Đề tài tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số DVB s2

DANH MỤC VIẾT TẮT ETSI European Telecomunication Standard Institute Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu VCM Variable Coding and Modulation Mã hóa và điều chế ACM Adaptation Coding and Mod

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

KHOA VIỄN THÔNG I

TIỂU LUẬN MÔN HỌC

“KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH”

Đề tài:

“ Tìm hiểu về tiêu chuẩn truyền hình số

DVB- S2”

Giảng viên : NGUYỄN THỊ THU HIÊN Sinh viên thực hiện : ĐÀO QUANG ANH

Mã sinh viên : B17DCVT006

Nhóm môn học : Nhóm 01

Hà Nội, tháng 6/2021

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

DANH MỤC VIẾT TẮT 4

DANH MỤC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC BẢNG 6

I, Tổng quan về DVB- S2 7

1, Giới thiệu chung 7

2, Những điểm nổi trội của DVB-S2 so với DVB-S 7

II, Tiêu chuẩn DVB- S2 7

1, Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation) 8

1.1 Khối giao diện đầu vào (Input interface) 8

1.2, Bộ mã hóa CRC- 8 9

1.3, Khối Merger/Slicer 9

1.4, Trường BBHEADER 10

2, Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation) 11

2.1, Bộ đệm 11

2.2, Bộ xáo trộn BBFRAME 11

3, Khối mã hóa sửa lỗi FEC 12

3.1, Mã hóa bên ngoài BCH và mã hóa trong LDPC 12

3.2, Khối xáo trộn bit 13

4, Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế 13

5, Tạo khung lớp vật lý 15

5.1, Cấu trúc khung truyền tải trong DVB- S2 15

5.2, Quá trình tạo khung lớp vật lý 16

6, Lọc băng gốc và điều chế cầu phương (Baseband shaping & quadrature modultation) 17

III, Ưu, nhược điểm của chuẩn DVB- S2 17

1, Ưu điểm 17

2, Nhược điểm 17

IV, Một số ứng dụng của DVB- S2 17

KẾT LUẬN 18

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày 19/4/2008, Việt Nam đã phóng thành công vệ tinh viễn thông VINASAT-1 mở

ra một giai đoạn phát triển mới về thông tin liên lạc cũng như phát thanh truyền hình quảng bá của quốc gia

Do khả năng đặc thù là vùng dịch vụ rộng lớn, thông tin vệ tinh được sử dụng cho nhiều loại hình dịch vụ, tuy nhiên dịch vụ quảng bá qua vệ tinh cho đến thời điểm hiện tại là dịch vụ thu được nhiều lợi nhuận và có ưu thế vượt trội với bốn đơn vị khai thác

sử dụng công nghệ truyền hình kỹ thuật số vệ tinh là Truyền hình An Viên, Truyền hình K+, Truyền hình VTC và truyền hình HTV Tất cả đều đang sử dụng băng tần của vệ tinh Vinasat

Các công nghệ truyền hình quảng bá thông qua vệ tinh được biết đến nhiều nhất hiện nay bao gồm chuẩn DVB-S và DVB- S2 Bài tiểu luận này sẽ đi sâu tìm hiểu về chuẩn truyền hình số DVB- S2

Dù đã có nhiều cố gắng trong quá trình tìm hiểu nhưng do nhận thức và trình độ còn hạn hẹp nên bài viết này không tránh khỏi những thiếu sót và hạn chế Vậy em rất mong nhận được ý kiến đóng góp, nhận xét của cô để em có thêm điều kiện học hỏi thêm và

năng cao kiến thức của mình, phục vụ tốt hơn cho quá trình học tập sau này

DANH MỤC VIẾT TẮT

ETSI European Telecomunication Standard

Institute

Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu Âu

VCM Variable Coding and Modulation Mã hóa và điều chế

ACM Adaptation Coding and Modulation Mã hóa thích ứng và điều chế SDTV Standard Definition Television Truyền hình độ nét chuẩn HDTV High Definition Television Truyền hình độ nét cao

MPEG- 2 Moving Picture Expert Group- 2 Nhóm các chuyên gia hình ảnh

động- Thế hệ 2 MPEG- 4 Moving Picture Expert Group- 4 Nhóm các chuyên gia hình ảnh

