Đề tài Kỹ thuật truyền hình số

Lời nói đầu Trong những năm gần đây, với chính sách mở cửa đúng đắn của Đảng và nhà nước nền kinh tế của nước nhà đã và đang phát triển với một tốc độ cao. Các thành tựu khoa học kỹ thuật mới trên thế giới đã nhanh chóng thâm nhập vào nước ta. Đặc biệt trong lĩnh vực điện tử-viễn thông, sự xuất hiện những công nghệ hiện đại, những dây chuyền sản xuất mới có mức độ tự động hóa cao với hệ thống điều khiển tự động tiên tiến .đã tạo điều kiện thúc đẩy các thành phần kinh tế trong nước phát triển vượt bậc cả về số lượng lẫn chất lượng. Sự phát triển không ngừng của kỹ thuật số đã xâm nhập vào hầu hết tất cả các lĩnh vực khoa học kĩ thuật, kĩ thuật truyền hình cũng không nằm ngoài quá trình đó. Công nghệ số diễn ra trong truyền hình ngày nay không chỉ do yêu cầu ngày càng cao về chất lượng của dịch vụ truyền hình mà còn do sức ép đang tăng lên đối với nguồn tài nguyên phổ tần số. Đối với những nước có nền công nghiệp truyền hình-viễn thông phát triển mạnh, vấn đề này đang trở nên gay gắt hơn bao giờ hết. Bên cạnh đó, nhu cầu cạnh tranh trong nền kinh tế thị trường đã thúc ép các nước này phải nhanh chóng xác lập và lựa chọn chuẩn số thích hợp, để sớm tung ra các thiết bị hay dịch vụ số để chiếm thế thượng phong trên thị trường. Hầu hết các nước hiện nay đã đặt ra lộ trình chuyển đổi sang số và sẽ chấm dứt truyền hình tương tự trong khoảng thời gian từ 10 đến 15 năm tới. Đối với Việt Nam, một nước nghèo với những đặc thù riêng của mình, vấn đề số hoá lại còn có một ý nghĩa khác. Về tài nguyên phổ tần, có lẽ trong vòng 10 đến 15 năm tới, chúng ta cũng chưa bị thúc ép gay gắt như các nước có ngành truyền hình-viễn thông phát triển hiện nay. Bên cạnh mục đích nâng cao chất lượng phục vụ người xem, truyền hình Việt Nam trong 10 đến 15 năm nữa sẽ buộc phải chuyển sang số vì các thiết bị tương tự sẽ không được sản suất nữa. Như vậy, số hoá truyền hình là con đường tất yếu mà truyền hình Việt Nam cần phải đi mặc dù còn rất nhiều khó khăn trước mắt như điều kiện kinh tế còn eo hẹp, nền công nghiệp và trình độ khoa học kỹ thuật còn non trẻ . Trong khuôn khổ của đồ án, em đề cập tới các vấn đề của quá trình thực hiện số hoá đối với tín hiệu truyền hình tương tự, đồng thời trình bày khái quát về các phương thức truyền dẫn, các tiêu chuẩn truyền hình số. Bố cục đồ án bao gồm 6 chương: Chương 1: Giới thiệu chung : trình bày về quá trình phát triển, giới thiệu khái quát về hệ thống truyền hình số. Chương 2: Xử lý tín hiệu video : bao gồm số hoá và thực hiện nén tín hiệu video. Chương 3: Xử lý tín hiệu audio : số hoá và thực hiện nén tín hiệu audio. Chương 4: Ghép kênh và truyền tải các dịch vụ : trình bày về quá trình ghép kênh các kênh video, audio,số liệu phụ .của một hay nhiều chương trình truyền hình. Chương 5: Các hệ thống truyền hình số : trình bày về các hệ thống truyền hình số ATSC, DVB, ISDB. Chương 6: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số : trình bày về các phương thức dịch vụ truyền dẫn như qua cáp, vệ tinh, phát mặt đất . Mặc dù bản thân đã có nhiều cố gắng song do trình độ chuyên môn còn giới hạn, tài liệu tham khảo hạn chế cộng với thời gian thực hiện không dài nên trong quá trình thực hiện chắc không tránh được những sai lầm, thiếu sót. Vì điều kiện thực tế không cho phép nên đồ án của em chỉ dừng lại ở mức độ lý thuyết. Rất mong được sự thông cảm và hướng dẫn, chỉ bảo thêm của các thầy cô và bè bạn để em có thể hiểu rõ hơn về lĩnh vực này. Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn các thầy cô, bạn bè đã giúp đỡ em trong quá trình thực hiện. Đặc biệt là sự hướng dẫn tận tình của thầy Nguyễn Tiến Khải, thầy đã trực tiếp chỉ dẫn, định hướng, tạo mọi điều kiện để em hoàn thành đồ án.

doc109 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Lượt xem: 4857 | Lượt tải: 1download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Đề tài Kỹ thuật truyền hình số, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
d 11 Có cả payload và adaptation field Bảng 4.2 : Bit điều khiển phần thích nghi. Continuity - count - field (4 bit) : Giá trị này sẽ tăng lên 1 theo các gói TS kế tiếp nhau thuộc về cùng một dòng gói sơ cấp (cùng PID). Điều này cho phép phía giải mã sắp xếp lại các gói TS đúng thứ tự, cũng như phát hiện các gói TS bị mất để khắc phục. Phần Adaptation Field. Sự hiện diện của Adaptation Field được báo hiệu bởi thông tin về Adaptation - Field - Control trong header. Trường Adaptation Field bao gồm các thông tin được sử dụng cho các chức năng giải mã bậc cao hơn, sử dụng các flag (cờ hiệu) để chỉ thị sự hiện diện của các trường mở rộng đặc biệt ở phía sau. Hình 4.5 : Cấu trúc trường Adaptation Field gói TS . Trường Adaptation Field có độ dài thay đổi gồm các thông tin sau đây : Adaptation - filed- length (1 Byte) : chỉ thị số lượng byte theo sau trong trường Adaptation. trường adaptation filed có thể được sử dụng để chứa các byte độn (stuffing byte) mang giá trị 0xFF và không được phiên dịch tại phía giải mã. Nếu có các byte chèn thêm, trường Adaptation-Filed-Length cũng phải tính cả các byte đó. Giá trị Adaptation-Filed-Length lúc đó sẽ được phía giải mã sử dụng để nhảy bỏ qua trường Adaptation Field và nhắm thẳng đến trường payload trong gói. Discontinuity - indicator (1 bit): giá trị 1 chỉ thị sự bất liên tục của chuẩn đồng hồ (clock reference) hoặc của bộ đếm liên tục hoặc của cả hai. Random - access - indicator (1 bit) : Giá trị 1 chỉ thị gói PES kế tiếp là đầu một chuỗi video hay đầu một frame audio Elementary - stream - priority - indicator (1 bit):Giá trị 1 chỉ thị độ ưu tiên cao hơn. PCR - flag (1 bit) :Giá trị 1 chỉ thị sự hiện diện của "chuẩn đồng hồ chương trình" PCR. PCR được dùng để đồng bộ hóa quá trình giải mã. Trong một số trường hợp, thông tin này có thể được sửa đổi trong quá trình truyền, PCR phải được truyền đi tối thiểu 1 lần mỗi 100ms. OPCR - flag (1 bit): Giá trị 1 chỉ thị sự hiện diện của một PCR gốc. Thông tin này không bị sửa đổi trong quá trình truyền và có thể được dùng để thu hoặc phát lại các chương trình đơn. Phía thu không cần dùng OPCR trong quá trình giải mã. Splicing - Point - flag (1 bit) : Chỉ thị sự hiện diện của splice - countdown (số đế ngược đến điểm ráp nối). Transport-private-data-flag (1 bit) :Chỉ thị sự hiện diện của các byte private data (số liệu riêng). Adaptation-field-extension-flag (1 bit) :Chỉ thị sự hiện diện của trường mở rộng trường thích nghi. Program-clock-reference (PCR) (42 bit) : Chuẩn đồng hồ chương trình. Original-program-clock-reference (OPCR) (42 bit) : Chuẩn đồng hồ chương trình gốc được sử dụng để trích một chương trình đơn ra khỏi dòng truyền tải đa chương trình. Splice-countdown (8 bit) :Thông báo số gói TS còn lại của một dòng gói sơ cấp (cùng PID) cho đến khi gặp điểm ráp nối. Điểm ráp nối là điểm cuối một frame audio hay một ảnh video. Transport-length (8 bit) :Thông báo số lượng byte số liệu liên tiếp liền theo sau Private-data-bytes : Số liệu riêng Adaptation-field-extension-length (8 bit): Chỉ thị số byte của trường mở rộng trường thích nghi. Stufing-bytes : Các byte độn có giá trị 0xFF được chèn vào tại phía mã hóa. Các byte này sẽ được bỏ qua không xét đến ở phía giải mã. 4.4.2 / Thông tin đặc tả chương trình (PSI). Trong một dòng truyền tải, mỗi gói TS được liên kết với một giá trị PID chỉ rõ trường payload của gói TS này thuộc về dòng sơ cấp nào. Có thể có nhiều dòng sơ cấp khác nhau được tổ hợp lại thành nhiều chương trình khác nhau. Để bộ giải mã biết được dòng sơ cấp nào thuộc về chương trình nào, cần phải truyền thêm trong dòng truyền tải các thông tin đặc tả chương trình (PSI = Program Specific Information) nhằm xác định rõ mỗi liên hệ giữa các chương trình với các dòng sơ cấp. Thông tin đặc tả chương trình PSI bao gồm 4 loại bảng sau : Bảng bản đồ chương trình (PMT = Programme Map Table) Bảng kết hợp chương trình (PAT = Programme Association Table) Bảng thông tin mạng (NIT = Network Information Table) Bảng truy cập có điều kiện (CAT = Conditional Access Table) Cần lưu ý rằng các bảng này có thể được truyền đi như là payload của một hay nhiều gói TS trong dòng truyền tải. Đặc tính của các thông tin đặc tả chương trình PSI này được tóm tắt trong bảng sau: Loại PSI Giá trị PID (13 bit) Table-ID (8 bit) Chức năng PAT 0x0000 0x00 Gán số chương trình và PID của PMT NIT được gán trong PAT 0x40->0xFE Chỉ định các thông số của mạng vật lý PMT được gán trong PAT 0x02 Chỉ định các giá trị PID cho các thành trường của chương trình (các dòng sơ cấp) CAT 0x0001 0x01 Chứa thông tin và số liệu dùng để xáo trộn (scrambling) Bảng 4.3 : Bảng thông tin đặc tả chương trình. Để thuận tiện cũng như để giới hạn độ dài, một số PSI có thể được truyền đi theo từng phần (section). Nếu gói TS có chứa phần đầu của bất kỳ section nào thì trường payload được mở đầu bằng trường con trỏ (pointer-field) chỉ rõ vị trí của section mới đó . Bảng bản đồ chương trình (PMT). Mỗi chương trình trên dòng truyền tải đều có 1 PMT tương ứng. Bảng này mô tả chi tiết về chương trình và các dòng sơ cấp tạo nên chương trình đó. Có thể ghi thêm các descriptor (bộ mô tả) vào PMT. Bộ mô tả mang các thông tin chi tiết về chương trình cũng như về các dòng sơ cấp thành phần như : các thông số mã hóa video, các thông số mã hóa audio, nhận dạng ngôn ngữ, thông tin về dịch chuyển hình ảnh sang trái,phải, trên,dưới và quét (pan & scan), chi tiết về truy cập có điều kiện, thông tin về bản quyền. Ngoài các bộ mô tả đã được quy định sẵn bởi MPEG-2, các đài truyền hình hay người sử dụng có thể định nghĩa thêm các descriptor nếu cần. Bảng kết hợp chương trình (PAT) . Danh sách tất cả các chương trình chứa trong dòng truyền tải sẽ được ghi trên PAT. Dễ dàng tìm thấy bảng này vì nó có giá trị PID = 0. Mỗi chương trình được liệt kê cùng với giá trị PID của gói TS có chứa PMT của chương trình đó.Một PMT cũng có thể chứa chi tiết của nhiều chương trình, thay vì chỉ một chương trình, khi các chi tiết của các chương trình này đủ ngắn. Bảng thông tin mạng (NIT) . Trong PAT, chương trình số 0 được dành riêng để chỉ đến NIT. bảng này là tuỳ chọn (optional) và nội dung của bảng cũngmang tính riêng tư (nghĩa là được định nghĩa bởi đài truyền hình hay người sử dụng, chứ không phải bởi MPEG-2). Nếu hiện diện, NIT thường cung cấp các thông tin về mạng vật lý dùng để truyền dòng truyền tải như : tần số kênh, chi tiết về bộ phát đáp vệ tinh, đặc điểm điều chế. Bảng truy cập có điều kiện (CAT) . Nếu có dòng sơ cấp nào trong dòng truyền tải được xáo trộn, thì CAT phải hiện diện để cung cấp thông tin chi tiết về hệ thống xáo trộn được sử dụng và cung cấp giá trị của PID của gói TS chứa thông tin về quản lý việc truy cập có điều kiện. Định dạng của loại thông tin này không được quy định bởi MPEG-2, mà phụ thuộc vào hệ thống xáo trộn được sử dụng. 4.4.3 / Đặc điểm của dòng truyền tải. Cấp phát dung lượng động: các gói TS với độ dài cố định tạo khả năng linh hoạt trong việc cấp phát dung lượng kênh giữa các dòng sơ cấp video, audio cũng như các số liệu phụ khác. Mỗi gói TS được nhận dạng bởi một số nhận dạng gói PID (Packet Identification) có trong TS header. Dung lượng toàn bộ kênh cũng có thể được cấp phát lại khi phân phối số liệu. Khả năng này cũng có thể được ứng dụng để phân phối các khóa mã đến người xem, trong các chương trình truyền hình có thu tiền. Khả năng co giãn: một kênh dải thông rộng hơn có thể được khai thác tối đa bằng cách sử dụng nhiều dòng sơ cấp ES tại đầu vào bộ ghép kênh hoặc ghép kênh thêm các dòng sơ cấp ES này vào dòng bit ban đầu tại một bộ ghép kênh thứ hai. Tính chất này có giá trị phân phối trên mạng cũng như cung cấp khả năng liên vận hành. Tại mức truyền tải, khả năng liên vận hành của dòng bit truyền tải là một đặc tính quan trọng của hệ thống truyền hình số. Hai lĩnh vực liên vận hành cần được quan tâm là Dòng truyền tải MPEG-2 có thể được truyền trên tất cả hệ thống thông tin. Hệ thống truyền tải MPEG-2 cũng có thể truyền các dòng bit đã được tạo ra bởi các hệ thống thông tin khác. Một cách tổng quát, không có gì ngăn trở việc truyền các dòng truyền tải MPEG-2 truyền hình trên các hệ thống truyền dẫn khác nhau. Tuy nhiên, trong một số hệ thống như truyền hình cáp, DSB, ATM, dòng truyền tải MPEG-2 được truyền dễ dàng hơn, thuân tiện hơn so với một số hệ thống khác (thí dụ như mạng máy tính sử dụng protocol FDDI, IEEE 802.6). Có thể sử dụng dòng truyền tải MPEG-2 để truyền nối nội bộ trong studio cũng như truyền tới các thiết bị hay tới các hệ thống khác thông qua một số phương pháp như : Phương pháp truyền số liệu nối tiếp SDI (Serial Digital Interface) theo khuyến nghị 656. Phương pháp truyền số liệu gói nối tiếp SDDI (Serial Digital Data Interconnect). Phương pháp truyền SDH/SONET (Synchronous Digital Hierachy/ Synchronous Optical Network). Phương pháp truyền số liệu gói ATM (Asynchronous Tranfer Mode) Một khía cạnh liên vận hành khác của dòng truyền tải là khả năng truyền các dòng bit khác (không phải là của số liệu hình ảnh) trên các hệ thống truyền hình số dựa theo tiêu chuẩn MPEG-2. Điều này thực hiện được khi các dòng bit này bao gồm các gói TS nhận dạng được. Khả năng mở rộng: cấu trúc dòng truyền tải cho phép mở rộng được khả năng phục vụ các dịch vụ tương lai. Các dòng bit sơ cấp thêm bớt chương trình trong dòng truyền mới có thể ghép thêm vào dòng truyền tải mà không cần thay đổi cấu tạo phần cứng phía phát, mà chỉ cần gắn thêm các PID mới. Khả năng