Tài liệu Nghiên cứu truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn dvb- s2 và thực trạng ứng dụng tại việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI ******** LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH THEO TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN: Phạm Đức Tuấn HÀ NỘI - 2012 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI ******** LUẬN VĂN THẠC SỸ TÊN ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH THEO TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM HỌ VÀ TÊN TÁC GIẢ LUẬN VĂN: Phạm Đức Tuấn Chuyên ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Nguyễn Thị Việt Hương HÀ NỘI - 2012 MỤC LỤC Trang phụ bìa Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU ................................................................................................................1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH 1.1. Truyền hình số ..................................................................................................... 3 1.1.1. Khái niệm chung.....................................................................................3 l.1.2. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình ....................................4 1.1.3. Quá trình chuyển đổi công nghệ tương tự - số.........................................6 1.1.4. Đặc điểm của truyền hình số...................................................................6 1.2. Thông tin vệ tinh .................................................................................................. 8 1.2.1. Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh..........................................................................8 1.2.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh................................................................9 1.2.3. Hệ thống thông tin địa tĩnh ...................................................................11 1.2.4. Trạm mặt đất ........................................................................................13 1.3. Truyền hình số qua vệ tinh ................................................................................ 14 1.3.1. Khái quát hệ thống truyền hình số qua vệ tinh. .....................................14 1 .3.2. Các tiêu chuẩn trong truyền hình vệ tinh..............................................18 1 4. Kết luận chương 1 .............................................................................................. 22 Chương 2 MỘT SỐ VẤN ĐỀ CỦA TIÊU CHUẨN DVB-S2 2.1. Kiến trúc hệ thống.............................................................................................. 23 2.1.1. Mode thích nghi kiểu truyền dẫn...........................................................24 2.1.2. Thích nghi luồng truyền tải...................................................................30 2.1.3. Mã hoá sửa lỗi trước FEC .....................................................................31 2.1.4. Ánh xạ bit vào các giản đồ chòm sao ....................................................38 2.1.5. Điều chế tín hiệu...................................................................................41 2.1.6. Khung lớp vật lý (PL) ...........................................................................42 2.1.7. Hình dạng băng cơ sở và điều chế vị trí góc vuông………………… 48 2.2. Một số đặc điểm nổi bật của tiêu chuẩn DVB-S2............................................ 48 2.2.1. Mã hóa LDPC/BCH..............................................................................48 2.2.2. Hệ số roll - off (α).....................................................................................49 2.2.3. Lựa chọn điều chế.................................................................................49 2.2.4. Các giải pháp kết hợp ...........................................................................50 2.2.5. Các khung vật lý PL .............................................................................50 2.2.6. Mã hóa điều chế không đổi ...................................................................50 2.2.7. Mã hóa điều chế thay đổi ......................................................................51 2.2.8. Mã hóa và điều chế thích nghi ACM.....................................................51 2.2.9. Mode tương thích ngược (BC mode) ....................................................51 2.3. So sánh một số thông số kỹ thuật của DVB-S2 với DVB-S ........................... 52 2.4. Kết luận chương 2 .............................................................................................. 55 Chương 3 MỘT SỐ DỊCH VỤ CỦA TIÊU CHUẨN DVB-S2 VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM 3.1. Một số dịch vụ của tiêu chuẩn DVB-S2 ........................................................... 57 3.l.l. Các ứng dụng quảng bá ..........................................................................57 3.1.2. Các ứng dụng tương tác ........................................................................58 3.1.3. Các dịch vụ góp tin. ..............................................................................62 3.2. Thực trạng sử dụng DVB - S2 tại Việt Nam. ................................................... 64 3.3. Một số đề xuất với truyền hình số vệ tinh ở Việt Nam ................................... 67 3.4. Kết luận chương 3 .............................................................................................. 68 KẾT LUẬN ..........................................................................................................69 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................71 PHỤ LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 8PSK 8-ary Phase Shift Keying Khóa dịch pha 8 mức 16APSK 16-ary Amplitude Phase Shift Keying Khóa dịch biên độ và pha 16 mức 32APSK 32-ary Amplitude Phase Shift Keying Khóa dịch biên độ và pha 32 mức ACI Adjacent Chanel Interference Nhiễu kênh cận kênh AGC Automatic Gam control Tự động điều chỉnh độ khuếch đại ACM Adaptive Coding and Modulation Mã hóa và điều chế thích nghi ASI Adjacent Satellite lnterference Nhiễu do vệ tinh cận kênh AVC Advanced Vi deo Coding Mã hóa vi deo tiến tiên AWGN Additive white Gaussian noise Tạp âm Gaussian tính cộng trắng BC Backwards Compatible Tương thích ngược BER Bit Enor Ratio Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha hai mức BCH Bode-Chaudhuri Hocquenghem Mã khối nhị phân sửa lỗi CNR Canier to Noise Ratio Tỷ số sóng mang trên tạp âm CBR Constant Bit Rate Tốc độ bit không đổi CCM Constant Coding and Modulation Mã hóa và điều chế không đổi CRC Cyclic Redundancy Check Mã kiểm tra chẵn lẻ vòng DFL Data Field Length Độ dài trường dữ liệu DTH Direct To Home Dịch vụ truyền hình vệ tinh tận nhà DVB Digital Video Broadcasting Tổ chức dự án phát thanh truyền hình số châu Âu DNP Deleted Null Packets EIRP Effective Isotropic Radiated Power Xóa các gói rỗng Công suất phát xạ đẳng hướng tương đương FEC Foward Error Correcection Mã sửa lỗi trước HDTV High Definition Television Truyền hình độ phân giải cao HP High Priorty Dòng dữ liệu độ ưu tiên cao HPA High Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao IF Intermediate Frequency Tần số trung tần ISI Intersybol Interference Nhiễu xuyên ký tự LDPC Low Density Parity Check Mã kiểm tra chẵn lẻ thấp LNA Low Noise Amflifier Bộ khuếch đại tạp âm thấp LNB Low Noise Block Bộ đổi tần, khuếch đại tạp âm thấp LP Low priority Dòng dữ liệu độ ưu tiên thấp MCPC Multi Chanel Pa Carrier Nhiều kênh trên một sóng mang MPE Multi-protocol Encapsulation Đóng gói đa thủ tục MUX Multiplexer Ghép kênh NP Null Packets Các gói trống NA Not Applicable Không ứng dụng PL Physical Layer Lớp vật lý PLS Physical Layer Signalling Báo hiệu lớp vật lý PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha QoS Quality òf Service Chất lượng dịch vụ QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điêu chế pha vuông góc RF Radio Frequency Tần số radio (cao tần) RS Reed - Solomon error correction code Mã sửa sai Reed - Solomon SCPC Single-channel-per- Carrier Đơn kênh trên một sóng mang SDTV Standard Definition Televition Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SOF Start Of Frame Bắt đầu khung SSPA Song State Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất bán dẫn SYNC Synchronization Đồng bộ TS Transport Stream Dòng truyền tải Tx Transmitter Máy phát tín hiệu TWTA Traveling Wave Tube Amplifier Bộ khuếch đại dùng đèn sóng chạy ULPC Uplink Power Control Điều khiển công suất phát lên UP User Packet Gói người dùng UPL User Packet Length Độ dài gói người dùng PAL Phase Altemate by Line Đảo pha theo dòng SECAM Sequential color with Màu tuần tự có nhớ NTSC National Television System Ủy ban hệ thống truyền hình Committee quốc gia Consultative Conmittee on Ủy ban tư vấn quốc tế về vô InternationnalRadiocommunications tuyến điện Internationnal Telecommunication Liên minh viễn thông quốc tế CCIR ITU Union QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều biên cầu phương UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao VHF Very High Frequency Tần số rất cao MPEG Motion Pictures Expert Group Nhóm chuyên gia về hình ảnh động MPEG-2 Motion Pictures Expert Group Nhóm chuyên gia về hình ảnh động-2 DVB-T DVB-Terrestrial DVB phát mặt đất DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Giao diện hệ thống..................................................................................25 Bảng 2.2. Bảng trường MATYPE-1.......................................................................29 Bảng 2.3. Bbheader cho dịch vụ quảng bá đơn luồng truyền tải.............................30 Bảng 2.4. Thông số mã hóa (cho khung FEC thường)............................................32 Bảng 2.5. Thông số mã hóa (khung ngắn)..............................................................32 Bảng 2.6. Đa thức sinh BCH (khung thường) ........................................................33 Bảng 2.7. Đa thức sinh BCH (khung ngắn)............................................................34 Bảng 2.8. Các giá trị q với khung thường ..............................................................36 Bảng 2.9. Các giá trị của q với khung ngắn............................................................36 Bảng 2.10. Cấu trúc khối chèn bit..........................................................................38 Bảng 2.11. Tỷ lệ bán kính γ tối ưu (kênh tuyến tính) cho 16APSK. ......................40 Bảng 2.12. Tỷ lệ bán kính γ1 và γ2 tối ưu (kênh tuyến tính) cho 32APSK...............41 Bảng 2.13. S = số khe (M = 90 biểu tượng) mỗi XFECFRAME ............................44 Bảng 2.14. Khối biểu đồ khả dĩ cho xáo trộn tạo chuỗi PL với n = 0 .....................47 Bảng 2.15. So sánh DVB-S2 với DVB-S ...............................................................54 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền hình số............................................... 3 Hình 1.2. Các quỹ đạo của vệ tinh ........................................................ 9 Hình 1.3. Hệ thống thông tin vệ tinh................................................... 11 Hình 1.7. Sơ đồ khối chức năng của hệ thống DVB – DSNG (301 210) ........................................................................................................... 21 Hình 2.1: Sơ đồ khối chức năng của hệ thống DVB-S2 ...................... 24 Hình 2.2. Sự bổ sung mã hóa CRC8 ................................................... 27 Hình 2.3. Định dạng luồng ở lối ra bộ chuyển đổi .............................. 27 Hình 2.4. Định dạng khung BBFRAME ở lối ra khối chuyển đổi....... 30 Hình 2.5. Quá trình mã hóa của PRBS ............................................... 31 Hình 2.7. Phối hợp chèn bit cho 8PSK và các khung FEC thường...... 37 Hình 2.8. Phối hợp chèn bit với 8PSK và khung FEC thường ............ 37 Hình 2.9. Ánh xạ bit vào chòm sao QPSK.......................................... 38 Hình 2.10. Ánh xạ bit vào chòm sao 8PSK......................................... 39 Hình 2.11. Giản đồ chòm sao tín hiệu 16APSK.................................. 39 Hình 2.12. Giản đồ chòm sao tín hiệu 32APSK.................................. 40 Hình 2.1 3 . Bốn kiểu điều chế trong DVB-S2.................................... 