Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ qos của hệ thống truyền hình số dvb c của htvc,luận văn thạc sĩ chuyên ngành kỹ thuật điện tử

Các loại hình dịch vụ này được triển khai trong các hệ thống truyền hình vố tuyến với phương thức truyền dẫn mặt đất, truyền qua vệ tinh, và hệ thống truyền hình hữu tuyến, còn gọi là tr

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay, truyền hình là một trong những loại hình truyền thông phổ biến nhất phục vụ chủ yếu cho nhu cầu giải trí của con người Tuy là loại hình thông tin đại chúng mới xuất hiện từ khoảng giữa thế kỷ XX, nhưng truyền hình đã phát triển rất nhanh chóng và được phổ biến rộng rãi trong khoảng 4 thập kỷ gần đây Chiếc máy thu hình (Ti-vi) đã trở thành vật dụng thiết yếu trong các gia đình Đa số khán giả có thể tiếp xúc được với các chương trình truyền hình, tùy theo điều kiện thực tế về vị trí địa lý cũng như về kinh tế

Xã hội càng phát triển, nhu cầu giải trí trong lĩnh vực truyền hình của khán giả càng gia tăng Điều này dẫn đến sự xuất hiện nhiều loại hình dịch vụ truyền hình quảng bá thông qua nhiều phương thức cung cấp tín hiệu với sự hỗ trợ của kỹ thuật công nghệ tiên tiến Các loại hình dịch vụ này được triển khai trong các hệ thống truyền hình vố tuyến với phương thức truyền dẫn mặt đất, truyền qua vệ tinh, và hệ thống truyền hình hữu tuyến, còn gọi là truyền hình cáp Các hệ thống truyền hình vô tuyến và hữu tuyến có thể được thiết lập để phát các chương trình theo kỹ thuật tương

tự hay kỹ thuật số hoặc cả hai Trong đó, các hệ thống truyền dẫn truyền hình vô tuyến được phát triển trước, trong khi hệ thống truyền hình hữu tuyến được ra đời và phát triển sau

Hiện tại, tất cả các tỉnh, thành của Việt Nam, đều đã có đài truyền hình phát các chương trình riêng cho địa phương mình Ngoài các dịch vụ truyền hình vô tuyến mặt đất và qua vệ tinh, truyền hình cáp là loại hình dịch vụ đã trở nên phổ biến và ngày càng được quan tâm như là dịch vụ thiết yếu của đa số khán giả truyền hình, đặc biệt là

ở các thành phố lớn Hầu hết tại các thành phố lớn đã có mạng truyền hình cáp riêng phục vụ cho các khu vực trung tâm thành phố Điều này phù hợp với chỉ tiêu phát triển trong “Quyết định phê duyệt Quy hoạch truyền dẫn, phát sóng phát thanh, truyền hình đến năm 2020” của Thủ tướng chính phủ ngày 16/2/2009 là “đến năm 2015, mạng truyền hình cáp được triển khai tại 100% trung tâm các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương” Quyết định này cũng đã nêu rõ “ngừng việc sử dụng công nghệ truyền hình cáp tương tự trước năm 2020 để chuyển hoàn toàn sang công nghệ số với 100%

các mạng cáp dọc các tuyến đường, phố chính tại trung tâm các tỉnh, thành phố trực thuộc Trung ương được ngầm hoá” Để đáp ứng yêu cầu phục vụ của khán giả truyền hình, đồng thời đạt được mục tiêu phát triển đã được Chính phủ đưa ra, các nhà cung cấp dịch vụ phải thực hiện việc triển khai mở rộng, nâng cấp mạng cáp và nâng cao chất lượng dịch vụ Vì thế, trên cơ sở hiểu rõ về hệ thống dịch vụ đang được khai thác

để thực hiện việc mở rộng mạng cáp, việc nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật hệ thống mới

và đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ phải được thực hiện Đây cũng là

tính cấp thiết của đề tài này

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ thống truyền hình cáp Vì là hệ thống xuất hiện sau và được hình thành trên cơ sở nhu cầu đối với truyền hình về các thể loại, số lượng chương trình và sự tiện dụng của khán giả ngày càng gia tăng nên hệ thống truyền hình cáp mang tính tổng hợp các đặc tính kỹ thuật và nội dung chương trình của các hệ thống truyền hình vô tuyến Nói một cách khác, truyền hình cáp có tính kế thừa và phát triển trong lĩnh vực dịch vụ truyền hình quảng bá nói chung; nghĩa

là, hạn chế những nhược điểm và tận dụng những ưu điểm của các hệ thống vô tuyến

để có được dịch vụ tốt hơn cũng như có các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ

Điều này thể hiện sự định hướng nghiên cứu của luận văn Các nội dung nghiên cứu

liên quan đến cấu trúc và hoạt động của các hệ thống truyền hình quảng bá đã và đang được triển khai Trong đó, trọng tâm của đề tài là nghiên cứu sâu về hệ thống truyền hình số trên cáp và đưa ra các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ cho hệ thống này

Qua thời gian công tác tại Trung tâm truyền hình cáp HTVC - chi nhánh Nam Sài Gòn, tác giả đã có cơ hội được tiếp xúc, học hỏi và nghiên cứu về hệ thống truyền hình cáp Trong thời gian đầu đi vào hoạt động, HTVC cung cấp dịch vụ truyền hình cáp với các chương trình được phát bằng kỹ thuật tương tự Từ năm 2009, hệ thống truyền hình số trên cáp đã được triển khai nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển nói chung

Hệ thống này được xây dựng theo tiêu chuẩn truyền hình số quảng bá trên cáp của châu Âu có tên viết tắt là DVB-C (Digital Video Broadcasting - Cable) Đến nay, hệ thống DVB-C vẫn đang được khai thác và tiếp tục được đầu tư nâng cấp Mặc dù hệ thống DVB-C được triển khai và vận hạnh trong khuôn khổ các qui chuẩn kỹ thuật, nhưng trong quá trình khai thác vẫn bộc lộ những vấn đề ảnh hưởng đến chất lượng

dịch vụ cần được giải quyết và khắc phục Việc thực hiện luận văn này nhằm mục

đích hệ thống hóa kiến thức về các hệ thống truyền hình; và trên cơ sở nghiên cứu sâu

về hệ thống và các yếu tố tác động sẽ đề xuất các giải pháp nâng cao chất lượng dịch

vụ cho hệ thống DVB-C của HTVC Đây chính là các nội dung chính của đề tài Hơn

nữa, tác giả cũng mong rằng những nội dung được trình bày, phân tích trong luận văn này sẽ trở thành tài liệu tham khảo và hướng dẫn cho bộ phận kỹ thuật tại đơn vị; và sẽ

là cơ sở cho việc nghiên cứu tiếp theo về các chuẩn truyền hình số DVB thế thệ thứ hai

là DVB-S2, DVB-T2 và DVB-C2

Như vậy, luận văn này sẽ thực hiện các nội dung trình bày về kỹ thuật và các hệ thống truyền hình đã và đang được triển khai trong thực tế; giới thiệu về các chuẩn hệ thống truyền hình số, trong đó tập trung vào chuẩn DVB; tìm hiểu các hệ thống phát truyền hình số chuẩn DVB; phân tích sâu hơn về hệ thống DVB-C; trình bày cấu trúc

hệ thống và hoạt động của dịch vụ DVB-C của HTVC; và nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ DVB-C của HTVC Các nội dung này được thể hiện chi tiết qua các chương của đề tài Ngoài ra, việc thực hiện luận văn này còn được dựa trên

cơ sở nghiên cứu các lý thuyết ứng dụng trong lĩnh vực truyền hình cáp và những kinh nghiệm trong công tác thực tế tại Trung tâm truyền hình cáp HTVC Các nội dung này

sẽ được thể hiện chi tiết qua các chương của luận văn

Chương 1 sẽ giới thiệu về các hệ thống truyền hình vô tuyến và hữu tuyến Trong đó, nội dung chủ yếu là nêu lên sự đa dạng, ưu điểm và nhược điểm của các phương thức phát và thu các chương trình giữa các đài phát và khán giả truyền hình

Nội dung của Chương 2 sẽ giới thiệu về các đặc tính hệ thống của chuẩn truyền hình quảng bá kỹ thuật số DVB của châu Âu, sau khi hệ thống lại các kiến thức cơ bản

về tín hiệu truyền hình số; thực hiện điều này để tạo cơ sở cho người đọc nhận biết về bản chất tín hiệu của hệ thống truyền hình số mà luận văn nghiên cứu Nội dung sẽ được đề cập tiếp theo là tìm hiểu sự ra đời và phát triển của các chuẩn truyền hình số tiêu biểu trên thế giới nhằm giúp người đọc hình dung về việc cung cấp và sử dụng dịch vụ truyền số tại các nước tiên tiến, qua đó tạo cơ sở đánh giá cho chuẩn hệ thống DVB được áp dụng tại Việt Nam

Chương 3 sẽ trình bày các đặc điểm của các hệ thống phát truyền hình số DVB Việc phân tích về cấu trúc và hoạt động của các hệ thống này sẽ cung cấp những nhận

biết cơ bản về các dịch vụ truyền hình số mà người đọc có thể tiếp xúc thực tế Hơn nữa, nội dung này sẽ là tiền đề cho việc tìm hiểu sâu về hệ thống DVB-C ở Chương 4

Chương 4 sẽ trình bày một cách chi tiết đối tượng nghiên cứu chính của luận văn là hệ thống DVB-C Nội dung chương này sẽ phân tích chi tiết về cấu trúc, hoạt động và các đặc điểm của hệ thống DVB-C Những phân tích này sẽ là cơ sở ứng dụng của hệ thống dịch vụ DVB-C của HTVC

Chương 5 sẽ mô tả cụ thể về hiện trạng hệ thống và mô hình triển khai dịch vụ DVB-C của HTVC; trong đó sẽ tập trung phân tích các vấn đề kỹ thuật cần quan tâm khi vận hành và khai thác dịch vụ DVB-C trên hệ thống truyền hình cáp Người đọc sẽ

có những hiểu biết cụ thể về hệ thống truyền hình số trên cáp

Chương 6 sẽ thực hiện mục đích chính của đề tài là nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng dịch vụ DVB-C của HTVC Nội dung nghiên cứu sẽ tập trung vào việc phân tích các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ và sẽ đề xuất các giải pháp lý thuyết và thực tế Trong đó, một số giải pháp đã được ứng dụng thực tế là những kinh nghiệm của tác giả có được trong quá trình công tác tại HTVC sẽ được trình bày cụ thể

Trên tinh thần trao đổi và học hỏi, ngoài những nội dung kiến thức đã được thực hiện trong luận văn, tác giả rất mong muốn nhận được những ý kiến đánh giá và đóng góp từ người đọc Điều này sẽ làm cho luận văn được hoàn thiện hơn và sẽ góp phần vào giá trị thực tiễn ứng dụng của đề tài trong lĩnh vực truyền hình cáp nói chung

và hệ thống dịch vụ DVB-C nói riêng Một lần nữa, tác giả rất trân trọng và mong nhận được các đóng góp chân thành từ người đọc

Xin trân trọng cảm ơn./

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU

Các thuật ngữ viết tắt

Danh mục Hình vẽ

Danh mục Bảng

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG - 1 -

1.1 Tổng quan về kỹ thuật truyền hình và các hệ thống truyền hình - 1 -

1.1.1 Truyền hình vô tuyến - 1 -

1.1.2 Truyền hình hữu tuyến - 4 -

1.2 Giới thiệu hệ thống truyền hình cáp của HTVC - 5 -

1.3 Mục đích nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài - 6 -

1.4 Cấu trúc của luận văn - 7 -

1.5 Kết luận 8

-CHƯƠNG 2 SỰ RA ĐỜI VÀ PHÁT TRIỂN CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ DVB - 9 -

2.1 Tổng quan về truyền hình số - 9 -

2.1.1 Cơ bản về truyền hình số - Digital Television - 9 -

2.1.2 Các chuẩn truyền hình số đã được phát triển - 13 -

2.1.2.1 Chuẩn ATSC - 14 -

2.1.2.2 Chuẩn ISDB - 17 -

2.2 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số DVB .- 21 -

2.2.1 Đặc tính hệ thống DVB - 21 -

2.2.2 Các tiêu chuẩn truyền dẫn DVB - 24 -

2.2.2.1 Truyền dẫn vệ tinh (DVB-S) - 25 -

2.2.2.2 Truyền dẫn mặt đất (DVB-T) - 26 -

2.2.2.3 Truyền dẫn cho thiết bị di động (DVB-H) - 28 -

2.2.2.4 Truyền dẫn trên cáp (DVB-C) - 30 -

2.2.3 Tính tương tác của hệ thống DVB - 31 -

2.3 Kết luận 33

-CHƯƠNG 3 CÁC HỆ THỐNG PHÁT TRUYỀN HÌNH SỐ DVB - 34 -

3.1 Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB-S - 34 -

3.1.1 Kiến trúc hệ thống - 34 -

3.1.2 Mô hình triển khai DVB-S - 37 -

3.1.3 Những vấn đề kỹ thuật cần quan tâm trong DVB-S - 38 -

3.2 Hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T - 40 -

3.2.1 Kiến trúc hệ thống - 40 -

3.2.2 Mô hình triển khai DVB-T - 42 -

3.2.2.1 Mô hình máy phát hình số cộng với máy phát tương tự - 42 -

3.2.2.2 Bổ sung thêm phần phát số vào máy phát hình tương tự hiện có: - 44 -

3.2.3 Những vấn đề cần quan tâm khi triển khai DVB-T - 45 -

3.3 Hệ thống truyền hình số cho các thiết bị xách tay DVB-H - 47 -

3.3.1 Mô hình hệ thống DVB-H - 47 -

3.3.2 Khả năng tích hợp DVB-H trên DVB-T - 49 -

3.4 Hệ thống truyền hình số trên cáp DVB-C - 51 -

3.4.1 Kiến trúc tổng quát của hệ thống truyền hình cáp Cable TV - 51 -

3.4.2 Sự ra đời tất yếu của DVB-C - 52 -

3.4.3 Mô hình triển khai mạng HFC (Hybrid Fibre-Coaxial) - 53 -

3.5 Kết luận 57

-CHƯƠNG 4 HỆ THỐNG DVB-C - 58 -

4.1 Kiến trúc Headend của hệ thống DVB-C - 58 -

4.1.1 Thu thập tín hiệu đầu vào - 59 -

4.1.2 Giải mã luồng truyền dữ liệu đầu vào - 61 -

4.1.3 Định tuyến các luồng dữ liệu - 62 -

4.1.4 Ghép các luồng dữ liệu thành luồng truyền mới - 63 -

4.1.5 Mã hóa luồng truyền dữ liệu - 65 -

4.1.6 Điều chế tín hiệu DVB-C tại Headend - 69 -

4.1.6.1 Điều chế QAM - 69 -

4.1.6.2 Thiết bị QAM trong hệ thống DVB-C - 71 -

4.2 Hệ thống truy cập có điều kiện CAS (Conditional Access System) - 73 -

4.2.1 Mô hình hệ thống - 73 -

4.2.2 Nguyên lý hoạt động - 76 -

4.3 Hệ thống mạng truyền dẫn tín hiệu DVB-C - 77 -

4.3.1 Đặc tính kỹ thuật về truyền dẫn tín hiệu DVB-C và Analog TV trên mạng cáp - 77 -

4.3.2 Vấn đề qui hoạch mạng khi triển khai DVB-C - 80 -

4.4 Kết luận 81

-CHƯƠNG 5 CẤU TRÚC HỆ THỐNG VÀ HOẠT ĐỘNG CỦA DỊCH VỤ DVB-C CỦA HTVC - 83 -

5.1 Hiện trạng hệ thống trước khi triển khai DVB-C - 83 -

5.1.1 Cấu trúc Headend - 84 -

5.1.2 Cấu trúc mạng truyền dẫn - 88 -

5.2 Mô hình triển khai hệ thống DVB-C cho mạng HTVC - 92 -

5.2.1 Cấu trúc Headend chính - 92 -

5.2.2 Cấu trúc các Sub-Headend - 97 -

5.2.3 Hệ thống mạng cáp quang liên kết các Headend - 99 -

5.2.4 Một số vấn đề cần quan tâm khi kết nối các Headend - 100 -

5.3 Kết luận 101

-CHƯƠNG 6 CÁC GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG

……… DỊCH VỤ DVB-C CỦA HTVC - 103 -

6.1 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu DVB-C tại Headend - 104 -

6.1.1 Nguồn thu tín hiệu đầu vào - 104 -

6.1.2 Xử lý nén tín hiệu - 105 -

6.1.3 Định tuyến các luồng dữ liệu kênh chương trình - 106 -

6.2 Các yếu tố về mạng truyền dẫn ảnh hưởng đến chất lượng dịch vụ - 107 -

6.2.1 Công suất truyền tải của các thiết bị mạng - 107 -

6.2.2 Suy hao tín hiệu trên đường truyền - 108 -

6.2.3 Các nguồn nhiễu - 110 -

6.3 Thiết bị đầu cuối (Set-top-box) - 111 -

6.4 Những vấn đề còn tồn tại về mặt kỹ thuật - 114 -

6.4.1 Đối với nguồn thu tín hiệu và xử lý tín hiệu - 114 -

6.4.2 Đối với từ mạng truyền dẫn - 115 -

6.5 Các giải pháp nâng cao chất lượng cho dịch vụ DVB-C của HTVC - 116 -

6.5.1 Vấn đề chất lượng truyền tải chương trình và tiết kiệm băng thông - 116 -

6.5.2 Nâng cao năng lực mạng truyền dẫn và phẩm chất tín hiệu trên mạng cáp - 117 -

6.5.3 Xử lý những vấn đề phát sinh từ kết cấu hạ tầng kỹ thuật của các thuê bao - 119 -

6.6 Kết luận 121

KẾT LUẬN 123

-LỜI CẢM ƠN

Tài liệu tham khảo

Các thuật ngữ viết tắt

A

API Application Programming Interface Giao tiếp chương trình ứng dụng

ARIB Association of Radio Industries and

CATV Community Antenna Television Truyền hình tập hợp ăng-ten

COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Đa kết hợp phân chia tần số trực giao theo mã

D

DASE DTV Application Software Environment Môi trường phần mềm ứng dụng truyền

hình số DOCSIS Data Over Cable Service Interface Specification Đặc tính kỹ thuật giao tiếp dịch vụ dữ liệu trên cáp

DSNG Digital Satellite News Gathering Thu thập tin tức qua vệ tinh

DVB-CSA DVB-Common Scrambling Algorithm Thuật toán khóa mã DVB chung

E

ECM Entitlement Control Message Thông tin kiểm soát quyền truy cập

EIRP Effective Isotropic Radiated Power Công suất bức xạ đẳng hướng hiệu dụng

EMM Entitlement Management Message Thông tin quản lý quyền truy cập

ETSI European Telecommunications Standards Institute Viện tiêu chuẩn viễn thông châu Âu

F

H

I

IFFT Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh – nghịch

ISDB Integrated Services Digital Broadcasting Truyền hình số quảng bá liên kết dịch

vụ ISDB-T ISDB-Terrestrial Truyền hình số quảng bá liên kết dịch vụ phát mặt đất

ITU-R International Telecommunications Union,

Radiocommunication Sector

Liên minh viễn thông quốc tế, bộ phận thông tin vô tuyến

L

(LNA + đổi tần xuống)

LVDS Low Voltage Difference Signal Tín hiệu sai biệt điện áp thấp

M

N

NTSC National Television Standard Committee Ủy ban tiêu chuẩn truyền hình quốc gia

O

ODF Optical Fiber Distribution Frame Tủ phân phối cáp quang

OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing Đa kết hợp phân chia tần số trực giao

P

PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

Q

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương (1/4)

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha cầu phương (1/4)

