chương I Trong nhiều năm trở lại đây, truyền hình số đã trở thành đối tượng nghiên cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trên thế giới. Cùng với sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ chế tạo các vi mạch tổ hợp cao, công nghệ cao, tốc độ cao, đáp ứng yêu cầu làm việc với thời gian thực, công nghệ truyền hình đã có những tiến bộ vượt bậc. Truyền hình số mặt đất có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như sử dụng một máy phát có khả năng truyền tải được từ 6 đến 8 chương trình đồng thời; với cùng một vùng phủ sóng thì công suất phát yêu cầu của máy phát số sẽ nhỏ hơn từ 5 đến 10 lần so với máy phát tương tự, điều này giúp cho việc tiết kiệm đồng tư và chi phí vận hành. Một điều được quan tâm nữa là chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu đường truyền , tránh được hiện tượng bóng hình thường gặp ở truyền hình tượng tự.
Ứng dụng phát hình số ở Việt Nam là nhằm các mục đích: - Tiến kịp các nước tiên tiến và các nước xung quanh trên lĩnh vực thông tin đại chúng nói chung và truyền hình nói riêng. - Phát đồng thời nhiều chương trình truyền hình: Truyền hình Việt Nam lấy nhu cầu xem nhiều chương trình với chất lượng đồng đều là mục tiêu số một để tiến tới phát số. Khắc phục được tình trạng can nhiễu. - Vùng tần số VHF (174-230Mhz) hiện nay giành cho phát PAL analog đã thực sự chiếm hết.
Nhiều tỉnh và khu vực phát chương trình quốc gia phải phát PAL analog 20 trên kênh UHF. Nhưng công suất máy phát PAL analog trên kênh UHF phải lớn hơn trên kênh VHF hàng 20 lần, khi phủ sóng cùng một vùng. Hơn nữa sự chèn kênh, nhiễu kênh PAL analog đang xảy ra ở một số vùng. Đồng thời nhu cầu phát nhiều chương trình đang đặt ra khá gay gắt.
Nên vấn đề phát số là mục tiêu cấp thiết để giải quyết những yêu cầu trên. - Sớm lựa chọn vùng tần số cho các mạng phát hình số trên cơ sở cân đối nhu cầu phát triển của nhiều ngành. Ví dụ xét về tổng thể lợi ích của toàn xã hội, phát hình số mặt ñất có thể chuyển hẳn sang băng UHF để sau này dành băng tần VHF cho các dịch vụ khác. - Tiết kiệm năng lượng ñiện cho toàn bộ máy phát hình, kích thích thị trường tiêu dùng của người dân (mua TV số, SETTOP box).
21 CHƯƠNG II: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN CHÂU ÂU THẾ HỆ THỨ NHẤT (DVB-T) 2. Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất chính thức được tổ chức ETSI công nhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997. DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đặc điểm ưu việt, có khả năng chống lại phản xạ nhiều đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn tần (SFN – Single Frequency Network) và có khả năng thu di động, phù hợp với các chương trình có độ nét cao HDTV.
DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, mặt đất, cáp. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T 2. Hệ thống phát DVB-T Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T 22 Các thành phần tham gia vào quá trình mã hóa kênh bao gồm: - Bộ phân tán năng lượng: Trong quá trình này, dòng truyền tải (payload stream) sẽ bị xáo trộn. Quá trình này là cần thiết bởi vì dòng truyền tải có thể chứa các nhóm “0”, “1” mà điều này thường gây bất lợi cho việc khôi phục clock trong máy thu và công suất của máy thu sẽ không phân pohoois theo thời gian.
- Bộ mã hóa ngoài: Sử dụng mã Reed-solomon. Mã này có ưu điểm đặc biệt trong các kênh có xác suất lỗi kép cao và trong các ứng dụng sử dụng phương pháp sửa lỗi liên tiếp. - Bộ mã hóa trong: Thực hiện việc mã hóa tích chập tại mức bit và cung cấp các tỉ lệ mã từ 1/2 đến 7/8. - Bộ hoán vị trong: Bộ hoán vị trong có chức năng xáo trộn dữ liệu trong tín hiệu đa sóng mang trong miền tần số.
- Bộ hoán vị ngoài: Bộ hoán vị ngoài có chức năng hoán vị byte cho các gói đã được chống lỗi. Điều này tạo ra một cấu trúc dữ liệu hoán vị.2 Hệ thống thu DVB-T Tín hiệu analog được thu từ anten được dịch tần xuống, đầu ra bộ dịch tần xuống là tín hiệu trung tần thấp có tần số trung tâm 4,57 Mhz. Tiếp theo dữ liệu số được đồng bộ tần số, đồng bộ thời gian và loại bỏ khoảng bảo vệ. Sau đó qua khối giải điều chế OFDM, các tín hiệu được đưa song song đến bộ đánh giá kênh và cân bằng kênh (Gọi là đồng bộ kênh thích hợp).
Kế đó, dữ liệu đi qua khối giải chèn và giải mã Reed- Solomon). Sau khi qua khối giải mã MPEG-2 và giải ghép kênh, các dòng dữ liệu đầu ra sau cùng là tín hiệu video, audio và các dữ liệu số.2: Sơ đồ khối máy thu truyền hình số mặt đất Chức năng các khối cơ bản sau: - Khối đồng bộ: Nhiệm vụ đầu tiên của khối đồng bộ là phục hồi thời gian symbol, có nghĩa là tìm ra điểm đầu của mỗi symbol và lấy ra tin tức, tránh được hiện tượng giao thoa giữa các symbol. Nó còn có nhiêm vụ cơ bản là điều chỉnh tần số của bộ dao động tại chỗ trong tuner sao cho tần số trung tâm của trung tần thấp đầu vào bằng giá trị danh định của nó. - Khối đánh giá và sửa lỗi do kênh truyền: Khối này có nhiệm vụ so sánh mỗi tế bào pilots tán xạ thu được với giá trị truyền đi đã biết để đạt được đạt được đáp ứng tuyến tính tức thời của kênh đối với sóng mang tương ứng khoảng thời gian đó.
Các tế bào dữ liệu cần sửa nằm giữa các pilot tán xạ,cả về tần số và về thời gian. Thực tế việc chèn thích hợp tương ứng với pilor tán xạ đo được dùng để sửa mỗi tế bào dữ liệu. Như vậy, việc đánh giá hàm truyền đạt kênh được sử dungjddeer bù lại ảnh hưởng của kênh truyền. - Khối cân bằng kênh và đánh giá kênh: Điều chế COFDM sử dụng chu kỳ symbol dài và loại bỏ một số tốc độ dữ liệu có thể xuất hiện trong khoảng thời gian bảo vệ để hạn chế can nhiễu giữa ác symbol.
Các symbol can nhiễm là những symbol giống hệt nhau, mang cùng một giá trị nhưng bị trễ. Do đó cần phải sử dụng kỹ thuật 24 cân bằng và đánh giá kênh. Phương pháp COFDM với khoảng symbol dài hơn so với thời gian trễ và khoảng bảo vệ thích hợp, chúng ta có thể đánh giá giao thoa giữa các symbol (ISI) và giải quyết can nhiễu giữa các symbol. - Khối giải mã kênh: Tín hiệu sau khi qua khối đánh giá và cân bằng kênh được đưa tới khối giải mã kênh.
Tai đây chũng được giải ánh xạ (De-mapping), tức là quá trình lấy các dữ liệu ra. Sau đó dữ liệu đươc đưa tới bộ bộ giải chèn theo tần số ( Frequency De-interleaving) để được sắp xếp theo đúng tần số. Bằng cách này, các bó lỗi xảy ra khi các sóng mang cạch nhau bị hỏng do phản xạ bị phân tán ra, cho phép bộ giải mã viterbi làm việc tốt hơn. Sau đó tín hiệu đi qua bộ giải mã viterbi và bộ giải chèn theo thời gian để loại bỏ lỗi một song mang COFDM đơn mang theo.
Cuối cùng dòng tín hiệu được đưa qua bộ giải mã Reed-solomon để loại bỏ nốt cac bit lỗi và đầu ra được dong truyền TS như dòng được truyền đi. Dòng này được đưa tới khối tách kênh MPEG và qua khối giải mã video và audio MPEG. Sau đó tín hiệu được đưa qua thiết bị cuối tương ứng.3 Điều chế COFDM trong DVB-T Để đáp ứng các yêu cầu cũng như tính năng của truyền hình số mặt đất, nhóm nghiên cứu của DVB-T đã đưa ra một phương thức điều chế mới COFDM. Tính ưu việt cũng như lý do tại sao dùng phương thức này sẽ được trình bày trong phần sau, đây là nguyên lý cốt lõi của một hệ thống DVB-T.1 Nguyên lý - COFDM là một phương thức ghép kênh đa sóng mang trực giao trong đó vẫn sử dụng các hình thức điều chế số cơ sở tại mỗi sóng mang.
Tuy nhiên ta có thể gọi là phương thức điều chế COFDM. Phương thức này rất phù hợp cho những yêu cầu của phát hình mặt đất. - COFDM phù hợp với điều kiện truyền sóng nhiều đường, thậm chí cả khi có độ trễ lớn giữa các tín hiệu thu được. Chính điều này đã dẫn đến khái niệm mạng đơn tần (SFN), nơi có nhiều máy phát cùng gửi tín hiệu giống nhau trên cùng một tần số, mà thực ra đây chính là hiệu ứng "nhiều đường nhân tạo".
COFDM cũng giải quyết được 25 vấn đề nhiễu đồng kênh dải hẹp. Đây là hiện tượng thường thấy trong các dịch vụ tương tự do các sóng mang gây ra. - Ý tưởng đầu tiên của COFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất. Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính + tín hiệu echo), nghĩa là sẽ không còn năng lượng đủ để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu.
Để giải quyết vấn đề này thì cơ chế đầu tiên là phải phân tách luồng dữ liệu để truyền tải trên một số lượng lớn các dải tần số nhỏ cách biệt nhau, nghĩa là điều chế dữ liệu lên một số lượng lớn sóng mang dựa trên kỹ thuật FDM. Và để có thể xây dựng lại được những dữ liệu đã mất ở bên thu thì cần mã hóa dữ liệu trước khi phát. Do có một số đặc điểm chủ chốt sau đây đã giúp cho COFDM rất phù hợp cho các kênh mặt đất, đó là: Các sóng mang trực giao – orthogonality (COFDM) Chèn thêm các khoảng bảo vệ - guard interval Sử dụng mã sửa lỗi (COFDM), xen bit – symbol và thông tin trạng thái kênh Phần này chúng ta sẽ cùng giải thích các đặc điểm này cũng như ý nghĩa của chúng.2 Số lượng sóng mang - Giả thiết rằng chúng ta điều chế các thông tin số cho một sóng mang. Trong mỗi symbol, chúng ta truyền sóng mang với biên độ và pha xác ñịnh.
Biên độ và pha này lựa chọn theo chòm sao điều chế.