động- Thế hệ 4 ATM Asynchronous Transfer Mode Chế độ truyền không đồng bộ CRC- 8 Cyclic Redundancy Code Mã dư chu trình 8 bit

UPL User Packet Length Độ dài gói tin người dùng

LDCP Low Density Parity Check Codes Mã kiểm tra ưu tiên cường độ

thấp

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh theo chuẩn DVB- S2 8

Hình 2 : Bộ mã hóa CRC- 8 9

Hình 3 : Định dạng luồng tại lối ra 9

Hình 4 : Khối mã sửa lỗi FEC 13

Hình 5.1: Chòm sao điều chế DVB- S2 của QPSK và 8PSK 14

Hình 5.2: Chòm sao điều chế DVB- S2 của 16APSK và 32APSK 14

Hình 6: Cấu trúc khung lớp vật lý của DVB- S2 15

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1 : Giá trị các trường trong MATYPE – 1 10

Bảng 2: Các tham số mã hóa với khung FEC FRAME 13

Bảng 3: Thông số của bộ xáo trộn bit theo từng loại điều chế 13

Bảng 4: Số lượng các SLOT theo độ dài của XFECFRAME 16

I, Tổng quan về DVB- S2

1, Giới thiệu chung

- Tên đầy đủ là Digital Video Broadcasting- Satellite- Second Generation: Truyền hình kỹ thuật số- Vệ tinh- Thế hệ thứ 2

- Nó được phát triển vào năm 2003 bởi Dự án DVB, một tập đoàn công nghiệp quốc tế và được phê chuẩn bởi ETSI vào tháng 3 năm 2005

- Là một tiêu chuẩn phát sóng truyền hình kỹ thuật số được thiết kế như một sự kế thừa cho hệ thống DVB-S

2, Những điểm nổi trội của DVB-S2 so với DVB-S

- Tăng dung lượng truyền dẫn trên cùng một băng thông

• So sánh với tiêu chuẩn DVB–S với cùng một điều kiện truyền dẫn, DVB– S2 có khả năng truyền dữ liệu tới hơn 30% trong cùng dải băng thông Nói cách khác, một tín hiệu truyền dẫn theo tiêu chuẩn DVB–S2 yêu cầu băng thông ít hơn 30% so với khi sử dụng DVB–S Đặc biệt khi ứng dụng điều chế, mã hóa VCM và ACM hiệu suất sử dụng băng thông tăng tương ứng 66% và 131%

- Tương thích với nhiều môi trường truyền dẫn

• Trong vùng phủ sóng, yêu cầu thu của một tín hiệu DVB – S2 thấp hơn khoảng 2,5 dB so với một tín hiệu DVB–S với cùng điều kiện bảo vệ lỗi

- Phù hợp với nhiều loại ứng dụng

• DVB–S2 đã đượcc tối ưu cho các ứng dụng vệ tinh băng rộng như : Các dịch vụ quảng bá để truyền dẫn các chương trình truyền hình SDTV hoặc HDTV, các dịch vụ tương tác bao gồm cả truy nhập internet Các ứng dụng chuyên nghiệp như phân phối tín hiệu truyền hình số tới các trạm phát hình số mặt đất, truyền số liệu

• DVB–S2 tương thích với các kiểu mã hóa MPEG–2, MPEG–4 với tín hiệu truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn SDTV cũng như truyền hình có độ phân giải cao HDTV DVB–S2 chấp nhận rất nhiều dạng đầu vào khác nhau: dòng bit liên tục, dòng truyền tải đơn chương trình và đa chương trình, IP hay ATM

II, Tiêu chuẩn DVB- S2

Hệ thống truyền hình vệ tinh theo chuẩn DVB- S2 có cấu trúc như hình 1:

Hình 1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình vệ tinh theo chuẩn DVB- S2

1, Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation)

Khối thích nghi truyền dẫn có tác dụng:

- Thích nghi giao diện đầu vào

- Mã hóa CRC- 8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng Bit (trong trường hợp đầu vào đã chương trình)

- Chia nhỏ dòng bit thành các trường dữ liệu (DATA FIELD)

