Nghiên cứu công nghệ truyền hình số mặt đất và triển khai tại việt nam

Trong hệ thống truyền hình tương tự hiện tượng ma ảnh thuờng xảy ra do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường.Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm đ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VŨ SONG THAO

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

VŨ SONG THAO

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT VÀ TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGUYỄN QUỐC TRUNG

Hà Nội – 2017

LỜI CAM ĐOAN

Tôi đã thực hiện đúng qui trình thực hiện trong thời gian làm luận văn:

“Nghiên cứu công nghê ̣ truyền hình số mă ̣t đất và triển khai ta ̣i Viê ̣t Na”

Trong quá trình nghiên cứu làm đề tài, tôi đã sưu tầm và sử dụng một số tài liệu trong nước đã được xuất bản cùng với một số bài báo và các tạp chí trong và ngoài nước Các tài liệu đó tôi đều đã ghi vào phần tài liệu tham khảo ở cuối luận văn

Tôi không sử dụng sao chép vi phạm qui định đề ra ví dụ như: Sao chép các luận văn cũ, sao chép các thông tin không có tính đích thực không được công bố

Trên đây là lời cam đoan của tôi, nếu tôi vi phạm tôi hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ và khoa, viện đào tạo sau đại học

Hà Nội, ngày 12 tháng 5 năm 2017

Tác giả luận văn

VŨ SONG THAO

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

Thuật

A

B

C

Thuật

D

Thuật

E

cao

châu Âu

H

Thuật

I

L

M

Thuật

O

Thuật

Network

Mạng chuyển mạch điện thoại công cộng

Q

R

S

Thuật

Television

Hệ thống thu truyền hình vệ tinh bằng anten chung

thông tin đại chúng

T

Thuật

Protocol

Giao thức truyền thông mã hóa phổ biến

V

G

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN 1

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 2

MỤC LỤC 10

DANH MỤC CÁC HÌNH 13

DANH MỤC CÁC BẢNG 14

MỞ ĐẦU 15

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ 16

1.1 Sơ đồ khối truyền hình số 16

1.2 Những đặc điểm của truyền hình số 17

1.3.Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số 19

1.3.1.Lấy mẫu 19

1.3.2.Lượng tử hoá 22

1.3.3.Mã hóa 22

1.4.Truyền dẫn tín hiệu số 24

1.4.1.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang 24

1.4.2.Phát truyền hình số mặt đất 24

1.4.3.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp đồng trục 25

1.4.4.Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh 25

1.5.Tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản 25

1.6.Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số 27

1.7.Kết luận chương 28

CHƯƠNG 2: CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ CÔNG NGHỆ 30

2.1.Những chuẩn truyền hình số 30

2.2.Chuẩn DVB 31

2.2.1 Giới thiệu 31

Đặc điểm hệ thống DVB 31

2.2.1 Chuẩn DVB-T 31

2.2.2 Truyền hình số mặt đất DVB-T2 36

2.2.3.So sánh thông số chuẩn DVB-T2 với DVB-T 38

2.2.4.Chuẩn DVB – H 39

2.2.5.Chuẩn DVB - C 41

2.2.6.Chuẩn DVB-S 46

2.3.Chuẩn ATSC 49

2.3.1.Giới thiệu 49

2.3.2.Âm thanh/ Video 51

2.3.3.ATSC 2.0 52

2.3.4.ATSC 3.0 53

2.4.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ATSC trên thế giới 54

2.5.Chuẩn ISDB 55

2.5.1.Giới thiệu 55

2.5.2.Thông số kỹ thuật 55

2.5.3.Tình hình triển khai tiêu chuẩn ISDB trên thế giới 58

2.6.Chuẩn DTMB 59

2.6.1.Giới thiệu 59

2.7.1.Giới thiệu 61

2.7.2.Tình hình triển khai DMB trên thế giới 63

2.8.Kết luận chương 65

CHƯƠNG 3: TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TRÊN THẾ GIỚI VÀ ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI TẠI VIỆT NAM 66

