Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2

Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2 Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2 Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2 Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2 Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVBT2

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thiện đồ án tốt nghiệp này, lần đầu tiên em xin chân thành cảm ơn sâu

sắc nhất tới thầy Phạm Việt Hưng- Người thầy đã tận tình giúp đỡ em trong suốtquá trình em làm đề tài đồ án này Em cảm ơn thầy đã chỉ bảo em, giúp đỡ emhướng dẫn cho em để em có thể làm đồ án này một cách tốt nhất Thầy luôn đồnghành bên em để chỉ cho em những phần em thiếu sót, những phần em chưa làmđược để kết quả bây giờ em đã hoàn thiện được đồ án này

Em cũng gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất tới các thầy, cô trong khoa Điện-Điện tửtàu biển nói chung và các thầy, cô trong ngành điện tử viễn thông nói riêng, trườngĐại Học Hàng Hải Việt Nam Các thầy cô đã truyền những kiến thức rất quan trọngcho em trong suốt 4 năm học qua- Đó là nền tảng, là cơ sở để em có thể hoàn thiệnđược đồ án này

Em cùng xin gửi lời cảm ơn tời gia đình, người thân, bạn bè của em đã hếtsức tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án này

Trong quá trình làm đồ án này của em, em cũng đã cố gắng rất nhiều song dokiến thức vẫn còn hạn chế không thể tránh khỏi những nhầm lẫn, thiếu sót Vậy emrất mong nhận được sự thông cảm của thầy

Em cảm ơn thầy nhiều ạ!

Hải phòng, tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Quang Linh

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan rằng đồ án này em làm là hoàn toàn khoa học, chính xác vàtrung thực Đồ án này chính là do công sức của em làm ra không có nhờ ngườikhác làm hộ

Những nội dung làm đều đã được em nghiên cứu kĩ càng và có thật

Hải phòng, tháng 12 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Lê Quang Linh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN v

BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code: Mã sửa lỗi vòng vi

DANH MỤC CÁC BẢNG vii

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 2

1.1 Giới thiệu về truyền hình số 2

1.1.1- Khái quát chung 2

1.1.2- Đặc điểm của thiết bị truyền hình số 4

1.2 Số hóa tín hiệu truyền hình 5

1.2.1- Biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số(A/D) 6

1.2.2- Biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (D/A) 7

1.2.3- Nén tín hiệu video 7

1.2.4- Tín hiệu audio số 10

1.3.Phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số 17

1.3.1- Truyền hình số vệ tinh(DVB-S) 17

1.3.2- Truyền hình số cáp(DVB-C) 17

1.3.3-Truyền hình số mặt đất (DVB-T) 17

1.4 Các tiêu chuẩn của truyền hình số 18

CHƯƠNG 2 TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 19

2.1.Giới thiệu truyền hình số mặt đất DVB-T2 19

2.2.Yêu cầu đặt ra cho truyền hình số mặt đất DVB-T2 20

2.3.Mô hình cấu trúc hệ thống DVB-T2 20

2.4.Các đặc tính kĩ thuật của DVB-T2 22

2.4.1- Lớp vật lí 22

2.4.2- Cấu hình mạng 23

2.4.3- Hiệu quả của việc sử dụng kĩ thuật chòm sao quay, chèn thời gian và tần số 27

2.4.4- Mã sửa sai trong DVB-T2 28

2.4.5- Symbol khởi đầu 28

2.5 Sự khác biệt giữa DVB-T và DVB-T2 28

2.6 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 28

2.6.1-Số hóa truyền hình số mặt đất 28

2.6.2-Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 29

2.6 Kết luận chương 29

CHƯƠNG 3 ỨNG DỤNG TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 TẠI VIỆT NAM 30

3.1 Những ưu thế khi sử dụng truyền hình số mặt đất DVB-T2 30

3.2 Lựa chọn giải pháp cho truyền hình số mặt đất 30

3.3.3-Đài truyền hình Việt Nam VTV 37

3.4.Kết luận chương IV 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG ĐỒ ÁN DVB Digital video Broadcasting:Truyền hình kĩ thuật số.

DVB-T Digital video Broadcasting–Terrestrial: Truyền hình số mặt đất DVB-S Digital video Broadcasting– Satellite: Truyền hình số vệ tinh

DVB-C Digital video Broadcasting–Cable: Truyền hình số cáp

JPEG Joint Photographic Experts Group: Chuẩn nén

MPEG Moving Picture Expert Group: Chuẩn nén

A/D Analog/Digital: Tương tự/số

D/A Digital/Analog: Số/ Tương tự

HDTV High-Definition Television: Truyền hình độ nét cao

3DTV 3D television: Truyền hình 3D

SFN Single Frequency Network: Mạng đơn tần.

NTSC National Television System Committee

PAM Phase Alternative Line:

SECAM Sequential colour a Memory

ISDB Intergrated Service Digital Broacasing

DPCM Differential Pulse-Code Modulation: Mã hóa vi sai

LDPC Low Density Parity Check: Mã Kiểm tra mật độ thấp BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Code: Mã sửa lỗi vòng

Hình 1.1 Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình số 3

Hình 3.2

Cấu hình hệ thống mạng SFN của DVB-T2 tại AVG 35

ủng hộ vậy? Vì vậy em đã thưc hiện đề tài: “Nghiên cứu truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T2” Với đề tài này em gồm có 3 chương:

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

DVB-T2 TẠI VIỆT NAM

Em xin cảm ơn thầy Phạm Việt Hưng đã hướng dẫn em thực hiện đề tài này

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Giới thiệu về truyền hình số

1.1.1- Khái quát chung

Truyền hình số là một hệ thống truyền hình số có chất lượng cao và dễ dàng

phân phối trên kênh thông tin Tín hiệu số cho phép tạo,lưu trữ, ghi đọc nhiều lần

mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh

Ưu điểm của truyền hình số:

sửa lỗi, chống lỗi, bảo vệ…)

Nhưng truyền hình số có một số nhược điểm sau: Dải thông của tín hiệu tăng do

đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống lớn Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu

số phức tạp do phải sử dụng mạch chuyển đổi số-tương tự

- Sơ đồ tổng quát và nguyên lí cấu tạo của hệ thống truyền hình số:

Sơ đồ:

T/h video tương tự

T/h video tương tự

Hình 1.1.Sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình số

Nguyên lí cấu tạo: Tín hiệu video, audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu

số khi đi qua bộ biến đổi A/D Tín hiệu số của tại đầu ra của bộ biến đổi A/D có tốc

độ bít rất lớn nên cần đưa qua bộ nén (mã hóa nguồn) để giảm tốc độ bít xuống.Sau đó tín hiệu ra của bộ mã hóa nguồn được đưa tới thiết bị phát là mã hóa kênhthông tin (đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin ) và điều chế

số (giúp cho tín hiệu số có thể truyền đi xa được ).Tiếp đó tín hiệu được truyền đếnbên thu qua kênh thông tin.Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổingược lại với quá trình xử lí tại phía phát.Tín hiệu sẽ sẽ được giải điều chế và đượcđưa tới giải mã kênh.Tín hiệu sau bộ giải mã kênh được giải nén sau đó đưa tới bộbiến đổi tín hiệu số-tương tự D/A

Mã hóa nguồn

Thiết bị phát Biến

đổi A/D

Kênh thông tin

Biến đổi D/A

Giải mã hóa

Thiết bị thu

Mã hóa kênh

Điều chế số

Giải mã kênh

Giải điều chế

1.1.2- Đặc điểm của thiết bị truyền hình số

Để kiểm tra tình trạng của thiết bị số, chúng ta sử dụng các hệ thống đo kiểm trathông qua đo kiểm tra tín hiệu chuẩn Sau đây là đặc điểm của thiết bị truyền hìnhsố:

a) Yêu cầu về băng tần

Yêu cầu băng tần là sự khác nhau rõ rệt nhất giữa tín hiệu truyền hình số và tínhiệu truyền hình tương tự Băng tần của tín hiệu truyền hình số yêu cầu phải rộng

b) Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm(Singnal/Noise)

Trong quá trình truyền dẫn và ghi thì tín hiệu số có khả năng chống nhiễu tốt.Nhiễu trong tín hiệu số là do các bit lỗi.Nhiễu trong tín hiệu số được khắc phục bởicác mạch sửa lỗi Khi có quá nhiều bit lỗi ta sử dụng cách che lỗi để giảm sự ảnhhưởng của nhiễu.Tính chất đặc biệt này có ích cho việc ghi-đọc chương trình nhiềulần

c) Méo phi tuyến

Trong quá trình ghi và truyền thì tín hiệu số không bị ảnh hưởng của méo phituyến Méo phi tuyến là tính chất quan trọng trong việ ghi-đọc nhiều chương trìnhnhiều lần

d) Chồng phổ( Aliasing)

Tín hiệu số được lấy mẫu theo cả chiều ngang và chiều dọc, nên có khả năngchồng phổ theo cả 2 hướng Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộcvào các thành phần tần số mà tần số này phải vượt quá tần số lấy mẫu giới hạnNyquist

e) Giá thành và độ phức tạp

Giá thành của các thiết bị số có giá thành cao hơn nhiều so với các thiết bị tương

tự Mạch số có cấu trúc khá phức tạp hơn các mạch tương tự Ngoài ra còn vấn đề

về thành lập duy trì thì chúng vẫn còn lạ lẫm với nhiều người, tuy nhiên nhờ côngnghệ phát triển như hiện nay thì vấn đề đó không còn trở ngại, điều đó đã dẫn đếngiá thành của thiết bị số lại vô cùng hợ lí với khác hàng.

f) Xử lí tín hiệu

Tín hiệu số có thể thực hiện và biến đổi tốt các chức năng mà tín hiệu tương tựkhông làm được hay còn gặp khó khăn Sau khi chuyển từ tín hiệu tương tự sangtín hiệu số (A/D) thì tín hiệu sóng còn lại là 1 chuỗi các bit số ‘0’ và ‘1’ thực hiệnnhiệm vụ mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh Khả năng này đượctăng lên và có thể đọc với tốc độ nhanh nhờ viêc lưu trữ trong bộ nhớ

g) Khoảng cách giữa các trạm truyền hình cồng kềnh

Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh có khoảng các gần nhau màkhông bị nhiễu Tín hiệu số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh là do khả năngthay thế xung hóa và xung đồng bộ bằng các từ mã-nơi gây ra nhiễu trong hệ thốngtương tự Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh này cùng sẽ làm chonhiều trạm phát có thể phát các chương trình truyền hình với độ phân giải caoHDTV

h) Hiệu ứng bóng ma(ghots)

Hiệu ứng này xảy ra nhiều trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thutheo nhiều đường Với hệ thống số thì hiệu ứng bóng ma cũng giảm đi Với các ưuđiểm của mình truyền hình kĩ thuật số đã và đang được sử dụng rộng rã trên khắpmọi miền của thế giới

1.2 Số hóa tín hiệu truyền hình

Tín hiệu truyền hình số không bị méo tuyến tính, méo phi tuyến và không bịnhiễu gây ra trong quá trình biến đổi tương tự sang số (A/D) và quá trình số sang

tương tự (D/A).Tín hiệu truyền hình số hoạt động hiệu quả hơn tín hiệu truyền hìnhtương tự.Tín hiệu truyền hình số có thể tiết kiệm bộ lưu trữ thông tin.

1.2.1- Biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số(A/D)

Sơ đồ:

Tín hiệu vào tín hiệu ra

Hình 1.2-Sơ đồ biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số Chức năng các khối:

tự, dùng để loại bỏ các thành phần gây chồng phổ tín hiệu

Khoảng cách của các mức là 1 bước lượng tử Quá trình lượng tử hóa xácđịnh các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu.Quá trình này gây ra sai số đượcgọi là sai số lượng tử - là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi trong hệthống số

biến đổi cấu trúc nguồn, quá trình biến đổi này mà không làm thay đổi tin

Lọcthôngthấp

Lấymẫu

Xung lấy mẫu và xung đồng hồ

Lượng

tử hóa

Mãhóa

tức với mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kĩ thuật cho hệ thống truyền tin.Tín hiệu sau mã hóa có tính chống nhiễu cao.

đồng bộ các quá trình còn lại trong quá trình biến đổi A/D

1.2.2- Biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (D/A)

Sơ đồ:

Video số video tương tự

Hình 1.3- Sơ đồ biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự.

- Quá trình biến đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự (D/A) thực chất là quá trìnhtìm lại tín hiệu tương tự đã được lấy mẫu

1.2.3- Nén tín hiệu video

Ngày này video số, audio số cho chất lượng hình ảnh âm thanh tốt Tuy nhiêntrong khi truyền dẫn phải sử dụng một lượng lớn các file dữ liệu.Vì vậy để khắcphục những nhược điểm trên ta cần nén tín hiệu video

a) Mô hình nén video

Mạchlogic

mẫu

Lọcthôngthấp

Khuếchđại

Xung lấymẫu

Biểu diễn

Xử líkênhGán

từ

Hình 1.4.Mô hình nén video Giải thích: Ở tầng đầu tiên thì tìn hiêu video được trình bày dưới dạng thuận

lợi nhất để nén tín hiệu.Ở tầng thứ 2 của bộ mã hóa là lượng tử hóa, giúp rời rạchóa thông tin được biểu diễn.Ở tầng thứ 3 là gán các từ mã- các từ mã này là mộtchuỗi bit dùng để biểu diễn các mức lượng tử.Các quá trình trong giải mã video sẽngược lại với quá trình mã hóa video

b) Phương pháp nén

-Kĩ thuật nén dữ liệu video là sự kết hợp của rất nhiều kĩ thuật xử lí nhằm giảmtốc độ bit của tín hiệu số mà vẫn đảm bảo được hình ảnh và âm thanh chấtlượng.Bao gồm những phương pháp nén sau:

nén.Trong truyền hình phương pháp nén không tổn hao được kết hợp vớiphương pháp nén có tổn hao sẽ cho được tỉ lệ nén tốt mà không làm mất mát

về độ phân giải

gia tăng hiệu quả nén (rất thích hợp cho âm thanh và hình ảnh).Do đóphương pháp nén có tổn hao rất có ý nghĩa với truyền hình

c) Các chuẩn nén hình ảnh và âm thanh số

-Chuẩn JPEG: Tiêu chuẩn nén JPEG với mục đích cho ra ảnh nén là ảnh tĩnh đơnsắc và ảnh màu

- Chuẩn MPEG:

Các mẫu audio bít mhóaChuyển

đổi từmiền tsang

Mãhóanối

Bít chỉđịnh

Bộđệmkhung

số liệu

số liệu phụ

Hình1.5- Cấu trúc cơ sở của bộ mã hóa MPEG tín hiệu audio

dòng bit mã hóa

các mẫu audio PCM

số liệu phụ

Hình1.6- Cấu trúc của bộ giải mã MPEG của tín hiệu audio

Chuẩn MPEG (Moving Picture Expert Group) : Là các chuẩn nén video nhằm để

Mô hìnhtâm sinh línghe

Khungkhôngđónggói

Tái tạo

Chuyểnđổi từmiền thờigian sangmiền tầnsố

MPEG-2; MPEG-3; MPEG-4; MPEG-7 Các chuẩn nén MPEG sử dụng cho cácứng dụng video động :

 MPEG-1: Đây là chuẩn nén dùng cho ghi hình trên băng đĩa hoặc truyền dẫntrong mạng máy tính.Tốc độ bít từ 1Mb/s đến 1.5 Mb/s

 MPEG-2: Chuẩn nén này dung trong truyền hình số thông thường với tốc độ bit

≤ 10Mb/s Ngoài ra nó còn được ứng dụng trong mạng ISDN sử dụng trongATM

 MPEG-3: Chuẩn này được sử dụng trong truyền hình có độ phân giải cao vớitốc độ bit ≤ 50 Mb/s

 MPEG-4: Chuẩn này sử dụng cho nén tín hiệu video với tốc đọ bit là 9-10 Kb/s.Truyền số mặt đất DVB-T2 sử dụng chuẩn này để nén tín hiệu hình ảnh và âmthanh

 MPEG-7: Đây là chuẩn mô tả thông tin của rất nhiều loại đa phương tiện

1.2.4- Tín hiệu audio số

a)Khái quát về audio số

Khi ta muốn thực hiện truyền tín hiệu, ghi tín hiệu, xử lí tín hiệu thì ta cần phải

sử dụng các thiết bị số cùng với các bộ biến đổi A/D và D/A để giải quyết nhữngvấn đề mà ta cần thực hiên Khi chúng ta muốn xử lí tín hiệu audio số cho chấtlượng cao, hiệu quả cao thì bộ biến đổi tương tự sang số phải không làm giảm chấtlượng của tín hiệu, thiết bị đơn giản thì tín hiệu sẽ truyền đi với mọi hình thức Nóiđến thiết bị audio số thì ta hiểu ngay luôn là các thiết bị loa, micro, thiết bị biến đổihay thiết bị tương tự Khi truyền qua một số thiết bị như máy ghi băng từ tính, máyquay đĩa thì tín hiệu audio có thể bị ảnh hưởng

Hệ thống audio số đơn giản:

n(t1)

a(t) là đồng hồ không có jiter

b)Nguyên tắc chuyển đổi A/D

Lấy mẫu ( rời rạc hóa theo thời gian), lượng tử ( rời rạc hóa theo biên độ) và mãhóa đó cũng là các giai đoạn khi biến đổi A/D của tín hiệu audio

 Lấy mẫu: Có thể nói rằng quá trình lấy mẫu chính là các quá trình điều chế, điều

biên tín hiệu, đồng thời là các xung có tần số xuất hiện bằng tần số lấy mẫu.Trong quá trình biến đổi A/D thì điều biên xung (PAM) là phương pháp được

sử dụng trong tín hiệu audio số Phương pháp này được biểu diễn như sau:

ADC

Đồng hồ

Chuyển đổi songsong–

nối tiếp

Vòng khóa pha

DAC

Chuyểnđổi nối tiếp- song song

Hình 1.8-Biểu diễn tín hiệu điều biên xung trong miền thời gian

Hinh1.9-Biễu diễn tín hiệu điều biên xung trong miền tần số

 Lượng tử hóa: Lượng tử hóa chính là các mẫu tín hiệu thu được sẽ được ấn định

bằng 1 mã nhị phân bởi 1 thiết bị Hình dưới đây là hình của một sóng dạnghình sin đã được xác định bằng các mẫu tại vị trí lấy mẫu Sai số lượng tử hóa làsai số giữa tín hiệu ban đầu và các mẫu sau khi lượng tử hóa

Hinh1.10- Biểu diễn tín hiệu với 4 bit lượng tử hóa

Từ hình vẽ trên ta có một số nhận xét như sau: Chuyển dịch âm và dương của tínhiệu gốc không đối xứng với vùng giá trị nhị phân Đồng thời đã có lỗi lượng tửcủa các tín hiệu audio số vì vậy ta cần tăng số mức rời rạc để khắc phục những lỗitrên

 Mã hóa: Phần lớn các hệ thống đều sử dụng phương pháp điều chế xung mã(PCM), mã hóa vi sai (DPCM), điều chế xung rộng (PWM)

• Ta có sơ đồ bộ mã hóa PCM như sau:

t/h audio ttự t/h PCM

Hình 1.11- Sơ đồ mã hóa PCM trong audio số

t/h PCM t/h audio tương tự

hình 1.12-Sơ đồ mã hóa PCM trong audio số

Nhận xét: Trong tín hiệu audio số thì hiện nay tần số lấy mẫu được lấy theo 3giá trị: Tần số 32Khz ( tần số này dung cho các ứng dụng truyền dẫn ) Tần số 44,1Khz ( tần số này áp dụng cho việc ghi băng PAL và NTSC) Tần số 48Khz đóchính là tín hiệu chuẩn của truyền thanh audio

c) Đặc điểm của bộ biến đổi A/D và D/A

Trong tín hiệu audio bộ biến đổi tương tự sang số và số sang tương tự đều tạo ra sai

số Sai số này có thể chia thành 2 loại: Sai số do lọc thông thấp và sai số biến đổi

d) Mã hóa kênh truyền

Với những đường đặc tuyến bằng phẳng để tránh những sai số có thể xảy ra ta có

Lọc thông thấp

Lấy mẫu

Lượngtử

Mã hóa

Giải

mã

Khôi phục màu

Lọc, sửa, méo

rat a có thể sử dụng mã NRZ (None Reurn to Zezo ) và mã BPM (BiPhase- Mark)trong kênh truyền và ta có dạng xung của các mã này như sau:

Hình1.13 Dạng xung tín hiệu mã hóa NRZ và BPM

Bên cạnh đó ta cũng có mật độ phổ tín hiệu NRZ và BPM như sau:

Hình1.14-Mật độ phổ tín hiệu NRZ và BPM Nhận xét: Phổ tần của tín hiệu số sử dụng mã NRZ rộng Nhưng bên cạnh đó

vùng tần số thấp lại chứa năng lượng lớn nhất của phổ Nhìn vào hình vẽ ta có thểthấy phổ của NRZ lớn hơn phổ của BPM Dữ liệu mà được mã BPM mã hóa thì dảithông kênh truyền phải yêu cầu lớn