Chương 1: Tổng quan về truyền hình số: Giới thiệu về truyền hình số quá trình phát triển đặc điểm kỹ thuật, băng tần và hệ thống thông tin quảng bá. Chương 2: Kỹ thuật điều chế trong truyền hình số: Các tiêu chuẩn kỹ thuật, phương pháp điều chế, phương pháp điều chế OFDM trong truyền hình số. Chương 3: Mô phỏng hệ thống OFDM 1 download by : skknchat@gmail.com CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ Ngày nay, kỹ thuật số đang phát triển hết sức mạnh mẽ với nhiều thành tựu to lớn. Với việc ứng dụng kỹ thuật số, truyền hình số đã đem lại nhiều tiện ích, ưu điểm lớn so với truyền hình tương tự.
Trong khuôn khổ chương này, em xin giới thiệu về truyền hình kỹ thuật số.1 Giới thiệu chung về truyền hình số Truyền hình số là tên gọi của một hệ truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ Studio đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong đó, một hình ảnh quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến 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. Trong nhưng năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bước ngoặt mới. Quá trình chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ số.
Sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin mở ra một khả năng đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình. Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó có khả năng thực hiện được các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể làm được hoặc rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ. So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà không làm giảm đi chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải trong tất cả các trường hợp, tín hiệu số đều đạt được hiệu quả cao hơn so với tín hiệu tương tự.
Mặc dù vậy xu hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới, nhằm đạt được một sự thống nhất chung, là một hệ thống hoàn toàn kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ thống truyền hình số đã và đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thực sự trong công nghiệp truyền hình. 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 ứng dụng 2 download by : skknchat@gmail.com Internet cho thuê bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thương mại, Nhiều dịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành: Truy cập Internet tốc độ cao Chơi Game và giải trí trên mạng Video theo yêu cầu VOD Cung cấp các dòng video và audio Dịch vụ thanh toán tiền tại nhà Các dịch vụ thương mại điện tử 1.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống phát thanh, truyền hình số Sơ đồ khối của một hệ thống phát thanh, truyền hình số như sau: Tín hiệu video, audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu này có tốc độ bit rất lớn nên cần phải qua bộ nén để giảm tốc độ bit của chúng.
Các luồng tín hiệu này được đưa tới bộ ghép kênh (MUX) rồi đưa tới bộ điều chế và phát đi. Ở phía thu thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu thu sẽ được giải điều chế và đưa tới bộ phân kênh (DEMUX). Tín hiệu từ bộ phân kênh được giải nén sau đó được chuyển đổi số - tương tự. 3 download by : skknchat@gmail.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số 1.2 Đặc điểm của truyền hình số Truyền hình số có những ưu điểm sau: Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà tỉ số S N không giảm (biến đổi chất lượng cao).
Trong truyền hình tương tự thì việc này gây ra méo tích lũy ( mỗi khâu xử lý đều gây méo ). Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm. Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính. Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và sau đó đọc nó với tốc độ tùy ý.
4 download by : skknchat@gmail.com Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi, chống lỗi, bảo vệ. Dễ tạo dạng lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, dể thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình. Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều chỉnh các thiết bị trong khi khai thác. Có khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu (nhờ ghép kênh phân chia theo thời gian).
Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Hiện tượng bóng ma thuờng xảy ra trong hệ thống truyền hình tương tự 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. Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng. Từ đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng.
Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin 2 chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm. Do sự phát triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa dạng và ngày càng mở rộng. Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm: Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự. Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số - tương tự).
Chất lượng phục vụ giảm nhanh khi máy thu không nằm trong vùng phục vụ. 5 download by : skknchat@gmail.com Để kiểm tra tình trạng của thiết bị truyền hình số, sử dụng các hệ thống đo kiểm tra tương tự như đối với hệ thống truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm tra tín hiệu chuẩn. Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số so với truyền hình tương tự.1 Yêu cầu về băng tần Đối với tín hiệu số tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tấn số sóng mang màu như đối với hệ NTSC là 14,4MHz nếu thực hiện mã hoá với những mã 8 bit, tốc độ bit sẽ là 115,2 Mbit/s độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Trong khi đó, tín hiệu tương tự cần một băng tần 4,3 MHz.
Nếu có thêm các bit sửa lỗi yêu cầu băng tần sẽ phải tăng lên nữa. Tuy nhiên trong thực tế băng tần này không phải chỉ dùng cho tín hiệu hình ảnh ngược lại với dạng số khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn. Với các kỹ thuật nén băng tần tỷ lệ đạt được có thể lớn hơn. Với kỹ thuật nén băng tần tỷ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa.
Các tính chất đặc biệt của tín hiệu hình ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng tần tín hiệu.2 Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N) Một trong những ưu điểm lớn nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi. Tỷ lệ: Signal/noise Nhiễu, tạp âm trong tín hiệu tương tự có tính chất cộng. Tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiều thành phần gây ra vì vậy S/N của toàn bộ hệ thống < S/N có tỷ lệ thấp nhất nhiễu lớn. Đối với tín hiệu số nhiễu là các bit lỗi được khắc phục bằng mạch sửa lỗi.
Khi có quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng cách che lỗi, tỷ số S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi trừ trường hợp tỷ lệ lỗi quá lớn làm cho mạch sữa lỗi mất tác dụng khi đó dòng bit không còn ý nghĩa tin tức.3 Méo phi tuyến Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền cũng như đối với tỷ lệ S/N, tính chất này rất quan trọng trong việc ghi đọc chương 6 download by : skknchat@gmail.com trình nhiều lần đặc biệt với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuyếch đại vi sai như hệ NTSC.4 Chồng phổ Một tín hiệu số được lấy mẫu theo cả chiều ngang và chiều dọc nên có khả năng xảy ra chồng phổ theo cả hai hướng. Theo chiều dọc, chồng phổ trong hệ thống tương tự và số là như nhau. Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộc vào thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist. Để ngăn ngừa hiện tượng chồng phổ theo chiều ngang có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu bằng hai lần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự.5 Xử lí tín hiệu Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương tự không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn.
Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn lại một chiều các số bit “0”, “1” có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ viêc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ nhanh. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện được dễ dàng là: Sửa lỗi gốc thời gian, chuyển đổi tiêu chuẩn, giảm độ rộng băng tần.6 Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu.