TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ MẶT ĐẤT VÀ QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI SANG DVBT2

THUẬT NGỮ VIẾT TẮTASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ ATSC Advanced Television System Committee Ủy ban hệ thống truyền hình mới của Mỹ BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch p

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG 1

- -BÁO CÁO THỰC TẬP TỐT NGHIỆP

TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ MẶT ĐẤT VÀ QUÁ

TRÌNH CHUYỂN ĐỔI SANG DVB-T2

HÀ NỘI 7/2014

Giáo viên hướng dẫn : ĐỖ ĐỨC THÀNH Sinh viên thực hiện : LƯU DOÃN BẮC Lớp

Khóa Hệ

: D10VT4 : 2010 – 2015 : Đại Học Chính Quy

NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP

Hà Nội, ngày … tháng … năm 2014

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc đến các thầy cô Học Viện CôngNghệ Bưu Chính Viễn Thông dẫ tận tình dạy dỗ và tạo điều điện cho em được nghiêncứu, học tập và cung cấp cho em các thông tin, kiên thức vô cùng quý báu và cần thiếttrong suốt thời gian học tập cũng như làm đồ án để em có thể thực hiện và hoàn thànhtốt đề tài này

Đặc biệt, em xin chân thành cảm ơn thầy NCS Đỗ Đức Thành ở Viện Khoa Học

Kỹ Thuật Bưu Điện đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em trong thời gian thực hiện đềtài

Mặc dù em đã cố gắng hoàn thành đề tài Thực Tập Tốt Nghiệp này trong phạm

vi và khả năng cho phép nhưng chắc chắn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và hạnchế nhất định Vì vậy, em rất mong nhận được sự chỉ bảo và ý kiến đóng góp của thầy

cô và các bạn để đề tài của em có thể hoàn thiện hợn

Em xin chân thành cảm ơn !

MỤC LỤC

NHẬN XÉT CỦA ĐƠN VỊ THỰC TẬP 2

LỜI CẢM ƠN 3

MỤC LỤC 4

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU 6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 7

LỜI NÓI ĐẦU 8

CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM 9

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 10

1.1 Giới thiệu về truyền hình số 10

1.2 Đặc điểm của truyền hình số 11

1.2.1 Yêu cầu về băng tần 11

1.2.2 Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N) 11

1.2.3 Méo phi tuyến 12

1.2.4 Chồng phổ 12

1.2.5 Xử lý tín hiệu 12

1.2.6 Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh 13

1.2.7 Hiệu ứng Ghosts (bóng ma) 13

1.3 Ưu điểm chính của truyền hình số 13

1.4 Truyền dẫn tín hiệu số 14

1.4.1 Truyền qua cáp đồng trục: 14

1.4.2 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang 14

1.4.3 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh 14

1.4.4 Phát sóng truyền hình số trên mặt đất 14

1.5 Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới 15

1.5.1 Chuẩn ATSC 15

1.5.2 Chuẩn ISDB-T 17

1.5.3 Chuẩn DVB 18

1.5 Kết luận chương I 19

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ NHẤT (DVB-T) 21

2.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 21

2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 21

2.2.1 Hệ thống phát DVB-T 21

2.2.2 Hệ thống thu DVB-T 22

2.3 Điều chế COFDM trong DVB-T 24

2.3.1 Nguyên lý 24

2.3.2 Số lượng sóng mang 25

2.3.3 Đặc tính trực giao và việc sử dụng DFT/FFT 27

2.3.4 Tổ chức kênh trong OFDM 30

2.3.5 Phương thức mang dữ liệu trong COFDM 33

2.6 Kết luận chương II 35

CHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ 2 (DVB-T2) 37

3.1 Giới thiệu 37

3.2 Những yêu cầu cơ bản đối với chuẩn DVB-T2 38

3.3 Tiêu chuẩn DVB-T2 39

3.3.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2 39

3.3.2 Lớp vật lý DVB-T2 40

3.4 Kết luận chương III 41

CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ MỘT SỐ KIẾN NGHỊ KHI TRIỂN KHAI DVB-T2 TẠI VIỆT NAM 43

4.1 Sự ra đời tất yếu của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 43

4.1.1 Các yêu cầu về thương mại đòi hỏi cho ra đời một thế hệ thứ hai cho tiêu chuẩn truyền hình kỹ thuật số DVB-T 43

4.1.2 Mối quan hệ với tiêu chuẩn số mặt đất DVB-T hiện tại 44

4.1.3 Mục đích của các yêu cầu thương mại 44

4.2 Quá trình chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 Một số vấn đề cần xem xét khi triển khai DVB-T2 45

4.2.1 Các yêu cầu của chuẩn DVB-T2 45

4.2.3 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 46

4.2.4 Các chiến lược triển khai DVB-T2 47

4.2.5 Hiện trạng (thử nghiệm, thông báo triển khai dịch vụ) 48

4.2.6 Các kiến nghị về công nghệ cho toàn Châu Âu 49

4.3 Quá trình triển khai truyền hình số mặt đất ở Việt Nam 50

4.4 Những kiến nghị khi triển khai DVB-T2 ở Việt Nam 52 4.5 Kết luận chương IV 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO 54

DANH MỤC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

ASK Amplitude Shift Keying Khóa dịch biên độ

ATSC Advanced Television System

Committee

Ủy ban hệ thống truyền hình mới

(của Mỹ) BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức COFDM Code Orthogonal Frequency

Division Multiplexing

Ghép đa tần trực giao có mã

DBPSK Diferential Binary Phase Shift

Keying Khóa dịch pha vi sai hai mức DCT Discerte Cosine Transform Chuyển đổi cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transform Chuyển đổi Fourierrời rạc DPCM Differential Pulse Code

Modulation Điều chế xung mã vi sai DQPSK Differential Quadratue Phase

Shift Keying

Khoá dịch pha vi sai bốn mức

DTTB Digital Terrestrial Television

Broadcasting Truyền dẫn truyền hình số mặt đất DVB Digital Video Broadcasting Quảng bá truyền hình số EDTV Enhanced Definition TeleVision Truyền hình phân giải nâng cao FEC Forward Error Correction Hiệu chỉnh lỗi trước

FFT Fast Fourier Transform Chuyển ñổi Fourier nhanh IDFT Inverse DFT DFT ngược

IFFT Inverse FFT FFT ngược

ISDB-T Intergeted Services Digital

Broadcasting – Terrestrial Hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (Nhật LDTV TeleVision Limited Definition Truyền hình phân giải giới hạn MPEG Moving Pictures Experts

Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu về tiêu chuẩn hình ảnh ñộng

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép ña tần trực giao

PAL Phase Alternating Line Hệ truyền hình màu PAL (pha

thay ñổi theo dòng quét) PSK Phase Shift Keying Khoá dịch pha

QAM Quadrature Amplitude

Modulation Điều chế biênñộ vuông góc QPSK Quadratue Phase Shift

Keying

Khoá dịch pha vuông góc

SDTV Standard Definition TeleVision Truyền hình phân giải tiêu

chuẩn SFN Single Frequency Network Mạng ñơn tần số

UHF Ultra-High Frequency

VHF Very-High Frequency

VLC Variable Length Coding Mã có độ dài thay đổi VSB Vestigial sideband Biên tần cụt

L I NÓI Đ U ỜI NÓI ĐẦU ẦU

Với sự phát triển của kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong

đó có công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vượt bậc trong ba thập kỷ vừaqua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong đời sống xã hội.Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực điện tử viễn thông,

nó có những ứng dụng rộng rãi to lớn trong phát triển văn hóa đời sống tinh thần xãhội Trong hơn một thập kỷ qua chúng ta đã chứng kiến sự chuyển đổi mạnh mẽ củacông nghệ truyền hình từ phương thức tương tự xang công nghệ số Ở Việt Nam quátrình chuyển đổi này thực sự ngoạn mục với sự phổ cập từng bước trong lĩnh vựctruyền hình quảng bá và truyền hình trả tiền Từ đầu những năm 90 cho đến naynghành truyền hình đã ứng dụng các thành tựu về công nghệ truyền hình số trongtruyền dẫn vệ tinh, phát triển mạng truyền hình cáp và phổ cập hệ thống truyền hình sốmặt đất

Cùng với sự phát triển của công nghệ truyền hình, chuẩn truyền hình số DVB-T

là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất đã được triển khai thành công, được nhiềunước chấp nhận Tuy nhiên, từ sau sự ra đời của chuẩn DVB-T thì các nghiên cứu về

kỹ thuật truyền dẫn vẫn tiếp tục được triển khai Mặt khác, nhu cầu về phổ tần caocàng khiến cho việc gia tăng hiệu quả sử dụng phổ tần lên mức tối đa càng cấp thiết

Từ đó đã phát triển lên chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2

Việc nghiên cứu tìm hiểu các đặc tính công nghệ của tiêu chuẩn truyền hình sốDVB-T trong quả trình phát triển lên thế hệ mới DVB-T2 là nhiêm vụ cần thiết đối vớicác cơ quan nghiên cứu ứng dụng truyền hình cũng như cán bộ kỹ thuật nghiên cứutrong lĩnh vực này Đó là lý do em chọn đề tài: “ Truyền hình kỹ thuật số mặt đấtDVB-T và quá trình chuyển đổi sang DVB-T2”

Bố cục bài báo cáo gôm 4 chương:

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO THẾ HỆ THỨ NHẤT DVB-TCHƯƠNG III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂUTHẾ HỆ THỨ HAI (DVB-T2)