3.1 Tình hình triển khai truyền hình số trên thế giới 66

3.1.1.Tại châu á 66

3.1.2.Tại châu âu 68

3.1.3.Tại Bắc Mỹ 70

3.1.4.Tại Trung Mỹ 71

3.1.5.Tại Nam Mỹ 71

3.1.6.Tại Châu Đại Dương 73

3.1.7 Tại Châu Phi 73

3.2.Tình hình triển khai truyền hình số mặt đất DVB-T2 trên thế giới 75

3.3 Tình hình triển khai truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam 77

3.3.1.Lộ trình phủ sóng truyền hình số DVB-T2 tại Việt Nam 77

3.3.2.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 78

3.4.Thuận lợi và khó khăn khi triển khai DVB-T2 tại Việt Nam 80

3.4.1.Thuận lợi 80

3.4.2.Khó khăn 81

3.5.Một số giải pháp triển khai truyền hình số mặt đất tại Việt Nam 82

3.6.Kết luận chương 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 84

TÀI LIỆU THAM KHẢO 85

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11] 16

Hình 1.2.Quá trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11] 19

Hình 1.3 Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu 20

Hình 1.4 Băng tần bảo vệ[11] 21

Hình 1.5.Quá trình lấy mẫu[11] 22

Hình 1.6 Các loại mã sơ cấp 24

Hình 1.7 Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang số 28

Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống[2] 32

Hình 2.2 Cấu trúc DVB-T2[6] 37

Hình 2.3 Mode 2K và Mode 4K[5] 40

Hình 2.4 Sơ đồ khối truyền hình DVB-C[7] 43

Hình 2.5 Sơ đồ khối chuẩn DVB-S[9] 46

Hình 2.6 Hệ thống DVB-S2[9] 48

Hình 2.7 Trạng thái dịch vụ T-DMB ở Hàn Quốc 64

Hình 3.1.Bản đồ truyền hình số các nước trên thế giới[1] 75

Hình 3.2.Lộ trình số hóa DVB-T2[12] 77

Hình 3.3.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của AVG tại một số khu vực[13] 78

Hình 3.4.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTV tại một số khu vực[13] 79 Hình 3.5.Bản đồ phủ sóng truyền hình số mặt đất DVB-T2 của VTC tại một số khu

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1.Thông số của truyền hình số cơ bản 25

Bảng 2.1 Tổng số tốc độ dữ liệu[2] 34

Bảng 2.2 C/N đòi hỏi ở điều chế 16 QAM[2] 35

Bảng 2.3 C/N đòi hỏi ở điều chế 64 QAM[2] 35

Bảng 2.4 C/N đòi hỏi ở kênh 8MHz điều chế không phân cấp[2] 36

Bảng 2.5 So sánh DVB-T2 so với DVB-T[6] 38

Bảng 2.6.Dung lượng dữ liệu mạng SFN[6] 39

Bảng 2.7 Tốc độ bit hệ thống không phân cấp kênh 8 MHz ( Mbps/s )[5] 41

Bảng 2.8 Thông số OFDM - DVB-H[8] 41

Bảng 2.9 Tốc độ DVB-C[7] 42

Bảng 2.10 So sánh DVB-C và DVB-C2[7] 45

Bảng 2.11 Tốc độ bit tối đa của bộ tách sóng[9] 47

Bảng 2.12 Bảng so sánh chuẩn DVB-S và DVB-S2[9] 49

Bảng 2.13.Các tham số cơ bản của ATSC 50

Bảng 2.14.Chuẩn ATSC A / 53 Phần 4: 2009 51

Bảng 2.15 Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz 56

Bảng 2.16.Thông số của hệ thống ISDB-T 57

Bảng 2.17 Thông số kỹ thuật ISDB-S 58

Bảng 2.18.Một số loại dịch vụ giao tiếp TDMB 63

MỞ ĐẦU

Việc chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số là quá trình thay thế công nghệ truyền hình tương tự đã có tuổi đời cao bằng công nghệ truyền hình

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 vực được nghiên cứu mạnh mẽ, nhất là tại Bắc mỹ và Châu âu và ở Việt Nam thì truyền hình

kỹ thuật số cũng đang từng bước phát triển.Với mục tiêu đặt ra tại Việt Nam thì quá trình số hóa sẽ đến năm 2020 sẽ số hóa hoàn tất Do đó việc nghiên cứu các công nghệ truyền hình sô thay thế cho truyền hình tương tự đã lỗi thời rất quan trọng Luận văn “Nghiên cứ u công nghê ̣ truyền hình số mă ̣t đất và triển khai ta ̣i Viê ̣t Nam” bao gồm:

Chương 1: Tổng quan truyền hình số

Chương 2: Chuẩn truyền hình số và công nghệ

Chương 3: Triển khai truyền hình số mặt đất trên thế giới và ứng dụng triển khai tại việt nam

Cuối cùng, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô Viện Điện tử - Viễn thông, Đại học Bách Khoa Nội đã giúp đỡ thực hiện luận văn này Đặc biệt là sự hướng

dẫn tận tình của thầy PGS.TS.Nguyễn Quốc Trung, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định

hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành luận văn này

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH SỐ

Chương này giới thiệu các đặc điểm của truyền hình số và những ứng dụng công nghệ số trong thực tế nói chung và trong viễn thông nói riêng

1.1 Sơ đồ khối truyền hình số

Hình 1.1 trình bày sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số

Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số[11]

Hệ thống truyền hình hiện phổ biến như NTSC, PAL, SECAM là hệ thống truyền hình là tương tự Tín hiệu truyền hình analog bị ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố (tiếng ồn và nhiễu từ các hệ thống nội bộ và bên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh

Để vượt qua các hiện tượng này tín hiệu video được mã hóa ở dạng kỹ thuật số

để xử lý Truyền hình kỹ thuật số có lợi thế sau:

Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỉ số S⁄ N không giảm (biến đổi chất lượng cao) Trong truyền hình analog, nguyên nhân này dẫn đến sự biến dạng tích lũy (trong quá trình xử lý gây méo)

Dễ dàng sử dụng thiết bị kiểm tra tự động và điều khiển thông qua máy tính

Tín hiệu hình

tương tự vào

Mã hóa tín hiệu hình

Mã hóa kênh

Biến đổi tín hiệu

Kênh truyền hình

Biến đổi tín hiệu

Giải mã tín hiệu

Giải mã tín hiệu hình Tín hiệu Video

tương tự ra

Có khả năng lưu trữ các tín hiệu kỹ thuật số trong bộ nhớ có một cấu trúc đơn giản và sau đó đọc nó ở tốc độ bạn muốn

Khả năng truyền khoảng cách lớn: kháng nhiễu cao (Do mã sửa lỗi, khả năng chống lỗi, bảo vệ )

Dễ dàng để tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình

Thiết bị kỹ thuật số ổn định, hoạt động dễ dàng và không cần phải điều chỉnh các thiết bị hoạt động khi khai thác

Khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu ( nhờ kỹ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian )

Khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường Trong hệ thống truyền hình tương tự hiện tượng ma ảnh thuờng xảy ra do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường.Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm

đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá

Nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần nên tiết kiệm được phổ tần, người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng khi mà tỉ lệ nén có thể lên đến 40 lần

Do đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, khi mà truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng

- Thu hẹp băng tần: Do sử dụng kỹ thuật nén do đó tốc độ bit tương ứng với một kênh truyền sẽ giảm đáng kể để có thể thu hẹp chiều rộng của kênh truyền

- Đa kênh truyền, đa truy nhập: Với công nghệ kỹ thuật số, việc ghép nối các nguồn tín hiệu trở nên đơn giản hơn do đó có thể kết hợp với các hệ thống truyền thông khác

- Tiết kiệm tần số: Việc phân bổ tần số sẽ dễ dàng chỉ với một tần số có thể phát nhiều kênh truyền hình

- Quản lý dễ: Với các tiện ích công nghệ có thể xác định địa chỉ của thuê bao

dễ hơn như vậy dễ dàng hơn để quản lý đặc biệt là trong các hệ thống truyền hình trả tiền sẽ được thuận lợi hơn

Tuy nhiên, có những hạn chế như: Hệ thống trang thiết bị đắt tiền, phải mất thời gian để có một lộ trình cho quá trình chuyển đổi từ truyền hình analog sang truyền hình số

Cùng với sự phát triển của hệ thống truyền hình kỹ thuật số đã dần dần chuyển

từ các hệ thống truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn (720x576) với tỷ lệ khung hình 4/3 đến hệ thống truyền hình độ phân giải cao (1920x1080) với tỷ lệ khung hình 16/9

Tất cả HDTV là kỹ thuật số, nhưng không phải tất cả các TV kỹ thuật số là HDTV Cùng băng thông được phân bổ cho phát sóng truyền hình kỹ thuật số, hoặc

có thể sử dụng để cung cấp một tín hiệu video (hoặc một số) và các dịch vụ khác, hoặc có thể được sử dụng để truyền tín hiệu HDTV duy nhất

Truyền hình số độ phân giải cao (HDTV) trên thế giới ngày nay dùng khá phổ biến ở: các nước châu Âu, Nhật Bản, Mỹ, các nước châu Á và Việt Nam được dùng thông qua các hệ thống truyền hình IPTV, truyền hình di động, truyền hình số mặt đất, truyền hình vệ tinh Đối với HDTV, bạn cần quan tâm kích thước điểm ảnh hay số dòng quét, thông số này cho biết khoảng cách ngồi gần HDTV thế nào là phù hợp

Khi độ phân giải hình ảnh thấp, bạn nên ngồi ra xa để không nhìn thấy các sọc Việc ngồi xa để xem HDTV ở độ phân giải 480i/480p hay 720p sẽ tốt hơn so với 1080i hay 1080p

1.3.Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang số

Hình 1.2 trình bày quá trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số

Hình 1.2.Quá trình biến đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số[11]

