Tài liệu

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP NÔNG NGỌC KHÁNH CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 VÀ ỨNG DỤNG TẠI TỈNH TUYÊN QUANG LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS-TS NGUYỄN THANH HÀ Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ii ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP LỜI CAM ĐOAN NÔNG NGỌC KHÁNH Tên tôi là: Nông Ngọc Khánh Sinh ngày 23 tháng 03 năm 1982 viên lớp cao học khóa 16- chuyên ngànhĐẤT Kỹ thuật điện tử- Trƣờng Đại CÔNGHọc NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT DVB-T2 ỨNG DỤNG TẠINguyên TỈNH TUYÊN QUANG học VÀ kỹ thuật Công nghiệp Thái Hiện đang công tác tại: Đài Truyền Thanh- Truyền Hình Huyện Chiêm HóaTuyên Quang Tác giả xin cam đoan: Đề tài “Công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T2 và ứng dụng tại tỉnh Tuyên Quang “do thầy giáo P.GS-.TS. Nguyễn Thanh Hà hƣớng LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT dẫn là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Nội dung trong luận văn đúng nhƣ trong đề cƣơng và yêu cầu của Thầy giáo hƣớng dẫn, tất cả các tài liệu tham khảo đều có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng. Nếu sai tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. KHOA CHUYÊN MÔN TRƢỞNG KHOA NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nông Ngọc Khánh Nguyễn Duy Cƣơng Nguyễn Thanh Hà PHÒNG ĐÀO TẠO Thái Nguyên, tháng 12-2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Trong thời gian học và làm đề tài thạc sỹ, em đã nhận được sự truyền đạt về kiến thức, phương pháp tư duy, phương pháp luận của các giảng viên trong trường. Sự quan tâm rất lớn của nhà trường, các thầy cô giáo trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên và các bạn cùng lớp. Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Khoa đào tạo Sau đại học, các thầy cô giáo tham gia giảng dạy đã tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện để em hoàn thành luận văn này. Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành nhất đến thầy P.GS-.TS. Nguyễn Thanh Hà và tập thể cán bộ giảng viên bộ môn. Hội đồng bảo vệ đề cương thạc sỹ đã cho những chỉ dẫn quý báu để em hoàn thành luận văn này. Mặc dù đã cố gắng, xong do kiến thức và kinh nghiệm còn hạn chế nên chắc chắn luận văn không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong muốn sẽ nhận được những chỉ dẫn từ các thầy, cô giáo và các bạn học để luận văn được hoàn thiện và có ý nghĩa hơn trong thực tiễn. Xin chân thành cảm ơn! Học viên Nông Ngọc Khánh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv MỤC LỤC MỞ ĐẦU .....................................................................................................................1 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SÔ ........................2 1.1. Giới thiệu hệ thống truyền hình số ......................................................................2 1.2 Đặc điểm hệ thống truyền hình số ........................................................................2 1.3. Sự cần thiết và ƣu điểm của truyền hình số: ........................................................2 1.4. Ba tiêu chuẩn truyền hình số hiện nay trên thế giới .............................................4 1.4.1 Chuẩn ATSC ......................................................................................................5 1.4.2.Chuẩn ISDB-T ...................................................................................................7 1.4.3.Chuẩn DVB ........................................................................................................9 CHƢƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T. ....10 2.1 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T .................................................10 2.1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T ....................................10 2.2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T .......................................10 2.2 Đặc tính kỹ thuật của DVB-T ............................................................................16 2.2.1 Bộ điều chế DVB-T ........................................................................................16 2.2.4 Tổ chức kênh trong OFDM ..............................................................................25 2.2.5. Phƣơng thức mang dữ liệu trong COFDM .....................................................28 2.3. Mã hóa kênh trong DVB-T ................................................................................29 2.3.1.Mã hóa phân tán năng lƣợng ............................................................................30 2.3.2.Mã ngoại (outer coding) ...................................................................................31 2.3.3.Ghép xen ngoại (outer interleaving) ................................................................32 2.3.4.Mã hoá nội (inner coding) ................................................................................33 2.3.5.Ghép xen nội ....................................................................................................35 2.4 Một số khả năng ƣu việt của DVB-T ..................................................................40 2.4.1 Điều chế phân cấp ............................................................................................40 2.4.2. Mạng đơn tần SFN ..........................................................................................45 Chƣơng III: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 .....49 3.1. Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2. .....................49 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v 3.2 Những ƣu điểm cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2: ...............................................49 Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 ....................................51 3.3 Các đặc tính kỹ thuật của truyền hình số mặt đất DVB- T2 ...............................51 3.3.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2: ..............................................................................51 3.3.2 Một số tính năng mở rộng của DVB-T2 ..........................................................53 3.4 Những giải pháp kỹ thuật cơ bản: .......................................................................53 3.4.1 Mô hình cấu trúc DVB-T2 ...............................................................................54 3.4.2 Mã hóa và ghép kênh. ......................................................................................54 3.4.3 Bộ điều chế DVB-T2 (DVB-T2 Modulator)....................................................55 3.4.4 Các ống lớp vật lý ............................................................................................56 3.4.5 Băng tần phụ (1.7 Mhz và 10 Mhz). ................................................................60 3.4.6 Các mode sóng mang mở rộng (đối với 8K, 16K, 32K). .................................60 3.4.7 MISO dựa trên Alamouti (trên trục tần số). .....................................................61 3.4.8 Symbol khởi đầu (P1 và P2). ...........................................................................62 3.4.9 Mẫu hình tín hiệu Pilot (Pilot Pattern). ............................................................63 3.4.10 Phƣơng thức điều chế 256-QAM. .................................................................64 3.4.11 Chòm sao xoay (Rotated Constellation). .......................................................65 3.4.12 16K, 32K FFT và tỷ lệ khoảng bảo vệ 1/128. ................................................66 3.4.13 Kỹ thuật giảm thiểu tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình (Peak – to – average Power Ratio – PAPR). .................................................................................66 3.4.14 Mã sửa sai LDPC/BCH. .................................................................................67 3.4.15 Tráo bít, tráo tế bào, tráo thời gian .................................................................67 3.4.16 Điều chế và mã sửa sai dữ liệu lớp 1 .............................................................70 3.4.17 Cấu trúc khung tín hiệu DVB-T2 ...................................................................70 3.5 Khả năng vƣợt trội của DVB-T2 so với DVB-T ................................................71 3.5.1 Các thông số mở rộng FFT. .............................................................................71 3.5.2 Mở rộng băng thông .........................................................................................74 3.6 Kết luận chƣơng: .................................................................................................77 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi CHƢƠNG IV: KIẾN NGHỊ ỨNG DỤNG ĐƢA CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T2 VÀO TỈNH TUYÊN QUANG .........................................78 4.1 Triển khai công nghệ truyền hình DVB-T2 tại Tuyên Quang ............................78 4.1.1 Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất .............................................................79 4.1.2: Vùng phủ sóng DVB-T tại tỉnh Tuyên Quang .................................................... TÀI LIỆU THAM KHẢO:........................................................................................84 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Phổ của tín hiệu tƣơng tự và tín hiệu số......................................................3 Hình 1.2: Phát hình DVB-T .......................................................................................4 Hình 1.3: Bản đồ phân bố các nƣớc trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T. .........5 Hình 1.4: Khung dữ liệu VSB .....................................................................................7 Hình 2.0:Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T................11 Hình 2.1. Sơ đồ khối máy phát truyền hình số mặt đất DVB-T ............................... 12 Hình 2.2: Hiện tƣợng trễ gây xuyên nhiễu giữa các symbol..................................... 20 Hình 2.3: Chèn thêm khoảng bảo vệ ........................................................................22 Hình 2.4: Chèn thêm các scattered pilot ...................................................................24 Hình 2.5 Phân chia kênh ...........................................................................................25 Hình 2.6: Ví dụ về đáp ứng kênh thay đổi theo thời gian với hai đƣờng trễ, mỗi cái có một độ dịch tần Doppler khác nhau, cùng với đƣờng tín hiệu chính. Trục z miêu tả biên độ đáp ứng kênh. ...........................................................................................26 Hình2.7: Chèn các sóng mang phụ ...........................................................................26 Hình 2.8: Chèn khoảng bảo vệ ..................................................................................27 Hình 2.9: Dạng tín hiệu minh hoạ khi có khoảng bảo vệ..........................................27 Hình2.10: Các sóng mang đồng bộ ...........................................................................28 Hình 2.11: Thực hiện mapping dữ liệu lên các symbol ............................................29 Hình 2.12: Chòm sao cơ sở của DVB-T ...................................................................29 Hình 2.13: Sơ đồ mô tả nguyên lý ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên chuỗi số liệu. ........30 Hình 2.14: Sơ đồ nguyên lý của bộ ghép và tách ngoại ...........................................32 Hình 2.15: Các bƣớc trong quá trình ngẫu nhiên, mã ngoại, ghép ngoại. (n =2, 3,... 8) ..... 33 Hình 2.16: Sơ đồ thực hiện mã chập tốc độ 1/2 ........................................................34 Hình 2.17: Sơ đồ thực hiện việc ghép nội và mapping theo mô hình không phân cấp ...................................................................................................................................37 Hình 2.18: Sơ đồ thực hiện ghép nội và mapping theo mô hình phân ......................38 Hình 2.19: Chòm sao phân cấp DVB-T ....................................................................41 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii Hình 2.20: Sơ đồ phủ sóng tƣợng trƣng sử dụng điều chế phân cấp. .......................43 Hình 2.21: Đồng bộ miền tần số ...............................................................................46 Hình 2.22: Đồng bộ về mặt thời gian ........................................................................47 Hình 3.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 .................................................................... 53 Hình 3.2: Mô hình chung hệ thống DVB-T2 ............................................................54 Hình 3. 3: Vai trò của T2- Gateway ..........................................................................55 Hình 3. 4: ống lớp vật lý ...........................................................................................56 Hình 3.5: Khung T2 ở chế độ M-PLP .......................................................................58 Hình 3.6: DVB-T2 ở chế độ M-PLP cho nhiều dịch vụ khác nhau ..........................59 Hình 3.7: Mật độ phổ công suất đối với mode 2K và 32K ....................................... 63 Hình 3.8: Mô hình MISO .......................................................................................... 63 Hình 3.9 .....................................................................................................................62 Hình 3.10 Mẫu tín hiệu Pilot phân tán DVB-T .........................................................63 Hình 3.11: Mẫu tín hiệu phân tán DVB-T2 ..............................................................63 Hình 3.12: Đồ thị chòm sao 256- QAM....................................................................64 Hình 3.13: Chòm sao 10-QAM xoay ........................................................................65 Hình 3.14 Tráo tế bào................................................................................................68 Hình 3.15 ...................................................................................................................70 Hình 3.16: cấu trúc khung DVB-T2..........................................................................71 Hình 4.2: Phổ tín hiệu DVB-T2 lý thuyết với khoảng bảo vệ- GI=1/8( Kênh 8MHz với chế độ sóng mang mở rộng 8K,16K,32K) ..........................................................74 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT ATSC Advanced Television System Commitee Active Constellation Extension – mở rộng chòm sao tích cực BPSK Binary Phase Shift Keying – Khóa dịch pha hai mức BCH Bose-chaudhuri - hocquenghem Cosultative Committee on International Telegraph and Telephon Cosultative Committee on International Radio Comtes Europesen de Normalisation ELECtrotechnique Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Common Souree Intermediate Format DCT Discrete Cosine Transform – Chuyển đổi cosin rời rạc DFT Discrete Fourier Transform - Chuyển đổi Fourier rời rạc DPCM Differential Pulse Code Modulation – Điều chế xung mã vi sai Differential Quadratue Phase Shift Keying Digital Terrestral Television broadcasting DVB Digital Video broadcasting – Quảng bá truyền hình số DVB-C DVB- Cable- Truyền dẫn truyền hình số qua cáp DVB-S DVB – Satellite - Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh DVB - T DVB – Terrestrial - Truyền dẫn truyền hình số mặc đất Eruopean Telecommunications Standards Institute ES dòng cơ bản (Elementary Strcam) FEC Forward Error Correction – hiệu chỉnh lỗi trƣớc FFT Fast Fourier Transform – Chuyển đổi Fourier nhanh FSK Fequeney Shift Keying – Khóa dịch tần GOP Group Of Picters – Nhóm ánh (trong Mpeg) HDTV Hing Definetion TeleVision – truyền hình phân giải cao I In-phase – Đồng pha (dùng trong QAM) Q Quadrature phase – Vuông pha (dùng trong QAM) IDFT Inverse DFT – DFT ngƣợc International Electrotechical Commission (partofthe ISO) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn x IFFT Inverse FFT – FFT ngƣợc Intergeged Services Digital Broadcasting – Terrestrial International Standard Organization – Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ISO International Telecommunication Uinion LP Low Priority bit stream – Dòng bít ƣu tiên thấp PLP Physical Layer Pipes - ống lớp vật lý (dùng trong DVB-T2) Low Density Check – kiểm tra cƣờng độ ƣu tiên thấp (dùng trong DVB-T2) MB Macro Block – Khối macro (dùng trong MPEG – 2) ML Main Level (dùng trong MPEG – 2) MP Main Profile (dùng trong MPEG – 2) MPEG Moving Pictes Experts Group MISO (Multiple Input, Single Output) – đa anten phát, một anten thu Ortogonal Frequeney Division Multiplexing OOK On – off – Key – Khóa tắt mở Phase Alternating Line QAM Quadrature Amplitude Modulation – Điều chế biên độ vuông góc QPSK Quadrature Phase Shifi Keying – Khóa dịch pha vuông góc RS Reed – Solomon SDTV Standard Definition Tele Vision – Truyền hình phân giải tiêu chuẩn SFN Single Frequency Network – Mạng đơn tần số TS Transport Stream – Luồng truyền tải TR Tone Reservation – hạn chế âm sắc UHF Ultra – Haing Frequency VHF Very-High Frequency VLC Variable Length Coding – Mã có độ dài thay đổi VSB Vestigial sideband – Biên tần cụt Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU Với sự phát triển kinh tế và khoa học kỹ thuật, các nghành công nghệ trong đó nghành có ngành công nghệ điện tử viễn thông đã có sự phát triển vƣợt bậc trong 3 thập kỷ vừa qua đem lại nhiều thành tựu phát minh ứng dụng trong sản xuất, trong đời sống xã hội. Công nghệ truyền hình là một bộ phận quan trọng trong lĩnh vực điện tử viễn thông, nó có những ứng dụng rộng rãi nó có ứng dụng rộng rãi trong đời sống xã hội đồng thời trong phát triển văn hóa tinh thần.Trong những năm gần đây chúng ta đã chứng kiến trong truyền hình chuyển đổi từ truyền hình tƣơng tự sang truyền hình số. Việt Nam cũng không nằm ngoài su thế đó đang chuyển đổi một cách ngoạn mục trong lĩnh vực truyền hình quảng bá và truyền hình trả tiền. Từ đầu những năm 90 đến nay ngành truyền hình đã ứng dụng các thành tựu công nghệ truyền hình vệ tinh, truyền hình cáp, và đặc biệt số hóa truyền hình số mặt đất. Quyết định 2451/ QĐ TTg ngày 27 tháng 12 năm 2 011 của Thủ tƣớng chính phủ phê duyệt “ Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020” Theo thông báo số 21/TB- BTTTT “ Kết luận của trƣởng ban chỉ đạo đề án số truyền hình Việt Nam tại phiên họp lần 4 của ban chỉ đạo(16/1/2014)”. Nếu nhƣ với truyền hình tƣơng tự hiện nay, chỉ có thể truyền tải một kênh chƣơng trình truyền hình trên một kênh tần số 8 MHz, thì với kỹ thuật số tiêu chuẩn DVB-T2 cho phép truyền tải khoảng 20 chƣơng trình truyền hình SD trên một kênh 8 MHz, nghĩa là truyền hình số sẽ cần ít phổ tần số hơn số với truyền hình tƣơng tự. Chính vì vậy, sau khi hoàn thành số hóa truyền hình sẽ có một phần băng tần dành cho truyền hình sẽ dôi dƣ. Băng tần này đƣợc gọi là Băng tần lợi ích số hóa truyền hình (có tên gọi là băng tần Digital Dividend). Băng tần Digital Dividend đƣợc bộ phận Thông tin vô tuyến của Liên minh Viễn thông Quốc tế (ITU-R) đánh giá là băng tần tiềm năng cho công nghệ thông tin di động (TTDĐ) băng rộng IMTAdvanced (thông tin di động 4G). Nên qua thời gian rất ngắn tôi đi đến quyết định chọn đề tài “Công nghệ truyền hình số mặt đất DVB-T2 và ứng dụng tại tỉnh Tuyên Quang” để nghiên cứu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SÔ 1.1. Giới thiệu hệ thống truyền hình số Công nghệ truyền hình sô hơn hẳn so với truyền hình tƣơng tự nhƣ: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng nhiều chƣơng trình trên 1 kênh, có khả năng phát hiện lỗi và sửa lỗi, khắc phục đƣợc những ƣu điểm, có khả năng tƣơng thích vơí nhiều loại hình dịch vụ khác nhau cũng nhƣ khả năng phát sóng các chƣơng trình truyền hình độ phân giải cao HDTV…. Việc truền hình tín hiệu truyền hình số thông qua cáp đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất. 1.2 Đặc điểm hệ thống truyền hình số Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền dẫn chƣơng trình truyềnh nhiều kênh. Tín hiệu truyền hình số yêu cầu băng thông rộng hơn, ngoai tín hiêệu truyền hình còn có kèm theo các kênh âm thanh và các thông tin khác nhau nhƣ: thời gian chuẩn, các thông tin phụ….đƣợc ghép vào các khoảng trống của đƣờng truyền. Ít bị tác động của nhiễu, khả năng chống nhiễu và sửa lỗi tốt hơn, có thể khắc phục đƣợc hiện tƣợng chồng phổ tín hiệu, hiện tƣợng bóng ma(Ghosts) so với truyền hình tƣơng tự Việc truyền tín hiệu số đƣợc thực hiện khi đảm bảo sự tƣơng quan giữa các kênh truyền tín hiệu. Do đó, các thông tin đồng bộ đƣợc đƣa vào để đồng bộ các tín hiệu có thể khóa mã dễ dàng Quá trình xử lý tín hiệu số đơn giản hơn nhiều so với tín hiệu tƣơng tự nhƣ: sửa đổi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, giảm độ rộng băng tần….. 1.3. Sự cần thiết và ƣu điểm của truyền hình số: Khởi điểm chỉ là truyền hình đen trắng, kỹ thuật còn thô sơ, rồi xuất hiện truyền hình màu. Lúc đó ngƣời xem đã cảm thấy rạng rỡ hơn nhiều rồi. Nhƣng công nghệ thì không bao giờ dừng lại vì nhu cầu của ngƣời xem cũng không bao giờ dừng lại. Các chƣơng trình sinh động hơn, linh hoạt hơn, thêm rất nhiều dịch vụ mới ra đời. Nếu trƣớc kia việc mong ƣớc đƣợc chứng kiến trực tiếp một sự kiện nào đó xảy ra ở bên kia bán cầu chỉ có ở trong mơ thì ngày nay nhu cầu của ngƣời xem đã vƣợt xa hơn nhiều. Các chƣơng trình phải có độ nét cực cao, xem đồng thời rất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3 nhiều chƣơng trình dù ở bất cứ nơi nào, bất cứ thời điểm nào. Rồi thì không chỉ đơn thuần là xem, họ còn muốn can thiệp trực tiếp vào các chƣơng trình, nghĩa là truyền hình không còn đơn thuần chỉ là thông tin một chiều. Còn rất nhiều các nhu cầu của ngƣời xem, những nhu cầu mà trƣớc kia tƣởng chừng không bao giờ thực hiện nổi thì ngày nay hoàn toàn có thể, đó là nhờ một công nghệ mới - truyền hình số. Một máy phát truyền hình số có thể phát đƣợc 4 đến 5 chƣơng trình truyền hình trong khi một máy phát analog nhƣ ở ta đang sử dụng chỉ phát đƣợc một chƣơng trình duy nhất theo hệ PAL. Xét về mặt phổ ta thấy ở tín hiệu tƣơng tự phổ chỉ tập trung năng lƣợng vào các sóng mang hình, tiếng và burst màu. Trong khi tín hiệu số bao gồm hàng ngàn sóng mang tập trung dày đặc vào trong một dải phổ có độ rộng tƣơng đƣơng. Sự tận dụng tối đa hiệu quả phổ cho phép truyền hình số có thể truyền phát đƣợc nhiều chƣơng trình đồng thời. Đây là ƣu điểm đáng kể so với truyền hình tƣơng tự (xem hình 1.1). Hình Hình Tiếng Tiếng Hình Hình Tiếng Tiếng Phæ tÝn hiÖu t-¬ng tù Phổ tín hiệu số Hình 1.1: Phổ của tín hiệu tương tự và tín hiệu số - Công suất phát không cần qúa lớn vì cƣờng độ điện trƣờng cho thu số thấp hơn cho thu analog (độ nhậy máy thu số thấp hơn -30dB đến -20dB so với máy thu analog). Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 4 - Thu số không còn hiện tƣợng "bóng ma" do các tia sóng phản xạ từ nhiều hƣớng đến máy thu. Đây là vấn đề mà hệ phát analog đang không khắc phục nổi. - Thu bằng anten cố định trong nhà hay anten di chuyển (của máy thu xách tay) đều thực hiện đƣợc. - Thu di động tốt, ngƣời xem dù đi trên ôtô, tàu hoả vẫn xem đƣợc các chƣơng trình truyền hình. Sở dĩ nhƣ vậy là do xử lý tốt đƣợc hiện tƣợng Doppler. Distant transmitter Nearest transmitter Hình 1.2: Phát hình DVB-T - Cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh (đơn tần - Single Frequency Network), nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh sóng. Điều này cho hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần số. - Phát hình số đem lại cho ta cơ hội xem các chƣơng trình với độ nét cao. Vốn dĩ thì tín hiệu số đã có tính chống nhiễu cao. - Tín hiệu số dễ xử lý, môi trƣờng quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tính. 1.4. Ba tiêu chuẩn truyền hình số hiện nay trên thế giới Chuẩn truyền dẫn truyền hình số sử dụng quá trình nén và xử lý số để có khả năng truyền dẫn đồng thời nhiều chƣơng