hệ thống phát thanh số

Phát thanh số cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn phát thanh truyền thống, ngoài các chương trình phát thanh, còn là văn bản, dữ liệu hay thậm chí là tín hiệu video. Chất lượng chương trình với âm thanh số đáp ứng yêu cầu âm thanh CD. Để thu các chương trình phát thanh số, máy thu thanh đã không chỉ còn là “loa” cung cấp thông tin mà đã trở thành một kho thông tin đa phương tiện với nhiều chức năng trong đó có màn hình LCD hiển thị các thông tin như tên bài hát, ca sỹ, tin giao thông, thời tiết v.v. Phát thanh số đã khắc phục được nhược điểm của phát thanh truyền thống như can nhiễu, pha đinh trong truyền sóng, giao thoa đặc biệt giải quyết được sự chật chội của dải tần số. Hệ thống phát thanh số băng tần thấp cung cấp khả năng phủ sóng phát thanh trên một vùng rộng lớn, không chỉ trên phạm vi một quốc gia mà thậm chí trên nửa quả địa cầu. Để phục vụ trên phạm vi rộng lớn này, hệ thống chỉ cần đến một trạm phát công suất vừa phải. Độ méo tần số của phát thanh số ít hơn phát thanh truyền thống. Có thể dồn nhiều kênh vào cùng một dòng chuyển tải. Định hướng công nghệ cho ngành phát thanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố. Thứ nhất, khi chuyển đổi công nghệ, điều đầu tiên phải quan tâm chính là thính giả, những lợi ích và nguyện vọng của họ. Thứ hai, trong mỗi quốc gia, số lượng máy thu có thể là vài triệu đến hàng chục triệu, như vậy chuyển đổi sang công nghệ mới không đơn giản là vấn đề kỹ thuật, đó là bài toán kết hợp giữa kỹ thuật, kinh tế, xã hội. Thứ ba, hiện nay là giai đọan hội tụ giữa công nghệ thông tin và điện tử viễn thông. Sự phát triển công nghệ phát thanh phải phù hợp với xu hướng phát triển chung, có mối tương quan và phụ thuộc vào một số ngành khác như: truyền hình, ngành thông tin liên lạc, công nghiệp sản xuất các linh kiện điện tử. Mã hóa nguồn: Khối mã hóa nguồn thực hiện xử lý tín hiệu âm thanh số theo chuẩn nén .Với tốc độ bit có thể thay đổi dễ dàng từ 8 Kbps đến 384 Kbps. Mã hoá kênh Dữ liệu của chương trình được trải ra, sắp xếp theo mã và chèn theo thời gian. Để trải dữ liệu ra thành các chuỗi bít ngẫu nhiên mang nội dung tương ứng cần có dữ liệu sắp xếp tín hiệu DAB. Với phương pháp này việc sử dụng các bộ khuếch đại công suất đạt hiệu quả cao. Mã sắp xếp thực hiện xử lý bằng cách đưa thêm các dữ liệu phụ giúp cho máy thu nhận biết và loại trừ tốt các sai sót do truyền dẫn

ĐỒ ÁN MÔN HỌC

KỸ THUẬT PHÁT THANH VÀ TRUYỀN HÌNH SỐ

ĐỀ TÀI: HỆ THỐNG TRUYỀN THANH SỐ

SVTH: Nguyễn Lê Bảo Trân (3117500055)

GVHD: TS Hồ Văn Cừu

Tp Hồ Chí Minh, 20/10/2020

NỘI DUNG

Chương 1 : Tổng quan về kỹ thuật phát thanh số

Chương 2 : Đặc tính kỹ thuật tín hiệu truyền thanh số

Sơ lược về kỹ thuật phát thanh số:

- Phát thanh số cung cấp các dịch vụ đa dạng hơn phát thanh truyền thống, ngoài các chương trình phát thanh, còn là văn bản, dữ liệu hay thậm chí là tín hiệu video Chất lượng chương trình với âm thanh số đáp ứng yêu cầu âm thanh CD

- Để thu các chương trình phát thanh số, máy thu thanh đã không chỉ còn là “loa” cung cấp thông tin mà đã trở thành một kho thông tin đa phương tiện với nhiều chức năng trong đó có màn hình LCD hiển thị các thông tin như tên bài hát, ca sỹ, tin giao thông, thời tiết v.v