- Lấy mẫu: là quá trình rời rạc hoá theo thời gian bằng tần số lấy mẫu

- Lượng tử hoá: là quá trình rời rạc hoá theo biên độ tín hiệu (đã được rời rạc hoá theo thời gian) có nghĩa là chia biên độ ra nhiều mức khác nhau và mỗi mức được gắn bằng một biên độ

- Mã hoá: có nghĩa là biến đổi tín hiệu đã được lượng tử hóa thành tín hiệu số bằng việc sắp xếp cho mỗi mức tín hiệu hệ 10 theo hệ 2

1.3.1.Lấy mẫu

Lấy mẫu tín hiệu video là bước đầu tiên thể hiện tín hiệu Analog sang số vì các thời điểm lấy mẫu đã chọn ra sẽ chỉ ra toạ độ của các điểm đó Quá trình biến đổi này phải tương đương về mặt tin - nghĩa là tín hiệu sau khi lấy mẫu sẽ mang đủ thông tin của tín hiệu video vào

Biên độ của tín hiệu video lấy mẫu với chu kỳ T, thu được một chuỗi các xung hẹp với tần số lấy mẫu sẽ tính theo công thức:

Lọc thông thấp

Xung lấy mẫu + đồng hồ đo

Tín hiệu

tương tự

Tín hiệu số

fs: tần số lấy mẫu T: chu kỳ lấy mẫu

sóng mang có tần số bằng tần số lấy mẫu fs Quá trình điều biên tạo ra biên trên và biên dưới Sóng lấy mẫu có dạng hình chữ nhật, phổ của nó bao gồm thành phần tần

số lấy mẫu và các hài của nó Hình 1.3 biểu diễn phổ tín hiệu tần số lấy mẫu

Hình 1.3 Phổ tín hiệu tần số lấy mẫu

Thực tế, lấy mẫu tín hiệu video dựa trên cơ sở của định lý Nyquist hiệu x(t) liên tục theo thời gian có phổ hạn chế cắt tại Wn hoàn toàn Shannen: "Tín hiệu được xác định bằng một dãy các giá trị tức thời lấy mẫu cách nhau một đoạn T = Ts

)(

t t Wn

t t Wn t

k x

Tín hiệu lấy mẫu chứa trong nó toàn bộ lượng thông tin mang trong tín hiệu gốc nếu:

Tín hiệu gốc có băng tần hữu hạn tức là nó không có những phần tử có tần số nằm ngoài một tần số fn nào đó

Tần số lấy mẫu phải bằng hoặc lớn hơn 2fn (fs  2fn)

0 f0 fs-f0 fs fs+f0 2fs-f0 2fs 2fs+f0 3fs-f0 3fs 3fs+f0 Tần số

Biên độ

Tín hiệu video do có đặc trưng riêng nên ngoài việc thoả mãn định lý lấy mẫu Nyquist, quá trình lấy mẫu còn phải thoả mãn các yêu cầu về cấu trúc lấy mẫu, tính tương thích giữa các hệ thống …

Đối với tiêu chuẩn tần số Nyquist việc lấy mẫu tín hiệu video với tần số fs <

Một trong những yêu cầu làm tăng tần số tín hiệu truyền hình là tăng khoảng bảo vệ cho mạch lọc thông thấp trước khi lấy mẫu Mạch lọc này là thành phần đầu tiên của bộ biến đổi A/D Để không làm xuất hiện méo tín hiệu tương tự, mạch lọc thông thấp của hệ thống loại bỏ các thành phần gây chồng phổ tín hiệu Do các mạch lọc không có đặc trưng lý tưởng, đặc tính mạch lọc ngoài dải thông không phải là suy giảm hoàn toàn nên sử dụng băng tần bảo vệ

Hình 1.4 Băng tần bảo vệ[11]

Trong thực tế, thời gian cho phép của bộ chuyển đổi tương tự - số, giá trị biên độ xung mỗi mẫu được duy trì đến tận thời gian mẫu tiếp theo được lấy.Quá trình lấy mẫu được trình bày trong Hình 1.5

fs fgh 0 fg fs f

Hình 1.5.Quá trình lấy mẫu[11]

Tạo tín hiệu Audio tương tự đã được lấy mẫu dạng bậc thang, khoảng thời gian tồn tại đúng bằng chu kỳ lấy mẫu (1/fs)

1.3.2.Lượng tử hoá

Trong quá trình lượng tử hóa biên độ tín hiệu được chia các mức là mức lượng

tử Khoảng cách giữa 2 mức kề nhau gọi là bước lượng tử Các mẫu có từ quá trình lấy mẫu sẽ có biên độ bằng các mức lượng tử Giá trị lượng tử L được xác định theo công thức L = 2N (N: số bít biểu diễn mỗi mẫu) Tín hiệu số nhận được là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu ban đầu nguyên nhân do quá trình lượng tử hoá xác định các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu

Có 2 phương pháp lượng tử là lượng tử hóa tuyến tính và lượng tử hoá phi tuyến

Trong hầu hết các thiết bị video số chất lượng Studio tất cả các mức lượng tử đều có biên độ bằng nhau Quá trình lượng tử hoá gọi là lượng tử hoá đồng đều Đây là quá trình biến đổi từ một 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

1.3.3.Mã hóa

Biên độ

Tín hiệu Audio

t

Điều chế biên độ Xung lấy mẫu

t

Biên độ

Tín hiệu đã lấy mẫu

t Biên độ

Mã hoá theo quan điểm thống kê là một quá trình biến đổi cấu trúc nguồn mà không thay đổi tin, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật cho hệ thống truyền tin Dữ liệu sau khi đã mã hoá có ưu điểm tín hiệu chống nhiễu cao hơn, tốc độ hình thành tương đương khả năng thông qua của kênh

Các mã được sử dụng trong truyền hình số có thể phân chia một cách quy ước thành các nhóm:

- Các mã để mã hoá tín hiệu truyền hình

- Các mã để truyền có hiệu quả cao theo kênh thông tin

- Các mã để xử lý số tín hiệu trong các bộ phận khác nhau của hệ thống truyền hình số

Để đáp ứng mã hoá tín hiệu truyền hình và sau đó tái tạo lại bên thu ta thường dùng một loại mã còn đối với việc truyền chống nhiễu theo kênh thông tin thì dùng loại mã khác

Mã dùng trong truyền hình số được chia thành các nhóm sau:

- Mã sơ cấp: dùng để tạo tín hiệu số

Mã sơ cấp là mã cơ sở mà từ đó hình thành từ mã bảo vệ Mã số cấp dùng trong truyền hình số là các mã cơ số 2

- Mã bảo vệ và sửa sai: dùng để tăng khả năng chịu đựng của tín hiệu

- Mã truyền tuyến tính: dùng để tăng và ghi tín hiệu truyền hình số

Đầu tiên tất cả các tín hiệu video số được mã hoá sơ cấp, sau đó mã hoá chuyển đổi

Trong truyền hình số người ta thường sử dụng các mã có cấu trúc tuyệt đối:

- NRZ: không thể trở lại mức 0 (Non Return to Zero)

- RZ: trở lại mức 0 (Return to Zero)

- Biph: hai pha (Bi-phase)

Trong mã NR 2 độ rộng mỗi xung bằng thời gian chu kỳ đồng hồ Mức logic 0 ứng với điện áp thấp ( low ), mức logic 1 ứng với mức cao( high )

Hình 1.6 Các loại mã sơ cấp

1.4.Truyền dẫn tín hiệu số

1.4.1.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang

Cáp quang nhiều ưu điểm khi truyền dẫn tín hiệu:

- Băng tần rộng nên có thể truyền các tín hiệu số tốc độ cao

- Độ suy hao thấp ở một đơn vị chiều dài

- Suy giảm giữa các sợi quang dẫn cao

Muốn truyền tín hiệu video bằng cáp quang phải sử dụng mã truyền thích hợp

Để phát hiện được lỗi truyền người ta sử dụng thêm các bit kiểm tra

1.4.2.Phát truyền hình số mặt đất

Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất sử dụng phương pháp điều chế ghép kênh theo tần số mã trực giao COFDM là hệ thống có khả năng chống nhiễu cao và có thể khắc phục hiệu ứng ghost, cho phép bảo vệ phát sóng số trước ảnh hưởng của nhiễu và các kênh tiệm cận

Hệ thống ghép kênh theo tần số mã trực giao hoạt động theo nguyên tắc điều chế dòng dữ liệu bằng nhiều sóng mang trực giao với nhau, mỗi sóng mang điều chế với một dòng số liệu

1.4.3.Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp đồng trục

Truyền tín hiệu video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần Để đạt được chất lượng truyền hình cao Độ rộng kênh phụ thuộc vào phương pháp mã hoá và phương pháp ghép kênh theo thời gian cho các tín hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với độ rộng kênh truyền tín hiệu tương tự

1.4.4.Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh

Kênh vệ tinh khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất của các bộ tách sóng làm việc gần như bão hoà ở các điều kiện phi tuyến Do đó sử dụng điều chế QPSK sẽ tối ưu Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường sử dụng dải tần số cỡ Ghz

Băng tần Ku:

Up Link: 14 GHz ÷ 15GHz

Down Link: 11,7 GHz ÷ 12,5 GHz

Băng Ku có một số nhược điểm:

Những vùng có mưa lớn thì suy hao cường độ tín hiệu lớn còn gọi là fading do mưa.Vấn đề này có thể khắc phục giảm nhẹ được, tuy nhiên bằng cách triển khai một chiến lược quỹ năng lượng đường truyền thích hợp khi thiết kế tuyến vệ tinh,

và tăng công suất cao hơn để bù đắp tổn hao gây bởi fading do mưa

Băng Ku không chỉ dùng cho truyền dẫn truyền hình, mà còn được dùng để truyền dẫn thoại/audio

1.5.Tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản

Tổ chức EBU và OIRT đã đưa ra tiêu chuẩn truyền hình số cơ bản bao gồm các thông số truyền hình số

225 mức ,đối xứng qua trục tại mức

sử dụng cho tín hiệu Video

1.6.Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số

Chúng ta xây dựng mô hình mô tả cơ bản của quá trình chuyển đổi công nghệ

từ truyền hình analog sang truyền digital quá trình chuyển đổi công nghệ dựa trên nguyên tắc chuyển đổi từng thành phần và xen.Khái niệm từng thành phần và xen

có thể hiểu là xuất hiện dần các camera số, các studio số, các phòng phân phối phát sóng số tiến đến một dây chuyền số.Đến một giai đoạn nào đó sẽ xuất hiện tình trạng cùng tồn tại cả hai hệ thống công nghệ khác nhau Đó là thời kỳ bắt đầu ra đời máy phát số và đồng thời là các máy thu hoàn toàn số và các bộ set top box là các

bộ chuyển đổi dành cho máy tương tự

Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số kiểu này vì:

- Vấn đề về tài chính

- Vấn đề về sản xuất và phát sóng

Với các máy phát có bộ khuếch đại kết hợp cả hình và tiếng thì chỉ thay bộ

Một bộ lọc thông dải đầu ra được yêu cầu thay thế cho các bộ lọc sóng ảo mang phụ, cần có bộ lọc thông này để giảm nhiễu với những dịch vụ của các kênh lân cận

Các máy phát không kết hợp, cần bỏ đi bộ khuếch đại tiếng và bộ khuếch đại hình với tiếng sẽ được thay thế bằng một bộ lọc thông dải như trên Tất nhiên là phải có một bộ điều chế số và một hệ thống sửa lỗi Hình 1.7 biểu diễn chuyển đổi

từ truyền hình tương tự sang số

Hình 1.7 Chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang số

1.7.Kết luận chương

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 Internet bằng máy thu hình

Dựng (A/D)

Dựng ( Số )

Dựng (D/A)

Tương

tự

Bộ chuyển đổi

Số

Máy thu tương tự

Máy thu tương tự

Máy thu tương tự

Bộ Set-top box

Truyền hình sử dụng tín hiệu tương tự như là một phương tiện truyền dẫn phát sóng, Việc chấm dứt truyền hình tương tự và phát triển truyền hình số đòi hỏi phải đầu tư mới máy thu hình số, máy phát hình số, các thiết bị sản xuất và hậu kỳ số cho chương trình truyền hình, sẽ dẫn đến sử dụng một mặt bằng số chung,nhờ kỹ thuật nén, có thể phát sóng nhiều chương trình truyền hình trên một kênh sóng Việc chuyển đổi lên truyền hình số làm giảm việc sử dụng băng tần/kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứng dụng dụng Internet cho thêu bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thương mại Nhiều dịch vụ mới sẽ được hình thành

CHƯƠNG 2: CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ CÔNG NGHỆ

Trong chương 2 nghiên cứu về những chuẩn và những kỹ thuật dùng trong những chuẩn này, hiện trạng của những chuẩn này được dùng bởi những quốc gia nào Những chuẩn đó có điểm thuận lợi và không thuận lợi gì.Đặc biệt nghiên cứu tiêu cuẩn DVB-T2 sẽ áp dụng ở Việt Nam trong thời gian tới khi mà quá trình chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số mặt đất

2.1.Những chuẩn truyền hình số

a.Chuẩn DVB

Chuẩn này bao gồm: DVB-T cho truyền hình số mặt đất, DVB-S cho truyền hình số vệ tinh, DVB-C cho truyền hình cáp số, DVB-H cho truyền hình số di động, DVB-SH cho truyền hình vệ tinh