tương hợp ngược vẫn được bảo đảm, nghĩa là bộ giải mã hệ thống hiện nay vẫn giải mã được dòng truyền tải tương lai nhưng bỏ qua các gói tương ứng với các PID mới. Khả năng này có thể được ứng dụng để đưa vào "các định dạng 1000 dòng quét liên tục" hay "3D - HDTV" bằng cách gởi thêm số liệu theo các tín hiệu cơ bản. Khả năng chống lỗi và khôi phục đồng bộ: các gói TS với độ dài không đổi tạo cơ sở cho việc kiểm soát lỗi gây ra bởi đường truyền và việc khôi phục lại đồng bộ giữa các dòng sơ cấp video, audio đang ghép kênh với nhau (dựa vào các thông tin cần thiết ghi trong header). Thiết bị thu rẻ tiền : các gói TS có độ dài không đổi cũng sẽ cho phép chế tạo bộ giải mã hệ thống đơn giản, rẻ tiền. Dòng truyền tải MPEG-2 rất linh hoạt, thể hiện dưới hai khía cạnh sau: Các chương trình có thể được định nghĩa như là bất kỳ sự kết hợp nào của dòng sơ cấp. Một dòng sơ cấp có thể xuất hiện trong một hoặc nhiều chương trình khác nhau (thí dụ như hai dòng video khác nhau có thể cùng kết hợp với một dòng audio để tạo ra hai chương trình khác nhau). Các chương trình cũng có thể được sửa đổi phù hợp với một số yêu cầu đặc biệt (thí dụ như cùng một chương trình truyền hình nhưng phần audio lại được thay đổi theo từng vùng ngôn ngữ khác nhau). Nhiều chương trình khác nhau có thể được ghép kênh trong cùng một dòng truyền tải. Tại phía thu (phía giải mã), từng chương trình riêng rẽ sẽ được tách ra rất dễ dàng. 4.5 / Đồng bộ. Đối với các thông tin đa phương tiện, cũng như đối với các tính hiệu truyền hình, việc duy trì đồng bộ chính xác giữa các dòng sơ cấp khi chúng được giải mã và được truyền qua các thiết bị chuyển đổi hay thiết bị hiển thị khác nhau là một điều không thể thiếu. Đối với loại ghép kênh hay phân chia thời gian, thời gian trễ giữa bộ mã hóa và bộ giải mã thường có giá trị không đổi. Tuy nhiên trong các hệ thống ghép kênh gói như MPEG-2, thời gian trễ phải thay đổi theo sự thay đổi độ dài gói (nếu có) và tần số ghép kênh. Hơn nữa, nếu audio và video được xử lý, dàn dựng một cách tách biệt nhau trước khi ghép kênh thì cần thiết phải có phương cách phục hồi lại đồng bộ cho chính xác. Trong hệ thống ghép kênh MPEG-2, đồng bộ được thực hiện thông qua các nhãn thời gian (Time Stamps) và các chuẩn đồng hồ (Clock References). 4.5.1 / Chuẩn đồng hồ (Clock References). Đồng hồ được sử dụng tại bộ ghép kênh và bộ giải mã không đo thời gian theo giờ, phút, giây mà đo thời gian theo đơn vị của 27MHz, được biểu diễn qua số nhị phân 42 bit. Trong dòng chương trình, thông tin về đồng bộ được truyền đi tối thiểu 0,7 giây một lần, được gọi là "chuẩn đồng hồ hệ thống" (System Clock Reference). Trong dòng truyền tải, thông tin về đồng hồ, được gọi là "chuẩn đồng hồ chương trình" (Programme Clock Reference), sẽ được truyền đi tối thiểu 0,1 giây một lần. Các chương trình trên cùng một dòng truyền tải có thể sử dụng các "chuẩn đồn hồ chương trình" khác nhau. 4.5.2 / Nhãn thời gian (Time Stamps). Nhãn thời gian là một giá trị nhị phân 33 bit, được biểu diễn theo đơn vị của 90Khz. Cần phân biệt 2 loại nhãn thời gian khác nhau như sau : Nhãn thời gian trình diễn (Presentation Time Stamps = PTS): nhãn thời gian trình diễn PTS là loại nhãn thời gian cơ bản dùng để chỉ định thời điểm mà khi đó một đơn vị truy cập sẽ được trích ra khỏi bộ đệm phía giải mã, được giải mã và được trình chiếu cho người xem. MPEG giả định rằng điều này có thể được thực hiện tức thời. Trong thực tế, việc chuyển số liệu vào bộ giải mã và quy trình giải mã cần tốn một khoảng thời gian nhất định mà người thiết kế bộ giải mã cần phải có biện pháp hiệu chỉnh. Đối với nhiều loại dòng sơ cấp, chỉ cần duy nhất nhãn thời gian trình diễn. Tuy nhiên đối với dòng sơ cấp video, cần phải có thêm một loại nhãn thời gian thứ hai, đó là "nhãn thời gian giải mã" (Decoding Time Stamps = DTS) Nhãn thời gian giải mã (Decoding Time Stamps = DTS): nhãn thời gian giải mã DTS chỉ định thời điểm mà khi đó một đơn vị truy cập sẽ được trích ra từ bộ đệm phía giải mã, được giải mã nhưng chưa được trình chiếu cho người xem. "Hình ảnh đã được giải mã" sẽ được lưu trữ tạm thời trong bộ nhớ tạm để trình chiếu sau đó một khoảng thời gian ngắn. Trường hợp này chỉ cần thiết đối với loại ảnh I và P của chuỗi video nén MPEG vì các ảnh I, P bao giờ cũng phải được giải mã trước so với ảnh B nằm xen giữa. Nhãn thời gian giải mã DTS không xuất hiện một mình mà luôn đi kèm theo nhãn thời gian trình diễn PTS. Lúc này, nhãn thời gian trình diễn PTS chỉ định thời điểm mà khi đó "hình ảnh đã được giải mã" sẽ được trích ra từ bộ nhớ tạm và trình chiếu cho người xem. Do đó, nhãn thời gian trình diễn PTS luôn có giá trị lớn hơn (tức là xa hơn trong tương lai) so với nhãn thời gian giải mã DTS tương ứng. Chương5 Các hệ thống truyền hình số Kỹ thuật truyền hình số mặt đất đang được phát triển nhanh chóng trên phạm vi toàn cầu. Kỹ thuật này cho phép phát nhiều kênh truyền hình hơn trên cùng độ rộng phổ của kênh truyền hình tương tự hiện tại với chất lượng hình ảnh và âm thanh cao hơn cùng với rất nhiều các ưu điểm vượt trội khác cho các dịch vụ phát quảng bá hình ảnh. Hiện tại, có ba tiêu chuẩn phát hình số là: ATSC( Advanced Television Systems Committee) được phát triển ở Mỹ. DVB( Digital Video Broadcasting) được phát triển ở Châu Âu. ISDB(Integrated Services Digital Broascasting) được phát triển ở Nhật Bản. 5.1 / Tiêu chuẩn ATSC. ATSC là tiêu chuẩn phát sóng đã được thiết kế và chấp nhận bởi ủy ban truyền thông liên bang Mỹ (FCC) vào tháng 6 năm 1996 như là tiêu chuẩn truyền hình số để triển khai ở Mỹ. Chuẩn này chỉ xác định nội dung dòng bit, dòng truyền và truyền số trong kênh RF 6 MHz, không xác định quá trình sản xuất hiển thị và tiêu chuẩn giao diện cho người sử dụng. Các yêu cầu chính được đặt ra khi thiết kế chuẩn ATSC là: Hệ thống phải tái tạo lại được vùng phủ sóng của một hệ thống NTSC tương tự. Chuẩn phải tương đối ổn định và cho phép nhanh chóng tung ra thị trường. Tốc độ truyền tải dữ liệu cần phải lớn nhất có thể. Khả năng truyền dữ liệu cho phép phát sóng HDTV trên kênh 6 MHz. Mức độ bảo vệ dữ liệu phải thích hợp với tình trạng thu thông thường. Việc đáp ứng các yêu cầu thu trong các điều kiện khó khăn sẽ được thực hiện thông qua việc thiết kế máy thu tinh xảo với các mạch điều chỉnh cân bằng đáp tuyến kênh. Các dịch vụ số đã được đưa vào kể từ tháng 10 năm 1998 và hiện nay hơn 50% dân số ở 120 thành phố của Mỹ đã có thể thu được truyền hình số. Các nước Argentina, Canada, Nam Triều Tiên, Đài Loan đã thông báo là chấp nhận tiêu chuẩn ATSC cho dịch vụ truyền hình số mặt đất. Tiêu chuẩn ATSC có khả năng hỗ trợ cho audio, video chất lượng cao và các số liệu phụ trong cả hai chế độ truyền hình tiêu chuẩn SDTV và truyền hình có độ phân giải cao HDTV với việc sử dụng phương thức điều chế VSB ( Vestigial Side Band). Các đặc trưng chính của tiêu chuẩn ATSC được tổng hợp qua bảng sau: Thông số Đặc trưng Video Định dạng quét ảnh, nén MPEG-2 từ MP@ML đến HP@ML Audio Dolby AC-3 surround Dữ liệu phụ Dịch vụ phụ(hướng dẫn chương trình thông tin hệ thống, V-chip,truyền dữ liệu đến máy tính) Truyền Gói dữ liệu. Đa chương trình.Thủ tục truyền MPEG-2. RF 8-VSB cho phát sóng Máy thu 16-VSB cho mạng cáp, định dạng hiển thị tự nhiên,không tiêu chuẩn hoá. Bảng 5.1 : Các đặc trưng chính của tiêu chuẩn ATSC. Cấu trúc hệ thống truyền dẫn ATSC được chia thành 5 hệ thống con: Mã hoá nén audio,video nguồn. Các dịch vụ dữ liệu phụ. Ghép kênh và truyền các chương trình. Truyền dẫn phát sóng RF. Máy thu. Đặc trưng hệ thống video. ATSC có thể làm việc với nhiều định dạng tín hiệu video khác nhau: Quét liên tục hoặc xen kẽ Định dạng 640*480, 1920*1080, 1280*720... Cho phép chuyển đổi từ định dạng này sang định dạng khác. Sơ đồ nén video dựa trên cơ sở cú pháp MP của tiêu chuẩn nén video MPEG-2. Hệ thống làm việc được với hầu hết các chương trình nguồn dưới nhiều định dạng thành phần tương tự khác nhau(R G B, Y CR CB). Số hoá tín hiệu tương tự video thành phần được thực hiện với tần số lấy mẫu 13,5 MHz (SDTV) và 75 MHz (HDTV). Đặc trưng hệ thống audio. Là một phần trong hệ thống AC-3 do Dolby Labs phát triển. Tập hợp các loại dịch vụ audio chính của ATSC bao gồm: Thiết kế ATSC Loại dịch vụ Số kênh Tốc độ bit(Kbps) CM(chính toàn bộ) Chính 1 – 5+1 64 - 384 ME(nhạc, kĩ xảo) Chính 1 – 5+1 64 - 384 VI(suy giảm video) Liên quan 1 128 HI(suy giảm audio) Liên quan 1 128 D(đối thoại) Liên quan 1 128 C(bình luận) Liên quan 1 128 E(khẩn cấp) Liên quan 1 128 VO(kết thúc âm thanh) Liên quan 1 128 Bảng 5.2 : Các loại dịch vụ audio chính trong hệ thống ATSC Các đặc trưng quan trọng nhất của dòng audio AC-3 trong hệ thống ATSC có thể khái quát như sau: Lấy mẫu 48 KHz, mã hoá 16 ¸ 24 bit. Mức nhiễu: cắt dưới 95 dB. Tốc độ bit cực đại 384Kbps cho một dịch vụ audio chính, 128 Kbps cho một dịch vụ audio liên quan. Liên hoạt giữa máy phát video dùng đĩa laser và định dạng DVD. Dịch vụ dữ liệu phụ. Bao gồm các loại dịch vụ sau: Dịch vụ chữ viết: tiêu đề chương trình, điện khẩn... Thông tin hướng dẫn chương trình, nội dung chương trình,điện khẩn... Thông tin điều khiển hệ thống, cho phép liên hoạt với các loại dịch vụ truyền hình qua cáp, vệ tinh, MMDS, SMATV... Dịch vụ phụ cho tương lai. Ghép kênh chương trình và hệ thống truyền. Sử dụng việc đóng gói dòng truyền tải với độ dài cố định dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2. Hệ thống cho phép thực hiện truyền các dịch vụ mới, từ phân phối mềm máy tính đến việc truyền hình ảnh có chất lượng cao đến máy tính. Mode truy cập bằng phương pháp xáo trộn gói dữ liệu được đưa vào dòng truyền với số bit được xác định trong header gói. Cú pháp dòng truyền hỗ trợ chức năng mã hoá chính và giải xáo trộn được dùng cho các dòng chương trình hoặc các dòng cơ bản. Đầu ra hệ thống truyền là một dòng truyền liên tục với tốc độ bit cố định 19.39 Mbps (dùng cho phát sóng quảng bá mặt đất 8 VSB) và 38.8 Mbps (đối với phân phối bằng cáp và phát sóng 16 VSB) 5.2 / Tiêu chuẩn DVB. Tiêu chuẩn DVB đã được chấp thuận bởi Viện các tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI (European Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997, nó có khả năng hỗ trợ cho cả hai chế độ SDTV và HDTV. Cho tới nay, dự án DVB tập hợp tới hơn 200 tổ chức từ trên 25 quốc gia trên toàn thế giới và được sử dụng rộng rãi nhất trong các tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số. Hệ thống truyền hình số theo chuẩn này phát triển các đặc trưng truyền dẫn tín hiệu số có nén MPEG-2 qua cáp, vệ tinh và phát sóng trên mặt đất. DVB là một hệ thống có cấu trúc mở, có tính liên hoạt đầy đủ và có cấu trúc tổng quát như sau: Ghép kênh chương trình Truyền đa chương trình Truyền đa chương trình Truyền đa chương trình Mã hoá đầu cuối cáp Mã hoá kênh Mã hoá kênh Điều chế COFDM Điều chế QPSK Điều chế QAM Ghép kênh PS vàTS PS1 PS2 PSn Truy cập có điều kiện Đến mạng cáp Đến vệ tinh Đến máy phát mặt đất Hình 5.1 : Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB. Giải pháp kĩ thuật chung trong các phương tiện truyền dẫn của hệ thống DVB bao gồm: Hệ thống được thiết kế để truyền tải linh động các dòng MPEG-2 video,audio và số liệu. Sử dụng chung ghép kênh dòng truyền tải MPEG-2. Có chung thông tin phục vụ của hệ thống, chỉ dẫn chi tiết các chương trình. Hệ thống điều chế và mã hoá kênh phải tương thích với các phương tiện khác nhau. Có thể có thêm các hệ thống xáo trộn và truy cập có điều kiện. Để truy cập các dịch vụ số người sử dụng dịch vụ cần có thêm một bộ giải mã nối với máy thu hình thông thường. Đó là set-top-box hoặc bộ giải mã máy thu tích hợp IRD(Intergrated Receiver Decoder). Hình 5.2 : Sơ đồ khối máy thu dịch vụ DVB. Họ tiêu chuẩn DVB bao gồm các tiêu chuẩn sau: DVB-S / ETS 300 421, Dec. 1994: hệ thống truyền dẫn số qua vệ tinh, sử dụng băng tần 11/12 GHz, điều chế số QPSK. Tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38.1 Mbps. DVB-C / ETS 300 429, Dec. 1994: hệ thống phân phối qua cáp, tương thích với DVB-S. Sử dụng điều chế số 64 QAM, độ rộng kênh 7¸8 MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 38.1 Mbps. DVB-CS / ETS 300 473, Dec.1994: hệ thống truyền qua cáp cục bộ để phân phối đến từng nhà cao tầng, nó còn được gọi là hệ thống SMATV(Satellite Master Antenna TeleVision). Chuẩn này được thích nghi từ DVB-S và DVB-C dùng cho cài đặt anten theo khu vực. DVB-SI / ETS 300 468, Oct. 1995: hệ thống thông tin dịch vụ dùng cho việc tự thiết lập cấu hình của bộ giải mã DVB và giúp người sử dụng dịch vụ điều hướng dòng bit của DVB. DVB-TXT / ETS 300 472, May, 1995: hệ thống truyền teletext trong dòng bit DVB. DVB-CI(Common Interface): hệ thống giao diện chung cho truy cập có điều kiện và các ứng dụng khác của DVB. DVB-T / ETS 300 7XX: hệ thống phát sóng số mặt đất, sử dụng độ rộng kênh 7¸8 MHz. Tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24 Mbps, điều chế số COFDM. DVB Common Scrambling Algorithm: sắp xếp một cách đặc bịêt tạo ra sự liên quan trong các hệ thống xáo trộn chung, điều khiển truy cập với dịch vụ Pay-TV. Ngoài ra còn có các chuẩn cho hệ thống phân phối dịch vụ số đa điểm(Digital Multipoint Distribution System) sử dụng sóng viba để phâp phối trực tiếp người xem tại các hộ gia đình: DVB-MC: sử dụng sóng viba tần số dưới 10 GHz, nền tảng của nó dựa trên hệ thống phân phối qua cáp DVB-C. DVB-MS: sử dụng sóng viba tần số trên 10 GHz, nền tảng của nó dựa trên hệ thống phân phối qua vệ tinh DVB-S. Đặc trưng hệ thống video. Mã hoá video theo chuẩn ISO/IEC 13818-2. Tần số mành 25 Hz (ETSI khuyến cáo cho Châu Âu) và có thể có tần số mành khác nhưng không phổ biến. Định dạng hiển thị 4:3 ; 16:9 hoặc 2,21:1 (không phổ biến). IRD phải có bộ chỉnh tỉ lệ hiển thị để cho phép màn hiển thị 4:3 có thể hiển thị được khung hình 16:9. IRD phải có chế độ hiển thị toàn màn hình 720*576 điểm ảnh hoặc 704*576 điểm ảnh. IRD phải cung cấp chuyển đổi thích ứng để cho phép hiển thị toàn màn hình ảnh mã hoá 544x576, 480x576, 352x576 và 352x288 điểm ảnh. Cứ 500ms ít nhất phải có một lần giải mã ảnh I . Đặc trưng hệ thống audio. Mã hoá tín hiệu audio theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818-3 hoặc ISO/IEC11172-3 Layer-I hoặc Layer-II (khuyến nghị). Các chế độ mã hoá: MPEG-1 đơn kênh, kênh kết hợp, stereo kết hợp, stereo. MPEG-2 đa kênh. Không thực hiện tiền nhấn. Tần số lấy mẫu 32KHz, 44,1 KHz, 48 KHz hay có thể tuỳ chọn 16 KHz, 22,05 KHz, 24 KHz. Ghép kênh chương trình và hệ thống truyền. Ghép kênh theo tiêu chuẩn ISO/IEC 13818-1. Dòng dữ liệu sau ghép kênh là dòng truyền tải MPEG-2. Thông tin dich vụ dựa trên thông tin đặc tả chương trình MPEG-2. Không hỗ trợ dòng chương trình(PS). Dòng truyền tải có thể được mã hoá bảo vệ chống lỗi kênh truyền với mã hoá R-S(Reed-Solomon) 5.3 / Tiêu chuẩn ISDB. Tiêu chuẩn ISDB đã được phát triển bởi hiệp hội các ngành công nghiệp vô tuyến và thương mại ARIB (Association of Radio Industries and Businesses) và được chấp nhận bởi Bộ Bưu chính và Viễn Thông của Nhật Bản (MPT). ISDB hỗ trợ cho cả hai chế độ truyền hình SDTV và HDTV. Hệ thống truyền dẫn dùng cho phát sóng trên mặt đất và qua vệ tinh có độ rộng băng tần như hệ NTSC và hoàn toàn tương thích với máy thu NTSC. Tiêu chuẩn này cũng dựa trên kỹ thuật OFDM nhằm giảm hiệu ứng đa đường. Cũng như DVB-T, tiêu chẩn này cũng hỗ trợ thu di động và cấu hình mạng đơn tần SFN (Single Frequency Network). Chương6 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số Để truyền dẫn tín hiệu truyền hình số đến người sử dụng dịch vụ, hiện nay trên thực tế sử dụng ba phương thức tồn tại đồng thời đó là: truyền qua cáp, truyền qua vệ tinh và phát quảng bá mặt đất. Mỗi loại phương thức truyền dẫn đều có những nhược điểm, ưu điểm riêng và đáp ứng những yêu cầu về kinh tế, kĩ thuật khác nhau. Việc tồn tại đồng thời nhiều phương thức truyền dẫn là một tất yếu và rất cần thiết vì chúng có sự bổ sung hỗ trợ cho nhau. 6.1 / Truyền hình số mặt đất DTTB(Digital Terrestrial Television Broadcasting). Hệ thống truyền hình số mặt đất được thiết kế để truyền tải dịch vụ âm thanh và hình ảnh chất lượng cao đến người sử dụng thông qua một kênh quảng bá đơn có độ rộng 6, 7, hoặc 8 MHz. Cốt lõi của hệ thống là sử dụng các trạm phát xạ mặt đất vận hành trong băng tần VHF/UHF. Sự cho phép phân phối tín hiệu hình ảnh chất lượng cao kết hợp với dịch vụ âm thanh trong một kênh đơn 6 ,7 , 8 MHz VHF/UHF là kết quả của việc ứng dụng kĩ thuật mã hoá số vào kĩ thuật truyền dẫn mặt đất. Năm 1992, trong bộ phận truyền thông vô tuyến thuộc tổ chức viễn thông quốc tế (ITU), nhóm làm việc 11/3 đã được thành lập để giải đáp các vấn đề liên quan tới phát quảng bá truyền hình số mặt đất. Nhóm đã thiết lập mô hình của hệ thống và coi đó là nền tảng để nghiên cứu. Mô hình của hệ thống truyền hình số quảng bá mặt đất được ITU phân thành 4 hệ thống con như sau : Nén và mã hoá nguồn. Truyền tải và ghép kênh dịch vụ. Lớp vật lý (phương thức điều chế). Quản lý kế hoạch (bao gồm cả kế hoạch thu phát) và thực hiện kế hoạch phân phối dịch vụ. Mã hoá nguồn đề cập đến phương pháp giảm tốc độ bit được biết đến như là nén số liệu và các kỹ thuật bảo vệ chống lỗi thích hợp cho luồng dữ liệu số của âm thanh, hình ảnh và số liệu phụ. Số liệu phụ bao gồm: số liệu điều khiển, điều khiển truy nhập có điều kiện và số liệu được kết hợp với các dịch vụ chương trình audio, video ví dụ như tiêu đề. Dữ liệu phụ có thể độc lập với các chương trình và dịch vụ số liệu. Truyền tải và ghép kênh dịch vụ đề cập đến các phương tiện phân luồng số liệu thành các gói thông tin, phương tiện nhận dạng mỗi gói hoặc các loại gói và các phương tiện ghép kênh các luồng số liệu video, audio, số liệu phụ thành một luồng duy nhất. Khả năng liên vận hành hoặc sự hoà hợp giữa các phương tiện số như phát quảng bá mặt đất, mạng phân phối sử dụng cáp, phân phối qua vệ tinh , các phương tiện ghi và giao diện máy tính xem xét một cách căn bản trong việc phát triển cơ cấu truyền tải thích hợp. Phần vật lý đề cập đến phương tiện sử dụng thông tin luồng số liệu số để điều chế tín hiệu phát. Các kỹ thuật điều chế bao gồm các kỹ thuật bảo vệ lỗi và mã hoá kênh sử dụng cả phương thức đa sóng mang và đơn sóng mang. Quản lý kế hoạch bao gồm những thảo luận về những hoạch định tương xứng để giới thiệu và phân phối các dịch vụ truyền hình số dựa trên các dịch vụ quảng bá có sẵn. Hình 6.1 : Mô hình hệ thống truyền hình số quảng bá mặt đất(ITU/R). So với các phương thức truyền dẫn khác, phương thức truyền hình số mặt đất có những ưu điểm: Dễ dàng đảm bảo an toàn khi xảy ra chiến tranh. Tạo điều kiện phát triển cho truyền hình địa phương. Tận dụng được phần cơ sở hạ tầng đang sử dụng cho máy phát hình tương tự để lắp đặt máy phát số. Trong phạm vi phủ sóng chất lượng ổn định khắc phục được những vấn đề phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm... 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 dung lượng lớn chứa âm thanh và các dữ liệu. Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDTV) sang phát một chương trình có chất lượng thấp hơn và ngược lại. Nhược điểm của truyền hình số mặt đất. Khả năng phủ sóng kém hơn vệ tinh. Phải sử dụng tín hiệu đồng bộ để đồng bộ giữa các máy phát nếu sử dụng mạng đơn tần (SFN). Phải xây dựng nhiều trạm phát do đó chi phí cho hệ thống lớn. Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường do bề mặt đất cũng như các toà nhà. Giá trị tạp do con người tạo ra là cao. Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần số truyền hình giao thoa truyền hình tương tự và số cần xem xét. 6.2 / Truyền hình cáp. Hệ thống truyền hình cáp xuất hiện vào những năm cuối của thập niên 40. Đây là hệ thống truyền hình có khả năng phục vụ cho một khu vực tập trung đông dân cư, nơi khó có thể nhận được tín hiệu truyền hình từ các mấy thu hình đặt trong các nhà riêng do khoảng cách tới đài phát quá xa hay do sự ảnh hưởng của địa hình. Vì vậy cần phải thiết lập trạm anten thu được tín hiệu truyền hình đảm bảo chất lượng và truyền qua đường cáp phục vụ cho khu vực đó. Truyền hình cáp sử dụng các kênh truyền nằm trong phạm vi dải thông ở cận dưới của băng UHF. Các kênh truyền hình cáp được chia thành các băng VHF thấp, VHF giữa, VHF cao và siêu băng (Superband). Trong hệ thống truyền hình cáp có thể sử dụng các kênh kề nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi mà không xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh. Tuy nhiên các tín hiệu phải được điều khiển ở độ tuyến tính cao nhằm tránh hiện tượng điều biến tương hỗ. Hiện nay có hai loại cáp được sử dụng phổ biến được sử dụng trong hệ thống truyền hình cáp: Cáp đồng trục. Cáp quang. Cáp quang có độ rộng dải thông lớn, cho phép truyền tín hiệu số có tốc độ bit cao, độ suy giảm thấp do đó truyền tín hiệu rất có hiệu quả, tuy nhiên hệ thống sử dụng cáp quang cần phải thực hiện điều chế tại các bộ lặp. Mô hình hệ thống truyền hình cáp theo khuyến nghị của ITU như sau: Hình 6.2 : Mô hình hệ thống truyền hình cáp theo khuyến nghị của ITU. Ưu điểm của truyền hình cáp. Chất lượng tín hiệu thu ổn định nhất, ít bị can nhiễu do môi trường truyền dẫn và nhiễu giưã các kênh. Có khả năng tốt trong việc phát triển các dịch vụ tương tác khác. Dễ dàng phát triển dịch vụ truyền hình trả tiền. Nhược điểm của truyền hình cáp. Khó thực hiện phát triển mạng truyền hình cáp trên diện rộng, nó chỉ thích nghi với các khu đô thị lớn tập trung đông dân cư. Phải chi phí nhiều cho việc thiết lập mạng cáp vì phải chôn cáp chạy tới tận từng người sử dụng dịch vụ. Khi thực hiện sửa chữa, bảo dưỡng mạng cáp sẽ gặp nhiều khó khăn. 6.3 / Truyền hình vệ tinh. Hệ thống truyền hình quảng bá qua vệ tinh được bắt đầu khoảng từ những năm 1970 và đã phát triển một cách nhanh chóng. Vai trò của vệ tinh có thể nói là không thể thiếu được trong cả việc truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình. Với một địa hình phức tạp nhiều đồi núi rừng rậm và dân cư thưa thớt giải pháp truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh thực sự mang tính kinh tế cao. Đối với vệ tinh, hiện nay thường sử dụng hai băng tần là: băng C (dải tần từ 4 GHz đến 6 GHz) và băng Ku (dải tần từ 12 GHz đến 14 GHz). Băng C thường được dùng để phủ sóng trên diện rộng, phạm vi khu vực lớn. Băng Ku thường sử dụng trong phạm vi quốc gia và cho truyền hình DBS (Direct Broadcast Satellite). Việc lựa chọn băng Ku có một lợi thế rất cơ bản đó là khi thu tần số cao chỉ cần anten kích thước đường kính nhỏ (0,4 m ¸ 0,6 m), bé hơn anten thu tần số băng C (kích thước đường kính 3 m ¸ 3,6 m ), từ đó mở ra khả năng tăng nhanh số lượng các trạm thu vệ tinh ở mọi miền đất nước. Điều đó cũng có nghĩa là giá thành các đầu thu sẽ rẻ, mà đây là mục tiêu của các nhà thiết kế đầu thu cho trạm phát. Trong truyền hình vệ tinh, điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh vệ tinh được thiết lập dành cho các chương trình truyền hình. Các chương trình này có thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá. Trong truyền hình vệ tinh quảng bá, một số kênh vệ tinh được dùng cho các chương trình cố định. Các chương trình này phát liên tục trong ngày, số kênh còn lại dành cho các dịch vụ tin tức hay thể thao...chỉ phát trong khoảng thời gian nào đó. Công suất thực tế của vệ tinh cần thiết để phát các chương trình phụ thuộc vào các yếu tố như: Số lượng các chương trình đang phát, nếu nhiều chương trình thì yêu cầu công suất phải lớn và ngược lại. Chất lượng chương trình, nếu các chương trình đều đòi hỏi chất lượng cao (có vận tốc bit lớn) thì công suất phát phải tăng và ngược lại. Nếu trời mưa, sóng bị suy giảm thì công suất phát phải tăng để bù cho lượng suy giảm do mưa. Nếu thêm các dịch vụ khác thì phải tăng công suất. Nếu anten parabol phát có kích thước bé, độ tăng ích thấp thì cũng phải tăng công suất. Thành phần chủ yếu gây ra nhiễu cho hệ thống vệ tinh là anten thu và tầng vào của máy thu. Nhiễu từ anten do công suất bắn xạ của trái đất và anten sẽ thu nhận như nguồn tín hiệu. Các mức nhiễu này phụ thuộc hướng tính và góc ngẩng của vệ tinh. Ngoài ra nhiễu của hệ thống còn phụ thuộc vào điều kiện thời tiết. Ưu điểm của truyền hình vệ tinh. Một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu có khoảng cách rất xa do đó đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho các dịch vụ điểm- điểm. Không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật vì có môi trường truyền dẫn cao so với mặt đất. Việc thiết lập một đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn. Có thể sử dụng cho hệ thống điểm-đa điểm, có thể đặt vô số các điểm thu trên mặt đất, có khả năng phân phối chương trình với các hệ thống liên kết khác. Khả năng phủ sóng cao nhất, dễ dàng phủ sóng trên diện rộng, toàn cầu. Nhược điểm của truyền hình vệ tinh. Giá thành của hệ thống thu vệ tinh cao hơn so với hệ thống thu của truyền hình cáp và truyền hình số mặt đất. Chi phí đầu tư cho việc phóng vệ tinh riêng là rất lớn, tuy nhiên có thể thuê kênh vệ tinh của các nước đã có vệ tinh để phát. Phải xây dựng trạm để theo dõi và điều khiển vệ tinh liên tục để chỉnh vệ tinh vào đúng vị trí. 6.4 / Truyền hình MDS (Multipoint Distribution System). Hệ thống phân phối đa điểm MDS được FCC (Federal Communications Commission) phát minh ra năm 1970. Mục đích ban đầu là sử dụng các kênh MDS để truyền tải dữ liệu số hay chương trình truyền hình như một dịch vụ kinh doanh trong một khu vực nhỏ tập trung bán kính không quá 30 dặm. Hệ thống đầu tiên sử dụng sóng viba dải tần từ 2,1 GHz đến 2,7 GHz để cung cấp dịch vụ mạng đa điểm (ngày nay gọi là công nghệ “Push”). Những cố gắng để triển khai hệ thống đã trở nên vô vọng khi giá thành của hệ thống quá cao, công nghệ không thực tế cộng với sự lấn lướt của truyền hình cáp đã chôn vùi ý tưởng MDS trong hơn một thập kỉ. Tuy nhiên vào đầu của những năm thập kỉ 80, cùng với sự phát triển của dịch vụ truyền hình người ta đã nhận ra những giá trị khác biệt giữa những trạm thu mặt đất và hệ thống truyền dẫn MDS, các chương trình truyền hình có trả tiền bắt đầu sử dụng hệ thống MDS để truyền tải đến đầu cuối cáp tín hiệu, đến khách sạn và khu chung cư. 6.4.1 / Truyền hình MMDS (Multichanel Multipoint Distribution System). Hệ thống MMDS hiện nay là kết quả của rất nhiều thay đổi bởi các quy ước viễn thông năm 1996. FCC đã chuyển đổi 8 kênh cung cấp dịch vụ truyền hình cố định ITFS (Instructional Television Fixed Service) thành các kênh “full-time” MMDS nhằm thúc đẩy sự cạnh tranh của MMDS với dịch vụ truyền hình cáp trong vùng. Sự kết hợp giữa các kênh “full-time” và “part-time” đã tạo ra 31 kênh trong hệ thống MMDS như ngày nay. Hình 6.3 : Sự phân bố kênh theo tần số trong hệ thống MMDS. MMDS sử dụng tần số viba để truyền dẫn, yêu cầu của hệ thống truyền dẫn là phải thiết lập giữa anten thu và anten phát tầm nhìn thẳng không bị chắn. Cây cối và các tán lá rậm rạp trên tuyến truyền thẳng có thể làm nhiễu hay mất khối tín hiệu. Bộ điều chế sử dụng trong truyền dẫn của hệ thống MMDS giống như bộ điều chế trong hệ thống truyền hình cáp. Theo thiết kế ban đầu, hệ thống MMDS sẽ được sử dụng kết hợp với hệ thống truyền hình cáp (CATV) và các công nghệ phát quảng bá khác. Thiết lập điển hình của hệ thống MMDS thường được thực hiện như trong hình dưới đây Hình 6.4 : Hệ thống MMDS điển hình. Hệ thống không dây bao gồm các thiết bị đầu cuối (bộ thu tín hiệu từ vệ tinh, bộ truyền dẫn sóng, các thiết bị quảng bá khác, anten truyền dẫn) và các thiết bị thu tại mỗi thuê bao(anten, thiết bị đổi tần, set-top-box). Tín hiệu vào cho hệ thống MMDS có thể lấy từ nhiều nguồn như đầu cuối cáp, vệ tinh, truyền dẫn mặt đất... Các trạm lặp có thể được sử dụng để định hướng lại tín hiệu MMDS tới vùng cần phủ sóng. Anten phát xạ có thể phủ sóng tối đa trong vòng 35 dặm và phụ thuộc và công suất của trạm phát. Công suất phát thường từ 1W đến 100W và thường nhỏ hơn công suất cần thiết cho trạm phát quảng bá mặt đất hoạt động ở băng tần UHF, VHF. Hình 6.5 : Sơ đồ khối hệ thống phát và thu MMDS. Ưu điểm của truyền hình MMDS. Thiết lập hệ thống nhanh chóng. Giá thành hệ thống thấp (nhỏ hơn 25 % so với một hệ thống truyền hình cáp cùng hiệu năng). Cung cấp nhiều loại dịch vụ kết hợp như: internet, thoại, dữ liệu, đa phương tiện... Thích hợp với dịch vụ truyền hình trả tiền, dịch vụ yêu cầu tốc độ số liệu cao. Chi phí vận hành thấp. Dễ dàng thay đổi vùng phủ sóng. Nhược điểm của truyền hình MMDS. Tầm nhìn thẳng giữa anten thu và anten phát phải không bị chắn thì tín hiệu thu được mới đảm bảo. Chỉ thích hợp phủ sóng trong khu vực bán kính nhỏ. Truy cập từ khách hàng tới trạm phát bị hạn chế do băng thông của đường phản hồi hay còn gọi là đường lên (Ustream) hẹp, không đủ khả năng truyền tải dòng bit tốc độ cao. 6.4.2 / Truyền hình LMDS (Local Multipoint Distribution System). LMDS (còn gọi là mạng cáp quang không dây) là công nghệ truyền thống băng rộng cho video và số liệu được FCC hỗ trợ phát triển từ năm 1998. Hệ thống hoạt động trên công nghệ sử dụng sóng milimet trong dải tần 28 GHz (dòng xuống từ 27,5 GHz đến 28,35 GHz). Toàn bộ dải thông tần rộng tới 1 GHz và công nghệ này đã được thử nghiệm từ năm 1992 tại NewYork. Hiện nay LMDS đã được nâng cấp thành dịch vụ tương tác hai chiều (đường lên có dải tần 29,1 GHz đến 29,35 GHz) cho truyền hình và số liệu. Modem số liệu không dây của LMDS được thiết kế để có thể đạt tới tốc độ truyền 30 Mbyte hoặc hơn theo cả hai chiều, nó mở ra khả năng hiện thực đối với các dịch vụ băng rộng. LMDS có thể cung cấp truy nhập vào các mạng khác như PSDN/ISDN (Public Switching Telephone Network / Intergrated Services Digital Network) và có thể kết nối tới các mạng LAN (Local Area Network), có khả năng hoạt động như một mạng diện trung bình ATM (Asynchronous Transfer Mode) hay SONET (Synchronous Optical Network). Hình 6.6 : Phân bố băng tần LMDS (US). Hệ thống có thể truyền tải được 49 kênh TV trong vùng có bán kính 2 đến 3 dặm. Cấu trúc hệ thống sử dụng phương pháp điều tần công suất thấp (Low-Power), thu và phát với độ lệch 20 MHz mỗi kênh. Vùng phủ sóng của các trạm gốc BS (Base Station) trong hệ thống LMDS được chia thành từng ô (Cell) riêng biệt. Các kênh LMDS có thể được tái sử dụng giữa các cell. Chế độ hoạt động của hệ thống có thể là điểm-điểm hay điểm-đa điểm. Hình 6.7 : Sơ đồ tái sử dụng tần số với chia sector anten 900(a) và sector anten 600(b). Mục đích thiết kế của hệ thống là sử dụng một cách hiệu quả phổ tần số và giá thành hệ thống thấp. Giống như công nghệ của những mạng điện thoại tế bào (Cellular Telephone-System), dựa trên tính phân cực trực giao của tín hiệu, LMDS sử dụng xen kẽ tần số đối với các ô có không gian tiếp giáp nhau. Hệ thống LMDS điển hình gồm ba thành phần chính: Thiết bị nút mạng NNE (Network Node Equipment): cung cấp các cổng cơ bản để kết nối mạng truyền dẫn dùng đường dâyvào hệ thống LMDS. Thiết bị nút mạng tương tự như thiết bị số của trạm gốc, nó có nhiệm vụ cung cấp xử lý, nén tín hiệu số, mã hoá, điều chế, ghép kênh, định tuyến, giao tiếp giữa giao thức có dây và không dây... Thiết bị cao tần RFE (Radio Frequency Equipment): thiết bị này có cả ở trong NNE lẫn trong thiết bị truyền thông dùng cho khách hàng CPE (Customer Premises Equipment). RFE bao gồm các bộ thu và phát như là các anten. Thiết bị truyền thông dùng cho khách hàng CPE (Customer Premises Equipment): CPE bao gồm hai thành phần thiết bị là phần ngoài ODU (Outdoor Unit) và phần trong IDU (Indoor Unit). IDU được phân chia thành đơn vị giao diện mạng NIU (Network Interface Unit) và STB (Set-Top-Box). NIU là cổng giao tiếp giữa các thành phần RF và các thiết bị gắn bên trong. STB có tác dụng kết nối với ODU hoặc NIU và thực hiện giải nén tín hiệu video. ODU là bộ thu phát, được sử dụng cho các ứng dụng mạng số liệu tương tác hai chiều, nó cung cấp đường thông tin về trạm phát trong dịch vụ LMDS. Hình 6.8 : Cấu hình hệ thống LMDS. Đặc điểm LMDS MMDS Dải tần 28GHz đến 31GHz (US) 2GHz đến 42GHz (ROW) 2,5GHz đến 2,7GHz Bán kính phủ sóng tối đa 5 dặm 35 dặm Tốc độ bit Thông thường có thể đạt tới 45Mbps Tốc độ cụm có thể lên tới 311Mbps Thông thường từ 0,5Mbps đến 3Mbps Phương thức ghép kênh TDMA, FDMA, CDMA TDMA, FDMA, OFDM, CDMA, DOCSIS+ Giá thành bộ thu (CPE) Cao Thấp-Trung bình Bảng 6.1 : Bảng tóm tắt đặc điểm kĩ thuật chính của LMDS và MMDS. Kết luận Thế giới đã bước vào một kỉ nguyên mới của thời đại thông tin bằng sự hội tụ của các phương tiện truyền thông. Các ứng dụng mới đang được giới thiệu, các dịch vụ tổng hợp đang dần hình thành, các hàng rào ngăn cách giữa các dịch vụ riêng sẽ bị xoá bỏ để các dịch vụ này hòa nhập với nhau tạo thành một thể thống nhất. Với sự dịch chuyển từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, truyền hình đang dần hội nhập với các dịch vụ khác để tạo ra thế giới đa phương tiện nhằm có thể đáp ứng yêu cầu của con người một cách hữu hiệu nhất. Truyền hình trong tương lai sẽ không còn là loại thông tin một chiều theo kiểu truyền tin điểm-đa điểm, mà đó là loại thông tin hai chiều, dịch vụ tương tác, là kiểu thông tin giao dịch giữa điểm-điểm. Trong môi trường đa phương tiện, truyền hình từ một phương tiện thông tin đại chúng sẽ trở thành một phương tiện cá nhân. Truyền hình đa kênh sẽ được điều khiển bằng việc phân phối chương trình trực tiếp đến tận hộ gia đình và cung cấp sự lựa chọn rộng rãi cho người xem cả về thời điểm xem cũng như loại chương trình, chất lượng chương trình. Khi một lượng lớn các chương trình được cung cấp, lúc đó có thể coi truyền hình như một hệ thống thư viện ngay trong nhà. Mặt khác truyền hình được sử dụng như một thiết bị cho phép thu nhận các thông tin khác như số liệu, mua bán qua mạng... Truyền hình số trong tương lai thực sự là một phương tiện cực kì hữu ích cho đời sống con người trong giải trí và công việc. Với sự phát triển của khoa học công nghệ, sự hội nhập của truyền hình số để tạo nên môi trường đa phương tiện sẽ trở thành hiện thực trong một tương lai không xa. Trong quá trình làm đồ án tốt nghiệp em đã vận dụng được các kiến thức cơ bản mà thầy, cô đã truyền đạt trong những năm vừa qua đồng thời em cũng hiểu thêm được nhiều kiến thức mới, đặc biệt là các kỹ thuật nén tín hiệu audio, video và cách xử lý tín hiệu trong truyền dẫn phát sóng các chương trình truyền hình số. Một lần nữa em xin chân thành cảm ơn thầy Nguyễn Tiến Khải đã trực tiếp hướng dẫn em làm bản đồ án này. Đồng thời em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội đã truyền đạt cho em những kiến thức cơ bản trong những năm qua để em có thể hoàn thành đề tài được giao. Sinh viên Nguyễn Thành Nam Các từ viết tắt A/D Analog to Digital AC-3 5.1 Channel Digital Audio Compression System ACATS Advisory Committee on Advanced Television Systems (USA) ACI Adjacent Channel Interference AFC Automatic Frequency Control AGC Automatic Gain Control ATSC Advanced Television Systems Committee (USA) ATV Advanced Television AWGN Additive White Gaussian Noise B-pictures Bidirectionally predictive pictures (motion) compensation BAT Bouquet Association Table (part of SI) BER Bit Error Rate BRR Bit Reduction Rate. BST- OFDM Band Segmented Transmission - Orthogonal Frequency Division Multiplex C/I Carrier to Interference C/N Carrier to Noise CA Conditional Access CAT Conditional-Access Table (part of SI) CCI Co Channel Interference CD Compact Disk CIF Common Image Format COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing CPE Common Phase Error CRO Cathode Ray Oscilloscope CW Continuous Wave D/A Digital to Analog D/U Desired to Undesired DAB Digital Audio Broadcasting dB Decibel DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying. DBS Direct Broadcast Satellite DCA Department of Communications and the Arts DCT Discrete Cosine Transform DMV Digital Media Vision (company now called NDS broadcast) DPCM Differential Pulse Code Modulation DSP Digital Signal Processor DTB Digital Television Broadcasting DTT Digital Terrestrial Television DTTB Digital Terrestrial Television Broadcasting DTV Digital Television DVB Digital Video Broadcasting, suffixed S for satellite, C for cable, T for terrestrial, CS for SMATV, TXT for fixed-format teletext and MS for MMDS. DVC Digital Video Cassette DVD Digital Video Disk EBU European Broadcasting Union EDTV Enhanced Definition Television EIT Event Information Table (part of SI) ELG European Launching Group EPG Electronic Programme Guide EPROM Erasable Programmable Read Only Memory ETS European Telecommunication Standard ETSI European Telecommunication Standards Institute FACTS Federation of Australian Commercial Television Stations FCC Federal Communications Commission FEC Forward Error Correction FFT Fast Fourier Transform GA Grand Alliance GOP Group Of Pictures (motion compensation) GPS Global Positioning System HD High Definition HDTV High Definition Television Broadcasting HFC Hybrid Fibre Coax HP Hewlett Packard I-pictures Intra pictures (motion compensation) IBC International Broadcasting Conference ICI Inter-Carrier Interference IDCT Inverse Discrete Cosine Transform IEC International Electrotechnical Commission IF Intermediate Frequency IFFT Inverse fast Fourier transform IMD Inter-Modulation Distortion IR Infra Red IRD Integrated Receiver Decoder ISDB Integrated Services Digital Broadcasting ISO International Standardisation Organisation ITU International Telecommunication Union LDTV Low Definition Television LOP Limit of Perceptibility MAC Multiplexed Analog Components MATV Master Antenna Television MCC Multiplex Control Computer MMDS Multichannel, Multipoint Distribution System, or, multipoint microwave distribution system MPEG Video bit-rate reduction systems determined by the Moving Picture Experts Group NDS News Data Systems (company previously called DMV) NIT Network Information Table (part of SI) NTA National Transmission Authority OFDM Orthogonal Frequency Division Multiplexing P-pictures Predictive pictures PA Power Amplifier PAL Phase Alternate Line Television System PAT Programme Association Table (part of SI) PMT Programme Map Table (part of SI) PPV Pay Per View PRBS Pseudo Random Binary Sequence PROM Programmable Read Only Memory PSI Programme Specific Information (part of SI) PSP Programme Service Provider QAM Quadrature Amplitude Modulation QEF Quasi Error Free QPSK Quadrature Phase-Shift Keying R&S Rhode and Schwarz RF Radio Frequency RLC Run Length Coding RS Reed Solomon error protection RST Running Status Table (part of SI) Rx Receiver S/N Signal to Noise SCM Subjective Comparison Method SCPC Single Carrier Per Channel SDH Synchronous Digital Hierarchy SDT Service Description Table (part of SI) SFN Single Frequency Network SI Service Information, or housekeeping details added on to the video, audio and/or multi-media data stream SIF Simple Image Format SMATV Satellite Master Antenna Television SMS Subscriber Management System ST Stuffing Table (part of SI) TDT Time and Date Table (part of SI) TOT Time Offset Table (part of SI) TPS Transmission Parameter Signalling TREC Timing Recovery TS Transport Stream TSG Test Signal Generator TTL Transistor Transistor Logic Tx Transmitter UHF Ultra High Frequency 300-1000 MHz VHF Very High Frequency 50-300 MHz VLC Variable Length Coding VSB Vestigial Side Band modulation system, prefixed by, 8 for 8 level terrestrial or 16 for 16 level cable version Tài liệu tham khảo Micheal Robin, Michel Poulin “ Digital television fundamentals , design and installation of video and audio systems “ , Mc Graw Hill, 1997. Document 11-3/3-E of ITU “ A guide to digital terrestrial television broadcasting in UHF,VHF band “, 15/1/1996. European Broadcasting Union “ Digital video broadcasting (DVB) , frame structure, channel coding and modulation for digital television” , 8/1997. European Broadcasting Union “Implementation guidelines for DVB terrestrial services; Transmission aspects”, 12 /1997. Jerry C.Whitaker “DTV: The revolution in electronic imaging”, Mc Graw Hill, 1998. Stephen J.Solary “Digital video and audio compression” Mc Graw Hill, 1997. Đỗ Hoàng Tiến , Vũ Đức Lý “Truyền hình số” , nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, 2001. Nguyễn Kim Sách “Truyền hình số có nén và multimedia” , nhà xuất bản khoa học và kĩ thuật, 2000. Ngô Thái Trị “Truyền hình số” , 1998.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docKỹ thuật truyền hình số.doc