CHƯƠNG IV: QUÁ TRÌNH CHUYỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀNG IV: QUÁ TRÌNH CHUY N Đ I T DVB-T SANG DVB-T2 CHÂU ÂU VÀỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ ỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ Ừ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ Ở CHÂU ÂU VÀ

M T S KI N NGH TRI N KHAI VI T NAMỘT SỐ KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM Ố KIẾN NGHỊ TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM ẾN NGHỊ TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM Ị TRIỂN KHAI Ở VIỆT NAM ỂN ĐỔI TỪ DVB-T SANG DVB-T2 Ở CHÂU ÂU VÀ Ở CHÂU ÂU VÀ ỆT NAM

Sau một thời gian tìm hiểu và nghiên cứu, được sự hướng dẫn khoa học tận tìnhcủa Thầy giáo NCV.Nguyễn Đức Thành, bài báo cáo đã được hoàn thành.Do thời gian

có hạn, trình độ bản thân còn hạn chế, thêm vào đó luận văn của em là vấn đề tươngđối mới nên không thể tránh khỏi những sai sót Kính mong được sự đóng góp của cácthầy, các cô cùng các bạn

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

1.1 Giới thiệu về truyền hình số

Truyền hình số (Digital Television) là một phương pháp truyền hình hoàn toànmới, là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio chođến máy thu đều làm việc theo nguyên lý truyền hình số Trong đó, một hình ảnhquang hocjdo camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến đổi thành tínhiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên (cả về độ chói và màusắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ qua trìnhbiến đổi tương tự số

Trên thế giới, các nhà điều hành cáp, vệ tinh, trên mặt đất đều đang chuyển độngđến môi trường số Ở Châu Âu, truyền hình số đã được sử dụng ở Anh (phát sóngtruyền hình số, ở Châu Âu, truyền hình số đã được sử dụng ở Anh (phát sóng truyềnhình số 1999, Đức, Pháp, Ireland, Tây Ban Nha, Thụy Điển) Hầu hết các nhà phântích công nghiệp đều dự báo việc chuyển dịch lên truyền hình số là một sự tiến hóa(evolution), nó làm thay đổi cách sống của hàng trăm triệu gia đình trên thế giới, cáccông ty cho rằng sự hội tụ giữa máy tính cá nhân, máy thu hình (TV set) và Internet đãbắt đầu và điều đó sẽ dẫn đến sự chuyển hóa cực đại về máy tính, đối với người tiêudùng, kỷ nguyên mới về số sẽ nâng cao việc xem truyền hình ngang với chất lượngchiếu phim, âm thanh ngang với chất lượng CD cùng với hàng trăm kênh truyền hìnhmới và nhiều dịch vụ mới, truyền hình số cho thuê bao xem được nhiều chương trìnhtruyền hình với chất lượng cao nhất

Đối với các nhà phát sóng truyền hình, việc chuyển dịch lên môi trường số sẽlàm giảm việc sử dụng băng tần/kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứng dụng dụngInternet cho thêu bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thương mại Nhiềudịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành:

 Truy cập Internet tại các tốc độ

 Chơi Game trên mạng với nhiều người

 Video theo yêu cầu VOD (video-on-demand)

 Cung cấp các dòng video và audio

 Dịch vụ thanh toán tiền từ nhà (home banking)

 Các dịch vụ thương mại điện tử

 Cập nhật phần mềm máy tính

 Truyền thanh, truyền hình đa phương tiện (Multimedia)

 Đọc báo điện tử

Trên năm mươi năm qua, truyền hình sử dụng tín hiệu tương tự như là mộtphương tiện truyền dẫn phát sóng Việc chấm dứt truyền hình tương tự và phát triểntruyền hình số đòi hỏi phải đầu tư mới máy thu hình số, máy phát hình số, các thiết bịsản xuất và hậu kỳ số cho chương trình truyền hình Điều đó dẫn đến phải sử dụngmột mặt bằng chung, mở ra các cơ hội cho thị trường dân dụng

Truyền hình số có tốc độ truyền dữ liệu cao, cho phép cung cấp nội dung đaphương tiện phong phú và người xem truyền hình có thể lướt qua Internet bằng máythu hình Nhờ có kỹ thuật nén, có thể phát sóng nhiều chương trình truyền hình trênmột kênh sóng (truyền hình tương tự phát sóng 1 chương trình/ 1 kênh sóng)

1.2 Đặc điểm của truyền hình số

1.2.1 Yêu cầu về băng tần

Yêu cầu về băng tần là một sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và tín hiệutương tự, tín hiệu số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng lớn Đối với tín hiệu sốtổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tần số sóng mang màu như đối với hệthống NTSC là 14,4 MHz nếu thực hiện mã hóa vỡi những mã 8 bit, tốc độ bít sẽ là115,2 Mbit/s độ rộng băng tần khoảng 58 MHz Trong khi đó, tín hiệu tương tự cầnmột băng tần 4,3 MHz Nếu cố thêm các bit sửa lỗi yêu cầu băng tần sẽ phải tăng lênnữa tuy nhiên trong thực tế năng tần này không phải chỉ dùng cho tín hiệu hình ảnhngược lại với dạng số khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn Với các kỹthuật nén băng tần tỷ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa Các tính chất đặcbiệt của tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo cũng làm tăng thêm khảnăng giảm băng tần tín hiệu