- Thêm 1 báo hiệu vào để thông báo cho phía thu biết các thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung

- Định dạng của chuỗi bit đầu ra của khối thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER (80 bit) và trường dữ liệu DATA FIELD (có kích thước không cố định)

1.1 Khối giao diện đầu vào (Input interface)

Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng gói

- DVB–S2 chấp nhận nhiều dạng đầu vào khác nhau nên các dạng đầu vào này cần phải được nhận biết và chuyển về một dạng chung DVB–S2 phân loại đầu vào dựa trên độ dài của dòng bit và gán các giá trị UPL (User Packets Length) tương ứng như sau :

• Dòng truyền tải TS : giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài một gói TS) Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47HEX)

• Dòng dữ liệu chung : có thể là dòng bit liên tục (được gán UPL = 0D), hoặc dạng gói dữ liệu Trong trường hợp gói, nếu độ dài gói không đổi và nhỏ hơn 64K thì UPL được gán bằng độ dài của gói, nếu không thỏa mãn 2 điều kiện trên thì đầu vào được xem như liên tục (UPL = 0D)

- Đối với các gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên của gói thì byte này sẽ không bị thay đổi Nếu không, byte đồng bộ bằng

0D sẽ được thêm vào phía trước của gói đồng thời giá trị UPL tăng thêm 8 bit

• Tín hiệu điều khiển ACM (ACM command) : nếu hệ thống làm việc trong chế độ làm việc thích nghi ACM, tín hiệu điều khiển có thể được sử dụng

để điều chỉnh tỷ lệ đầu vào cho phù hợp với điều kiện truyền dẫn

1.2, Bộ mã hóa CRC- 8

Hình 2 : Bộ mã hóa CRC- 8

Chỉ được sử dụng cho dạng dữ liệu gói Xảy ra 2 trường hợp :

- UPL= 0: Khối bỏ qua, không xử lý

- UPL≠ 0

• Dòng bit đầu vào có dạng: Chuỗi các gói dữ liệu người dùng (UP) với độ dài UPL, bắt đầu từ byte đồng bộ dẫn đến phần mang thông tin có ích của gói UP (ngoại trừ byte đồng bộ) sẽ được đưa vào bộ mã hóa CRC

• Ta có đa thức:

g(X) = (X5 + X4 + X3 + X2 + 1)(X2 + X + 1)(X + 1) = X8 + X7 + X6 + X4 + X2 + 1 Đầu ra bộ mã hóa CRC là phần dư của phép tính : [ X8u(X) : g(X) ], trong đó:

- u(X): gói đầu vào sau khi trừ đi 8 bit của byte đồng bộ

- Giá trị này sẽ thay thế cho byte đồng bộ của gói UP tiếp theo, còn byte đồng bộ

bị thay thế sẽ được copy vào trường SYNC của BBHEADER

1.3, Khối Merger/Slicer

Hình 3 : Định dạng luồng tại lối ra

Đầu vào của bộ Merger/Slicer có thể là dòng bit liên tục hoặc gói UP Khối Merger/Slicer gồm 2 thành phần, thực hiện 2 nhiệm vụ khác nhau

a) Slicer :

Đọc dòng dữ liệu vào (trường hợp có nhiều đầu vào thì chỉ đọc 1 trong số các dòng đầu vào) rồi chia thành các khối DATA FIELD có kích thước DFL (Data Field Length) Giá trị DFL phải thỏa mãn :

(Kbch – 80) ≥ DFL ≥ 0 Trong đó KBCH là độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH (nhận các giá trị khác nhau, tùy theo tỷ lệ mã được áp dụng), 80 bit là kích thước của trường BBHEADER

b) Merger :

Liên kết các khối DATA FIELD của cùng một dòng đầu vào Trong trường hợp chỉ

có một dòng dữ liệu đầu vào thì khối khối Merger trở nên không cần thiết và được bỏ qua

Tùy thuộc vào ứng dụng, việc phân chia các bit vào trường DATA FIELD có thể được thực hiện theo 2 cách :

