa kênh: Gói đa hợp Video, Audio liệu phụ vào dòng liệu phụ dòng truyền tải MPEG-2 Nhiệm vụ mã hóa kênh làm cho tín hiệu truyền phát sóng phù hợp với kênh truyền Trong truyền hình số mặt đất mã sử dụng mã Reed-Solomon Mã Reed-Solomon sử dụng rộng rãi hệ thống thông tin ngày có khả sửa lỗi cao - Điều chế: Điều chế tín hiệu phát sóng dòng liệu, trình bao gồm mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại suy giảm chất lượng pha đinh, tạp nhiễu  Phía thu Bên thu thực trình mở gói, giải mã, hiển thị hình đưa máy thu 3.3 Các đặc tính kỹ thuật tiêu chuẩn DVB-T 3.3.1 Bộ điều chế DVB-T Hình 2.2: Sơ đồ khối điều chế số DVB-T - Khối phân tán lượng Dòng số vào hệ thống tổ chức thành gói có độ dài cố định đầu ghép truyền dẫn dòng MPEG-2 Chiều dài tổng cộng gói sau ghép 188 byte, có byte chức từ mã đồng Thứ tự xử lý phía phát luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) byte chứa từ mã đồng Để đảm bảo chuyển đổi nhị phân thực xác liệu khối ghép kênh MPEG-2 đầu vào hệ thống mã hóa Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx… Dãy PRBS: 00000011 Đa thức tạo chuỗi PRBS + X14 + X15 Việc nạp dãy 100101010000000 vào ghi PRBS bắt đầu đầu lượt gói truyền dẫn Để cung cấp tín hiệu khởi tạo cho giải nhiễu tín hiệu (descrambler), byte đồng gói truyền dẫn nhóm gói bit đảo lại Toàn trình gọi trình thích nghi ghép truyền dẫn Bit đầu tạo PRBS bit (MBS) byte sau byte từ mã đồng đảo Để hỗ trợ thêm chức đồng bộ, thời gian byte đồng gói truyền dẫn sau đó, chuỗi PRBS tạo lại không lấy khiến byte đồng không ngẫu nhiên hóa Vì chu kỳ PRBS 1503 byte Quá trình ngẫu nhiên hóa trạng thái tích cực dòng bit đầu vào điều chế không tồn không định dạng với dòng MPEG-2 - Khối mã Mã tráo thực cấu trúc gói đầu vào theo hình vẽ (hình 2.3a) mã rút ngắn Reed-Solomon R-S thực với gói ngẫu nhiên hóa (188 byte) hình 2.3b để tạo gói có tính chống lỗi (hình 2.3c Mã R-S thực với byte đồng Gói liệu đảo không đảo a) Gói truyền tải MPEG-2 b) Gói truyền tải ngẫu nhiên hóa: Các byte đồng byte liệu ngẫu nhiên hóa c) Gói chỗng lỗi với mã Reed-Solomon R-S (204, 188,8) d) Cấu trúc liệu sau khối ghép xen Hình 2.3: Các bước trình phân tán lượng, mã hóa ghép xen - Khối ghép xen Khối thực ghép xen kẽ với độ sâu I = 12 gói liệu (Outer Interleave) bảo vệ lỗi R-S Các gói bảo vệ khỏi lỗi R-S có chiều dài 204 byte chia thành 17 khối với 12 byte khối Mỗi phần tử ghi dịch FIFO cấu trúc thành byte Các chuyển mạch đầu vào đầu đồng với Các byte đồng MPEG-2 chạy không trễ qua nhánh “0” ghép xen Quá trình ghép xen kẽ phân bố lỗi cụm (burst error) qua số khối làm cho việc sửa sai thực cách hiệu Bộ chèn xen kẽ có 12 nhánh kết nối vòng tròn dòng byte đầu vào Mỗi nhánh có chứa ghi dịch vào trước trước FIFO (First In First Out) có chiều sâu MJ Trong đó: M: trễ = N/J = 17 N: chiều dài khung = 204 bytes J: tham số chạy từ ÷ 11 Quá trình sửa lỗi chia thành phần: mã (Outer Coder) mã (Inner Coder) Mã sử dụng phương pháp mã hóa xoắn (Convolution Code) - Khối mã Mã dựa sở mã hóa vòng xoắn gốc có tốc độ 1/2 vowis 64 trạng thái Hệ thống DVB-T cho phép tao tỷ lệ mã khác cách tách trích (Puncturing) liệu sau mã hóa xoắn Điều cho phép lựa chọn khả sửa sai tốc độ liệu mode truyền phân cấp không phân cấp - Khối ghép xen Khối ghép xen (Inner Interleaving) bao gồm khối ghép xen bit khối ghép xen symbol • Ghép xen bit Đầu vào ghép xen có tới hai đầu vào, tách thành 2, dòng theo thứ tự điều chế loại điều chế Trong mode không phân cấp, dòng bit vào tách thành v dòng bit con, v = điều chế QPSK, v = điều chế 16 QAM v = điều chế 64 QAM Trong mode điều chế phân cấp, hai dòng ưu tiên thấp thành dòng Điều thực với hai chế độ điều chế QAM đồng không đồng • Ghép xen symbol Mục đích ghép xen symbol ánh xạ từ mã v bit lên 1512 sóng mang (trong mode 2K) hay 6048 sóng mang (trong mode 8K) thuộc symbol OFDM Bộ ghép xen symbol thực ghép xen khối 1512 hay 6048 symbol liệu [...]