1.2.2 Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N)

Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trongquá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi Nhiễu tạp âm trong hệ tương tự có tínhchất cộng, tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phầngây ra Vì vậy luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của khâu có tỷ lệ thấp nhất Nhiễu trong tín hiệu

số dược khắc phục nhờ các mạch sửa lỗi Bằng các mạch này có thể khôi phục lại các

dòng bit như ban đầu Khi có quá nhiều bít lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảmbằng cách che lỗi.

Tỷ lệ S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hay không thay đổi cho đến khi tỉ lệ lỗiBER quá lớn, làm cho cách mạch sửa lỗi và che lỗi mất tác dụng Khi đó dòng bitkhông còn có ý nghĩa tin tức Trong khi đó đối với các hệ thống tương tự khi có nguồnnhiễu lớn tín hiệu vẫn có thể sử dụng được

Tính chất này của hệ thống số đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trìnhtruyền hình với các chức năng biên tập phức tạp – cần nhiều lần dọc ghi Ghi băngbằng tín hiệu số đã được sử dụng rộng rãi trong các năm gần đây Việc truyền tín hiệunhiều chặng cũng được thực hiện rất thuận lợi với tín hiệu số mà không làm suy giảmchất lượng tín hiệu hình

Tuy nhiên trong truyền hình quảng bá, tín hiệu số gặp phải vấn đề khó khăn khithực hiện kiểm tra chất lượng ở các điểm trên kênh truyền

1.2.3 Méo phi tuyến

Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi truyềncũng như đối với tỷ lệ S/N, tích chất này rất quan trongtrong việc ghi đọc chương trìnhnhiều lần đặc biệt với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo phi tuyếnkhuyếch đại vi sai như hệ NTSC

1.2.4 Chồng phổ

Một tín hiệu số được lấy theo mẫu cả chiều thẳng đứng và chiều ngang nên cókhả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hướng Theo chiều thẳng đứng, chồng phổtrong hệ thống số và tương tự như nhau Độ lớn méo chồng phổ thep chiều ngang phụthuộc và các thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquyist Để ngănngừa hiện tượng chồng phổ theo chiều ngang, có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần

số lấy mẫu lớn hơn hai lần thành phần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự

1.2.5 Xử lý tín hiệu

Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương

tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn lạimột chiều các số bit “0”, “1” có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làmgiảm chất lượng hình ảnh Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong

bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh Các công việc tín hiệu số có thể thực hiệnđược dễ dàng là: Sửa lỗi gốc thời gian , chuyển đổi tiêu chuẩn, giảm độ rộng băng tần.

1.2.6 Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh

Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảngcách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu Một phần vì tínhiệu số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xungxóa và xung đồng bộ bằng các từ mã – nơi mà hệ thống truyền dẫn tương tự gây ranhiễu lớn nhất Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảmbăng tần tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có thể phát các chương trình với

độ phân giải cao

1.2.7 Hiệu ứng Ghosts (bóng ma)

Hiệu ứng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền dẫn đến máy thutheo nhiều đường Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiệntượng này trong truyền hình quảng bá

1.3 Ưu điểm chính của truyền hình số

Truyền hình số có nhiều ưu điểm so với truyền hình tương tự như: hình ảnh sạch,

rõ nét, âm thanh ngang với âm thanh của CD, tính chống nhiễu cao, in sao nhiều lầnvẫn đảm bảo hình ảnh chất lượng tốt, thuận lợi cho khâu hậu kỳ, làm kỹ xảo đẹp hơn

… Tuy nhiên, truyền hình số kết hợp với kỹ thuật nén số sẽ cho nhiều điểm nổi bậthơn nữa như tiết kiệm bộ nhớ, tiết kiệm kênh truyền Một kênh truyền hình có thểtruyền trên sau chương trình mà mỗi chương trình kèm theo hai đến bốn đường tiếng.Với các ưu điểm của mình, hệ thống truyền hình số đã được thực hiện ở hầu hết cácquốc gia trên thế giới Đây là một quá trình tất yếu, Truyền hình Việt Nam cũng đang

ở giai đoạn chuyển tiếp Việc nghiên cứu truyền hình số và lựa chọn các tiêu chuẩncho truyền hình Việt Nam đang được tiến hành

Hiện nay quá trình số hóa tín hiệu truyền hình ở Việt Nam là sự thay thế dần cáccông đoạn, trang thiết bị từ tương tự sang số Đó là quá trình số hóa từng phần Rồiđây truyền hình số sẽ thay thế hoàn toàn truyền hình tương tự, tạo điều kiện cho ngànhcông nghiệp này phát triển mạnh mẽ hơn, kết hợp với các mặng truyền thông khác, tạothành một thế giới thông tin số, phục vụ cho con người một cách hữu hiệu

1.4 Truyền dẫn tín hiệu số

1.4.1 Truyền qua cáp đồng trục:

Để truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần Để đạt đượcchất lượng truyền hình cao, cáp có chiều dài 2500km cần đảm bảo mức lỗi trên đoạntrung chuyển 10-11 ÷10-10 Độ rộng kênh dùng cho tín hiệu video bằng khoảng 3/5 tốc

độ bit của tín hiệu Độ rộng kênh phụ thuộc vào phương pháp mã hoá và phương phápghép kênh theo thời gian cho các tín hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với ñộ rộngkênh truyền tín hiệu truyền hình tương tự

1.4.2 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang

Cáp quang nhiều ưu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu so với cáp đồng trụcnhư:

+ Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao

+ Độ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài

+ Suy giảm giữa các sợi quang đẫn cao (80dB)

Muốn truyền tín hiệu video bằng cáp quang phải sử dụng mã truyền thích hợp Đểphát hiện được lỗi truyền người ta sử dụng thêm các bít kiểm tra chẵn

1.4.3 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh.

Kênh vệ tinh khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tầnrộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất của các Transponder làm việcgần như bão hoà 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

Hệ thống COFDM hoạt động theo nguyên tắc điều chế dòng dữ liệu bằng nhiềusóng mang trực giao với nhau Do đó mỗi sóng mang điều chế với một dòng số liệu.Các tín hiệu số liệu được điều chế M-QAM, có thể dùng 16-QAM hoặc 64-QAM Phổ các sóng mang điều chế có dạng sinx/x trực giao Có nghĩa các sóng mang

kề nhau có giá trị cực đại tại các điểm 0 của sóng mang trước và sau điều chế và giảiđiều chế các sóng mang thực hiện nhờ bộ biến đổi Fourier nhanh FFT dưới dạng FFT2K và FFT 8K Với loại vi mạch trên có thể thiết kế cho hoạt động của 6785 sóngmang Các hãng RACE có thiết bị phát sóng truyền hình cho 896 sóng mang, hãngNTL cho 2000 sóng mang

1.5 Các tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất hiện nay trên thế giới

Hiện nay trên thế giới có 3 tiêu chuẩn về truyền hình số:

- DVB-T: Châu Âu, Australia, New Zealand,…

- ATSC: Hàn Quốc, Đài loan, Canada và Mỹ

- ISDB-T: Nhật bản, Brasil

Có thể tham khảo sự lựa chọn các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới Đócũng là yếu tố giúp ta định hướng việc nghiên cứu, việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợpcho riêng mình

1.5.1 Chuẩn ATSC

Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của cácmạng 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 cả Video, Audio và dữ liệu phụ Các đơn

vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyểnmạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM

Tốc độ bit truyền tải 20Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênhtruyền hình chuẩn đa chương trình

Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) vàtruyền hình tiêu chuẩn (SDTV) Đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theoMPEG-2

ATSC có một số đặc điểm sau:

Tham số Đặc tính

Video Nhiều dạng thức ảnh (nhiều độ phân giải khác nhau) Nén ảnh

theo MPEG-2, từ MP@ML tới MP@HL

Audio Âm thanh Surround của hệ thống Dolby AC-3

Dữ liệu phụ Cho các dịch vụ mở rộng (ví dụ hướng dẫn chương trình, thông

tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới computer)

Truyền tải Dạng đóng gói truyền tải đa chương trình Thủ tục truyền tải

MPEG-2

Truyền dẫn RF Điều chế 8-VSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất

Bảng 1.1: Đặc điểm cơ bản của ATSC

Phương pháp điều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC Phương pháp điều chế VSBbao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát sóng mặt đất (8-VSB) và một loạidành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16-VSB) Cả hai đều sử dụng mã Reed -Solomon, tín hiệu pilot và đồng bộ từng đoạn dữ liệu Tốc độ biểu trưng (SymbolRate) cho cả hai đều bằng 10,76Mb/s Nó có giới hạn tỷ số tín hiệu trên nhiễu(SNR) là 14,9dB và tốc độ dữ liệu bằng 19,3 Mb/s

Dữ liệu được truyền theo từng khung dữ liệu Khung dữ liệu bắt đầu bằng đoạn

dữ liệu đồng bộ mành đầu tiên và nối tiếp bởi 312 đoạn dữ liệu khác Sau đó đến đoạn

dữ liệu đồng bộ mành thứ 2 và 312 đoạn dữ liệu của mành sau

Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trưng dành cho đồng bộ đoạn dữ liệu và 828biểu tượng dữ liệu

Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 bytee dữ liệu và 20 byte tương sy cho 208buyte Với tỷ lệ mã hóa 2/3, ở đầu ra của mã sửa sai ta có:

208 x 3/2 = 312 bytes

312 bytes x 8 bit = 2496 bit

Tóm lại một đoạn dữ liệu chứa 2496 bit

Các biểu trưng đó sẽ được điều chế theo phương thức nén sóng mang và hầu hếtdải biên dưới điều biên cụt Tín hiệu pilot được sử dụng để phục hồi sóng mang tại đầuthu, được cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dưới dải tần.

Hình 1.1: Khung dữ liệu VBS 1.5.2 Chuẩn ISDB-T

Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã được hiệp hộiARIB 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

Bản thông số kỹ thuật ở dưới mô tả chi tiết hệ thống truyền hình số mặt đất sửdụng mạng đa dịch vụ (ISDB-T) Hệ thống này có thể truyền dẫn các chương trìnhtruyền 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 đachương trình phức tạp với các điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu diđộng v.v các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc64QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền có độ rộng 6, 7 hay8Mhz

Kiểu Kiểu 1 Kiểu 2 Kiểu 3

Khoảng thời gian tích cực trong một biểu tượng

Bảng 1.2: Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz 1.5.3 Chuẩn DVB

DVB (Digital Video Broadcasting) là một tổ chức gồm trên 200 thành viên củahơn 30 nước nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các khu vựckhác Tổ chức DVB phân ra nhiều phân ban, trong đó có các phân ban chính:

DVB-S - Phát triển kỹ thuật truyền số qua vệ tinh: Hệ thống DVB -S sử dụng

phương pháp điếu chế QPSK (Quadratue Phase - Shift Keying), mỗi sóng mang chomột bộ phát đáp Tốc độ bit truyền tải tối đa khoảng 38,1Mbps Bề rộng băng thôngmỗi bộ phát đáp từ 36 đến 54 Mhz

DVB-C - Phát triển phát số qua cáp: Sử dụng các kênh cáp có độ rộng băng

thông từ 7 đến 8 MHz và phương pháp điều chế 64QAM (64 Quadratue Amplitude

Modulation) DVB-C có mức SNR (tỉ số Signal/Noise) cao và điều biến kí sinh(Intermodulation) thấp Tốc độ bit lớp truyền tải MPEG-2 tối đa là 38,1 Mbps

DVB-T - Phát triển mạng phát hình số mặt đất: Với việc phát minh ra điều chế

ghép đa tần trực giao (COFDM) sử dụng cho phát thanh số (DAB) và phát hình số mặtđất (DVB), rất nhiều nước đã sử dụng phương thức này Tốc độ bit tối đa 27,14 Mbps(ứng với dải thông cao tần 8Mhz)

1.5 Kết luận chương I

Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứucủa nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới Cùng với sự tiến bộ vượt bậccủa công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, công nghệ cao, tốc độ cao, đáp ứng yêucầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình 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 sửdụng một máy phát có khả năng truyền tải được từ 6 đến 8 chương trình đồng thời; vớicùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn từ 5đến 10 lần so với máy phát tương tự, điều này giúp cho việc tiết kiệm đồng tư và chiphí vận hành Một điều được quan tâm nữa là chất lượng chương trình trung thực, ít bịảnh hưởng bởi nhiễu đường truyền , tránh được hiện tượng bóng hình thường gặp ởtruyền hình tượng tự

- Vùng tần số VHF (174-230Mhz) hiện nay giành cho phát PAL analog đã thực sựchiếm hết Nhiều tỉnh và khu vực phát chương trình quốc gia phải phát PAL analogtrên kênh UHF Nhưng công suất máy phát PAL analog trên kênh UHF phải lớnhơn trên kênh VHF hàng 20 lần, khi phủ sóng cùng một vùng Hơn nữa sự chènkênh, nhiễu kênh PAL analog đang xảy ra ở một số vùng Đồng thời nhu cầu phát

nhiều chương trình đang đặt ra khá gay gắt Nên vấn đề phát số là mục tiêu cấp thiết đểgiải quyết những yêu cầu trên

- Sớm lựa chọn vùng tần số cho các mạng phát hình số trên cơ sở cân đối nhu cầuphát triển của nhiều ngành Ví dụ xét về tổng thể lợi ích của toàn xã hội, phát hình sốmặt ñất có thể chuyển hẳn sang băng UHF để sau này dành băng tần VHF cho các dịch

2.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất chính thức được tổ chức ETSI côngnhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997.DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing) COFDM là kỹ thuật có nhiều đặc điểm ưu việt, có khả năng chống lạiphản xạ nhiều đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho phépthiết lập mạng đơn tần (SFN – Single Frequency Network) và có khả năng thu diđộng, phù hợp với các chương trình có độ nét cao HDTV

DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm tiêuchuẩn truyền hình số qua vệ tinh, mặt đất, cáp

2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T

2.2.1 Hệ thống phát DVB-T

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T

Các thành phần tham gia vào quá trình mã hóa kênh bao gồm:

- Bộ phân tán năng lượng: Trong quá trình này, dòng truyền tải (payload stream) sẽ bịxáo trộn Quá trình này là cần thiết bởi vì dòng truyền tải có thể chứa các nhóm “0”,

“1” mà điều này thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock trong máy thu và côngsuất của máy thu sẽ không phân pohoois theo thời gian

- Bộ mã hóa ngoài: Sử dụng mã Reed-solomon Mã này có ưu điểm đặc biệt trongcác kênh có xác suất lỗi kép cao và trong các ứng dụng sử dụng phương pháp sửa lỗiliên tiếp

- Bộ mã hóa trong: Thực hiện việc mã hóa tích chập tại mức bit và cung cấp các tỉ lệ

Tín hiệu analog được thu từ anten được dịch tần xuống, đầu ra bộ dịch tần xuống

là tín hiệu trung tần thấp có tần số trung tâm 4,57 Mhz Tiếp theo dữ liệu số được đồng

bộ tần số, đồng bộ thời gian và loại bỏ khoảng bảo vệ Sau đó qua khối giải điều chếOFDM, các tín hiệu được đưa song song đến bộ đánh giá kênh và cân bằng kênh (Gọi

là đồng bộ kênh thích hợp) Kế đó, dữ liệu đi qua khối giải chèn và giải mã Solomon) Sau khi qua khối giải mã MPEG-2 và giải ghép kênh, các dòng dữ liệu đầu

Reed-ra sau cùng là tín hiệu video, audio và các dữ liệu số

Hình 2.2: Sơ đồ khối máy thu truyền hình số mặt đất

Chức năng các khối cơ bản sau:

- Khối đồng bộ: Nhiệm vụ đầu tiên của khối đồng bộ là phục hồi thời giansymbol, có nghĩa là tìm ra điểm đầu của mỗi symbol và lấy ra tin tức, tránh được hiệntượng giao thoa giữa các symbol Nó còn có nhiêm vụ cơ bản là điều chỉnh tần số của

bộ dao động tại chỗ trong tuner sao cho tần số trung tâm của trung tần thấp đầu vàobằng giá trị danh định của nó

- Khối đánh giá và sửa lỗi do kênh truyền: Khối này có nhiệm vụ so sánh mỗi tếbào pilots tán xạ thu được với giá trị truyền đi đã biết để đạt được đạt được đáp ứngtuyến tính tức thời của kênh đối với sóng mang tương ứng khoảng thời gian đó Các tếbào dữ liệu cần sửa nằm giữa các pilot tán xạ,cả về tần số và về thời gian Thực tế việcchèn thích hợp tương ứng với pilor tán xạ đo được dùng để sửa mỗi tế bào dữ liệu.Như vậy, việc đánh giá hàm truyền đạt kênh được sử dungjddeer bù lại ảnh hưởng củakênh truyền

- Khối cân bằng kênh và đánh giá kênh: Điều chế COFDM sử dụng chu kỳsymbol dài và loại bỏ một số tốc độ dữ liệu có thể xuất hiện trong khoảng thời gianbảo vệ để hạn chế can nhiễu giữa ác symbol Các symbol can nhiễm là những symbolgiống hệt nhau, mang cùng một giá trị nhưng bị trễ Do đó cần phải sử dụng kỹ thuật

cân bằng và đánh giá kênh Phương pháp COFDM với khoảng symbol dài hơn so vớithời gian trễ và khoảng bảo vệ thích hợp, chúng ta có thể đánh giá giao thoa giữa cácsymbol (ISI) và giải quyết can nhiễu giữa các symbol.

- Khối giải mã kênh: Tín hiệu sau khi qua khối đánh giá và cân bằng kênh đượcđưa tới khối giải mã kênh Tai đây chũng được giải ánh xạ (De-mapping), tức là quátrình lấy các dữ liệu ra Sau đó dữ liệu đươc đưa tới bộ bộ giải chèn theo tần số( Frequency De-interleaving) để được sắp xếp theo đúng tần số Bằng cách này, các bólỗi xảy ra khi các sóng mang cạch nhau bị hỏng do phản xạ bị phân tán ra, cho phép bộgiải mã viterbi làm việc tốt hơn Sau đó tín hiệu đi qua bộ giải mã viterbi và bộ giảichèn theo thời gian để loại bỏ lỗi một song mang COFDM đơn mang theo Cuối cùngdòng tín hiệu được đưa qua bộ giải mã Reed-solomon để loại bỏ nốt cac bit lỗi và đầu

ra được dong truyền TS như dòng được truyền đi Dòng này được đưa tới khối táchkênh MPEG và qua khối giải mã video và audio MPEG Sau đó tín hiệu được đưa quathiết bị cuối tương ứng

2.3 Điều chế COFDM trong DVB-T

Để đáp ứng các yêu cầu cũng như tính năng của truyền hình số mặt đất, nhómnghiên cứu của DVB-T đã đưa ra một phương thức điều chế mới COFDM Tính ưuviệt cũng như lý do tại sao dùng phương thức này sẽ được trình bày trong phần sau,

đây là nguyên lý cốt lõi của một hệ thống DVB-T.

