tìm hiểu kỹ thuật truyền hình số

Hiện tại một số đài vẫn phát ở dạng tương tự, nhưng với nhu cầu thưởng thức giải trí ngày càng tăng, của người xem thì truyền hình tương tự không đáp ứng được.. Và truyền hình số mặt đấ

LOI NOI DAU

Phân 1 TONG QUAN VỀ KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH 2

Chuong 1 TONG QUAN VEHE THONG TRUYENHINH 2

II TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ (ANALOG )

,TRUYEN HINH DO PHAN GIAI CAO( HDTV ) VÀ TRUYỀN HÌNH SỐ MAT

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG

I TRUYỀN HÌNH CÁP

II TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

III TRUYỀN HÌNH VỆ TINH

Phần 3 CÁC TIÊU CHUAN TRUYEN HINH SO TREN THE GIỚI

IV CƯỜNG ĐỘ TRƯỜNG TƯƠNG ĐƯƠNG TỐI THIỂU CAN THIET

CHO THU TRUYỀN HÌNH SỐ TRÊN MẶT ĐẤT

Chương 2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ ATSC 8-VSB

I.MÔ TẢ CHUNG,

II NGAU NHIÊN HOÁ DỮ LIỆU

II MÃ HOÁ REED-SOLOMON

IV CHÈN

V MÃ TRELLIS

VI DONG BO SEGMENT DU LIKU_

VII DONG BO FIED DU LIỆU

VII DIEU CHE

I GIGI THIEU

II TIỂU CHUAN KY THUAT DVB-MHP

HI LỢI ÍCH CỦA DVB-MHP

SVTH : LAM VINH TAN

II TOM TAT LICH SU PHAT TRIEN VO TUYEN TRUYEN HINH

II HIỆN TRẠNG MẠNG TRUYỀN DẪN PHÁT SÓNG CỦA ĐÀI

IV SU CAN THIET PHAI ĐỔI SANG CÔNG NGHỆ SỐ ĐỐI VỚI

V CHON TIEU CHUAN PHAT SONG TRUYEN HÌNH SO DVB-T CHO

Phin 4 MAY THU HÌNH SỐ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ THIẾT KẾ _ 9;

I NGUYEN LY HOAT DONG CUAMAYTHUHINH - 97

1 MAY THU HINH SO QUA VE TINH VA CAP THEO TIÊU

2 MAY THU HINH SO TREN MAT DAT THEO TIEU CHUAN

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Sự ra đời của truyền hình chính là một trong những phát minh vĩ đại nhất của con người đầu thế kỷ 20 Ban đầu nó chỉ là những thước phim tư liệu, được quay và

chiếu dưới dạng phim nhưng có người minh họa bằng lời nói hay âm nhạc Ngày nay,

truyền hình là một trong những phương tiện thông tin giải trí hết sức bổ ích và không

thể thiếu trong đời sống tỉnh thần của con người

Cùng với sự bùng nổ về công nghệ đã làm thay đổi diện mạo cũ của nó, truyền

hình trở nên rất thông dụng và có những bước tiến vượt trội Người xem lúc đầu

thường đến các rạp chiếu bóng xem phim, nhưng với bước phát triển vượt bật của

truyền hình người xem đã ít đến rạp Họ bắt đầu ở nhà xem truyền hình và truyền

hình ngày càng trở nên thân thiết với họ Hiện tại một số đài vẫn phát ở dạng tương

tự, nhưng với nhu cầu thưởng thức giải trí ngày càng tăng, của người xem thì truyền

hình tương tự không đáp ứng được Người xem | mong muốn được xem những chương

trình có chất lượng hình ảnh rõ nét, âm thanh sống động hơn Chính vì vậy ngày càng

có nhiều kỹ thuật được ứng dụng như :

Truyền hình có độ phân giải cao HDTV ( High Definition television ) Truyén hinh c6 d6 phan gidi chudn SDTV ( Standard Definition television ) Và truyền

hình số mặt đất DVB ( Digifal Television Broadcasting ) cũng nhằm đáp ứng những

nhu câu đó, để tài TÌM HIỂU KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ sẽ tìm hiểu và

phân tích các iy thuật cơ bản trong việc xử lý, truyền dẫn và thu phát các tín hiệu

truyền hình số Đề tài gồm có 4 phần chính: :

Phần 1: giới thiệu khái quát về sự ra đời của các hệ thống truyền hình trên thế giới,

cũng như sự ra đời của truyền hình số và những kỹ thuật cơ bản về truyền hình số

Phần 2: giới thiệu về các phương thức truyền dẫn tín hiệu số bao gồm: truyền hình cáp, truyền hình số mặt đất và truyền hình vệ tinh

Phần 3: giới thiệu khái quát về các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới và tiêu

chuẩn truyền hình số được áp dụng ở Việt Nam

Phần 4: giới thiệu về máy thu hình số và sự phát triển của nó cũng như những chỉ

tiêu kỹ thuật của máy thu hình số

Do thời gian làm đề tài có hạn mặc dù cố gắng hết sức, được sự hướng dan tan tình của cô PHAN HỒNG PHƯƠNG cùng các thầy cô và bạn bè nhưng do thời gian

và kiến thức của em về lĩnh vực này còn nhiều hạn chế nên còn nhiều thiếu xót Vì

vậy, rất mong sự đóng góp ý kiến của quý thầy cô và các bạn sinh viên để em được

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

Phin 1 TONG QUAN VE KY THUAT TRUYEN HINH

Chương 1 TONG QUAN VE HE THONG TRUYEN HINH

I GIGI THIEU

Truyền hình là một hệ thốngbiến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban

đầu và hiển thị lên màn hình dưới dang hinh anh Truyền hình dựa trên đặc điểm cảm

nhận ánh sáng của mắt người để truyễn đi thông tin cần thiết Anh sáng là các bức xạ

điện từ có bước sóng nần trong khoảng từ 380 nm đến 780nm Thông tin nhìn thấy của

vật dược mắt người cảm nhận phụ thuộc tính chất phản xa của vật Một vật thể khi

được rọi sáng sẽ bị phản xạ Cường độ và thành phần phổ của tia sáng phản xạ phản

ánh tính chất phản xạ, chúng xác định độ chói và màu của vật

Hệ thống truyền hình thực hiện xử lý tín hiệu mang thông tin về độ chói và màu của vật ống kính camera chiếu ảnh của vật cần truyền đi lên catốt quang điện

của bộ chuyển đổi ảnh ~— tín hiệu Bộ chuyển đổi này sẽ chuyển đổi ảnh quang thành

tín hiệu điện, tức là chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng điện, gọi tắt là

chuyển đổi ảnh - tín hiệu Tín hiệu điện mang tin tức về ảnh gọi là tín hiệu hình hay

tín hiệu video Quá trình chuyển đổi ảnh quang thành tín hiệu điện là quá trình phân

tích ảnh

Tín hiệu hình được khuếch đại, gia công rồi truyền đi theo kênh thông tin sang phía thu Ở phía thu, tín hiệu hình được khuếch đại lên đến mức cần thiết rồi đưa đến

bộ chuyển đổi tín hiệu — ảnh Bộ chuyển đổi này có tác dụng ngược lại với bộ chuyển

đối ở phía phát, nó chuyển đổi tín hiệu hình nhận được thành ảnh quang Quá trình

chuyển đổi tín hiệu thành ảnh quang là quá trình tổng hợp ảnh, hay khôi phục ảnh

Dụng cụ để thực hiên chuyển đổi này là phần tử biến đổi điện — quang, còn gọi là

ống thu hình

Quá trình chuyển đổi tín hiệu — ảnh phải hoàn toàn đồng bộ và đồng pha với quá trình chuyển đổi ảnh - tín hiệu, thì mới khôi phục đuọc ảnh quang đã truyền đi

Để thực hiện đuọc sự đồng bộ và đông pha, trong hệ thống truyền hình phải dùng bộ

tạo xung đồng bộ Xung đông bộ được đưa đến bộ chuyển đổi ảnh — tín hiệu để khống

chế quá trình phân tích ảnh, đồng thời đưa đến bộ khuếch đại và gia công tín hiệu

hình để cộng với tín hiệu hình rồi truyền sang phía thu Tín hiệu hình đã cộng thêm

xung đồng bộ gọi là tín hiệu truyền hình Ở phía thu, xung đồng bộ tách ra khỏi tín

hiệu truyền hình, và dùng để khống chế quá trình khôi phục ảnh

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

II TÌM HIỂU SỰ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ (ANALOG )› TRUYEN HINH DO PHAN GIAI CAO ( HDTV ) VA

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT (DVB)

