TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
Giới thiệu chung
Truyền hình đen trắng xuất hiện từ những năm đầu của thế kỷ XX với nhiều tiêu chuẩn khác nhau như L, M, N, B, G, H, I, D, K Đến thập kỷ 50, truyền hình màu với ba hệ thống NTSC, PAL, SECAM đã đánh dấu một bước ngoặt quan trọng trong sự phát triển công nghệ truyền hình Cả ba hệ thống này đều sử dụng tín hiệu thành phần bao gồm tín hiệu chói và hai tín hiệu màu (Y, R-Y, B-Y), nhưng khác nhau ở phương pháp điều chế tín hiệu màu, tần số sóng mang màu và cách ghép kênh.
Sự phát triển nhanh chóng của công nghệ điện tử, với vi mạch cỡ lớn, bộ xử lý tín hiệu tốc độ cao và bộ nhớ dung lượng lớn, cùng với bùng nổ công nghệ thông tin, đã làm cho video số và truyền hình số trở nên khả thi và dần trở thành hiện thực Số hoá tín hiệu video thực chất là quá trình chuyển đổi tín hiệu video tương tự (Analog) sang dạng số (Digital).
Công nghệ truyền hình số vượt trội so với công nghệ tương tự, nhưng việc chuyển đổi tín hiệu video từ tương tự sang số cần xem xét kỹ lưỡng Theo tiêu chuẩn OIRT, tín hiệu video có tần số ≤ 6MHz, vì vậy theo tiêu chuẩn Nyquist, tần số lấy mẫu phải lớn hơn 12MHz để đảm bảo chất lượng Đối với số hóa 8 bit, tốc độ truyền tải thông tin cho tín hiệu video có độ phân giải tiêu chuẩn phải vượt quá 200Mbit/s, trong khi đối với truyền hình độ phân giải cao, tốc độ này cần lớn hơn 1Gbit/s.
Dung lượng tín hiệu video rất lớn, khiến các kênh truyền hình thông thường không thể truyền tải hiệu quả Trong quá trình số hóa tín hiệu video, cần xem xét các vấn đề mấu chốt để đảm bảo chất lượng và khả năng truyền dẫn.
- Tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu (trong trường hợp số hoá tín hiệu thành phần)
Nén tín hiệu video cho phép truyền tải tín hiệu truyền hình số qua các kênh truyền hình thông thường, đồng thời vẫn duy trì chất lượng tín hiệu phù hợp với từng mục đích sử dụng.
Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền hình số
Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số bắt đầu với việc tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Tại thiết bị mã hoá, tín hiệu hình được chuyển đổi thành tín hiệu số, với các tham số và đặc trưng được xác định từ hệ thống truyền hình đã chọn Tín hiệu truyền hình số sau đó được gửi đến thiết bị phát và qua kênh thông tin, tín hiệu này được truyền đến thiết bị thu, nơi tín hiệu được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý ở phía phát.
Giải mã tín hiệu truyền hình là quá trình chuyển đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu tương tự Hệ thống truyền hình số xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu, trong khi mã hóa kênh giúp bảo vệ tín hiệu khỏi các sai sót trong kênh thông tin Thiết bị mã hóa kênh kết hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin Khi tín hiệu truyền hình số được truyền qua kênh thông tin, các thiết bị biến đổi được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
Tín hiệu TH tương tự
Tín hiệu Thiết bị phát
Tín hiệu TH tương tự
Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
Nguyên tắc làm việc của ADC
1.2.1 Các thành phần chức năng: a Mạch lọc thông thấp
Chức năng: Hạn chế băng tần tín hiệu vào, ngăn ngừa méo chéo (các tín hiệu khác nhau chồng lên nhau)
Để đảm bảo không làm méo tín hiệu tương tự trong quá trình lấy mẫu, mạch lọc cần phải giảm mạnh tín hiệu ngoài băng tần với mức suy giảm ít nhất 45dB Đồng thời, mạch cũng cần có đặc tuyến phù hợp cho băng tần tín hiệu có ích Bên cạnh đó, việc thiết kế mạch tạo xung đồng hồ và quá trình lấy mẫu cũng rất quan trọng để duy trì chất lượng tín hiệu.
Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu và đồng bộ tất của các khâu trong mạch ADC, nó tạo ra các xung sau đây:
- Xung lấy mẫu được tạo ra từ tần số lấy mẫu f SD (đồng bộ với tần số dòng) Thời gian xung lấy mẫu bằng 1 )
- Xung đồng hồ dùng để đồng bộ các khâu trong bộ ADC, đồng bộ với xung lấy mẫu c Mạch lấy mẫu
Mạch này có hai nhiệm vụ là:
- Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những điểm khác nhau và cách đều nhau (rời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian)
Giữ cho biên độ điện áp tại các điểm lấy mẫu ổn định là rất quan trọng trong quá trình chuyển đổi tiếp theo, bao gồm cả lượng tử hoá và mã hoá.
Tín hiệu vào Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hoá
Xung lấy mẫu + đồng hồ
Hình 1.2: Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự - số d Mạch lượng tử hoá
Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lượng tử hóa để làm tròn với độ chính xác
Mạch lượng tử hóa thực hiện việc rời rạc hóa tín hiệu tương tự bằng cách làm tròn số, dựa trên nguyên tắc so sánh với các đơn vị chuẩn Quá trình này cho phép chuyển đổi tín hiệu một cách chính xác và hiệu quả thông qua mạch mã hóa.
Trong quá trình mã hoá, kết quả lượng tử hoá được tổ chức lại theo một quy luật cụ thể, tùy thuộc vào loại mã yêu cầu từ đầu ra của bộ chuyển đổi.
Trong nhiều loại bộ chuyển đổi analog sang digital (ADC), quá trình lượng tử hóa và mã hóa diễn ra đồng thời và không thể tách rời Hai quá trình này, được gọi chung là phép biến đổi A/D, đóng vai trò quan trọng trong việc chuyển đổi tín hiệu analog thành tín hiệu digital.
1.2.2 Các phương pháp chuyển đổi số - tương tự
Chuyển đổi số- tương tự (DAC) là quá trình chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu tương tự, bằng cách khôi phục lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) đã biết với độ chính xác đạt mức lượng tử (1 LSB) Để thực hiện quá trình này, ta sử dụng sơ đồ khối đặc trưng cho việc chuyển đổi tín hiệu.
Lấy mẫu Lọc thông thấp
Hình 1.3: Sơ đồ khối mạch biến đổi số - tương tự (DAC)
Hình 1.4: Tín hiệu ra mạch chuyển đổi D- A
Mạch cơ bản của DAC gồm:
- Mạch số (đa hài loại D) với nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào
Mạch giải mã số có chức năng chuyển đổi tín hiệu số thành tín hiệu rời rạc, thể hiện dưới dạng các xung với biên độ thay đổi.
Mạch tạo xung lấy mẫu và xung đồng hồ đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các xung lấy mẫu, đồng thời đồng bộ hóa các quá trình khác trong DAC Nó cũng đảm bảo sự đồng bộ với mạch tạo các xung tương tự, góp phần vào hiệu suất hoạt động của hệ thống.
- Mạch lấy mẫu thứ cấp có nhiệm vụ khử nhiễu (xuất hiện do chuyển mạch nhanh ở đầu ra của DAC)
Mạch lọc thông thấp được sử dụng để tách băng tần cơ bản của tín hiệu mẫu rời rạc Bộ lọc này hoạt động như một bộ nội suy, cho phép tín hiệu liên tục biến thiên theo thời gian trở thành tín hiệu nội suy từ tín hiệu rời rạc U m.
- Khuếch đại tín hiệu video ra.
Ưu điểm chính của truyền hình số
- Tín hiệu số ít nhạy cảm với các dạng méo xảy ra trên đường truyền
- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai (Nếu có)
- Tính linh hoạt và đa dạng trong xử lý tín hiệu
- Hiệu quả sử dụng dải thông cao, có khả năng truyền được nhiều chương trình trên cùng 1 kênh RF
- Khả năng truyền tải nhiều dạng thông tin khác nhau
- Tiết kiệm năng lượng cùng một công suất phát song, diện tích phủ sóng rộng hơn so với tương tự và chi phí khai thác thấp.
CÁC PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU SỐ VÀ MỘT SỐ CHUẨN NÉN
Các phương pháp truyền dẫn tín hiệu số
Truyền hình cáp hoạt động trên các kênh truyền nằm trong dải tần số UHF, bao gồm các băng VHF thấp, VHF giữa, VHF cao và băng siêu cao (Super band).