Những nâng cấp mới nhất của DVB-T là DVB-T2, DVB-S là DVB-S2 và DVB-S2X, DVB-C là DVB-C2, DVB-H là DVB-NGH

b.Chuẩn ATSC

Chuẩn này bao gồm: ATSC 2.0 dành cho truyền hình số mặt đất và cáp hiện tại chuẩn này đã nâng cấp lên ATSC 3.0 và chuẩn ATSC-M/H dành cho di động và thiết bị cầm tay

c.Chuẩn ISDB

Chuẩn này bao gồm: ISDB-T dành cho truyền hình số mặt đất, chuẩn ISDB-S dành cho truyền hình số vệ tinh, ISDB-C dành cho truyền hình cáp số, 1seg dành cho truyền hình sô di động

Chuẩn ISDB-T khi triển khai ở Brazil đã có biến thể mới là ISDB-Tb phiên bản quốc tế

d.Chuẩn DTMB

Chuẩn này bao gồm: DTMB dành cho truyền hình số mặt đất và CNMB dành cho di động

- Ghép kênh đa chương trình

- Méo ở những kênh không đáng kể

- Phạm vi phủ sóng rộng

- Dễ thu những chương trình phát sóng

- Thích hợp phát triển công nghệ với những hình ảnh có độ phân giải cao

2.2.1 Chuẩn DVB-T

a Giới thiệu

Khối liên minh Châu Âu đầu tư nghiên cứu kỹ thuật truyền hình số mặt đất

DVB-T vào năm 1995 Chuẩn này được công nhận bởi Viện chuẩn viễn thông Châu âu (ETSI) năm 1997

b Sơ đồ hệ thống theo chuẩn DVB-T

Hình 2.1 là sơ đồ khối của một hệ thống phát truyền hình số mặt đất Các chức năng chính của các khối sẽ được trình bày ở phần dưới đây

Hình 2.1 Sơ đồ khối chức năng hệ thống[2]

- Khối ghép kênh và mã hóa nguồn MPEG-2

Ghép kênh và mã

hóa nguồn MPEG-2

Thích ứng ghép kênh, phân tán năng lượng

Mã hóa bên ngoài

Xen kẽ bên ngoài

Mã hóa bên trong

Mã hóa bên ngoài

Xen kẽ bên ngoài

Mã hóa bên trong

Ghép kênh truyền tải

Chèn khoảng bảo vệ

Bộ D/A

Thiết

bị đầu cuối

Chuyển đổi

Thích ứng

Những tín hiệu đầu vào là các hình ảnh, âm thanh và những dữ liệu sẽ được chuyển sang số nhờ khối ghép kênh và mã hóa nén MPEG-2 Output của khối này là dòng MPEG-2 đưa vào máy phát

- Khối thích ứng ghép kênh và phát tán năng lượng

Nhằm không xảy ra lỗi trong quá trình truyền dòng TS đến từ khối nén sẽ là ngẫu nhiên Những gói dữ liệu này đầu tiên được nhận dạng bởi chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS ( Pseudo-Random Binary Sequence )

- Khối mã hóa bên ngoài và xen kẽ bên ngoài

Dòng dữ liệu ngẫu nhiên sẽ tiếp tục xử lý tại khối mã hóa bên ngoài và xen kẽ bên ngoài Bộ mã hóa bên ngoài dùng mã Reed-solomon nhằm mã hóa dữ liệu ngẫu nhiên

để tạo ra những gói dữ liệu đã được bảo vệ tránh lỗi xảy ra

Việc xen kẽ bên ngoài là ghép những byte với một chu kỳ ghép qui định trước Đây cũng là việc phân bố lỗi đều trên những gói sao cho những bít liền nhau sẽ thuộc gói khác nhau

- Khối mã hóa bên trong

Đây là quá trình mã hóa tiếp theo nhưng việc mã hóa đến từng bit Thông số mã hóa ở đây là tỷ số mã hóa n/m (1/2, 2/3,… ), cứ m bít truyền đi thì có n bit mang thông tin, những bít khác sửa lỗi sai

- Khối xen kẽ bên trong

Dữ liệu đến đây sẽ được tráo từng bit, thông tin sẽ khác xa so với lúc đầu Quá trình này có tác dụng giảm thiểu lỗi mức tối đa

- Khối D/A

Đây không phải là biến đổi khối biến đổi số sang tương tự, là quá trình nhằm đảm

khác nhau ở tần số clk hệ thống

- Những Khối khác

Dữ liệu khi xong mã sửa lỗi sẽ được ánh xạ lên điều chế ( khối thích ứng khung ),

và sau khi thêm những pilot, những dữ liệu sẽ được đưa lên những sóng mang Và nó

có rất nhiều sóng mang Chèn khoảng bảo vệ cũng sẽ được thực hiện nhằm tối ưu truyền hình số Thực tế khoảng thu được trải dài theo 2 ký hiệu thì không chỉ có nhiễu ISI mà còn cả nhiễu ICI Nhằm tránh điều người ta chèn khoảng bảo vệ

c.Chất lượng truyền tải của chuẩn DVB-T

Chuẩn DVB-T được thiết kế cho việc truyền dẫn ở môi trường có các ảnh hưởng của tạp âm, fading… và có khả năng chống lại phản xạ đa đường hay việc thu di động

- Dữ liệu máy phát DVB-T

Thông thường, thông tin trên một kênh cao tần 8MHz của máy phát DVB-T phụ thuộc vào tổng số vận tốc dữ liệu mà nó truyền tải và có thể thấy những tham số phát như kiểu điều, tỷ số mã sửa sai và khoảng bảo vệ sẽ quyết định khả năng đó

Bảng 2.1 Tổng số tốc độ dữ liệu[2]

d.Thông số điều chế chuẩn DVB-T

Bảng 2.2, 2.3, 2.4 trình bày C/N đòi hỏi ở điều chế 16 QAM, 64 QAM và C/N đòi hỏi ở kênh 8MHz điều chế không phân cấp Ta xét điều chế đồng bộ và điều chế không đồng bộ

Bảng 2.2 C/N đòi hỏi ở điều chế 16 QAM[2]

Bảng 2.3 C/N đòi hỏi ở điều chế 64 QAM[2]

Bảng 2.4 C/N đòi hỏi ở kênh 8MHz điều chế không phân cấp[2]

2.2.2 Truyền hình số mặt đất DVB-T2

a Giới thiệu

DVB- T2 là chuẩn truyền hình thế hệ thứ 2 của truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB có khả năng cung cấp cho người dùng kênh truyền hình ở độ nét cao Một trong những ưu điểm của DVB- T2 chính là nó hoàn toàn không bị ảnh hưởng bởi thời tiết nếu so sánh với truyền hình số

b.Mô hình cấu trúc chuẩn DVB-T2

Hệ thống DVB-T2 gồm 5 khối:

- SS1:Phía phát - Mã hoá và ghép kênh

- SS2:Phía phát - Cổng kết nối ( T2 – Gateway)

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

- SS4: Phía phát - Giải điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Demodulator)

- SS5: Phía phát - Giải mã dòng truyền tải (Stream Decoder)

Hình 2.2 Cấu trúc DVB-T2[6]

- SS1: Mã hoá và ghép kênh

Chức năng của khối SS1là mã hoá tín hiệu hình ảnh/âm thanh và những tín hiệu khác kèm theo như PSI/SI hoặc tín hiệu báo hiệu với công cụ điều khiển chung nhằm tốc độ bit không thay đổi đối với tất cả những dòng bit

Khối này có chức năng giống nhau với tất cả những chuẩn của DVB Đầu ra của khối là dòng MPEG-2TS

- SS2: Cổng kết nối

Đầu vào của SS1 được đưa vào cổng kết nối, đầu ra cổng kết nối là dòng T2 - MI T2-MI gồm băng tần cơ sở, thông tin báo hiệu, T2-MI chứa mọi thông tin liên quan với T2

SS3:

Điều chế T2

SS3:

Điều chế T2

…………

…

SS4:

Giải điều chế T2

SS5:

Giải mã MPEG

SS4:

Giải điều chế T2

SS5:

Giải mã MPEG

SS4:

Giải điều chế T2

SS5:

Giải mã MPEG

Tín hiệu

Mỗi dòng T2-MI được cung cấp cho một hoặc một số bộ điều chế trong hệ thống DVB-T2

- SS3: Bộ điều chế DVB-T2 - Làm nhiệm vụ điều chế tín hiệu với điều chế 256QAM

- SS4: Giải điều chế DVB-T2 - Nhận tín hiệu cao tần từ một hoặc nhiều máy phát cho ra dòng MPEG-TS đầu ra

- SS5: Giải mã dòng truyền tải - Nhận dòng MPEG-TS tại đầu vào và giải mã tín

hiệu nhằm cho ra tín hiệu hình ảnh/âm thanh

2.2.3.So sánh thông số chuẩn DVB-T2 với DVB-T

Khả năng gia tăng dung lượng là ưu điểm chính của DVB-T2 Chuẩn DVB-T2 gia tăng dung lượng tối thiểu ở mức 30% trong cùng điều kiện thu sóng và sử dụng các anten thu hiện có sẵn, có thể gia tăng dung lượng lên đến gần 50% trong khi triển khai thực tế

Tiêu chuẩn DVB-T2 phải tương thích giữa các chuẩn trong DVB DVB-T2 phải cho phép sử dụng được các hệ thống hạ tầng anten có sẵn

Bảng 2.5 So sánh DVB-T2 so với DVB-T[6]

Mã chập + RS 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8