1 Giới thiệu chung

Truyền hình là một trong những phương tiện giải trí do con người phát minh

vào những năm cuối thế kỷ 19 đầu thế kỷ 20 và nó mang lại cho con người cái nhìn

khác về thế giới Để hiểu rõ vấn để này chúng ta hãy đi một vòng để tìm hiểu về sự

phát triển của truyền hình nói chung cũng như sự phát triển của truyền hình tương tự,

truyền hình HDTV và truyền hình số mặt đất

2 Lịch sử phát triển truyền hinh analog

1872 — 1877 truyền hình là những hình ảnh tĩnh liên tục được quay trên một đĩa quay và có thể xem được hình 1887 Thomas Edison phát minh ra camera quay

phim đầu tiên 1895 biểu diễn hình ảnh động ở Pháp với 15 hình trên giây 1897 phát

minh ra bóng đèn hình, dùng bóng đèn hình sản xuất ra hình ảnh truyền hình 1923

công nhận người đầu tiên sáng chế ra đèn hình 1927 bộ phim có tiếng nói đầu tiên

với AI Jolson trong phim “ Ca sĩ nhạc Jazz” 1936 truyền hình mặt đất được phát triển

đầu tiên tại Anh Vào thập niên 50 phát triển truyền hình mầu phát trên kênh UHE

Thập niên 60 con người phát minh ra IC và TV mầu ra đời, cũng sau đó mọi TV có

thể dò tất cả các kênh VHF và UHE Thập niên 70 người ta ứng dụng vi điều khiển

đầu tiên dùng cho truyền hình mặt đất và trong các TV mâu Và vào thập niên 80 con

người phát triển truyền hình có độ rõ nét cao HDTV và phát triển tới ngày nay

Một số hình ảnh thiết bị truyển hình tương tự được dùng :

Hình 1-2-.1 Máy phát hình đầu tiên và Phòng kỹ thuật truyền hình

LUAN VAN TOT NGHIỆP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

3 Lịch sử phát triển truyền hình HDTV

Trong những năm 80 truyền hình độ rõ nét cao được phát triển tại Mỹ và họ đã

chứng minh tính năng của nó Hãng truyền hình quốc gia đã đồng ý cho thiết lập

truyền hình HDTV dưới sự đồng ý của những nhà quản lý sau cuộc họp hằng năm

được tổ chức tại Mỹ Cũng như Mỹ, Nhật cũng phát triển truyền hình HDTV tại nước

mình với tiêu chuẩn 1125 dòng, 625/50 Pal, 60 mành ATSC bỏ phiếu đồng ý theo

tiêu chuẩn của Nhật, FCC thông qua tiêu chuẩn mặt đất cho truyền hinh HDTV và

quyết định yêu cầu truyển hình mặt đất HDTV dùng hệ NTSC với phổ ngoài băng

thông VHF và UHF cho HDTV

Vào những năm 90 DARPA & NASA đã có những dự án phát triển hệ thống

truyền hình HDTV số FCC cho phát triển hệ thống truyền truyền hình HDTV mặt đất

hơn là hệ thống truyền cáp quang đến tận nhà,với kỹ thuật nén số MPEG - 2,6

kênh,hệ thống âm thanh AC ~ 3,1920 ảnh điểm bởi 1080 dòng quét xen kẽ và có thể

thay đổi tỷ lệ 4:3 và 16:9

4 Lịch sử phát triển truyền hình số mặt đất DVB

Mãi sau 1990, truyền hình số mặt đất đến tận nhà với các phương tiện không

thực tế và đắt tiền Trong suốt năm 1991 những thiết bị sử dụng cho tryển hình số mặt

đất được sản xuất ở Châu Âu để phát triển truyền hình số mặt đất cho TV Vào cuối

năm đó những nhà sản xuất, những nhà truyền thông và một số thành viên nhóm họp

thảo luận để phát triển truyễển hình số mặt đất tại Châu Au và thành lập nhóm phát

triển truyền hình Châu Âu gọi tắt là ELG Vào năm 1993 nhóm phát triển thành

DVB truyền hình số mặt đất Vào cuối năm này nhóm mở khoá đào tạo cho toàn

Châu Âu cho thấy viễn cảnh và tương lai của truyền hình số mặt đất Năm 1997 khi

Châu Âu cho phát triển vệ tinh và cáp trở nên rộng rãi thì việc phát triển truyền hình

số mặt đất sẽ phát triển và thị trường sẽ là rất lớn

Chương 2 CÁC DẠNG THỨC VIDEO

I GIỚI THIỆU SƠ LƯỢC

Kỹ thuật truyền hình hoạt động với các đạng thức video đơn giản như quét 525/60 hay 625/50, màu Pal, Secam, NTSC Ngày nay, có nhiều băng từ, đĩa từ, đĩa quang

hoạt động với các dạng thức video khác nhau Trong chương này ta sẽ nghiên cứu một

số dạng thức, đầu tiên là dạng thức video tương tự sau đó là dạng thức video số

II DẠNG THỨC VIDEO TƯƠNG TỰ

I Tin hiệu đen lée (BB-black burst

BB là video không chứa bất kỳ tin tức nào của cảnh Nói khác đi BB là video

mang tất cả các thuộc tính bất biến của hình chẳng hạn một hình có bao nhiêu dòng,

một giây có bao nhiêu hình, Pal hay NTSC

2 Cấu tạo tổng quát black burst

Sườn chung BB gồm có năm tin tức sau: xóa ngang, xóa dọc, đồng bộ ngang, đồng

bộ đọc Xác định tiêu chuẩn quét có bao nhiêu dòng hình có bao nhiêu hình/giây, có

bao nhiêu đòng/hình và giúp quét đúng trật tự ở đầu quét lẫn đầu thu Tin tức thứ

năm là lóe màu, giúp xác định cách tạo màu

3 Tín túc xóa ngang, x6a doc (Horiziontal Blanking, Vertical Blanking)

Ở các khoảng thời gian không tạo hình, điện áp video được quy định là 0V, tương ứng với ánh sáng trên màn ảnh vừa vặn bị tắt hẳn, nên gọi là mức xóa (blanking

level) Với thời gian xóa trong một hình như sau:

o Thời gian có hình = 29900us

o Thdi gianxéangang+doc =10100us

Tỷ lệ thời gian xóa/ thời gian tổng cộng = 25.25% Day là nhược điểm lớn của

máy phát hình tương tự vì nó phát ra 1⁄4 công suất vô ích cho mắt

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHƯƠNG

a) Đồng bộ ngang (H.Sync)

Tại đầu phát trong khoảng xóa ngang 12us của mỗi dòng người ta đặt vào một

xung âm gọi là xung đồng bộ ngang có biên độ -0.3V dưới mức xóa Sườn trước

H.Sync xác định thời điểm kết thúc một dòng quét và cũng là thời điểm bắt đầu một

dòng mới

b) Đồng bộ dọc (V.Sync)

Tương tự H.sync đồng bộ dọc V.sync cũng là các xung âm được chèn vào giữa

thời gian xóa đọc của mỗi mành Như vậy, cách thức V.sync để cho mắt người thấy

được và phân biệt đối với tin tức của hình cũng giống như H.sync

5 Tin titc lóe màu

Lóe màu là tin tức phải thêm vào trong quá trình điều chế R-Y, B-Y để có tín

hiệu sắc, hay sóng mang màu C (chrominance) Có ba kiểu điều chế C là Pal, NTSC

và Secam Trong toàn bộ video, lóe màu xuất hiện một dòng một lần và nằm gọn

trong thời gian thểm sau xung đồng bộ ngang

6 Khung quét và khung hình

Khung quét là toàn thể diện tích mà khung hình đi qua Khung hình là toàn thể

diện tích chứa các tin tức của hình Như vậy, khung hình là khung quét sau khi đã bỏ

đi các khoảng xóa dọc và xóa ngang

Khung quét và khung hình TV Khung quét và khung hình monitor

7 Video tổng hợp và video không tổng hợp

Video bình thường mang các tính chất bất biến của BB, lẫn các điện áp tin tức thuộc cảnh gọi là video tổng hợp (composite video) Các video không có BB mà chỉ

có các điện áp tin tức thuộc cảnh gọi là video không tổng hợp (non-composite video)

tạo hình là điện áp phản ánh thành phần ánh sáng màu R, G hay B có trong cảnh

Cảnh màu bất kỳ tất nhiên sẽ tương ứng với biên độ RGB bất kỳ Vậy, giới hạn RGB

căn cứ trên một cảnh màu là bảng chuẩn sọc màu (color bar): Lơ (B-blue), Đồ (R-

red), Tràm (M-magneta), Lá cây (G-green), Lam (C-cyan), Vàng (Y-yellow), Trắng

(W-white) tất cả tương ứng với điện áp tín hiệu thu được bởi camera cũng tối đa

9 Video thành phần Y, R-Y, B-Y

Tín hiệu màu gốc RGB được một mạch ma trận đổi thành tín hiệu thành phan, gồm một tín hiệu chói Y và hai tín hiệu trừ màu R-Y, B-Y Tín hiệu chói Y cũng là tín

hiệu đen trắng và như vậy truyền hình màu bây giờ chỉ là truyền hình đen trắng (Y)

có truyền thêm hai tin tức của màu là R-Y và B-Y

a) Tín hiệu chói hay tín hiệu đen trắng Y

Sau khi có tín hiệu màu gốc RGB, tín hiệu chói Y được qua mạch ma trận suy ra theo

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP GVHD : TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG

Giới hạn biên độ chói của bảng chuẩn sọc màu: chói tại B làYp = 11%,

chói tai R 14 Yr = 30%, chéi tai M 14 Yy = 41%, Yo = 59%, Yc = 70%, Yy = 89%, Yw

= 100%

b) Tín hiệu trừ mau R-Y và B-Y

Sau khi đã tách riêng tin tức đen trắng Y, hai tin tức còn lại là R-Y và B-Y nói

lên tính chất sắc của hình Cứ mỗi màu bất kỳ được xác định bởi một trị số điện áp

của R-Y và một trị số điện áp B-Y:

R-Y = +0.7R - 0.59G - 0.11B

B-Y = -0.3R - 0.59G + 0.89B

c) Tín hiệu thành phần Y,u,y

Quãng biến thiên R-Y(+70%) và B-Y(+89%) quá lớn so với quãng biến thiên

của Y, do đó đã nén biên độ R-Y bà B-Y xuống, để có hai điện áp trừ mầu u và v như

sau:

u= 0.493(B-Y) = 0.493 x +89% # 443%

v= 0.877(R-Y) = 0.877 x +70% # 461%

Tín hiêu thành phần mới bây giờ Y,u,v Kết quả với quãng biến thiên của

cả Y,u,v ngang nhau (+50%, +44%, +61%) thuận lợi để có thể nhập trên một đường

truyền

10 Tín hiệu chói-sắc hay S Video:

Trong tín hiệu màu chói-sắc, chói (luminance) hay Y, vẫn là Y của tín hiệu

thành phần, với sáu tin tức Riêng hai điện áp trừ màu R-Y, B-Y nhập chung với nhau

để tạo thành tín hiệu sắc, hay sóng mang màu, ký hiệu C (chrominance C) Tín hiệu

màu chói-sắc như vậy đơn giản chỉ còn hai điện áp Y và C, thuận lợi để ghi lên một

số loại băng từ SVHS (Super Home Video System) hay còn gọi là S.Video

a) Sóng mang màu hay tín hiệu chói sắc NTSC

NTSC-National Television System Commeettee: hội hệ thống truyén hình

quốc gia (Mỹ) Trong kiểu điều chế này, hai điện áp trừ màu u, v trước hết được điều

biên nén có tần số sóng mang fsc = 3.58MHz Sau đó hai tín hiệu điều biên nén

vuông góc lại được nhập chung với nhau nhờ phương pháp điều chế vuông góc để có

một sóng sin duy nhất C, gọi chung là điều biên nén vuông góc (ĐBNVG =

quadrature supress AM = QSAM )

- Sự cần thiết để truyền đi lóe màu

Tại đầu thu người ta dễ dàng tạo sóng sin tần số 3.58MHz bằng một thạch anh để

chuẩn pha theo đâu phát, thì đầu phát NTSC bắt buộc phải truyền cùng với sóng

ĐBNVG tin tức về gốc pha sóng sin 3.58MHz của mình Sóng sin 3.58MHz được đảo

pha 180!, đưa vào tầng cổng lóe Tân số mở cổng = f„, vào đúng thời gian thểm sau

của xung đồng bộ ngang Khi cổng mở khoảng 10 chu kỳ sóng sin 3.58MHz có biên

độ +20% có pha ọ = 180” lọt qua nhập chung với sóng ĐBNVG ở mạch cộng gọi là

lóe màu Vai trò lóe mầu NTSC để chuẩn sóng sin 3.58MHz phát tại đầu thu sao cho

trùng với sóng sin 3.58MHz tại đầu phát nên còn gọi là đồng bộ màu

Hình 1-3-6 Đồng bộ màu

- Tín hiệu sắc NTSC của bảng chuẩn sọc màu |

Mỗi màu được truyền tương ứng với một C(V,o) Vậy, bảng chuẩn sọc màu

có biên độ V và pha ọ của C gồm các trị số:

Để đọc pha của sóng mang màu NTSC hay PAL phải nhờ đến máy vẽ

vectơ Máy này vẽ lại giản đồ Freshnel của tín hiệu sắc C và trình bày trên màn hình

Theo đó, trục hoành theo gốc pha 0° là trục của u, trục tung 90° 1a trục của v, pha lóe

mau nằm ở 180”, màu trắng nằm ngay trung tâm hệ thống trục Mỗi màu bất kỳ

m(u,v) nằm đâu đó trong hệ thống trục biểu thị bằng một vectơ C(V,o) Chiểu dai

vectơ biểu diễn biên độ V, góc pha của vectơ biểu diễn pha ọ

b) Sóng mang màu hay tín hiệu sắc PAL

Tín hiệu sắc PAL (phase alternative line = pha thay đổi từng dòng) ra đời

tại Đức có thể xem như NTSC cải tiến, nhằm loại bỏ núm HUE, khắc phục nhược

điểm sai pha

- Truyền luân phiên từng dòng màu thật màu giả

Trong tín hiệu sắc PAL hai điện áp trừ màu vẫn ĐBNVG vào sóng mang

phụ giống NTSC, nhưng fsc được chọn là 4.43Mhz Dòng truyền màu thật m(u,v) hay

C(V,o), đến dòng kế tiếp truyền màu giả m(u,-v) hay C'(V,-o)

- Tự sửa sai pha ở đầu thu

Bằng cách truyền luân phiên màu thật màu giả tại máy thu PAL có khả

năng tự sửa sai pha và không cần đến núm HUE Giả sử đòng truyền màu thật m(u,v)

hay C(V,@) bị sớm pha một góc e thành màu C(V1,o+e) hay m1(u1,v1), đến dòng kế

tiép mau gid C’(V,-@) hay m’(u,-v) cũng bị sớm pha s, để trở thành C°2(V2,-0+e) hay

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

m’2(u’2,v’2) Thi m’(u,-v) chỉ là màu giả được truyền nhằm mục đích sửa sai pha nên

tại đầu thu các dòng m(u,-v) đảo pha v như cũ để có m(u,+v) Kết quả: m°2(u'2,-v'2)

—> m2(u2,+v2) với v2 là đảo pha của ~v’2 va u2 = u’2 Néu dem ul,v1 cia mau thật

m nhập chung u2,v2 dòng màu gid m’ ta cé:

vl+v2#2v

ul + u2 #2u

Tức m1 + m2 # 2m (2u,2v) Việc nhập chung tín hiệu sắc C(V,o) của dòng

trên với C°(V,-o) của dong dưới đã giúp lấy lại pha đúng, nhưng biên độ #2 lần biên

độ đúng

- Lóe màu nhận dạng PAL,

Giống NTSC để có thể tách sóng ĐBNVG, tín hiệu sắc PAL cũng phải

truyền đi lóe màu là tin tức góc pha của sóng mang phụ Yêu cầu nhận dạng PAL

phải có hai loại lóe màu: ở các dòng màu thật (V,@ hay u,v) lóe màu có pha +135° và

ở các dòng màu giả (V,-@ hay u,-v) lóe màu có pha — 1350

- Giới hạn biên độ tín hiệu sắc C của PAL

Giới hạn biên độ tín hiệu sắc C của PAL giống NTSC, vi ca hai déu

ĐBNVG u và v Nói khác đi không có sự phân biệt về biên độ tín hiệu sắc giữa PAL

và NTSC, hay hai loại biên độ tín hiệu sắc giống hệt nhau

- Giản đồ vectơ màu PAL

Để biểu diễn các dòng màu thật, giản đồ vectơ màu PAL vẫn là giản đồ

vec(ơ màu NTSC, với các vị trí màu R, G, B, C, M, Y như cũ Do PAL còn xen kẽ các

dòng mầu giả r, g, b, c, m, y Điểm khác nữa là lóe màu có hai pha lần lượt là +135°

và —135” thay vì có một lóe màu với pha 180° nhu & NTSC

- Tách sóng PAL: mạch tách sóng tín hiệu PAL gồm các khâu chính:

Ma trận PAL: Biên độ lần lượt từng dòng u,v và u,-v của sóng ĐBNVG PAL

rẽ làm ba đường Đường a qua đảo pha 180”, đường b qua dây trễ thời gian 1H, đường

c đi thẳng, sau đó chúng được cộng vectơ lại với nhau để cho ra biên độ sóng ĐBNVG

có +2v, 2u Việc cộng chung như vậy giúp có hiệu ứng tự sửa sai pha

Vòng khóa pha: nhằm chuẩn pha sóng sin 4.43MHz phục vụ cho tách sóng

ĐBN Dao động được chỉnh pha sao cho bằng 0° sau đó lóe màu và tầng so pha lóe

màu giúp khóa chặt pha này Ở những đòng pha lóe màu +135 kết quả so pha với

một mức tĩnh nào đó, để khóa chặt pha dao động ở 0° Ở những dòng pha lóe màu ~

135” kết quả so pha là một áp cao hay thấp hơn áp tĩnh Áp cao hay áp thấp được chặn

lại không cho tác động vào thạch anh và được dùng cho mục đích nhận dạng PAL

Nhận dạng và tách sóng ĐBN: sóng sin 4.43MHz với pha chuẩn 0° được

đưa vào mạch tách sóng u để có điện áp u Tách sóng v phức tạp hơn bằng cách đưa

điện áp của so pha lóe màu tác động vào mạch nhận dạng, từ đó điều khiển mạch SW

đóng mở công tắc SW sao cho pha tách sóng v đúng yêu cầu nêu trên

c) Sóng mang màu hay tín hiệu sắc SECAM

- Truyền lần lượt từng dòng R-Y, B-Y

Do khả năng quan sát màu rất kém dải tần tín hiệu sắc tối đa chỉ có

1.5Mhz tương ứng với độ nét 120 dòng trong khi hình được chia tới 525 (FCC),

625(OIRT) Dựa vào đặc tính trên SECAM (Sequetiel Couler A Memorire) tại Pháp

chỉ truyền một trong hai điện áp trừ màu R-Y hoặc B-Y lần lượt cho mỗi dòng quét

Chẳng hạn dòng thứ n truyền R-Y và dòng thứ n + 1 truyền B-Y, dòng kế tiếp nữa lại

là R-Y, rồi lại B-Y cứ thế tiếp tục

Tín hiệu đang truyền dòngn dodngntl ddngn+2 dòngn+3

Hình 1-3-7 Truyền tín hiệu sắc SECAM

ĐỂ tái tạo màu ở đầu thu, lúc nào cũng phải có R-Y và B-Y Điều này làm được bằng cách giữ trễ R-Y hay B-Y của dòng bên trên đem xuống dùng chung với R-