... các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm các tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, truyền hình số mặt đất và truyền hình số cáp Phạm vi của tiêu chuẩn: - Tiêu chuẩn này mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt đất Nó xác định hệ thống điều chế, mã hóa kênh dùng cho các dịch vụ truyền hình số mặt đất nhiều chương trình như: LDTV/SDTV/EDTV/HDTV - Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống cơ bản của truyền hình. .. truyền hình số mặt đất còn cho phép thu được bằng anten nhỏ của máy tính xách tay, thu trên di động (trên ôtô, máy bay…) Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợi cho đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp anten thu vệ tinh hay anten mặt đất CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T 3.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T DVB-T (Digital... thống truyền hình số mặt đất Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T  Phía phát - Tín hiệu Video/Audio nguồn: Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tđược biến đổi thành các dữ liệu số Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ hống mã hóa Tín hiệu video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit tăng lên đến 270 Mbps Để các kênh truyền hình. .. Phương thức này cũng còn một số nhược điểm như: - Chất lượng hình ảnh, âm thanh chưa thực sự nét do có tạp âm do suy hao trong quá trình truyền tải dữ liệu - Do phải đi dây cáp nên dễ xảy ra các trường hợp mất tín hiệu và hiện tượng phát xạ tín hiệu từ các thiết bị hỗ trợ của truyền hình cáp 1.4.7.3 Truyền hình số mặt đất Truyền hình số mặt đất có diện phủ sóng hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh, song dễ... pháp truyền dẫn truyền hình số ở trên đều có những ưu, nhược điểm riêng và chúng sẽ bổ sung, hỗ trợ lẫn nhau Nếu truyền hình qua vệ tinh có thể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng chương trình lên đến hàng trăm thì tín hiệu số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trình khu vực, nhằm vào một số lượng không lớn người thu Đồng thời, ngoài việc thu bằng anten cố định trên mái nhà, truyền hình số mặt. .. dịch vụ truyền hình số và các dịch vụ hai chiều khác: dải thông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyên sẽ cho phép không chỉ cung cấp các dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương trình truyền hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các dịch vụ viễn thông hai chiều, truy cập Internet, truyền số liệu tốc độ cao - Có thể sử dụng các kênh kế nhau để truyền. .. phi tuyến Truyền hình số vệ tinh có những đặc điểm như sau: - Cự ly liên lạc lớn: một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất xa, như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm - điểm - Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật, vì môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất Truyền hình vệ tinh... trình có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại Tuy nhiên, phương thức truyền hình số mặt đất cũng có một số nhược điểm: - Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường (multipath) - Giá trị tạp do con người tạo ra là cao - Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là...Một ưu điểm của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên mỗi kênh thông tin có thể truyền được nhiều chương trình sau khi qua hệ thống ghép kênh dòng truyền tải Để truyền dẫn được tín hiệu số, phải sử dụng phương pháp mã hóa và điều chế tín hiệu số để đảm bảo tín hiệu được truyền dẫn đầu thu một cách trung thực - Mã hóa: Để có thể truyền với độ tin cậy cao, các dòng cơ... chống nhiễu cực đại - Mức độ phức tạp cực tiểu Trong kỹ thuật truyền hình số, việc sử dụng điều chế khóa chuyển pha và khóa chuyển biên kết dụng được gọi là điều chế cầu phương hay biên độ vuông góc (QAM) 2.7 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 1.4.7.1 Truyền hình số vệ tinh Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát sóng mặt đất) đặc trưng bởi băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát