MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Năm 1933, Edwin Howard Armtrong phát minh ra sóng radio biến tần còn gọi là sóng FM (Frequency-Modulated). Đến năm 1936, tất cả các thông tin liên lạc điện thoại xuyên Đại Tây Dương của nước Mỹ được truyền sang Anh và Pari đều ứng dụng phương pháp này. Thời điểm đó, mạng lưới thông tin liên lạc hữu tuyến và vô tuyến kết nối từ Mỹ với gần 187 điểm khác ở nước ngoài.
Năm 1947 các nhà khoa học tại phòng thí nghiệm Bell Labs tại New jersey, Mỹ đã phát minh ra bóng bán dẫn. Năm 1965, một hệ thống ăng ten phát sóng FM đầu tiên trên thế giới được xây dựng trên tòa nhà Empire State ở New York. Đây cũng được chính là mô hình đài phát thanh được áp dụng rộng rải trên toàn thế giới cho đến nay. Ở nước ta, hầu hết các đài truyền thanh cơ sở đều sử dụng hệ thống truyền thanh FM.
Với hệ thống này phải đăng ký sử dụng tần số với Cục quản lý tần số trước khi sử dụng. Hàng tháng phải đóng lệ phí sử dụng kênh tần cho các đơn vị quản lý tần sốt, hệ thống không chịu ảnh hưởng rất lớn của thời tiết. Đồng thời rất nhạy cảm với sét chỉ cần bị nhiễu sét ở một điểm nào đó có thể gây hỏng hàng loạt các cụm thu và máy phát. Đòi hỏi kinh phí đầu tư ban đầu lớn.
Khi vận hành thường gây can nhiễu lớn ảnh hưởng đến việc nghe đài cấp trên và gây nhiễu đối với một số kênh ti vi khi có tần số trùng với đài phát thanh cơ sở. Các đài truyền thanh cơ sở đã thay đổi quy trình kỹ thuật số trong thời gian gần đây, bắt đầu với sự thay đổi từ băng âm thanh tương tự thông thường sang ghi kỹ thuật số trên băng từ hoặc đĩa cứng, xử lý tín hiệu kỹ thuật số trong trộn bàn và các liên kết truyền dẫn kỹ thuật số trong quy trình phân phối, hoặc phát trực tuyến và tải các định dạng để phân phối qua mạng Internet. Do đó, các hệ thống truyền dẫn quảng bá hiện nay có xu hướng thay đổi từ truyền dẫn tương tự thông thường sang kỹ thuật số. Bên cạnh đó, hệ thống truyền thanh FM không thể phủ sống đến các vùng sâu, vùng xa, việc lưa chon các tần số kênh phát hết sức khó khăn, vẫn còn xảy ra hiện tượng xuyên kênh và di tần.
e 2 Ngày nay, trước sự bùng nổ và phát triển vượt bật của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, đòi hỏi truyền thanh truyền thống cần đổi mới, đảm bảo chất lượng nội dung và phương thức tiếp cận mới. Qua đó, hàng loạt Chỉ thị và Công văn được ban hành, trước tiên Chỉ thị 07-CT/TW ngày 5/09/2016 về đẩy mạnh công tác thông tin cơ sở trong tình hình mới [2]. Tiếp theo Quyết định số 135/QĐ-TTG ngày 20/1/2020 [3] của Chính phủ ban hành về việc phê duyệt đề án nâng cao hiệu quả hoạt động thông tin cơ sở dựa trên ứng dụng công nghệ thông tin, Công văn 1879/BTTTT-TTCS ngày 13/06/2019 của Bộ trưởng BTTTT [1] về việc khuyến nghị danh mục thiết bị cơ bản và yêu cầu kỹ thuật của đài truyền thanh cơ sở ứng dụng CNTT-VT. Dự thảo của đề án “Nâng cao hiệu quả hoạt động thông tin cơ sở dựa trên ứng dụng công nghệ thông tin” Do đó, việc phát triển truyền thanh số thông qua nền tảng internet là một trong những lựa chọn trong các phương án số hóa truyền thanh ở cơ sở.
Công nghệ này khắc phục được nhiều nhược điểm của truyền thanh FM, như phủ sóng ở mọi nơi, mọi địa hình trong môi trường internet, tín hiệu âm thanh giữ nguyên được chất lượng, không bị nhiễu hay bị chèn sóng, mọi khâu từ sản xuất đến lưu trữ chương trình đều được số hóa, dễ dàng vận hành, quản trị, giám sát tập trung, phân cấp. Với công nghệ truyền thanh số, cán bộ kỹ thuật điều khiển phát, tắt - mở, lập lịch cho các đài tự động phát dễ dàng bằng máy tính hay thiết bị di động cầm tay, giám sát và hiệu chỉnh âm lượng của các cụm loa từ xa. Việc quản lý đài được phân cấp quản lý rõ ràng từ tỉnh xuống tận thôn, xóm. Ngoài ra, giải pháp truyền thanh số còn sử dụng trí tuệ nhân tạo, giúp chuyển đổi bản tin giấy sang giọng nói, dịch tự động tiếng Việt sang các tiếng dân tộc thiểu số.
Tổng quan tình hình nghiên cứu 2. Tình hình trên thế giới Vào đầu những năm 1980, hệ thống truyền thanh số đầu tiên nâng cao chất lượng âm thanh được phát triển thông qua hệ thống vệ tinh. Các hệ thống này đã sử dụng phát các băng tần số từ 10 đến 12 GHz [19], sử dụng rất ít dữ liệu âm thanh nén và không nhằm thu sóng di động. Vì vậy, không thể phục vụ phần lớn e 3 người nghe, chẳng hạn như những người đi trên ô tô.
Ngoài ra còn có hệ thống truyền thanh FM nhưng phụ thuộc rất lớn vào điều kiện thời tiết. Các nghiên cứu bắt đầu bởi các viện nghiên cứu vô tuyến xem xét tính khả thi của việc áp dụng các sơ đồ điều chế số trong các băng tần FM. Tuy nhiên, trong hầu hết các máy thu FM, về mặt phổ rất kém hiệu quả và việc sử dụng đơn giản điều chế xung mã PCM (Pulse Code Modulation) trong các băng tần FM tạo ra nhiễu không thể chấp nhận được. Do đó, truyền thanh số mặt đất được coi là một phương thức thiết yếu để tiếp cận tất cả người nghe.
Tại Đức, Bộ Nghiên cứu và Công nghệ liên bang đưa ra một sáng kiến nghiên cứu để đánh giá tính khả thi của phát sóng số mặt đất bao gồm các phương pháp nén dữ liệu âm thanh tránh nhiễu hiệu quả và sử dụng phổ vô tuyến hiệu quả hơn [5, 28]. Các hệ thống truyền thanh số hoạt động theo quy chuẩn quốc tế. Vào cuối năm 1986, một tập đoàn gồm 19 tổ chức từ Pháp, Đức, Hà Lan và Vương quốc Anh đã ký thỏa thuận hợp tác và thực hiện dự án Eureka [8]. Tại cuộc họp vào tháng 12 năm 1986, các đại diện cấp cao của đối tác Eureka tuyên bố ở Stockholm tên dự án được gọi là „„Digital Audio Broadcasting (DAB)”.
Đến năm 1988, tổ chức Liên minh truyền thanh truyền hình Châu Âu EBU (European Broadcasting Union) chuẩn hóa các thông số cần thiết cho hệ thống truyền thanh số. Tình hình trong nước Trước sự phát triển của công nghệ 4.0, Trung ương có Chỉ thị 07-CT/TW ngày 5/09/2016 về đẩy mạnh công tác thông tin cơ sở trong tình hình mới. Chính Phủ ra Quyết định 135/QĐ-TTg 2020 ngày 20/01/20202 về việc phê duyệt đề án nâng cao hiệu quả hoạt động cơ sở dựa trên ứng dụng công nghệ thông tin. Mục tiêu của đề án là hiện đại hóa hệ thống thông tin cơ sở nhằm đổi mới phương thức cung cấp thông tin, nâng cao chất lượng nội dung thông tin để cung cấp, trao đổi thông tin theo hướng chủ động kịp thời chính xác và hiệu quả.