Y hay B-Y của dòng bên dưới Như vậy lúc nào cũng có đủ điện áp R-Y và B-Y để

tạo màu

- Sóng mang phụ điều tần

Vào mỗi thời điểm chỉ có một điện áp được truyễển (R-Y hay B-Y) Như vậy, có thể sử dụng phương pháp điều tân (EM) thay cho ĐBNVG gặp khó khăn về

pha Để đạt kết quả SECAM dùng hai sóng mang phụ riêng f,B = 4.25000MHz để

điều tần B-Y và fạR = 4.40625MHz để điều tần R-Y Toàn bộ tín hiệu sắc SECAM

hay phổ màu SECAM trải rộng từ 3.90 4.75MHz

- Nhận dạng màu SECAM: có hai phương pháp nhận dạng, ghép kèm vào

tín hiệu sắc SECAM:

Nhận dạng từng mành: đó là chín xung nhận dạng đọc hình thang có chu kỳ

1H, ghép thêm vào cả B-Y lẫn R-Y từ dòng 6 14 mành lẻ và dòng 319 327 mành

chấn Đó chính là cách thức để mỗi mành một lần máy thu nhận ra tín hiệu sắc

SECAM đang truyền là f„B hay f„R

Nhận dạng từng dòng: ở mỗi dòng khi đưa R-Y, B-Y vào điều tần với sóng

mang phụ người ta đưa thểm sau của xung đồng bộ ngang vào Mức thểm sau là 0V

Ở dòng truyền R tân số f„R tương ứng với tân số nghỉ fgR với biên độ xác định bởi bộ

lọc chuông là +15%, tương tự với dòng B tần số f„B tương ứng với tần số nghỉ fạB với

biên độ +12% chúng được gọi là lóe màu và là tin tức để nhận dạng từng dòng Tại

đầu thu tầng cổng lóe chỉ mở ra trong thời gian thểm sau Sau đó tầng tách sóng FM

hoạt động tần số nghỉ fạB (hoặc fạR) tách sóng để lấy ra xung dương hoặc âm có tần

số fH/2, sau đó xung fH/2 sau đó dùng để điểu khiển f„R và f„B đi vào đúng đường

tách sóng của chúng thỏa mãn yêu cầu nhận dạng

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP

4.43MHz |" Z | +135°, mot dong 6 = -

PAL DBNVG a _ | ludn phién 0 2 ues

tần số 4.43 luân phiên at đà 135° vita để tách

l mot dong|™* °°" Í ssng ĐBNVG, vừa để

tan số nghỉ Í; n ~ £R |f„B = fƒgB [Lóc màu: sóng hình | ChÍA xung

+ AfR luân | + AfB luân | sin, luân phiên một

4.25MHz từng

mnành một

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG

e) Bảng tôm tắt các dạng video tương tự

Hinh 1-3-8 Các dạng thức video tương tự

Ill DANG THUC VIDEO SO

1 Tổng quan về video số Video số là một dạng video đã ứng dụng từ thập niên 70, những tính chất video số có video tương tự không thể có được như: kỹ xảo điện ảnh, chiếu chậm bóng

đá Và một số ưu điểm nổi bật video số có mà video tương tự không có:

- Video số, số hoá video tổng hợp thường được gọi tắt là D2

- Video số, số hoá video thành phần thường được gọi tắt là D1

- Bit-rate của DI là 270Mbps chung cho cả hai chuẩn quét 525 & 625

- Bit-rate của D2 là 143Mbps cho NTSC và 177Mbps cho PAL

3 Tóm tắt quá trình định dạng video số

broadcast —) sẽ > —) Digital —) 5 ) MPEG2

phone, - DV, DVCPRO, Video BETACAM SX, conference DVCAM

Cr, Cb) của video 601 chung cho hai chuẩn quét 625/50 và 525/60

a) Lấy mẫu video thành phần

- Lấy mẫu 4:2:2

% Tần số lấy mẫu fsa (sampling) cho Y được chọn fsa = 13.5MHz

$% Tần số lấy mẫu cho Cr và Cb được chọn là 6.75MHz bằng một nửa tần số lấy

mẫu của Y Số mẫu Cr, Cb bằng nửa số mẫu Y tức 864/2 = 432 mẫu/dòng (hay 858 /

2 =429 mẫu/dòng) Nói khác đi, cứ bốn mẫu Y thì có hai mẫu của Cr và hai mẫu Cb

$% Điển hình đầu tiên ở tất cả các dòng bao giờ cũng lấy đủ ba mẫu Cb, Y, Cr, kế

đến là Y, rồi lại Cb, Y, Cr, rồi lại đến Y Video số D1 không truyền đi ba thành phần

mà lần lượt truyền theo thứ tự Cb ~> Y —› Cr —> Y —> Cb —> Y —> Cr —> Y —>

% Vấn đề định thời hay xác định thời điểm xuất hiện và gọi tên thứ tự các mẫu Số

mẫu thứ tự Cb, Cr luôn bằng một nửa của Y, rơi vào thời điểm các mẫu chuẩn

(0,2,4,6, ) của Y

- Định thời dòng số

Trong một dòng quét 1H = 64 (63.55)us của tín hiệu tương tự, thời gian thật

sự có hình hay đồng hình chỉ có 52us tương ứng với 864 x 52 : 64 = 702 (hay 858 x 52:

63.55 = 702) mẫu hay 702 điểm hình Dòng hình số rộng hơn dòng hình tương tự 720 —

702 = 18 mẫu, lấn trước thểm trước H.Sync 8 (4) mẫu và thểm sau H.Sync 10 (14)

mẫu

Thời gian không có hình ở mỗi dòng gồm 864 — 720 = 144 (858 — 720 =

138) mẫu lại dành ra hai mẫu để đánh dấu đầu dòng SAV (Start Active Video) và hai

mẫu đánh dấu cuối dòng EAV (End Active Video) Đầu dòng hình được kể từ mẫu thứ

0 Nhu vay, SAV 1a hai mẫu sau cùng của dòng quét tức mẫu 862, 863 (856, 857),

EAV là hai mẫu sát ngay cuối cùng dòng hình tức mẫu 720, 721 Số 140 (134) mẫu

còn lại từ mẫu thứ 722 861 (855) cùng với thời gian xóa dọc được dùng để truyền âm

thanh và các dữ liệu phụ thuộc

- Tương quan giữa mành số và mành tương tự

Theo chiều dọc với chuẩn quét 625 truyền đi 50 mành (25hình/s), chuẩn

quét 525 truyền đi 60 mành (30hình/s) nên số dòng hình lấy mẫu là 480 dòng Để ý

720điểm x 576dòng x 25hình = 720điểm x 480dòng x 30hình = 10368000 điểm Nên số

điểm cả hai chuẩn quét ngang bằng nhau —> bit-rate bằng nhau

b) Lượng tử hoá

- Lượng tử điện áp chói Y

Cứ mỗi một mức của Y được quy thành 10 bit nhị phân tức 2!° = 1024 số

nhị phân hay 1024 mức điện áp

Mức trắng nhất Y„mạ„ = 700mV (100 TRE), mức xoá 0V (0 IRE) Mức thấp

nhất đến mức chói chuẩn như vậy có 876 (894) lượng tử, hay mỗi lượng tử = 700/876

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

- Các đữ liệu tương lai sẽ truyền như báo giờ, giá vàng, chứng khoáng

| Luồng bit của tất cả các dòng nói trên được gói thành gói nhỏ dưới 255 từ,

dạng thức như sau:

- Ba từ mở đầu luôn là 000, 3FF,3FF

| - Từ thứ tư là từ nhận dạng dữ liệu là audio số, báo giờ hay telex

- Từ thứ năm báo thứ tự gói dữ liệu

| - Từ thứ sáu báo số lượng gói dữ liệu

- Tiếp theo là nội dung dữ liệu dài tối đa là 255 từ

| - Từ sau cùng là kiểm tra

- Dữ liệu phụ dòng cấm:

