Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB - T2 và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ISDB-T Intergrated Services Digital Broadcasting Terrestrial Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Nhật LDPC Low Density Parity Check Mã kiểm tra mật

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TÔ THỊ THU TRANG

TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ

TẠI VIỆT NAM

Ngành: Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

Hà Nội-2012

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TÔ THỊ THU TRANG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 VÀ KẾT QUẢ ĐO KIỂM THỰC TẾ

TẠI VIỆT NAM

Ngành: Điện tử Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGÔ THÁI TRỊ

Hà Nội-2012

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

ISDB-T Intergrated Services Digital

Broadcasting Terrestrial

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất của Nhật

LDPC Low Density Parity Check Mã kiểm tra mật độ thấp

MCM Multi Carrer Modulation Điều chế đa sóng mang

MISO Multiple Input, Single Output Phương thức truyền tải MISO

MPEG Moving Picture Experts Group Tiêu chuẩn mã hóa nén

MPEG MFN multiple Frequency Network Mạng đa tần MFN

OFDM Orthogonal Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực giao

PCM Pulse Code Modulation Điều xung mã

PLP Physical Layer Pipes lớp vật lý

PRBS Pseudo Random Binary Sequency Chuỗi giả ngẫu nhiên

PES Packetized Elementary Streams Dòng cơ sở đóng gói

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha

RLC Run length coding Mã hóa với độ dài từ mã động SDTV Standard Definition Television Truyền hình độ nét chuẩn

SNR Signal-to-noise ratio Tỉ số tín hiệu trên tạp âm

VCM Variable Coding and Modulation Mã hóa và điều chế thay đổi

VLC Variable Length Coding Mã hóa với độ dài từ mã thay

đổi SFN Single Frequency Network Mạng đơn tần

TSPS Transport Stream Partial Stream Dòng TSPS

TSPSC Transport Stream Partial Stream

VHF Very high frequency Tần số rất cao

UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao

JPEG Joint Photographic Experts

T2-MI DVB-T2 Modulator Interface Giao diện điều chế gói tin T2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1: So sánh các số chỉ tiêu của các chuẩn truyền hình số 5

Bảng 3.1 Thông số mã hóa FEC đối với FECframe thường (nldpc = 64800

Bảng 4.3 Cường độ trường tại các điểm đo theo tiêu chuẩn DVB-T 69 Bảng 4.4 Cường độ trường tại các điểm đo theo tiêu chuẩn DVB-T2 72

DANH ÁCH H NH V

Hình 1.3 Sơ đồ khối hệ thống nén tín hiệu video 7

Hình 2.1 Sơ đồ hệ thống truyền hình số mặt đất 13 Hình 2.2 Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất DVB-T 14 Hình 2.3 Sơ đồ khối mã hóa kênh trong DVB-T 15 Hình 2.4 Phân bố Năng lượng theo nguyên lý xáo trộn và giả xáo trộn 16 Hình 2.5 Các bước của quá trình phân tán NL, mã hóa ngoài và tráo

Hình 2.7 Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và phổ tín hiệu RF

Hình 2.8 Chòm sao của điều chế 4-QAM, 16-QAM và 64-QAM 22 Hình 2.9 Chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với  =4 22 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số theo chuẩn DVB-T2 28

Hình 3.9 Hiệu quả sử dụng chòm sao “xoay” so với không xoay 33 Hình 3.10 Định dạng của dữ liệu trước khi đan xen 36

Hình 3.12 Kết quả mô phỏng với điều chế 4-QAM, tỷ lệ mã 2/3 và 3/4 40 Hình 3.13 Kết quả mô phỏng với điều chế 16-QAM, tỷ lệ mã 2/3 và 3/4 41 Hình 3.14 Kết quả mô phỏng với điều chế 64-QAM, tỷ lệ mã 2/3 và 3/4 41

Hình 4.1 Biều đồ mối liên hệ giữa tốc độ bit DVB-T và DVB-T2 với

Hình 4.2 Biều đồ mối liên hệ giữa tốc độ bit (Mbps) và tỉ lệ công suất

sóng mang trên tạp âm (C/N) của DVB-T và DVB-T2 50 Hình 4.3 Biều đồ mối liên hệ tốc độ bit và tỉ lệ C/N giữa DVB-T và

Hình 4.11 Trung tâm điểu khiển mạng – NCC network control center 63 Hình 4.12 Trung tâm vận hành mạng – NOC Network operation center 64

Hình 4.15 Vùng phủ sóng theo chuẩn DVB- T kết hợp hai trạm phát

Hình 4.16 Vùng phủ sóng mạng đơn tần theo chuẩn DVB-T2 tại miền

Bắc Việt Nam với 4 trạm phát sóng Vân Hồ, HTV-HN, Keangnam,

Nam Định

70

Hình 4.18 Kết quả mô phỏng Cường độ trường b ng phần mềm mô

phỏng vùng phủ sóng và kết quả đo kiểm thực tế theo tiêu chuẩn

MỞ ĐẦU

Cùng với sự phát triển của khoa học công nghệ, công nghệ số và xu thế hội tụ của công nghệ truyền hình, viễn thông và công nghệ thông tin, ngành Phát thanh truyền hình cũng không ngừng đổi mới và phát triển

Ngày nay, truyền hình đã trở thành một nhu cầu không thể thiếu trong xã hội.Trong những năm gần đây công nghệ truyền hình đã chuyển sang một bước phát triển mới đó là quá trình chuyển đổi từ công nghệ truyền hình tương tự sang công nghệ truyền hình số Việc chuyển đổi này không chỉ xảy ra trong lĩnh vực sản xuất các chương trình truyền hình mà còn trong cả lĩnh vực truyền dẫn và phát sóng tín hiệu truyền hình

Theo lộ trình số hóa của Chính phủ đến năm 2020 tại Việt Nam sẽ chấm dứt việc phát sóng truyền hình tương tự và chuyển hoàn toàn sang công nghệ truyền hình số

Truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn so với truyền hình tương tự như: Có thể truyền nhiều chương trình trên cùng một băng tần, chất lượng cao ít bị ảnh hưởng bởi tạp âm, nhiễu đường truyền, có thể lưu trữ chuyển đổi mà không làm giảm chất lượng, là môi trường lý tưởng để phát triển các chương trình truyền hình độ phân giải cao (HDTV) và kết hợp các dịch vụ truyền hình với các dịch vụ viễn thông khác

Hiện nay, trên thế giới chủ yếu sử dụng 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất: ATSC của Mỹ, ASDB-T của Nhật và DVB-T của Châu Âu Việt Nam đã lựa chọn, nghiên cứu thử nghiệm, triển khai ứng dụng công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu Đây là một sự lựa chọn đúng đắn và thực tế đã thu nhận được thành công Tuy nhiên từ thực tiễn quá trình triển khai ứng dụng, nhiều vấn đề về thương mại, kỹ thuật và yêu cầu của các dịch vụ mới xuất hiện cần phải được giải quyết nh m đáp ứng xu thế phát triển của hệ thống truyền hình Từ đó yêu cầu tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T cần được

bổ sung, đổi mới và phát triển

Dựa vào những lý do trên, tôi chọn đề tài luận văn T

DVB-T2 và kế q ả k ể ự ế ạ V ệ Na ” nh m

mục đích đánh giá khả năng vượt trội của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế

hệ thứ hai DVB-T2 đáp ứng với xu thế phát triển công nghệ truyền hình trên thế giới trong đó Việt Nam cũng đã theo kịp đà phát triển công nghệ truyền hình của thế giới và ứng dụng thành công tiêu truyền hình số mặt đất DVB-T2 tiên tiến nhất thế giới hiện nay