- Lấp đầy kích thước tối đa của DATA FIELD, tương ứng với độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH trừ đi 80 bit BBHEADER (Kbch – 80) Như vậy, một gói

UP có thể bị chia vào nhiều DATA FIELD khác nhau

- Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một số nguyên các UP

Do các gói UP có thể bị chia vào các DATA FIELD khác nhau và các byte đồng bộ được thay thế bằng trường sửa lỗi CRC – 8, nên để thực hiện đồng bộ ở phía phát cần chỉ ra số các bit tính từ đầu một DATA FIELD cho đến bit bắt đầu của trường CRC – 8 đầu tiên Khoảng cách này sẽ được chứa trong trường SYNCD (SYNC Distance) trong BBHEADER

1.4, Trường BBHEADER

Một trường BBHEADER có độ dài cố định (10 byte) sẽ được thêm vào phần đầu của DATA FIELD nhằm xác định cấu trúc của DATA FIELD đó BBHEADER gồm các thành phần :

a) MATYPE (2 byte) : mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích

nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hay ACM, hệ số roll – off α Trong

đó :

Byte đầu tiên (MATYPE – 1) gồm các thành phần :

- TS/GS – Transport Stream/Generic Stream : Đầu vào là dòng truyền tải hay dòng

dữ liệu chung (2 bit)

- SIS/MIS – Single Input Stream/Multiple Input Stream : Một hay nhiều dòng dữ liệu đầu vào (1bit)

- CCM/ACM : Mã hóa và điều chế không đổi CCM hay mã hóa và điều chế thích nghi ACM (1bit)

- ISSYI – Input Stream Synchronization Indicator: chỉ thị cơ chế định thời ở phía thu có hoạt động hay không (1bit)

- NPD – Null Packet Deletion : chỉ thị cơ chế xóa các gói rỗng có hoạt động hay không (1bit)

- RO : hệ số roll – off α (2bit)

TS/GS SIS/MIS CCM/ACM ISSYI NPD RO

11 : dòng gói truyền tải

00 : d/liệu chung, gói

01 : d/liệu chung, liên

tục

10 : dự phòng

1 = một dòng

0 = nhiều dòng

1 : CCM

0 : ACM

1 : Có

0 : Không

1 : Có

0 : Không

00 = 0.35

01 = 0,25

10 = 0,20

11 = dự phòng

Bảng 1 : Giá trị các trường trong MATYPE – 1.

Byte thứ 2 (MATYPE – 2) : nếu trường SIS/ MIS chỉ thị nhiều dòng dữ liệu đầu vào thì byte thứ 2 chứa nội dung xác định các dòng dữ liệu này (ISI – Input Stream Identifier), nếu không sẽ được dự phòng

b) UPL – User Packet Length (2 byte) : chiều dài của gói người dùng UP [bit]

UPL nhận các giá trị trong khoảng [0, 65535]

Ví dụ : 0000HEX = dòng dữ liệu liên tục

000AHEX = chiều dài gói UP bằng 10

UPL = 188x8D : gói truyền tải MPEG

c) DFL – Data Field Length (2 byte) : chiều dài của DATA FIELD, [bit] DFL

nhận các giá trị trong khoảng [0, 58112]

Ví dụ : 000AHEX = Data Field có độ dài 10 bit

d) SYNC (1byte) : bản sao của byte đồng bộ gói UP.

Ví dụ : SYNC = 47HEX : gói dòng truyền tải MPEG

SYNC = 00HEX : khi đầu vào là dòng gói dữ liệu chung không

có byte đồng bộ

SYNC = không có nếu đầu vào là dòng dữ liệu liên tục

e) SYNCD (2 byte) : khoảng cách từ bit đầu tiên của DATA FIELD và bit bắt đầu

của trường CRC – 8 đầu tiên thuộc DATA FIELD đó

f) CRC – 8 : byte chỉ thị lỗi áp dụng cho 9 byte đầu tiên của BBHEADER.