Dữ liệu phụ dòng cấm nằm trong thời gian tạo hình của các dòng xóa dọc

| Dữ liệu phụ dong cấm không để tạo hình hay âm thanh mà chỉ kiểm tra, đánh dấu,

LUAN VAN TOT NGHIỆP GVHD : TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG

5 Video số D2

Video số D2 số hóa video tổng hợp, tức là số hóa tín hiệu PAL, NTSC,

SECAM Do vẫn gánh những nhược điểm của video tổng hợp do không thống nhất

chuẩn quét 625/50 hay 525/60 nên ngày nay D2 không phát triển

Chuong 3 TONG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

I GIGI THIEU SƠ LƯỢC

Hệ thống truyền hình đầu tiên được thực hiện bằng phương pháp quét cơ học, sau

đó là phương pháp quét điện tử (khoảng giữa những năm 30) Năm 1941, Mỹ nghiên

cứu hệ thống truyền hình 525 dòng Sau thế chiến lần thứ 2, Anh phát truyền hình đen

trắng hệ 405 dòng Còn Pháp, Đức dùng hệ 441 dòng Năm 1948 Pháp sử dụng hệ

819 dòng Cuối cùng Châu Âu thống nhất hệ 625 dòng

Truyền hình NTSC ở Mỹ có từ 1953, SECAM ở Pháp có từ 1956, và PAL ở Đức

1962 Phát sóng truyền hình có nhiều tiêu chuẩn khác nhau B, G, D, K, I, K1, L, M, N,

H, L1; đó là hệ thống truyền hình tiêu chuẩn SDTV (Standard Definition Television)

Cuối thập niên 70 bắt đầu xuất hiện các hệ truyền hình có độ phân giải cao (High

Definition Television) trên 1000 đòng với tỉ lệ khung hình 16:9 thay vì 4:3 như

SDTV

Tín hiệu Audio và Video tương tự chuyển sang dạng số sẽ có tốc độ bit rất cao, tín hiệu Video màu có tốc độ 216-270 Mbps Để truyền tín hiệu số độ rộng băng

thông cần rất cao (200 MHz) vượt xa khả năng công nghệ sản xuất linh kiện điện tử,

thiết bị hiện nay Do đó, để truyền được tín hiệu truyền hình số, công nghệ nén tín

hiệu số phát triển rầm rộ từ những năm 1990, nhờ vậy có thể truyển nhiều chương

trình truyền hình trên 1 kênh truyễển, từ đây tạo ra các dịch vụ đa chức năng

(multimedia) va tuong tac hai chiéu giữa trung tâm phát hình và người sử dụng

Ưu điểm của truyền hình số

e _ In sao nhiều lần mà chất lượng hầu như không giảm

e _ Độ khuếch đại và đáp tuyến tần số ổn định

e Chống nhiễu cao, giải quyết được vấn để méo pha và thu nhiều đường

(multi path)

e Cường độ trường phát sóng thấp

e Tiết kiệm bộ nhớ khi nén tín hiệu

e Tiết kiệm băng thông: có thể truyền nhiễu chương trình trên một kênh

truyền hình thông thường (đối với tín hiệu số có nén)

Phát sóng truyền hình số ở Mỹ được nghiên cứu và thử nghiệm vào 1994 (điều

chế 8/16-VSB) và cuối 1995 đã được tổ chức EFC (European Federal

Commmunications Commission) chấp nhận làm tiêu chuẩn làm truyén hình số mặt

đất ở Mỹ

Trong cùng thời gian này (từ tháng 9/1993) hơn 300 tổ chức khác thuộc hơn 30

nước khác khắp Châu Âu, đứng đầu là EBU (European Broadcasting Union) thực hiện

dự án DVB (Digital Video Broadcasting): dự án xây dựng tiêu chuẩn truyền hình số

thuộc nhiều môi trường khác nhau như vệ tỉnh, cáp, mặt đất

DVB-S: truyền hình qua vệ tỉnh, sử dụng điều chế QPSK (Quadrature Phase-Shift Keying), dòng truyền tải MPEG-2 có tốc độ tối đa khoảng 38.1 Mbps

DVB-C: Truyền dẫn qua cáp (độ rộng kênh 7-8 MHz) sử dụng điều chế 64-QAM,

dòng truyền tải MPEG-2 có tốc độ bit tối đa khoảng 38.1 Mbps

DVB-CS: Dùng cho hệ thống SMATTV (Satellite Master Antenna) với kênh 8MHz

DVB-MS, DVB-MC: Dùng cho hệ théng MMDS (Multichannel Multipoint Distribution Service)

DVB-T: Tiêu chuẩn truyễn hình số mặt đất

Để thu truyền hình số người xem cần bộ giải mã mở rộng gắn thêm vào máy thu

hình có sắn, gọi là Set-Top Box hoặc IRD (Intergrated Receiver Decoder)

Hệ thống truyền hình số của Châu Âu được nghiên cứu rất công phu trên nhiều khía cạnh: phát sóng, mạng truyền hình, loại điều chế cũng như chế tạo thiết bị Hệ

thống DVB-T hoạt động dựa trên cơ sở điều chế đa sóng mang trực giao COFDM

(Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing), sử dụng 1704 (mode 2k) hoặc

6816 (mode 8k) sóng mang con (subcarrier), có khả năng chống lại hiện tượng thu

nhiều đường (multipath) và cho khả năng thu đi động

Chúng ta sẽ khảo sát một hệ thống điều chế truyễển hình số mặt đất:

II TÍN HIỆU AUDIO/VIDEO NGUỒN

Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự chuyển sang số

Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với nhiều hệ thống mã

hóa

Tín hiệu Video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit lên đến 270Mbps Để các kênh truyển hình quảng bá có độ rộng 8Mhz có thể đáp ứng

cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng cách nén tín hiệu Video

II TÍN HIỆU VIDEO CÓ NÉN

Trên co sé chudn nén MPEG (Moving Picture Experts Group) được phát triển

Dong bit sau khi nén c6 thé dat 2-9 Mbps

Các tín hiệu số có nén có thể truyền qua kênh truyền 8Mhz, thậm chí còn có thể

- truyền 5 - 8 kênh chương trình truyền hình trên cùng một kênh rộng 8Mhz

IV MÃ HOÁ KENH

Mã hoá kênh có nhiệm vụ làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với

kênh truyền Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed-Solomon

Mã Reed-Solomon được sử dụng rất rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay,

do nó có khả năng sửa lỗi rất cao Trong những năm gần đây công nghệ xử lí tín hiệu

số phát triển vượt bậc tạo ra các chip VLSI có thể đáp ứng cho công nghệ xử lý thông

tin, đặc biệt là các chip thực hiện biến đổi hàm truyền Fourier nhanh (FFT)

V DIEU CHE TAN SO TRUC GIAO OFDM

Hình 1-3-2 cho thấy: trong OFDM dong đữ liệu được phân phối cho rất nhiều sóng

mang con (subcarrier) trực giao với nhau (có thể lên tới 2!3 sóng mang), mỗi sóng

mang truyền tải một số dữ liệu (symbol) nhất định Kênh truyền được phân thành các

phần nhỏ tương ứng với một sóng mang

Channal bandwidth

L | |( LL(|iIlI|LlIlllIIlI|llLllillllilill|lllllIlIlIlllILii

L LLL|lLilllL|lllllll|lIlIlIlLllllIllIlIIlIlLLLiI

bi LlllLllL((llllllllllllllllLllLlllLiiii quency PLELISLILLLILII IPI IIIT LE | sub-band

L LL|LilllllllllLiLllllllllll|ll|llIlllllllliliLLI PIII LI I TT}

segment

frequency

Hình 1-3-2: Phổ tín hiệu kênh OFDM

Nhờ có các khoảng bảo vệ mà điều chế OFDM có khả năng chống lại hiện tượng thu nhiều đường (Multipath) hay hiệu ứng dịch tân Doppler

Trong suốt chu kì segment các sóng mang con (subcarrier) truyền vài bit dữ liệu,

số bit đữ liệu phụ thuộc vào kiểu điều chế

Để có thể truyển số lượng lớn sóng mang trong cùng một khoảng thời gian mà

không phải dùng nhiều bộ điều chế và bộ lọc, OFDM sử dụng các bộ biến đổi ngược

Fourier rời rạc tại hữu hạn điểm, biến đổi các tín hiệu song song trong miễn tần số

thành các tín hiệu trong miễn thời gian

Điều chế COFDM có khả năng đặc biệt mà không có một phương pháp nào có thể

đáp ứng đó là việc hoạt động trong mạng một tần SFN (Single Frequency Network)

Hệ thống DVB hoàn toàn tương thích với tất cả các tiêu chuẩn truyền dẫn phát

sóng truyền hình tương tự có băng tần 6, 7 hoặc 8Mhz

Hệ thống truyền hình số ATSC của Mỹ có tốc độ bit 19.3 Mbps trên kênh 6Mhz,

trong khi đó DVB-T cho phép tốc độ bit thay đổi rất rộng (với kênh 6Mhz thì tốc độ

bit biến đổi từ 3.7 đến 23.8 Mbps, và 4.9 đến 31.7 Mbps trên kênh 8Mhz)