Hệ thống truyền hình cáp có ưu điểm nổi bật là khả năng sử dụng các kênh kề nhau để truyền tín hiệu mà không gặp phải hiện tượng nhiễu đồng kênh Để đảm bảo chất lượng tín hiệu, cần điều khiển chúng ở độ tuyến tính cao nhằm tránh hiện tượng điều biến tương hỗ Các thành phần chính của hệ thống truyền hình cáp đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì hiệu suất truyền tải tín hiệu.
Một số hệ thống sử dụng các đường siêu trục để kết nối các phần ở khoảng cách xa, bao gồm cả việc kết nối với các hệ thống khác Các loại cáp như cáp đồng trục, cáp quang và hệ thống vi ba có thể được áp dụng cho các đường trung chuyển và cung cấp tín hiệu Đặc biệt, đường siêu trục có thể sử dụng đường truyền vi ba để tối ưu hóa hiệu suất kết nối.
Các bộ khuếch đại và ổn định
Bộ khuếch đại đường truyền là thiết bị quan trọng giúp bù lại suy giảm tín hiệu trong hệ thống Mỗi bộ khuếch đại được trang bị một bộ ổn định, cho phép bù lại sự suy giảm ở các tần số khác nhau, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Trong hệ thống truyền hình cáp, bộ khuếch đại cầu thường được sử dụng để đảm bảo tín hiệu đường trung chuyển không ảnh hưởng đến chất lượng kênh truyền Với trở kháng vào lớn, việc lấy ra tín hiệu trở nên hiệu quả hơn Tuy nhiên, yêu cầu đối với bộ khuếch đại ổn định là rất nghiêm ngặt do sự tích lũy độ suy hao từ nhiều thành phần mắc nối tiếp.
Chúng phải làm việc trên một phạm vi dải tần rộng, hệ số khuếch đại phải đạt giá trị thích hợp tại các miền tần số cao
Bộ ổn định có khả năng bù lại suy giảm theo tần số một cách thỏa đáng
Bộ khuếch đại có đặc tuyến tính cao, để tránh xuyên âm và tạo ra các tần số giữa các kênh
Tự động điều chỉnh hệ số khuếch đại và đặc tuyến tần số để bù lại sự thay đổi do nhiệt độ
Tỉ số tín hiệu trên nhiễu của một bộ khuếch đại riêng phải đủ cao để chống được mức nhiễu tầng của các bộ khuếch đại
Bộ khuếch đại đường truyền chia hệ thống trung chuyển thành các đoạn có chiều dài tối ưu, đảm bảo suy giảm ở tần số cao nhất tương ứng với hệ số khuếch đại của nó Đồng thời, bộ ổn định điều chỉnh hệ số khuếch đại ở tần số thấp hơn, nhằm duy trì hệ số khuếch đại tổng thể của hệ thống, bao gồm cả phần trung chuyển, bộ khuếch đại và bộ ổn định, ở mức 0.
Đầu thu tín hiệu của hệ thống CATV có vai trò quan trọng trong việc chọn lọc và xử lý tín hiệu từ nhiều nguồn khác nhau, nhằm truyền tải và điều chế sóng mang cho kênh dịch chuyển tần số khi cần thiết Để hoạt động hiệu quả, đầu thu cần được trang bị anten có khả năng thu tín hiệu truyền hình quảng bá tốt Ngoài ra, đầu thu còn thực hiện chức năng khuếch đại và xử lý tín hiệu Tuy nhiên, truyền hình cáp cũng có những ưu điểm và nhược điểm riêng mà người dùng cần cân nhắc.
Truyền hình cáp là một hệ thống truyền hình phát triển tại nhiều quốc gia tiên tiến, mang lại nhiều lợi ích Ngoài những ưu điểm chung của truyền hình số, truyền hình cáp còn sở hữu những đặc điểm nổi bật riêng, giúp nâng cao trải nghiệm người xem.
Chất lượng tín hiệu sẽ tốt nhất, ít bị cạn nhiễu do môi trường truyền dẫn
Cho phép khán giả tự lựa chọn chương trình mà mình muốn xem
Có thể can thiệp vào quá trình dựng thông qua kênh thông tin ngược, thỏa mãn xem truyền hình của một vùng dân cư đông đúc
Khả năng phát triển các dịch vụ tương tác khác
Phát triển dịch vụ truyền hình trả tiền
Tuy nhiên truyền hình cáp gặp phải khó khăn như:
Mở rộng thuê bao, nó chỉ thích nghi với các khu đô thị lớn
Gây tốn kém trong việc thiết lập mạng cáp, vì phải chôn cáp chạy đến từng thuê bao
Khó khăn trong việc sửa chữa, bảo dưỡng mạng cáp
Đường truyền đòi hỏi phải tốc độ cao…
2.1.2 Truyền hình số mặt đất
So với các phương thức truyền khác, phương thức truyền hình số mặt đất có những nhược điểm sau:
Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường (miltipath) do bề mặt đất cũng như các tòa nhà
Giá trị con người tạo ra là cao
Trong lĩnh vực truyền hình, việc phân bố tần số dày đặc trong phổ tần là một vấn đề quan trọng cần được xem xét, đặc biệt là trong bối cảnh giao thoa giữa truyền hình tương tự và truyền hình số.
Nhiều ý kiến cho rằng phát sóng truyền hình số mặt đất không thực tế, nhưng sự xuất hiện của các tiêu chuẩn như DVB-T của châu Âu và ATSC của Mỹ đã giải quyết nhiều hạn chế của truyền hình số mặt đất so với vệ tinh và cáp Hơn nữa, phát sóng truyền hình số mặt đất sử dụng phổ tần hiệu quả hơn và mang lại chất lượng tốt hơn so với các phương thức phát sóng tương tự hiện đại.
Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự, có khả năng phát sóng chương trình truyền hình độ phân giải cao hơn HDTV với màn hình rộng tỷ lệ 16/9, hoặc nhiều chương trình truyền hình có độ phân giải thấp hơn.
Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định khác phục được các vấn đề phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp âm
Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tay hoặc lưu động ngoài trời
Có dung lượng chứa âm thanh (như âm thanh nhiều đường, lập thể, bình luận, v.v ) và các dữ liệu
Có khả năng linh hoạt chuyển đổi giữa phát chương trình hình ảnh và âm thanh chất lượng cao HDTV và phát nhiều chương trình với chất lượng thấp hơn, và ngược lại.
Quá trình phát sóng truyền hình trên mặt đất bao gồm những thành phần chính sau:
Biến đổi tín hiệu Video và Audio thành các dữ liệu số
Mã hóa nguồn dữ liệu số là quá trình sử dụng các thuật toán phức tạp để loại bỏ thông tin dư thừa trong hình ảnh tĩnh và động, nhằm thực hiện nén số với các tỷ lệ nén khác nhau Điều này cho thấy rằng phương tiện truyền phát không ảnh hưởng đến mã hóa nguồn.
Gói và đa hợp video, audio và các dữ liệu phụ và một dòng dữ liệu, ở đây là dòng truyền tải MPEG-2
Quá trình điều chế tín hiệu phát sóng từ dòng dữ liệu bao gồm mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật giảm xác suất lỗi Những kỹ thuật này giúp chống lại suy giảm chất lượng tín hiệu do fadinh và tạp nhiễu, đảm bảo tín hiệu phát sóng ổn định và hiệu quả.
Thu: Mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa tiếng ra máy thu
Hình 1.6: Cấu trúc hệ thống tín hiệu số mặt đất
Phát sóng truyền hình số trên mặt đất DVB-T mang lại nhiều ưu điểm và tiềm năng lớn, khiến các quốc gia đầu tư vào nghiên cứu và phát triển hệ thống này Tuy nhiên, tình hình và điều kiện của đài Truyền hình Việt Nam lại khác biệt so với các nước khác, khi mà việc phát triển sóng truyền hình số mặt đất vẫn chưa thể thực hiện, trong khi hệ thống trạm phát sóng cho cả nước vẫn chưa hoàn chỉnh.
2.1.3 Truyền hình vệ tinh a Giới thiệu chung
Tìm hiểu các loại chuẩn nén
2.2.1 Kỹ thuật nén video số
Nén tín hiệu video số là quá trình giảm bớt thông tin của một hoặc nhiều ảnh bằng cách loại bỏ thông tin dư thừa, dựa trên đặc điểm sinh lý của mắt người Việc nén này không chỉ giúp giảm dung lượng lưu trữ mà còn tối ưu hóa quá trình truyền dẫn tín hiệu video.
2.2.2 Thông tin dư thừa đối với tín hiệu video
Có 3 loại thông tin dư thừa đối với tín hiệu video là:
Khối mã Bảo hiểm lỗi truyền Điều chế
Truy nhập có điều kiện
Dư thừa thống kê là hiện tượng khi các giá trị dữ liệu thông tin tương tự xuất hiện đồng thời trong các khu vực của một bức ảnh, được gọi là dư thừa không gian.
Dư thừa giữa một chuỗi ảnh
Dư thừa giữa các bức ảnh, hay còn gọi là dư thừa thời gian, cho phép hệ thống nén không phải truyền tải toàn bộ dữ liệu Thay vào đó, nó chỉ mã hóa một phần dữ liệu để gửi đi, và bộ giải mã sẽ tái tạo lại các dữ liệu tương ứng với các pixel giống nhau.
Dư thừa tâm sinh lý
Khi quan sát một hình ảnh, mắt người cảm nhận các thành phần khác nhau Những thông tin mà mắt không nhận thấy hoặc ít nhạy cảm sẽ không ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh khôi phục, cho phép loại bỏ mà vẫn giữ nguyên chất lượng hình ảnh.
Biến đổi DCT ( Discrete cosin Transport)
Biến đổi DCT (Discrete Cosine Transform) là một kỹ thuật chuyển đổi hình ảnh từ không gian sang tần số, dựa trên phần thực của phép biến đổi Fourier (DFT) Hình ảnh được chia thành nhiều khối ma trận nhỏ, với kích thước phổ biến là 4x4 (16 pixel), 8x8 (64 pixel) hoặc 16x16 pixel.
(256) pixel hoặc 32 x 32 pixel Các khối pixel này được chuyển đổi thành hệ số DCT
Các hệ số tần số thấp trong hình ảnh, như cảnh tường và bầu trời, chứa nhiều năng lượng hơn, trong khi các hệ số tần số cao thể hiện chi tiết như tóc và cỏ Mắt người thường chú ý đến phần tần số thấp trước tiên do năng lượng tập trung ở đây, nhưng tần số cao lại chứa nhiều thông tin hơn Quá trình biến đổi DCT giúp sắp xếp lại các thông tin này để chuẩn bị cho bước lượng tử hóa tiếp theo.
Lượng tử hoá là quá trình loại bỏ các hệ số tần số và quy định độ phân giải cho từng hệ số, sau đó nén dữ liệu bằng cách sử dụng các bit có giá trị thấp cho hệ số tần số cao Mặc dù điều này có thể làm giảm chất lượng video, nhưng sự suy hao chất lượng thường được chấp nhận nếu tỷ lệ nén đạt 4:1.
Entropi là thước đo trung bình của nội dung thông tin trong một bức ảnh, được xác định từ các giá trị nhị phân, và nó thể hiện lượng thông tin tối thiểu cần bảo toàn để giảm thiểu sự không chắc chắn trong quá trình khôi phục ảnh Nếu tốc độ bit của bộ nén video giảm xuống dưới giá trị Entropi, một phần thông tin hình ảnh sẽ bị mất.
Nén không tổn hao (Lossless Compression) là phương pháp nén cho phép khôi phục dữ liệu gốc mà không làm mất mát thông tin Tuy nhiên, nhược điểm của nó là khả năng nén thường hạn chế, thường chỉ đạt tỷ lệ 2:1.
Nén tổn hao (Lossy Compression) là kỹ thuật xử lý tín hiệu, giúp giảm kích thước tệp nhưng đồng thời làm mất một phần dữ liệu và giảm chất lượng hình ảnh Ưu điểm nổi bật của nén tổn hao là tỷ lệ nén cao, có thể đạt đến 100:1, tuy nhiên, nhược điểm lớn nhất là sự suy giảm chất lượng hình ảnh.
Nén không mất thông tin cho phép phục hồi chính xác các bit ban đầu sau khi giải nén Phương pháp này loại bỏ dư thừa thống kê trong tín hiệu âm thanh bằng cách dự đoán giá trị tín hiệu từ các mẫu trước Hệ số nén có thể đạt 2:1 cho các tín hiệu âm thanh phức tạp.