Bộ Thông tin-Truyền thông có công văn 1879/BTTTT-TTCS ngày 13/06/2019 của Bộ trưởng BTTTT về việc khuyến nghị danh mục thiết bị cơ bản và yêu cầu kỹ thuật của đài truyền thanh cơ sở ứng dụng CNTT-VT. Dự thảo của đề án “Nâng cao hiệu quả hoạt động thông tin cơ sở dựa trên ứng dụng công nghệ thông e 4 tin”…Bên cạnh đó, nhiều hội thảo, hội nghị trong nước liên tục đã được tổ chức để giới thiệu các công nghệ và đưa ra nhiều giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ thống truyền thanh cơ sở. Công ty MobiFone đã có các hoạt động phối hợp với các tỉnh, thành phố như Đà Nẵng, Thừa Thiên - Huế, Quảng Nam…giới thiệu công nghệ truyền thanh số, qua đó cho thấy hiệu quả hệ thống đóng góp một và hệ sinh thái của thành phố thông minh, là kênh thông tin kết nối giữa chính quyền và người dân. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu 3.
Mục đích nghiên cứu Mục đích của luận văn là nghiên cứu lý thuyết, kỹ thuật xử lý tín hiệu âm thanh, cấu hình hệ thống thu phát của hệ thống truyền thanh số. Đưa ra giải pháp nhằm nâng cao chất lượng hệ thống truyền thanh cơ sở. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết các kỹ thuật xử lý tín hiệu âm thanh. - Nghiên cứu hệ thống truyền thanh số.
- Giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền thanh cơ sở. Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết về xử lý tín hiệu âm thanh trong hệ thống thông tin đơn công (Simple Duplex). Phƣơng pháp nghiên cứu - Nghiên cứu, tổng hợp tài liệu về lý thuyết của hệ thống truyền thanh số. - Lựa chọn giải pháp để nâng cao chất lượng truyền thanh tại cơ sở phù hợp với công văn 1879/BTTTT-TTCS ngày 13/06/2019 của Bộ trưởng BTTTT về việc khuyến nghị danh mục thiết bị cơ bản và yêu cầu kỹ thuật của đài truyền thanh cơ sở ứng dụng CNTT-VT.
Thực hiện thí điểm giải pháp tại địa phương. Cấu trúc của luận văn Chƣơng 1: Tổng quát cơ sở lý thuyết xử lý tín hiệu âm thanh. Nội dung chương này tập trung giới thiệu tổng quan về hệ thống truyền thanh số, lý thuyết xử lý tín hiệu âm thanh, nén âm thanh, cách ghép kênh, phương pháp mã hóa âm thanh. Chƣơng 2: Hệ thống thu phát truyền thanh số Chương này sẽ giới thiệu về hệ thống thu - phát của hệ thống truyền thanh số, giới thiệu các ưu điểm của các mô hình lan truyền sóng, ưu điểm của kỹ thuật truyền mạng đơn tần SFN, các tính năng đóng gói, sự đồng bộ hóa và giải mã các tín hiệu âm thanh trong truyền thanh số Chƣơng 3: Giải pháp nâng cao chất lƣợng truyền thanh số cơ sở.
Lựa chọn giải pháp, nghiên cứu cấu hình thiết bị và triển khai thí điểm hoạt động hệ thống truyền thanh số tại xã Bình Hòa. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Việc sử dụng truyền thanh số thông qua mạng internet, sóng 3G/4G sẽ giúp cho các đài truyền thanh cơ sở tiết kiệm hơn về kinh phí xây dựng, vận hành, giảm được dung lượng lưu trữ, tăng lượng chương trình, tiết kiệm chi phí trong công tác truyền dẫn tín hiệu. Tín hiệu âm thanh không giới hạn khoảng cách truyền và được giữ nguyên chất lượng. Khắc phục được các lỗi thường xảy ra với các hệ thống truyền thanh FM như nhiễu, sóng không ổn định, chập chờn do thời tiết.
Hệ thống có nhiều tính mới, quản lý tập trung, phân cấp…. e 6 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THIẾT XỬ LÝ TÍN HIỆU ÂM THANH 1.