R

S

SDTV Standard Definition Television Truyền hình số độ phân giải chuẩn

SMATV Satellite Master Antenna Television Truyền hình chủ yếu qua ăng-ten vệ

tinh

T

TPS Transmitter Parameter Signalling Tín hiệu tham số phát

U

V

Danh mục Hình vẽ

Chương 1

Hình 1.1: Phát và thu truyền hình vô tuyến tương tự - 1 -

Hình 1.2: Phát và thu truyền hình tương tự và truyền hình số mặt đất - 2 -

Hình 1.3: Truyền hình qua vệ tinh - 3 -

Hình 1.4: Hệ thống Cable TV - 4 -

Chương 2 Hình 2.1: Băng thông tín hiệu Video tổng hợp (Composite) - 10 -

Hình 2.2: Phổ tần tín hiệu PAL_B/G - 11 -

Hình 2.3: Tổng quan hệ thống truyền hình số phát quảng bá - 11 -

Hình 2.4: Cấu trúc cơ bản các thành phần của Middleware - 12 -

Hình 2.5: Sơ đồ khối chuẩn hệ thống ATSC - 14 -

Hình 2.6: Cấu trúc chức năng truyền dẫn / thu tín hiệu của ATSC - 15 -

Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống ISDB - 17 -

Hình 2.8: Các khối trong phần mã hóa của ISDB-T - 18 -

Hình 2.9: Sơ đồ khối quá trình điều chế tín hiệu ISDB-T - 20 -

Hình 2.10: Họ tiêu chuẩn DVB-H - 29 -

Hình 2.11: Tổng thể tính tương tác hệ thống DVB - 32 -

Chương 3 Hình 3.1: Kiến trúc hệ thống DVB-S - 35 -

Hình 3.2: Mô hình DTH (Direct-To-Home) - 37 -

Hình 3.3: Luồng dữ liệu DVB-S - 38 -

Hình 3.4: Các khối chức năng của hệ thống DVB-T - 40 -

Hình 3.5: Mô hình sử dụng nhiều bộ điều chế DVB-T và bộ tách ghép - 43 -

Hình 3.6: Mô hình bổ sung phần phát số vào máy phát hình tương tự hiện có - 44 -

Hình 3.7: Cấu trúc máy thu DVB-H - 47 -

Hình 3.8: Mô tả dịch vụ DVB-H chia xẻ với luồng truyền MPEG-2 - 49 -

Hình 3.9: Kiến trúc tổng quát Cable TV - 51 -

Hình 3.10: Kênh chương trình truyền hình cáp tương tự - 53 -

Hình 3.11: Kiến trúc mạng HFC - 54 -

Hình 3.12: Kích thước nút vật lý (physical) và nút luận lý (logical) - 55 -

Hình 3.13: Tổng quan quá trình kết nối thực tế của mạng HFC - 56 -

Chương 4 Hình 4.1: Các khối chức năng DVB-C - 59 -

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý quá trình mã hóa tín hiệu nguồn - 60 -

Hình 4.3: Bộ phận giải mã tín hiệu DVB - 61 -

Hình 4.4: Sơ đồ nguyên lý của bộ phận định tuyến & tách ghép (Routing&MUX) - 63 -

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý của công đoạn khóa mã (Scrambling) - 66 -

Hình 4.6: Sơ đồ khối quá trình điều chế tín hiệu QAM - 69 -

Hình 4.7: Giản đồ chòm sao điều chế 64-QAM (N=6) - 70 -

Hình 4.8: Chòm sao 4-QAM (a); 16-QAM (b); 64-QAM (c); 256-QAM (d) - 70 -

Hình 4.9: Sơ đồ nguyên lý khối điều chế tín hiệu DVB-C (MOD) - 71 -

Hình 4.10: Sơ đồ chi tiết “Digital Upstream Converting Unit” - 72 -

Hình 4.11: Kiến trúc CAS DVB-SimulCrypt - 73 -

Chương 5 Hình 5.1: Cấu trúc HE trước khi triển khai DVB-C - 84 -

Hình 5.2: Sơ đồ khối bộ điều chế tương tự - 85 -

Hình 5.3: Tổng quan cấu trúc mạng truyền dẫn của HTVC - 88 -

Hình 5.4: Sơ đồ khối máy phát quang - 89 -

Hình 5.5: Cấu trúc chức năng của thiết bị Nút quang (Optical Node) - 90 -

Hình 5.6: Các bộ khuếch đại (điển hình) sử dụng trên mạng truyền dẫn - 91 -

Hình 5.7: Sơ đồ kết nối thực tế hệ thống DVB-C - 93 -

Hình 5.8: Kết hợp các luồng tần số RF cho khối phát tại Headend chính - 96 -

Hình 5.9: Cấu trúc Sub-HE - 97 -

Hình 5.10: Sơ đồ khối máy thu tín hiệu quang - 98 -

Hình 5.11: Cấu trúc mạng cáp quang HTVC - 99 -

Hình 5.12: Tủ ODF tại các trạm HUB (a); và Sub-HE (b) - 100 -

Chương 6 Hình 6.1: Cấu trúc thiết bị khử nhiễu tín hiệu điện trên mạng cáp - 111 -

Hình 6.2: Mô hình dựng/phát chương trình số - 116 -

Hình 6.3: Card giao tiếp SDI/DVB-ASI - 117 -

Hình 6.4: Kết nối chuẩn của cáp đồng trục - 120 -

Danh mục Bảng

Chương 2

Bảng 2.1: Các tỉ lệ mã hóa trong (Convolutional Coding) - 19 -

Bảng 2.2: Tốc độ dữ liệu MPEG-2 cho các thể loại chương trình - 23 -

Bảng 2.3: Chế độ và hiệu suất điều chế tín hiệu số - 24 -

Bảng 2.4: Đặc tính tần số truyền tải của DVB-S - 25 -

Bảng 2.5: Tổng vận tốc dòng dữ liệu - 28 -

Bảng 2.6: Các tiêu chuẩn kênh tương tác DVB - 32 -

Bảng 2.7: Đặc tính của các phiên bản MHP (Multimedia Home Platform) - 33 -

Chương 5 Bảng 5.1: Phân bổ tần số RF - 96 -

Chương 6 Bảng 6.1: Độ suy hao của cáp đồng trục - 109 -

Bảng 6.2: Tiêu chí kiểm tra mức tín hiệu tại các thiết bị mạng - 118 -

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 Tổng quan về kỹ thuật truyền hình và các hệ thống truyền hình

Truyền hình là phương tiện truyền thông đại chúng phản ánh một cách sinh động và có tính xác thực (mắt thấy, tai nghe) các hoạt động của xã hội Các lĩnh vực của xã hội đều có thể được diễn tả, thu lại và chuyển tải đến quảng đại quần chúng thông qua sóng truyền hình Hơn nữa, xã hội ngày càng phát triển dẫn đến nhu cầu tiếp cận thông tin, giải trí, thưởng thức ngày càng gia tăng Sự phát triển của kỹ thuật công nghệ cũng là cơ sở để kỹ thuật truyền hình phát triển và có nhiều phương thức truyền tải chương trình đến với người xem Theo đó, có hai dạng kỹ thuật truyền hình cơ bản

đó là kỹ thuật tương tự (Analog) và kỹ thuật số (Digital) Đối với phương thức truyền tải, có hai dạng là truyền hình vô tuyến và truyền hình hữu tuyến Cả hai dạng này đều

có khả năng truyền tải được các chương trình tương tự và số đến với người xem Để hiểu rõ hơn, Mục 1.1.1 và Mục 1.1.2 sẽ trình bày về các đặc điểm của hệ thống truyền

vô tuyến và truyền hình hữu tuyến

1.1.1 Truyền hình vô tuyến

TV

Sóng vô tuyến (RF - Radio Frequency)

>

Đài truyền hình địa phương

Đài truyền hình lân cận

Đài truyền hình lân cận

Set-top-box

Analog

Hình 1.1: Phát và thu truyền hình vô tuyến tương tự

Hình 1.1 mô tả một hệ thống phát và thu truyền hình vô tuyến tương tự điển hình Theo phương thức truyền thống, khi sử dụng một ăng-ten tương tự và một máy

thu hình (Ti-vi), người ta có thể thu và xem được nội dung các chương trình truyền hình của đài địa phương và một số đài tỉnh, thành lân cận Đây là dạng truyền hình phổ biến và dễ sử dụng nhất, được gọi là truyền hình quảng bá qua sóng vô tuyến bằng công nghệ tương tự Trong kỹ thuật truyền hình tương tự thì mỗi sóng mang chỉ tải được một kênh chương trình Tín hiệu hình ảnh và âm thanh được truyền tải thông qua một sóng vô tuyến điện từ tần số cao, còn gọi là sóng mang, bức xạ từ cột ăng-ten phát của đài truyền hình đến ăng-ten thu của Ti-vi Mỗi đài truyền hình được cấp phát một (hay hai, ba) tần số cố định để phát sóng các chương trình Như vậy, tại vị trí đặt ăng-ten thu, tùy vào mức độ phủ sóng của các đài phát mà trên Ti-vi có thể trình chiếu các kênh truyền hình với mức độ rõ nét hay không rõ nét Thêm vào đó, người xem cần điều chỉnh ăng-ten theo hướng thu tín hiệu tốt nhất có thể để xem rõ hơn

Theo phương thức mới hơn, cũng với ăng-ten thu tương tự và máy thu hình nhưng có trang bị thêm hộp giải mã (Set-top-box), khán giả có thể thu và xem được các chương trình với số lượng phong phú và chất lượng hình ảnh, âm thanh tốt hơn Dạng này là truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB-T (Digital Video Broadcasting – Terrestrial)

TV

Sóng vô tuyến (RF - Radio Frequency)

>

Đài truyền hình địa phương

Đài truyền hình lân cận

Đài truyền hình lân cận

Set-top-box

RF Analog

RF DVB-T

Analog

Hình 1.2: Phát và thu truyền hình tương tự và truyền hình số mặt đất

Hình 1.2 mô tả các phương thức phát và thu tín hiệu truyền hình vô tuyến tương

tự và truyền hình số mặt đất Ti-vi trong hình này có thể vừa thu được các kênh truyền hình tương tự vừa trình chiếu được các chương trình phát theo công nghệ số (DVB-T), cách kết nối cũng thật đơn giản Hình thức phát và thu tín hiệu DVB-T cũng là qua

sóng vô tuyến điện từ tần số cao Sự khác biệt của phương thức này là phải có box để giải mã tín hiệu truyền hình số, đó là sự khác biệt hoàn toàn về mặt công nghệ [1] Công nghệ truyền hình số (Digital Television) được giới thiệu trong Chương 2

Set-top-Hiện nay, không có nhiều đơn vị cung cấp tín hiệu DVB-T và vùng phủ sóng cũng rất hạn chế Có thể kể đến một số nhà cung cấp như: Tổng công ty truyền thông

đa phương tiện – VTC, Đài phát thanh truyền hình Bình Dương – BTV và Đài truyền hình thành phố Hồ Chí Minh – HTV; nhưng, cũng chỉ phục vụ được một số ít khán giả trong vùng phủ sóng của đài truyền hình Đối với phương thức truyền hình qua sóng

vô tuyến mặt đất (cả tương tự và số), vấn đề gây trở ngại nhất cho tầm phủ sóng là đặc trưng về vị trí địa lý của các vùng miền (đồng bằng, miền núi, hải đảo, giữa các quốc gia) Khó khăn này được khắc phục tối đa trong phương thức truyền hình qua vệ tinh

International Satellite

Domestic satellite

SMATV

Hình 1.3: Truyền hình qua vệ tinh

Hình 1.3 mô tả phương thức truyền hình qua vệ tinh Trước đây, khi công nghệ

số chưa phát triển, phương thức truyền hình qua vệ tinh cũng đã được áp dụng cho truyền hình công nghệ tương tự Khi đó, mỗi kênh truyền vệ tinh chỉ tải một kênh chương trình Khi công nghệ truyền hình số (DVB) ra đời và phát triển, mỗi kênh truyền vệ tinh tải được nhiều kênh chương trình hơn Cũng như DVB-T, nơi thu tín hiệu DVB-S cũng cần có máy thu để giải mã tín hiệu Ăng-ten thu là loại chuyên dụng (ăng-ten parabol) và có đặc tính tương thích với luồng tín hiệu Tuy phương thức

truyền hình qua vệ tinh có ưu thế mạnh về không gian vùng phủ sóng nhưng cũng có những nhược điểm khó tránh khỏi Hệ thống DVB-S được trình bày cụ thể trong Chương 3

Như vậy, các hệ thống truyền hình vô tuyến có thể truyền tải được các kênh chương trình truyền hình kỹ thuật tương tự và kỹ thuật số Một cách tổng quát, vấn đề khó khăn chủ yếu là giao tiếp phát và thu qua môi trường vô tuyến

1.1.2 Truyền hình hữu tuyến

Chất lượng của tín hiệu thu của các hệ thống truyền hình vô tuyến bị ảnh hưởng rất lớn bởi các môi trường vô tuyến Điều này cũng hạn chế phần nào khối lượng các kênh và các chương trình mà các hệ thống vô tuyến có thể truyền tải được Trong khi

đó, với nhiều đối tượng khán giả có sở thích khác nhau, ở những lứa tuổi khác nhau cần có sự phân loại chương trình thành những kênh chuyên biệt cho từng lĩnh vực để đáp ứng nhu cầu Song, trong khán giả luôn tồn tại sự chọn lựa nhà cung cấp chương trình theo ý thích Trong khi đó, đối với các phương thức truyền hình vô tuyến, khán giả chỉ xem được các chương trình từ một số ít đài truyền hình Thêm vào đó, muốn xem được các chương trình ở các dạng khác nhau cần phải có những kết nối khác nhau Bên cạnh đó là những mặt hạn chế chính có từ ăng-ten thu như lệch hướng, chiếm diện tích, mưa giông sấm sét ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu Các hệ thống hữu tuyến hoàn toàn có thể khắc phục được các nhược điểm này Truyền hình hữu tuyến còn được gọi là truyền hình cáp Phương thức truyền hình cáp có thể khắc phục những khó khăn kể trên vì là tổng hợp của các phương thức truyền hình vô tuyến đã giới thiệu

DVB-C

Analog

Hình 1.4: Hệ thống Cable TV

Hình 1.4 mô tả một cách tổng quát về hệ thống truyền hình cáp (Cable TV) Truyền hình cáp là phương thức cung cấp các chương trình truyền hình đến khách hàng theo đường tín hiệu sóng vô tuyến RF (Radio Frequency) được phát đến Ti-vi thông qua cáp đồng trục Hệ thống truyền hình cáp ban đầu còn được biết đến với tên gọi hệ thống truyền hình ăng-ten tập hợp CATV (Community Antenna Television) Như vậy, với phương thức truyền hình cáp, khán giả có thể xem được cả hai dạng truyền hình tương tự và số mà không cần quan tâm đến việc lắp đặt ăng-ten thu

Trong giai đoạn đầu hình thành và phát triển, các hệ thống CATV phát các chương trình theo công nghệ tương tự Với đặc trưng của truyền hình tương tự, mỗi tần số sóng mang RF chỉ tải được một kênh chương trình trong khi tài nguyên tần số

RF là hữu hạn Theo đó, có thể thấy ngay là hệ thống truyền hình cáp tương tự bị hạn chế về số lượng chương trình Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình từ tương tự sang số, các nhà sản xuất thiết bị và cung cấp dịch vụ truyền hình cáp đã nghiên cứu và ứng dụng công nghệ số để cho ra đời chuẩn truyền hình số trên cáp DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable) Với những ưu điểm của truyền hình số,

hệ thống DVB-C đáp ứng tốt về nhu cầu số lượng chương trình và hình ảnh, âm thanh chất lượng cao Cấu trúc và hoạt động của hệ thống này sẽ được trình bày ở Chương 4 Đây cũng là đối tượng nghiên cứu chính của luận văn Dịch vụ truyền hình số trên cáp DVB-C là hướng phát triển chủ yếu của các nhà khai thác truyền hình cáp ở Việt Nam, trong đó có HTVC

1.2 Giới thiệu hệ thống truyền hình cáp của HTVC

Trung tâm truyền hình cáp HTVC (HTV Choice Center) là đơn vị cung cấp dịch vụ truyền hình cáp tại thành phố Hồ Chí Minh và một số tỉnh lân cận Được thành lập vào ngày 01 tháng 7 năm 2003, HTVC ra đời nhằm đáp ứng nguyện vọng của đông đảo khán giả trong và ngoài nước về nhu cầu hưởng thụ các sản phẩm văn hóa và giải trí đa dạng Mục tiêu của HTVC là đa dạng hóa các dịch vụ truyền hình, đưa ra nhiều

sự lựa chọn cho khách hàng thông qua việc cung cấp các chương trình truyền hình trong và ngoài nước với nhiều thể loại, bằng nhiều phương thức, trên cơ sở đón đầu và ứng dụng các công nghệ kỹ thuật truyền hình tiên tiến, hiện đại trên thế giới HTVC hiện đang phát sóng hơn 100 kênh truyền hình trong và ngoài nước phục vụ khán giả Chương trình được chia thành 8 nhóm chính: Phim truyện, Ca nhạc, Thể thao, Tin tức

kinh tế tài chính-Thông tin mua sắm, Thiếu nhi , Giải trí -Tổng hợp, Khám phá - Khoa học Giáo dục và Du lịch - Cuộc sống

Hiện tại, HTVC đã triển khai dịch vụ Truyền hình số trên cáp DVB-C nhằm cung cấp đến khách hàng nhiều kênh chương trình hơn với chất lượng hình ảnh, âm thanh tốt hơn và có thể lựa chọn nhóm kênh theo nhu cầu, tiết kiệm phí thuê bao hàng tháng Với việc triển khai hệ thống DVB-C khán giả sẽ được thưởng thức dịch vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV (High Definition Television) bên cạnh rất nhiều các kênh chương trình độ phân giải chuẩn SD (Standard Definition) Đó là những lợi điểm của hệ thống truyền hình số Như vậy, trên mạng cáp đang truyền tải đến đầu cuối thuê bao cả tín hiệu truyền hình tương tự và số Các đặc tính kỹ thuật của dịch vụ truyền hình số trên cáp DVB-C của HTVC sẽ được trình bày trong Chương 5

1.3 Mục đích nghiên cứu và ý nghĩa của đề tài

Công nghệ số là hướng phát triển chính của ngành truyền hình Việt Nam trong tương lai gần [13] Hiện nay, các Đài truyền hình đang dần chuyển việc sản xuất chương trình theo công nghệ tương tự sang công nghệ số Có nhiều chuẩn hệ thống truyền hình số được phát triển ở một số nước tiên tiến (Mỹ, Nhật, châu Âu), đó là cơ

sở để các nhà khai thác dịch vụ truyền hình ở Việt Nam tìm hiểu và áp dụng Nhằm cung cấp những hiểu biết cơ bản về truyền hình số, luận văn này thực hiện việc hệ thống hóa kiến thức, giới thiệu về các hệ thống truyền hình số được khai thác trên thế giới, trong đó, tập trung vào chuẩn truyền hình số quảng bá DVB của châu Âu được chọn để áp dụng tại Việt Nam

Như đã đề cập ở Mục 1.1, tiêu chuẩn DVB (Digital Video Broadcasting) được

áp dụng dưới nhiều hình thức truyền dẫn: truyền hình số vệ tinh DVB-S, truyền hình

số mặt đất DVB-T và truyền hình số trên cáp DVB-C Mỗi hình thức truyền dẫn là một loại hình kinh doanh trong lĩnh vực truyền hình trả tiền Trong những năm gần đây, các hệ thống truyền hình số ứng dụng công nghệ DVB được các nhà khai thác dịch vụ truyền hình trả tiền quan tâm đầu tư và phát triển mạnh mẽ Truyền hình cáp được xem như là phương thức tổng hợp của các dạng truyền hình vệ tinh và truyền hình vô tuyến mặt đất [14], đặc biệt là hệ thống DVB-C (Digital Video Broadcasting – Cable) Ngoài việc cải thiện chất lượng hình ảnh, âm thanh, DVB-C còn có ưu thế trong khả năng tăng số lượng chương trình cung cấp cho khán giả Luận văn này thực hiện việc phân

tích và nghiên cứu sâu về hệ thống DVB-C mà Trung tâm truyền hình cáp HTVC đang

áp dụng nhằm đáp ứng cho việc khai thác kinh doanh đạt hiệu quả cao

Hệ thống DVB-C mang đặc tính của truyền hình cáp là phương thức tổng hợp của các hệ thống truyền hình vô tuyến, nên cũng sẽ bị ảnh hưởng bởi những nhược của các hệ thống truyền hình vô tuyến Bên cạnh đó, trong quá trình triển khai phát sóng trên mạng cáp có phát sinh và tồn tại những vấn đề về kỹ thuật hệ thống ảnh hưởng không tốt đến chất lượng dịch vụ Mục đích chính của đề tài là tìm hiểu sâu các đặc tính kỹ thuật của hệ thống DVB-C; trên cơ sở đó, nghiên cứu để đưa ra các giải pháp khắc phục những nhược điểm và tận dụng những ưu điểm nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ của hệ thống DVB-C Việc này có ý nghĩa góp phần nâng cao khả năng cạnh tranh của dịch vụ truyền hình số trên cáp DVB-C của HTVC với những loại hình dịch

vụ truyền hình khác

1.4 Cấu trúc của luận văn

Nội dung của luận văn này sẽ được sắp xếp như sau

Chương 2 sẽ trình bày về sự ra đời và phát triển của truyền hình số [1], [12]; trong đó sẽ tập trung vào các nội dung về giới thiệu các chuẩn truyền hình số được phát triển ở Mỹ, Nhật và châu Âu; tìm hiểu sâu hơn về chuẩn truyền hình quảng bá kỹ thuật số DVB (Digital Video Broadcasting) được áp dụng tại Việt Nam

Trên cơ sở tìm hiểu đặc tính hệ thống DVB, Chương 3 sẽ giới thiệu về các hệ thống phát truyền hình số DVB, cụ thể là: hệ thống truyền hình quảng bá kỹ thuật số

có tầm phủ sóng rộng hơn đó là truyền hình số qua vệ tinh DVB-S [3]; tiếp theo là kỹ thuật hệ thống và mô hình triển khai DVB-T [8], [11]; sau đó sẽ là phần phân tích khả năng tích hợp dịch vụ DVB-H [9] trên DVB-T

Chương 4 sẽ trình bày cụ thể về hệ thống DVB-C Trong chương này, cấu trúc, đặc tính, và hoạt động của hệ thống DVB-C sẽ được phân tích

Hệ thống dịch vụ DVB-C của Trung tâm truyền hình cáp HTVC sẽ được phân tích trong Chương 5 Trong đó, các nội dung về cấu trúc, hoạt động, và các vấn đề về chất lượng dịch vụ của hệ thống này sẽ được phân tích chi tiết Đây cũng chính là một trong những nội dung chính của luận văn

Chương 6 của luận văn sẽ đề xuất một số giải pháp cả về lý thuyết và thực tế để khắc phục các tồn tại của hệ thống DVB-C của HTVC đã được đề cập đến trong Chương 5 Các giải pháp thực tế là những nghiên cứu và tích lũy của bản thân người thực hiện trong quá trình công tác tại HTVC Các giải pháp này cũng như nội dung của luận văn nhằm mong muốn đem đến cho người đọc những thông tin hiệu quả nhất trong môi trường mạng thực tế Như vậy, các phân tích ở chương này cũng chính là đóng góp của tác giả sau khi thực hiện luận văn

Chương 7 sẽ kết luận đề tài

1.5 Kết luận

Tóm lại, Chương 1 đã giới thiệu một cách khái quát về kỹ thuật truyền hình Nhiều phương thức phát và thu khác nhau cho thấy sự đa dạng về cách tiếp cận các chương trình truyền hình đối với người xem Đối với các nhà khai thác truyền hình thì

có nhiều cách thức để truyền tải, cung cấp dịch vụ đến với khán giả, cùng với đó là có nhiều hình thức kinh doanh để thu lợi nhuận Với sự phát triển của công nghệ số, các nhà cung cấp dịch vụ có thêm điều kiện truyền tải chương trình truyền hình phong phú hơn với hình ảnh, âm thanh có chất lượng cao Có thể nói, truyền hình số (Digital) là hướng phát triển chính và sẽ thay thế truyền hình tương tự (Analog) trong tương lai gần Bên cạnh đó, nhu cầu sử dụng dịch vụ truyền hình ngày càng tăng và những yêu cầu về chất lượng từ phía khách hàng ngày càng cao đã thúc đẩy nhà cung cấp phải luôn cải tiến để nâng cao chất lượng dịch vụ của mình Đối với lĩnh vực truyền hình trả tiền như truyền hình cáp, việc tìm hiểu rõ về các đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền hình số, đặc biệt là hệ thống DVB-C, là rất cần thiết và có ý nghĩa quyết định đến việc đánh giá, cải thiện chất lượng dịch vụ đối với nhà khai thác dịch vụ truyền hình, trong

đó có trung tâm truyền hình cáp HTVC Chương 2 sẽ giới thiệu tổng quan về hệ thống truyền hình số, các chuẩn truyền hình số đã được phát triển và chuẩn DVB được áp dụng tại Việt Nam

Từ đó, các đài truyền hình có thêm khả năng phân loại chương trình thành những nhóm kênh khác nhau trên nhiều lĩnh vực nhằm phục vụ nhiều đối tượng khán giả Người xem có thêm nhiều sự chọn lựa chương trình truyền hình để thỏa mãn nhu cầu cập nhật thông tin, thưởng thức, và giải trí

Những ưu điểm vượt trội của truyền hình số đã thúc đẩy hầu hết các nước phát triển nhanh chóng vạch ra kế hoạch chuyển đổi từ phát sóng tương tự sang phát sóng

kỹ thuật số Ở nước ta, ngoài các đài truyền hình VTC, BTV và HTV, các Đài truyền hình địa phương khác cũng đã và đang dần chuyển việc sản xuất chương trình theo công nghệ tương tự sang công nghệ số cùng với sự phát triển của các kỹ thuật xử lý nén, mã hóa và điều chế tín hiệu đạt hiệu quả cao Đó là cơ sở tốt cho việc triển khai rộng khắp các hệ thống truyền hình số

Truyền hình số được hiểu là các hệ thống truyền hình làm việc với tín hiệu số,

mà các tín hiệu này mang nội dung âm thanh và hình ảnh từ các bản tin gốc Sau khi được điều chế, các tín hiệu số này hoàn toàn có thể phát trong các hệ thông vô tuyến hoặc hữu tuyến Để thực hiện được điều này thì các hệ thống truyền hình số đòi hỏi một số chuẩn cho các đặc tính truyền dẫn Các nội dung này sẽ được phân tích trong các phần tiếp theo đây

2.1.1 Cơ bản về truyền hình số - Digital Television

Truyền hình là phương tiện truyền thông có tính xác thực Âm thanh và hình ảnh chúng ta nghe và thấy được trên máy thu hình (Ti-vi) gọi là tín hiệu Audio và

Video (A/V) Truyền hình số được phát triển trên cơ sở tín hiệu thu từ các thiết bị kỹ thuật số hay tín hiệu truyền hình tương tự được số hóa Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, tín hiệu âm thanh, hình ảnh được mô tả như sau Camera truyền hình cảm biến ánh sáng thu được theo 3 màu chính đỏ (R-Red), lục (G-Green), lam (B-Blue) Tín hiệu RGB được biến đổi thành dạng tín hiệu chói Y và các tín hiệu hiệu số màu I,

Q đối với hệ màu NTSC (National Television Standard Committee) hay U, V đối với

hệ màu PAL (Phase Alternating Line) cùng với thông tin đồng bộ Thông tin màu I, Q, thường gọi là thông tin màu C, chiếm ít băng thông hơn tín hiệu chói Y Băng thông tín hiệu màu C trong phạm vi từ 0.6MHz đến 1.3MHz Tín hiệu màu được điều chế vào sóng mang, còn gọi là sóng mang màu tại tần số 3.58MHz cho hệ NTSC và 4.43MHz cho hệ PAL [15]

Băng thông tín hiệu Y - I,Q (NTSC) Phổ tổng hợp - Composite (NTSC)

Tần số MHZ)

Tần số MHZ)

Băng thông tín hiệu Y - U, V (PAL) Phổ tổng hợp - Composite (PAL)

Tần số MHZ) sóng mang màu

sóng mang màu

Tần số MHZ)

Hình 2.1: Băng thông tín hiệu Video tổng hợp (Composite)

Hình 2.1 mô tả sự chuyển đổi thành băng thông tín hiệu Video tổng hợp, còn gọi là tín hiệu Video Composite Ngoài Video, tín hiệu Audio trong dải âm tần 50Hz ÷ 20KHz cũng được điều chế vào sóng mang tại tần số 5.5MHz cho hệ tiếng B/G hay 6.5MHz cho hệ tiếng D/K

Hiện nay, các đài truyền hình Việt Nam đều phát theo chuẩn PAL_D/K Một số mạng truyền hình cáp phát theo hệ PAL_B/G cho hệ thống truyền hình tương tự, như

mô tả trên Hình 2.2 Như vậy, để đảm bảo không bị nhiễu xuyên lẫn giữa các kênh cần

có khoảng cách băng thông lớn hơn phổ tần dải nền tín hiệu A/V, theo tiêu chuẩn châu

Âu là 7 hay 8MHz

Hình 2.2: Phổ tần tín hiệu PAL_B/G

Truyền hình số ra đời như là một sự tiến triển tự nhiên của truyền hình tương tự [1] Trước đây, các giai đoạn tạo tín hiệu A/V, điều chế, khuếch đại, và phát sóng, cấu thành nên tín hiệu truyền hình phát đến người xem đều là xử lý tín hiệu tương tự Trong truyền hình số, tín hiệu A/V dải nền tương tự được số hóa (Digitization) để tương thích với các quá trình xử lý tín hiệu số Hình 2.3 mô tả một cách tổng quan hệ thống truyền hình số phát quảng bá

Hình 2.3: Tổng quan hệ thống truyền hình số phát quảng bá

Các bước số hóa và xử lý tín hiệu được thực hiện theo từng qui trình Trước tiên

là lấy mẫu tín hiệu để tạo ra các điểm ảnh Sau đó, lượng tử hóa tín hiệu đã lấy mẫu để xác định giá trị mẫu tín hiệu và biểu diễn dưới dạng số nhị phân Chuỗi dữ liệu số nhị phân mang thông tin tín hiệu A/V sẽ được “nén” (mã hóa nguồn) nhằm tạo ra luồng truyền có tốc độ bit thích hợp để đạt hiệu quả tốt trong việc sử dụng băng thông Tiếp theo là quá trình đa hợp nguồn dữ liệu nhằm tạo ra luồng dữ liệu chính từ các nguồn

dữ liệu mang thông tin khác nhau, và bổ sung thông tin cộng thêm giúp cho phía thu

có thể tách ra, đồng bộ hình ảnh và âm thanh, lựa chọn dữ liệu thông tin Thêm vào

đó, quá trình mã hóa kênh FEC (Forward Error Correct) nhằm đảm bảo luồng truyền

có tỉ lệ bit lỗi BER (Bit Error Rate) thấp, đạt hiệu suất cao Sau cùng, hệ thống điều chế tín hiệu số tạo ra luồng truyền tải tín hiệu truyền hình đến người xem Tùy vào phương thức truyền dẫn khác nhau, qua vệ tinh (Satellite), truyền dẫn mặt đất (Terrestrial), hay trên cáp (Cable), sẽ sử dụng phương thức điều chế khác nhau

Kỹ thuật điều chế là đặc trưng chủ yếu của một tiêu chuẩn truyền hình số nói chung Có hai phương thức điều chế tổng quát là điều chế đơn sóng mang SCM (Single Carrier Modulation) và điều chế đa sóng mang MCM (Multiple Carrier Modulation) Mỗi phương thức điều chế có sự tác động khác nhau đến tín hiệu kênh thông tin, sử dụng cách thức mã hóa riêng biệt Đối với dạng SCM, có hai phương pháp điều chế tín hiệu chủ yếu được sử dụng là QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) cho truyền hình số vệ tinh và QAM (Quadrature Amplitude Modulation) cho truyền hình số trên cáp Phương thức MCM với phương pháp điều chế tiêu biểu là ứng dụng kỹ thuật OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) trong điều chế tín hiệu truyền hình số mặt đất Các phương pháp này được mô tả cụ thể ở Chương 3

Như thể hiện trên hình 2.3, phần trung gian gọi là “Middleware” [1] là lớp phần mềm, hay nền chương trình lập trình, liên kết hệ thống và các ứng dụng của hệ thống nhằm cho phép các dịch vụ tương tác trong truyền hình số Đây là nét khác biệt vượt trội của hệ thống truyền hình số Hình 2.4 mô tả cấu trúc cơ bản các thành phần của

“Middleware”

Hình 2.4: Cấu trúc cơ bản các thành phần của Middleware

Ở cấp độ cơ bản nhất, Middleware có phần mềm truy cập đến luồng truyền Video, Audio và dữ liệu, định tuyến chúng đến các bộ phận truy xuất hay lưu trữ Middleware thu thập thông tin từ phía người xem thông qua phụ kiện điều khiển từ xa

hay bàn phím và gửi thông tin ra màn hình, loa Ví dụ, khi cài đặt đầu thu truyền hình

số để thu và xem chương trình, người xem cần phải nhập các thông số cần thiết theo các giao diện hiện trên màn hình Ti-vi Tài nguyên của phần trung gian có các thành phần như bo mạch chủ, bộ vi xử lý, hệ thống phụ, hệ thống hoạt động theo thời gian thực Các thành phần này thay đổi khác nhau tùy vào nhà sản xuất thiết bị

“Middleware” đóng vai trò cung cấp các ứng dụng trên cơ sở tài nguyên có được và quản lý các ứng dụng này Lớp giao diện các chương trình ứng dụng API (Application Programming Interface) cung cấp các dịch vụ liên hợp với các ứng dụng Trong thực

tế, có nhiều API thực thi trên các giao diện khác nhau như: giao diện thông tin luồng truyền Audio, Video, giao diện nhập lệnh và thực hiện (dò chương trình, sắp xếp chương trình), và giao diện thông tin tài nguyên phần cứng Việc thực thi các dịch vụ tương tác được thực hiện thông qua các trình ứng dụng dưới dạng phần mềm chạy trên một hay nhiều bộ phận phần cứng API cho thấy các ứng dụng có thể có của phần mềm hệ thống Số lượng giao diện và ứng dụng tùy thuộc vào nhà sản xuất thiết bị Hiện nay, có các chuẩn Middleware được sử dụng cho các hệ thống tiêu biểu là: DASE (DTV Application Software Environment) trong chuẩn truyền hình số của Mỹ (ATSC), MHP (Multimedia Home Platform) theo chuẩn châu Âu (DVB) và tiêu chuẩn ARIB-STDB32 (Association of Radio Industries and Business) áp dụng cho hệ thống ISDB-T của Nhật Các chuẩn hệ thống truyền hình số tiêu biểu được trình bày sau đây

2.1.2 Các chuẩn truyền hình số đã được phát triển

Trên thế giới hiện có 3 chuẩn hệ thống truyền hình số tiêu biểu đã và đang được khai thác, đó là hệ thống truyền hình tiên tiến của Mỹ ATSC (American Advanced Television Systems Committee), hệ thống truyền hình số quảng bá liên kết dịch vụ của Nhật ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) và tiêu chuẩn truyền hình quảng

bá kỹ thuật số của châu Âu DVB (Digital Video Broadcasting) Các hệ thống này có điểm chung là duy trì khai thác dải tần giống nhau, cải tiến độ phân giải hình ảnh, cải thiện sự thể hiện màu sắc, trình chiếu tỉ lệ khung ảnh 16:9 xấp xỉ định dạng của phim nhà hát (hệ thống tương tự sử dụng tỉ lệ 4:3), hỗ trợ đa kênh âm thanh trung thực và truyền dẫn dữ liệu [1] Luồng dữ liệu gốc được truyền tải trong các chuẩn hệ thống kể trên là luồng dữ liệu số được xử lý mã hóa (nén MPEG-2) [12], sau đó được điều chế

để truyền tải cùng với các ứng dụng dịch vụ tương tác của phần trung gian Sự khác

biệt giữa ba hệ thống là định dạng ảnh (Video) trước khi mã hóa, định dạng ảnh sau khi mã hóa và kiểu mã hóa âm thanh (Audio) Về kiểu điều chế tín hiệu phát sóng, hệ thống ATSC sử dụng kỹ thuật điều chế VSB cho truyền mặt đất, điều chế QAM cho truyền hình số trên cáp và PSK cho truyền qua vệ tinh Chuẩn hệ thống ISDB sử dụng phương thức điều chế đa sóng mang với kỹ thuật OFDM [16] trong điều chế tín hiệu truyền hình số mặt đất Kỹ thuật OFDM cũng được ứng dụng trong chuẩn DVB của châu Âu cho hệ thống DVB-T Cũng như ATSC, ISDB và DVB còn sử dụng phương pháp điều chế PSK cho truyền hình số qua vệ tinh và điều chế QAM cho hệ thống truyền hình số trên cáp

Ở Việt Nam, các đài truyền hình đã chọn hướng phát triển truyền hình số theo chuẩn châu Âu (DVB) Đây cũng là hướng nghiên cứu chính của luận văn này, đặc biệt là chuẩn hệ thống truyền hình số trên cáp DVB-C Trước khi tìm hiểu sâu về chuẩn DVB, Mục 2.1.2 trình bày cơ bản về hai chuẩn hệ thống tiêu biểu được khai thác trên thế giới để có sự nhận biết sâu sắc hơn về hệ thống truyền hình số, là chuẩn ATSC được phát triển ở Mỹ và chuẩn ISDB của Nhật

2.1.2.1 Chuẩn ATSC

Chuẩn ATSC (Advanced Television Systems Committee) được hình thành vào năm 1982 Tiêu chuẩn này có các đặc tính phát truyền hình số độ nét cao HDTV(High Definition TeleVision), truyền hình độ nét chuẩn SDTV (Standard Definition TeleVision), truyền dữ liệu, đa kênh âm thanh vòng, và truyền hình vệ tinh đến từng nhà DTH (Direct-To-Home)

Hình 2.5: Sơ đồ khối chuẩn hệ thống ATSC

Hình 2.5 thể hiện các khối cơ bản của hệ thống ATSC, dựa trên cơ sở mô hình được thông qua bởi Liên minh viễn thông quốc tế, bộ phận thông tin vô tuyến ITU-R

(International Telecommunications Union, Radiocommunication Sector) [1] Theo mô hình này, hệ thống truyền hình số được chia thành 3 phần là mã hóa nguồn (nén), đa phức hợp dịch vụ và truyền tải và truyền dẫn tín hiệu

Phần mã hóa nguồn đưa ra các phương pháp nén dữ liệu phù hợp cho dữ liệu Video, Audio kỹ thuật số Chức năng của phần mã hóa là tối thiểu hóa số lượng bit cần

để biểu diễn thông tin Video, Audio Hệ thống mã hóa của chuẩn ATSC có 2 phần, mã hóa nguồn và mã hóa kênh, tạo ra dòng truyền tải theo đặc tính chuẩn nén MPEG-2 đối với Video và AC3 đối với Audio

Phần đa hợp dịch vụ và truyền tải thực hiện phân chia mỗi luồng truyền “bit” thành các gói thông tin nhằm thống nhất sự nhận dạng từng kiểu gói dữ liệu và phương pháp phù hợp để chèn hay phức hợp thông tin Video, Audio và dữ liệu trong chỉ một luồng truyền Hệ thống ATSC sử dụng cú pháp mã hóa dữ liệu MPEG-2 cho việc đóng gói, phức hợp luồng truyền tải Điều chú ý đầu tiên trong việc phát triển cơ chế truyền tải là sự tương thích giữa các phương tiện số như truyền dẫn mặt đất, cáp, vệ tinh, phương tiện thu tín hiệu chương trình và giao tiếp với máy tính

Hệ thống truyền dẫn qui định kiểu mã hóa kênh và điều chế Bộ mã hóa kênh thu thập luồng “bit” dữ liệu và thêm vào thông tin sử dụng để bên thu có thể khôi phục

dữ liệu tín hiệu thu được Bộ điều chế thực hiện việc điều chế tín hiệu vào sóng mang

để phát sóng Hệ thống điều chế sử dụng kiểu điều chế 8-VSB (Vestigial Sideband), 16-VSB, 64-QAM, 256-QAM, hay QPSK tùy vào kiểu truyền dẫn

Hình 2.6: Cấu trúc chức năng truyền dẫn / thu tín hiệu của ATSC

Hình 2.6 thể hiện sơ đồ khối phát, thu tín hiệu của chuẩn ATSC Trong đó, bên thu phải thực hiện một số công đoạn để xem được chương trình Trước tiên là điều

chỉnh sao cho thu được dãy kênh 6MHz (khoảng cách dải tần 6MHz) cùng với việc thực hiện loại bỏ nhiễu nguồn và kênh liền kề; giải điều chế tín hiệu thu được, áp dụng

mã sửa lỗi Sau đó, xác định các thành phần luồng “bit” bằng việc sử dụng quá trình

xử lý trên lớp truyền tải để có thể chọn từng thành phần mong muốn và chuyển đến quá trình xử lý thích hợp Cuối cùng là thực hiện giải mã và đồng bộ từng thành phần

để trình chiếu chương trình

Lớp phần mềm trong Middleware được xác định bởi chuẩn DASE (DTV Application Software Environment) cho phép chạy các chương trình ứng dụng trên máy thu Tiêu chuẩn DASE được chia thành 8 phần, gổm có:

- Hướng dẫn, kiến trúc, tính năng thông dụng

- Môi trường và ứng dụng có tính khai báo

- Môi trường và ứng dụng có tính thủ tục

- Giao diện chương trình ứng dụng

- Tài nguyên có khả năng di động

số dòng quét 625 dòng, cao hơn so với 525 dòng của hệ NTSC Tín hiệu truyền hình

số mặt đất của chuẩn ATSC nhạy với những thay đổi về điều kiện truyền sóng hơn

chuẩn ISDB-T, do không sử dụng các cơ chế động trong các khối sửa lỗi, mã hóa, chèn, và ngẫu nhiên hóa Việc áp dụng các cơ chế động trong kỹ thuật OFDM [16] là

ưu điểm của hệ thống điều chế có phân cấp được sử dụng trong hệ thống ISDB-T Chuẩn hệ thống này được trình bày trong phần sau đây

2.1.2.2 Chuẩn ISDB

Chuẩn truyền hình số ISDB (Integrated Services Digital Broadcasting) được xây dựng ở Nhật vào đầu những năm 1990 ISDB được thiết kế nhằm cung cấp các dịch vụ thông tin số tích hợp gồm hình ảnh, âm thanh, và dữ liệu qua các kênh truyền dẫn bằng các phương thức truyền vệ tinh, mặt đất hay cáp [19] Thông tin được truyền tải trên cơ sở điều chế luồng dữ liệu dạng nhị phân chuẩn MPEG-2 vào sóng điện từ bằng các phương pháp điều chế tùy vào phương thức truyền dẫn Như đã đề cập ở mục 2.1.2.1, phương pháp điều chế đa sóng mang ứng dụng kỹ thuật OFDM với điều chế PSK hay QAM được sử dụng trong hệ thống truyền mặt đất ISDB-T tạo nên sự khác biệt

Hình 2.7 mô tả sơ đồ khối hệ thống ISDB-T Qua đó, cấu trúc của chuẩn ISDB được mô tả một cách tổng quan, phục vụ cho ý chính của Mục 2.1.2 là tìm hiểu các chuẩn truyền hình số tiêu biểu Trong hình này, các khối chức năng của hệ thống ISDB

có thể được chia thành hai phần chính là mã hóa kênh và điều chế để truyền dẫn

Hình 2.7: Sơ đồ khối hệ thống ISDB

Khối mã hóa nhận tín hiệu ngõ vào là luồng truyền dữ liệu MPEG-2 ISDB-T dùng phương pháp điều chế đa sóng mang, ứng dụng kỹ thuật OFDM, vì thế, ở bước khởi đầu của quá trình mã hóa, luồng dữ liệu được sắp xếp lại nhằm đáp ứng cho việc truyền dẫn có phân cấp Việc truyền dẫn có phân cấp tạo khả năng cho các đầu thu có

thể thu và xử lý tín hiệu theo đặc tính kỹ thuật của từng loại Có hai loại đầu thu là đầu thu dải rộng và đầu thu dải hẹp Với đặc tính cho phép dữ liệu được mã hóa và điều chế theo kiểu khác nhau, tạo khả năng cho các đầu thu dải hẹp chỉ thu một phần tín hiệu phát [17] Phần tín hiệu này được bảo vệ tốt hơn phần dữ liệu còn lại Để thực thi những đặc tính này, ISDB-T sử dụng phương pháp tập hợp sóng mang thành nhóm Mỗi nhóm sóng mang, gọi là phân đoạn, được tạo thành từ số lượng cố định các sóng mang dữ liệu điều khiển, tùy theo kiểu truyền dẫn Một phân đoạn OFDM được xác định bằng việc chia băng thông 6MHz thành 14 đoạn, trong đó, 13 đoạn là truyền tín hiệu và đoạn còn lại dùng để bảo vệ băng tần giữa các kênh [19]

Tín hiệu ngõ vào khối mã hóa là luồng truyền MPEG-2 được sắp xếp theo chuẩn ARIB-STD32 (mã hóa Video, Audio và các đặc tính phức hợp cho truyền quảng

bá kỹ thuật số) Sự sắp xếp này bao gồm việc phân chia luồng truyền thành khối 188 bytes, gọi là gói truyền tải MPEG-2 (MPEG-2 TSPs – transport stream packets) [1] TSPs được gửi đến để phân đoạn và sắp xếp lại thành một, hai, hay ba khối mã hóa, có tính năng mã hóa độc lập và đảm bảo các mức bảo vệ thông tin khác nhau Các khối này cũng được xem là các lớp của hệ thống, được tạo thành từ một loạt bộ phận và chức năng thực hiện như chèn (interleaving), mã hóa (coding), điều chế (modulation) Bên cạnh đó còn có bộ điều chỉnh trễ giữa các lớp

Lớp dữ liệu cũng qua khối điều chế, ánh xạ thành chòm sao của điều chế số Sau khi ánh xạ, dữ liệu được nhóm lại thành một luồng truyền và được gửi đến bộ chèn tần số nhằm xáo trộn các sóng mang để ngăn ngừa sự suy giảm mức thông tin

Hình 2.8: Các khối trong phần mã hóa của ISDB-T

Hình 2.8 mô tả phần mã hóa kênh của hệ thống ISDB-T [17], có thể được tóm tắt như sau:

(1) Phức hợp (Multiplexing) luồng truyền tải: có chức năng định dạng luồng dữ liệu MPEG-2

(2) Mã hóa ngoài (Outer coding): sử dụng bộ mã RS (Reed-Solomon) có chức năng bảo vệ dữ liệu ngay lúc bắt đầu quá trình mã hóa

(3) Chia luồng truyền thành các lớp phân cấp: có chức năng làm rời rạc luồng truyền theo các lớp Tùy vào cấu hình ban đầu mà các gói truyền dẫn (TSPs) được đưa vào một, hai, hay ba lớp; tương tự, quá trình biến đổi ngược lại chạy trên đầu thu

(4) Phân tán năng lượng (Energy Dispersal): diễn ra độc lập ở mỗi lớp, có chức năng ngăn ngừa việc phát chuỗi “0”, “1” liên tiếp nhau, đảm bảo xác suất truyền các bit hợp lý

(5) Điều chỉnh trễ (Delay Adjustment): đặc tính của truyền dẫn có phân cấp là đáp ứng cho cấu hình có nhiều thông số khác nhau (tỉ lệ mã hóa tích chập, cơ chế điều chế) trong các lớp Sự trễ giữa các lớp là do dữ liệu có kích thước khác nhau và gây ra trễ trong các đầu thu Việc điều chỉnh trễ được thực hiện bằng cách chèn các khoảng trễ khác nhau trong các lớp tùy theo cơ chế được sử dụng, như tỉ lệ mã hóa sử dụng mã hóa trong (internal encoder)

(6) Chèn byte (Byte Interleaving): đáp ứng cho việc trộn các bytes định dạng gói truyền dẫn (TSP) Mỗi TSP bao gồm 204 bytes được trộn nhằm ngăn ngừa các vấn

đề phát sinh trong kênh truyền dẫn

(7) Mã hóa trong (Convolutional Coding): thực hiện mã hóa tích chập, đáp ứng cho việc bảo vệ luồng dữ liệu Bảng 2.1 mô tả các tỉ lệ mã hóa trong

Bảng 2.1: Các tỉ lệ mã hóa trong (Convolutional Coding)

7/8 X :10000101, Y :1111010 X1, Y1, Y2, X3, Y4, X5, Y6, Y7

(8) Hình 2.9 miêu tả khối điều chế tín hiệu (OFDM Modulation) Khối này đáp ứng cho việc biến đổi thông tin đã mã hóa vào sóng điện từ để phát đi Hệ thống ISDB-T sử dụng phương thức điều chế đa sóng mang áp dụng kỹ thuật đa kết hợp

phân chia tần số trực giao OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing Các sóng mang phụ hình thành một tập các hàm trực giao với nhau Sự trực giao đảm bảo việc không có nhiễu liên ký hiệu trong các tần số của sóng mang phụ Mỗi sóng mang phụ được điều chế theo QPSK, 16-QAM, hay 64-QAM trên từng nhóm 2, 4, hay 6 bit [12], tạo thành các ký hiệu (symbol) Việc truyền ký hiệu (ở trạng thái sóng mang phụ)

là quá trình xử lý thông tin trên phổ tần được tách ra từ tín hiệu OFDM Bộ IFFT (Inverse Fast Fourier Transform) có chức năng biến đổi thông tin từ miền tần số sang miền thời gian Điều này có nghĩa là tín hiệu OFDM được chuyển sang dạng số, cần thêm khoảng bảo vệ [1] Khoảng bảo vệ là thời gian được thêm vào chuỗi thông tin theo miền thời gian trước khi truyền mỗi symbol Trong khoảng thời gian này không

có thông tin được phát đi Chức năng của nó là để triệt tiêu hoặc giảm nhiễu giữa các

ký hiệu khi tín hiệu nhiễu là sóng phản xạ của tín hiệu chính nhưng giá trị khoảng trễ nhỏ hơn khoảng bảo vệ

Hình 2.9: Sơ đồ khối quá trình điều chế tín hiệu ISDB-T

Như vậy, từ phần tìm hiểu về hệ thống ISDB-T có thể đưa ra nhận xét về chuẩn

hệ thống truyền hình số ISDB với một số đặc điểm nổi bật Đặc trưng của hệ thống là một mặt làm tăng sự linh động trong việc phân phối dịch vụ bằng cách chia kênh truyền thành những phân đoạn có khả năng truyền các dịch vụ khác nhau để hỗ trợ các điều kiện thu khác nhau, mặt khác làm tăng khả năng thu cho các thiết bị di động bằng việc thêm chức năng chèn thời gian Việc sử dụng kỹ thuật OFDM với phương pháp điều chế PSK/QAM là thế mạnh của truyền hình số mặt đất, tương tự như hệ thống DVB-T Thêm vào đó, các phương thức truyền dẫn qua vệ tinh và cáp của chuẩn ISDB

có những đặc điểm tương tự như các hệ thống DVB-S và DVB-C Các hệ thống này sẽ được trình bày cụ tể trong Chương 3

Phần tiếp theo nói về chuẩn truyền hình số quảng bá DVB của châu Âu đang được áp dụng ở Việt Nam

2.2 Truyền hình quảng bá kỹ thuật số DVB

Đề án DVB (Digital Video Broadcasting) đưa ra tiêu chuẩn truyền hình số quảng bá của châu Âu Giữa những năm 1990, các thành viên dự án DVB đã giới thiệu nhiều mô hình kinh doanh ở nhiều nước trên thế giới ngoài châu Âu (Úc, Newzeland, Malaysia, Hong Kong, Singapore, India, và Nam Phi) và bắt đầu đề ra các yêu cầu về đặc tính hệ thống [18] Phần này trình bày về đặc tính hệ thống và các tiêu chuẩn truyền dẫn của DVB để làm cơ sở tìm hiểu các hệ thống được phát triển là DVB-S, DVB-T, DVB-H và DVB-C trong Chương 3

2.2.1 Đặc tính hệ thống DVB

Trong quá trình phát triển của truyền hình số, chuẩn hệ thống DVB ra đời sau các chuẩn ISDB và ATSC Tuy vậy, DVB có được lợi thế của công nghệ đi sau, đó là kinh nghiệm và sự phát triển những ứng dụng mà các hệ thống trước chưa có được Một trong những quyết định cần đưa ra trong thời gian đầu phát triển của DVB là lựa chọn MPEG-1 hay MPEG-2 cho mã hóa nguồn Video, Audio và tạo ra dòng truyền tải [18] Điều này dựa vào bộ tiêu chuẩn quốc tế ISO 13818 gồm nhiều phần, trong đó, ba phần ISO13818-1, ISO13818-2 và ISO13818-3 mô tả về hệ thống, Video và Audio Đây là bộ tiêu chuẩn có tính tổng quát, và việc sử dụng các tài liệu đương thời để bắt đầu triển khai dịch vụ DVB trở nên khá phức tạp Vì thế, cần xác định các bộ tiêu chuẩn phụ để hướng dẫn triển khai, sao cho hoàn thiện các đặc tính dịch vụ Những hướng dẫn này bao gồm các giới hạn và các thông số được mô tả bởi chuẩn MPEG-2 [20], cũng như đưa ra các giá trị thích hợp hơn cho các ứng dụng DVB Phạm vi ứng dụng các dịch vụ DVB mở rộng trên nhiều dạng truyền dẫn Đó là, truyền hình số vệ tinh DVB-S, truyền hình số mặt đất DVB-T, truyền hình cho thiết bị xách tay DVB-H

và đặc biệt là truyền hình số trên cáp DVB-C

Đặc tính hệ thống DVB được thể hiện qua các đặc điểm có khả năng phát nhiều chương trình truyền hình trên một kênh truyền dẫn bằng nhiều phương thức, qua vệ tinh, mạng cáp hay phát mặt đất; hỗ trợ phát sóng vô tuyến và truyền dẫn dữ liệu phục

vụ cho mục đích giải trí và kinh doanh; tạo khả năng linh hoạt cho việc lựa chọn chất

lượng hình ảnh, âm thanh, bao gồm cả truyền hình độ nét cao HDTV; đảm bảo quyền truy xuất dịch vụ chương trình qua việc sử dụng liên kết dịch vụ trả tiền với phương pháp khóa mã bảo mật; có thể thiết lập kênh tương tác giữa người xem và nhà cung cấp dịch vụ; cung cấp nền chương trình phần mềm tương tác và mở rộng cho các dịch

vụ nâng cao như truyền hình tương tác; Hệ thống DVB-T đưa ra các khả năng thu tín hiệu cho nhiều môi trường, từ đầu thu cho các Tivi trong phòng đến các thiết bị xách tay hay Tivi di động (trên xe); và, với công nghệ truyền dẫn dữ liệu, DVB kết hợp các đặc tính đặc trưng cho việc sử dụng công nghệ số, thể hiện qua độ ổn định thu tín hiệu tại khu vực xác định, khả năng phân phối đơn giản qua mạng viễn thông

Cơ sở dữ liệu của luồng truyền tải trong các hệ thống DVB là tín hiệu hình ảnh,

âm thanh được mã hóa chuẩn MPEG-2 Quá trình mã hóa của các hệ thống DVB-S, DVB-T và DVB-C dựa trên cơ sở giống nhau Luồng truyền tín hiệu trong hệ thống DVB dựa trên cơ sở áp dụng chuẩn nén MPEG-2 cho mã hóa nguồn Video, Audio và phức hợp tín hiệu [12] Luồng truyền là chuỗi gói dữ liệu liên tiếp nhau, mỗi gói có độ dài 188 bytes [1], trong đó, 4 bytes đầu tiên chứa các gói mào đầu (header) và 184 bytes tiếp theo dùng cho tải tin Phần đặc tính quan trọng nhất của mào đầu là byte đồng bộ sync (synchronization) và nhận dạng gói PID (Packet Identification) Luồng truyền cơ bản được xác định bởi một PID có thể là hình ảnh (VideoPID), âm thanh (AudioPID), và có thể mang dữ liệu như hướng dẫn chương trình, phụ đề Cơ chế truyền tải dựa trên cơ sở đóng gói các luồng truyền cơ bản hay các bảng định vị các gói truyền tải Việc này được thực hiện với các khối mã hóa được quy thành các bytes Đối với mỗi khối, như mỗi gói truyền tải, các khối sửa lỗi được thêm vào theo dạng

mã hóa Reed-Solomon, 16 bytes sửa lỗi được thêm vào tạo thành mã Reed-Solomon (204, 188) [1]

Một luồng truyền tải MPEG-2 có thể chứa nhiều chương trình truyền hình cùng với các dữ liệu truy cập có điều kiện, các dữ liệu phụ như teletext, kết nối Internet Yêu cầu tốc độ đối với từng loại là khác nhau Ví dụ, phim chất lượng VHS (Video Home System) có thể được truyền ở tốc độ bit 1,5 Mbps; tin tức và chương trình truyền hình ở 3,4 ÷ 4 Mbps; chương trình quảng bá chất lượng cao (studio) ở tốc độ lớn hơn 8 Mbps Tốc độ mã hóa cần thiết cho phát quảng bá MPEG-2 thay đổi tùy thuộc vào quyết định của nhà cung cấp chương trình

Bảng 2.2: Tốc độ dữ liệu MPEG-2 cho các thể loại chương trình

Truyền hình độ phân giải cao (HDTV) 14 ÷ 20 Mbps

Truyền hình có chất lượng Studio (CCIR601) 8 Mbps Truyền hình có tỉ lệ khuôn hình 16:9 5,5 Mbps

Để có thể phát được qua kênh truyền, tín hiệu dải nền được xử lý mã hóa và điều chế Tín hiệu điều chế số được xử lý mã hóa bằng các mã đặc biệt để cho các máy thu (IRD hay Set-top-box) có thể kiểm tra các bit thông tin được gửi đi có được thu đúng hay không đúng Kỹ thuật sửa lỗi tiến FEC (Forward Error Correction), gửi thông tin sửa lỗi cùng với các dữ liệu gốc, được áp dụng cho máy thu để sửa lỗi và cung cấp thông tin đồng bộ Điều này tạo khả năng chống nhiễu cho luồng truyền tín hiệu Kỹ thuật FEC dùng các ký hiệu (symbol) dư bổ sung vào dữ liệu gốc Các symbol dư tăng cường tính thống nhất của dữ liệu Các bộ giải mã dùng các symbol FEC để phục hồi dữ liệu sau khi tín hiệu đã được thu

Với sự phát triển của công nghệ số theo thời gian, chuẩn DVB được nghiên cứu

và được chấp nhận rộng rãi ở nhiều quốc gia thuộc nhiều châu lục Điều này tạo khả năng tận dụng các hệ thống ứng dụng được sản xuất từ nhiều công ty khác nhau, đặc biệt là bộ giải mã tín hiệu IRD (Integrated Receiver Decoders) Hiện nay, bên cạnh MPEG-2, chuẩn nén MPEG-4 cũng đang được sử dụng trong hệ thống DVB Sự ra đời của MPEG-4 là cơ sở cho sự phát triển các hệ thống DVB thế hệ thứ hai,đó là DVB-S2, DVB-T2, và DVB-C2 Điều này tạo nên sự phong phú và đa dạng cho DVB Theo

đó, các IRD được phân loại theo các yếu tố vốn là đặc trưng của hệ thống Đó là phương thức giao tiếp với mạng truyền dẫn (vệ tinh, mặt đất, cáp), dạng mã hóa Video MPEG-2 hay MPEG-4, độ phân giải chuẩn SDTV hay độ phân giải cao HDTV, và các định dạng Audio

Sự khác biệt giữa các hệ thống truyền dẫn là phương pháp điều chế được sử dụng Đối với DVB-C, kỹ thuật điều chế là điều chế biên độ cầu phương QAM (16,

32, 64 hay 256-QAM) Hệ thống DVB-S sử dụng điều chế khóa dịch pha QPSK hay PSK (Phase Shift Keying) và DVB-T dùng kỹ thuật đa kết hợp phân chia tần số trực giao OFDM – Orthogonal Frequency Division Multiplexing, trong đó, các sóng mang phụ được điều chế QPSK, 16-QAM hay 64-QAM Phương pháp điều chế tín hiệu được xem là đặc trưng của các tiêu chuẩn truyền dẫn DVB

Trong kỹ thuật điều chế số có khái nệm dải thông hiệu dụng Bảng 2.3 liệt kê

các chế độ và hiệu suất điều chế tín hiệu số

Bảng 2.3: Chế độ và hiệu suất điều chế tín hiệu số

Chế độ điều chế Hiệu suất

độ bit để có được luồng truyền thích hợp Điều này sẽ được thể hiện rõ hơn qua phần trình bày về các tiêu chuẩn tuyền dẫn của DVB

2.2.2 Các tiêu chuẩn truyền dẫn DVB

Chuẩn DVB đưa ra nhiều phương thức truyền dẫn khác nhau, truyền hình số qua vệ tinh DVB-S, truyền hình số mặt đất DVB-T, truyền hình số cho thiết bị xách tay DVB-H, và truyền hình số trên cáp DVB-C Các hệ thống này được mô tả chi tiết ở

Chương 3 và Chương 4 Mục này giới thiệu một cách tổng quan về các đặc tính truyền dẫn của DVB

2.2.2.1 Truyền dẫn vệ tinh (DVB-S)

Tiêu chuẩn truyền dẫn DVB-S (Digital Video Broadcasting-Satellite) được thiết

kế để hoạt động trong môi trường có nhiều suy hao về đường truyền tín hiệu và thông tin tầm nhìn thẳng LOS (Line Of Sight) Để bù lại sự suy giảm tín hiệu, chuẩn DVB-S

sử dụng các bậc mã hóa sửa lỗi FEC (Forward Error Correction) khác nhau nhằm tăng cường bảo vệ và tránh lỗi tín hiệu

Đặc tính kỹ thuật của hệ thống truyền dẫn này là sử dụng mã hóa nguồn MPEG-2 cho dữ liệu Video_Audio và điều chế QPSK cho truyền tải tín hiệu Theo sự phát triển, các đặc tính kỹ thuật của DVB-S được mở rộng bao gồm phương pháp điều chế ở cấp độ cao hơn là 8-PSK được áp dụng đối luồng dữ liệu mã hóa MPEG-4 trong truyền hình số vệ tinh thế hệ thứ hai (DVB-S2)

Đối với một luồng truyền tín hiệu truyền hình theo tiêu chuẩn DVB-S, bên cạnh đặc tính nguồn dữ liệu và phương pháp điều chế, các thông số nói lên đặc tính kỹ thuật

hệ thống đó là: tần số hoạt động, mã hóa sửa lỗi FEC, và phương thức mã hóa truy cập

có điều kiện CAS (Conditional Access System)

Dải tần sử dụng để truyền tải tín hiệu DVB-S là 2GHz ÷ 30GHz Với đặc điểm

cự li phát và thu rất lớn, khoảng cách từ vệ tinh địa tĩnh đến mặt đất là khoảng 36000km, tín hiệu liên lạc giữa mặt đất và vệ tinh phải đi qua toàn bộ bề dày khí quyển nên chịu tác động của các yếu tố: suy hao do các chất khí, do mưa, tuyết; nhiễu

do thăng giáng tần đối lưu, tần điện li Việc chọn dải tần số hoạt động phù hợp là điều quan trọng cần xem xét Hiện nay, hai băng tần được sử dụng phổ biến cho truyền dẫn DVB-S là băng C và băng Ku với đặc tính tần số được thể hiện trong Bảng 2.4

Bảng 2.4: Đặc tính tần số truyền tải của DVB-S

Luồng lên (Uplink) Luồng xuống (Downlink) Băng C 5,9GHz ÷ 6,4GHz 3,2 GHz ÷ 4,8GHz Băng Ku 14,0GHz ÷ 14,5GHz 10,5GHz ÷ 12,9GHz