2.3.1 Nguyên lý

- COFDM là một phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn sử

dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang Tuy nhiên ta có thể gọi làphương thức điều chế COFDM Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu củaphát hình mặt đất

- COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễlớn giữa các tín hiệu thu được Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần(SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tín hiệu giống nhau trên cùng một tần số, màthực ra đây chính là hiệu ứng "nhiều đường nhân tạo" COFDM cũng giải quyết được

vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp Đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụtương tự do các sóng mang gây ra.

- Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phátsóng các kênh mặt đất Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do

có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không cònnăng lượng đủ để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu Để giải quyết vấn đềnày thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượnglớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớnsóng mang dựa trên kỹ thuật FDM Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu đãmất ở bên thu thì cần mã hóa dữ liệu trước khi phát Do có một số đặc điểm chủ chốtsau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp cho các kênh mặt đất, đó là:

 Các sóng mang trực giao – orthogonality (COFDM)

 Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval

 Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit – symbol và thông tin trạng thái kênh Phần này chúng ta sẽ cùng giải thích các đặc điểm này cũng như ý nghĩa củachúng

2.3.2 Số lượng sóng mang

- Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang Trong mỗisymbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác ñịnh Biên độ và pha nàylựa chọn theo chòm sao điều chế Mỗi symbol vận chuyển một lượng bít thông tin nhấtđịnh, lượng bit này bằng với loga (cơ số 2) của số trạng thái khác nhau trong chòmsao

- Bây giờ hãy tưởng tượng là có hai đường tín hiệu nhận được với một độ trễ tươngđối giữa chúng Giả sử ta xem xét symbol thứ n được phát đi, thì máy thu sẽ cố gắnggiải điều chế dữ liệu bằng cách kiểm tra tất cả thông tin nhận được liên quan đếnsymbol thứ n kể cả thông tin thu trực tiếp lẫn thông tin thu được do trễ

- Khi khoảng trễ lớn hơn một chu kỳ symbol (xem hình 2.2- trái), thì tín hiệu thuđược từ đường thứ hai sẽ chỉ thuần tuý là nhiễu, vì nó mang thông tin thuộc về các

symbol trước đó Còn nhiễu giữa các symbol (ISI) ngụ ý rằng chỉ có một chút ít tínhiệu trễ ảnh hưởng vào chu kỳ symbol mong muốn (mức độ chính xác tuỳ thuộc vàochòm sao sử dụng và mức suy hao có thể chấp nhận).

- Khi khoảng trễ nhỏ hơn một chu kỳ symbol (hình 2.2) thì chỉ một phần tín hiệuthu được từ đường thứ hai được xem như là nhiễu vì nó mang thông tin của symboltrước đó Phần còn lại sẽ mang thông tin của chính symbol mong muốn, tuy nhiên sựđóng góp của nó cũng có thể có ích hoặc có thể mang tính tiêu cực đối với thông tin từđường thu chính thức

Hình 2.3: Hiện tượng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol

- Điều này cho chúng ta thấy rằng, nếu chúng ta muốn giải quyết với tất cả các mứctín hiệu trễ khác nhau thì tốc độ symbol phải được giảm xuống sao cho tổng khoảngtrễ (giữa tín hiệu thu được đầu tiên với tín hiệu thu được cuối cùng) cũng chỉ là mộtphần khiêm tốn của chu kỳ symbol Khi đó thông tin mà một sóng mang ñơn vậnchuyển sẽ bị giới hạn khi có hiệu ứng nhiều đường Vậy thì nếu một sóng mang khôngthể vận chuyển được tốc độ thông tin theo yêu cầu thì tất nhiên sẽ dẫn đến ý tưởngchia dòng dữ liệu tốc độ cao thành rất nhiều dòng song song với tốc độ thấp hơn, mỗidòng được vận chuyển bởi một sóng mang, nghĩa là sẽ có rất nhiều sóng mang Đâychính là một dạng của FDM - bước đầu tiên để tiến tới COFDM

- Mặc dù vậy thì vẫn có thể tồn tại ISI với các symbol trước đó Để khử hoàn toàn thìphải kéo dài khoảng truyền của một symbol sao cho nó lớn hơn khoảng tổng hợp tínhiệu mà máy thu thu được Vậy thì việc chèn thêm khoảng bảo vệ có thể là ý tưởng tốt(chúng ta sẽ trở lại vấn đề này sau)