Về chất lượng Audio: ATSC và DVB đều cho chất lượng hầu như không chênh

lệch nhau (Stereo và Surround 5.1 kênh)

Để phát sóng tín hiệu Video có nén MPEG-2, tín hiệu này phải điều chế phù hợp

với kênh truyền Tiêu chuẩn DVB sử dụng điều chế COFDM để phát sóng trên mặt

đất

Chương 4 KỸ THUẬT TRUYEN HINH SỐ

I GHEP KENH TIN HIEU TRUYỀN HÌNH SỐ

1 Giới thiệu chung

Truyền hình quảng bá đặc biệt là truyền hình vệ tinh trực tiếp đến tận gia đình

là ứng dụng đầu tiên của việc mã hoá MPEG-2 thời gian thực Việc sử dụng nén

MPEG-2 trong ứng dụng truyền hình quảng bá tiếp tục mở rộng nhanh chóng Dù

được áp dụng ở đâu đi chăng nữa thì điều quan trọng của thông tin quảng bá có dùng

nén là: chất lượng ảnh đầu ra, việc dùng kỹ thuật trải dải thông cho phép và độ tin

cậy của giải pháp mã hoá

2 Chất lượng ảnh của truyền hình số có nén

Chất lượng truyền hình số có nén luôn phụ thuộc vào chất liệu dữ liệu nguồn

Các chương trình bị nhiễu cùng các dữ liệu có độ phức tạp cao là khó nén, vì entropi

lớn của ảnh TV không cho phép nén hiệu quả mà không có méo có thể nhận thấy

được bởi người thu Để máy thu số làm việc tốt bộ nhớ phải lưu giữ được ít nhất 2,5

ảnh TV

- - Một ảnh được giải nén dạng I

- - Một ảnh được giải nén dang P

- _ Một field ảnh dạng B

a) Méo trong bộ mã hoá

- Méo của các khối: mỗi ảnh được mã hoá thì được phân thành các khối 8

x 8 pixels Bộ mã hoá cố gắng làm cân bằng số bit được dùng để mã hoá các ảnh I

cùng với các ảnh dự đoán B và P Méo dạng xung động của các khối đặc biệt nhận

ath ates Maram t ers

Trang 21

thấy trên các mặt phẳng rộng có số chỉ tiết lớn (ví dụ khi quan sát gần tấm thẩm, mặt

đồ.v.v )

- Cấu trúc khối của ảnh: méo xuất hiện do kết quả loại bỏ quá mức các tần số cao sau biến đổi DCT trong quá trình lượng tử hoá các khối ảnh Đó là do các

ảnh dự đoán cho phép nén ảnh hiệu quả hơn, nhờ vậy có thể dùng nhiều bit để mã

các ảnh I, điều này có tác dụng sửa chữa chất lượng ảnh TV

- Méo dang actefacts (dạng hình khối): méo dạng artefacts biểu hiện

dưới dạng các chấm hoặc đường vạch ở lân cận mép các đối tượng Chúng xuất hiện

do thành phần một chiều cả biến đổi DCT bị lỗi lượng tử hoá cùng với việc loại bỏ

tần số cao trong bộ lượng tử hoá

- Các trường hợp méo + Thay đổi cảnh: các ảnh dự đoán P được xác định trên cơ sở thông tin

chứa trong ảnh hiện tại cùng với các ảnh I hoặc P được mã hoá trước đó Nếu có sự

thay đổi cảnh trong dãy truyền hình, thì ảnh hiện tại được mã hoá phù hợp với dãy

ảnh I, B và P sẵn có, dù cho điều này làm xấu chất lượng ảnh Để khắc phục trường

hợp trên bộ mã hoá quyết định mã các khối của ảnh ¿ra cùng với việc sử dụng các

hệ số lượng tử hoá lớn (Khi đó chất lượng ảnh tốt hơn tuy nhiên tổng quan chung vật

liệu được giải nén từ ảnh này qua ảnh kia vẫn còn méo đáng kể

+ Chuyển đến màu đen: việc chuyển đến màu đen trong truyền hình thường được dùng trong truyền hình như phân tử cách ly các khối quảng cáo Vì thế người

phát đặc biệt quan tâm đến quảng cáo được phát với chất lượng là tốt nhất Giải pháp

hiệu quả là khi đó cung cấp cho bộ giải mã này dòng bit lớn hơn để có thể gởi nhiêu

thông tin hơn về ảnh

Dãy ảnh TV

Anhi |Ảnh2 l|Ảnh3 |Ảnh4

Dòng bit đầu ra bộ mã hoá là yếu tố quyết định mức độ nén Tín hiệu số

MPEG-2 MP@ML được sử dụng tốt trong phát xạ truyền hình

- 15Mbps méo nhận thấy được chỉ xảy ra đối với những dãy ảnh đột biến

được dùng trong mục đích thử nghiệm

-_7— 8Mbps hài lòng thậm chí để truyền cảnh thi đấu thể thao

Ghép kênh thống kê cũng được biết như ghép kênh thích nghỉ hoặc statmux

Mục đích của ghép kênh thích nghỉ là phân phối lại dải thông có giữa các chương

trình để làm đồng đều chất lượng thu của chúng Phân phối như vậy là phân phối

động, khác với phân phối tĩnh là dải thông cố định cho các kênh

a) Điều khiển tốc độ trong các bộ síatmux

Trong giới hạn một ảnh, một vài miền là khó nén so với các miễn khác

Mục đích của thuật toán điều khiển tốc độ là phân phối số bit có thể có giữa các ảnh

trong một ảnh sao cho chất lượng thu của toàn bộ dãy là cực đại Nói một cách khái

quát, thuật toán điều khiển tốc độ bị hạn chế bởi nhiễu yếu tố Một yếu tố quan trọng

tồn tại trong môi trường tốc độ cố định và statmux là cần phải tránh sự trần (overflow)

và dùng không hết (underflow) bộ đệm của khối giải mã

| Demultivlexer > decoder

Encoder

Hình 1-4-2 Sơ đồ khối ghép kênh thống kê

e(t) Encoder x(t) x(t) Encoder e(t-A)

AANE Quan tri \q (

Hình 1-4-4 Nối bộ mã hoá với bộ ghép kênh thống kê

b) Bộ điều khiển bộ síatmux

Bộ điều khiển statmux có trách nhiệm phân bố tốc độ bit cho các bộ mã hoá riêng, có hai phương pháp điều khiển: phương pháp nhìn về trước và phương pháp

phản hồi

> Phương pháp nhìn về trước: có ưu điểm là đoán trước tốc độ bit sẽ cần

thiết cho bộ mã hoá đối với frame đã cho trước khi mã hoá trực tiếp các frame đó Do

vậy, phản ứng nhanh với những thay đổi phức tạp của ảnh Nhược điểm chủ yếu của

phương pháp này là cần thực hiện hàm tiên xử lý để tính toán thống kê cần thiết

nhằm phân bố số bit

> Phương pháp phản hồi: khác với phương pháp nhìn về trước, ở đây

không cần bộ tiền xử lý, vì các phép thống kê được sử dụng để điều khiển phân phối

bit, thu thập như sản phẩm phụ của bản thân quá trình nén Mặc dù phương pháp này

không đáp ứng nhanh như phương pháp nhìn về trước đối với những thay đổi phức tạp

của tình hình thực tế, nhìn chung những sự thay đổi phức tạp xảy ra trong một khoảng

tương đối dài và thời gian phản ứng khoảng vài frame là đủ

c) Các yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng

Có nhiều yếu tố ảnh hưởng tới chất lượng nén Ảnh hưởng của các yếu tố thay đổi tuỳ thuộc vào các sử dụng:

Các tiêu chuẩn chất lượng của bộ mã hoá MPEG như sau:

- _ Độ lớn giảm nhiễu phải được chọn thích nghỉ và không được làm xuất hiện các artefact Cần phải kiểm tra chúng ở mức nhiễu khác

- - Dạng phim, đột biến trong phim và ảnh TV có thể đo trên đầu vào bộ mã

hoá để lựa chọn định dạng tối ưu

- _ Đánh giá chuyển động phải được thực hiện kỹ trên miền tìm kiếm lớn

- Lượng tử hoá thích nghi phải đẩm bảo các phần quan trọng nhất của ảnh

đồng thời không bỏ các chỉ tiết chuyển động chậm

- _ Thuật toán điều chỉnh tốc độ phải bao quát tất cả các thay đổi tốc độ bit và

phản ứng trong thời gian ngắn, không phụ thuộc vào dòng đữ liệu đầu ra

- Ghép kênh thống kê phải có dải hoạt động lớn và hoạt động gần như tức khắc

- _ Bộ mã hoá phải đo được chất lượng ảnh mà nó phát ra nhằm mục đích dịch chuyển các bit tới các vị trí tương ứng của ảnh, còn trong trường hợp ghép thống kê thì

phải đồng thời dịch chuyển bit cho các bộ mã hoá

4 Số lượng chương trình truyền hình qua một kênh

Một kênh truyền hình có dải thông cố định cho phép truyền bao nhiêu chương trình truyền hình Tuỳ thuộc vào:

