ĐẶT VẤN ĐỀ Truyền hình kỹ thuật số mặt đất DVB-T ra đời vào những năm cuối thập kỷ 90 và đã nhanh chóng khẳng định được vị thế trên thị trường. Truyền hình số mặt đất DVB-T có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương tự nên đã được hầu hết các nước phát triển trên thế giới lựa chọn. Quá trình số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình số đang là một xu thế tất yếu tại nhiều quốc gia trên thế giới và Việt Nam cũng không đứng ngoài xu hướng đó. Việt Nam đã quyết định lựa chọn công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T theo tiêu chuẩn Châu Âu để triển khai ứng dụng rộng rãi và thu được thành công nhất định.
Hiện nay, trên phạm vi cả nước đã có quy hoạch, lộ trình xây dựng và phát triển các hệ thống truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất đến năm 2020. Ngành truyền hình đang phát triển rất mạnh mẽ cả về lượng và chất, đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người xem truyền hình. Truyền hình độ phân giải cao HDTV, 3D TV… đang phát triển nhanh chóng và trở thành xu hướng phát triển của ngành công nghệ truyền hình thế giới và dần thay thế các công nghệ truyền dẫn, phát sóng truyền hình truyền thống. TRUYỀN H NH Ố MẶT ĐẤT THEO TI U CHU N DVB-T.
Truyền hình số mặt đất theo tiêu DVB-T, sau hàng loạt các thử nghiệm thành công của các cơ sở nghiên cứu khoa học tại châu Âu. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T chính thức được tổ chức ETSI công nhận (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997. Anh là nước đi đầu trong việc triển khai diện rộng hệ thống truyền hình theo chuẩn DVB-T với 33 trạm phát sóng số vào tháng 10 năm 1998 phủ sóng cho khoảng 75% dân số. Sau đó đến tháng 11 năm 1999 tăng số trạm lên 81 phủ sóng cho 90% dân số và đến năm 2006 đã chấm dứt truyền hình tương tự.
Như một hiệu ứng dây truyền nhiều nước ở khắp các châu lục đã tiến hành thử nghiệm và triển khai thực tế các dịch vụ truyền hình tiên tiến trên nền tảng DVB-T. Tô Thị Thu Trang – K16Đ2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 DVB-T sử dụng kỹ thuật dựa trên phương pháp ghép kênh theo tần số trực giao có mã COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật điều chế OFDM kết hợp với kỹ thuật mã hóa kênh truyền 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 và có khả năng thu di động, phù hợp với các chương trình có độ nét cao HDTV. Tiêu chuẩn 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.
Tiêu chuẩn DVB–T là tiêu chuẩn có nhiều ưu điểm, hiện đại, mang tính mở và có khả năng tương thích cao, được nhiều nước sử dụng như. - Hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự. - Trên dải tần truyền hình có thể phát được một số chương trình truyền hình có chất lượng cao, chất lượng ổn định, khắc phục được các hiện tượng bóng ma, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm… - Máy thu hình có thể lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, xách tay hoặc lưu động ngoài trời, chuyển đổi linh hoạt chương trình. - Có khả năng làm việc với các tỉ lệ khuôn hình 4:3,16:9 (băng tần tiêu chuẩn) và 20:9 (băng tần cao).
- Sử dụng dòng truyền dữ liệu theo tiêu chuẩn Quốc tế (định dạng lấy mẫu 4:2:0, nén MPEG – 2 MP@ML, có khả năng tương thích hoặc chuyển đổi lên/xuống các lớp bậc thấp và cao, phân cấp giữa SDTV và HDTV ). - Tiêu chuẩn phát sóng số không gây trở ngại cho việc quy hoạch tần số. - Có khả năng sử dụng lại một phần hạ tầng của hệ thống máy phát hình kĩ thuật tương tự. Chi phí đầu tư phù hợp với Việt Nam.
Nhược điểm của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T là: Các sóng mang có công suất thấp nên dễ bị ảnh hưởng của fading lựa chọn tần số. Khi thực hiện điều chế 64-QAM, nếu như có sự sai lệch chút ít về pha và biên độ sẽ gây cho đầu thu giải điều chế sai so với tín hiệu ban đầu. Để đảm bảo chất lượng thu sóng tín hiệu truyền hình số DVB-T từ máy phát cần phải luôn giữ được tính trực giao các sóng mang. Tại Việt Nam kể từ 26/3/2001 Đài truyền hình Việt Nam chính thức lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T cho truyền hình số mặt đất.
Tô Thị Thu Trang – K16Đ2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Dữ liệu Phát sóng TX RX số Thu Mã hóa Mã hóa truyền dẫn Điều nguồn (kênh) chế Đa hợp/ sửa lỗi Giải điều Giải mã hóa truyền dẫn Giải mã D/A chế (kênh) Giải đa hợp/ sửa lỗi nguồn Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất. Các thành phần chính của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T bao gồm: Nguồn tín hiệu: Biến đổi tín hiệu video và audio thành các dữ liệu số. Mã hóa nguồn (Source Coding): Thực hiện nén tín hiệu số b ng bộ mã hóa nén MPEG-2 ở các tỉ số nén khác nhau.
Việc mã hóa tín hiệu được thực hiện khá phức tạp dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ. MPEG chỉ gửi đi những dữ liệu thay đổi và dữ liệu lúc này có thể giảm đi 100 đến 200 lần. Việc nén tín hiệu audio cũng được thực hiện dựa trên đặc điểm tai người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau. Gói và đa hợp video, audio và dữ liệu phụ thuộc vào một dòng dữ liệu, ở đây là dòng truyền tải MPEG-2.
Điều chế: Quá trình điều chế tín hiệu phát sóng b ng dòng dữ liệu bao gồm cả mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi chống lại các suy giảm chất lượng do phađing, tạp nhiễu… Phía thu: Thực hiện các bước ngược lại mở gói, giải mã, hiển thị hình ảnh và tiếng. Đ í kỹ ậ ủa DVB-T. Sơ đồ khối và hoạt động của hệ thống phát. Hệ thống DVB-T được định nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 (nhận được tại đầu ra của bộ Tô Thị Thu Trang – K16Đ2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 ghép kênh), đầu ra là tín hiệu cao tần đi tới anten.
Hệ thống tương thích trực tiếp với chuẩn nén tín hiệu MPEG-2 ISO/IEC 13818. Do hệ thống được thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tương tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo b ng việc sử dụng mạng đơn tần.2: Sơ đồ khối chức năng hệ thống phát hình số mặt đất DVB-T Trên hình 2. Các tín hiệu hình ảnh, âm thanh sẽ qua một loạt quá trình xử lý. Các khối nét đứt trên hình được sử dụng cho cấu hình điều chế phân cấp.
Khối Splitter phân chia dòng dữ liệu thành 2 dòng với những mức ưu tiên khác nhau, tốc độ dòng dữ liệu và tỷ lệ mã hóa khác nhau, có nghĩa là khả năng chống lỗi của dòng dữ liệu là khác nhau. Ta thấy một hệ thống máy phát chủ yếu sẽ gồm phần mã hoá sửa lỗi và điều chế OFDM. Đây cũng chính là hai phần chủ yếu được các nhà khoa học tập trung khai thác để tối ưu đưa ra chuẩn mới DVB-T2 được trình bày ở chương sau. Môi trường truyền dẫn mặt đất chịu tác động mạnh bỡi can nhiễu, mã hoá kênh cần thiết cho việc truyền tải dữ liệu nh m chống lỗi sai trên đường truyền.
DVB-T sử dụng mã cuốn CC và mã khối RS Mã sửa sai trước có 5 giá trị để lựa chọn: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6 và 7/8 tỉ lệ mã sửa sai càng lớn khả năng kháng sửa lỗi Tô Thị Thu Trang – K16Đ2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 càng tốt nhưng tốc độ tín hiệu hữu ích càng thấp, dung lượng dành cho chương trình cần phát đi càng thấp. Mã hóa kênh trong truyền dẫn phát sóng mặt đất DVB-T với các kênh thuộc dải tần số siêu cao UHF (Ultra High Frequency) và tần số rất cao VHF (Very High Frequency) có băng thông 8MHz là quá trình xử lý tín hiệu phức tạp.3: Sơ đồ khối mã hóa kênh trong DVB-T Mã hóa kênh trong DVB-T được mô tả như sau: Dữ liệu đầu vào bộ mã hóa kênh là dòng truyền tải MPEG-2 gồm các gói nối tiếp với độ dài xác định mỗi gói là 188byte, (1 byte đồng bộ,187 byte dữ liệu). SYNC 1 byte MPEG-2 Transport MUX data (187 byte) a) Gói truyền tải MPEG2 Các bước tiến hành: Khối phân tán năng lượng (Energy Dispersal): Cung cấp các tín hiệu ngẫu nhiên và một mức cơ bản cho việc chống lỗi. Dữ liệu được kết hợp với chuỗi giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequency) nh m phân bố năng lượng đồng đều trong dòng truyền tải, tránh những chuỗi 0 hoặc 1 liên tiếp gọi là quá trình ngẫu nhiên hóa luồng dữ liệu.
Đa thức sinh cho quá trình ngẫu nhiên này là: 1+ X14+ X15. Kết hợp giữa thanh ghi dịch và các cổng EX - OR để xáo trộn và giải xáo trộn (Scrambled/ Descrambled) dữ liệu trong quá trình xử lý tín hiệu Tô Thị Thu Trang – K16Đ2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 16 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 PRPS Data output Enable Data input Enable Scramble De- scramble scramble Hình 2.4: Phân bố năng lượng theo nguyên lý xáo trộn và giải xáo trộn. 8 transport MUX packet PRBS period = 1503 bytes SYNC Randomized SYNC SYNC Randomized SYNC Randomized 1 Data 2 8 Data 1 Data b)Gói truyền tải ngẫu nhiên hóa: byte đồng bộ và các dữ liệu ngẫu nhiên hóa. 204 bytes SYNC 1 or MPEG- 2 transport MUX Reed- Solomon SYNC n data (187 byte) 16 bytes c) Gói chống lỗi với mã Reed- Solomon RS (204/188,8).
SYNC 1 or SYNC 1 or 203 bytes SYNC 1 or 203 bytes SYNC n SYNC n SYNC n d) Cấu trúc dữ liệu sau outer interleaving.(a,b,c,d) Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và tráo dữ liệu.