CHƯƠNG I: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T Giới thiệu về truyền hình số mặt đất DVB – T Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB đã khởi đầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn DVB- T đã được tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Ầu (ESTI: European Telecommunication Standards Institute). Hiện nay tiêu chuẩn này đã được các nước Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận. Năm 2001 đài truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn nó làm tiêu chuẩn để phát sóng cho truyền hình mặt đất trong những năm tới. DVB là sơ đồ truyền dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2, là một phương pháp phân phối từ một điểm tới nhiều điểm video và audio số chất lượng cao có nén.
Trong truyền hình số mặt đất không thể sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang được vì multipath sẽ làm ảnh hưởng nghiêm trọng đến chỉ tiêu kĩ thuật của truyền sóng mang đơn tốc độ cao vì lý do này OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB-T. DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được sử dụng. Hệ thống trạm mặt đất DVB- T: Các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang. Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà cao.
có thể lên tới hàng chục µs. Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất (kênh Rayleigh) do đó bên phía thu buộc phải khai thác tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể. Tham số Mode 2K Mode 8K Số lượng sóng mang con 1705 6817 Độ rộng Symbol có ích (TU) 244µs 896 µs Khoảng cách sóng mang (1/TU) 4464 Hz 1116 Hz Băng thông 7.61 Mhz Khoảng bảo vệ ∆ T/4; T/8; T/12 T/4; T/8 Phương thức điều chế QPSK; 16-64 QAM QPSK; 16-64 QAM Bảng 1. 1: Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ và cho các mạng SFN loại nhỏ có khoảng cách bộ truyền giới hạn, nó sử dụng 1705 sóng mang con.
Kiểu 8K có thể được sử dụng cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ cũng như cho các mạng SFN loại nhỏ và lớn; nó sử dụng 6817 sóng mang con. Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của kênh thì dùng nhiều sóng mang càng tốt. Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều, mạch sẽ phức tạp hơn, trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip chưa hoàn thiện các chip điều chế còn đắt người ta thường dùng mode 2K vì công nghệ chế tạo chip đơn giản và rẻ hơn. 12 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh có thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm ns).
Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích DVB- T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM. 1: Tiêu chuẩn DVB-T Có thể chia dòng bít truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong ghép kênh FDM. Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính: mode 2k cho các mạng chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian Symbol hiệu dụng Tu = 224 µs) và mode 8k cho SFN (tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian Symbol hiệu dụng Tu = 86 µs). Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ AM - QAM (4,16 hay 32 QAM).
Điều chế COFDM bản chất là phađing tần số chọn, khi mỗi sóng mang được điều chế ở tốc độ bít trung bình (tốc độ Symbol vào khoảng 1 hay 4 Kbaud tương ứng với mode 2k hay 8k) và khoảng thời gian rất dài so với thời gian đáp ứng thay đổi kênh. 2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất Trong đó Phía phát: - Tín hiệu Video/Audio nguồn: +) Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các dữ liệu số. Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá. 13 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com +) Tín hiệu Video có tốc độ bít rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bít lên đến 270 Mbps.
Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8 MHz có thể đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bít bằng cách nén tín hiệu video. - Mã hoá nguồn dữ liệu (source coding): Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tần số nén khác nhau. Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG- 2. Việc mã hoá dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ.
Do đó MPEG làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần. Với Audio cũng vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai nghe người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bít thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng. Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn. Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn.
- Mã hóa kênh: Gói và đa hợp Video, Audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu phụ ở đây là dòng truyền tải MPEG- 2. Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền. Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed- Solomon. Mã Reed- Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả năng sửa lỗi rất cao.
- Điều chế: Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã hoá truyền dẫn, mã hoá kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do phadinh, tạp nhiễu. Phía thu: Bên thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu Đặc điểm So với các phương thức truyền dẫn khác, phương thức truyền hình số mặt đất có những nhược điểm như: - Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường do bề mặt của mặt đất cũng như các toà nhà tầng. - Giá trị tạp do con người tạo ra là cao. 14 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Do phân bố tần số khá dầy trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét.
Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không thực tế. Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất như DVB-T của châu Âu và ATSC của Mỹ đã khắc phục được phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình số mặt đất so với vệ tinh và cáp. Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại: - Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự có thể phát một chương trình truyền độ phân dải cao (HDTV) hoặc nhiều chương trình truyền hình số có độ phân dải thấp hơn. - Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu v.
- Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách tay hoặc thu lưu động ngoài trời. - Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trinh có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDVT) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại. - Có dung lượng lớn chứa âm thanh và các dữ liệu. Điều chế trong truyền hình số Tiêu chuẩn được đi sâu nghiên cứu ở Việt Nam là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB - T.
Xét sơ đồ khối chức năng của hệ thống truyền hình số theop tiêu chuẩn Châu Âu. Sơ đồ gồm có hai khối chính. 3: Sơ đồ khối chức năng hệ thống DVB-T 15 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com - Mã hóa nguồn MPEG - 2 và ghép kênh. Nhận dòng tín hiệu đầu vào là video tương tự, có thể là tín hiệu tổng hợp hoặc riêng lẻ từng tín hiệu màu và tín hiệu chói.
Khối sẽ thực hiện chuyển đổi tương tự thành số rồi thực hiện mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG - 2 để làm giảm tốc độ dòng cho phù hợp với kênh truyền. - Điều chế COFDM (bộ thích nghi kênh truyền mặt đất). Dữ liệu qua khối này được xử lý qua các quá trình sau: Thích nghi ghép truyền dẫn và ngẫu nhiên hóa để phân tán đồng đều năng lượng dòng bit. Mã hóa Tráo ngoài (mã chập tráo) Mã trong Ánh xạ và điều chế Truyền dẫn COFDM Cả hai hệ thống truyền hình số hiện nay đều có khối mã hóa nguồn và ghép kênh giống nhau vì cùng sử dụng chuẩn nén MPEG - 2.
Chính vì thế khối điều chế COFDM chính là khối đặc trưng cho tiêu chuẩn truyền hình số của Châu Âu. Mã hóa kênh và điều chế trong DVB – T Hình 1. 4: Sơ đồ khối thực tế bên trong máy phát DVB – T Phân tán năng lượng Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính là đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG - 2. Chiều dài tổng cộng của mỗi gói sau bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chứa từ mã đồng bộ.
Thứ tự xử lý ở phía phát luôn luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) của byte chứa từ mã đồng bộ. Để đảm bảo các chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép kênh MPEG - 2 đầu vào hệ thống được mã hóa. Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx. Dãy PRBS: 00000011 16 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15 Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của mỗi lượt 8 gói truyền dẫn.