2, Khối thích nghi dòng truyền tải (Stream Adaptation)

Bao gồm 2 thành phần: Bộ đệm và Bộ xáo trộn BBFRAME

2.1, Bộ đệm

- Đầu ra của khối là khung BBFRAME sẽ được đưa vào khối mã hóa BCH, do vậy BBFRAME phải có đúng kích thước theo yêu cầu của bộ mã hóa (Kbch) Bộ đệm được sử dụng trong trường hợp dữ liệu không đủ lấp đầy một khung BBFRAME

- Bộ đệm bổ sung thêm (Kbch - DFL - 80) bit 0 để khung BBFRAME có độ dài cần thiết là Kbch

- Đối với ứng dụng quảng bá, DFL = Kbch – 80 do vậy không cần sử dụng bộ đệm

2.2, Bộ xáo trộn BBFRAME

- Quá trình xáo trộn (làm ngẫu nhiên hóa) có tác dụng làm phân tán năng lượng của dòng bit giúp làm tránh sự xuất hiện của các thành phần DC trong phổ tín hiệu

- Nguyên lý làm xáo trộn trong DVB-S2 là sử dụng chuỗi giả ngẫu nhiên PRSB

3, Khối mã hóa sửa lỗi FEC

Hình 4 : Khối mã sửa lỗi FEC

- Gồm 3 phần: Mã hóa ngoài BCH, mã hóa trong LDPC và khối xáo trộn bit

3.1, Mã hóa bên ngoài BCH và mã hóa trong LDPC

DVB- S2 áp dụng biện pháp sửa lỗi là mã khối BCH và mã kiểm tra độ ưu tiên cường

độ thấp LDPC

Định dạng đầu vào bộ mã hóa sửa lỗi là các khung BBFRAME Sau đó bộ mã hóa đưa thêm các bit sửa sai tương ứng với 2 loại mã hóa tạo thành cấu trúc mới FEC FRAME:

- DVB – S2 định nghĩa 2 loại cấu trúc khung FEC FRAME : loại bình thường có

độ dài 64800 bit và loại ngắn 16200 bit Các khung FECFRAME dài có khả năng bảo vệ lỗi tốt hơn nhưng có độ trễ lớn hơn so với loại ngắn dẫn đến hệ quả là cấu trúc khung ngắn sẽ được sử dụng cho các ứng dụng mà độ trễ là ưu tiên (các ứng dụng lưu lượng Internet) Còn với các khung có độ dài 64800 bit được sử dụng

để tối ưu khả năng bảo vệ chống nhiễu, dùng cho các ứng dụng quảng bá thông thường

- Với mỗi tỷ lệ mã LDPC ta có các tham số mã hóa đối với khung FEC FRAME khác nhau:

Tỷ lệ mã LDPC K bch N bch = k ldpc t bch n ldpc

1/4 16008 16200 12 64800 1/3 21408 21600 12 64800 2/5 25728 25920 12 64800 1/2 32208 32400 12 64800 3/5 38688 38880 12 64800 2/3 43040 43200 10 64800 3/4 48408 48600 12 64800 4/5 51648 51840 12 64800 5/6 53840 54000 10 64800 8/9 57472 57600 8 64800 9/10 58192 58320 8 64800

Bảng 2: Các tham số mã hóa với khung FEC FRAME

3.2, Khối xáo trộn bit

Sau khi mã hóa LDPC thì các mã đầu ra sẽ được xáo trộn Mục đích là để nâng cao khả năng chống lỗi cho tín hiệu

Nguyên lý thực hiện: Các bit được ghi tuần tự theo các cột, nhưng khi đọc thì đọc theo chiều ngang Dẫn đến sự thay đổi của thứ tự các bit Bit MSB của trường BBHEADER luôn được đọc ra đầu tiên

Ta có bảng thông số của bộ xáo trộn bit theo từng loại điều chế:

Điều chế Số hàng (với n ldpc = 64800) Số hàng (với n ldpc = 16200) Số cột

Bảng 3: Thông số của bộ xáo trộn bit theo từng loại điều chế trong chuẩn DVB- S2

4, Khối ánh xạ bit lên chòm sao điều chế

Có 4 mô hình ánh xạ bit lên chòm sao theo 4 sơ đồ điều chế: QPSK, 8PSK, 16APSK, 32APSK

- QPSK và 8PSK được sử dụng cho các ứng dụng quảng bá do cả hai đều là dạng điều chế có đường bao không đổi