42 Hình 2.14. Định dạng của một “khung lớp vật lý” PLFRAME” ......... 44 Hình 2.15. Xáo trộn PL ...................................................................... 46 Hình 2.16. Cấu hình của khối xáo trộn mã PL cho n = 0 .................... 48 Hình 2. 1 7. Độ lợi công suất của DVB-S2 với DVB-S. ..................... 53 Hình 2 .1 9 . Hiệu suất băng thông theo C/N cửa kênh AWGN .......... 54 Hình 3.1. DVB - S2 cho quảng bá TV & HDTV sử dụng ACM. ........ 58 Hình 3.3. Sơ đồ khối cấu trúc hệ thống với đơn luồng chung lối vào trong khối điều chế ACM DVB-S2..................................................... 60 Hình 3.4. IP unicasting và ACM: đa dòng và bảo vệ đồng đều mỗi dòng ........................................................................................................... 61 Hình 3.5. Vùng phủ sóng của băng tần Ku của vệ tinh VINASAT1 ... 66 LỜI CẢM ƠN Trong lời đầu tiên của báo cáo luận văn tốt nghiệp “ Nghiên cứu truyền số vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB-S2 và thực trạng ứng dụng tại việt nam ” này, tôi xin chân thành cảm ơn Cô giáo PGS.TS Nguyễn Thị Việt Hương là người đã trực tiếp hướng dẫn, nhận xét, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Sau đại học, Viện Đại học Mở Hà Nội đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin chân thành cảm ơn tới tất cả các Thầy Cô giáo và bạn bè đồng nghiệp đã hỗ trợ, giúp đỡ tôi về mọi mặt trong quá trình thực hiện luận văn này. Do thời gian thực hiện có hạn, kiến thức chuyên môn còn nhiều hạn chế nên luận văn tôi thực hiện chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các Thầy giáo, Cô giáo và các bạn. MỞ ĐẦU Thông tin vệ tinh là hệ thống thông tin tiên tiến trên thế giới, nó khắc phục được những nhược điểm của các hệ thống thông tin khác đặc biệt là đối với những địa hình hiểm trở như miền núi, vùng sâu vùng xa và hải đảo. Vì vậy mà thông tin vệ tinh ngày càng khẳng định và phát triển cùng với sự phát triển của xã hội. Thông tin vệ tinh có rất nhiều ứng dụng hữu ích, trong đó truyền hình vệ tinh là một điển hình về lợi ích của hệ thống thông tin này. Nhận thức được ưu điểm của thông tin vệ tinh trong lĩnh vực truyền hình vệ tinh Đài truyền hình Việt Nam đã bắt đầu sử dụng công nghệ này từ những năm 1990 để truyền dẫn tín hiệu các chương trình truyền hình đến các trạm phát lại mặt đất tại các tỉnh, thành trong cả nước. Giai đoạn đầu sử dụng công nghệ tương tự ở băng C, sau đó chuyển sang dùng công nghệ số ở cả hai băng tần C và Ku. Đến năm 1998 Đài Truyền Hình Việt Nam đã thực hiện phủ sóng qua vệ tinh chương trình truyền hình số có nén, từ đó đến nay Đài đã và đang phát triển công nghệ truyền hình kỹ thuật số nói chung và truyền hình số vệ tinh nói riêng. Ngoài nhiệm vụ truyền dẫn từ Đài truyền hình trung ương đến các tỉnh thành trong cả nước thì năm 2002 Đài truyền hình Việt Nam đã sử dụng vệ tinh vào dịch vụ phát sóng truyền hình đến từng nhà với dịch vụ DTH với ưu điểm có thể sử dụng anten thu kích thước nhỏ băng tần Ku và ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S để phát truyền hình số vệ tinh. Hiện nay ngoài Đài truyền hình Việt Nam khai thác dịch vụ truyền hình số vệ tinh đến tận từng gia đình thì đầu năm 2009 công ty truyền thông đa phương tiện đã bắt đầu khai thác dịch vụ này với công nghệ tiên tiến của Châu Âu và sử dụng tiêu chuẩn DVB-S2 để phát và truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh Vinasat 1 trên băng tần Ku. Công nghệ DVB-S2 được ra đời từ năm 2003, nó đã và đang được thực hiện trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Tiêu chuẩn này có rất nhiều ưu điểm so với tiêu chuẩn DVB-S như tăng khả năng sử dụng băng tần, các kiểu điều chế, linh hoạt tín hiệu đầu vào, trang thiết bị không phức tạp … Ngày 16 tháng 5 năm 2012 VINASAT2 đã được phóng thành công lên quĩ đạo trở thành vệ tinh thứ 2, hai vệ tinh này trở thành một hệ thống vệ tinh 1 VINASAT sẵn sàng cung cấp các dịch vụ truyền hình có độ tin cậy cao, chất lượng cạnh tranh so với nhiều hệ thống vệ tinh của khu vực và thế giới. Cùng với sự phát triển của xã hội thì trong những năm tới nhu cầu sử dụng truyền hình có độ phân giải cao là rất lớn, ngoài những dịch vụ giải trí thì người dùng còn có những nhu cầu sử dụng các dịch vụ có băng thông lớn như intemet qua vệ tinh là rất lớn, tiêu chuẩn DVB-S2 là tiêu chuẩn hứa hẹn sẽ đáp ứng được nhu cầu ngày càng tăng này. Do vậy ứng dụng tiêu chuẩn DVB-S2 vào truyền hình số vệ tinh là rất cần thiết. Tuy nhiên công nghệ sử dụng tiêu chuẩn DVB-S2 ở Việt Nam đang rất mới mẻ, do đó cần có sự nghiên cứu về đặc tính, cấu hình hệ thống cũng như những đặc điểm nổi bật hơn của tiêu chuẩn này so với tiêu chuẩn thuộc thế hệ đầu tiên cùng những ứng dụng của DVB-S2 để đạt được hiệu quả kinh tế và kỹ thuật cao. Với các mục tiêu như vậy tác giả đã chọn đề tài “Nghiên cứu truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn DVB-S2 và thực trạng ứng dụng tại Việt Nam” để làm luận văn tốt nghiệp thạc sỹ. Cấu trúc của luận văn gồm: phần mở đầu và chương 1,2,3 cùng phần kết luận, tài liệu tham khảo. Nội dung chính của luận văn được trình bày trong 3 chương như sau: Chương 1: Trình bày những kiến thức tổng quan về truyền hình số nói chung và truyền hình số vệ tinh nói riêng, là cơ sở để trình bày ở chương 2. Chương 2: Nghiên cứu cấu trúc hệ thống, một số đặc điểm nổi bật của tiêu chuẩn DVB-S2, so sánh một số thông số kỹ thuật của DVB-S2 với DVB-S. Chương 3: Nghiên cứu một số dịch vụ của tiêu chuẩn DVB-S2, thực trạng sử dụng DVB-S2 tại Việt Nam và một số đề xuất với truyền hình số vệ tinh ở Việt Nam. 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH Ngày nay việc sử dụng vệ tinh trong các hệ thống thông tin đang ngày càng được quan tâm, là một yếu tố trở thành nhu cầu trong cuộc sống. Điều đó được thể hiện qua nhiều ưu điểm của hệ thống thông tin vệ tinh so với các hệ thống khác, đặc biệt là đối với những vùng có địa hình hiểm trở, phức tạp như vùng đồi núi hải đảo, các vùng nông thôn như nước Việt Nam chưa thuận tiện cho việc phát truyền dẫn các hệ thống viễn thông khác. Trong chương này luận văn tìm hiểu các vấn đề của truyền hình số nói chung và truyền hình số vệ tinh nói riêng như các tiêu chuẩn nén của truyền hình số, các tiêu chuẩn của truyền hình châu nhằm làm cơ sở cho việc nghiên cứu các vấn đề của truyền hình số vệ tinh theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB-S2. 1.1. Truyền hình số 1.1.1. Khái niệm chung Truyền hình số là kỹ thuật sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin, phương pháp truyền hình số được mô tả theo hình 1.1.[3]. Nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền hình số: đầu vào tiếp nhận tín hiệu tương tự, tại thiết bị mã hóa AD tín hiệu hình dạng tương tự sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, tín hiệu sau đó được ghép kênh và thực hiện mã hóa kênh. Các tham số và đặc trưng của tín hiệu số được xác định tương ứng với tiêu chuẩn truyền hình đã lựa chọn, tín hiệu truyền hình số sẽ thực hiện điều chế số để truyền đi các kênh thông tin gửi tới đầu thu. Tín hiệu truyền hình analog Biến đổi AD Nén: ghép kênh Mã hóa kênh Điều chế Phần phát Kênh thông tin Phần thu Tín hiệu truyền hình analog Biến đổi DA Tách kênh giải nén Giải mã hóa Hình 1.1. Sơ đồ hệ thống truyền hình số 3 Giải điều chế Tại đầu thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại đầu phát, giải mã tín hiệu thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự, hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình khi truyền qua kênh thông tin. Tín hiệu truyền hình số đã được mã hóa kênh đảm bảo chống sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin, thiết bị mã hóa kênh đảm bảo chống sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin, thiết bị mã hóa kênh phối hợp với đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị trên được gọi là bộ điều chế. l.1.2. Một số vấn đề trong biến đổi tín hiệu truyền hình Trong quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình, có một số vấn đề chủ yếu được đặt ra: 1 .1 2. 