Cải thiện chất lượng dịch vụ của truyền hình số chuẩn DVB t2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐCông nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hìnhtương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát s

LỜI CÁM ƠN

Đầu tiên, cho em được gửi lời cám ơn tới toàn thể các thầy cô giáo trong học viện,nhất là các thầy cô trong khoa Viễn thông I, những người đã luôn nhiệt tình, hết lònggiảng dạy, giúp đỡ, hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian bốn năm qua Nhờ các thầy

cô, chúng em đã trưởng thành hơn, không chỉ là kiến thức chuyên môn mà còn là nhữngbài học trong cuộc sống, những bài học làm người

Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới cô giáo – Thạc sĩ Nguyễn Thị Thu Nga, bộmôn Tín hiệu và hệ thống – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em, không những trongthời gian làm đồ án tốt nghiệp mà còn cả trong quá trình học tập Làm việc với cô, em đãhọc hỏi được không những kiến thức chuyên môn, mà còn là tinh thần làm việc, ý thứchọc tập, nghiên cứu Đây là những bài học, kinh nghiệm quý báu cho em trong việc họctập, nghiên cứu cũng như công tác sau này

Em cũng xin gửi lời cám ơn đến bố mẹ, các thành viên trong gia đình, những người

đã luôn quan tâm, động viên, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án tốtnghiệp

Cuối cùng, xin cám ơn tất cả các bạn bè đã luôn bên cạnh, giúp đỡ, góp ý trong suốtthời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua

Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2014

Sinh viênBùi Tuấn Cường

MỤC LỤC

L

ỜI CÁM ƠN i

M Ụ C L Ụ C ii

THU Ậ T NGỮ VI Ế T T Ắ T v

DANH M Ụ C HÌNH V Ẽ vi

DANH M Ụ C B Ả NG BIỂ U vii

L ỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 2

T Ổ NG QUAN H Ệ TH Ố NG TRUY Ề N HÌNH S Ố 2

1.1 S ự hình thành và phát triể n 2

1.2 T ổ ng quan h ệ th ống 3

1.2.1 Sơ đồ kh ố i h ệ th ố ng truyề n hình s ố 3

1.2.2 Đặc điể m h ệ th ố ng truyề n hình s ố 4

1.2.3 Các tiêu chu ẩ n c ủ a truyề n hình k ỹ thu ậ t s ố 7

1.3 X ử lý tín hi ệ u, truyề n d ẫ n tín hi ệ u truyề n hình k ỹ thu ậ t s ố 9

1.3.1 Cơ sở truyề n hình k ỹ thuậ t s ố 9

1.3.2 S ố hóa tín hi ệ u truyề n hình 10

1.3.3 Chuyển đổi tương tự sang s ố 10

1.3.4 Chuyển đổ i s ố sang tương tự 11

1.3.5 Nén tín hi ệ u s ố trong tryề n hình 12

1.3.6 Mã hóa và điề u ch ế trong truyề n hình s ố 14

1.3.7 Truyề n d ẫ n tín hi ệ u trong truyề n hình s ố 15

1.4 K ế t lu ận 18

CHƯƠNG 2 19

TRUY Ề N HÌNH S Ố M ẶT ĐẤ T THEO TIÊU CHU Ẩ N DVB-T2 19

2.1 Truyề n hình s ố theo tiêu chu ẩ n DVB-T2 19

2.1.1 Gi ớ i thi ệ u chung v ề tiêu chu ẩ n truyề n hình s ố m ặt đấ t DVB-T2 19

2.1.2 Yêu c ầu đặt ra đố i v ớ i truyề n hình s ố m ặt đấ t theo tiêu chu ẩ n DVB-T2 19

2.1.3 Sơ đồ kh ố i h ệ th ố ng truyề n hình s ố m ặt đấ t theo tiêu chu ẩ n DVBT2 20

2.2 Các đặ c tính k ỹ thu ậ t chính c ủ a tiêu chu ẩ n DVBT2 22

2.2.1 Phương thứ c ghép kênh phân chia theo t ầ n s ố tr ự c giao có mã COFDM 22 2.2.2 Điề u ch ế trong DVB-T2 26

2.2.3 Pilot 32

2.2.4 K ỹ thu ậ t gi ả m PAPR 34

2.2.5 Ch ế độ truyề n phát MISO/SISO 34

2.3 Đánh giá và ứ ng d ụ ng 34

2.3.1 So sánh DVB-T và DVB-T2 34

2.3.2 Ứ ng d ụ ng 36

2.4 Ứ ng d ụ ng DVB-T2 ở Vi ệ t Nam 37

2.4.1 L ộ trình s ố hóa truyề n hình s ố mặt đấ t 37

2.4.2 Kh ả năng chuyển đổi t ừ DVB-T sang DVB-T2 38

2.4.3 Kh ả năng ứ ng d ụ ng DVB-T2 ở Vi ệ t Nam 38 2.5 Khuyế n nghị l ự a ch ọ n ả i pháp công gi ngh ệ cho truyề n hình s ố mặt đấ t t ạ i ệ t Vi

Nam 39

2.5.1 L ự a ch ọ n gi ả i pháp công ngh ệ cho truyề n hình s ố mặt đấ t t ạ i Vi ệ t Nam 39

2.5.2 Tri ể n khai DVB-T2 ở Vi ệ t Nam 39

2.6 K ế t lu ận 44

CHƯƠNG 3 45

C Ả I THI Ệ N CHẤT LƯỢNG D ỊCH V Ụ TRUY Ề N HÌNH S Ố MẶT ĐẤ T CHUẨ N DVB-T2 45

3.1 Yêu c ầu đặc trưng củ a m ộ t l ớ p truyề n t ả i DTT 45

3.2 Tri ể n khai DVB-T2 s ử d ụ ng truyề n t ả i IP 47

3.3 Ki ế n trúc l ớ p truyề n t ả i IP (IP Transport layer) 48

3.3.1 Ch ất lượng d ị ch v ụ 48

3.3.2 Multicast 49

3.3.3 Kh ả năng mở rộng và độ ph ứ c t ạ p 50

3.3.4 B ả o v ệ m ạng 52

3.3.5 D ị ch v ụ b ổ sung; đóng góp chính và dịch v ụ phân ph ố i khác 53

3.3.6 D ị ch v ụ và qu ả n lý m ạng 54

3.3.7 M ạ ng tri ể n khai 55

3.3.8 S ự chuyể n d ịch sang IP 56

3.4 Các đề xu ấ t gi ả i pháp cho l ớ p truyề n t ả i 56

3.4.1 K ị ch b ả n A: T ấ t c ả luồ ng IP DVB-T2 truyề n qua MPLS 56

3.4.2 K ị ch b ả n B: T ấ t c ả luồ ng IP DVB-T2 truyề n qua MSR 59

K Ế T LU Ậ N 66

TÀI LI Ệ U THAM KH ẢO 67

ACE Active Constellation Extension Mở rộng chòm sao tích cực

ADC Analog to Digital Converter Chuyển đổi tương tự số

ADI Asynchronous Digital Interfaces Bất đồng bộ giao diện số

C/N Carrier to Noise Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm

trực giaoDAC Digital to Analog Converter Chuyển đổi số tương tự

DVB-T Digital Video Broadcasting –

Châu Âu

TelecommunicationStandards Institude

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châuâu

GLONASS Globalnaya navigatsionnaya

sputnikovaya sistema

IGMP Internet Group Management Protocol Giao thức quản lý nhóm

IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức InternetLDPC Low Density Parity Codes Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp

MMS Multimedia Message Service Dịch vụ bản tin đa phương tiện

MPEG Moving Picture Experts Group Nhóm chuyên gia về ảnh động

phương tiệnOSPF Open Shortest Path First Giao thức định tuyến link – state

PAPR Peak – to – average Power Ratio tỷ số công suất đỉnh/công suất

trung bình

PIM Protocol-Independent Multicast Giao thức phát đa hướng độc lập

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương

SD-SDI Standard Definition - Serial Digital

Interface

SSM Source-Specific Multicast Nguồn multicast đặc trưng

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ c ấu trúc đơn giả n c ủ a h ệ thống truyề n hình s ố 4

Hình 1.2 B ản đồ phạ m vi ứ ng d ụ ng các tiêu chuẩ n truyề n hình s ố trên th ế gi ớ i 7

Hình 1.3 Sơ đồ t ổ ng quát h ệ th ố ng thu và phát truyề n hình s ố 9

Hình 1.4 Sơ đồ m ạ ch biến đổi tương tự sang s ố 10

Hình 1.5 Sơ đồ kh ố i m ạ ch bi ến đổ i video s ố sang tương tự 12

Hình 1.6 Mô hình h ệ th ố ng nén video 13

Hình 2.1 Mô hình c ấ u trúc h ệ th ống truyề n hình s ố m ặt đấ t DVB-T2 21

Hình 2.2 Sơ đồ kh ố i h ệ th ố ng phát DVB-T2 22

Hình 2.3 Ph ổ t ầ n s ố v ớ i các ki ểu điều ch ế 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32 25

Hình 2.4 So sánh Ph ổ tín hi ệ u c ủa 32k thông thường và m ở r ộ ng v ớ i GI 1/8 (8MHz) 25

Hình 2.5 Sơ đồ kh ố i b ộ điề u ch ế 26

Hình 2.6 Mô hình điều ch ế QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM 27

Hình 2.7 T ốc độ bit cho các trường h ợp điề u ch ế khác nhau, t ạ i 8 MHz, 32k, 1/128 28

Hình 2.8 (a) Điề u chế 16-QAM có dùng chòm sao xoay (CR=4/5, kênh Rayleigh) 29

Hình 2.9 Sơ đồ mã hóa FEC 30

Hình 2.10 Khung FEC (FECFRAME) 30

Hình 2.11 Sơ đồ các kh ối đan xen trong hệ th ố ng DVB-T2 31

Hình 2.12 C ấ u trúc khung DVB-T2 32

Hình 2.13 So sánh t ốc độ bit các ch ế độ DVB-T, DVB-T2 và DVB-T2 MISO 34

Hình 2.14 C ấ u hình h ệ th ố ng m ạ ng SFN theo tiêu chu ẩ n DVB-T2 c ủ a AVG (Ngu ồ n: AVG) 41

Hình 2.15 B ản đồ vùng ph ủ sóng toàn qu ố c c ủ a AVG (Nguồ n: AVG) 42

Hình 3.1 Sơ đồ kh ố i DVB-T2 46

Hình 3.2 Thờ i gian ph ụ c h ồ i c ủ a gi ả i pháp IP multicast khi b ị l ỗ i (Nguồ n: Net Insight) 50 Hình 3.3 Nh ững nguy cơ của k ỹ thuậ t MPLS (Ngu ồ n Cisco) 52

Hình 3.4 Giám sát m ạng truyề n t ả i video c ủ a m ộ t nhà cung c ấ p IP (Nguồ n: Cisco) 55

Hình 3.5 M ạ ng d ị ch v ụ nh ậ n th ứ c truyề n thông cho phép các nhà khai thác cung c ấ p cho khách hàng d ị ch v ụ ản lý phương tiệqu n với QoS đả m b ả o (Nguồ n: Net Insight) 57

Hình 3.6 Các Nimbra MSR cho phép qu ả n lý mạng lưới d ị ch v ụ trung tâm và đảm b ả o QoS thông qua tính năng như định tuyế n không t ổ n th ấ t và QoS liên k ế t nâng cao (Ngu ồ n: Net Insight) 58

Hình 3.7 Th ờ i gian phụ c h ồ i Multicast trong m ộ t m ạng đơn giả n b ằ ng cách s ử d ụng Nimbra MSR (Nguồ n: Net Insight) 60

Hình 3.8 Ki ế n trúc m ạ ng truyề n t ả i toàn IP d ự a trên Nimbra cho phân ph ố i DVB, phát thanh s ố quả ng bá, m ạ ng truyề n thông và các s ự ki ệ n tr ự c ti ế p (Nguồ n: Net Insight) 61

LỜI NÓI ĐẦU

Việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số mặt đất là xu thế tấtyếu và đã được triển khai thực hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới Với việc phê duyệt

“Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”, Chính phủ ViệtNam đã xác lập định hướng và lộ trình cho việc số hóa toàn diện truyền dẫn, phát sóngtruyền hình mặt đất ngay trong những năm tới Đề án số hóa truyền hình Việt Nam thốngnhất xác định việc áp dụng tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T2 sẽ đem lại hiệu quả vềkinh tế, xã hội, phù hợp với xu thế phát triển công nghệ và đẩy nhanh quá trình số hóatruyền hình mặt đất tại Việt Nam Đây thực sự là cuộc cách mạng trong ngành truyềnhình

Chuẩn DVB-T2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với chuẩn DVB-T trong cùng điềukiện thu sóng và sử dụng các anten thu hiện có Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, emlựa chọn đề tài “Cải thiện chất lượng dịch vụ của truyền hình số chuẩn DVB-T2” Đây làmục tiêu cần hướng tới nhằm phục vụ cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới đòihỏi nhiều dung lượng hơn Đồ án tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết của kỹ thuật DVB-T2, đồng thời đưa ra một số phương pháp nhằm cải thiện dịch vụ của truyền hình sốchuẩn DVB-T2 Đồ án được chia làm 3 chương:

Chương 1 Tổng quan hệ thống truyền hình số

Chương 2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

Chương 3 Cải thiện chất lượng dịch vụ truyền hình số mặt đất chuẩn DVB-T2

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hìnhtương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được nhiềuchương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được những ưuđiểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hìnhdịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phângiải cao HDTV…việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cápđồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất Chương này tập trung tìm hiểu

sự ra đời và phát triển của truyền hình số, tổng quan một hệ thống truyền hình số cơ bảnvới sơ đồ khối tổng quát, các đặc điểm chính Phần tiếp theo sẽ trình bày việc xử lý tínhiệu truyền hình số

1.1 Sự hình thành và phát triển

Ra đời vào cuối thập kỷ 90, truyền hình số mặt đất đang ngày càng được chấp nhận,phát triển rộng rãi và trở thành xu thế không thể thay đổi của truyền hình thế giới trongtương lai

Theo đánh giá của các chuyên gia, truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so vớicông nghệ truyền hình thông thường mà nổi bật trước hết là khả năng chống nhiễu cao, ítnhạy cảm với nhiễu, có khả năng phát hiện sửa lỗi và thu tốt trong truyền sóng đa đường.Ngoài ra, truyền hình số còn cho phép tiết kiệm phổ tần, truyền được nhiều chương trìnhtrên cùng một kênh sóng trong khi truyền hình tương tự phải dùng một kênh cho mỗichương trình Hơn thế nữa, truyền hình số còn có khả năng khoá mã, quản lý chươngtrình theo yêu cầu đồng thời còn cho phép truyền hình đa phương tiện Ðiều đó có nghĩa

là truyền hình số có thể truyền nhiều loại dữ liệu khác nhau, nhiều đường tiếng cho mộtkênh truyền hình và truyền hình kèm theo phụ đề đa ngôn ngữ, thậm chí còn cho phépnhắn tin và đặt mua hàng hoá ngay qua tivi

Hiện nay, đang thịnh hành 3 tiêu chuẩn cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất làDVB-T của châu Âu, ATSC của Mỹ và ISDB-T của Nhật Bản Số liệu thống kê cho thấycho tới nay, trong tổng số 38 nước chọn lựa tiêu chuẩn phát hình số mặt đất, đã có 32nước chọn tiêu chuẩn DVB-T của châu Âu (chiếm 84%), 5 nước chọn tiêu chuẩn ATSCcủa Mỹ (chiếm 13%) và duy nhất Nhật Bản sử dụng công nghệ ISDB-T Trong các hệphát hình số mặt đất, tiêu chuẩn châu Âu DVB-T tỏ ra có nhiều ưu điểm và được hầu hếtcác nước trên thế giới chấp nhận

Anh là nước tiên phong triển khai phát hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T (từ15/11/1998) Sau đó một thời gian ngắn, một loạt quốc gia châu Âu như Anh, Thuỵ Ðiển,

Australia, Tây Ban Nha, Singapore, Na Uy, Hà La, cùng Nam Phi, Australia, Singapore

đã triển khai phát số theo hệ DVB-T trên diện rộng Đến nay, hầu hết châu Âu, châu Đạidương, châu Phi và nhiều nước khác cũng đã triển khai truyền hình số Đặc biệt, Berlin(Đức) đã tuyên bố chấm dứt phát sóng truyền hình mặt đất bằng kỹ thuật analog từ4/8/2003 Nhiều nước khác cũng có kế hoạch chấm dứt phát analog từ 2006 đến 2010

Xung quanh ta có Thái Lan, Hồng Kông, Đài Loan, Singapore cũng đã thử nghiệmtruyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T Nhiều nước khác cũng đang có kế hoạchphát hình số mặt đất.

Tại Việt Nam, xu hướng chuyển đổi phát hình số DVB-T đang diễn ra rất nhanh từnăm 2000 ở các thành phố lớn như Hà Nội, TP HCM, Bình Dương, Tiền Giang, HảiPhòng, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Thái Bình…

1.2 Tổng quan hệ thống

Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp số đểtạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin, mở ramột khả năng đặc đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình làm việc theo các hệtruyền hình đã được nghiên cứu trước

So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần màkhông làm giảm chất lượng ảnh Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp, tín hiệu sốđều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ cụ thể) Mặc

dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển của công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằmđạt được một hệ thống nhất chung đó là hệ thống truyền hình hoàn toàn bằng kỹ thuật số

có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin Hệ truyền hình kỹ thuật số

đã và đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trongcông nghiệp truyền hình

1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số

Truyền hình số ra đời với những đặc tính vượt trội đang dần thay thế truyền hìnhtương tự Nó cho phép thực hiện các chương trình phát màn ảnh rộng chất lượng cao với

âm thanh nổi cùng với khả năng tích hợp các dịch vụ truyền hình với các dịch vụ internettrên các mạng băng rộng truyền bá đi khắp thế giới Ngoài ra, truyền hình số cho phépthu di động, khả năng tương tác và thuận tiện cho việc sao chép, lưu trữ và sản xuất hậu

kỳ, điều mà hiện nay truyền hình tương tự chưa làm được Xét trên khía cạnh kỹ thuật,truyền hình số cho ảnh rõ ràng và sắc nét, loại bỏ hiện tượng nhiễu giao thoa và hiệu ứngảnh ma mà truyền hình tương tự đang gây ảnh hưởng đến người xem ở những khu vực cónhiều nhà cao tầng và các vùng đồi núi

Số hóa toàn bộ hệ thống truyền hình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số

từ camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hình Tuy nhiên, việc sốhóa hệ thống truyền hình hiện nay vẫn theo nguyên tắc giữ mối quan hệ với các hệ thốngtruyền hình tương tự (NTSC, PAL, SECAM)

Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc đơn giản của hệ thống truyền hình số

Như Hình 1.1, đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hìnhtương tự Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (A/D) sẽ biến đổi tín hiệu truyềnhình tương tự thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu nàyđược xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn Tín hiệu truyền hình số tại đầu ra

bộ biến đổi A/D được đưa tới bộ mã hóa nguồn, tại đây tín hiệu truyền hình số có tốc độdòng bit cao sẽ được nén thành dòng bit có tốc độ thấp hơn phù hợp cho từng ứng dụng.Dòng bit tại đầu ra bộ mã hóa nguồn được đưa tới thiết bị phát (mã hóa kênh thông tin vàđiều chế tín hiệu) truyền tới bên thu qua kênh thông tin Tại bên thu, tín hiệu truyền hình

số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát, giải mã tín hiệu truyền hình

số thành tín hiệu truyền hình tương tự

Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền hình là thiết bị nhiều kênh Ngoài tín hiệutruyền hình, còn có các thông tin kèm theo gồm các kênh âm thanh và các kênh thông tinphụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tín hiệu kiểm tra, hình ảnh tĩnh… Tất cảcác tín hiệu này được ghép thành một dòng truyền tải theo các chuẩn giao thức ghép kênhgói

hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hóa với những từ mã dài 8 bít, tốc độ dòng bít

sẽ là 115,2 Mbit/s, khi đó độ rộng băng tần khoảng 58 MHz Nếu có thêm các bít sửa lỗi,yêu cầu băng tần phải tăng thêm nữa Trong khi đố tín hiệu tương tự chỉ cần một băng tần4,25MHz là đủ Tuy nhiên, với kỹ thuật nén, cho phép giảm độ rộng băng tần xuống đáng

kể Tỷ lệ nén có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa

Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm

Các hệ thống truyền hình truyền thống như: NTSC, PAL, SECAM là các hệ thống

truyền hình tương tự từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đềuchịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài)làm giảm chất lượng hình ảnh Nhiễu tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng,

tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gât ra, vì vậyluôn luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của khâu có tỷ lệ thấp nhất Một trong những ưu điểm lớnnhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn

và ghi 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 đọc và ghi Việc truyềntín hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện thuận lợi với tín hiệu số mà không làmgiảm suy giảm chất lượng tín hiệu hình

Méo phi tuyến

Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền.Cũng như đối với tỉ lệ S/N, tính chất này rất quan trọng trong việc ghi – đọc chương trìnhnhiều lần, đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuếch đại visai như hệ NTSC

Chồng phổ (Aliasing)

Một tín hiệu truyền hình số được lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang,nên có khả năng gây ra chồng phổ theo cả hai hướng Theo chiều thẳng đứng, chồng phổtrong hai hệ thống số và tương tự là như nhau Độ lớn của méo do chồng phổ theo chiềungang phụ thuộc vào các thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist

Xử lý tín hiệu

Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương tựkhông làm được hoặc gặp nhiều khó khăn Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễdàng là: sửa lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tầnv.v…

Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh

Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cáchgần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu Một phần vì tín hiệu số

ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung hóa vàxung đồng bộ bằng các từ mã – nơi mà trong hệ thống truyền dẫn tương tự gây ra nhiễulớn nhất Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tầntín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm truyền hình có thể phát các chương trình với độ phângiải cao HDTV như các hệ truyền hình hiện nay

Hiệu ứng ảnh ma (Ghosts)

Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theonhiều đường Các hệ thống số có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng này

Các ưu điểm của truyền hình số

- So với máy phát tương tự nếu cùng bán kính phủ sóng thì máy phát hình số cócông suất nhỏ hơn, do đó tiết kiệm năng lượng hơn

- Có khả năng phát nhiều chương trình trên 1 kênh tần số

- Không làm thay đổi chất lượng tín hiệu: tín hiệu đầu thu giống như tín hiệu đầuvào phát

- Có thể truyền thêm các dịch vụ khác trên kênh truyền hình

- Có thể thu tốt trong điều kiện di động

- Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà

tỉ số S/N không giảm (biến đổi chất lượng cao) Trong truyền hình tương tự thìviệc này gây ra méo tích lũy (mỗi khâu xử lý đều gây méo)

- Thuận lợi cho quá trình ghi đọc Có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bịgiảm.

- Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính

- Khả năng truyền trên cự ly lớn nhờ tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi,chống lỗi, bảo vệ…)

- Dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình và đồng bộ từ nhiều nguồn khácnhau

- Dễ thực hiện kỹ xảo trong truyền hình

- Có khả năng truyền đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai chiều, dịch vụtương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm

Như vậy, truyền hình số gần như chiếm ưu thế hẳn so với truyền hình truyền thống

Số hóa hệ thống truyền hình là một điều tất yếu xảy ra Tuy nhiên truyền hình số cũng cónhững nhược điểm đáng quan tâm Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm củakênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số - tương tự) Dải thôngcủa tín hiệu gốc là tương tự Tuy nhiên, bằng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có thểlên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng

1.2.3 Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số

Chuẩn truyền dẫn truyền hình số sử dụng quá trình nén và xử lý số để có khả năngtruyền dẫn đồng thời nhiều chương trình truyền hình trong một dòng dữ liệu, cung cấpchất lượng ảnh khôi phục thùy theo mức độ phức tạp của máy thu Trên thế giới có 5nhóm tiêu chuẩn truyền hình số chính:

Hình 1.2 Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới

- ATSC (Advanced television System Committee): Tiêu chuẩn Bắc Mỹ/Hàn Quốc

- DVB (Digital Video Broadcasting): Tiêu chuẩn Châu Âu

- ISDB (Intergrated Services Digital Broadcasting): Tiêu chuẩn Nhật Bản

- ISDTV/ISDB-Tb (Brazilian International Standard for Digital Television): Tiêuchuẩn Brazil/Mỹ Latinh

- DTMB (Chinese Standard for Digital Television): Tiêu chuẩn Trung Quốc

Các điểm tương đồng giữa các hệ thống là sử dụng cùng một băng tần số, cải thiện

độ phân giải theo chiều dọc và ngang đặc biệt, nâng cao phần hiển thị màu sắc và địnhdạng với tỷ lệ 16:9, hỗ trợ âm thanh đa kênh độ trung thực cao và truyền dữ liệu

Với truyền hình số mặt đất, hiện tại hầu hết các nước trên thế giới đang sử dụng cácchuẩn truyền hình sau:

 Tiêu chuẩn ATSC

Năm 1996, FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số của Mỹ dựa trên tiêu chuẩngói dữ liệu quốc tế 188 byte MPEG-2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể được quy định bởiATSC ATSC cho phép 36 chuẩn video từ HDTV đến các dạng thức video tiêu chuẩnSDTV khác với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hình khácnhau

ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình liên kết hệ thống mở (OSI) 7lớp của 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 cả video, audio và dữ liệu phụ Các đơn vị dữliệu 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

 Tiêu chuẩn ISDB-T

ISDB-T còn được gọi là tiêu chuẩn DiBEG của Nhật Bản, ban hành vào năm 1997,

sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BTS (Band Segmened) – OFDM và cho phép sửdụng các phương thức điều chế tín hiệu số khác nhau đối với từng đoạn dữ liệu nhưQPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM

ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hóa MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh Hệthống sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM cho phéptruyền đa chương trình phức tạp với các điều kiện khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu diđộng… có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 và 8MHz

 Tiêu chuẩn châu ÂU (DVB-T)

DVB dùng điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã (COFDM), tốc độbit tối đa 24Mbps (dải thông 8MHz)

Điểm nổi trội nhất của COFDM là ở chỗ dòng dữ liệu cần truyền tải được phân phốicho nhiều sóng mang riêng biệt Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm thích hợp

và được gọi là một “COFDM Symbol” Các sóng mang riêng biệt được điều chế QPSK,16QAM hoặc 64QAM Tỷ lệ mã hóa thích hợp của mã sửa sai cũng góp phần cải thiệnchất lượng hệ thống [8]

Như vậy, điểm giống nhau của cả ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG-2cho tín hiệu video Điểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế

ATSC sử dụng kỹ thuật điều chế “điều biên cụt” của những năm 1980 Điều biêncụt 8-VSB (Vestigal Side Band) cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm tốt hơn nhưng lại không có

khả năng cho thu di động, không khắc phục hiện tượng phản xạ và không thiết lập đượcmạng đơn tần như giải pháp của hệ thống ISDB-T và DVB-T.

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan hệ thống truyền hình số

DiBEG có tính phân lớp cao, cho phép đa loại hình dịch vụ, linh hoạt mềm dẻo, tậndụng tối đa dải thông, có khả năng thu di động nhưng không tương thích với các dịch vụtruyền hình qua vệ tinh, truyền hình cáp

DVB-T với phương pháp điều chế COFDM tỏ ra có nhiều đặc điểm ưu việt, nhất làđối với các nước có địa hình phức tạp, có nhu cầu sử dụng mạng đơn tần và đặc biệt làkhả năng thu di động

1.3 Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số

1.3.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số

trong hệ thống số Các giá trị lượng tử có thể chứa sai số trong phạm vi Q (trong đó, Q

Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số

Theo hình 1.3, mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêngsau khi biến đổi tín hiệu từ tương tự sang số Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, cácchương trình này sẽ ghép lại với nhau để tạp thành dòng bit liên tiếp Lúc này, chươngtrình đã sẵn sàng được truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi theo các phương thức

1.3.2 Số hóa tín hiệu truyền hình

Video số là phương tiện biểu diễn dạng sống video tương tự dạng một dòng dữ liệuvới các ưu điểm:

- Tín hiệu video số không bị méo tuyến tính, méo phi tuyến và không bị nhiễu gây

ra cho quá trình biến đổi tương tự sang số (ADC) và số sang tương tự (DAC)

- Thiết bị video số có thể hoạt động hiệu quả hơn so với thiết bị video tương tự

- Tín hiệu video số có thể tiết kiệm bộ lưu trữ thông tin hơn những bộ nén tín hiệu

1.3.3 Chuyển đổi tương tự sang số

Quá trình chuyển đổi nhìn chung được thực hiện qua 3 bước cơ bản đó là: lấy mẫu,lượng tử hóa và mã hóa Các bước đó luôn kết hợp với nhau thành một quá trình thốngnhất

Hình 1.4 Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 1 Tổng quan hệ thống truyền hình số

�� = 1

��

Trong đó: fs là tần số lấy mẫu

Ts là chu kỳ lẫy mẫuĐối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu có thểkhôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu thỏa mãn điều kiện:

�� ≥ �����

Trong đó: fImax là giới hạn trên của dải tần số tương tự

Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lẫy mẫu tín hiệu số tương ứng đều cần có một thờigian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau mỗi lần lấymẫu Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế là giá trị VIđại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu

- Lượng tử hóa

Bước tiếp theo trong quá trình biến đổi A/D là lượng tử hóa Trong quá trình này,biên độ tín hiệu được chia thành các mức - gọi là mức lượng tử Khoảng cách giữa haimức liền kề nhau gọi là bước lượng tử Các mẫu có được từ quá trình lấy mẫu sẽ có biên

độ bằng các mức lượng tử Tín hiệu số nhận được là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu banđầu, nguyên nhân do quá trình lượng tử hóa xác định các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu

Có hai phương pháp lượng tử hóa: lượng tử hóa tuyến tính có các bước lượng tửbằng nhau và lượng tử hóa phi tuyến có các bước lượng tử khác nhau Trong hầu hết cácthiết bị video số chất lượng studio, tất cả các mức lượng tử đều có biên độ bằng nhau, vàquá trình lượng tử hóa được gọi là lượng tử hóa đồng đều Đây là quá trình biến đổi từmột chuỗi các mẫu với vô hạn biên độ sang các giá trị nhất định, vì vậy quá trình này gây

ra sai số, gọi là sai số lượng tử Sai số lượng tử là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi

1 2

là bước lượng tử)

- Mã hóa

Mã hóa là khâu cuối cùng của bộ biến đổi A/D Mã hóa là một quá trình biến đổicấu trúc nguồn mà không làm thay đổi tin tức, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuậtcho hệ thống truyền tin Dữ liệu sau mã hóa có ưu điểm: tính chống nhiễu cao hơn, tốc độhình thành tương đương khả năng thông qua của kênh

1.3.4 Chuyển đổi số sang tương tự

Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) đã biết của tín hiệu số với độchính xác là một mức lượng tử (1 LBS) Quá trình này được thực hiện như hình 1.5

Hình 1.5 Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự

Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số dùng nguyên tắc như hình 1.5 trên.Chuyển đổi số sang tương tự không phải là phép nghịch đảo của chuyển đổi tương tựsang số, vì không thể thực hiện được phép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa Theo

sơ đồ 1.5, thì quá trình chuyển đổi số sang tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự

đã được lấy mẫu

1.3.5 Nén tín hiệu số trong tryền hình

Xử lý video, audio số có ưu điểm là chất lượng cao về hình ảnh và âm thanh Nhượcđiểm của xử lý video và audio là phải thực hiện một số lượng lớn các file dữ liệu trongkhi tính toán và các ứng dụng truyền dẫn Giải pháp nén cho phép người sử dụng lựachọn một trong các phạm vi thay đổi các thông số lấy mẫu và các tỷ số nén, các liên kếtthích hợp nhất cho mục đích sử dụng Nén về cơ bản là một quá trình trong đó lượng sốliệu (data) biểu diễn lượng thông tin của một ảnh hoặc nhi ều ảnh được giảm bớt bằngcách loại bỏ những số liệu dư thừa trong tín hiệu video Các chuỗi ảnh truyền hình cónhiều phần ảnh giống nhau, vậy tín hiệu truyền hình có chứa nhiều dữ liệu dư thừa ta cóthể bỏ qua mà không làm mất thông tin ảnh Đó là các phần xóa dòng, xóa mành, vùngảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, vùng ảnh nền giống nhau, mà ở đó các phần tử liêntiếp giống nhau hoặc khác nhau rất ít Thường thì chuyển động trong ảnh truyền hình cóthể được dự báo, do đó chỉ cần truyền các thông tin về chuyển động Các phần tử lân cậntrong ảnh thường giống nhau, do đó chỉ cần truyền các thông tin biến đổi Các hệ thồngnén sử dụng đặc tính này của tín hiệu video và các đặc trưng của mắt người là kém nhạy

so với sai số trong hình ảnh có nhiều chi tiết và các phần tử chuyển động Quá trình saunén ảnh là dãn ảnh để tạo lại ảnh gốc hoặc xấp xỉ ảnh gốc

- Mô hình nén

Mô hình của hệ thống nén ảnh được thể hiện như hình dưới:

Hình 1.6 Mô hình hệ thống nén video

Ở tầng đầu tiên của bộ mã hóa video, tín hiệu video được trình bày dưới dạng thuậntiện để nén có hiệu quả nhất Điểm cốt yếu là chỉ xác định cái gì đã được mã hóa Sự biểudiễn có thể chứa nhiều mẫu thông tin để mô tả tín hiệu hơn là chính tín hiệu, nhưng hầuhết thông tin quan trọng chỉ tập trung trong một phần nhỏ của sự mô tả này Trong cáchbiểu diễn có hiệu quả, chỉ có phần nhỏ dữ liệu cần thiết để truyền cho việc tái tạo tín hiệuvideo

Hoạt động thứ hai của bộ mã hóa là lượng tử hóa, giúp rời rạc hóa thông tin đượcbiểu diễn Để truyền tín hiệu video qua một số kênh số, những thông tin biểu diễn đượclượng tử hóa thành một số hữu hạn các mức

Hoạt động thứ ba là gán các từ mã Các từ mã này là một chuỗi bit dùng để biểudiễn các mức lượng tử hóa

Các quá trình sẽ ngược lại trong bộ giải mã video

Mỗi hoạt động cố gắng loại bỏ phần tử dư thừa trong tín hiệu video và tận dụng sựgiới hạn của hệ thống nhìn của mắt người Nhờ bỏ đi các phần dư thừa, các thông tingiống nhau hoặc có liên quan đến nhau sẽ không được t ruyền đi Những thông tin bỏ đi

mà không ảnh hưởng đến việc nhìn cũng không được truyền đi

Nén không tổn thất: cho phép phục hồi lại đúng tín hiệu ban đầu sau khi giải nén.Đây là một quá trình mã hóa có tính thuận nghịch Hệ số nén phụ thuộc vào chi tiết ảnhđược nén Hệ số nén của phương pháp nén không mất thông tin nhỏ hơn 2:1

Trong truyền hình, phương pháp nén không tổn thất được kết hợp trong các phươngpháp nén có tổn thất sẽ cho tỷ lệ nén tốt mà không gây mất mát về độ phân giải

Nén có tổn thất: chấp nhận mất mát một ít thông tin để gia tăng hiệu quả nén, rấtthích hợp với nguồn thông tin là hình ảnh và âm thanh Như vậy, nén có tổn thất mới thật

sự có ý nghĩa với truyền hình Nó có thể cho tỷ lệ nén hình ảnh cao để truyền dẫn, phátsóng Đồng thời cho một tỷ lệ nén thích hợp cho xử lý và lưu trữ ảnh trong studio

Nén video tổn thất DPCM - Điều xung mã vi sai:

Đây là một phương pháp nén quan trọng và hiệu quả, nguyên lý cơ bản của nó là:chỉ truyền tải tín hiệu vi sai giữa mẫu đã cho và dự báo (được tạo ra từ các mẫu trước đó).Công nghệ DPCM thực hiện loại bỏ tính có nhớ và các thông tin dư thừa của nguồntín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đáp ứng đầu ra là tín hiệu số giữa mẫu đầu vào và giátrị dự báo của chính nó Rất nhiều giá trị vi sai này gần bằng 0 nếu các điểm ảnh biến đổikhông đồng đều Còn với ảnh có nhiều chi tiết giá trị sai số dự báo có thể lớn Khi đó cóthể lượng tử hóa chúng bằng mức lượng tử cao hơn do đặc điểm của mắt người khôngnhạy cảm với những chi tiết có độ tương phản cao, thay đổi nhanh Sự giảm tốc độ bit ở

đây thu được từ quá trình lượng tử hóa và mã hóa.

Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM

1.3.6 Mã hóa và điều chế trong truyền hình số

Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, người ta sử dụng phương pháp điều biên (AM)hoặc điều tần (FM) Tại đầu thu sẽ được giải điều chế để tái tạo lại thông tin về hình ảnh,

âm thanh ban đầu

Một ưu điểm của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên mỗi kênh thôngtin có thể truyền được nhiều chương trình sau khi qua hệ thống ghép kênh dòng truyềntải Để truyền dẫn được tín hiệu số, phải sử dụng phương pháp mã hóa và điều chế tínhiệu số để đảm bảo tín hiệu được truyền dẫn đầu thu một cách trung thực

Mã hóa: Để có thể truyền với độ tin cậy cao, các dòng cơ sở video, audio được

đóng lại thành dòng cơ sở đóng gói PES (Packetized ES) tương ứng với các gói có độ dàithay đổi Mỗi gói PES bao gồm một header và s

ố liệu các

cơ sở Các gói PES này

được ghép kênh với nhau tạo ra dòng tuyền tải TS (Transport Stream) hoặc dòng chươngtrình

Giải mã: Gồm các quy trình ngược lại, dòng truyền tải được phân kênh để trả lại các

dòng cơ sở video và dòng sơ cấp audio Sau đó được giải mã video, audio để tạo lại tínhiệu

Đồng bộ: Đồng bộ là một vấn đề quan trọng Đối với các bộ ghép kênh phân chia

theo thời gian, thời gian trễ giữa bộ mã hóa và bộ giải mã hóa thường có giá trị khôngđổi Đối với các bộ ghép kênh gói MPEG-2, thời gian trễ phải thay đổi theo sự thay đổi

độ dài gói (nếu có) và tần số ghép kênh Đồng bộ trong hệ thống ghép kênh MPEG-2được thực hiện thông qua các nhãn thời gian (Time Stamps) và các chuẩn đồng hồ (ClockReference)

Khi một luồng số trên kênh vô tuyến, các tín hiệu băng gốc số phải được biến đổithành các tín hiệu băng tần vô tuyến, quá trình này gọi là điều chế Quá trình tái tạo lại tínhiệu số từ các tín hiệu trong băng tần vô tuyến gọi là giải điều chế

Quá trình điều chế bao gồm việc khóa chuyển biên độ, tần số, pha của sóng mang,tại ba phương pháp điều chế để truyền dẫn số là điều biên, điều tần và điều pha Mỗiphương pháp điều chế đều có ưu điểm riêng Việc lựa chọn phụ thuộc vào tiềm năngthông tin, công suất phát và độ rộng kênh Việc lựa chọn phải đảm bảo:

- Tốc độ số liệu cực đại

- Xác suất lỗi cực tiểu

- Công suất phát cực tiểu

Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát sóng mặt đất) đặc trưng bởi băng tầnrộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất của Transponder làm việc gầnnhư bão hòa trong các điều kiện phi tuyến Truyền hình số vệ tinh có những đặc điểmnhư sau:

- Cự ly liên lạc lớn: một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu vớikhoảng cách rất xa, như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dàicũng như cho dịch vụ điểm - điểm

- Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật, vì môitrường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất Truyền hình vệ tinh có thể thựchiện qua đại dương, rừng rậm, núi cao cũng như ở các địa cực

- Việc thiết lập đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn, điềunày có ý nghĩa quan trọng trong việc thu thập tin tức, một công việc đòi hỏi thờigian thiết lập nhanh chóng

- Vệ tinh cũng sử dụng cho các hệ thống điểm - đa điểm Với một vệ tinh, có thể đặt

vô số trạm thu trên mặt đất, rất thuận lợi cho hệ thống CATV cũng như cho dịch

vụ truyền hình trực tiếp đến tận từng gia đình DTN Ngoài ra, truyền hình vệ tinhcòn có khả năng phân phối chương trình với các hệ thống liên kết khác

Tuy nhiên phương thức này còn tồn tại nhiều nhược điểm:

- Công suất trên vệ tinh là hữu hạn, đồng thờ cự ly thông tin lớn nên suy giảmđường truyền rất lớn

- Dễ bị ảnh hưởng của mưa, nhất là băng tần Ku

có hiệu quả cao hơn so với truyền hình số qua vệ tinh Truyền hình cáp có những ưu điểmnhư:

- Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp, đảm bảo chất lượng cho tín hiệu

- Không bị ảnh hưởng của thời tiết do có khả năng cách ly và chỗng nhiễu tốt củacáp

- Không chiếm dụng phổ tần số vô tuyến

- Không gây can nhiễu cho các trạm phát sóng nghiệp vụ khác do tín hiệu truyềntrên sợi cáp được cách ly và chỗng nhiễu tốt

- Có khả năng cung cấp tốt dịch vụ truyền hình số và các dịch vụ hai chiều khác: dảithông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyên sẽ cho phép không chỉ cung cấpcác dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương trìnhtruyền hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các dịch vụviễn thông hai chiều, truy cập Internet, truyền số liệu tốc độ cao

- Có thể sử dụng các kênh kế nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi màkhông xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh

Phương thức này còn một số nhược điểm như:

- Chất lượng hình ảnh, âm thanh chưa thực sự nét do có tạp âm do suy hao trongquá trình truyền tải dữ liệu

- Do phải đi dây cáp nên dễ xảy ra các trường hợp mất tín hiệu và hiện tượng phát

xạ tín hiệu từ các thiết bị hỗ trợ của truyền hình cáp

 Truyền hình số mặt đất

Truyền hình số mặt đất có diện phủ sóng hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh, song dễthực hiện hơn so với mạng cáp Cũng bị hạn chế bởi băng thông nên sử dụng phươngpháp điều chế OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua một kênh sóng và khắc phục hiệntượng nhiễu ở truyền hình mặt đất tương tự Phương pháp này có những đặc điểm:

- Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề phiềntoái như hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm…

- Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tayhoặc lưu động ngoài trời

- Có dung lượng lớn, chứa âm thanh (như âm thanh nhiều đường, lập thể, bìnhluận…) và các dữ liệu

- Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh và âm thanh chấtlượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngượclại

Tuy nhiên, phương thức truyền hình số mặt đất cũng có một số nhược điểm:

- Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường (multipath)

- Giá trị tạp do con người tạo ra là cao

- Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyềnhình tương tự và số là vấn đề phải cần xem xét

Nhìn chung cả 3 phương pháp truyền dẫn truyền hình số ở trên đều có những ưu,nhược điểm riêng và chúng sẽ bổ sung, hỗ trợ lẫn nhau Nếu truyền hình qua vệ tinh cóthể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng chương trình lên đến hàng trăm thì tín hiệu

số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trình khu vực, nhằm vào một số lượng khônglớn người thu

Đồng thời, ngoài việc thu bằng anten cố định trên mái nhà, truyền hình số mặt đấtcòn cho phép thu được bằng anten nhỏ của máy tính xách tay, thu trên di động (trên ôtô,máy bay…) Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợi cho đối tượng là cưdân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp anten thu vệ tinh hay anten mặt đất

CHƯƠNG 2 TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2

DVB-T2 là chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất tiên tiến nhất hiện nay trên thếgiới, là thế hệ kế thừa những thành công của DVB-T với nhiều cải tiến về mặt dunglượng truyền dẫn Tương tự như chuẩn chung ban đầu (DVB-T, ISDB-T, DAB), DVB-T2

sử dụng điều chế COFDM, tăng số lượng sóng mang con được truyền, mở rộng phươngthức điều chế và băng thông,… làm cho tiêu chuẩn này trở nên linh hoạt hơn rất nhiều.Môi trường truyền dẫn DTT có thể cung cấp thêm các dịch vụ quảng bá mới, đòi hỏinhiều dung lượng hơn, có thể phát thêm những kênh chương trình mới, đặc biệt dịch vụHDTV, xây dựng hệ thống mạng đơn tần SFN, nhằm sử dụng hiệu quả, tiết kiệm kênhtần số và tăng tính cạnh tranh so với các môi trường truyền dẫn khác

2.1 Truyền hình số theo tiêu chuẩn DVB-T2

2.1.1 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 được nhóm DVB Projectcông bố tháng 6/2008 Việc triển khai và phát triển các sản phẩm mới cho tiêu chuẩn mớinày 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 trongnhững 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 và

sử dụng các anten thu hiện có Thực tế có thể gia tăng dung lượng lên đến gần 50% Vớicông nghệ sử dụng chuẩn DVB-T2, dung lượng dữ liệu đạt được tại UK lớn hơn khoảng50% so với DVB-T, ngoài ra DVB-T2 còn có khả năng chống lại phản xạ nhiều đường(Multipaths) và can nhiễu đột biến tốt hơn nhiều so với DVBT Điều này càng thuận lợicho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới với đòi hỏi nhiều dung lượng hơn

2.1.2 Yêu cầu đặt ra đối với truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

- DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí có tính nguyên tắc đầu tiên là tính tương quan giữacác chuẩn trong họ DVB Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩnDVB phải thuận tiện cao nhất đến mức có thể, ví dụ giữa DVB-S2 và DVB-T2

- DVB-T2 phải kế thừa những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn DVB khác.DVB-T2 phải chấp nhận hai giải pháp kỹ thuật có tính then chốt của DVB-S2: cócấu trúc phân cấp trong DVB-S2, đóng gói dữ liệu trong khung BB và sử dụng mãsửa sai LDPC (Low Density Parity Check)

- Mục tiêu chủ yếu của DVB-T2 là dành cho các đầu thu cố định và di chuyển được,

do vậy, DVB-T2 phải cho phép sử dụng được các anten thu hiện đang tồn tại ởmỗi gia đình và sử dụng lại các cơ sở anten phát hiện có

- Trong cùng một điều kiện truyền sóng, DVB-T2 phải đạt được dung lượng caohơn thế hệ đầu (DVB-T) ít nhất 30%

- DVB-T2 phải đạt được hiệu quả cao hơn DVB-T trong mạng đơn tần SFN

- DVB-T2 phải có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể.Điều đó có nghĩa DVB-T2 phải có khả năng đạt được độ tin cậy cao hơn đối vớimột vài dịch vụ so với các dịch vụ khác

- DVB-T2 phải có tính linh hoạt đối với băng thông và tần số

- Phải giảm tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình của tín hiệu để giảm thiểu giáthành truyền sóng nếu có thể

Trên cơ sở những tiêu chí trên, nhóm DVB Project đã phát triển chuẩn truyền hình

số mặt đất thế hệ thứ 2 là DVB-T2 Tiêu chuẩn này được xuất bản lần đầu tiên vào6/2008 và được ETSI chuẩn hóa từ tháng 9/2009, trong EN 302 755 Việc triển khai vàphát triển sản phẩm cho chuẩn mới này cũng đã bắt đầu Khả năng gia tăng dung lượngtrong một multiplex truyền hình số mặt đất là một trong những ưu điểm chính của chuẩnDVB-T2 So với DVB-T, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 cungcấp sự gia tăng dung lượng tối thiểu 30% trong cùng điều kiện thu sóng và dùng cácanten thu hiện có, dung lượng trong thực tế có thể gia tăng đến gần 50% 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 thuận lợi cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới đòi hỏinhiều dung lượng hơn, có thể phát thêm những kênh chương trình mới, hay nói cáchkhác, nó tăng đáng kể khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần số vô tuyến điện

2.1.3 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVBT2

Hệ thống DVB-T2 được chia thành ba khối chính ở phía phát (SS1, SS2, SS3) vàhai khối chính ở phía thu (SS4, SS5) như trình bày trong Hình 2.2 Đầu vào hệ thống cóthể là một hoặc nhiều TS (Transport Stream) MPEG-2 và/hoặc một vài GS (GenericStream) Khối tiền xử lý đầu vào không thuộc hệ thống T2 Tuy nhiên khối này có thểbao gồm các bộ chia dịch vụ hoặc bộ giải ghép kênh phân tách các dịch vụ thành cácdòng dữ liệu logic để đưa vào đầu vào của hệ thống T2 Sau đó, chúng được mang trongcác ống lớp vật lý PLPs (Physical Layer Pipes)

Hình 2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2

SS1: Khối mã hóa và ghép kênh

Khối SS1 có chức năng mã hoá tín hiệu video/audio cùng các tín hiệu phụ trợ kèmtheo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu lớp 2 với công cụ điều khiển chung nhằm đảm bảotốc độ bit không đổi đối với tất cả các dòng bit Khối này có chức năng hoàn toàn giốngnhau đối với tất cả các tiêu chuẩn của DVB Đầu ra của khối là dòng truyền tải MPEG-2TS (MPEG – 2 Transport Stream)

SS2: Khối Basic T2 – Gateway

Đầu ra SS2 là dòng T2-MI Mỗi gói T2-MI bao gồm Baseband Frame, IQ Vectorhoặc thông tin báo hiệu (LI hoặc SFN) Dòng T2-MI chứa mọi thông tin liên quan đếnT2-FRAME Mỗi dòng T2-MI có thể được cung cấp cho một hoặc một vài bộ điều chếtrong hệ thống DVB-T2

SS3: Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator)

Bộ điều chế DVB-T2 sử dụng Baseband Frame và Frame mang trong dòng

T2-MI đầu vào để tạo ra DVB-T2 Frame SS2 Cổng kết nối T2-Gateway

SS4: Giải điều chế DVB-T2

Bộ giải điều chế SS4 nhận tín hiệu cao tần (RF Signal) từ một hoặc nhiều máy phát(SFN Network) và cho một dòng truyền tải (MPEG-TS) duy nhất tại đầu ra

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

SS5: Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder)

Bộ giải mã SS5 nhận dòng truyền tải (MPEG-TS) tại đầu vào và cho tín hiệuvideo/audio tại đầu ra

Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T2

2.2 Các đặc tính kỹ thuật chính của tiêu chuẩn DVBT2

Ba điểm chính nổi bật về tính năng của DVB-T2 là tăng dung lượng, thiết kế hệthống linh hoạt và cải thiện hiệu suất Các tính năng này có được nhờ một số đặc điểm kỹthuật hệ thống, đó là: sử dụng kỹ thuật điều chế COFDM, mã hóa FEC, điều chế, chế độbăng thông mở rộng, kỹ thuật chòm sao xoay, các chế độ pilot, ống lớp vật lý và áp dụngvào thiết kế hệ thống mạng đơn tần SFN…

2.2.1 Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có mã COFDM

DVB-T2 sử dụng kỹ thuật COFDM (ghép kênh theo tần số trực giao có mã sửa sai)như là một phương thức điều chế dữ liệu COFDM là phương thức ghép kênh đa sóng

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

mang trực giao, trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang

7,61MHz

7,61MHz

7,61MHz

7,61MHz

MHz

7,77MHz

7,77MHz

Một số nguyên tắc chính nổi bật của COFDM bao gồm:

- Dùng kỹ thuật ghép kênh theo tần số FDM

- Các sóng mang trực giao (COFDM)

- Chèn thêm các khoảng bảo vệ, để đảm bảo tín hiệu của một kênh không bị chồnglên tín hiệu của các kênh lân cận, tránh nhiễu kênh

- Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit – symbol và thông tin trạng thái kênh

Biến đổi FFT

Bảng 2.1 Tham số điều chế FFT cho DVB-T2/8 MHz [EN 302 755]

DVB-T2 có nhiều mức điều chế hơn, đó là 1k, 2k, 4k, 8k, 16k và 32k so với 02 mứccủa DVB-T là 2k và 8k DVB-T2 cho phép mở rộng số lượng sóng mang con với việc sử

Đồ án tốt nghiệp Đại học Chương 2 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

dụng các chế độ điều chế 32k, 16k, 8k Khi đó, số lượng sóng mang con sẽ tăng thêm sovới chế độ thông thường, gọi là chế độ mở rộng của DVB-T2

Lựa chọn điều chế cơ sở

DVB-T2 có thêm phương thức điều chế tín hiệu cao hơn 256-QAM, ngoài điều chếQPSK, 16-QAM và 64-QAM, nó có thể làm tăng dung lượng lên tối thiểu 30%

Khoảng bảo vệ GI

Hệ thống đưa ra nhiều lựa chọn GI hơn: 1/128, 1/32, 1/16, 19/256, 1/8, 19/128 và1/4 Ta có bảng lựa chọn khoảng bảo vệ trong DVB-T2 tùy theo kích thước FFT, từ đóđưa ra được tổng số symbol trong một khung LF và tỷ lệ khoảng bảo vệ/chu kỳ symbolnhư sau:

Bảng 2.2 Độ dài khung LF tối đa trong symbol OFDM với các trường hợp

kích thước FFT khác nhau và khoảng bảo vệ (băng thông 8 MHz) [EN 302 755]