Luận văn thực hiện phân tích, đánh giá những tính năng ưu việt của hệ

được công bố và kết quả đo kiểm thực tế tại Việt Nam để phù hợp với lộ trình

số hóa các hệ thống truyền hình số mặt đất đến năm 2020

Kết cấu luận văn gồm:

Chương 1: Tổng quan về hệ thống truyền hình số

Chương 2: Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T

Chương 3: Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

Chương 4: Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất và kết quả đo kiểm thực

tế theo chuẩn DVB-T2 tại Việt Nam

Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương tự như: Khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được nhiều chương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được những nhược điểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phân giải cao HDTV… việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cáp đồng trục, cáp quang,

vệ tinh hay truyền hình số mặt đất

Hiện nay trên thế giới chủ yếu sử dụng các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất của Mỹ, Nhật và Châu Âu Trong đó tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T là tiêu chuẩn được nhiều nước trên thế giới lựa chọn

II TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN H NH Ố

1.1 ơ ồ k ệ g

Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số

Hệ thống truyền hình số gồm 2 phần chính:

Máy phát:

Nguồn tín hiệu: Cung cấp tín hiệu cho máy phát, đó có thể là tín hiệu ra từ

máy quay phim, micro, chuơng trình máy tính …

Bộ mã hóa nguồn: Nếu tín hiệu đầu vào là tương tự thì sẽ chuyển đổi

thành tín hiệu số Bộ này có khi còn có nhiệm vụ nén dữ liệu, loại bỏ những thành phần không cần thiết của thông tin

Bộ mã hóa kênh: Thêm các thông tin để đảm bảo cho quá trình truyền dẫn

đạt chất lượng tốt, tách/ghép tín hiệu Mã được sử dụng thường là Reed Solomon (mã hóa theo khối) hoặc Viterbi (mã hóa chập)

Bộ điều chế: Ghép tín hiệu ra khỏi bộ mã hóa kênh vào sóng mang có tần

số thích hợp để phát quảng bá với phương tiện truyền dẫn là vệ tinh, cáp hay mặt đất Trong bộ điều chế thường có bộ khuếch đại công suất để nâng mức tín hiệu lên và phù hợp với trở kháng của ống dẫn sóng tới anten

Kênh truyền dẫn: Là môi trường truyền tín hiệu truyền hính số tới máy thu, có thể là môi trường cáp, vệ tinh, mặt đất…

Máy thu: Bộ giải điều chế, bộ giải mã kênh, bộ giải mã nguồn: Thực hiện

các quá trình ngược lại bên Phát tín hiệu cung cấp tín hiệu tới người xem

Ít bị tác động của nhiễu, khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn, có thể khắc phục được hiện tượng chồng phổ tín hiệu, hiện tượng bóng ma so với truyền hình tương tự

Việc truyền tín hiệu số được thực hiện khi đảm bảo sự tương quan giữa các kênh truyền tín hiệu Do đó, các thông tin đồng bộ được đưa vào để đồng bộ các tín hiệu và có thể khóa mã dễ dàng

Các thiết bị số hoạt động ổn định, dễ vận hành Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tương tự như: sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần…

Tín hiệu truyền hình số cho phép khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh gần nhau hơn tạo cơ hội cho việc phát các chương trình truyền hình

độ phân giải cao HDTV (High Definition Television) như hiện nay với chi phí

và giá thành thấp hơn và đơn giản so với truyền hình tương tự Tuy nhiên người dùng phải mua bộ chuyển đổi set- top- box

1 C

Hiện tại trên thế giới tồn tại nhiều tiêu chuẩn truyền hình số và sử dụng chủ yếu 3 tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số là :

- DVB-T (Digital Video Broadcasting-Terrestrial ) Tiêu chuẩn Châu Âu

- ATSC (Advanced Television System Committee) Tiêu chuẩn của Mỹ

- ISDB-T (Intergrated Services Digital Broadcasting-Terrestrial) Tiêu chuẩn của Nhật

Bảng 1.1: So sánh các số chỉ tiêu của các chuẩn truyền hình số

16- QAM, QAM, 16-QAM, 64-QAM

4-OFDM, DQPSK, QPSK, 16-QAM, 64QAM

Tín hiệu audio số với những ưu điểm như: độ méo tín hiệu nhỏ một cách

lý tưởng (0.01%), dải thông âm thanh lớn gần mức tự nhiên (>90dB), đáp tuyến tần số b ng phẳng (±0.5dB), tìm kiếm dữ liệu nhanh chóng, dễ dàng, độ ổn định cao… đã cải thiện được chất lượng ghi và xử lý tín hiệu âm thanh

1.3 Né í ệ g

Tín hiệu truyền hình mang một lượng thông tin rất lớn với các dòng tín hiệu số có tốc độ cao, yêu cầu dải thông rất rộng vượt quá khả năng cho phép của thiết bị Vì vậy, các kỹ thuật làm giảm băng tần được sử dụng trong các tiêu chuẩn truyền hình số

Nén là quá trình làm giảm tốc độ của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh và âm thanh cần truyền tải

1.1.1 Nén tín hiệu video

Nén sẽ loại bỏ những số liệu dư thừa trong tín hiệu video, giảm tốc độ bit của tín hiệu mà vẫn bảo đảm chất lượng tín hiệu phù hợp với một ứng dụng nhất định Có các tiêu chuẩn nén tín hiệu video cơ bản:

Hình 1.3: Sơ đồ khối hệ thống nén video

Tiêu chuẩn MPEG-1: Là tiêu chuẩn mã hóa nén các tín hiệu audio, và video số để có tốc độ bit không vượt quá 1,5Mb/s dùng để ghi hình trên băng từ, đĩa quang, truyền dẫn trên mạng

Tiêu chuẩn MPEG-2: Là tiêu chuẩn mã hóa nén tín hiệu audio, video xuống tốc độ không vượt quá 1,0Mb/s dùng cho truyền hình số độ nét chuẩn SDTV (Standard Definition Television)

Tiêu chuẩn MPEG-3: Là tiêu chuẩn mã hóa nén tín hiệu audio, video số

để có tốc độ bit không vượt quá 50Mb/s dùng cho truyền hình có độ phân giải cao HDTV (High Definition Television)

Ngoài ra tiêu chuẩn mã hóa nén MPEG-4 có tốc độ bit xấp xỉ 64Kb/s dùng cho điện thoại thấy hình (Videophone), DVB-T2

Tiêu chuẩn mã hóa nén MPEG-7 đặc trưng cho các tiêu chuẩn biểu diễn nhiều loại thông tin đa phương tiện khác nhau

Trong các tiêu chuẩn nén video thì MPEG-2 là tiêu chuẩn quan trọng nhất đối với hệ thống truyền hình số MPEG-2 cho phép truyền tín hiệu trên nhiều lớp (mỗi lớp có độ phân giải khác nhau) Hình ảnh có thể khôi phục với các mức chất lượng khác nhau tùy thuộc vào các lớp được sử dụng

1.1.2 Nén tín hiệu audio

Các kỹ thuật mã nguồn được dùng để loại bỏ độ dư thừa trong tín hiệu audio và các kỹ thuật che mặt nạ tâm sinh lý nghe (Psychoacoustic Masking) được sử dụng để nhận biết và loại bỏ những mẫu âm thanh lỗi Hiện nay sử dụng hai kỹ thuật nén audio:

Mã hóa dự đoán trong miền thời gian: Kỹ thuật này thực hiện mã hóa sai

số giữa các mẫu liền kề nhau mà có thể khôi phục được Thông tin audio sẽ được biễu diễn và truyền đi b ng dòng bit với tốc độ được giảm xuống

Giải

từ

mã

Giải lượng

tử hóa

Biểu diễn thuận lợi

Mã chuyển đổi trong miền tần số: kỹ thuật này sử dụng các khối mẫu audio từ bộ điều xung mã PCM (Pulse Code Modulation) tuyến tính biến đổi từ miền thời gian sang các dải băng khác nhau trong miền tần số

Phương pháp nén tín hiệu audio gồm nén không mất thông tin và nén có mất thông tin

Nén không mất thông tin, sau khi tiến hành giải nén cho phép khôi phục lại các bit đúng như ban đầu Nén không mất thông tin sử dụng những kỹ thuật

mã dự đoán trước trong miền thời gian bao gồm: các thuật toán DPCM (Differential Pulse Code Modula) hay ADPCM (Adaptive Differential Pulse Code Modulation), mã hóa entropy…

Phương pháp nén có mất thông tin: là phương pháp phối hợp một số kỹ thuật nén và tính chất của cảm thụ âm thanh của tai người để tìm ra các thành phần phổ không nghe thấy trong tập hợp tín hiệu âm thanh

1.4 Mã óa k g

Mã hóa kênh được sử dụng trong các hệ thống ghi và truyền tín hiệu số để phối hợp các tính chất của mã hóa và tính chất của quá trình ghi của đường truyền

Trong hệ thống truyền hình để có thể truyền tín hiệu với độ tin cậy cao, các dòng tín hiệu video, audio được đóng gói lại thành các dòng cơ sở PES (Packetized Elementary Streams) tương ứng với các gói có độ dài thay đổi Mỗi gói gồm một Header và dữ liệu của các dòng cơ sở Các gói PES này được ghép kênh với nhau tạo ra dòng truyền tải TS (Transport Stream) hoặc dòng chương trình để đảm bảo tốc độ truyền tín hiệu nhỏ hơn giới hạn đường truyền của kênh thông tin (tín hiệu số không có lỗi trong kênh truyền) và giảm khả năng mất mát thông tin, thời gian truyền dẫn, tăng dải thông kênh truyền Tín hiệu truyền hình số cần thực hiện quá trình mã hóa kênh truyền để chất lượng thông tin trên đường truyền và phù hợp với từng trường hợp sử dụng

Đặc điểm của mã hóa kênh: Mã hóa được sử dụng trong các trường hợp:

- Mã sơ cấp dùng để tạo tín hiệu video, audio

- Mã bảo vệ sửa sai, tăng khả năng chịu đựng, bảo vệ, sửa lỗi tín hiệu trong kênh truyền có nhiễu

- Mã truyền tuyến tính, giúp tăng khả năng truyền dẫn

1.5 Đ ế g

Quá trình truyền dẫn tín hiệu số ở tốc độ cao trên các kênh VHF/UHF thường gặp phải hiện tượng Fading, phản xạ tín hiệu do gặp phải nhà cửa, núi

đồi… làm cho tín hiệu bị trễ lên tới hàng chục μs Hay khi di chuyển, tín hiệu trực tiếp từ máy phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) Hay trong mạng đơn tần SFN, sự lựa chọn tần số kênh rất quan trọng khi tất cả các máy phát phát các tín hiệu giống nhau ở từng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm μs) Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích kênh DVB-T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao có mã COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Dòng bit truyền tới được chia thành hàng ngàn sóng mang con tốc độ thấp, trong ghép kênh phân tần FDM (Frequency Division Multiplexing) Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính: 2K cho các mạng chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang con trong giải thông 7,61MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 224μs) và 8K cho FSNs (tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu=86μs) Mỗi sóng mang được điều chế theo giản đồ QAM (4,16, 32, 64, 256-QAM)

Điều chế COFDM bản chất là fading tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều chế ở tốc độ bit trung bình (tốc độ symbol vào khoảng 1Kbaud tương ứng với mode 2K hay 8K) và khoảng thời gian rất dài so với thời gian đáp ứng thay đổi kênh Do đó mỗi sóng mang con chiếm một dải tần hẹp trong đó đáp ứng tần số kênh là phẳng cục bộ

- Truyền tín hiệu truyền hình số b ng cáp quang

- Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh

- Phát sóng truyền hình số mặt đất

Phân bố năng lượng

IV KẾT LUẬN CHƯƠNG

Sử dụng công nghệ truyền hình số đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng, hiệu quả cao cho nhà cung cấp dịch vụ Công nghệ truyền hình số không chỉ tăng số kênh truyền mà còn cho phép nhà cung cấp dịch vụ mở rộng kinh doanh ra các dịch vụ mới mà với công nghệ tương tự không thể thực hiện được

Hiện nay truyền hình số phát triển hết sức đa dạng về loại hình dịch vụ, phương thức truyền dẫn và phát sóng như: truyền hình số cáp DVB-C, truyền hình số mặt đất DVB-T, truyền hình số vệ tinh DVB-S, truyền hình độ phân giải cao HDTV, truyền hình qua Internet IPTV, 3G TV

Sử dụng các kỹ thuật nén tín hiệu trong hệ thống truyền hình số giải quyết được yêu cầu về độ rộng băng tần trong hệ thống truyền hình số Sự ra đời và thay thế của truyền hình số cho truyền hình tương tự là một xu thế tất yếu khách quan

Trong các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số, truyền hình số mặt đất DVB-T sử dụng phương pháp điều chế COFDM, mã hóa audio theo tiêu chuẩn MPEG-2 đã tỏ ra có nhiều ưu điểm bổi bật và được nhiều nước trên thế giới lựa chọn trong đó có Việt Nam

C ươ g 2

TRUYỀN H NH Ố MẶT ĐẤT TH TI U CHU N DVB-T

I ĐẶT VẤN ĐỀ

Truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB-T ra đời vào những năm cuối thập

kỷ 90 và đã nhanh chóng khẳng định được vị thế trên thị trường Truyền hình số mặt đất DVB-T có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương

tự nên đã được hầu hết các nước phát triển trên thế giới lựa chọn

Quá trình số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình số đang là một xu thế tất yếu tại nhiều quốc gia trên thế giới và Việt Nam cũng không đứng ngoài xu hướng

đó Việt Nam đã quyết định lựa chọn công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu để triển khai ứng dụng rộng rãi và thu được thành công nhất định

Hiện nay, trên phạm vi cả nước đã có quy hoạch, lộ trình xây dựng và phát triển các hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất đến năm

2020

Ngành truyền hình đang phát triển rất mạnh mẽ cả về lượng và chất, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người xem truyền hình Truyền hình độ phân giải cao HDTV, 3D TV… đang phát triển nhanh chóng và trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghệ truyền hình thế giới và dần thay thế các công nghệ truyền dẫn, phát sóng truyền hình truyền thống

II TRUYỀN H NH Ố MẶT ĐẤT THEO TI U CHU N DVB-T

2.1 G ớ ệ DVB-T

Truyền hình số mặt đất theo tiêu DVB-T, sau hàng loạt các thử nghiệm thành công của các cơ sở nghiên cứu khoa học tại châu Âu Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T chính thức được tổ chức ETSI công nhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997

Anh là nước đi đầu trong việc triển khai diện rộng hệ thống truyền hình theo chuẩn DVB-T với 33 trạm phát sóng số vào tháng 10 năm 1998 phủ sóng cho khoảng 75% dân số Sau đó đến tháng 11 năm 1999 tăng số trạm lên 81 phủ sóng cho 90% dân số và đến năm 2006 đã chấm dứt truyền hình tương tự Như một hiệu ứng dây truyền nhiều nước ở khắp các châu lục đã tiến hành thử nghiệm và triển khai thực tế các dịch vụ truyền hình tiên tiến trên nền tảng DVB-T

DVB-T sử dụng kỹ thuật dựa trên phương pháp ghép kênh theo tần số trực giao có mã COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) COFDM là kỹ thuật điều chế OFDM kết hợp với kỹ thuật mã hóa kênh truyền

có nhiều đặc điểm ưu việt, có khả năng chống lại phản xạ nhiều đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn tần SFN

và có khả năng thu di động, phù hợp với các chương trình có độ nét cao HDTV

Tiêu chuẩn DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB, trong

đó bao gồm tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, mặt đất, cáp

Tiêu chuẩn DVB–T là tiêu chuẩn có nhiều ưu điểm, hiện đại, mang tính

mở và có khả năng tương thích cao, được nhiều nước sử dụng như

- Hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự

- Trên dải tần truyền hình có thể phát được một số chương trình truyền hình

có chất lượng cao, chất lượng ổn định, khắc phục được các hiện tượng bóng ma, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm…

- Máy thu hình có thể lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, xách tay hoặc lưu động ngoài trời, chuyển đổi linh hoạt chương trình

- Có khả năng làm việc với các tỉ lệ khuôn hình 4:3,16:9 (băng tần tiêu chuẩn) và 20:9 (băng tần cao)

- Sử dụng dòng truyền dữ liệu theo tiêu chuẩn Quốc tế (định dạng lấy mẫu 4:2:0, nén MPEG – 2 MP@ML, có khả năng tương thích hoặc chuyển đổi lên/xuống các lớp bậc thấp và cao, phân cấp giữa SDTV và HDTV )

- Tiêu chuẩn phát sóng số không gây trở ngại cho việc quy hoạch tần số

- Có khả năng sử dụng lại một phần hạ tầng của hệ thống máy phát hình kĩ thuật tương tự Chi phí đầu tư phù hợp với Việt Nam

Nhược điểm của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T là:

Các sóng mang có công suất thấp nên dễ bị ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số Khi thực hiện điều chế 64-QAM, nếu như có sự sai lệch chút ít về pha và biên độ sẽ gây cho đầu thu giải điều chế sai so với tín hiệu ban đầu

Để đảm bảo chất lượng thu sóng tín hiệu truyền hình số DVB-T từ máy phát cần phải luôn giữ được tính trực giao các sóng mang

Tại Việt Nam kể từ 26/3/2001 Đài truyền hình Việt Nam chính thức lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T cho truyền hình số mặt đất

2.2 ơ ồ k ệ g DVB-T

Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất

Các thành phần chính của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T bao gồm:

Nguồn tín hiệu: Biến đổi tín hiệu video và audio thành các dữ liệu số

Mã hóa nguồn (Source Coding): Thực hiện nén tín hiệu số b ng bộ mã hóa nén MPEG-2 ở các tỉ số nén khác nhau Việc mã hóa tín hiệu được thực hiện khá phức tạp dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với

sự sai khác rất nhỏ MPEG chỉ gửi đi những dữ liệu thay đổi và dữ liệu lúc này

có thể giảm đi 100 đến 200 lần Việc nén tín hiệu audio cũng được thực hiện dựa trên đặc điểm tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau

Gói và đa hợp video, audio và dữ liệu phụ thuộc vào một dòng dữ liệu, ở đây là dòng truyền tải MPEG-2

Điều chế: Quá trình điều chế tín hiệu phát sóng b ng dòng dữ liệu 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 phađing, tạp nhiễu…

Phía thu: Thực hiện các bước ngược lại mở gói, giải mã, hiển thị hình ảnh

và tiếng

2.3 Đ í kỹ ậ ủa DVB-T

2.3.1 Sơ đồ khối và hoạt động của hệ thống phát

Hệ thống DVB-T được định nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 (nhận được tại đầu ra của bộ

RX Phát sóng TX

Mã hóa truyền dẫn (kênh)

Đa hợp/ sửa lỗi

Điều chế

D/A Thu

ghép kênh), đầu ra là tín hiệu cao tần đi tới anten Hệ thống tương thích trực tiếp với chuẩn nén tín hiệu MPEG-2 ISO/IEC 13818

Do hệ thống được thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tương tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo b ng việc

sử dụng mạng đơn tần

Hình 2.2: Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất DVB-T

Trên hình 2.2 Các tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt quá trình

xử lý Các khối nét đứt trên hình được sử dụng cho cấu hình điều chế phân cấp

Khối Splitter phân chia dòng dữ liệu thành 2 dòng với những mức ưu tiên khác nhau, tốc độ dòng dữ liệu và tỷ lệ mã hóa khác nhau, có nghĩa là khả năng chống lỗi của dòng dữ liệu là khác nhau

Ta thấy một hệ thống máy phát chủ yếu sẽ gồm phần mã hoá sửa lỗi và điều chế OFDM Đây cũng chính là hai phần chủ yếu được các nhà khoa học tập trung khai thác để tối ưu đưa ra chuẩn mới DVB-T2 được trình bày ở chương sau

2.3.2 Mã hóa kênh

Môi trường truyền dẫn mặt đất chịu tác động mạnh bỡi can nhiễu, mã hoá kênh cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu nh m chống lỗi sai trên đường truyền DVB-T sử dụng mã cuốn CC và mã khối RS Mã sửa sai trước có 5 giá trị để lựa chọn: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 và 7/8 tỉ lệ mã sửa sai càng lớn khả năng kháng sửa lỗi

SYNC 1 byte MPEG-2 Transport MUX data (187 byte)

càng tốt nhưng tốc độ tín hiệu hữu ích càng thấp, dung lượng dành cho chương trình cần phát đi càng thấp

Mã hóa kênh trong truyền dẫn phát sóng mặt đất DVB-T với các kênh thuộc dải tần số siêu cao UHF (Ultra High Frequency) và tần số rất cao VHF (Very High Frequency) có băng thông 8MHz là quá trình xử lý tín hiệu phức tạp

Hình 2.3: Sơ đồ khối mã hóa kênh trong DVB-T

Mã hóa kênh trong DVB-T được mô tả như sau:

Dữ liệu đầu vào bộ mã hóa kênh là dòng truyền tải MPEG-2 gồm các gói nối tiếp với độ dài xác định mỗi gói là 188byte, (1 byte đồng bộ,187 byte dữ liệu)

a) Gói truyền tải MPEG2

Các bước tiến hành:

Khối phân tán năng lượng (Energy Dispersal): Cung cấp các tín hiệu ngẫu nhiên và một mức cơ bản cho việc chống lỗi Dữ liệu được kết hợp với chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequency) nh m phân bố năng lượng đồng đều trong dòng truyền tải, tránh những chuỗi 0 hoặc 1 liên tiếp gọi là quá trình ngẫu nhiên hóa luồng dữ liệu Đa thức sinh cho quá trình ngẫu nhiên này là: 1+ X14+ X15 Kết hợp giữa thanh ghi dịch và các cổng EX - OR để xáo trộn

và giải xáo trộn (Scrambled/ Descrambled) dữ liệu trong quá trình xử lý tín hiệu

Randomized Data

Randomized Data

Hình 2.4: Phân bố năng lượng theo nguyên lý xáo trộn và giải xáo trộn

b)Gói truyền tải ngẫu nhiên hóa: byte đồng bộ và các dữ liệu ngẫu nhiên hóa

c) Gói chống lỗi với mã Reed- Solomon RS (204/188,8)

d) Cấu trúc dữ liệu sau outer interleaving

Hình 2.5.(a,b,c,d) Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và tráo dữ liệu

Ví dụ: Chuỗi ban đầu là “100101010000000” được nạp vào thanh ghi sau

mỗi nhóm 8 gói dữ liệu Để thông báo cho bộ giả ngẫu nhiên của chuỗi này, byte đồng bộ thuộc gói truyền tải đầu tiên của nhóm 8 được đảo ngược từ 47HEX thành B8HEX Chu kỳ của chuỗi PRBS là 8x188 byte trừ đi byte đồng bộ (B8HEX) b ng 1503 byte (Sự thay đổi cấu trúc dữ liệu qua khâu phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và xáo trộn dữ liệu xem hình 2.5)