Nén không mất thông tin chủ yếu sử dụng các kỹ thuật mã hóa dự đoán trong miền thời gian, bao gồm các thuật toán DPCM, ADPCM và mã hóa entropy Những phương pháp này giúp tối ưu hóa việc lưu trữ và truyền tải dữ liệu mà không làm giảm chất lượng thông tin.
Hệ thống mã hoá điểm động khối số liệu audio
Trong hệ thống này, các giá trị nhị phân từ quá trình biến đổi A/D được tổ chức thành khối số liệu trong cả miền thời gian và miền tần số Mỗi khối số liệu được cân bằng sao cho giá trị lớn nhất không vượt quá giới hạn cho phép, với hệ số cân bằng áp dụng cho tất cả các giá trị trong khối.
Mỗi giá trị được biểu diễn qua một phần định trị, tức là giá trị mẫu, kết hợp với một hệ số mũ phù hợp với biên độ mẫu Quá trình này là sự lượng tử hoá không đều, trong đó bước lượng tử được xác định bởi số lượng bit trong một khối Số bit này phụ thuộc vào khả năng cảm nhận âm thanh của con người.
Chuẩn MJPEG, viết tắt của Morgan JPEG, là một trong những chuẩn video cổ nhất hiện vẫn được sử dụng, chủ yếu trong các thiết bị DVR giá rẻ và chất lượng thấp Tuy nhiên, chuẩn này không chỉ cho hình ảnh kém chất lượng mà còn tốn nhiều tài nguyên xử lý, yêu cầu dung lượng ổ chứa lớn và thường xuyên gây ra lỗi đường truyền.
TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ CÁC KỸ THUẬT CƠ BẢN24 3.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307)
Chuẩn truyền hình số qua vệ tinh DVB-S đang được áp dụng phổ biến toàn cầu, nhưng nhu cầu tối ưu hóa băng tần và tốc độ truyền tín hiệu ngày càng tăng để phục vụ các dịch vụ như HDTV và internet tốc độ cao qua vệ tinh.
S2 (Digital Satellite Broadcasting 2nd Generation) ra đời để đáp ứng các nhu cầu đó
3.1 Giới thiệu về tiêu chuẩn DVB -S2 (EN 302 307)
DVB-S2 là tiêu chuẩn truyền hình số phát qua vệ tinh thế hệ thứ 2, được phát triển từ năm 2003, kết hợp chức năng của DVB-S và ứng dụng chuyên nghiệp DVB-DSNG Nhờ vào hiệu quả sử dụng băng tần vượt trội và độ linh hoạt cao, DVB-S2 dự kiến sẽ dần thay thế cả hai tiêu chuẩn cũ trong tương lai.
Hình 1.8: Sơ đồ khối hệ thống DVB-S2
3.1.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn (Mode Adaptation)
Khối thích nghi kiểu truyền dẫn thực hiện việc điều chỉnh giao diện đầu vào, sử dụng mã hóa CRC-8 để phát hiện lỗi, đồng bộ và kết hợp dòng bit, đặc biệt trong trường hợp đầu vào đa chương trình Dòng bit sau đó được chia nhỏ thành các DATA FIELD, và một tín hiệu báo hiệu được thêm vào để cung cấp thông tin cơ bản về dữ liệu và cấu trúc khung Đầu ra của khối thích nghi kiểu truyền dẫn sẽ bao gồm trường BBHEADER dài 80 bit và trường dữ liệu DATA FIELD với kích thước không cố định.
Theo định nghĩa, đầu vào của hệ thống DVB-S2 có thể là:
- Một hoặc nhiều dòng truyền tải (TS) MPEG
- Một hoặc nhiều dòng dữ liệu chung, có thể là dòng bit liên tục hoặc dạng gói
DVB-S2 hỗ trợ nhiều dạng đầu vào khác nhau, do đó cần nhận biết và chuyển đổi chúng về một định dạng chung Hệ thống này phân loại đầu vào dựa trên độ dài dòng bit và gán các giá trị độ dài gói UPL (User Packets Length) tương ứng.
- Dòng truyền tải TS: Giá trị UPL cố định và bằng (188 x 8) bit (độ dài một gói MPEG) Byte đầu tiên luôn là byte đồng bộ (47HEX)
Dòng dữ liệu chung có thể là dòng bit liên tục (gán UPL 0D) hoặc dạng gói dữ liệu Nếu gói có độ dài không đổi và nhỏ hơn 64K, UPL sẽ bằng độ dài của gói; nếu không, đầu vào được xem như liên tục (UPL = 0D) Đối với gói dữ liệu không phải dòng truyền tải, nếu byte đồng bộ là byte đầu tiên, nó sẽ không bị thay đổi; ngược lại, byte đồng bộ 0D sẽ được thêm vào phía trước gói và UPL sẽ tăng thêm 8 bit.
Tín hiệu điều khiển ACM (ACM Command) cho phép điều chỉnh tỷ lệ đầu vào trong chế độ mã hóa điều chế thích nghi, nhằm tối ưu hóa điều kiện truyền dẫn Bộ mã hóa CRC-8 cũng đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Mã hóa CRC chỉ được sử dụng cho dạng dữ liệu gói Nếu UPL = 0D thì khối này được bỏ qua không xử lý
Khi UPL khác 0, dòng bit đầu vào sẽ bao gồm một chuỗi các gói dữ liệu người dùng (User Packet) có độ dài UPL, bắt đầu bằng một byte đồng bộ, trong đó byte đồng bộ sẽ được hệ thống gán bằng 0 nếu không có.
Phần thông tin hữu ích của gói UP, ngoại trừ byte đồng bộ, được đưa vào bộ mã hóa CRC với đa thức sinh g(X) = (X^5 + X^4 + X^3 + X^2 + 1)(X^2 + X + 1)(X + 1) = X^8 + X^7 + X^6 + X^4 + X^2 + 1 Đầu ra của bộ mã hóa CRC là phần dư của phép tính [X^8u(X): g(X)], trong đó u(X) là 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, trong khi byte đồng bộ bị thay thế sẽ được sao chép vào trường SYNC của BBHEADER Khối Merger/Slicer nhận đầu vào là dòng bit liên tục hoặc gói UP và bao gồm hai thành phần với hai nhiệm vụ khác nhau.
Hình 1.9: Hoạt động của bộ mã hóa CRC-8
Slicer đọc dòng dữ liệu từ nhiều đầu vào, chỉ lấy một dòng và chia thành các khối DATA FIELD với kích thước DFL (Data Field Length) Giá trị DFL cần phải thỏa mãn các điều kiện nhất định.
KBCH là độ dài khối bit trước khi mã hóa BCH, có giá trị khác nhau tùy thuộc vào tỷ lệ mã được áp dụng, trong khi 80 bit là kích thước của trường BBHEADE.
Liên kết các khối DATA FIELD trong cùng một dòng đầu vào Nếu chỉ có một dòng dữ liệu đầu vào, khối Merger sẽ không cần thiết và do đó sẽ bị 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 bằng độ dài bit yêu cầu trước khi mã hóa BCH trừ đi 80 bit BBHEADER (Kbch-80), cho phép một gói UP có thể được chia thành nhiều DATA FIELD khác nhau.
- Ngược lại, có thể phân chia sao cho mỗi DATA FIELD chỉ chứa một số nguyên các UP
Các gói UP có thể được phân chia vào các DATA FIELD khác nhau, và các byte đồng bộ sẽ được thay thế bằng trường sửa lỗi CRC-8 Để thực hiện đồng bộ ở phía phát, cần chỉ định số bit từ đầu một DATA FIELD đến bit bắt đầu của trường CRC-8 đầu tiên Khoảng cách này sẽ được lưu trữ trong trường SYNCD của BBHEADER.
Hình 2.0: Định dạng đầu ra sau khối thích nghi kiểu truyền dẫn
Một trường BBHEADER có độ dài cố định 10 byte được thêm vào phần đầu của DATA FIELD để xác định cấu trúc của nó BBHEADER bao gồm các thành phần chính.
MATYPE (2 byte) mô tả định dạng dòng dữ liệu đầu vào, phương pháp thích nghi kiểu truyền dẫn, chế độ làm việc CCM hoặc ACM, và hệ số roll-off α.
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)
TS/GS SIS/MIS CCM/A ISSYI NPD RO
01: dữ liệu chung, liên tục
Bảng 2.0: Giá trị các trường trong MATYPE-1