Sự dung hoà gói dữ liệu số

Độ rộng kênh: để xác định độ rộng kênh cần dựa vào định lý Shannon để

truyền tín hiệu có tốc độ bit C (bps) yêu cầu độ rộng kênh bằng BW > 3/4 C (Hz)

256 — QAM n® 6.0 b/s/Hz

Vd: với kênh có độ rộng 8MHz dùng điều chế 64 - QAM thì tốc độ truyền là

36 Mbps

¡ Tốc độ (k/n) sửa lỗi FEC

Trong kỹ thuật FEC người ta sử dụng các symbol dư bổ sung vào tin tức

gốc Mặc dù điều này tăng tốc độ truyền toàn bộ và các yêu cầu dải thông, các

symbol dư tăng cường tính thống nhất của tín hiệu có ích Các bộ giải mã dùng các

symbol FEC để phục hôi dữ liệu sau khi tin tức đã được thu

độ dài khoảng bảo vệ

a Vấn đề dung hoà gói tín hiệu số

Thông thường để tính tốc độ symbol: Tốc độ symbol cực đại = độ rộng dải

thông/1,2

Con số 1,2 chỉ ra trong thực tế dải thông truyền là bé hơn dải thông kênh do

các bộ lọc truyền không lý tưởng

Bảng dưới cho tốc độ bit lớn nhất có thể đạt được theo các tham số tốc độ mã

FEC, khoảng bảo vệ trong truyền DVB-T va 8-VSB qua kênh 7MHz:

Il KY THUAT DIEU CHE OFDM

1 Tổng quan về tín hiệu COFDM

OFDM nghĩa là ghép kênh theo tần số trực giao Đây là quá trình xử lý tín

hiệu cơ bản từ 0 + 8 MHz với tín hiệu nén MPEG-2 4:2:0 Tín hiệu số vào bộ điều

chế OFDM là dòng truyền tải đa chương trình MPEG-2 bằng phép biến đổi Fourier

nhanh thuận và ngược để tạo thành tín hiệu điều chế QPSK hoặc QAM ở băng tần

gốc Đây là sự khác biệt của hệ thống DVB-T và ATSC của Mỹ

Quá trình kiểm soát lỗi đòng truyền MPFG-2 cho truyền hình số trên mặt đất

DVB-T được thực hiện thông qua quá trình mã kênh (channel coding)

Như vậy có thể thấy trong sơ đổ khối máy phát DVB-T được trình bày trong

hình 1-4-5, các thành phần tham gia vào quá trình mã kênh bao gồm: khối phân tán

năng lượng (energy dispersal), bộ mã hoá ngoài (outer coder), bộ hoán vi ngoài (outer

interleaver) và bộ mã hoá trong (inner coder) Các quá trình mã hoá này giống với

truyền hình số vệ tinh Trong mã kênh mặt đất còn có thêm bộ hoán vị trong (inner

interleaver) theo sau b6 mã hoá trong

Adaptation Outer Outer nner ——Inner

Energy — Coder [—lnterleaver|—Coder interleaver Dispersal

MPEG-2 Source Splitter coding MUX

Adaptation Outer Outer Inner

Energy —Coder *—ilnterleaver;~-iCoder

Hình 1-4-5 Sơ đô khối máy phát DVB-T

Trong bộ phân tán năng lượng, dòng truyền tải (payload stream) sẽ bị xáo

trộn Quá trình này là cần thiết bởi vì dòng truyền tải có thể chứa các nhóm ‘0’ va ‘1’

mà điều này thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock trong máy thu và công suất

của máy phát không được phân phối đều theo thời gian

Trong bộ mã hoá ngoài, mã Reed-Solomon được sử dụng Mã này có ưu điểm

đặc biệt trong các kênh có xác suất đa sai số (multiple error) cao và trong các ứng

dụng sử dụng các phương pháp sửa lỗi liên tiếp

Bộ mã hoá ngoài được theo sau bằng quá trình chèn ngoài Quá trình chèn được sử dụng để phân tán các chùm lỗi (bursts error)

Bộ mã hoá trong thực hiện việc mã hoá tích chập (convolutonal code) tại mức

bit và cung cấp các tỉ lệ mã từ 1⁄2 đến 7/8

Cuối cùng là bộ hoán vị trong, có chức năng xáo trộn đữ liệu trong tín hiệu đa

sóng mang trong miền tần số

Theo sau quá trình mã hoá kênh là quá trình ánh xạ bit cho điều chế OFDM

Trong phương pháp đa sóng mang OFDM (ghép kênh phân chia tần số trực giao),

kênh truyền hình được chia thành N sóng mang phụ Ngoài ra, tín hiệu còn được tổ

chức trong các chu kỳ có khoảng thời gian là Ts Quan hệ giữa chu kỳ symbol tích cực

Tụ và khoảng cách sóng mang f, là f=1/ Tụ Điều kiện này đảm bảo các sóng mang

SẼ trực giao trong tín hiệu đa sóng mang Trong phân chia theo thời gian và tần số của

kênh và trong một khoảng thời gian Ts, mỗi sóng mang đã được điều chế có băng

LUAN VAN TOT NGHIỆP GVHD : TS.PHAN HỒNG PHƯƠNG

thông f, sé truyén 1 symbol điểu chế (Modulation symbol) Tất cả các sóng mang đã

được điều chế truyền đồng thời trong 1 khe Ts tạo thành 1 symbol OFDM

Trong OFDM, đữ liệu được mang đi chẳng hạn trên 2K sóng mang (K=1024) trong băng thông của 1 kênh truyền hình xác định (8 MHz cho UHF, 7 MH¿z cho

VHF) Trong mỗi sóng mang 2, 4 hoặc 6 bít sẽ được tải đi phụ thuộc vào kiểu điều

chế Đây là một ưu điểm của OFDM so với các phương pháp đơn sóng mang Tốc độ

bit trên mỗi sóng mang thấp cho phép ta chèn một khoảng thời gian bảo vệ vào giữa

hai symbol OFDM kế tiếp nhau Nhờ khoảng thời gian bảo vệ này mà phương pháp

OFDM không bị gây nhiễu bởi các sóng phản xạ (echoes)

Một lợi điểm khác khi sử dụng khoảng bảo vệ là hệ thống có thể hoạt động

trong mạng một tần số (SEN) Các tần số của các máy phát của mạng một tân số được

khoá với nhau và chúng phát chính xác cùng một tín hiệu số tại cùng một thời điểm

Trong thực tế khoảng bảo vệ được tạo ra bằng cách lặp lại theo một tỉ lệ nào

đó của N mẫu trong miễn thời gian (chẳng hạn như một phân tư) trước khi truyền 1

symbol mới Vì hiệu ứng nhiều đường (multi path) trong kênh vô tuyến gây méo tín

hiệu đã phát, nên khoảng bảo vệ (A) phải lớn hơn độ sai lệch (difference) thời gian

lan truyền tối đa tín hiệu COFDM trong kênh Hiệu suất toàn phần sẽ bị giảm theo hệ

số:

nị=Tư/( Tu+A)

2 Mã kênh và điều chế OFDM

a) Phối hợp ghép kênh truyền và phân tán năng lượng

Dòng ngõ vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có chiều dài cố

định Dòng các gói này được lấy từ ngõ ra của bộ ghép kênh MPEG-2 Chiểu dài toàn

bộ gói ghép kênh truyền MPEG-2 là 188 byte

Mỗi gói MPEG-2 bao gồm 1 byte đồng bộ có giá trị 47ugx Quá trình xử lý trong máy phát luôn bắt đầu từ bit MSB (Most Significant Bit) (tfc 14 bit ‘0’) cua byte

đồng bộ (có giá trị 01000111) Để đảm bảo truyền nhị phân thích hợp, dòng đữ liệu

MPEG-2 sẽ được xáo trộn theo sơ đồ mô tả trong hình 1-5-6

Quá trình dịch chuỗi “100101010000000° vào các thanh ghi PRBS được

thực hiện cho mỗi 8 gói Để cung cấp tín hiệu cho bộ giải xáo trộn, byte đồng bộ

MPEG-2 của gói thứ nhất trong nhóm 8 gói sẽ được đảo bit từ 47wex (SYN) thành

B8yex (SYN ) Quá trình này gọi là “phối hợp ghép kênh truyền”

Bit đầu tiên của ngõ ra của bộ phát PRBS sẽ được xử lí với bit đâu tiên (tức

MSB) của byte đầu tiên theo sau byte đồng bộ đảo tức (B8pqzx) Để phục vụ cho các

mục đích đồng bộ khác, trong khoảng thời gian của các byte đồng bộ MPEG-2 của 7

gói truyền theo sau, bộ phát PRBS vẫn hoạt động, nhưng ngõ ra của nó bị vô hiệu

hoá, để những byte này không bị xáo trộn Vì vậy, chu kỳ của chuỗi PRBS là 1503

Hình 1-4-6 Sơ đô khối của hệ thống xáo trộn

(scrambler)/giải xáo trộn (descrambler)

