TÌM HIỂU về hệ THỐNG THU PHÁT DIGITAL

Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vựcđược nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu và ở Việt Nam thìtruyền hình kỹ thuật số cũng đang từng bước p

HỮU NGHỊ VIỆT - HÀN

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÀI TẬP LỚN TRUYỀN HÌNH SỐ

ĐỀ TÀITÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG THU PHÁT

DIGITAL

GVHD : Dương Tuấn Quang SVTH : Trần Ngọc Bảo Lớp : CCVT07A

Đà Nẵng, tháng 3 năm 2017

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 3

3

LỜI MỞ ĐẦU 4

Chương 1 5

TỔNG QUAN TÍN HIỆU DIGITAL 5

1.1GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 5

1.2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ 6

1.3TÍN HIỆU SỐ 7

Chương 2 8

HỆ THỐNG THU PHÁT DIGITAL 8

2.1 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN ATSC 8

2.2 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DIBEG 10

2.3 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DVB-T 11

2.3.1 Energy Dispersal : Khối phân tán năng lượng 14

2.3.2 Outer Coder : Bộ mã hóa ngoài 15

2.3.3 Outer Interleaver : Bộ hoán vị ngoài 15

2.3.4Inner Coder : Bộ mã hóa trong 15

2.3.5 Inner Interleaver : Bộ hoán vị trong 15

2.4 SƠ ĐỒ KHỐI THU TÍN HIỆU : 16

2.4.1 Sơ đồ khối máy thu : 16

2.4.2 Sơ đồ khối thu kênh truyền hình kỹ thuật số mặt đất trong thực tế 17

2.5 CÁC THÔNG SỐ ĐO KIỂM TRA 18

KẾT LUẬN 23

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN 25

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

DAB Digital Audio broadcastingDVB Digital Video BroadcastingDTV Digigtal TelevisionUHF Ultra High Frequency 300-1000MHzVHF Very High Frequency 50-300MHzVLC Variable Lenghth CodingEBU European Broacasting Union

LỜI MỞ ĐẦU

Số hóa hiện đã trở thành một xu hướng tất yếu của ngành truyền hình thếgiới Đã có 7 nước(Luxembourg, Hà Lan, Phần lan, Thụy điển, Thụy sỹ, Đức vàMỹ) hoàn tất quá trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số.Còn lại đa phần các nước khác đều đang trong quá trình chuyển đổi

Việc chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số là quá trình thay thếcông nghệ truyền hình analog đã có tuổi đời đến 60 năm bằng công nghệ truyềnhình số phát triển trên nền tảng công nghệ mới với nhiều ưu điểm hơn

Truyền hình số qua vệ tinh, cáp, và mặt đất hiện nay đang là lĩnh vựcđược nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu và ở Việt Nam thìtruyền hình kỹ thuật số cũng đang từng bước phát triển.Với mục tiêu đến năm

2020 100% mạng truyền hình cáp chuyển sang công nghệ số,hạ tầng truyền dẫn,phát sóng được phát triển đồng bộ, hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn

và công nghệ, đảm bảo có thể chuyển tải được các dịch vụ phát thanh, truyềnhình, viễn thông và công nghệ thông tin trên cùng một hạ tầng kỹ thuật, đáp ứngyêu cầu hội tụ công nghệ và dịch vụ.Với cách thức tiếp cận từ các vấn đề mangtính cơ sở tiến tới các giải pháp kỹ thuật và giải pháp công nghệ, chúng em thựchiện bố cục bài với hai nội dung chính : tìm hiểu các công nghệ truyền hình số,các hệ thống thu phát digital xđược tổng hợp thành 2 chương :

Chương 1: Tổng quan tín hiệu digita

Chương 2: Hệ thống thu phát digital:Giới thiệu các chuẩn truyền hình số đang sử dụng hiện nay và nguyên tắc điều chế tín hiệu trong hệ thống thu phát

Chương 1 TỔNG QUAN TÍN HIỆU DIGITAL1.1GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

Truyền hình số (Digital Television) là một phương pháp truyền hình hoàntoàn mới, là tên gọi một hệ thống truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từStudio cho đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số Trong đó, mộthình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì đượcbiến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên(cả về độ chói và màu sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân(dãy các số 0 và 1) nhờ quá trình biến đổi tương tự số

Trên thế giới, các nhà điều hành cáp, vệ tinh, trên mặt đất đều đangchuyển động đến môi trường số, Ở Châu Âu, truyền hình số đã được sử dụng ởAnh (phát sóng truyền hình số 1999, Đức, Pháp, Ireland, Tây Ban Nha, Hà Lan,Thụy Điển, Hầu hết các nhà phân tích công nhgiệp đều dự báo việc chuyển dịchlên truyền hình số là một sự tiến hóa (evolution) hơn là một cuộc cách mạng(revolution), nó làm thay đổi cách sống của hàng trăm triệu gia đình trên thếgiới, các công ty cho rằng sự hội tụ giữa máy tính cá nhân, máy thu hình (TVsets) và Internet đã bắt đầu và điều đó sẽ dẫn đến sự chuyển hóa cực đại về máytính, đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên mới về số sẽ nâng cao việc xem truyềnhình ngang với chất lượng chiếu phim, âm thanh ngang với chất lượng CD cùngvới hàng trăm kênh truyền hình mới và nhiều dịch vụ mới, truyền hình số chothuê bao xem được nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao nhất,

Đối với các nhà phát sóng truyền hình, việc chuyển dịch lên môi trường

số sẽ làm giảm việc sử dụng băng tần/kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứngdụng Internet cho thuê bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thươngmại, Nhiều dịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành:

• Truy cập Internet tại các tốc độ

• Chơi Game trên mạng với nhiều người

• Video theo yêu cầu VOD (video – on - demand)

• Cung cấp các dòng video và audio

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

• Các dịch vụ thương mại điện tử

đó dẫn đến phải sử dụng một mặt bằng số chung, mở ra các cơ hội cho thịtrường dân dụng,

Truyền hình số có tốc độ truyền dữ liệu cao, cho phép cung cấp nội dung

đa phương tiện phong phú và người xem truyền hình có thể lướt qua Internetbằng máy thu hình, Nhờ có kỹ thuật nén, có thể phát sóng nhiều chương trìnhtruyền hình trên một kênh sóng (truyền hình tương tự phát sóng 1 chương trình/1 kênh sóng)

1.2 TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ

Các tổ chức về tiêu chuẩn quốc tế là các cơ sở nghiên cứu và đề xuất cáctiêu chuẩn truyền hình số, ví dụ một vài tổ chức quốc tế như:

• ETSI (the European Telecommunications Standards Institute)

• DVB (Digital Video Broadcasting)

• ATSC (the Advanced Television Systems Committee)

• DAVIC (the Digital Audio Visual Council)

• ECCA (the European Cable Communications Association)

• CableLabs

• W3C (W3 Consortium)

• FCC (the Federal Communications Commission)

ETSI là một tổ chức phi lợi nhuận, xác định và cung cấp các tiêu chuẩnviễn thông, ETSI bao gồm một hội đồng chung GA (General Assembly) , 1 uỷban (Broard), một tổ chức kỹ thuật TO (Technical Organization) và một ban thư

ký, Tổ chức TO đề xuất và quảng bá các tiêu chuẩn kỹ thuật, Trên 3500 chuyêngia làm việc cho ETSI trong 200 nhóm

1.3TÍN HIỆU SỐ

Tín hiệu số là dạng tín hiệu đặc trưng bởi 2 mức giá “0” hay “1” và cácmạch số chỉ làm việc với hai mức giá trị này tuy nhiên đối tựơng điều khiển làcác mạch số trong nhiều trường hợp có rất nhiều ,thậm chí có vô số các trạngthái khác nhau và các tín hiệu mà mạch số nhận được do phản hồi cũng có tínhchất như vậy

Có 2 phương pháp biến đổi là ADC và DAC, để thấy được quá trình cóđược tín hiệu số từ tín hiệu tương tự hay ngược lai

• Chuyển đổi DAC (digital to ananlog converter):

Đây là quá trình lấy tín hiệu số (ở dạng nhị phân) chuyển thành tín hiệuanalog với mức điện áp hay dòng điện tỉ lệ với giá trị số ở ngõ vào

• Chuyển đổi ADC (analog to digital converter):

