PHẦN A – SỰ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN HÌNH CHẤT LƯỢNG CAO HDTV, TRUYỀN HÌNH KĨ THUẬT SỐ TRONG NHỮNG NĂM GẦN ĐÂY Chương 1 – Tổng quan về truyền hình Việt Nam 1.1 Sơ lược về truyền hình Việt
Tổng quan về truyền hình Việt Nam
Sơ lược về truyền hình Việt Nam
1.1.1 Sự ra đời của truyền hình Việt Nam
Vào ngày 7 tháng 9 năm 1970, Việt Nam Dân chủ Cộng hòa đã phát sóng chương trình truyền hình thử nghiệm đầu tiên, do Đài Tiếng nói Việt Nam thực hiện Chương trình gồm 15 phút tin tức được phát thanh viên trực tiếp đọc trên mic và 45 phút ca nhạc.
Ngay từ những chương trình truyền hình thử nghiệm và các chương trình phát sóng phục vụ nhân dân đầu tiên, truyền hình Việt Nam đã dùng hình thức phát sóng trực tiếp do những hạn chế về mặt thiết bị kỹ thuật Lúc đó chúng ta chưa có máy ghi hình dùng băng từ và cũng chưa có telecine (máy chiếu phim truyền hình), nên phần lớn nội dung được phát sóng trực tiếp để phục vụ khán giả một cách nhanh chóng và trực quan.
Sau khi hiệp định Pari (1973) được kí kết, các chương trình của Đài THVN lại được tiếp tục phát sóng Các chương trình của Đài lần lượt được ra mắt công chúng như : Vì an ninh Tổ quốc (27/01/1973) (Buổi phát sóng đầu tiên của chương trình này là tối 16/08/1972), Câu lạc bộ nghệ thuật (21/02/1976), Kinh tế (09/05/1976) Tới khi chuyển về trung tâm Giảng Võ, từ 16/06/1976 mới phát chính thức hàng ngày
1.1.2 Truyền hình Việt Nam trong xu thế hội nhập
Truyền hình là một loại hình truyền thông phát triển dựa trên những thành tựu của khoa học kỹ thuật và công nghệ Trải qua nhiều thập kỉ từ khi ra đời và phát triển, truyền hình Việt Nam đã dần khẳng định được vị trí của mình so với các loại hìmh truyền thông khác nhờ những ưu thế vượt trội Không chỉ dừng lại ở những thành công đó, những nhà sản xuất truyền hình còn nghiên cứu tìm ra các phương pháp sản xuất các tác phẩm truyền hình sao cho phu hợp với xu thế phát triển của xã hội, và thị hiếu thưởng thức truyền hình của khán giả
Trong bối cảnh kinh tế hội nhập, nhu cầu thu thập tin tức của độc giả đã thay đổi, đòi hỏi những thông tin nhanh chóng, chính xác, sinh động và toàn diện Truyền hình đáp ứng tốt nhất những yêu cầu này so với các phương tiện truyền thông khác, mang lại nguồn tin nhanh, đáng tin và hình ảnh sống động cho khán giả Bên cạnh đó, lĩnh vực giải trí gắn với truyền hình được đẩy mạnh với hàng loạt gameshow được phát sóng rộng khắp cả nước, từ đó càng làm tăng sự không thể thiếu của truyền hình trong đời sống thông tin và giải trí của người Việt.
Thời kỳ kinh tế hội nhập và cách mạng vệ tinh được xem là bước ngoặt mang đến sự phát triển như vũ bão cho truyền hình Việt Nam Với nền kinh tế mở cửa và công nghệ vệ tinh ngày càng tiên tiến, ngành truyền hình có cơ hội bứt phá về nội dung đa dạng, chất lượng và khả năng phân phối đến khán giả một cách rộng khắp Đây là giai đoạn trọng tâm để các nhà sản xuất nội dung Việt Nam nâng cao chất lượng sản phẩm, tối ưu quy trình và đẩy mạnh chuyển đổi số trong truyền hình, từ đó nâng cao vị thế của truyền hình Việt Nam trên thị trường trong nước và quốc tế.
Quá trình hình thành và phát triển của HDTV
HDTV – High Definition Television là thuật ngữ chỉ các chương trình TV trình chiếu với độ phân giải cao nhất hiện nay, chủ yếu ở dạng kỹ thuật số Độ phân giải cao giúp hình ảnh trung thực và chi tiết hơn rất nhiều.
Tất cả các chương trình truyền hình và phim đều được hiển thị ở chế độ màn hình 16:9 Màu sắc thực hơn nhờ đường truyền băng rộng
Hệ thống âm thanh Dolby Digital 5.1 được phát sóng đồng thời với HDTV hỗ trợ chức năng âm thanh vòm sống động
Chương trình phát sóng thương mại đầu tiên thuộc về người Nhật vào năm 1969 trên nền tảng truyền hình analog, nhưng do "lý do kỹ thuật" nên không thể trở thành một xu hướng mới trong lĩnh vực phát sóng Thuật ngữ HDTV, như khái niệm hình ảnh chất lượng cao hiện nay, được giới thiệu lần đầu ở Mỹ, mở ra một bước tiến quan trọng cho sự chuyển mình của truyền hình.
1996 và chương trình phát sóng đầu tiên ở Mỹ vào năm 1998
Khác biệt giữa HDTV và tivi thường:
Điểm khác biệt lớn đầu tiên giữa HDTV và TV thường là độ phân giải TV truyền thống chỉ hiển thị tối đa khoảng 500 dòng và 500 cột điểm ảnh, tương ứng với 500x500 pixel (khoảng 250.000 điểm ảnh) Ngược lại, màn hình HDTV có thể chia ra 1920 cột và 1080 dòng quét, tương ứng với độ phân giải 1920x1080 pixel (hơn 2 triệu điểm ảnh) Nhờ đó lượng điểm ảnh hiển thị trên HDTV nhiều hơn gần 10 lần so với TV thường Điều đó đồng nghĩa HDTV có thể hiển thị nhiều chi tiết hơn.
Khác biệt lớn thứ hai là một số loại HDTV đòi hỏi có một đầu thu và giải mã tín hiệu độ phân giải cao (HDTV receiver) để có thể bắt sóng truyền hình HD trực tiếp từ đài phát.
1.2.2.1 Ảnh và tỷ lệ ảnh
Hình A-1 Tỷ lệ ảnh trong truyền hình (rộng : cao)
Tỷ lệ màn ảnh là tỉ lệ giữa chiều rộng và chiều cao của khung hình, xác định cách ảnh được hiển thị trên màn hình Đối với phim và truyền hình, tỷ lệ này thường được tham chiếu trong hình A-1 Quy ước độ phân giải tiêu chuẩn SDTV có tỷ lệ màn ảnh 4:3, trong khi HDTV với màn hình rộng lại dùng tỷ lệ 16:9.
Một bức ảnh số được biểu diễn bằng một ma trận hình chữ nhật gồm các pixel Trong hệ thống ảnh đen trắng, mỗi pixel là một đơn vị có giá trị độ sáng duy nhất, phản ánh cường độ ánh sáng tại vị trí đó Trong hệ thống ảnh màu, mỗi pixel chứa nhiều giá trị màu—thường là các kênh R, G, B—được liên kết với nhau để tái hiện nhận thức màu sắc của con người.
Hình A-2 Điểm ảnh của một số tiêu chuẩn
1.2.3 Các phương thức hiển thị hình ảnh
1.2.3.1 Interlaced (i) (Phương pháp quét xen kẽ)
Phương pháp này hiển thị khung hình với độ phân giải bằng một nửa trên các dòng quét lẻ, sau đó khung hình tiếp theo được hiển thị trên các dòng quét chẵn trong khi vẫn giữ khung hình trước, và luân phiên như vậy để tạo ra hình ảnh có độ phân giải chuẩn Ưu điểm của phương pháp là giảm yêu cầu xử lý của thiết bị phát hình và dung lượng lưu trữ cần thiết, đồng thời vẫn mang lại hình ảnh chi tiết tương đương với độ phân giải chuẩn.
Những nhược điểm của phương pháp này gồm dễ gây hiện tượng rung hình khi hiển thị trên màn hình CRT (trong khi với màn hình LCD hiện tượng này gần như không còn là vấn đề), và nhược điểm lớn nhất là khi hiển thị những hình ảnh có chuyển động nhanh cùng nhiều chi tiết sẽ gây bóng mờ, làm giảm chất lượng hình ảnh.
Thường ký hiệu bằng chữ i sau số dòng quét của độ phân giải, vd: 480i, 1080i
1.2.3.2 Progressive Scan (p) (Phương pháp quét liên tục)
Phương pháp hiển thị Progressive được xem là chuẩn xác nhất để trình chiếu hình ảnh, vì mỗi khung hình được lưu ở độ phân giải đầy đủ và thiết bị phát sẽ hiển thị toàn bộ khung hình đó trước khi chuyển sang khung hình kế tiếp Việc hiển thị lần lượt từng khung hình đầy đủ giúp loại bỏ hiện tượng quét sai và rung, đồng thời cải thiện độ chi tiết so với phương pháp Interlaced Ưu điểm nổi bật của Progressive là hình ảnh sắc nét hơn và ổn định hơn, đặc biệt phù hợp với các hình ảnh chuyển động nhanh.
Khuyết điểm của phương pháp này là yêu cầu cao về năng lực của thiết bị phát hình và cả phương tiện lưu trữ Do đó, các thiết bị có khả năng lưu trữ và phát tín hiệu hình ảnh ở độ phân giải 1080p thường có giá khá đắt.
Thường ký hiệu bằng chữ p sau số dòng quét của độ phân giải, vd: 1080p
1.2.4 Các độ phân giải màn ảnh
720p là độ phân giải HD thấp nhất được xem là chuẩn, với kích thước hình ảnh 1280x720 Độ phân giải này phù hợp với chuẩn màn hình rộng 16:9 và đang dần trở thành tiêu chuẩn phổ biến, thay thế cho tỷ lệ khung hình 4:3 trong nhiều nội dung video và phát trực tuyến.
So với chuẩn hình ảnh ở độ phân giải HD, với giới hạn tối đa 720x480, sự gia tăng đột biến của số lượng pixel hiển thị trên màn hình mang lại hình ảnh chi tiết và sắc nét hơn rất nhiều so với trước Việc tăng số pixel cho phép tái hiện các chi tiết nhỏ rõ nét hơn, cải thiện đáng kể chất lượng hình ảnh trên màn hình.
Tuy nhiên chuẩn này hiện nay ít được dùng nữa vì đã quá lạc hậu
1080p ra đời cùng lúc với 720p và có độ phân giải hiển thị 1920x1080, nhưng do phải hiển thị với phương thức quét xen kẽ (với ký hiệu i sau số dòng quét ngang) nên trong một số trường hợp hình ảnh mang lại ít chi tiết hơn so với 720p.
Với độ phân giải lên tới 1920x1080, đây là độ phân giải lớn nhất thuộc chuẩn hình ảnh HD ở thời điểm hiện tại Khi áp dụng phương thức hiển thị Progressive Scan (ký hiệu 'p' sau số dòng quét ngang), chất lượng hình ảnh được tăng lên đáng kể và mang lại độ trung thực cao nhất cho khung hình.
1.2.5 HDTV – xu hướng tất yếu của Việt Nam
Khi đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, nhu cầu về chất lượng của các chương trình truyền hình và giải trí cũng ngày càng lớn, buộc ngành phát thanh – truyền hình phải không ngừng đổi mới để đáp ứng khán giả Trong những năm gần đây, lĩnh vực này đã có những bước tiến nhảy vọt nhờ ứng dụng công nghệ mới, cải thiện nội dung và đa dạng hóa hình thức trình diễn, nhằm mang đến trải nghiệm xem tốt hơn cho người xem và tăng sức cạnh tranh trên thị trường.
Tổng quan về truyền hình số
1.3.1 Giới thiệu về truyền hình số
Truyền hình số là một phương pháp truyền hình hoàn toàn mới, sử dụng tín hiệu số để tạo, lưu trữ và truyền chương trình trên kênh thông tin Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự (analog) bởi khả năng thực hiện các chức năng mà tín hiệu tương tự gần như không thể làm được, đặc biệt trong xử lý tín hiệu và lưu trữ dữ liệu Phương pháp này mang lại khả năng xử lý nâng cao, tối ưu hóa lưu trữ và cải thiện chất lượng hình ảnh cho hệ thống truyền hình kỹ thuật số.
1.3.2 Đặc điểm truyền hình số
- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai
Thu di động tốt cho phép người xem theo dõi các chương trình truyền hình dù đang đi trên ôtô hoặc tàu hỏa Điều này được đạt được nhờ xử lý hiệu quả hiện tượng Doppler, giúp tín hiệu ổn định và chất lượng hình ảnh được duy trì ngay cả khi chuyển động nhanh Nhờ vậy, trải nghiệm xem TV di động trở nên liên tục và tiện lợi cho người dùng khi di chuyển.
- Truyền tải được nhiều loại thông tin
Quá trình truyền chịu ảnh hưởng bởi nhiễu và các dạng méo trên đường truyền; tuy nhiên, hệ thống mới giảm thiểu nhiễu và bảo toàn chất lượng hình ảnh, đồng thời loại bỏ hiện tượng bóng ma do các tia sóng phản xạ từ nhiều hướng tới máy thu Đây là một thách thức mà hệ analog vẫn chưa khắc phục được.
Tiết kiệm tài nguyên tần số là ưu thế nổi bật của việc phát sóng số Với một kênh 8 MHz trên mặt đất, kênh này chỉ truyền được một chương trình truyền hình analog duy nhất, nhưng có thể đồng thời truyền 4–5 chương trình truyền hình số đối với hệ ATSC và 4–8 chương trình đối với DVB‑T, tùy thuộc vào mức M‑QAM, khoảng bảo vệ và mã FEC.
- Bảo toàn chất lượng : không phụ thuộc nhiều vào khoảng cách thu phát
Tiết kiệm năng lượng và chi phí khai thác thấp được đạt được nhờ công suất phát ở mức vừa phải Với công nghệ thu số, cường độ điện trường cần để nhận tín hiệu thấp hơn so với thu analog, cho phép hệ thống hoạt động ở công suất phát nhỏ mà vẫn đảm bảo chất lượng thu Tuy nhiên, độ nhạy của máy thu số thấp hơn so với máy thu analog khoảng 20–30 dB, vì vậy cần thiết kế và tối ưu hóa hệ thống để cân bằng giữa hiệu suất và chi phí vận hành.
Mạng đơn tần (SFN) cho phép thiết lập mạng đơn kênh, nghĩa là nhiều máy phát cùng hoạt động trên một kênh sóng Cấu hình SFN tận dụng tối đa công suất và tối ưu hóa phân bổ tần số, mang lại hiệu quả cao khi phát sóng trên một kênh duy nhất Nhờ đó, SFN giúp giảm nhiễu kênh và cải thiện chất lượng truyền tín hiệu, tối ưu hóa hiệu suất mạng.
Hình A-3 So sánh phổ tín hiệu tương tự và số
1.3.3 Các phương thức truyền dẫn truyền hình số
1.3.3.1 Truyền qua cáp đồng trục Ðể truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần Tín hiệu video được số hoá, nén sau đó được đưa vào điều chế Sóng mang cao tần được điều chế 64-QAM (theo chuẩn Châu âu) hoặc 256-QAM (Nhật) Ðộ rộng kênh truyền phụ thuộc vào tốc độ dòng truyền tải của tín hiệu, phương pháp mã hoá và phương pháp điều chế
1.3.3.2 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang
Cáp quang có nhiều ưu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu số:
- Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao;
- Ðộ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài;
- Xuyên tín hiệu giữa các sợi quang dẫn thấp (-80 dB);
- Thời gian trễ qua cáp quang thấp
1.3.3.3 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh
Truyền tin qua vệ tinh được xem như một bước phát triển nhảy vọt của truyền thông vô tuyến chuyển tiếp Thông tin vệ tinh có ưu thế nổi bật trong những trường hợp cần phủ sóng rộng, truyền tải dữ liệu với độ ổn định cao và đảm bảo liên lạc ở vùng xa xôi, hải đảo hoặc nơi hạ tầng viễn thông mặt đất hạn chế Với khả năng kết nối liên tục và khôi phục linh hoạt, hệ thống vệ tinh hỗ trợ truyền thông khẩn cấp, cứu hộ và các dịch vụ truyền thông đa phương tiện ở quy mô lớn, đáp ứng tốt yêu cầu làm việc từ xa, học tập từ xa và hợp tác xuyên biên giới.
- Cự ly liên lạc lớn;
- Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng, phạm vi toàn cầu;
- Liên lạc đến các trạm di động trên phạm vi rộng (tàu viễn dương, máy bay, các đoàn thám hiểm, )
Kênh vệ tinh có băng tần rộng và giới hạn công suất phát so với kênh cáp và kênh phát trên mặt đất Các bộ khuếch đại công suất của hệ thống vệ tinh hoạt động với lượng lùi công suất nhỏ trong điều kiện phi tuyến, vì vậy điều chế QPSK được xem là tối ưu cho liên lạc vệ tinh Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường hoạt động ở dải tần số GHz.
1.3.3.4 Truyền tín hiệu truyền hình số trên mặt đất
Phát sóng truyền hình số mặt đất đã và đang được nghiên cứu và triển khai ở nhiều quốc gia trên thế giới trong nhiều năm gần đây Hiện nay có ba chuẩn truyền hình số mặt đất được áp dụng phổ biến là ATSC, DVB-T và ISDB-T, và chúng có điểm chung là đều sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video ATSC dùng điều chế 8-VSB, còn DVB-T và ISDB-T sử dụng công nghệ ghép đa tần trực giao có mã hóa COFDM Các sóng mang của các chuẩn này được điều chế ở các mức QPSK, DQPSK, 16-QAM hoặc 64-QAM tùy từng biến thể và điều kiện kênh.
1.3.4 Truyền hình số tại Việt Nam
Số hóa đang trở thành xu hướng tất yếu của ngành truyền hình toàn cầu, khi nhiều nước đã hoàn tất quá trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số Hà Lan, Thụy Điển, Thụy Sĩ và Mỹ là những ví dụ tiêu biểu cho tiến trình chuyển đổi thành công và nhanh chóng Trong khi đó, phần lớn các quốc gia khác vẫn đang ở giai đoạn triển khai, chuẩn bị và thực hiện các bước số hóa hệ thống phát sóng cũng như nội dung Quá trình này phản ánh sự dịch chuyển công nghệ mạnh mẽ và tác động lâu dài đối với ngành truyền hình.
Ở Việt Nam, nhận thức được những ưu điểm của truyền hình số và tính tất yếu của việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, từ năm 1997 Đài Truyền hình Việt Nam đã tiến hành một số đề tài nghiên cứu về truyền hình số và khả năng ứng dụng của nó Năm 1998, dự án lộ trình phát triển truyền hình số tại Việt Nam được triển khai Điểm đáng chú ý của dự án là đã xác định thời điểm bắt đầu phát thử nghiệm truyền hình số theo chuẩn DVB-T của Châu Âu tại Việt Nam vào năm 2001 Các kết quả thử nghiệm đã giúp Chính phủ quyết định ứng dụng rộng rãi công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo chuẩn Châu Âu tại Việt Nam từ tháng 3 năm 2005 Trong tương lai, truyền hình số chắc chắn sẽ tiếp tục phát triển mạnh mẽ ở nước ta.
Tín hiệu Audio - Video số
Tín hiệu Video số
2.1.1 Tín hiệu video số tổng hợp
Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số
Trong tín hiệu video PAL, tín hiệu tương tự được lấy mẫu rời rạc với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang màu (4fsc), vào khoảng 17,72 MHz Mỗi mẫu tín hiệu được lượng tử hóa bằng 10 bit, cho ra một chuỗi dữ liệu ở tốc độ 177 Mbps; ở mức lượng tử hóa 8 bit, chuỗi dữ liệu có tốc độ khoảng 142 Mbps.
Hình A-4 Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp
Tín hiệu video số tổng hợp có ưu điểm nổi bật về dải tần và khả năng xử lý mạnh, giúp cải thiện chất lượng hình ảnh trong truyền dẫn và ghi hình Tuy vậy, tín hiệu video số tổng hợp cũng chịu những nhược điểm giống với các tín hiệu tổng hợp khác, như hiện tượng can nhiễu và chói màu làm giảm độ trung thực của hình ảnh Bên cạnh đó, quá trình xử lý tín hiệu tổng hợp để tạo các kỹ xảo truyền hình đòi hỏi công nghệ và thuật toán phức tạp, gây thách thức về chất lượng và hiệu suất của hệ thống.
2.1.2 Tín hiệu video số thành phần
Tín hiệu video số thành phần (YUV) là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự sang dạng số, được quy định theo chuẩn quốc tế CCIR-601 hoặc ITU-R 601 Trong hệ thống này, tín hiệu chói (Y) được lấy mẫu ở tần số 13,5 MHz, trong khi hai tín hiệu màu (U và V) được lấy mẫu ở 6,76 MHz Mỗi mẫu được lượng tử hóa bằng 8 bit (256 mức) hoặc 10 bit (1024 mức), cho tốc độ bit tương ứng là 216 Mbps hoặc 270 Mbps.
Biến đổi tín hiệu video thành phần (YPbPr) cho phép tách tín hiệu thành độ sáng và hai kênh màu riêng biệt, từ đó truyền tải thông tin với dung lượng cao hơn so với tín hiệu video tổng hợp (CVBS) và giảm nhiễu do phối hợp màu không đồng bộ Nhờ phân tách này, chất lượng hình ảnh được bảo toàn tốt hơn khi truyền qua đường dây và thực hiện nén, mã hóa hoặc điều chỉnh màu sắc dễ dàng hơn cho từng thành phần, giúp xử lý video trở nên linh hoạt và chính xác hơn Tuy vậy, sự tương thích thiết bị và chi phí cho cáp và đầu thu/đầu phát thành phần có thể cao hơn so với hệ thống video tổng hợp, vì vậy quyết định chọn giữa video thành phần và video tổng hợp cần cân nhắc giữa chất lượng hình ảnh, khả năng xử lý và ngân sách.
Lọc thông thaáp Laáy maãu Đồng bộ
Tớn hieọuVideo toồng hợp digital năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo Hơn nữa không cong hiện tượng nhiễu chói màu như đối với tín hiệu video tổng hợp
Hình A-5 Biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần
Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các chip có tốc độ cao ra đời cho phép truyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành các phần nối tiếp trên một dây dẫn duy nhất Video số nối tiếp mang lại nhiều ưu điểm cơ bản như giảm chi phí và số lượng cáp, tăng tốc độ truyền, dễ dàng đồng bộ hóa dữ liệu và tối ưu hóa chất lượng hình ảnh cùng hiệu suất của hệ thống xử lý và truyền tải video số.
- Không bị nhiễu ký sinh, không méo, tỉ số S/N cao
- Chuyển đổi tín hiệu đơn giản
- Có thể cài tín hiệu audio trong chuỗi số liệu video số
Chỉ với một sợi cáp duy nhất có thể truyền cả tín hiệu audio và video, giúp tối ưu hóa kết nối và giảm thiểu sự phức tạp của hệ thống Nhờ đó, công tác thiết kế, lắp đặt và khai thác thiết bị được đơn giản hóa, mang lại sự thuận tiện và hiệu quả vượt trội.
Trong truyền hình số, hai phương pháp số hóa tín hiệu là tổng hợp và thành phần đã được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi Tuy nhiên, nhờ các tính chất ưu việt của phương pháp biến đổi tín hiệu thành phần, phương pháp này được khuyến khích sử dụng nhiều hơn Các kỹ thuật của phương pháp này được ứng dụng phổ biến, góp phần hình thành và chuẩn hóa các tiêu chuẩn cho truyền hình số.
Lọc thông thaáp Laáy maãu Đồng bộ
Tớn hieọu Video thành phần analog
Tớn hieọu Video thành phần digital
Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa
Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hóa
Tín hiệu Audio số
2.2.1 Sơ lược về tín hiệu Audio số Đầu năm 1980, các thiết bị audio số đã dần chiếm lĩnh và thay thế các thiết bị audio tương tự trong phát sóng và sản xuất Với những ưu điểm của tín hiệu audio số như:
- Độ méo tín hiệu nhỏ một cách lý tưởng (0.01%)
- Dải rộng âm thanh lớn gần ở mức tự nhiên (>90dB)
- Đáp tuyến tần số bằng phẳng (± 0.5dB)
- Việc tìm kiếm dữ liệu nhanh chóng, dễ dàng
- Độ bền ổn định lâu dài
Kết quả mang lại sự cải thiện đáng kể chất lượng ghi âm và xử lý tín hiệu âm thanh, đồng thời đáp ứng tốt nhu cầu lưu trữ dữ liệu và hỗ trợ các hệ thống sản xuất chương trình bằng máy tính.
Một tiêu chuẩn âm thanh số được ra đời nhờ sự hợp tác giữa hai hiệp hội hàng đầu là AES (Audio Engineering Society) và EBU (European Broadcasting Union) Tiêu chuẩn này đã đặt nền tảng cho sự phát triển của thiết bị ghi âm và các thiết bị trong studio, nơi tín hiệu được xử lý và phân phối hoàn toàn ở dạng số Đồng thời, nó khắc phục hiện tượng méo tín hiệu trong quá trình chuyển đổi giữa analog và số, và ngược lại, từ đó chất lượng âm thanh được nâng cao rõ rệt.
Hai lý do chính cho thấy xử lý tín hiệu âm thanh theo công nghệ số là thực sự cần thiết :
Chất lượng tái tạo của hệ thống audio số không phụ thuộc vào phương tiện ghi hay truyền tải, mà phụ thuộc vào chất lượng của quá trình chuyển đổi A/D và ngược lại Nói cách khác, hiệu suất âm thanh số được quyết định bởi độ chính xác của ADC và DAC, từ độ méo, nhiễu cho tới độ chi tiết và trung thực của âm thanh Để tối ưu chất lượng âm thanh số, cần tập trung vào công nghệ chuyển đổi tín hiệu, cải thiện độ phân giải và tốc độ lấy mẫu, cũng như các thuật toán xử lý tín hiệu số, thay vì chỉ chú ý đến loại phương tiện lưu trữ hoặc nền truyền tải.
- Việc chuyển đổi audio sang số mở ra rất nhiều cơ hội mà tín hiệu analog không đáp ứng được
2.2.2 Các thông số kĩ thuật đặc trưng ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu
- Tỉ số tín hiệu trên tạp âm (S/N) là tỉ số giữa mức điện áp hữu ích trên mức điện áp tạp âm đo bằng dB
Dải động của kênh truyền dẫn là tỉ lệ giữa mức điện áp ra ở trạng thái cực đại và cực tiểu mà không bị ảnh hưởng bởi tạp âm, được biểu thị bằng đơn vị decibel (dB) Giá trị cực đại của dải động phụ thuộc vào khả năng điều chế của hệ thống, trong khi giá trị cực tiểu bị quyết định bởi tạp âm của toàn kênh.
- Tín hiệu truyền đi thường bị giới hạn trong một dải tần số, tùy thuộc vào chất lượng của kênh
Trên một kênh truyền lý tưởng, tín hiệu đầu ra phải biến đổi tuyến tính so với tín hiệu đầu vào; nếu không, tín hiệu sẽ bị méo Méo tín hiệu thường được phân thành hai loại phổ biến là méo tuyến tính và méo phi tuyến.
Khi tín hiệu âm thanh được truyền qua các thiết bị như máy ghi băng từ tính hoặc máy quay đĩa, nó có thể chịu biến đổi tần số do sự chuyển động cơ học không đồng nhất của băng và đĩa, khiến tín hiệu gặp méo và suy giảm chất lượng âm thanh Hiện tượng này nhấn mạnh vai trò của việc kiểm soát tốc độ quay và căn chỉnh cơ học để giảm biến dạng tần số, từ đó đảm bảo âm thanh phát ra nguyên bản và ổn định.
Hiện nay, các mạng truyền thông phát triển cho phép truyền audio số một cách dễ dàng ở phạm vi rộng mà không bị tổn hao tín hiệu Phát thanh số (DAB) tận dụng các kỹ thuật này để loại bỏ nhiễu, giảm méo âm và quản lý nhiều đường truyền của tín hiệu audio một cách hiệu quả Nhờ vậy, DAB có thể khai thác dải tần một cách tối ưu hơn, cải thiện chất lượng âm thanh và tối ưu hóa băng thông cho hệ thống phát thanh số.
Thiết bị số được trang bị chương trình tự tìm lỗi (tự chẩn đoán) thiết kế sẵn, cho phép nó tự kiểm tra và nhận diện các lỗi bên trong hệ thống Khi gặp sự cố, máy sẽ chỉ ra lỗi của chính nó và cung cấp thông tin chẩn đoán rõ ràng Nhờ cơ chế này, nó sẽ không còn cần sử dụng máy tạo dao động để tìm kiếm tín hiệu, từ đó tăng hiệu quả bảo trì và rút ngắn thời gian xử lý sự cố.
Do đó thiết bị số rẻ hơn các thiết bị tương tự rất nhiều
Để các thiết bị số có thể hòa nhập với môi trường tương tự, tín hiệu tương tự cần được chuyển đổi sang số và ngược lại Tín hiệu audio số thực sự hấp dẫn hơn khi tín hiệu audio tương tự được chuyển đổi qua bộ biến đổi A/D thành tín hiệu số có sai lệch không đáng kể Quá trình số hóa giải quyết được độ phức tạp và định dạng số phù hợp cho các ứng dụng như truyền dẫn và ghi audio.