1. Lựa chọn độ phân giải cho một hình ảnh số Độ phân giải của dãy tín hiệu nhị phân biểu diễn một trong những chỉ tiêu chất lượng của kỹ thuật số hóa tín hiệu truyền hình. Nó phản ánh độ sáng, tối màu sắc của hình ảnh được ghi nhận và chuyển đổi. Về nguyên tắc, độ dài của những từ mã nhị phân càng lớn thì quá trình biến đổi càng chất lượng, nó được xem như độ phân giải của quá trình số hóa. Tuy nhiên, độ phân giải đó cũng chỉ đến một giới hạn nhất định là đủ thỏa mãn khả năng của hệ thống kỹ thuật hiện nay cũng như khả năng phân biệt của mắt người xem. Độ phân giải tiêu chuẩn hiện nay là 8 bit trong truyền dẫn và 10 bit trong sản xuất hậu kỳ. 1.1.2.2. Lựa chọn tần số lấy mẫu Giá trị tần số lấy mẫu đương nhiên phản ánh độ phân tích của hình ảnh số Nhưng mục đích của sự lựa chọn là tìm được một số giá trị tối ưu giữa một bên là chất lượng và một bên là tính kinh tế của thiết bị. Tần số lấy mẫu cần được xác định sao cho hình ảnh nhận được có chất lượng cao, tín hiệu truyền với tốc độ bịt nhỏ và mạch thực hiện đơn giản. Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng đến việc lựa chọn tần số và tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu màu. Tần số lấy mẫu của tín hiệu truyền hình phụ thuộc hệ thống truyền hình màu. Nếu lấy mẫu tín hiệu video tổng 4 hợp thì tần số lấy mẫu nhất thiết phải là bội số của tần số sóng mang màu, thông thường fsa = 3 ÷ 4fsc Trong đó: fsa là tần số lấy mẫu . fsc là tần số sóng mang màu Nếu không thỏa mãn điều kiện này, sẽ xuất hiện thêm các thành phần các tín hiệu phụ do tổ hợp của fsa và fsc hoặc hài của fsc trong phổ tín hiệu lấy mẫu, đặc biệt thành phần tín hiệu lấy mẫu, đặc biệt thành phần tín hiệu (fsa - 2fsc ) sẽ gây méo tín hiệu video tương tự được khôi phục lại từ tín hiệu số. Loại méo này gọi là méo điều chế chéo. Méo điều chế chéo không xuất hiện nếu biến đổi tín hiệu video thành phần. Do vậy, nếu biến đổi tín hiệu video thành phần, khái niệm tần số lấy mẫu là bội số nguyên lần tần số sóng mang màu là không cần thiết. Trong tiêu chuẩn truyền hình quốc tế CCIR-601 do tổ chức ITU quy định, tỷ lệ tần số lấy mẫu là 4:2:2. Đây cũng là cấu trúc sử dụng trong tiêu chuẩn truyền hình độ phân giải cao, màn hình rộng với tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 18MHZ [3]. 1.1 2.3 . Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu Nếu coi hình ảnh số là tập hợp của các con số thì việc sắp xếp, bố trí chúng theo một quy luật nào có lợi nhất. Mục đích của vấn đề là giảm tối thiểu các hiện tượng viền, bóng, nâng độ phân tích của hình ảnh. Việc lấy mẫu không những phụ thuộc theo thời gian mà còn phụ thuộc vào tọa độ các điểm lấy mẫu. Vị trí các điểm lấy mẫu hay còn gọi là cấu trúc mẫu được xác định theo thời gian, trên các dòng và các mành. Tần số lấy mẫu phù hợp với cấu trúc mẫu sẽ cho phép khôi phục hình ảnh tốt nhất. Do vậy, tần số lấy mẫu và cấu trúc lấy mẫu phải thích hợp theo cả ba chiều t, x, y. Có ba dạng liên kết vị trí lấy các điểm lấy mẫu được sử dụng cho cấu trúc lấy mẫu tín hiệu video. Đó là: cấu trúc trực giao, quyncux mành và quyncux dòng. 1.1.2.4. Lựa chọn tín hiệu số hóa Khi số hóa tín hiệu truyền hình, có hai phương thức: 5 - Biến đổi trực tiếp tín hiệu vi deo màu tổng hợp: Phương pháp biến đổi này cho ta dòng số có tốc độ bit thấp. Song tín hiệu video số tổng hợp còn mang đầy đủ các khiếm khuyết của tín hiệu video tương tự, nhất là hiện tượng can nhiễu chói - màu. - Biến đổi riêng các tín hiệu video thành phần: Các tín hiệu video thành phần là các tín hiệu chói, hiệu màu ER-EY, hiệu màu EB-EY hoặc các tín hiệu màu cơ bản: ER, EG, RB được đồng thời truyền theo thời gian hoặc ghép kênh theo thời gian. Phương pháp biến đổi tín hiệu video thành phần tuy cho tốc độ dòng bit lớn hơn song đã khắc phục được các nhược điểm của tín hiệu số video tổng hợp. Mặt khác, biến đổi tín hiệu video thành phần không còn phụ thuộc vào dạng hệ truyền hình màu PAL, SECAM, NTSC nên tạo thuận lợi cho việc trao đổi các chương trình truyền hình, tiến tới xây dựng một chuẩn chung về truyền hình số cho toàn thế giới. Bởi vậy, các tổ chức truyền thanh, truyền hình quốc tế đều khuyến cáo sử dụng hình thức biến đổi này. 1.1.3. Quá trình chuyển đổi công nghệ tương tự số Người ta đã cố gắng chuyển đổi công nghệ từ truyền hình tương tự sang truyền hình số, quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên tắc từng phần và xen kẽ. Khái niệm từng phần và xen kẽ được hiểu là sự xuất hiện dần các camera số gọn nhẹ, các studio số, các phòng phân phối phát sóng số, tiến đến một dây chuyền sản xuất hoàn toàn số. Mô hình trên cũng cho thấy rằng: đến một giai đoạn nào đó, sẽ xuất hiện tình trạng song song cùng tồn tại cả hai hệ thống công nghệ. Đó là thời kỳ bắt đầu ra đời máy phát số, đồng thời các máy thu hoàn toàn số và các SETTOP BOX là các hộp chuyển đổi (từ số sang tương tự) dành cho các máy thu thông thường hiện nay. 1.1.4. Đặc điểm của truyền hình số Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền chương trình truyền hình là thiết bị nhiều kênh. Ngoài tín hiệu truyền hình, còn có các thông tin kèm theo là các kênh âm thanh và các thông tin phụ, như các tín hiệu điện báo thời gian chuẩn, tần số 6 kiểm tra, hình ảnh tĩnh. Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các khoảng trống của đường truyền nhờ bộ ghép kênh. - Yêu cầu về băng tần: Yêu cầu về băng tần là sự khác nhau rõ nhất giữa tín hiệu số và tín hiệu tương tự. Tín hiệu số vốn gắn liền với yêu cầu băng thông rộng hơn. Tuy nhiên trong thực tế băng tần này không chỉ sử dụng cho tín hiệu hình ảnh, ngược lại, với dạng số có khả năng cho phép giảm độ rộng băng tần là rất lớn. Với các kỹ thuật nén băng tần tỷ lệ đạt được có thể tới 100:1 hoặc 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 của tín hiệu. - Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N): Tỷ lệ S/N lớn hơn nhiều so với truyền hình tương tự, do khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn và ghi dữ liệu. Trong truyền hình số, nhiễu tín hiệu được khắc phục bằng các mạch sửa lỗi để khôi phục lại dòng bit ban đầu. Tỷ lệ (S/N) suy giảm khi tỷ lệ BER (tỷ lệ lỗi bit) quá lớn. Đặc điểm này rất hữu ích khi thực hiện sản xuất chương trình truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp (ghi đọc nhiều lần), trong việc truyền tín hiệu qua nhiều chặng mà không bị suy giảm chất lượng tín hiệu hình. Tuy nhiên truyền hình số còn gặp một vài khó khăn khi thực hiện kiểm tra chất lượng kênh truyền trên một vài điểm truyền, vì tại các điểm thử cần có bộ chuyển đổi DA. - Méo phi tuyến: Truyền hình số không bị ảnh hưởng của 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 trình nhiều lần. Đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuếch đại vi sai như hệ NTSC. - Giá thành và độ phúc tạp: Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn mạch tương tự, khi mới xuất hiện, giá thành thiết bị số cao hơn nhiều so với thiết bị tương tự. Sau này các mạch số tích hợp cỡ lớn LSI và rất lớn VLSI xuất hiện làm giảm giá thành trang thiết bị số. - Xử lý tín hiệu: Truyền hình 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 là một chuỗi số “0”, “l” có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ việc lưu trữ các bit trong bộ nhớ và có thể đọc ra với tốc độ 7 nhanh. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện được dễ dàng là: sửa lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần, . . : - Khoảng cách giữa các trạm truyền hình và đồng kênh: Truyền hình số DVB cho phép các trạm truyền hình đồng' kênh thực hiện ở một khoảng cách gần nhau hơn so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu. Truyền hình số ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh đồng thời. Truyền hình số có khả năng thay thế xung xóa và xung đồng bộ bằng các từ mã – nơi mà trong hệ thống truyền dẫn tương tự gây ra nhiễu lớn. Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh, kết hợp việc giảm bang tần tín hiệu giúp cho nhiều trạm phát hình phát các chương trình với độ phân giải cao HDTV. 1.2. Thông tin vệ tinh Ngày nay đang có hàng ngàn vệ tinh đang bay trên bầu trời với những công nghệ khác nhau, phục vụ cho nhiều mục đích của con người và trở nên không thể thiếu được trong lĩnh vực thông tin. Để giải quyết vấn đề lựa chọn được vệ tinh phù hợp cho dịch vụ truyền hình vệ tinh của Việt Nam thì sự tìm hiểu về hệ thống thông tin vệ tinh là rất cần thiết, làm cơ sở cho việc lựa chọn và đề xuất các vấn đề cần giải quyết trong luận văn. Một đặc điểm quan trọng của truyền hình vệ tinh là thường chỉ sử dụng các vệ tinh địa tĩnh, do đó đề tài chỉ đi sâu nghiên cứu vệ tinh địa tĩnh [2]. 1.2.1. Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh Quỹ đạo vệ tinh được các nhà thiên văn tính toán rất phức tạp và cụ thể, có thể phân loại theo các cách khác nhau, như phân loại theo tính chất hoặc độ cao. Quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh có đặc điểm thích hợp cho các ứng dụng trong thông tin vệ tinh Nhà khoa học người úc H. Noordring đã chứng minh được rằng một vệ tinh tại quỹ đạo tròn trên mặt phẳng xích đạo có độ cao khoảng 35.786 km được coi là cố định so với một điểm trên trái đất [2] . Quỹ đạo địa tĩnh là quỹ đạo tròn và có một số đặc điểm sau: - Nằm trên mặt phẳng xích đạo. - Quỹ đạo tròn có độ lệch bằng 0 do đó không có cận điểm và viễn điểm. 8 - Bán quỹ đạo tính từ tâm trái đất là 42.164 km hay có độ cao so với mực nước biển là 35.786 km. - Chia được thành các cung độ tương ứng với kinh tuyến trái đất. - Vận tốc góc của vệ tinh là 72,9.10-6 rad/s - Chu kỳ quay là 23h53'4'', xấp xỉ 1 ngày - Góc nhìn từ vệ tinh xuống trái đất là 17,30 - Vùng nhìn thấy vệ tinh trên bề mặt trái đất chiếm khoảng 42% bề mặt. Hình 1.2. Các quỹ đạo của vệ tinh 1.2.2. Đặc điểm của thông tin vệ tinh - Vùng phủ sóng lớn, có thể nhìn thấy hơn 1/3 bề mặt trái đất nên với 3 vệ tinh có thể bao trùm toàn bộ bề mặt trái đất, trừ vùng cực. - Dung lượng thông tin lớn: với băng tần công tác rộng, áp dụng các kỹ thuật tái sử dụng băng tần nên hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt được một dung lượng thông tin lớn một cách nhanh chóng. Khả năng thông tin và độ tin cậy thông tin cao vì trên một tuyến thông tin chỉ gồm 3 trạm, trong đó vệ tinh đóng vai trò một trạm lặp trên quỹ đạo, còn 2 trạm đầu cuối nằm trên mặt đất vì vậy xác suất hư hỏng trên toàn tuyến là rất thấp. Theo thống kê và tính toán, khả năng thông tin liên lạc thông suốt có thể đạt từ 99,9% đến 99,99% trên thời gian trong một năm phụ thuộc vào băng tần sử dụng. 9 - Khả năng thiết lập tuyến thông tin nhanh, có tính linh hoạt cao, các trạm mặt đất có thể ở rất xa nhau về mặt địa lý mà vẫn có thể tăng giảm dung lượng và thay đổi cấu hình hệ thống dễ dàng theo yêu cầu khai thác. Điều này đặc biệt phù hợp với các dịch vụ truyền hình trực tiếp tại đất nước có địa hình phức tạp như Việt Nam. - Đa dạng về dịch vụ, từ thoại, fax, phát thanh truyền hình quảng bá đến VSAT, thông tin di động, hàng hải, truy cập intemet tốc độ cao ... - Có khả năng sử dụng nhiều băng tần công tác: + Băng tần L: 1,5 - 1,6GHZ + Băng tần S: 2,0 - 2,7 GHZ (băng tần S và băng L thường không sử dụng trong hệ thống thông tin vệ tinh địa tĩnh) + Băng C: 3,7 - 7,25GHZ + Băng X: 7,25 - 8,4 GHZ + Băng Ku: 10,7 - 1 8 GHZ + Băng Ka: 18 - 3 1 GHZ Băng tần sử dụng trong thông tin vệ tinh hiện nay đã được tổ chức liên minh viễn thông quốc tế ITU quy định rất cụ thể để đảm bảo tính công bằng và hiệu quả trong việc sử dụng quỹ đạo vệ tinh địa tĩnh. ITU chia các băng tần dùng trong thông tin vệ tinh thành 2 loại: - Băng tần quy hoạch: là các băng tần được dành riêng phân bố cho mỗi quốc gia một hoặc nhiều vị trí quỹ đạo với phổ tần nhất định. Vị trí quỹ đạo và phổ tần này có thể được các quốc gia sử dụng vào bất kỳ lúc nào hoặc để dành cho tương lai và không thay đổi. Các hệ thống khi sử dụng băng tần phải tuân theo các qui định về thông số hệ thống trong bảng qui hoạch và do đó sẽ hạn chế tính linh hoạt của hệ thống. - Băng tần không quy hoạch: là các băng tần được quốc gia sử dụng chung và đăng ký với ITU trên cơ sở ai đến trước thì được dùng trước. Các hệ thống phải phối hợp với nhau để giải quyết vấn đề can nhiễu và các hệ thống đến trước có quyền ưu tiên hơn. 10