- Phát thanh số đã khắc phục được nhược điểm của phát thanh truyền thống như can nhiễu, pha đinh trong truyền sóng, giao thoa đặc biệt giải quyết được sự chật chội của dải tần số

- Hệ thống phát thanh số băng tần thấp cung cấp khả năng phủ sóng phát thanh trên một vùng rộng lớn, không chỉ trên phạm vi một quốc gia mà thậm chí trên nửa quả địa cầu

Để phục vụ trên phạm vi rộng lớn này, hệ thống chỉ cần đến một trạm phát công suất vừa phải Độ méo tần số của phát thanh số ít hơn phát thanh truyền thống Có thể dồn nhiều kênh vào cùng một dòng chuyển tải

1.1

Xu hướng phát triển phát thanh số:

- Định hướng công nghệ cho ngành phát thanh phụ thuộc vào nhiều yếu tố Thứ nhất, khi chuyển đổi công nghệ, điều đầu tiên phải quan tâm chính là thính giả, những lợi ích và

nguyện vọng của họ Thứ hai, trong mỗi quốc gia, số lượng máy thu có thể là vài triệu đến hàng chục triệu, như vậy chuyển đổi sang công nghệ mới không đơn giản là vấn đề

kỹ thuật, đó là bài toán kết hợp giữa kỹ thuật, kinh tế, xã hội Thứ ba, hiện nay là giai đọan hội tụ giữa công nghệ thông tin và điện tử viễn thông Sự phát triển công nghệ phát thanh phải phù hợp với xu hướng phát triển chung, có mối tương quan và phụ thuộc vào một số ngành khác như: truyền hình, ngành thông tin liên lạc, công nghiệp sản xuất các linh kiện điện tử

1.2

Các chuẩn phát thanh số:

Sơ đồ khối máy phát chuẩn DAB

• Mã hóa nguồn:

- Khối mã hóa nguồn thực hiện xử lý tín hiệu âm thanh số theo chuẩn nén Với tốc độ bit có thể thay đổi dễ dàng từ 8 Kbps đến 384 Kbps

• Mã hoá kênh

- Dữ liệu của chương trình được trải ra, sắp xếp theo mã và chèn theo thời gian

Để trải dữ liệu ra thành các chuỗi bít ngẫu nhiên mang nội dung tương ứng cần

có dữ liệu sắp xếp tín hiệu DAB Với phương pháp này việc sử dụng các bộ khuếch đại công suất đạt hiệu quả cao Mã sắp xếp thực hiện xử lý bằng cách đưa thêm các dữ liệu phụ giúp cho máy thu nhận biết và loại trừ tốt các sai sót do truyền dẫn

1.3

 Thiết lập mạng:

Mạng mẫu thiết lập theo chuẩn EUREKA 147

Tầng 1: Nhà cung cấp dịch vụ chương trình (âm thanh/gói dữ liệu):

+ Mã hoá âm thanh.

+ Dữ liệu liên quan đến chương trình (PAD).

+ Thông tin dịch vụ.

+ Thông tin cho điều khiển và trạng thái.

+ Các dịch vụ dữ liệu độc lập.

Tầng 2: Nhà cung cấp dịch vụ dồn kênh chung:

+ Thiết lập luồng dữ liệu đa dịch vụ cho DAB, trừ các thông tin đưa thêm tại máy phát.

+ Đưa thêm thông tin hỗ trợ cho điều khiển và trạng thái.

Tầng 3: Nhà cung cấp dịch vụ phát sóng

- Nhà cung cấp dịch vụ phát sóng chỉ bổ sung thêm thông tin xác thực máy phát-TII vào tín hiệu tổng hợp Đây là một loạt các sóng mang đuợc truyền trong symbol 0- gán cho mỗi máy phát một thông tin xác thực đặc trưng để dùng cho các vùng

 Máy thu DAB:

- Bộ chuyển đổi sẽ chuyển cao tần từ băng III hay băng L xuống tín hiệu băng gốc (từ 1kHz đến 1536kHz cho 1536 sóng mang) sau đó chuyển từ analog sang số và các mẫu theo thời gian được đưa vào bộ FFT Từ đầu ra FFT ở mode I, có 1536 trạng thái pha (2 bit cho một sóng mang, DQPSK) trong 1,246ms

 Chuẩn phát thanh số DRM (Digital Radio Mondiale)

- DRM là hệ thống phát thanh số thay thế cho hệ thống phát thanh AM sóng ngắn, sóng trung và sóng dài Tần số sóng mang trong hệ thống DRM tương đối thấp phù hợp cho việc truyền sóng ở khoảng cách lớn

a/ Sơ đồ khối hệ thống phát DRM

Hệ thống phát DRM

- Tín hiệu đầu vào bao gồm các thành phần sau:

· Tín hiệu audio · Dữ liệu

· Kênh truy nhập nhanh- FAC · Kênh thông tin về dịch vụ-SDC

- Tín hiệu audio và dữ liệu được mã hoá được tổng hợp lại thành kênh dịch vụ chính (MSC) FAC và SDC có tác dụng để xác định các thông số truyền dẫn phục

vụ cho việc giải mã tại máy thu

b/ Mã hóa nguồn

- Để đảm bảo kết hợp giữa chất lượng âm thanh và số lượng các dịch vụ trong một kênh DRM người ta đã đưa ra 3 chế độ mã hoá âm thanh khác nhau phụ thuộc vào tốc độ bít, chất lượng và loại dịch vụ:

· AAC-Advanced Audio Coding, cho chất lượng cao nhất, dùng cho music Tốc độ bit 20kbps với mono, và lên tới 48kbps với stereo.

· CELP-Code Excited Linear Predictive, thường dùng cho voice.

· HVXC-Harmonic Vector eXcitition Coding, áp dụng trong các trường hợp tốc độ bít thấp, sử dụng chủ yếu cho tiếng nói Tốc độ khoảng 2-4kbps.

Mã hóa âm thanh nguồn DRM

c/ Mã hóa kênh và điều chế QAM

- DRM gồm 3 kênh: Kênh dịch vụ chính, kênh truy cập nhanh và kênh miêu tả dịch vụ

* Kênh dịch vụ chính (MSC):

- Bao gồm dữ liệu cho tất cả các dịch vụ có trong bộ ghép kênh DRM Bộ ghép kênh có thể chứa từ một đến bốn dịch vụ,và mỗi dịch vụ có thể là âm thanh hoặc dữ liệu Tốc độ bit

tổng của MSC phụ thuộc vào độ rộng kênh DRM và chế độ truyền dẫn

* Kênh truy cập nhanh (FAC):

- Được sử dụng để cung cấp thông tin lựa chọn dịch vụ cho việc dò nhanh Nó chứa đựng thông tin về các tham số của kênh mà một máy thu có thể bắt đầu giải mã thông tin đa kênh một cách hiệu quả Nó còn chứa đựng thông tin về các dịch vụ trong bộ ghép kênh để cho phép máy thu không những giải mã thông tin đa kênh này mà còn thay đổi tần số và tìm kiếm lại

* Kênh mô tả dịch vụ (SDC):

- Có thể thực hiện việc tìm tần số thay thế mà không làm mất dịch vụ bằng cách giữ dữ liệu chứa trong SDC không thay đổi Chu kỳ khung SDC là 1200ms Dung lượng dữ liệu của khung SDC thay đổi theo sự chiếm dụng phổ của tín hiệu đa kênh và các tham số khác

d/ Các chế độ phát sóng DRM

Chế độ truyền dẫn:

Các chế độ truyền dẫn DRM

· Mạng một tần số -SFN (Single Frequency Network)

- Thiết lập mạng gồm nhiều máy phát, phát cùng nội dung chương trình và trên cùng một tần số Trong mạng

sẽ có những vùng thu được tín hiệu từ ít nhất một đài phát trở lên Khi tính toán thiết lập mạng người ta phải tính toán sao cho trễ về thời gian giữa các tín hiệu nhỏ hơn khoảng an toàn của khung dữ liệu.

· Mạng sử dụng nhiều tần số- MFN (Multi Frequency Network)

- Khác với phát thanh AM analog, phát thanh AM số DRM cho phép trong khi thu chương trình, máy thu có thể chuyển

về thu tần số khác có chất lượng tốt hơn, tất nhiên phải phát cùng một nội dung Khi tín hiệu thu được không tốt, theo danh sách đó máy thu tự động chọn tần số có chất lượng sóng cao hơn Chức năng này không chỉ bó hẹp trong phạm vi phát thanh số

 Chuẩn phát thanh số DMB (Digital Multimedia Broadcasting)

- Với sự ra đời của DMB, ranh giới giữa phát thanh truyền hình truyền thống và phát truyền thông đa phương tiện sẽ bị xoá mờ Công nghệ DMB thực chất là sự phát triển mới của phương thức phát thanh qua di động với việc cung cấp hình ảnh chất lượng cao, âm thanh số và các dữ liệu hết sức đa dạng kèm theo DMB được phát triển theo hai hướng: T-DMB mặt đất và S-DMB vệ tinh DMB là sự chắt lọc các điểm mạnh của hệ thống phát thanh số EUREKA 147 của châu âu và hoàn toàn tương thích với hệ thống DAB.

a/ Sơ đồ khối hệ thống DMB

Truyền dẫn T – DMB dựa trên hệ thống DAB Eureka 147

- DMB dùng công nghệ truyền dẫn DAB, nhưng cùng với một vài mở rộng như bổ sung các phương thức mã hóa cho nội dung video và nội dung nghe nhìn Hơn nữa DMB cung cấp thêm giải pháp hiệu quả cho sự sửa chữa lỗi, bằng việc cộng thêm một khâu mã hóa khối (RS coding)

và xoắn đan xen ở luồng truyền tải MPEG-2 cho phép thu được các chương phát thanh-truyền truyền hình di động chất lượng cao.

b/ Mã hóa nguồn DMB

- Ở phần phát triển thêm, T-DMB dùng Mã hóa nâng cao MPEG-4 AVC/H.264 cho video, MPEG-4 BSAC (Bit-Sliced Arithmetic Coding) cho âm thanh và MPEG-4 BIFS (Binary Format for Scenes) dùng cho data bổ xung có liên quan tới thông tin về video và thông tin khác Ba dòng dữ liệu MPEG-4 này được tạo đồng bộ ở lớp MPEG-4 SL (synchronization layer) và ghép kênh vào dòng MPEG-2 TS Sau đó dòng TS này sẽ được mã hóa kênh RS và xoắn đan xen tạo thành dòng DMB Cuối cùng luồng DMB được đưa tới hệ thống máy phát DAB.

- Kết quả là T-DMB cung cấp các dịnh vụ nghe nhìn với khả năng hỗ trợ toàn bộ theo chuẩn E147 Bảng dưới đây mô tả kỹ thuật mã hóa giữa DMB và DAB

Hệ thống Mã hóa âm thanh Mã hóa video Mã hóa

DAB MPEG-2 lớp 2 (MP2) Không Mã xoắn

So sánh mã hóa nguồn DMB và DAB Eureka 147

Tiêu chuẩn ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting)

- ISDB chia làm ba lớp chính

- Các đặc điểm cơ bản của tiêu chuẩn này như sau:

Đối với phát sóng trên mặt đất, ISDB chủ trương phân bổ dải tần số thành các phổ có dải thông

432 KHz.

Điều chế OFDM nên cho phép xây dựng mạng phủ sóng dùng một tần số

- Để phối hợp giữa phát thanh, truyền hình số và mạng viễn thông, Nhật đã đưa ra giao diện trao đổi dữ liệu theo chuẩn MPEG-2 để dồn kênh tín hiệu, đặc biệt sử dụng điều chế OFDM với kiểu điều chế số QPSK, DQPSK, 16 QAM và 64 QAM.

- Tín hiệu truyền dẫn được tổ chức vào một số nhóm trong khối OFDM Các tín hiệu đồng bộ và các thông số truyền dẫn như dạng điều chế và xác định lỗi có thể chỉ ra từng segment cho mỗi nhóm segment OFDM.

2.1 TÍN HIỆU ÂM THANH SỐ

Khái niệm về âm thanh

a/ Sóng âm và cảm giác âm

- Khi một vật dao động về một phía nào đó, nó làm cho các lớp không khí liền trước bị nén lại, và lớp không liền sau dãn ra Sự nén và dãn không khí như vậy lặp đi lặp lại một cách tuần hoàn nên đã tạo ra trong không khí một sóng đàn hồi Sóng này truyền tới tai, nén vào màng nhĩ khiến cho màng nhĩ cũng dao động với cùng tần số

b/ Đặc tính của âm thanh

· Độ cao của âm

- Là một đặc tính sinh lý của âm và nó phụ thuộc vào một đặc tính của âm là tần số Những âm có tần số khác nhau, tạo nên cảm giác về các âm khác nhau: âm có tần số lớn gọi là âm cao hay âm thanh; âm có tần số nhỏ gọi là âm thấp hay âm trầm

· Âm lượng của âm (độ to của âm)

- Với các tần số trong khoảng 1000-5000Hz, ngưỡng nghe khoảng 10-12W/m2 Với tần số 50Hz thì ngưỡng nghe lớn gấp 105 lần

2.2 CÁC HỆ THỐNG AUDIO ĐA KÊNH & GIAO THỨC AES/EBU

Giao thức AES/EBU

Các tổ chức trong lĩnh vực truyền thanh và truyền hình:

- Hiệp hội kỹ thuật Audio (Audio Engineering Society )

- Hiệp hội truyền thanh và truyền hình châu Âu (European Broad casting Union)

- Hội kỹ thuật gia truyền hình và điện ảnh (Society of Motion picture and Television Engineer ) của Mỹ

 Các hệ thống audio đa kênh

Hệ thống âm thanh vòm dùng cho hệ truyền hình số ATSC có 6 kênh gồm:

- Phía trước có 3 kênh: trái, phải (truyền nhạc), kênh giữa (truyền nhạc và thoại)

- Phía sau có 2 kênh: tròn trái LS, tròn phải RS chuyên truyền âm thanh kỹ xảo

- Một kênh siêu trầm LFE ưu tiên khuếch đại tần số thấp

Mô hình âm thanh Stereo 3/2

2.3 GIỚI THIỆU VỀ MẠNG TRUYỀN THANH SỐ CỦA ĐÀI PHÁT THANH TP.HCM:

- Đài Tiếng nói Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh (tên tiếng Anh là "The Voice of Ho Chi Minh City People", viết tắt là VOH), là đài phát thanh của Thành phố Hồ Chí Minh và trực thuộc Ủy ban Nhân dân Thành phố Hồ Chí Minh, thành lập theo quyết định số 55/ GP-TTĐT cấp ngày 02/10/2014 của Cục Phát thành Truyền hình và Thông tin điện tử - Bộ Thông tin và Truyền thông

 Lịch sử hình thành

- Từ lúc thành lập Đài với một sóng AM 610 KHz, năm 1997 Đài phát triển thêm kênh phát thanh chuyên biệt về thông tin thương mại và giải trí tổng hợp, phát trên sóng FM 99,9 Mhz, trên sóng FM tần số 103,2 MHz tại Sóc Trăng, FM 96.3 MHz (đến 2018 đổi sang FM 98.5 MHz) tại Đà Nẵng, FM 87,7 MHz tại Bình Phước và các khu vực Nam Trung Bộ, Đông Nam Bộ và Tây Nguyên vào ngày 1/11/2019

- Từ năm 2009, Đài đưa vào sử dụng trạm phát sóng ở tỉnh Sóc Trăng, nâng cao chất lượng phát sóng phục vụ người dân ở các tỉnh Đồng bằng sông Cửu Long Hiện nay Đài có hàng trăm chương trình, tiết mục, trong đó có hàng chục chương trình phát thanh trực tiếp mỗi ngày và tổng thời lượng phát trên ba sóng là 62 giờ/ngày

AM 610 KHz Kênh thời sự chính trị văn hóa tổng hợp phát sóng năm 1976 phát sóng từ Đà Nẵng đến Cà Mau

FM 99,9 MHz

103.2 MHz (ĐBSCL)87.7 MHz (Nam Trung Bộ, Tây Nguyên & Vùng Đô thị Tp

HCM)98.5 MHz (Đà Nẵng)96 MHz (Hà Nội)95.1 MHz (Nam Định)

Kênh thông tin thương mại giải trí tổng hợp phát sóng từ năm 1997 phát sóng toàn quốc.FM 87.7 MHz: Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam BộFM 98.5 MHz:

Đà NẵngFM 96 MHz: Hà Nội & khu vực Đồng bằng sông HồngFM 95.1 MHz: Nam Định & phía nam Đồng bằng sông HồngFM 103.2 MHz: Đồng bằng sông Cửu Long

Kênh Kinh tế - Thông tin - Thương mại - giải trí tổng hợp phát sóng từ khi Xone FM chuyển sang VOV FM 89.Được phát sóng từ Nam Trung Bộ, Tây Nguyên, Đông Nam Bộ.Khung giờ phát sóng:- Từ 5h đến 5h30 và từ 12h đến 14h sẽ phát chương trình trên sóng FM 87.7 MHz hàng ngày.- Từ 5h30 đến 12h, và từ 14h đến 5h sáng hôm sau sẽ tiếp sóng FM 99.9 MHz hàng ngày.