Mã ngoài (Outer Coder): Nh m kiểm soát sửa loạt lỗi sai hay xảy ra có chiều dài xác định DVB-T sử dụng mã khối RS (Reed Solomon) b ng cách

cộng 16 bytes vào các gói 188 bytes của dòng truyền tải TS để tạo ra gói 204 bytes Thuật toán sửa lỗi này đặc trưng b ng 3 thông số:

n = 204: Độ dài gói truyền cuối

k = 188: Độ dài gói truyền gốc

17 khối với 12byte mỗi khối Mỗi phần tử ghi dịch FIFO (First In First Out) được cấu trúc thành byte Các byte đồng bộ của MPEG-2 luôn chạy không trễ qua nhánh “0” của bộ ghép xen Quá trình ghép xen kẽ sẽ phân bố các lỗi cụm (Burst Error) qua một số các khối làm cho việc sửa sai có thể thực hiện một cách hiệu quả Quá trình sửa lỗi được chia thành hai phần mã ngoài (Outer Coder) và mã trong (Inner Coder)

Khối mã trong ( Inner coder): Nh m kiểm soát sửa và báo lỗi cho một loạt lỗi sai có chiều dài lớn hơn chiều dài lỗi qui định

Khối ghép xen trong (Inner Interleaving): bao gồm khối ghép xen bit và ghép xen symbol

Bộ ghép xen bit: dữ liệu đầu vào được tách thành V Sub-tream, trong đó V= 2 đối với điều chế pha QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), V = 4 với 16-QAM và V = 6 với 64-QAM Trong chế độ truyền không phân cấp, dòng dữ liệu đầu vào được tách thành V- 2 Sub - Stream

Bộ ghép xen symbol (symbol Interleaver): mục đích của bộ xáo trộn symbol là thực hiện ánh xạ các từ mã (có độ dài V bit) lên 1512 (mode 2k) hoặc

6048 (mode 8k) sóng mang tích cực trong một symbol điều chế đa sóng mang trực giao OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

2.3.3 Bộ điều chế DVB-T

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM Do bên phát cần phải mã hóa để bên thu có thể khôi phục lại được những dữ liệu bị mất trong quá trình truyền Vì vậy, phương pháp điều chế này còn có tên gọi là ghép kênh đa sóng mang trực giao có mã hóa COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing)

Bộ điều chế DVB-T có khả năng điều khiển hoàn chỉnh cho việc phát các tín hiệu cao tần Đầu vào Bộ điều chế DVB-T là dòng tín hiệu truyền tải MPEG-

2 đầu vào và phát ra tín hiệu UHF hoặc VHF

OFDM là kỹ thuật ghép kênh đa tần số trực giao trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của phát hình mặt đất Kỹ thuật OFDM dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu đầu vào thành nhiều dòng dữ liệu song song có tốc độ bit nhỏ hơn nhiều lần Sau đó, truyền chúng trên những sóng mang con như là những kênh con Các sóng mang con được ghép kênh tần số trực giao nhau để tránh gây can nhiễu lẫn nhau

Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm thích hợp và được gọi là một

“OFDM Symbol” Trong ghép kênh FDM truyền thống, những sóng mang được lọc ra riêng biệt để đảm bảo r ng không có chồng phổ Bởi vậy, không có hiện tượng giao thoa giữa những sóng mang nhưng phổ chưa được sử dụng với hiệu quả cao nhất Với kỹ thuật OFDM, nếu khoảng cách các sóng mang được chọn sao cho những sóng mang trực giao trong một chu kỳ symbol thì ta có thể khôi phục lại mà không có giao thoa hay chồng phổ

Hình 2.6: Phân bố sóng mang trong OFDM

Ưu điểm sử dụng phương pháp điều chế COFDM có thể khắc phục được hiện tượng phát nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễ lớn 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 OFDM cũng giải quyết được vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp Đây là hiện tượng thường thấy trong truyền hình tương tự do các sóng mang gây ra

OFDM có các đặc điểm phù hợp cho các kênh mặt đất, đó là :

- Các sóng mang vuông góc - Orthogonality

- Chèn thêm các khoảng bảo vệ - Guard Interval

- Sử dụng mã sửa lỗi, xen bit - Symbol và thông tin trạng thái kênh CSI

Bộ điều chế DVB-T có các chức năng cơ bản sau:

- Mã hóa COFDM

- Tạo xung đồng hồ và đồng bộ

- Điều chế I/Q

- Nâng tần lên dải UHF hoặc VHF

- Bộ khuếch đại hoạt động với hiệu suất cực đại

- Tín hiệu đầu ra có chất lượng cao

- Chi phí thấp

Ngoài ra bộ điều chế DVB-T còn có khả năng cho phép thực hiện các chức năng với các yêu cầu cao hơn như: môđun đầu vào mạng SFN, bộ thích nghi tốc độ bit, khả năng điều khiển xa, khả năng sửa méo phi tuyến

2.3.4 Mã hóa COFDM trong DVB-T

Hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa tần số trực giao có mã COFDM điều chế dữ liệu Tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã kênh với các loại mã khác nhau nh m mục đích chống lại các lỗi đường truyền Tín hiệu trên mỗi sóng mang sẽ được điều chế với các mức khác nhau Kỹ thuật OFDM phù hợp cho việc thiết kế hệ thống truyền dẫn băng rộng, ảnh hưởng của

sự phân tập về tần số đối với chất lượng của hệ thống được giảm nhiều so với hệ thống truyền dẫn đơn sóng mang

Tính trực giao của các sóng mang:

Khi sử dụng một số lượng lớn các sóng mang sẽ cần nhiều bộ điều chế, giải điều chế và các bộ lọc kèm theo, do đó sẽ cần đến một dải thông lớn hơn để

có thể chứa các sóng mang này Để khắc phục vấn đề này người ta thực hiện sắp xếp các sóng mang bảo đảm một khoảng cách đều đặn fU=1/TU, với TU là khoảng symbol hữu ích Đây chính là điều kiện trực giao của các sóng mang trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao Phổ của tín hiệu OFDM với 16 sóng mang có dải thông 8MHz

Hình 2.7: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 và

phổ tín hiệu RF thực tế

Các thành phần phổ của máy phát số DVB-T gồm hàng ngàn sóng mang chiếm hết dải thông 8MHz Số lượng các sóng mang cao tần trong máy phát số DVB-T là 1705 sóng mang (chế độ 2K) và 6817 sóng mang (chế độ 8K) Để tránh khỏi can nhiễu giữa các sóng mang phải chọn các sóng mang trực giao với nhau

Về mặt toán học, việc trực giao của sóng mang thứ k được biễu diễn

ψk(t) = ejkωut với ωu = 2 /Tu

Điều kiện trực giao mà sóng mang phải thỏa mản là:

k dt t Tu

Về phương diện phổ: điểm phổ có năng lượng cao nhất của một sóng mang rơi vào điểm b ng không của sóng mang khác Vì các sóng mang được đặt rất gần nhau nên tổng cộng dải phổ cũng như ở điều chế sóng mang đơn nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ lọc cắt đỉnh lý tưởng

Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu:

Sử dụng phép biến đổi Fourier nhanh FFT (Fast Fourier Transform) để thay thế cho việc sử dụng nhiều mạch điều chế cầu phương và các bộ lọc để thực hiện điều chế đa sóng mang OFDM

Các chuỗi bit tín hiệu đầu vào được biến đổi thành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó trong miền thời gian liên tục Tùy thuộc vào kiểu điều chế, mỗi tổ hợp bit trong chỗi bit đầu vào được gán cho một tần số sóng mang

Vì vậy, mỗi sóng mang chỉ tải một số lượng bit cố định Nhờ bộ định vị

và điều chế M-QAM, sóng mang sau khi điều chế QAM là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao theo quy luật mã Gray trên 2 trục thực (Re) và trục ảo (Im) Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang

Quá trình biến đổi IFFT (Inverse FFT) sẽ biến đổi các số phức biễu diễn các sóng mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền thời gian rời rạc Trong thực tế, các thành phần thực và thành phần

ảo được biểu diễn b ng chuỗi nhị phân, được bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng sẽ được biểu diễn b ng một chuỗi nhị phân Chuỗi nhị phân sau khi điều chế IQ được biến đổi DA để nhận được tín hiệu trong băng tần cơ bản

Quá trình xử lý ở phía thu sẽ thực hiện biển đổi FFT để tạo ra các điểm điều chế phức của mỗi sóng mang phụ trong symbol OFDM, sau khi giải định vị (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại để khôi phục lại dòng dữ liệu đã truyền

Lựa chọn điều chế cơ sở:

Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao Tuỳ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở được chọn là 4-QAM, 16-QAM hay 64-QAM mỗi sóng mang sẽ vận chuyển được số bit dữ liệu là 2, 4 hoặc 6bit Tuy nhiên, với công suất phát cố định, khi có nhiều bit dữ liệu trong một symbol thì các điểm trong chòm sao càng gần nhau hơn và khả năng chống lỗi sẽ bị giảm Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi

Hình 2.8: Chòm sao của điều chế 4-QAM, 16-QAM và 64-QAM

Tùy theo yêu cầu sử dụng DVB-T với mục đích gì và phát với số lượng chương trình bao nhiêu để lựa chọn mức điều chế là: 4-QAM, 16-QAM, 64-QAM ( Hình 2.8)

Hình 2.9: Chòm sao của điều chế phân cấp 16-QAM với  = 4

Với mô hình điều chế không phân cấp luồng số liệu đầu vào được tách thành các nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở Mỗi nhóm bit này mang thông tin về pha và biên độ của sóng mang và tương ứng với một điểm trên biểu đồ chòm sao

2.3.5 Khoảng thời gian bảo vệ

Trong dòng tín hiệu đưa vào điều chế có một khoảng thời gian trống giữa các symbol của tín hiệu Người ta đưa vào khoảng thời gian trống một khoảng bảo vệ có giá trị b ng 1/4, 1/8, 1/16 và 1/32 của thời gian symbol Việc đưa vào khoảng bảo vệ máy phát số giúp phía thu khắc phục được hiện tượng rối loạn khi thu quá nhiều sóng phản xạ tới Khoảng bảo vệ càng lớn thì vận tốc tín hiệu hữu ích sẽ giảm Độ dài khoảng vảo vệ phụ thuộc vào độ lớn của vùng phủ sóng

III KẾT QUẢ TRIỂN KHAI ỨNG DỤNG DVB-T TẠI VIỆT NAM

2.1 N ầ và x ướ g p ể ủa ệ g

Nhu c u của người xem:

Để đáp ứng được nhu cầu cho người xem ngày càng tăng cao cả về thời lượng phát sóng, chất lượng chương trình và chất lượng hình ảnh, với công nghệ truyền hình số mặt đất, chúng ta hoàn toàn có thể kiểm soát và chọn lọc để cung cấp cho người xem truyền hình các chương trình chuyên biệt lành mạnh đồng thời bảo đảm được những vấn đề an ninh cho các chương trình truyền hình trong quá trình hội nhập

Người tiêu dùng trên thế giới nói riêng và người tiêu dùng Việt Nam nói chung được sử dụng những sản phẩm dịch vụ truyền hình số chất lượng trên các lĩnh vực như: DVB-T, IPTV, HDTV, và sắp tới tiến đến cung cấp dịch vụ 3D

TV

Xu hướng phát triển của hệ thống truyền hình số:

Hiện nay, số hóa truyền hình đã trở thành một xu hướng tất yếu của ngành truyền hình thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng Các công nghệ như: truyền hình số mặt đất, truyền hình số vệ tinh, truyền hình cáp, truyền hình Internet IPTV, truyền hình HDTV, …đã phát triển nhanh chóng và đang dần thay thế các công nghệ truyền dẫn phát sóng truyền thống

Bên cạnh đó thiết bị hiển thị HD ngày càng trở nên phổ biến với giá cả phải chăng, dần thay thế màn hình truyền thống, yêu cầu nguồn cung cấp nội dung HD và các kênh chương trình HD ngày càng cao trên tất cả các hạ tầng truyền dẫn như: vệ tinh, số mặt đất, cáp

Các dịch vụ truyền dẫn, phát sóng truyền hình di động, Internet và các dịch vụ đa phương tiện phát triển với tốc độ nhanh chóng Từ tình hình thực tế

và xu hướng phát triển, cần thiết phải đưa ra các giải pháp cho việc truyền dẫn, phát sóng truyền hình đồng bộ, thống nhất trên phạm vi cả nước

2.2 T ể k a và p ể ở V ệ Na

Mạng phát hình số mặt đất DVB-T do Công ty Đầu tư và phát triển công nghệ truyền hình (VTC) bắt đầu triển khai từ năm 2001 Sau hơn 10 năm triển khai qua 4 giai đoạn, mạng truyền hình số đã phủ sóng trên hầu hết các tỉnh thành phố phục vụ hàng triệu khán giả tập trung chủ yếu ở đồng b ng sông Hồng, đồng b ng sông Cửu Long và các tỉnh, thành phố lớn trên cả nước

Hiện nay, các đài truyền hình như TP HCM, Bình Dương, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Thái Bình và một số Đài phát thanh truyền hình khu vực đồng

b ng Bắc Bộ…đang tiến hành phát sóng truyền hình số mặt đất Thị trường truyền hình số vì thế cũng đã bước vào “cuộc đua” chiếm lĩnh thị phần khá quyết liệt

Việc định hướng phát triển về công nghệ truyền hình số được tiến hành theo một lộ trình rõ ràng, các dự án đầu tư được đồng bộ và xuyên suốt, đạt hiệu quả cao, hướng đến các mục tiêu phát triển bền vững trong thời gian dài Nhiều hội thảo về xu hướng phát triển và định hướng qui hoạch phát triển của công nghệ truyền hình thế giới và trong nước được đem ra thảo luận nh m mục đích đưa truyền hình ra khỏi cơn lốc của công nghệ thông tin giữ được vị thế của mình

Với việc ứng dụng hầu hết các công nghệ truyền dẫn, phát sóng truyền hình hiện có của thế giới Việt Nam có rất nhiều hình thức cung cấp dịch vụ và phương thức truyền dẫn, phát sóng truyền hình số như: truyền hình số vệ tinh, truyền hình số cáp, truyền hình số mặt đất Số lượng tỉnh thành phố được phủ sóng truyền hình số mặt đất ngày càng gia tăng

Mô hình quản lý nhà nước tập trung, thống nhất về truyền dẫn, phát sóng truyền hình số tạo ra một môi trường pháp lý với các chính sách quản lý đồng

bộ, công b ng và khả thi hơn giúp ngành truyền hình phát triển ngày càng bền vững

IV KẾT LUẬN CHƯƠNG

Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T của Châu Âu là một

sự lựa chọn đúng đắn để xây dựng hệ thống truyền hình số mặt đất ở Việt Nam Truyền hình số mặt đất có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương tự

Lợi ích của DVB-T mang lại cho Nhà nước và người xem rất lớn DVB-T còn tạo ra khả năng phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng do nhu cầu người xem truyền hình ngày càng tăng cao cả về thời lượng phát sóng, chất lượng chương trình và chất lượng hình ảnh

Với xu thế hội tụ trong lĩnh vực đa phương tiện, và sự phát triển mạnh

mẽ của công nghệ kỹ thuật truyền hình các dịch vụ truyền hình mới như: HDTV, 3D TV… ra đời đã đang và sẽ được nhiều người lựa chọn do đó tiêu chuẩn DVB-T cần phải nhanh chóng bổ sung thêm các tính năng mới

Việt Nam đã phát triển mạng truyền dẫn truyền hình số mặt đất và phát sóng tại hầu hết các tỉnh thành trong cả nước, số lượng thuê bao ngày càng gia tăng, chương trình phát sóng ngày càng phong phú đa dạng

C ươ g TRUYỀN H NH Ố MẶT ĐẤT TH

và sự ra đời của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ 2 DVB-T2 là tất yếu

Kể từ khi được giới thiệu vào năm 2008, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 đã nhận được sự quan tâm tích cực của các nhà cung cấp dịch vụ với mục tiêu cung cấp các dịch vụ mới trên truyền hình số mặt đất

Với những đặc tính kỹ thuật mới và khả năng truyền dữ liệu với tốc độ cao hơn hẳn so với tiêu chuẩn DVB-T Tiêu chuẩn DVB-T2 thực sự là môi trường thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ truyền hình HDTV, 3D TV… đã được nhiều nước trên thế giới nghiên cứu, triển khai có hiệu quả

Việt Nam đã có tên trên bản đồ sử dụng truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 công nghệ truyền hình tiên tiến nhất trên thế giới hiện nay và phát sóng thành công truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 cung cấp các gói kênh HDTV và được người xem ủng hộ đón nhận

II TRUYỀN H NH Ố MẶT ĐẤT THEO TI U CHU N DVB-T2

3.1 G ớ ệ g v DVB-T2

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 được nhóm DVB Project công bố tháng 6/2008 Việc triển khai và phát triển các sản phẩm mới cho tiêu chuẩn mới này cũng đã bắt đầu DVB-T2 kế thừa những thành công của DVB-T với nhiều cải tiến về việc gia tăng dung lượng truyền dẫn Khả năng gia tăng dung lượng là một trong những ưu điểm chính của DVB-T2 So sánh với chuẩn truyền hình số DVB-T hiện nay, tiêu chuẩn DVB-T2 gia tăng dung lượng tối thiểu 30% trong cùng điều kiện thu sóng Thực tế có thể gia tăng dung lượng dữ liệu lên đến gần 50% đạt được tại UK so với DVB-T, ngoài ra DVB-T2 còn có khả năng chống lại phản xạ nhiều đường và can nhiễu đột biến

tốt hơn nhiều so với DVB-T Điều này càng thuận lợi cho việc triển khai các

dịch vụ quảng bá mới với đòi hỏi nhiều dung lượng hơn

Dựa trên việc phát triển của các kỹ thuật mới kết hợp với nhu cầu của thị trường, những dịch vụ mới có thể được cung cấp trên môi trường số mặt đất như: HDTV, 3D TV… sẽ góp phần thu hút số lượng lớn người xem và giảm được chi phí truyền dẫn dịch vụ

3.2 Y ầ a vớ DVB-T2

Với xu thế hội tụ trong lĩnh vực Media, đồng thời với sự phát triển mạnh

mẽ của truyền hình độ phân giải cao HDTV, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T nhanh chóng cần bố sung thêm các tính năng khác để hỗ trợ cả về mặt

kỹ thuật lẫn mặt thương mại

3.2.1 Những tiêu chí cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2

- Tiêu chuẩn DVB-T2 phải bảo đảm tính tương quan giữa các chuẩn trong

họ DVB và tiêu chuẩn này chủ yếu dành cho các đầu thu cố định và thu di động

- Sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện cao nhất mức có

3.2.2 Yêu c u dịch vụ:

Với các dịch vụ miễn phí: Cung cấp các dịch vụ miễn phí cho người xem

sẽ tăng sức thu hút, cạnh tranh của môi trường mặt đất Thực hiện chuyển đổi các dịch vụ truyền hình hiện có từ độ phân giải tiêu chuẩn SDTV sang các dịch

vụ truyền hình độ phân giải cao HDTV trên môi trường DVB-T2 Thực hiện hỗ trợ miễn phí một cách hấp dẫn đa dạng các loại hình dịch vụ để khuyến khích người xem chuyển sang sử dụng thiết bị mới

Với các dịch vụ trả tiền: Cung cấp các dịch vụ truyền hình trả tiền chất

lượng cao trên môi trường mặt đất Do đó môi trường mặt đất cần có đủ dung lượng để cung cấp các dịch vụ mới với nhiều kênh chuyên biệt hoặc nhiều kênh truyền hình có độ phân giải cao HDTV

Hình 3.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số theo chuẩn DVB-T2

Mã hoá và ghép kênh - SS1: Thực hiện mã hoá tín hiệu video/audio cùng

các tín hiệu phụ kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 (L2 Signalling) với công cụ điều khiển chung nh m đảm bảo tốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit Khối này có chức năng hoàn toàn giống với tất cả các

tiêu chuẩn của DVB Đầu ra của khối là dòng truyền tải MPEG-2

T2-Gateway - SS2: Đầu ra của SS2 là dòng T2-MI Mỗi gói T2-MI bao

gồm dải cơ sở (Baseband frame), IQ Vector hoặc thông tin báo hiệu Dòng

T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đến T2-FRAME, mỗi dòng T2-T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2

Bộ điều chế DVB-T2-SS3: Sử dụng dải cơ sở và T2-Frame mang trong

dòng T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame

Giải điều chế DVB-T2-SS4: Nhận tín hiệu cao tần từ một hoặc nhiều

máy phát (mạng SFN) và cho một dòng truyền tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu

ra

Giải mã dòng truyền tải- SS5: Nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu

vào và cho tín hiệu video/audio tại đầu ra

III CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CHÍNH CỦA TI U CHU N DVB-T2

Về cơ bản các đặc tính kỹ thuật của truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 giống DVB-T Tuy nhiên, tiêu chuẩn DVB-T2 kết hợp sự phát triển của các kỹ thuật điều chế, mã hóa, sửa lỗi, khoảng bảo vệ và sử dụng một số giải pháp kỹ thuật mới như: ống lớp vật lý, băng tần phụ, các mode sóng mang mở rộng, MISO dựa trên Alamouti, mẫu hình tín hiệu Pilot, chòm sao xoay,… sự cải tiến được thực hiện trên lớp vật lý, tối ưu hiệu suất phối hợp với đặc tính truyền của kênh tần số mục đích là làm tăng độ tin cậy của kênh truyền và tăng dung lượng bit

Giống như tiêu chuẩn DVB-T, DVB-T2 cũng sử dụng kỹ thuật điều chế OFDM Sự hỗ trợ của nhiều mode điều chế hơn cho phép chọn lựa các thông số linh hoạt phù hợp với ứng dụng trong từng vùng xác định Tuy nhiên, việc thêm mode 256 QAM trong đặc tính kỹ thuật DVB-T2 giúp khả năng gia tăng số bit trên một sóng mang và cải tiến mã FEC là nhân tố chính dẫn đến gia tăng dung lượng đáng kể so với DVB-T

DVB-T2 dùng mã LDPC (Low-density parity-check) kết hợp với BCH (Bose-Chaudhuri-Hocquengham) để bảo vệ chống lại các mức nhiễu cao và sự xen nhiễu So với chuẩn DVB-T dùng mã chập (convolutional code) và RS (Reed-Solomon), DVB-T2 thêm vào hai tỉ lệ mã

Như với chuẩn DVB-T, DVB-T2 dùng các mẫu pilot phân tán (scattered pilot) được sử dụng ở máy thu để bù các thay đổi trong kênh về thời gian và tần

số Đặc tính kỹ thuật DVB-T2 đã cung cấp thêm sự linh hoạt b ng 8 mẫu pilot lựa chọn dựa trên kích thước FFT và khoảng bảo vệ (Guard Interval) để tối đa

dữ liệu tải lên

3.1 Ố g lớp vậ lý

Trong một kênh của DVB-T2 có thể thực hiện truyền được nhiều dòng dữ liệu (dịch vụ) khác nhau, hoàn toàn trong suốt có khả năng tải dữ liệu độc lập với cấu trúc và các thông số cấu hình khác nhau.Với mỗi dịch vụ sẽ có các cấu hình khác nhau như: Phương thức điều chế, FEC Các cấu hình này được gọi là

các “ống” Lớp vật lý (Physical Layer Pipes - PLP)

Hình 3.2: Lớp vật lý DVB-T2

Một PLP có thể thực hiện truyền dịch vụ HD, trong khi một PLP khác có thể mang các dịch vụ SD… Tất cả các PLP đều được phát sóng trên cùng một tần số, có thể coi như là một cách ghép kênh trong DVB-T2

- Single -PLP và Multiple - PLPs Multile - PLP cung cấp các dữ liệu hoàn toàn chính xác cho điều chế

- DVB-T2 có thể cho phép phát tối đa 50-PLP Nội dung của mỗi PLP được truyền trực tiếp từ đầu vào qua giao diện ASI hoặc IP

- Hệ thống DVB-T2 có thể lựa chọn đầu vào cho điều chế là: Dòng TS hoặc Dòng T2-MI (chứa nhiều PLP) Mỗi Dòng TS tương ứng với một PLP Các Dòng TS giống nhau có thể được truyền với nhiều PLP khác nhau Mỗi PLP có thể mang nội dung của một hoặc nhiều dòng TS

Hình 3.3: Ống lớp vật lý

Hình 3.3 là ví dụ cấu hình một kênh DVB-T2 có băng thông 8MHz được ghép bởi ba PLP với các dịch vụ khác nhau: 3D, HD điều chế 256 QAM thu

b ng anten ngoài trời; tiêu chuẩn SD điều chế 16QAM thu b ng anten trong nhà;

và thu di dộng (Đối với việc thu các chương trình HD, SD sử dụng set-top box Các chương trình thu di động sử dụng các USB thu DVB-T2)

Dữ liệu

đầu vào Xử lý dòng dữ liệu vào Tráo bit Ánh xạ Frame Điều chế

2 C ạ g

Tiêu chuẩn DVB-T2 cho phép phát triển tối đa hiệu quả các ứng dụng

trong mạng SFN Với DVB-T2 hiệu suất của mạng SFN được cải thiện và chu

kỳ các symbol được gia tăng b ng cách cộng thêm vào các mode sóng mang mới Tăng chu kỳ symbol cho phép giảm kích thước khoảng bảo vệ theo tỉ lệ trong khi vẫn đảm bảo xử lý được các phản xạ đa đường Việc hỗ trợ thêm mode

mã hóa Alamouti giúp hỗ trợ thêm khả năng thu sóng trong mạng SFN khi có nhiều tín hiệu đồng thời tới máy thu DVB-T2 cho phép dung lượng mạng SFN lớn hơn 50% so với DVB-T Trong một trạm phát sóng, DVB-T2 b ng cách sử dụng các kỹ thuật TR (Tone Reservation) và mở rộng hiệu quả chòm sao xoay ACE (Active Constellation Extension), cho phép giảm mức công suất khuếch

đại đỉnh với tỉ đạt dưới 25%

Ngoài ra, DVB-T2 định nghĩa một profile kết hợp khả năng phân chia thời gian (time slicing), gia tăng đáng kể dung lượng (xấp xỉ 20%) và tăng độ lợi quy hoạch mạng (network planning) lên 3-4dB

3.3 C d ó g a g ở ộ g

Do phần đỉnh xung vuông trong đồ thị phổ công suất suy giảm nhanh hơn đối với kích thước FFT lớn Điểm ngoài cùng của phổ tín hiệu OFDM có thể trải rộng hơn, điều này cũng đồng nghĩa với việc nhiều sóng mang phụ trên một symbol được sử dụng để truyền tải dữ liệu Độ lợi (gain) đạt được ở giữa 1.4% (8K mode) và 2.1% (32K mode)

Hình 3.4 so sánh phổ của 2K so với 32K ở điều kiện bình thường và 32K trong mode sóng mang mở rộng Sóng mang mở rộng là một đặc tính tuỳ chọn, bởi lẽ với đặc tính này khó có có thể đạt được mặt nạ phổ (spectrum mask) cũng như tỷ số bảo vệ

Hình 3.4: Mật độ phổ công suất đối với 2K, 32K

3.5 MI dựa Ala ( ụ ầ )

Do DVB-T hỗ trợ chế độ mạng đơn tần, sự hiện diện của tín hiệu có cường độ mạnh tương tự nhau từ 2 máy phát có thể tạo nên điểm "lõm" (deep notches) Để khắc phục hiện tượng này, máy phát đòi hỏi phải có công suất cao hơn DVB-T2 có tuỳ chọn MISO dựa trên kỹ thuật Alamouti:

Với một cặp máy phát, Alamouti là một ví dụ của MISO (Multiple Input, Single Output), trong đó mỗi điểm của đồ thị chòm sao được truyền bởi một máy, còn máy phát thứ 2 truyền phiên bản có chỉnh sửa một chút của từng cặp của chòm sao với thứ tự ngược lại trên trục tần số

Kỹ thuật Alamouti cho kết quả tương đương với phương thức thu phân tập trên phương diện đạt được sự kết hợp tối ưu giữa hai tín hiệu, tỷ số tín/tạp cuối cùng, đó là công suất tổng hợp của hai tín hiệu trong không gian

Hình 3.5: Mô Hình MISO

3.6 Mẫ í ệ P l (P l Pa )

Pilot phân tán (Scattered Pilots) được xác định từ trước cả về biên độ và pha, và được "ghép" vào tín hiệu với khoảng cách đều nhau trên cả hai trục thời gian và tần số Pilot phân tán được sử dụng để đánh giá sự thay đổi trên đường truyền

Hình 3.6: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải)

Trong khi DVB-T áp dụng mẫu hình tĩnh (static pattern) độc lập với kích thước FFT và khoảng bảo vệ, DVB-T2 tiếp cận một cách linh hoạt hơn, b ng cách định nghĩa 8 mẫu hình khác nhau để có thể lựa chọn, tuỳ thuộc vào kích thước FFT và khoảng bảo vệ đối với mỗi đường truyền riêng biệt

3.7 P ươ g ứ ế 256 QAM

Hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64-QAM cho phép truyền tải 6bit/symbol/sóng mang (có nghĩa là 6bit/tế bào OFDM) Trong khi DVB-T2, phương thức điều chế 256-QAM cho phép tăng lên 8bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu xuất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước

Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4 hoặc 5dB, tuỳ thuộc vào kênh truyền

và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên

đồ thị chòm sao chỉ b ng khoảng 1/2 so với 64-QAM và do vậy đầu thu sẽ nhậy cảm hơn đối với tạp nhiễu

Tuy nhiên, mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn CC và nếu chọn tỷ lệ

mã mạnh hơn một chút cho 256-QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64-QAM của DVB-T, tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể

Hình 3.7: Điều chế 256QAM

3.8 C ò a x a (R a d C lla )

Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao xoay (Rotated Constellation) và trễ Q (Q-delay), xen kẽ thời gian và tần số Sau khi đã định vị, chòm sao được "xoay" một góc trên mặt phẳng I-Q nh m mục đích tăng chất lượng thu tín hiệu trong các kênh khác nhau và chống lại những ảnh hưởng bên ngoài như các tác động của địa lý, thời tiết, và các tòa nhà cao