trình truyền hình trong một dòng dữ liệu, cung cấp chất lƣợng ảnh khôi phục tuỳ theo mức độ phức tạp của máy thu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 5 Truyền hình số là một sự thay đổi đáng kể trong nền công nghiệp sản suất và quảng bá các sản phẩm truyền hình. Nó mang lại tính mềm dẻo tuyệt vời trong sử dụng do có nhiều dạng thức ảnh khác nhau trong nén số. Đầu năm 1999, các hệ thống ATSC và DVB đã đƣợc ITU chấp nhận làm các tiêu chuẩn quốc tế về phát sóng truyền hình số trên mặt đất (DTTB) và phát hành các khuyến cáo ITU-R.Rec của nhóm nghiên cứu SG10&11. Châu Âu, Australia, New Zealand... đã chấp nhận DVB-T, còn Nam triều tiên, Đài loan, Canada và Mỹ... chọn ATSC, Nhật bản và một số nƣớc khác chọn tiêu chuẩn ISDB. Có thể tham khảo sự lựa chọn các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới. Đó cũng là yếu tố giúp ta định hƣớng việc nghiên cứu, việc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho riêng mình Hình 1.3: Bản đồ phân bố các nước trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T. 1.4.1 Chuẩn ATSC Đặc điểm chung Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tƣơng thích với mô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tƣơng thích với các ứng dụng khác cùng lớp. ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 6 Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chƣơng trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tƣơng thích với dạng thức ATM. Tốc độ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh truyền hình chuẩn đa chƣơng trình. Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV). Đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theo MPEG-2. ATSC có một số đặc điểm nhƣ sau: Tham số Đặc tính Video Nhiều dạng thức ảnh (nhiều độ phân giải khác nhau). Nén ảnh theo MPEG-2, từ MP @ ML tới MP @ HL. Audio Âm thanh Surround của hệ thống Dolby AC-3. Dữ liệu phụ Cho các dịch vụ mở rộng (ví dụ hƣớng dẫn chƣơng trình, thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới computer) Truyền tải Truyền dẫn RF Dạng đóng gói truyền tải đa chƣơng trình. Thủ tục truyền tải MPEG-2 Điều chế 8-VSB cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất Bảng 1.1: Đặc điểm cơ bản của ATSC Phƣơng pháp điều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC Phƣơng pháp điều chế VSB bao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát sóng mặt đất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16VSB). Cả hai đều sử dụng mã Reed - Solomon, tín hiệu pilot và đồng bộ từng đoạn dữ liệu. Tốc độ biểu trƣng (Symbol Rate) cho cả hai đều bằng 10,76Mb/s. Nó có giới hạn tỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 14,9dB và tốc độ dữ liệu bằng 19,3 Mb/s. Dữ liệu đƣợc truyền theo từng khung dữ liệu. Khung dữ liệu bắt đầu bằng đoạn dữ liệu đồng bộ mành đầu tiên và nối tiếp bởi 312 đoạn dữ liệu khác. Sau đó đến đoạn dữ liệu đồng bộ mành thứ 2 và 312 đoạn dữ liệu của mành sau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 7 Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trƣng dành cho đồng bộ đoạn dữ liệu và 828 biểu trƣng dữ liệu. Một gói truyền tải MPEG-2 chứa 188 byte dữ liệu và 20 byte tƣơng suy cho 208 byte. Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở đầu ra của mã sửa sai ta có: 208 x 3/2 = 312 bytes 312 bytes x 8 bit = 2496 bit Tóm lại một đoạn dữ liệu chứa 2496 bit. Các biểu trƣng đó sẽ đƣợc điều chế theo phƣơng thức nén sóng mang với hầu hết dải biên dƣới. Tín hiệu pilot đƣợc sử dụng để phục hồi sóng mang tại đầu thu, đƣợc cộng thêm tại vị trí 350 KHz phía trên giới hạn dƣới dải tần. 1 828 biÓu tr- ng § ång bé mµnh sè 1 312 ®o¹ n d÷ liÖu D÷ liÖu 46,8s § ång bé mµnh sè 2 D÷ liÖu 77,7s Hình 1.4: Khung dữ liệu VSB 1.4.2.Chuẩn ISDB-T Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã đƣợc hiệp hội ARIB đƣa ra và đƣợc hội đồng công nghệ viễn thông của Bộ thông tin bƣu điện (MPT) thông qua nhƣ một bản dự thảo tiêu chuẩn cuối cùng ở Nhật Bản. Bản thông số kỹ thuật ở dƣới mô tả chi tiết hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (ISDB-T). Hệ thống này có thể truyền dẫn các chƣơng trình truyền hình, âm thanh hoặc dữ liệu tổng hợp. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh. Hệ thống sử dụng phƣơng pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền đa chƣơng trình phức tạp với các điều kiện thu khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu di động v.v... các sóng mang thành phần đƣợc điều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM. Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền có độ rộng 6, 7 hay 8Mhz. Kiểu Kiểu 1 Số đoạn dữ liệu Ns Kiểu 2 Kiểu 3 13 Độ rộng băng tần 7.433 7.431 7.426 5.291 2.645 1.322 1405 2809 5617 (Mhz) Khoảng cách sóng mang (Khz) Số sóng mang Kiểu điều chế sóng QPSK, 16QAM, 64QAM, DQPSK mang Số biểu trƣng trong 204 một khung Khoảng thời gian 189 378 765 1/4 47.25 94.5 189 vệ 1/8 23.625 47.25 94.5 1/16 11.8125 23.625 47.25 1/32 5.90625 11.8125 23.625 tích cực trong một biểu trƣng (S) Khoảng bảo (S) Mã hoá trong Mã hóa cuộn (1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8) Mã hoá ngoài Mã Reed Solomon (204, 188) Bảng 1.2: Các thông số truyền dẫn ISDB-T cho kênh truyền 8 Mhz Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 9 1.4.3.Chuẩn DVB DVB (Digital Video Broadcasting) là một tổ chức gồm trên 200 thành viên của hơn 30 nƣớc nhằm phát triển kỹ thuật phát số trong toàn Châu Âu và cho các khu vực khác. Tổ chức DVB phân ra nhiều phân ban, trong đó có các phân ban chính: - DVB-S - Phát triển kỹ thuật truyền số qua vệ tinh: Hệ thống DVB -S sử dụng phƣơng pháp điếu chế QPSK (Quadratue Phase - Shift Keying), mỗi sóng mang cho một bộ phát đáp. Tốc độ bit truyền tải tối đa khoảng 38,1Mbps. Bề rộng băng thông mỗi bộ phát đáp từ 36 đến 54 Mhz. - DVB-C - Phát triển phát số qua cáp: Sử dụng các kênh cáp có độ rộng băng thông từ 7 đến 8 MHz và phƣơng pháp điều chế 64QAM (64 Quadratue Amplitude Modulation). DVB-C có mức SNR (tỉ số Signal/Noise) cao và điều biến kí sinh (Intermodulation) thấp. Tốc độ bit lớp truyền tải MPEG-2 tối đa là 38,1 Mbps. - DVB-T - Phát triển mạng phát hình số mặt đất: Với việc phát minh ra điều chế ghép đa tần trực giao (COFDM) sử dụng cho phát thanh số (DAB) và phát hình số mặt đất (DVB), rất nhiều nƣớc đã sử dụng phƣơng thức này. Tốc độ bit tối đa 27,14 Mbps- (ứng với dải thông cao tần 8Mhz). - DVB- T2- phát triển mạng phát hình số mặt đất: Với việc phát triển từ DVB-T Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 CHƢƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T. 2.1 Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T 2.1.2 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất chính thức đƣợc tổ chức ETSI công nhận ( Eoropeean Telecommunications Standards Institute) vào tháng 2 năm 1997 DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đặc điểm ƣu việt, có khả năng chống lại phản xạ nhiều đƣờng, phù hợp với các vùng dân cƣ có địa hình phức tạp, cho phép thiết lập mạng đơn tần (SFN- Single Frequency Network) và có khả năng thu di động, phù hợp với các chƣơng trình có độ nét cao HDTV. DVB-T là thành viên của một họ tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, mặt đất, cáp. 2.2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T Hệ thống đƣợc định nghĩa là một thiết bị gồm những khối chức năng, tín hiệu đầu vào là dòng truyền tải MPEG-2 nhận đƣợc tại đầu ra của bộ ghép (Multiplexer), đầu ra là tín hiệu RF đi tới awngten. Hệ thống tƣơng thích với chuẩn nén tín hiệu vide MPEG-2 ISO/IEC 13818. Do hệ thống đƣợc thiết kế cho truyền hình số mặt đất hoạt động trong băng tần UHF hiện có, nên đòi hỏi hệ thống phải có khả năng chống nhiễu tốt từ các máy phát tƣơng tự hoạt động cùng kênh hoặc kênh liền kề, đòi hỏi hệ thống phải có hiệu suất sử dụng phổ tần cao băng tần UHF, điều này có thể đảm bảo bằng việc sử dụng mạng đơn tần (SFN). Sơ đồ khối chức năng hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T đƣợc thể hiện ở hình 2.0 dƣới đây Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn