Bài thảo luận Truyền Thông Đa Phương Tiện Đề tài: Các chuẩn và công nghệ truyền hình số Các chuẩn DTV

Bài thảo luận Truyền Thông Đa Phương Tiện Đề tài: Các chuẩn và công nghệ truyền hình số Các chuẩn DTV: ATSC (Advanced Television System Committee) DVB (Digital Video Broadcasting) Nhóm 21: Nguyễn Thị Giang Nguyễn Hải Nam Mục lục : I. Mở đầu . II. Tổng quan về truyền hình số 1. Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số: a. Truyền qua cáp đồng trục: b. Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang. c. Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh: III. Các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số IV. So sánh giữa ATSC so với DVBT V. Vì sao Việt Nam chọn chuẩn DVBT ? VI. Truyền hình số ở Viêt Nam hiện nay 1. Truyền hình số qua vệ tinh DVBS 2. Truyền hình số qua cáp DVBC 3. Truyền hình số mặt đất DVBT VII. Kết luận.

Bài thảo luận : Truyền Thông Đa Phương Tiện

Đề tài: Các chuẩn và công nghệ truyền hình số

- Các chuẩn DTV: ATSC (Advanced Television System Committee)

- DVB (Digital Video Broadcasting)

Nhóm 21:

Nguyễn Thị Giang Nguyễn Hải Nam

Mục lục :

I Mở đầu

II Tổng quan về truyền hình số

1 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số:

a Truyền qua cáp đồng trục:

b. Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang

c Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh:

III Các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số

IV. So sánh giữa ATSC so với DVB-T

V Vì sao Việt Nam chọn chuẩn DVB-T ?

VI Truyền hình số ở Viêt Nam hiện nay

1 Truyền hình số qua vệ tinh DVB-S

2 Truyền hình số qua cáp DVB-C

3 Truyền hình số mặt đất DVB-T VII Kết luận

Bản đồ phân bố tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới (tính đến

3/2011)

Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình số đã có những tiến bộ vượt bậc

Truyền hình số mặt đất có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như sử dụng một máy phát có khả năng truyền tải được 3 đến 5 chương trình đồng thời; với cùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn từ 5 đến 10 lần so với máy phát tương tự, điều này giúp cho việc tiết kiệm đầu tư

và chi phí vận hành; một điều rất đáng được quan tâm nữa là chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng nhiễu đường truyền,

tránh được hiện tượng bóng hình thường gặp ở truyền hình tương

tự

Tại Việt nam, nhận thức được những ưu điểm của truyền hình

số và tính tất yếu của việc truyền hình tương tự sẽ nhường chỗ cho truyền hình số, từ năm 1997 đài truyền hình Việt nam đã có một số

đề tài nghiên cứu về truyền hình số và khả năng ứng dụng của nó, năm 1998 đã triển khai nghiên cứu dự án về lộ trình phát triển truyền hình số tại Việt nam Một điểm đáng quan tâm trong dự án là đã định thời gian cho việc bắt đầu phát thử nghiệm truyền hình số theo tiêu chuẩn DVB-T của Châu Âu tại Việt nam vào năm 2001

Trên thế giới hiện đang tồn tại song song ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Mỹ, Nhật và Châu Âu Nhiều nước trên thế giới

đã tiến hành thử nghiệm để chọn chuẩn cho Quốc gia Do điều kiện kinh tế đất nước còn nhiều khó khăn, chúng ta không có điều kiện để thử nghiệm cả ba chuẩn trên trong thực tế, trên cơ sở nghiên cứu lý thuyết và kết quả thử nghiệm của nhiều nước khác, nhiều nhà khoa học Việt nam đã đưa ra những ý kiến về việc khuyến cáo chọn chuẩn truyền hình số cho Việt nam, mọi ý kiến đều cho rằng nên chọn

chuẩn Châu Âu (DVB-T) Dựa vào đó, Ðài truyền hình Việt nam đã đầu tư thử nghiệm hệ thống thu phát truyền hình số theo tiêu chuẩn Châu Âu và đã đạt được một số kết quả khả quan

Tổng quan về truyền hình số

II. Giới thiệu chung :

Nhiều hoạt động của con người sẽ không tồn tại nếu không có

kỹ thuật số và sự phát triển vượt bậc của nó như hiện nay Chúng ta

đã được biết những ứng dụng của nó từ điện thoại cho đến các thiết

bị tự động Ðĩa CD đã thay thế hoàn toàn đĩa nhựa trong một thời gian rất ngắn Máy tính bấm tay đã thay thế thước tính,

Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên

lý kỹ thuật số Trong đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên (cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự số

Hệ thống phát thanh truyền hình, tuy nhiên, vẫn còn đang sử dụng kỹ thuật tương tự bởi nhiều thuật toán nén và phương pháp thực hiện mới được khám phá ra trong thời gian gần đây Nén là một phương pháp làm giảm tốc độ dòng truyền tải tới giá trị phù hợp với

độ rộng kênh truyền Một đĩa CD có tốc độ đọc khoảng 1.5 Mbit/s, một chương trình truyền hình không nén có tốc độ dòng truyền tải lên tới 200 Mbit/s

Việc nghiên cứu nhằm làm giảm băng thông yêu cầu đã được bắt đầu từ sau thế chiến II, một vài giải pháp kỹ thuật đã được đưa ra vào năm 1960 Mặc dầu vậy, việc thực hiện các giải pháp này vẫn còn phải đợi cho đến khi có sự tiến bộ vượt bậc trong việc chế tạo các vi mạch với mức độ tích hợp cao, có khả năng thực hiện các thuật toán trong thời gian thực Hầu hết các nước lớn đã công bố kế hoạch thực hiện truyền hình số và phát thanh số vào năm 2000 Ðể thực hiện, họ dựa vào các tiêu chuẩn truyền hình số mới nghiên cứu

ra gần đây Các tiêu chuẩn này có lịch sử phát triển tuy ngắn song thực sự mãnh liệt

Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vực được nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu Trong đó, khó khăn nhất về kỹ thuật là truyền hình số mặt đất do ảnh hưởng của sóng phản xạ, pha đing và nhiễu xung Nó càng trở nên khó khăn hơn đối với mục tiêu của Châu âu đặt ra là phát triển mạng đơn tần nhằm mục tiêu tăng số lượng kênh truyền hình trong băng tần hiện có Trong mạng đơn tần, tất cả các máy phát làm việc trên cùng một tần số, được đồng bộ bằng một nguồn tần số chung có độ

ổn định cao và cùng phát một chương trình Máy thu thu được tín hiệu tổng hợp từ các máy phát khác nhau với thời gian trễ khác

nhau

Hiện nay có ba tiêu chuẩn về truyền hình số mặt đất:

- ATSC của Mỹ;

- DVB-T của Châu Âu;

- ISDB-T của Nhật

Ðiểm giống nhau của ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video Ðiểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế

Tiêu chuẩn Châu âu và của Nhật sử dụng phương pháp ghép

đa tần trực giao có mã (COFDM) cho truyền hình số mặt đất, nó đã trở thành phổ biến trong phát thanh truyền hình trong khoảng 10 năm trở lại đây Kỹ thuật này đầu tiên được sử dụng cho phát thanh số, sau đó khoảng 5 năm được sử dụng cho truyền hình số mặt đất Ðây

là kỹ thuật duy nhất có thể tạo ra khả năng thực hiện mạng đơn tần Không giống như Châu âu, mạng đơn tần dường như không được chú ý tại Châu Mỹ, tiêu chuẩn Mỹ về truyền hình số mặt đất hiện nay

sử dụng kỹ thuật điều chế biên tần cụt 8 mức (8-VSB)

* Có 5 hệ thống truyền hình số chính đang hoạt động trên thế giới là:

1 Hệ thống truyền hình tiên tiến của Mỹ (ATSC)

2 Truyền hình số mặt đất tích hợp dịch vụ của Nhật Bản (ISDB-T)

3 Chuẩn quốc tế cho truyền hình số của Braxin (ISDTV hoặc ISDB-Tb)

4 Chuẩn cho truyền hình số của Trung quốc (DMB-T/H)

5 Truyền hình số của Châu Âu (DVB-S/C/T/MC)

Các điểm chung giữa các hệ thống này là:

Giữ nguyên dải tần số đang hoạt động hiện nay

Nâng cao độ phân giải theo cả chiều dọc và chiều ngang

Cải thiện chất lượng màu sắc

Sử dụng tỉ lệ 16:9 giống như trong phim nhựa

Hỗ trợ âm thanh nhiều kênh

Tỉ lệ máy thu số theo các tiêu chuẩn (tính đến năm 2009)

1, Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số:

a 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

· b 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

· c Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh:

Truyền tin qua vệ tinh có thể xem như một bước phát triển nhảy vọt của thông tin vô tuyến chuyển tiếp ý tưởng về các trạm chuyển tiếp

vô tuyến đặt trên độ cao lớn để tăng tầm chuyển tiếp đã có từ trước khi các vệ tinh nhân tạo ra đời Năm 1945, Athur C Clark đã công bố

khác

các ý tưởng về một trạm chuyển tiếp vô tuyến nằm ngoài Trái đất, bay quanh Trái đất theo quỹ đạo đồng bộ với chuyển động quay của trái đất, tức là các vệ tinh điạ tĩnh Năm 1955, J R Pierce đã đề xuất các ý tưởng cụ thể về thông tin vệ tinh và vệ tinh viễn thông Các tiến

bộ vượt bậc trong kỹ thuật không gian trong giai đoạn đó đã cho phép các ý tưởng này sớm trở thành hiện thực

Thông tin vệ tinh đặc biệt có ưu thế trong các trường hợp:

- Cự ly liên lạc lớn;

- Liên lạc điểm đến đa điểm trên phạm vi rộng cũng như 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 khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất

là có băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất của các bộ phát đáp làm việc với lượng lùi công suất nhỏ trong các điều kiện phi tuyến, do đó sử dụng điều chế QPSK là tối ưu Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác ở dải tần số cỡ Ghz

* Phát sóng truyền hình số trên mặt đất:

Phát sóng truyền hình số mặt đất đã và đang được nghiên cứu trong nhiều năm trở lại đây Những nước lớn trên thế giới đã bắt đầu phát sóng truyền hình số mặt đất

Hiện nay, có ba tiêu chuẩn về truyền hình số mặt đất: ATSC, DVB-T

và ISDB-T Ba tiêu chuẩn trên có điểm giống nhau là sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video ATSC sử dụng điều chế 8-VSB còn DVB-T và ISDB-T sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao

(OFDM), các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16-QAM hoặc 64-QAM

Mỗi tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất có những ưu, nhược điểm riêng Nhiều nước đã tiến hành thử nghiệm và chính thức chọn tiêu chuẩn cho mình

III Các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số

Hiện tại trên thế giới tồn tại 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số là :

- DVB ( Châu Âu - tính đến năm 2000 có 54% số nước đang sử dụng )

- ISDBT ( Nhật - " 8 % " )

- ATSC ( Mỹ - " 38 % )

Chuẩn ATSC ( Advanced Television System committee ) :

Hệ thống ATSC ( được sử dụng ở Mỹ ) có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho Video Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM Tốc độ bít truyền tải 18,3 Mbit/s cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh truyền hình chuẩn đa chương trình Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV)

Mã hoá và nén tín hiệu nguồn:

Cho phép hạn chế tốc độ bit (nén dữ liệu) phù hợp cho từng ứng dụng như các dòng dữ liệu video số, audio số và dữ liệu phụ ( dữ liệu điều kiện và điều khiển truy nhập, dữ liệu phục vụ)

Ghép kênh và truyền tải:

Các thông tin được chia nhỏ thành các gói dữ liệu, tương ứng

sẽ có một phần tiêu đề để nhận biết cho mỗi gói hay mỗi loại gói, và tương ứng với thứ tự thích hợp các gói dữ liệu video, audio và dữ liệu phụ được ghép vào một dòng dữ liệu đơn

Hệ thống DTV sử dụng dòng truyền tải Mpeg-2 để ghép và truyền dẫn tín hiệu video,audio và dữ liệu trong hệ thống phát sóng quảng bá Dòng tuyền tải này còn được ứng dụng khi độ rộng băng truyền trên một kênh thông tin hay dung lượng lưu trữ là có hạn, hoặc trong đường truyền với các mode truyền không đồng bộ (ATM)

Thu/Phát : gồm quá trình mã hoá và điều chế kênh truyền

Mã hoá kênh truyền có nhiệm vụ cộng thêm các thông tin vào dòng bit dữ liệu, các thông tin được sử dụng trong quá trình tái tạo dữ liệu tại bên thu như các mã truyền dẫn bởi vì sự suy hao trong qua trình truyền dẫn sẽ gây lỗi tín hiệu truyền dẫn

Điều chế là đem các thông tin trong dòng dữ liệu số điều chế lên thành tín hiệu

truyền dẫn, gồm hai loại điều chế:

+ Chế độ phát quảng bá mặt đất (8-VSB)

+ Chế độ truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao(16-VSB)

Chuẩn DVB ( Digital Video Broadcasting ) :

Chuẩn DVB được sử dụng ở Châu Âu, truyền tải tín hiệu Video số nén theo chuẩn MPEG-2 qua cáp, vệ tinh và phát truyền hình mặt đất

Chuẩn DVB có một số đặc điểm như sau:

- Mã hoá Audio tiêu chuẩn MPEG-2 lớp II

- Mã hoá Video chuẩn MP @ ML

- Ðộ phân giải ảnh tối đa 720 x 576 điểm

ảnh

Dự án DVB không tiêu chuẩn hoá dạng thức HDTV nhưng hệ thống truyền tải chương trình có khả năng vận dụng với dữ liệu

HDTV

- Hệ thống truyền hình có thể cung cấp các cỡ ảnh 4:3; 16: 9 và 20: 9 với tốc độ khung 50 Mhz

- Tiêu chuẩn phát truyền hình số mặt đất dùng phương pháp ghép đa tần trực giao (COFDM)

DVB gồm một loạt các tiêu chuẩn Trong đó cơ bản là:

- DVB-S: Hệ thống truyền tải qua vệ tinh Hệ thống DVB-S sử dụng phương pháp điếu chế QPSK, mỗi sóng mang cho một bộ phát đáp

- DVB-C: Hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số qua mạng cáp,

Cấu trúc phân tầng của tiêu chuẩn

ATSC

sử dụng các kênh cáp có độ rộng băng thông từ 7 đến 8 Mhz và phương pháp điều chế 64-QAM DVB-C có mức tỉ số tín hiệu trên tạp

âm cao và điều biến kí sinh thấp

- DVB-T: Hệ thống truyền hình mặt đất với các kênh 8, 7 hoặc 6 Mhz

Sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao có mã (COFDM)

Quá trình phát sóng truyền hình trên mặt đất bao gồm những thành phần sau:

Tín hiệu Video/ Audio nguồn :

- Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các

dữ liệu số.Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá

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

cho vie0c truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng cách nén tín hiệu Video

Mã hoá nguồn dữ liệu số (source coding):

Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tín số nén khác nhau Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG-2 (Moving Picture Experts Group) Việc mã hoá dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ

Do đó Mpeg làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần Với audio cũng như vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai

người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bit thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng

Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn

Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn

Mã hoá kênh :

Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ vào một dòng

dữ liệu, ở đây là dòng truyền tải Mpeg -2

Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed-Solomon

Mã Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay, do có khả năng sửa lỗi rất cao

Điều chế :

Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu Quá trình này bao gồm cả mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do fadinh, tạp nhiễu v.v…

Bên Thu :

Bên phía thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu

Chuẩn ISDB ( Intergrated Services Digital Broadcasting):

Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã được hiệp hội ARIB đưa ra và được hội đồng công nghệ viễn thông của Bộ thông tin bưu điện (MPT) thông qua như một bản dự thảo tiêu chuẩn cuối cùng ở Nhật bản

Hệ thống này có thể truyền dẫn các chương trình truyền hình, âm thanh hoặc dữ liệu tổng hợp

ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao (OFDM) cho phép truyền đa chương trình phức tạp với các điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu di động v.v các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16-QAM hoặc 64-QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 và 8 Mhz

IV So sánh giữa ATSC so với DVB-T :

 Những ưu điểm của ATSC so với DVB-T :

 Công suất máy phát thấp hơn 2,5dB nếu để chống lại nhiễu kênh lân cận với cùng điều kiện

 Mã sửa sai (RS) tới 10 byte lỗi (DVB-T là 8 byte)