Quá trình xáo trộn vẫn hoạt động khi dòng bit ở ngõ vào của bộ điều chế

không hiện hữu hoặc không tuân theo dạng thức MPEG-2 (gồm 1byte động bộ và 178

byte dữ liệu)

1 Mã hoá ngoài (outer coding) và hoán vị ngoài (outer interleaving)

Mã hoá ngoài và hoán vị ngoài được thực hiện trên cấu trúc gói ngõ vào

(xem hình 1-4-7)

Mã Reed-Solomon RS (204, 188, t=8) nhận được từ mã gốc RS (255, 239,

t=8) được thêm vào cho mỗi gói truyền đã được xáo trộn (188 byte) trong hình 1-4-8

để tạo ra một gói được chống lỗi (hình 1-4-9) Quá trình mã hoá Reed-Solomon cũng

được thực hiện cho byte đồng bộ không đảo (tức là 47wex) và byte đồng bộ đảo (tức

14 B8yex)

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

Mã Reed-Solomon có chiều dài 204 byte cho phép sửa lên đến 8 byte lỗi

ngẫu nhiên trong một từ 204 byte

Sau quá trình mã hoá là quá trình hoán vị byte cho các gói đã được chống

lỗi (hình 1-4-9) Điều này tạo ra 1 cấu trúc dữ liệu hoán vị (hình 1-4-10)

Bộ hoán vị mô tả trong hình 1-4-11 gồm I=12 nhánh, được nối tuần hoàn đến dòng byte ngõ vào bằng một bộ chuyển mạch ngõ vào Mỗi nhánh j là một thanh

ghi dịch First In, First Out (FIFO), có độ trễ là j x M ô, ở đây M=17=N/I, N=204 Mỗi

ô của FIFO chứa được 1 byte và các bộ chuyển mạch ngõ vào và ngõ ra luôn hoạt

động đồng bộ

Vì lý do đồng bộ các byte SYN và SYN luôn được dẫn vào nhánh “0° của

bộ hoán vị (tức là có độ trễ bằng 0)

Bộ giải hoán vị hoạt động theo nguyên tắc tương tự, nhưng các nhánh được

sắp xếp ngược lại (tức là nhánh j=0 có độ trễ lớn nhất) Để đồng bộ giải hoán vị, byte

đồng bộ được tìm thấy đầu tiên (SYNC hoặc bù SYNC) sẽ được dẫn vào nhánh ‘0’

SYNC | Dữ liệu ghép truyền

1 byte | tải MPEG-2 187 byte

SYNC] | Di liệu |SYNC2 | Dữ liệu | SYNC8 | Dữ SYNC! | Dt

Hình 1-4-8 Các gói đã xáo trộn :các byte SYNC

và các byte dữ liệu đã xáo trộn

LUAN VAN TOT NGHIEP GVHD : TS.PHAN HONG PHUONG

SYNC1 or | 187 byte dữ | 16 byte chan 1é

SYNCn liệu đã duoc

ngẫu nhiên

Hình 1-4-9 Gói Reed-solomon đã được chống lỗi

SYNC1 | 203 SYNCI1 | 203 SYNCI1

or byte or byte Or

SYNCn SYNCn SYNCn

Hình 1-4-10: Cấu trúc đữ liệu sau khi hoán vj

SỸNCI : Byte đồng bộ đảo không bị xáo trộn

SYNCn : Byte đồng bộ không bị xáo trộn, n = 2,3, 8

Hệ thống hỗ trợ một tỉ lệ mã trong dựa trên tỉ lệ mã gốc (mother) là 1/2 với

64 trạng thái Điều này cho phép mức sửa lỗi thích hợp cho từng dịch vụ và cho từng

tốc độ bit trong phương thức truyền phân cấp và không phân cấp

Ngoài tỉ lệ mã gốc là 1/2 hệ thống còn cho phép lựa chọn các tỉ lệ mã là 2/3, 3/4, 5/6 và 7/8

Quá trình mã hoá được thực hiện theo bảng 1-4-12, trong đó X,Y tương ứng

với 2 ngõ ra của bộ mã hoá

hoặc SYWC sẽ nằm tại điểm có tén 1a ‘data input’ (hinh 1-4-13)

Bit được mã hóa trước tiên của symbol luôn tương ứng với X¡

3.HOAN VI

a) Hoan vi trong Hoán vị trong bao gồm hoán vị bit sau đó là hoán vị symbol Cả hai quá trình hoán vị bít và quá trình hoán vị symbol đều được thực hiện trên các khối

b) Hoán vị bit Ngõ vào có thể gồm hai dòng bit được tách thành v dong con, ở đây ta có v=2 cho QPSK, v= 4 cho 16-QAM và v= 6 cho 64-QAM Trong phương thức không phân

cấp dòng ngõ vào đơn được tách thành v dòng con Trong phương thức truyền phân

cấp dòng có mức ưu tiên cao tách riêng thành hai dòng con và dòng có mức ưu tiên

thấp được tách thành v-2 dòng con Quá trình tách kênh là quá trình ánh xạ các bit

ngõ vào Xạ; lên các bit ngõ ra be ao

c) Hoan vi symbol

Chức năng của bộ hoán vị symbol là ánh xạ các từ v bit lên 1512 (mode 2k)

hoặc 6048 (mode 8k) sóng mang tích cực trên 1 symbol OFDM Bộ hoán vị hoạt động

trên các khối bao gồm 1512 (mode 2k), 6048 (mode8k) symbol dữ liệu

Vi vay trong mode 2k, 12 nhóm 126 từ đữ liệu từ bộ hoán vị bit được đọc tuần

tự vào vectd: Y’=(y’o, y*, Y°a, Y°1sn1) Tuong ty trong mode 8k, vectd Y’=(y’o, y’1,

Y’2,.- Y’6047), được tạo ra từ 48 nhóm 126 từ đữ liệu

d) Chòm sao tín hiệu và ánh xạ

Dòng dữ liệu sau khi qua bộ hoán vị ngoài sẽ được đưa vào bộ ánh xạ Bộ ánh xạ sẽ ánh xạ dòng dữ liệu lên biểu đồ chòm sao dữ liệu tương ứng với các kiểu

điều chế QPSK, 16QAM hay 64QAM; đông nhất hay không đồng nhất

Truyền không phân cấp

Dòng đữ liệu ngõ ra của bộ hoán vị trong bao gồm các từ v bit Các từ này được

ánh xạ lên một số phức Z

e Đối với QPSK: Các từ bit bao gồm 2 bit, tương ứng với 4 điểm trên mặt phẳng phức (mỗi góc phần tư chứa 1 điểm) Mỗi điểm trên mặt phẳng phức tương ứng

với một cặp biên độ và pha duy nhất

e_ Đối với 16QAM: Các từ bit bao gồm 4 bit, tương ứng với 16 điểm trên mặt phẳng phức (mỗi góc phần tư chứa 4 điểm)

e_ Đối với 64QAM: Các từ bit bao gồm 6 bit, tương ứng với 64 điểm trên

mặt phẳng phức (mỗi góc phân tư chứa 16 điểm)

° Đối với 16-QAM phân cấp

Cac bit ưu tiên cao là các bit yo„; và y¡„: của các từ ngõ ra bộ hoán vị trong

Các bit ưu tiên thấp là các bit y;„: và sa: của các từ ngõ ra bộ hoán vị trong Quá

trình ánh xạ được thực hiện tương ứng theo các hình 1-5-17a, 1-5-17b, 1-5-17c

Ví dụ: điểm chòm sao ở góc trái trên cùng tương ứng với 1000 sẽ có Yo'=l,

Yiq’= Yz'= Y3 =0 Nếu chòm sao được giải mã theo QPSK các bit ưu tiên cao sẽ là

Vig’ Va yz„; Để giải mã các bit ưu tiên thấp, chòm sao đầy đủ sẽ được giải mã và các

bịt thích hợp sẽ là (y;„;, y›„;) sẽ được trích ra OY yo’ Y1,g'; Ÿ2,q'› Ÿ3„g'

° Đối với 64-QAM phân cấp

Các bit ưu tiên cao là các bit yo„; và y¡„„ của các từ ở ngõ ra bộ hoán vị trong

Các bit ưu tiên thấp là các bit yz,Y3,q, Vag và Ys„: của các từ ngõ ra bộ hoán vị trong

Quá trình ánh xạ được thực hiện tương ứng theo các hình 1-4-14a, 1-4-14b, 1-4-14c

Nếu chòm sao này được giải mã theo QPSK, các bit ưu tiên cao sẽ là Yo’ Dé giải mã các bit ưu tiên thấp, chòm sao đầy đủ sẽ được giải mã và các bit thích hợp

(Y2q°s Y2q" Y4, Ys,a') SE được trích ra từ Yo,q’> Yi.q’> ¥2,q's ¥3,.q’s ¥4.q'> ¥5.q’-

Hình 1-4-14a Ánh xạ QPSK, 16-QAM va 64-QAM và các mẫu nhóm '

bit tương ứng(không phân cấp và phâp cấp với œ =1)

Im{z} Canvey ¥.nYa¢