PHẦN B – CÁC CHUẨN TRUYỀN HÌNH KĨ THUẬT SỐ,
Xử lí tín hiệu số
Nén video số
Sau khi được số hóa ở độ sâu bit 8, tín hiệu video có tốc độ 216 Mb/s Để có thể truyền trên một kênh truyền hình thông thường, tín hiệu video số cần được nén ở mức bitrate phù hợp mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh.
Như vậy, mục đích của nén tín hiệu video là :
- Giảm tốc độ dòng bít của tín hiệu gốc xuống một giá trị nhất định đủ để có thể tái tạo ảnh khi giải nén;
- Giảm dung lượng dữ liệu trong lưu trữ cũng như giảm băng thông cần thiết;
- Tiết kiệm chi phí trong lưu trữ và truyền dẫn dữ liệu trong khi vẫn duy trì chất lượng ảnh ở mức chấp nhận đựơc
Nhằm nén tín hiệu như đã trình bày ở trên, hiện nay có nhiều chuẩn nén được sử dụng phổ biến như JPEG, M-JPEG, MPEG và DV Trong đó, MPEG được ứng dụng rộng rãi cho nén video; MPEG-2 được xem là thành công lớn trong truyền hình số, còn MPEG-4 phổ biến cho truyền hình trên mạng Internet.
1.1.2 Khái quát về nén MPEG
MPEG (Moving Picture Experts Group) là nhóm chuyên gia về hình ảnh, được thành lập từ tháng 2 năm 1988 với nhiệm vụ xây dựng tiêu chuẩn cho tín hiệu Audio và Video số Ngày nay, MPEG đã trở thành một kỹ thuật nén Audio và Video phổ biến nhất vì nó không chỉ là một tiêu chuẩn riêng biệt mà tùy thuộc vào yêu cầu cụ thể của từng thiết bị sẽ có một chuẩn thích hợp nhưng vẫn trên cùng một nguyên lý thống nhất.
MPEG-1, tiêu chuẩn đầu tiên do nhóm MPEG đề xuất, nhằm mã hóa tín hiệu Audio-Video ở tốc độ khoảng 1,5 Mbps và lưu trữ trên đĩa CD với chất lượng tương đương VHS.
Tiêu chuẩn MPEG-2 ra đời vào năm 1990, mang theo một hệ thống các công cụ mã hóa đa dạng được phát triển để đáp ứng nhiều nhu cầu kỹ thuật khác nhau Những công cụ này được gọi là các Profiles, đã được chuẩn hóa và có thể phục vụ cho nhiều mục đích khác nhau, từ phát sóng truyền hình kỹ thuật số và lưu trữ video đến phát lại trên đĩa DVD và các nền tảng video trực tuyến Nhờ tính chuẩn hóa và sự đa dạng của các Profiles, MPEG-2 cho phép các hệ thống và thiết bị nhận diện, xử lý và tối ưu hóa chất lượng hình ảnh theo mức băng thông phù hợp, đảm bảo tương thích trên nhiều thiết bị và nền tảng.
- Tiêu chuẩn tiếp theo mà MPEG đưa ra là MPEG-4, được đưa ra vào tháng
Kể từ năm 1998, một phương thức thiết lập và tương tác mới với truyền thông nghe nhìn trên Internet đã xuất hiện, mở ra cách thức sản xuất, cung cấp và tiêu thụ nội dung video dựa trên nội dung và hướng đối tượng (content/object-based) Phương pháp này tập trung vào tối ưu hóa mối quan hệ giữa nội dung và người xem, mang lại hiệu quả cao hơn cho chiến lược sản xuất nội dung số và phân phối video theo mục tiêu người dùng.
- MPEG-7: là một chuẩn dùng để mô tả các nội dung Multimedia, chứ không phải là một chuẩn cho nén và mã hoá audio/ảnh động như MPEG-1, MPEG-
MPEG-7 là chuẩn mô tả nội dung đa phương tiện, có thể kết hợp với các chuẩn nén như MPEG-2 hoặc MPEG-4 Nó sử dụng ngôn ngữ đánh dấu mở rộng XML (Extensible Markup Language) để lưu trữ metadata, đính kèm timecode nhằm gắn thẻ cho các sự kiện và đồng bộ hóa dữ liệu giữa các phần khác nhau của nội dung.
1.1.3 Cấu trúc dòng bit MPEG Video
Hình B-1 Cấu trúc dòng bit MPEG video
Sequence: Thông tin về chuỗi bit
- Video Params: chứa thông tin về chiều cao, bề rộng, tỷ lệ khuôn hình các phần tử ảnh
- Bitstream Params: Thông tin về tốc độ bit và các thông số khác
○ Nén trong ảnh (ảnh I – I Frame)
○ Nén liên ảnh (ảnh P – P Frame) Đoạn video và thông tin đầu đoạn tạo thành một dòng bít được mã hoá gọi là dòng cơ sở (Elementary Stream)
GOP (Group Of Picture): Thông tin về nhóm ảnh
Nhóm khung hình video là sự kết hợp của các khung I, P và B Cấu trúc của nhóm được xác định bởi hai tham số m và n: m xác định số khung hình B và P xuất hiện giữa hai khung hình I liên tiếp gần nhau nhất, còn n xác định số khung hình B xuất hiện giữa hai khung hình P Mỗi nhóm khung hình bắt đầu bằng khung I, đóng vai trò là điểm bắt đầu cho quá trình tìm kiếm và biên tập nội dung video.
Các tham số của đoạn mào đầu của GOP:
○ Time code: mã định thời, xác định giờ, phút, giây, ảnh
○ GOP Params: miêu tả cấu trúc GOP
Pict : thông tin về ảnh, các tham số trong phần mào đầu của Pict:
- Type: Cho phép bộ giải mã xác định ảnh đựơc mã hoá là ảnh I, P hay B
- Buffer Params: thông tin về Buffer(chỉ thứ tự truyền khung để bộ giải mã có thể sắp xếp các loại ảnh theo một thứ tự đúng)
- Encode Params: chứa thông tin về đồng bộ, độ phân giải và phạm vi của vector chuyển động
Slice: Mảng bao gồm một vài cấu trúc khối kề nhau
Mảng có kích thước lớn nhất có thể chứa toàn bộ bức ảnh, trong khi kích thước nhỏ nhất của mảng là một cấu trúc khối, cho thấy sự khác biệt giữa việc lưu trữ dữ liệu ở dạng toàn phần và ở dạng khối nhỏ Các thông số của đoạn mở đầu của Slice gồm các yếu tố như độ dài (length), vị trí dữ liệu và khả năng truy cập nhanh vào phần tử, giúp tối ưu hóa hiệu suất xử lý ảnh và quản lý bộ nhớ một cách hiệu quả.
- Vert PoS: Slice bắt đầu từ dòng nào
- Qscale: Thông tin về bảng lượng tử
Một cấu trúc khối là một nhóm các khối tương ứng với lượng thông tin chứa đựng trong kích thước 16x16 điểm trên bức ảnh
Các tham số của đoạn mào đầu của nhóm MB:
- Addr Iner: Số lượng MB được bỏ qua
- Type : Loại vector chuyển động dung cho Macroblock
- Qscale : Bảng lượng tử dùng cho Macroblock
- Coded Block Pattern (CBP): chỉ rõ Block nào được mã hoá
1.1.4 Các loại ảnh trong chuẩn MPEG
Trong nén MPEG người ta sử dụng 3 loại ảnh sau:
Ảnh I (Intra Pictures) là các khung hình được mã hóa mà không dựa vào tham chiếu từ các ảnh khác, dùng trong nén trong ảnh Chúng chứa đầy đủ thông tin cần thiết để tái tạo lại ảnh sau giải mã, nên tỷ lệ nén của ảnh I tương đối thấp.
Ảnh P (Predicted Pictures) được mã hóa từ ảnh I và các ảnh P trước đó nhờ thuật toán bù chuyển động, nhằm dự đoán các khung hình tiếp theo Các ảnh P có thể đóng vai trò làm cơ sở dữ liệu cho việc dự đoán ảnh tiếp theo, giúp tối ưu hóa nén và truyền tải video Tuy nhiên, do hạn chế của kỹ thuật bù chuyển động, số lượng ảnh P giữa hai ảnh I không thể quá lớn Tỷ lệ nén của ảnh P tương đối cao so với ảnh I, góp phần tăng hiệu quả nén của toàn bộ chu kỳ nén video.
Ảnh B (Bidirectionally Predicted Pictures) là các khung hình được mã hóa bằng phép nội suy giữa các khung I và P ở phía trước và phía sau, giúp dự đoán hình ảnh một cách chính xác và tăng hiệu quả nén Vì không được dùng làm tham chiếu để mã hóa các khung tiếp theo, ảnh B không phải là nguồn gốc sinh ra lỗi trong quá trình mã hóa Nhờ khả năng dự đoán hai chiều từ cả hai phía, các ảnh B mang lại tỷ lệ nén cao nhất cho video.
Hình B-2 Cấu trúc ảnh MPEG
The foundation of MPEG video compression is the hybrid approach that combines intra-frame compression and inter-frame compression Intra-frame compression reduces data within a single frame by removing spatial redundancy, encoding each frame independently as efficiently as possible Inter-frame compression leverages temporal redundancy between consecutive frames to predict and encode only the changes, enabling more compact representations across sequences.
Nén trong ảnh (Intra-Frame Compression) là phương pháp nén nhằm giảm thiểu thông tin dư thừa trong miền không gian của một khung hình Quá trình nén này có thể kết hợp cả các bước có tổn hao và không tổn hao để tối ưu dữ liệu và giữ lại chất lượng ở mức phù hợp Nén intra-frame chỉ dựa trên thông tin của khung hình hiện tại, không sử dụng thông tin của các ảnh trước và sau liên quan.
Nén không tổn hao (lossless compression) là phương pháp nén dữ liệu cho phép khôi phục lại dữ liệu gốc sau khi truyền dẫn hoặc lưu trữ mà không gây bất cứ tổn thất nào cho dữ liệu Dữ liệu sau khi giải nén sẽ khớp hoàn toàn với dữ liệu ban đầu, đảm bảo tính toàn vẹn và đầy đủ của nội dung Đây là lựa chọn lý tưởng khi cần bảo toàn chất lượng dữ liệu, chẳng hạn với văn bản, hình ảnh, âm thanh hoặc video, nơi mỗi bit đều quan trọng Các thuật toán nén không tổn hao phổ biến như Huffman, LZ77/LZ78, Deflate và LZW đóng vai trò chủ chốt trong các định dạng phổ biến như ZIP, PNG và FLAC, giúp giảm kích thước tệp mà vẫn giữ nguyên nội dung.
Nén Audio số
Chuẩn MPEG-2 là sự mở rộng của chuẩn nén MPEG-1 và cho phép thay đổi chất lượng âm thanh trong phạm vi rộng tùy thuộc vào tốc độ dòng bit từ thấp đến cao, với tốc độ dữ liệu từ 32 Kbps đến 1066 Kbps.
Khung số liệu audio theo chuẩn MPEG-2 được chia thành hai phần: một phần là dòng bit gốc tương thích với MPEG-1 (384 Kbps của lớp II) và một phần là dòng bit mở rộng để bổ sung dữ liệu và tăng khả năng mã hóa.
Chuẩn MPEG-2 bổ sung các tần số lấy mẫu mới gồm 16 kHz, 22.05 kHz và 24 kHz, mở rộng khả năng truyền băng tần từ 7.5–11 kHz và duy trì chất lượng cao khi tốc độ dữ liệu trên mỗi kênh nhỏ hơn 64 kbps.
Khả năng ứng dụng đa kênh cho phép mở rộng tốc độ bit từ trên 1 Mbps đến mức chất lượng cao Các dữ liệu liên quan được gửi trong khoảng trống dành cho dữ liệu phụ của cấu trúc khung số liệu âm thanh MPEG-1, nhằm đảm bảo sự tổ chức và đồng bộ cho hệ thống đa kênh.
Hình B-8 Định dạng dòng bit số liệu audio chuẩn MPEG-2 mở rộng của MPEG-1
Sub-band samples enable efficient audio encoding by representing signals within distinct frequency bands, while Left/Right basic stereo defines the fundamental two-channel setup that forms the stereo image Multi-lingual commentary expands accessibility by offering narration in multiple languages, and the MC predictor (multi-channel predictor) uses cross-channel information to predict future samples, improving compression for multi-channel streams Multi-channel audio data information encompasses the metadata and numerical characteristics describing signals across all channels, together enabling robust, scalable, and inclusive audio processing and delivery.
Hình B-9 Các chuẩn nén tín hiệu audio theo tiêu chuẩn MPEG.
Phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số
Hệ thống ghép kênh và truyền tải MPEG-2
Trong truyền tải MPEG-2, ghép kênh là ghép kênh gói dữ liệu Phương pháp ghép kênh gói (Packet Multiplexing) cho phép các gói dữ liệu từ các luồng sơ cấp như audio, video và dữ liệu được đan xen vào nhau theo chu kỳ hoặc không chu kỳ, các gói này được nối tiếp nhau để hình thành một dòng ghép kênh duy nhất, tối ưu hóa truyền tải và đồng bộ hóa giữa các luồng.
Hình B-10 Hệ thống ghép kênh MPEG-2
2.1.1 Hệ thống ghép kênh MPEG-2
Hình B-11 Hệ thống ghép kênh MPEG-2
Hệ thống ghép kênh MPEG được xây dựng trên cấu trúc dữ liệu dạng gói, tương tự dữ liệu dùng trên các mạng truyền thông Mỗi gói chứa hai phần cơ bản: phần tiêu đề (Header) và phần tải (Payload) Việc quản lý và ghép kênh theo kiểu gói cho phép tối ưu hóa băng thông, tăng tính linh hoạt và dễ dàng đồng bộ dữ liệu video và âm thanh trong quá trình truyền Phần Header mang các thông tin điều khiển và định danh luồng dữ liệu, trong khi Payload chứa dữ liệu media cần phát Thiết kế theo gói cũng tạo điều kiện mở rộng và tích hợp với các chuẩn mạng và dịch vụ truyền thông hiện đại.
- Phần mào đầu chứa thông tin cần thiết để xử lý tín hiệu ở phần tải (ví dụ như thông tin phân loại ảnh trong phần mào đầu gói ảnh)
Phân phối nội dung chứa thông tin chính có kích thước cố định hoặc có thể thay đổi Theo chuẩn MPEG, hệ thống ba dòng thông tin có thứ bậc được định nghĩa gồm dòng sơ cấp đã đóng gói, dòng chương trình và dòng truyền tải (Elementary Stream, Program Stream, Transport Stream).
Trong tiêu chuẩn MPEG-2, dòng bit tại đầu ra bộ mã hóa video/audio được gọi là dòng sơ cấp ES (Elementary Stream) Đơn vị truy nhập là một ảnh đối với dòng sơ cấp video và là một khung audio trong dòng audio cơ bản.
Các dòng ES sau khi được đóng gói sẽ trở thành một dòng sơ cấp đóng gói PES (Packetized Elementary Stream) PES có cấu trúc gồm phần đầu và phần tải, trong đó phần tải có độ dài thay đổi Các gói PES sau đó được chia thành các gói nhỏ hơn có độ dài cố định gọi là gói truyền tải TSP (Transport Stream Packet).
Mỗi loại gói cấu trúc nén dữ liệu được thiết kế cho các ứng dụng khác nhau Các gói PES cấu thành dòng chương trình PS (Program Stream) Khi PES được chia nhỏ thành các gói TP (Transport Packet), chúng tạo thành dòng truyền tải (Transport Stream).
Hình B-12 Hệ thống truyền tải MPEG-2
Lớp nén (Compress Layer) xác định toàn bộ quá trình nén, giải nén và đồng bộ cho tín hiệu video và âm thanh Lớp này mô tả cú pháp của các dòng video và audio đã mã hóa, đảm bảo dữ liệu được sắp xếp và giải mã đúng cách trong hệ thống phát Mỗi dòng là một đơn vị dữ liệu độc lập và cùng nhau cấu thành các dòng cơ bản ES (Elementary Streams), duy trì tính đồng nhất và khả năng xử lý của tín hiệu media.
Lớp hệ thống (System Layer) là phần mở rộng của MPEG-2 so với MPEG-1, quy định cú pháp nối các luồng video và audio riêng lẻ thành các dòng đơn lưu trữ (dòng chương trình PS) hoặc truyền dẫn (dòng truyền tải TS), đồng thời cung cấp các thông tin cần thiết cho phân kênh và đồng bộ tại phía thu Cuối lớp hệ thống có các thông tin đồng bộ tham chiếu như SCR (System Clock Reference) và tem thời gian trình diễn PTS (Presentation Time Stamp) được gắn vào từng dòng bit nhằm đảm bảo phát lại đúng giờ và đồng bộ giữa các luồng.
2.1.2 Dòng dữ liệu đóng gói (Packetized Elementary Stream- PES)
Dòng sơ cấp đi qua bộ đóng gói được chia thành các gói PES có độ dài tùy ý, với nội dung của mỗi gói có nguồn gốc từ một luồng dữ liệu, âm thanh hoặc video đã được mã hóa theo chuẩn MPEG-2, giúp quản lý và truyền tải nội dung đa phương tiện một cách linh hoạt và hiệu quả.
Cấu trúc gói PES trong tiêu chuẩn MPEG-2 như sau:
Hình B-13 Cấu trúc gói PES
Sau khi được đóng gói, các dòng video, audio cơ bản ES trở thành các dòng được đóng gói PES
2.1.3 Dòng chương trình (Program Stream- PS)
Các gói PES được sinh ra từ một hoặc nhiều dòng sơ cấp có cùng gốc thời gian (audio, video và dữ liệu) và được ghép thành các lô (pack) PS có tính lặp lại Trong header của lô PS, SCR đảm bảo định thời cho các gói audio và video, đồng thời là tín hiệu thời gian thực báo thời gian truyền lô đó Độ dài của một lô PS là tùy ý; số lượng và thứ tự của các gói trong lô không được xác định trước, nhưng các gói được gửi theo trình tự thời gian Một lô PS có thể mang tới 32 kênh audio, 16 kênh video và 16 kênh dữ liệu, tất cả đều có chung gốc thời gian Do nhạy với lỗi, PS được thiết kế để truyền trên các kênh có nhiễu thấp.
Hình B-14 Cấu trúc dòng chương trình (Program Stream)
2.1.4 Cấu trúc dòng truyền tải (Transport Stream- TS)
Dòng truyền tải TS có thể được hình thành từ sự kết hợp của một hoặc nhiều dòng chương trình PS có gốc thời gian độc lập hoặc từ một tập hợp các PES Tuy nhiên, PS không phải là một thành phần nhỏ của TS vì TS không chứa toàn bộ thông tin bán ảnh chương trình Khi trích PS từ TS, ta cần thu thập được một số thông tin nhất định Các gói PES bắt nguồn từ một hoặc nhiều ES sơ cấp, có thể dùng chung gốc thời gian hoặc có gốc thời gian khác nhau như dòng audio, video và dữ liệu, và chúng được ghép lại thành một dòng truyền tải TS gồm các gói có kích thước nhỏ mang tính lặp lại.
PS có đồng bộ chuẩn khác nhau cũng có thể được ghép hợp thành một TS qua sự chuyển đổi trong gói PES
Các gói TS có chiều dài cố định 188 byte, mang thông tin định thời và đồng bộ, đồng thời tích hợp cơ chế sửa jitter nhằm đảm bảo truyền tải tin cậy ở khoảng cách xa Kích thước gói cố định cho phép dễ dàng chuyển đổi TS thành các tế bào trong mạng ATM (Asynchronous Transfer Mode), tối ưu hóa hiệu suất truyền dữ liệu trong môi trường mạng lõi Vì tính kháng lỗi, gói TS được thiết kế cho các ứng dụng có sai số không thể bỏ qua, giúp duy trì chất lượng dịch vụ ngay cả khi điều kiện kênh truyền biến động.
Hình B-15 Cấu trúc gói truyền tải TS trong MPEG-2
Một trong những phần quan trọng nhất trong phần mào đầu gói TS là PID
Packet Identifier (PID) and Program Clock Reference (PCR) are fundamental components of MPEG transport streams Each transport packet includes a PID that identifies all payload packets belonging to the same elementary stream, and this PID also defines the type of data carried in the payload Along with PCR timing, these elements enable proper synchronization, routing, and playback of multimedia data across the network.
Bảng B-16 Các giá trị của số PID
Giá trị PID Mô tả
0x0000 Bảng hiệp hội chương trình 0x0001 Bảng truy nhập có điều kiện
0x0010÷0x1FFE Dòng dành cho PES, bảng MAP, bảng mạng
Ví dụ, khi gói truyền tải có PID bằng 0, nó mang dữ liệu của bảng Hiệp hội chương trình (Program Association Table – PAT) PAT là bảng thông tin mô tả các chương trình có trong luồng, liệt kê từng chương trình và chỉ ra PID của bảng Program Map (PMT) chứa thông tin chi tiết về chương trình đó Nhờ PAT, trình nhận có thể nhận diện các PMT tương ứng cho từng chương trình và biết cách lấy dữ liệu từ các gói PMT cho từng chương trình.
PSI (Program Specific Information) là khung thông tin điều phối dành cho các luồng truyền dữ liệu Các gói TS có PID = 0x10 trong phần Payload mang dữ liệu audio và video của dòng sơ cấp Khi PID = 0x1FFF, đây là gói rỗng Gói rỗng được thêm vào để duy trì tốc độ bit ổn định ngay cả khi tốc độ của các dòng sơ cấp có thể thay đổi.
PCR chứa thông tin thời gian sử dụng cho đồng hồ đồng bộ 27MHz trong bộ mã hóa và giải mã
Kỹ thuật điều chế số
M-PSK là phương pháp điều chế tín hiệu số trong đó thay vì truyền dưới dạng chuỗi các bit, thông tin sẽ được truyền đi dưới dạng các kí tự (symbol), mỗi symbol mang thông tin của 2,3 hoặc nhiều bit Các symbol được truyền lệch pha nhau Số lượng các bit, độ lệch pha của các symbol phụ thuộc vào giá trị M
Trong đó : A là biên độ tín hiệu
- ω sc = 2πf sc với f sc là tần số sóng mang
- M = 2 n ; M là số symbol được truyền trong một chu kỳ
- n là số nguyên dương bất kỳ và bằng số bit ứng với mỗi symbol ; i = 0, 1,
- S(t) là tín hiệu sau điều chế Hay dạng sóng tín hiệu là :
S i (t) = A I cosω sc t – A Q sinω sc t Trong đó : A I = Acos(2πi / M + λ) và A Q = Asin(2πi / M + λ)
Do đó có thể xem như hai sóng mang trực giao nhau với biên độ AI và
AQ, tùy theo pha được phát đi 2πi/M, trong bất kỳ khoảng tín hiệu Ts Những pha của symbol cách nhau khoảng là ±π/M
Điều chế QPSK (4-PSK) Điều chế khóa dịch pha cầu phương QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) ứng với trường hợp M = 4
Tín hiệu số sau điều chế là
Bộ điều chế sóng mang QPSK dịch pha 90 o , đối với trường hợp λ = 0 dạng sóng truyền đi có 4 khả năng :
Các dạng sóng này tương ứng với độ lệch pha sóng mang là 0 o , 90 o , 180 o , 270 o Nếu λ = π/4 thì S 0 (t), S 1 (t), S 2 (t), S 3 (t) sẽ bị dịch đi 45 o theo ngược chiều kim đồng hồ
Hình B-18 Bộ điều chế QPSK
2.2.2 M-QAM Để sử dụng tốt dải tần, phương pháp điều chế nhiều trạng thái lai ghép điều biên và điều pha gọi là QAM (Quadrature Amplitude Modulation) Trong phương pháp này cả pha lẫn biên độ đều được sử dụng để truyền thông tin số Mỗi tổ hợp pha và biên độ đại diện cho một ký tự phát
Dạng đơn giản nhất của QAM có thể xem như một hệ thống QPSK với hai sóng mang được điều chế biên độ cầu phương, hai mức biên độ là −A và A Khi tăng số mức cho mỗi sóng mang lên (từ hai mức lên bốn mức), hệ thống 16-QAM được hình thành Dạng tổng quát của trạng thái QAM-M được xác định bằng tín hiệu phát.
Trong hệ thống này, E0 đại diện cho năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất, trong khi ai và bi là cặp số nguyên độc lập được chọn dựa trên vị trí của điểm bản tin.
T = 2T b là thời gian của một ký hiệu
Biểu đồ không gian trạng thái của 16QAM
Hình B-19 Bộ điều chế QAM
Các tiêu chuẩn của truyền hình số
DVB-C (Truyền hình số - Cáp)
Hình B-20a Sơ đồ khối kĩ thuật của truyền hình cáp chuẩn DVB-C
Chuẩn DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable) là chuẩn chung cho truyền hình kỹ thuật số qua cáp, được phát triển bởi DVB Project – một tập hợp các tổ chức tiêu chuẩn châu Âu Chuẩn này chuẩn hóa việc truyền tín hiệu số qua hệ thống cáp, tối ưu hóa chất lượng hình ảnh và âm thanh, đồng thời quản lý hiệu quả băng thông để cung cấp dịch vụ truyền hình số qua cáp.
Một hệ thống truyền hình cáp số bao gồm các khối chức năng cơ bản như thu tín hiệu số, nén và mã hóa, điều chế, sau đó ghép kênh và truyền đến thuê bao Tại thuê bao, một Set-top-box số được lắp đặt để nhận tín hiệu, giải mã và hiển thị nội dung cho người xem.
Mã hoá nguồn và dồn kênh MPEG-2 (MUX): các dòng video, audio và dữ liệu sẽ được ghép kênh đưa vào một dòng chương trình MPEG-2 (PS) Một hoặc nhiều dòng chương trình sẽ được gộp vào một dòng truyền tài MPEG-2 (TS) Đây là dòng kỹ thuật số cơ sở mà thông qua các bộ thu Set Top Box (STB) cho phép truyền và nhận
Tỉ lệ bit cho phép truyền tải MPEG-2 phụ thuộc vào các tham số điều biên: nó có thể dao động trong khoảng từ 6 đến 64 Mbit/s
Phân tán năng lượng MUX: MPEG-2 TS được biết đến như các gói dữ liệu sắp xếp trình tự có độ dài 188 byte Trong kỹ thuật được gọi là phân tán năng lượng
Mã hóa ngoài là chế độ đầu tiên được đáp ứng, sử dụng dữ liệu truyền bằng mã khối không nhị phân RS có kích thước 188 hoặc 204 bytes, cho phép sửa tối đa 8 byte lỗi trên mỗi gói 188 byte.
Ghép xen ngoài: sự xen kẽ sử dụng việc sắp xếp lại dãy dữ liệu được truyền
Chuyển đổi bộ dữ liệu Byte/m: dữ liệu (byte) được mã hoá đưa vào bộ dữ liệu dưới dạng bit m (m=4,5,6,7 hoặc 8)
Mã hoá vi phân: 2 byte quan trọng nhất trong mỗi bộ dữ liệu m được mã hoá dưới dạng tín hiệu
Ánh xạ QAM là quá trình các chuỗi bit được ánh xạ vào chuỗi số băng cơ sở dưới dạng các ký hiệu phức tạp Quá trình này hỗ trợ năm chế độ điều chế QAM: 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM và 256-QAM, cho phép cân bằng giữa dung lượng dữ liệu và khả năng chống nhiễu tùy theo điều kiện truyền.
Băng cơ sở định hình: tín hiệu QAM với vai trò là bộ lọc định hình, nó sẽ loại bỏ những giao thoa tín hiệu ở những nhánh đến
Trong chu trình xử lý tín hiệu, DAC và Front-end là hai thành phần chủ chốt để chuyển tín hiệu số thành tín hiệu analog và lên tần số radio Tín hiệu số được biến đổi thành tín hiệu analog thông qua DAC, sau đó RF Front-end sẽ upconvert lên tần số radio để phát, đảm bảo chất lượng và hiệu suất truyền dữ liệu.
3.1.2 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình cáp
Mạng truyền hình cáp bao gồm 3 thành phần chính: hệ thống thiết bị tại trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu và thiết bị thuê bao
Hình B-20b Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình cáp
Hệ thống thiết bị trung tâm (Headend System) là nơi cung cấp và quản lý các chương trình cho hệ thống mạng truyền hình cáp Đồng thời, đây là nơi thu thập thông tin giám sát tình trạng mạng, kiểm tra hoạt động và cung cấp các tín hiệu điều khiển mạng để vận hành, quản lý và tối ưu hóa chất lượng dịch vụ cho người dùng.
Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp là hạ tầng truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng tới các thuê bao, có thể là mạng vô tuyến MMDS hoặc các hệ thống cáp như cáp quang và cáp đồng trục Nhiệm vụ của mạng này là nhận tín hiệu từ thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại và truyền vào mạng cáp; các thiết bị trên mạng sẽ khuếch đại, cấp nguồn và phân phối tín hiệu tới các thiết bị thuê bao Hệ thống này quyết định chất lượng dịch vụ, phạm vi phục vụ, số lượng thuê bao và khả năng mở rộng, nâng cấp mạng trong tương lai.
Thiết bị thuê bao đóng vai trò kết nối người xem với mạng truyền hình cáp và được xác định bởi công nghệ mà mạng đó đang sử dụng Với một mạng truyền hình cáp dùng công nghệ tương tự analog, thiết bị thuê bao có thể chỉ là một máy thu hình nhận tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Tuy nhiên, với một mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ số và các chuẩn như DVB-C hoặc DOCSIS, thiết bị thuê bao thường là hộp set-top hoặc TV có đầu giải mã và các giao diện để tương tác với các dịch vụ số, đồng thời có thể tích hợp dịch vụ dữ liệu Việc chọn đúng thiết bị thuê bao giúp tối ưu hóa chất lượng hình ảnh và âm thanh, mở rộng khả năng dịch vụ (VOD, catch-up, EPG, streaming) và đảm bảo khả năng mở rộng băng thông cho mạng Nhờ đó người dùng nhận được trải nghiệm liền mạch về truyền hình và dữ liệu qua cùng một hạ tầng.
Hệ thống thiết bị trung tâm
Thiết bị thuê bao (Customer System) Mạng phân phối tín hiệu
Trong mạng phân phối hiện đại, công nghệ được ứng dụng tối ưu với các thiết bị thuê bao gồm bộ chia tín hiệu, đầu thu tín hiệu truyền hình (set-top-box) và modem cáp Những thiết bị này nhận tín hiệu từ mạng và phân phối đến máy thu hình và máy tính của người dùng, cho phép thuê bao truy cập các dịch vụ của mạng như chương trình truyền hình, Internet và truyền số liệu.
Hình B-21 Sơ đồ hệ thống phát truyền hình số qua cáp theo khuyến nghị của ITU-R
Trong hệ thống truyền thông, tín hiệu âm thanh và video được đưa qua các khối xử lý số hóa và nén nhằm tối ưu chất lượng và dung lượng dữ liệu Sau đó, các khối ghép kênh dịch vụ, định dạng dòng truyền tải và mã hóa kênh truyền chống lỗi đảm bảo tính ổn định và an toàn khi truyền qua mạng Cuối cùng, tín hiệu được biến đổi thành tín hiệu đầu ra để phát hoặc truyền đến thiết bị nhận.
RF, khuếch đại đưa tới giao diện ghép kênh vật lý và kênh cáp.
DVB-S (Truyền hình số - vệ tinh)
DVB-S, viết tắt của Digital Video Broadcasting – Satellite, là một trong những tiêu chuẩn then chốt của truyền hình số Truyền hình vệ tinh đã mở ra một cuộc cách mạng công nghệ nhờ tín hiệu được thu trực tiếp từ vệ tinh, mang lại chất lượng và phạm vi phát sóng vượt trội Đến nay, chưa có bước nhảy nào trong kỹ thuật truyền hình có thể sánh bằng sự phát triển của công nghệ vệ tinh, và sau hơn ba thập kỷ sử dụng, vẫn chưa có giải pháp thay thế khả dĩ được nghĩ tới.
3.2.1 Sơ đồ khối hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh
Hình B-22 Sơ đồ khối hệ thống phát truyền hình số qua vệ tinh
Các khối chức năng và các từ kỹ thuật gồm có
- Subsystem video : hệ thống xử lý tín hiệu video
- Subsystem audio : hệ thống xử lý tín hiệu audio
- Video source coding and compression : Khối mã hóa nguồn và tín hiệu video
- Audio source coding and compression : Khối mã hóa nguồn và tín hiệu audio
- Ancillary data : dữ liệu phụ
- Control data : dữ liệu điều khiển
- Service multiplex and transport : Khối ghép kênh dịch vụ và truyền tải
- RF/Transmission system : Hệ thống phát tín hiệu RF
- Channel coding : Mã hóa kênh truyền
Các tín hiệu âm thanh và hình ảnh tương tự được đưa vào khối xử lý hình - tiếng, nơi chúng được lấy mẫu, chuyển đổi thành tín hiệu số và nén dung lượng; các tín hiệu số này sau đó được ghép kênh với dữ liệu phụ và dữ liệu điều khiển Dòng dữ liệu chương trình hình thành ở đầu ra khối ghép kênh và được định dạng thành dòng dữ liệu truyền tải, sau đó đưa tới khối mã hóa kênh truyền Tại khối mã hóa, dòng dữ liệu truyền tải được bảo vệ bằng các kỹ thuật mã hóa chống lỗi Reed-Solomon và Convolutional Code, kết hợp với quá trình hoán vị dữ liệu (Interleaver) để tăng khả năng chống lỗi Cuối cùng, dòng dữ liệu được đưa tới khối điều chế QPSK, chuyển đổi thành tín hiệu RF cho kênh truyền vệ tinh và được khuếch đại RF trước khi phát sóng. -**Support Pollinations.AI:**🌸 **Quảng cáo** 🌸 Nâng tầm nội dung công nghệ với Pollinations.AI, sử dụng [API miễn phí](https://pollinations.ai/redirect/kofi) của chúng tôi để tối ưu hóa SEO cho bài viết của bạn!
3.2.2 Truyền hình số qua vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB-S
Hình B-23 Sơ đồ khối hệ thống phát theo tiêu chuẩn DVB-S
Các khối trong sơ đồ:
- Video coder : Bộ mã hóa tín hiệu video
- Audio coder : Bộ mã hóa tín hiệu audio
- Data coder : Bộ mã hóa dữ liệu
- Service component : Thành phần dịch vụ
- MPEG-2 source coding and multiplexing : Mã hóa MPEG-2 và ghép kênh nguồn
- Program MUX : Ghép kênh chương trình
- Transport MUX : Ghép kênh dòng truyền tải
- MUX adaptation & energy dispersal : Đáp ứng ghép kênh và trải phổ dữ liệu
- Outer coder : Bộ mã hóa ngoài
- Con Inteleaver : Bộ ghép xen Inteleaver kết hợp với mã Convolution code
- Inner coder : Bộ mã hóa trong
- Baseband shapping : Lọc sửa băng tần gốc
- OFDM modulation : Điều chế lên tần số trực giao
- To RF channel satellite : Tới kênh truyền vệ tinh RF
Các quá trình xử lý dòng dữ liệu
- Đáp ứng ghép kênh dòng truyền tải và ngẫu nhiên hóa dữ liệu
- Mã hóa ngoài (sử dụng mã Reed-Solomon)
- Ghép xen Inteleaver kết hợp với mã Convolution code
- Mã hóa trong (sử dụng mã hóa Convolution code)
- Lọc sửa băng gốc và sắp xếp dữ liệu cho điều chế
- Điều chế lên các tần số trực giao
Truyền hình số vệ tinh chịu ảnh hưởng của hạn chế về công suất, nên trong thiết kế hệ thống tập trung vào các yếu tố chống nhiễu và can nhiễu thay vì tối ưu hóa việc sử dụng dải tần Để đạt được hiệu quả công suất cao mà không ảnh hưởng đến hiệu quả sử dụng dải tần, hệ thống này sử dụng điều chế QPSK kết hợp giữa các kiểu mã RS và mã tích chập.
Hệ thống sử dụng bộ ghép kênh theo thời gian (TDM) kết hợp với bộ ghép kênh theo tần số (FDM) để thực hiện ghép kênh chương trình và ghép kênh truyền dẫn một cách tối ưu Việc đồng bộ TDM và FDM cho phép tối ưu hóa dung lượng băng thông, phân bổ thời gian và tần số một cách hiệu quả, tăng khả năng truyền dẫn ổn định, giảm nhiễu và đảm bảo chất lượng kênh cho cả chương trình lẫn kênh truyền dẫn.
3.2.3 Sự phát triển của chuẩn truyền hình vệ tinh DVB-S
Việc Vinasat-1 được phóng vào quỹ đạo đánh dấu bước ngoặt cho sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình vệ tinh tại Việt Nam Tính đến tháng 10/2010, thị trường đã có nhiều nhà cung cấp dịch vụ truyền hình vệ tinh như HTVC, VCTV, SCTV, VTC, K+, mang đến hàng loạt ưu đãi hấp dẫn cho người xem Nhu cầu xem truyền hình vẫn rất lớn, khiến công nghệ truyền hình vệ tinh không ngừng được cải tiến và mở rộng để đáp ứng sự đa dạng hóa nội dung và chất lượng dịch vụ.
DVB-S2 là chuẩn truyền dẫn vệ tinh thế hệ thứ hai của DVB, ra đời nhằm mở rộng và nâng cao so với DVB-S và DVB-DSNG đang được sử dụng trên toàn thế giới Chuẩn DVB-S chỉ được thiết kế với điều chế QPSK để phục vụ quảng bá tín hiệu truyền hình và dữ liệu, nên gặp hạn chế khi truyền tải các ứng dụng có tốc độ bit cao như HDTV DVB-S2 được thiết kế để hỗ trợ các ứng dụng vệ tinh sau này với nhiều chế độ điều chế và kỹ thuật mã hóa tiên tiến, tối ưu hóa hiệu quả sử dụng băng thông và nâng cao chất lượng dịch vụ HDTV và dữ liệu.
○ Các dịch vụ tương tác
○ Hoàn toàn tương thích với chuẩn DVB-S
- Truyền hình vệ tinh DTH : DTH, viết tắt của cụm từ tiếng Anh “Direct
To Home, hay phát sóng trực tiếp tới nhà, là bước triển khai quan trọng của truyền hình vệ tinh Điều này giúp công nghệ truyền hình vệ tinh trở nên phổ biến và dễ sử dụng, đồng thời nâng cao chất lượng kênh và chất lượng truyền dẫn Nhờ đó, nó mở ra cơ hội kinh doanh mới cho các chương trình truyền hình có trả tiền.
DTH là cách hiểu đơn giản và hình tượng về khả năng thu hàng trăm kênh truyền hình phát qua vệ tinh bằng một cái chảo nhỏ và một cái hộp nhỏ, với nhiều kênh có thể đòi trả phí để xem.
DVB-T (Truyền hình số - Mặt đất)
3.3.1 Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình số mặt đất
Khối mã hóa nguồn (Source coding) là bước nén tín hiệu video và audio nhằm loại bỏ thông tin dư thừa và tối ưu hóa băng thông truyền tải trước khi đến khối ghép kênh, tham gia vào chuỗi xử lý tín hiệu số của hệ thống video và phát sóng Quá trình này thường tuân theo tiêu chuẩn MPEG-2, giúp bảo toàn chất lượng hình ảnh và âm thanh đồng thời nâng cao hiệu quả mã hóa và khả năng lưu trữ.
Khối ghép kênh (Multiplexing) là quá trình ghép kênh tín hiệu video và audio đã nén với các dữ liệu và thông tin đặc tả của một hoặc nhiều chương trình truyền hình để tạo thành một luồng MPEG-2 duy nhất Quá trình multiplexing tích hợp tín hiệu hình ảnh, âm thanh và siêu dữ liệu thành một luồng dữ liệu đồng bộ, giúp tối ưu hóa băng thông và đảm bảo phát lại ổn định trên các hệ thống truyền hình cũng như các dịch vụ streaming có yêu cầu chuẩn MPEG-2.
Khối mã hóa kênh truyền và điều chế (Channel coding & Modulation) đảm nhận hai chức năng cốt lõi nhằm truyền tín hiệu một cách tin cậy: mã hóa sửa lỗi đường truyền giúp giảm thiểu sai lệch dữ liệu do nhiễu và mất mạch, còn điều chế tín hiệu cho phép chuyển đổi tín hiệu số thành dạng tần số phù hợp để truyền trên kênh Sau đó, tín hiệu được đổi tần số từ tín hiệu cơ sở sang tần mang để phát lên môi trường truyền dẫn, cho phép tín hiệu di chuyển qua kênh vật lý một cách hiệu quả.
IF đến RF và khuếch đại công suất ra anten
Hình B-24 Sơ đồ hệ thống phát TH số mặt đất theo khuyến nghị của ITU-R
3.3.2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T
3.3.2.1 Đặc điểm của tiêu chuẩn DVB-T
Tiêu chuẩn DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial) là chuẩn truyền hình số mặt đất được các nước châu Âu tiến hành thử nghiệm và phát sóng, và được tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards Institute) công nhận vào tháng 2 năm 1997.
Tiêu chuẩn DVB-T áp dụng điều chế COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) để ghép kênh tín hiệu trực giao trên phổ tần số đã được mã hóa Về bản chất, COFDM là sự kết hợp giữa ghép kênh tần số trực giao OFDM và mã hóa kênh truyền (channel coding).
Tiêu chuẩn DVB-T có 2 chế độ khác nhau :
- Mode 2k : là mode khi sử dụng kỹ thuật OFDM trên trục tần số trong một băng tần, ta chia nhỏ tần số ra làm 1705 sóng mang phụ
- Mode 8k : là mode khi sử dụng kỹ thuật OFDM trên trục tần số trong một băng tần, ta chia nhỏ tần số ra làm 6817 sóng mang phụ
Trong mỗi chế độ truyền tải, có thể truyền tối đa hai cấp độ khác nhau trong khâu truyền dẫn MPEG-2 Ở chế độ không phân cấp, các chương trình không có sự ưu tiên trong quá trình truyền dẫn, vì vậy chỉ các vùng có cường độ trường vượt ngưỡng mới được thu nhận và chỉ có một giá trị duy nhất Với máy phát hoạt động ở chế độ phân cấp, do các ngưỡng khác nhau nên ưu tiên trong truyền dẫn tập trung vào phần mã hóa kênh và phần điều chế Chế độ phân cấp tại điều chế chỉ thực hiện được khi điều chế ở 16-QAM hoặc 64-QAM.
Mức ngưỡng “1” cho phép thu được toàn bộ chương trình, cả chương trình không ưu tiên và ưu tiên
Mức ngưỡng “2” chỉ cho phép thu được chương trình ưu tiên
- Tín hiệu vào : dòng truyền tải MPEG-2
- Tốc độ dữ liệu vào : 4.98 – 31.67 Mbps
- Điều chế không phân cấp : α = 1
- Điều chế sóng mang : QPSK, 16 QAM, 64 QAM
- Độ rộng kênh RF : 6, 7, 8 MHz
3.3.2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều chế COFDM
Hình B-25 Sơ đồ khối hệ thống điều chế COFDM
Tín hiệu dòng truyền tải MPEG-2 được đưa tới khối thích ứng ghép kênh dòng truyền tải và phân tán năng lượng (Adaptation Energy Dispersal) Từ đó, tín hiệu đi qua khối mã hóa ngoài (Outer coder) và tiếp tục qua khối ghép xen ngoài (Outer Interleaver) Sau đó, nó được xử lý bởi khối mã hóa trong (Inner coder) và khối ghép xen trong (Inner Interleaver) trước khi đến khối điều chế OFDM để tạo tín hiệu truyền tối ưu cho môi trường truyền dẫn.
The OFDM modulation block comprises the signal mapper, frame adaptation, the IFFT transform, and guard interval insertion The DVB-T transmitter input is an MPEG-2 multi-program transport stream with a bit rate ranging from 4.98 to 31.67 Mbps.
Khối thích ứng ghép kênh và phân tán năng lượng đóng vai trò then chốt trong hệ thống truyền tải MPEG-2 đa chương trình Dòng truyền tải MPEG-2 đa chương trình cần được thích ứng với đặc tính kỹ thuật và chế độ làm việc của máy phát để đảm bảo tín hiệu ổn định và chất lượng hình ảnh Việc tối ưu hóa ghép kênh và phân tán năng lượng giúp nâng cao hiệu suất truyền dẫn, giảm thiểu nhiễu và méo tín hiệu trong các kịch bản đa chương trình.
Sau khi xác định chế độ làm việc và thiết lập các tham số cần thiết, dòng dữ liệu chứa tốc độ bit được chọn sẽ được đưa vào mạch ngẫu nhiên hóa nhằm phân tán năng lượng một cách hiệu quả Quá trình này giúp tối ưu hóa việc phân phối năng lượng và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.
Nguyên lý ngẫu nhiên hóa là mạch cộng module 2 chuỗi dữ liệu vào với chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequence)
Mã hóa ngoài (Outer coder) trong hệ thống DVB-T của truyền hình số mặt đất dùng mã Reed-Solomon RS(204,188,t=8) Gói truyền tải 188 byte sau khi ngẫu nhiên hóa được ghép với 16 byte tương suy tạo thành gói mã 204 byte, cho phép sửa được 8 lỗi ngẫu nhiên trong 204 byte thu được.
Ghép xen ngoài (Outer Interleaver) : Để tránh hiện tượng lỗi trùm xảy ra
Trong các trường hợp mà những thách thức liên quan đến mã hóa nội bộ chưa thể giải quyết được, bộ ghép xen ngoài được sử dụng Theo tiêu chuẩn DVB-T, bộ ghép xen ngoài có số nhánh là I = 12 nhánh, tạo tiền đề cho việc ghép kênh và phân phối tín hiệu một cách tối ưu cho hệ thống phát DVB-T.
Mã hóa trong (Inner coder) : Hệ thống DVB-T sử dụng mã tích chập
Mã tích chập (convolutional code) dựa trên các tham số hệ số và bộ sinh, với độ dài thanh ghi giới hạn (constraint length) bằng 7 Hệ thống cho phép lựa chọn phương pháp sửa lỗi tối ưu cho từng dịch vụ hoặc cho một tốc độ dữ liệu nhất định ở chế độ truyền dẫn phân cấp và không phân cấp Điều này giúp tối ưu hóa hiệu quả truyền thông và khả năng phục hồi lỗi tùy thuộc vào yêu cầu của từng dịch vụ.
Ghép xen trong (Inner Interleaver) : Bao gồm bộ ghép xen bit (Interleaver
Bit) và bộ ghép xen kí tự (Interleaver Symbol)
Hệ phát sóng DVB-T sử dụng COFDM (Ghép kênh theo tần số trực giao có mã hóa) làm phương thức điều chế dữ liệu OFDM là một dạng đặc biệt của hệ thống điều chế đa sóng mang dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu thành các luồng con lên các sóng mang, và các sóng mang được điều chế với tốc độ bit thấp; với số sóng mang lớn, OFDM cho phép truyền tải luồng dữ liệu có tốc độ bit cao Ý tưởng cốt lõi của OFDM bắt nguồn từ sự suy giảm tín hiệu trong kênh phát sóng mặt đất: đáp ứng của kênh không đồng nhất theo từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính và tín hiệu phản xạ), khiến năng lượng thu được có thể thiếu hoặc có nhiều tín hiệu đồng thời Để tái tạo dữ liệu bị mất ở phía thu, dữ liệu cần được mã hóa trước khi phát.
Tính trực giao của các sóng mang
Việc sử dụng số lượng lớn sóng mang ban đầu có vẻ không mấy khả thi trong thực tế, vì cần nhiều bộ điều chế, giải điều chế và các bộ lọc kèm theo, và dải thông cũng cần rộng hơn để chứa các sóng mang này Tuy nhiên, vấn đề này được giải quyết khi các sóng mang được bố trí đều đặn cách nhau một khoảng fU = 1/TU, TU là khoảng symbol hữu ích Đây chính là điều kiện trực giao của các sóng mang trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao (OFDM) Hình B-26, B-27 biểu diễn hình ảnh của phổ tín hiệu OFDM với 16 sóng mang trực giao nhau trong dải thông kênh truyền dẫn và phổ tín hiệu RF của máy phát số DVB-T có dải thông 8MHz Các thành phần phổ của máy phát số DVB-T (gồm hàng ngàn sóng mang) chiếm hết dải thông 8MHz.
Hình B-26 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N
Hình B-27 Phổ tín hiệu RF thực tế
- Về mặt toán học, việc trực giao sẽ như sau : sóng mang thứ k được biễu diễn t jk k t e u
( ) với ωU = 2π / TU , và điều kiện trực giao mà sóng mang phải thỏa mãn là :