Là quá trình chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang số gọi tắt là A\D là quátrình ngược của D\A ,nhưng phức tạp hơn D\A và thời gian chuyển đổi cũngnhiều ,dài hơn

Chương 2

HỆ THỐNG THU PHÁT DIGITAL2.1 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN ATSC

Từ đầu năm 1990, ở Mỹ đã xuất hiện 4 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất

có độ phân giải cao (HDTV) được các tổ chức, các nhóm nghiên cứu khác nhau

là sự tập trung trí tuệ của 7 tổ chức, công ty lớn

Năm 1996 FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số DTV của Mỹ dựctrên tiêu chuẩn gói dữ liệu quốc tế 188 byte Mpeg-2 Các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thểđược quy định bởi Ủy ban các dịch vụ truyền hình tiên tiến (ATSC – AdvancedTelevision System Committee)

ATSC cho phép 36 chuẩn Video từ HDTV (High Definition Television )đến các dạng thức Video tiêu chuẩn SDTV khác (Standard DefinitionTelevision) với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hìnhkhác nhau

Tiêu chuẩn ATSC DTV được biết đến là một hệ thống dự định dùng đểtruyền các tín hiệu video, audio, chất lượng cao và các dữ liệu khác trên mộtkênh đơn 6MHz Hệ thống này có thể chia sẻ một cách đáng tin cậy khoảng19Mbit/s trong một kênh truyền hình mặt đất 6MHz và khoảng 38Mbit/s trongmột kênh truyền hình cáp 6MHz

Để thực hiện điều đó, tín hiệu video nguồn có thể mã hoá tới 5 lần để tốc

độ dòng bit tín hiệu truyền hình quy ước (NTSC) giảm xuống tới 50 lần hoặccao hơn Nhằm thu nhỏ tốc độ dòng bit, kỹ thuật nén Video và Audio được sửdụng trong hệ thống

Sơ đồ khối của hệ thống DTV được minh họa hình dưới Hệ thống gồmcác khối:

Mã hoá và nén tín hiệu nguồn:

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

Ghép kênh và truyền tải:

Các thông tin được chia nhỏ thành các gói dữ liệu, tương ứng sẽ có mộtphần tiêu đề để nhận biết cho mỗi gói hay mỗi loại gói, và tương ứng với thứ tựthích hợp các gói dữ liệu video, audio và dữ liệu phụ được ghép vào một dòng

dữ liệu đơn

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

Hình 2.1a Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số

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

Mã hoá kênh truyền có nhiệm vụ cộng thêm các thông tin vào dòng bit

dữ liệu, các thông tin được sử dụng trong quá trình tái tạo dữ liệu tại bên thu nhưcác mã truyền dẫn bởi vì sự suy hao trong qua trình truyền dẫn sẽ gây lỗi tínhiệu truyền dẫn

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

tín hiệu truyền dẫn, gồm hai loại điều chế:

Chế độ phát quảng bá mặt đất (8-VSB)

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

2.2 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DIBEG

Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DiBEG (Digital Broadcasting ExpertGroup – Nhóm chuyên gia truyền hình số) của Nhật còn được gọi là tiêu chuẩnISDB-T (Integrated Service Didital Broadcasting – Terrestrial – Truyền hình sốtích hợp dịch vụ mặt đất ) hoặc ARIB ( Association of Radio Industries andBusiness – Hiệp hội các doanh nghiệp và ngành công nghiệp vô tuyến )

DiBEG sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BST-OFDM (BandSegmented OFDM) và cho phép sử dụng các phương thức điều chế tín hiệu sốkhác nhau đối với từng đoạn (Segment) dữ liệu như : QPSK, DQPSK, 16-QAM

và 64-QAM

Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành 13 khối (OFDM), mỗi khối có dảiphổ 432 KHz với các tín hiệu chỉ thị và các thông số truyền dẫn như : loại điềuchế, các loại mã hiệu chỉnh lỗi được sử dụng trong từng khối…

Hình 2.2a OFDM phân chia dải tần (Band Segmented OFDM)

ISDB-T cho phép hệ thống có dải phổ 5,6 MHz và 432 KHz Trong môitrường một kênh truyền hình 6 MHz có thể sử dụng ba loại máy thu :

5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM và màn hình HDTV để thu loại mọihình dịch vụ

5,6 MHz với bộ giải điều chế OFDM để thu di động với màn hình tiêuchuẩn (SDTV)

432 KHz với bộ giải điều chế OFDM để thu âm thanh và dữ liệu

DiBEG còn có khả năng có thể đuợc sử dụng trong khu vực dải tần công tác 7/8MHz

ISDB-T trên thực tế là một biến thể của tiêu chuẩn DVB-T

2.3 TRUYỀN HÌNH SỐ THEO TIÊU CHUẨN DVB-T

Hệ thống trạm mặt đất DVB-T: các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất lànhững phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số ở tốc độ cao

vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang và sự giảm âm thanh củatần số lựa chọn Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sựphản xạ của núi, đồi hay dãy nhà có thể lên tới vài chục µs Trong trường hợpphía thu có thể di chuyển, tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênhRayleigh) do đó phía thu bắt buộc phải khai thác những đám mây tín hiệu phảnhồi xung quanh vật thể

Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh cố thể rất quantrọng khi tất cả các máy phát phát các tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và

có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vàitrăm 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 COFDM (Code OrthogonalFrequency Division Multiplexing – Ghép kênh phân chia theo tần số đã được mãhoá)

Hình 2.3a Tiêu chuẩn DVB-T

Có thể chia dòng bit truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độthấp, trong ghép kênh FDM Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính :mode 2K cho các mạng chuyển đổi ( tương ứng với 1705 sóng mang phụ trongdải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 224 µs) vàmode 8K cho SFNs ( tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 86 µs)

Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ am-QAM (4, 16 hay 32QAM) Điều chế COFDM bản chất làfading tần số chọn, khi mỗi sóng mangđược điều chế ở tốc độ bit trung bình ( tốc độ symbol vào khoảng 1 Kbaud hay 4Kbaud tương ứng với mode 2K hay 8K) và khoảng thời gian rất dài so với thờigian đáp ứng thay đổi kênh

Do đó mỗi sóng mang phụ chiếm một dải tần hẹp trong đó đáp ứng tần số

kênh là phẳng cục bộ không mã viterbi với cụm lỗi tới từ các sóng mangkhông

tin cậy gần kề, làm suy giảm do nhiễu băng hẹp

Mô tả Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất :

Hình 2.3b Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất

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

Tín hiệu Video/ Audio nguồn:

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

Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống

mã hoá

Tín hiệu Video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độbit lên đến 270Mbps Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8MHz cóthể đáp ứng cho vie0c truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng cách néntín hiệu Video

Mã hoá nguồn dữ liệu số (source coding):

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

Do đó Mpeg làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữliệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần Với audio cũng như vậy, việc néndựa trên nguyên lý tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanhlớn khi chúng có tần số lân can nhau và những bit thông tin trầm nhỏ này có thể

bỏ đi và không được sử dụng

Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn Phương tiệntruyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn

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

Như vậy để thực hiện điều này thì bên phát phải điều chế một tín hiệu rõnét và chuẩn nhất, để bên thu có thể dễ dàng thu được tín hiệu ở các vị trí trongnhà hay di động ngoài trời

Dưới đây là sơ đồ khối của một máy phát DVB-T :

Hình 2.3c Sơ đồ khối tổng quát của một máy phát DVB-T

Nhiệm vụ của các khối trên đã được trình bày trên hình 2-3 Sau đây là sơ

đồ khối bên trong của một máy phát DVB-T thể hiện quá trình kiểm soát lỗidòng truyền Mpeg-2 cho truyền hình số mặt đất thông qua quá trình mã kênh(channel coding)

Hình 2.3d sơ đồ khối tổng quát của một máy phát DVB-T

Sơ đồ khối máy phát DVB-T

Trong sơ đồ khối máy phát DVB-T được trình bày trên hình, các thànhphần tham gia vào quá trình mã kênh bao gồm:

2.3.1 Energy Dispersal : Khối phân tán năng lượng.

Trong bộ phân tán năng lượng, dòng truyền tải (payload stream) sẽ bị xáotrộn Quá trình này là cận thiết bởi vì dòng truyền tải có thể chứa các nhóm ‘0’

và ‘1’ mà điều này thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock trong máy thu vàcông suất của máy phát không được phân phối đều theo thời gian