Tài liệu Các tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH – VIỄN THÔNG KHOA : ĐIỆN TỬ TRUYỀN THÔNG KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH ĐỀ TÀI: Các tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số Giảng viên: Nguyễn Thị Thu Nga 0 CÁC CHUẨN TRUYỀỀN DẪẪN TRUYỀỀN HÌNH SỐỐ T ruyền hình số là một phương pháp truyên hình mà hầu hết các thiết bị kỹ thuật từ studio cho đến các máy thu sử dụng. Trong đó, các tín hiệu âm thanh và hình ảnh có được từ máy thu thay vì biến đổi luôn thành các tín hiệu điện như trong truyền hình tương tự thì chúng sẽ được xử lý trước khi biến đổi. Quá trình xử lý đó sẽ chuyển từ tín hiệu điện tương tự thành chuỗi các bit 0 và 1. Sau đó chuỗi bit này sẽ được biến thành các xung tín hiệu điện thông qua các quá trình điều chế rồi mới được đưa vào môi trường qua lớp vật lý. Cùng với sự phát triển của truyền hình thế giới thì sự chuyển đổi truyền hình tương tự sang truyền hình số là một quá trình tất yếu. Sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật đem lại những tiện ích và trỉa nghiệm tốt hơn cho người sử dụng. Hiện nay có nhiều công nghệ truyền hình số như truyền hình số mặt đất, truyền hình số vệ tinh, truyền hình cáp, … có 3 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đấy phổ biến là DVB-T của châu Âu, ATSC của MỸ và ISDB-T của Nhật Bản. Truyền hình số mặt đấy ngày càng được sử dụng phổ biến do có những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự như: khả năng chống nhiễu cao, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, chất lượng chương trình trung thực, ít bị ảnh hưởng nhiễu đường truyền, tránh được hiện tượng bóng hình thường gặp ở truyền hình tương tự, truyền được nhiều chương trình đồng thời trên một kênh sóng, điều này giúp cho việc nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần và tiết kiệm kinh phí đầu tư, chi phí vận hành… Trong tương lai không xa truyền hình sẽ có bước đột phá mạnh mẽ về công nghệ để ngày càng hoàn thiện kỹ thuận và nâng cao chất lượng hình ảnh. 1 MỤC LỤC 1. HỆ THỐNG TRUYỀN DÂN SỐ CƠ BẢN.............................................1 2. MÃ HÓA VÀ NÉN NGUỒN....................................................................3 2.1 Tín hiệu số.......................................................................................................3 2.2 Nén tín hiệu số................................................................................................5 3. GHÉP KÊNH VÀ TRUYỀN TẢI..........................................................11 3.1 Tổng quát về hệ thống ghép kênh MPEG-2:.................................................12 3.2 Ghép kênh dòng chương trình:......................................................................12 3.3 Ghép kênh dòng truyền tải............................................................................13 4. MÃ HÓA KÊNH VÀ ĐIỀU CHẾ..........................................................13 4.1 Mã hóa kênh:.................................................................................................13 4.2 Điều chế:........................................................................................................15 5. CÁC CHUẨN TRUYỀN DẪN TRUYỀN HÌNH SỐ...........................16 5.1 Truyền đẫn truyền hình số theo tiêu chuẩn ATSC........................................16 5.2 DVB...............................................................................................................16 5.3 Chuẩn ISDB...................................................................................................17 6. KẾT LUẬN..............................................................................................17 7. TÀI LIỆU THAM KHẢO......................................................................17 2 1. HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN SỐ CƠ BẢN một sơ đồ khối hệ thống truyền hình số cơ bản được thể hiện ở hình 1.1 Theo như mô hình này hệ thông gồm có 3 hệ thống con là    Mã hóa và nén nguồn Ghép kênh và truyền tải Biến đổi và truyền dẫn vô tuyến. Hình 1: hệ thống truyền dẫn số cơ bản Mã hóa nguồn và nén : nói đến các phương pháp để giảm tốc độ bít được biết đến như là nén dòng dữ liệu video, audio và các dữ liệu phụ thuộc. Các dữ liệu phụ thuộc gồm có dữ liệu điều khiển, dữ liệu về điều kiện truy nhập và các thông tin liên quan đến dịch vụ các chương trình audio và video. Mục đích là tối đa hóa lượng thông tin thông qua kênh dữ liệu trong khi lại tối thiểu hóa lượng dữ liệu dùng để biêu diễn thông tin đó. Hay nói cách khác là biểu diễn thông tin của video, audio và dữ liệu nguồn với lượng bít nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo được chất lượng yêu cầu của các ứng dụng. Ghép kênh và truyền tải: nói đến các phương pháp phân chia dòng dữ liệu thành các gói thông tin, các phương pháp xác định mỗi gói tin hoặc loại gói tin và các phương pháp để gép các chuỗi gói tin video, audio, dữ liệu phụ thuộc thành một chuỗi dữ liệu đơn. Một vấn đề cơ bản được xem xét nưa là các kỹ thuật truyền tải, phân bố, phương tiện thu và các giao diện máy tính. Biến đổi và truyền dẫn vô tuyến: phần này nói đến các phương pháp mã hóa kênh và điều chế. Bộ mã hóa kênh lấy dòng bit dữ liệu và thêm vào nhứng 3 bit thông tin có thể sử dụng để khôi phục lại dữ liệu từ tín hiệu mà máy thu nhận được. Lớp vật lý sử dụng thông tin của chuỗi dữ liệu số để điều chỉnh lại tín hiệu truyền bằng các phương pháp điều chế Ta có thể phần biệt các chuẩn truyền dẫn số dựa trên đặc điểm của các hệ thống con. Phần tiếp theo chung ta sẽ lần lượt đề cập đên các khuôn dạng của từng hệ thống con trong mô hình trên. 2. MÃ HÓA VÀ NÉN NGUỒN 2.1 Tín hiệu sốố Tín hiệu số là dạng tín hiệu đặc trưng bởi 2 mức 0 và 1. Các mạch số chỉ làm việc với 2 mức giá trị này. Có 2 quá trình biến đổi ADC và DAC để biến đổ tín hiệu tương tự sang số và ngược lại. 2.1.1 Tín hiệu audio sốố Tín hiệu âm thanh thu được từ micro có dải tần nằm trong khoảng từ 3003400Hz có dạng tín hiệu điện tương tự. Sau đó, tín hiệu này được chuyển sang tín hiệu sô. Một trong những phương pháp biến đổi cơ bản nhất là PCM. Sơ đồ biến đổi có dạng như sau: Tín hiệu digital Tín hiệu tương tự Bộ lọc Lấy mẫu Lượng tử hóa Mã hóa 0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000 Các bước chuyển đổi bao gồm quá trình lọc trước để loại bỏ những tần số quá cao không thể số hóa được tạ đầu vào, quá trình lấy mẫu dùng để rời rạc hóa tín hiệu theo thời gian, quá trình lượng tử hóa để chuyển biên độ tín hiệu tương tự sang dạng số, và cuối cùng là quá trình mã hóa để chỉ rõ cách thức biểu diễn của các giá trị. Ở phần cuối của một hệ thống số, tín hiệu anolog ban đầu sẽ được phục hồi từ chuỗi các mẫu nhờ bộ chuyển đổi số sang tương tự, bộ ADC có nhiệm vụ chuyển các mẫu thành các xung điều chế biên độ, sau đó, bộ lọc Hình 2: Sơ đồ biến đổi PCM thông thấp 4 2.1.2 Tín hiệu video sốố.  Tín hiệu video số tổng hợp Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số. Tín hiệu video tương tự được lấy mẫu ( rời rạc hóa) với tần số lấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang màu (4f sc) vào khoảng 17,72 MHz đối với tín hiệu PAL. Mỗi mẫu tín hiệu được lượng tử hóa bởi 10 bit, cho ta một chuỗi số liêu 117Mbit/s (trong trường hợp 8 bit, chuỗi số liệu có tốc độ 142 Mbit/s) tín hiệu video số tổng hợp có ưu điểm về dải tần. những tín hiệu video tổng hợp số có những nhược đểm của tín hiệu tổng hợp tương tự như hiện tượng can nhiễu chói màu. Tín hiệu tổng hợp cũng gây khó khăn cho việc xử lý, tạo kỹ xảo truyền hình v...v... Hình 3: sơ đồ tạo tín hiệu video số tổng hợp  Tín hiệu video số thành phần Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi từ tín hiệu tương tự thành phần sang số, và được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR 601. Hình dưới đây minh họa cho quá trình chuyển đổi từ tín hiệu video tương tự thành phần sang tín hiệu video số. 5 Hình 3: sơ đồ tạo tín hiệu video số tổng hợp Hình 4: sơ đồ tạo tín hiệu video số thành phần Đối với tiêu chuẩn này, tín hiệu chói được lấy mẫu với tần số 13.5 MHz, hai tín hiệu màu được lấy mẫu với tần số 6,75 MHz. mỗi mẫu được lượng tử hóa bởi 8/10 bit, cho ta tốc độ bit bằng 216/270 Mbps. Lượng tử hóa bởi 8 bít cho ta 256 mức và 10 bit cho ta 1024 mức với tỷ số SNR cao hơn. Biến đổi tín hiệu video thành phần cho ta dòng số có tốc độ bít cao hơn tin hiệu số tổng hợp. tuy nhiên, dòng tín hiệu thành phần số cho phép xử lý dễ dàng các chức năng. Ghi dòng, tạo kỹ xảo... Hơn nữa chất lượng ảnh không chịu các ảnh hưởng can nhiễu chói, màu như đối với tín hiệu tổng hợp. Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các chip có tốc độ cao ra đời, cho phép truyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫn duy nhất. Video số nối tiếp có những ưu điểm cơ bản:  không méo, tỉ số SNR cao  Chuyển đổi tín hiệu đơn gian  Có thể cài tín hiệu Audio trong chuỗi số liệu video số Như vậy chỉ cần một sợi cáp có thể truyền cả tín hiệu audio và video. Khâu thiết kế, lắp đặt và khai thác thiết bị, nhờ đó đơn giản và thuận tiện hơn nhiều Mặc dù cả hai phương pháp số hóa tín hiệu tổng hợp và thành phần đều được nghiên cứu và áp dụng trong kỹ thuật truyền hình số. tuy nhiên, nhơ những tính chất ưu việt nên phương pháp biến đổi tín hiệu thành phần được khuyến khích sử dụng. các kỹ thuật của phương pháp này được sử dụng rông rãi và hình thành nên các tiêu chuẩn thống nhất cho truyền hình số. 6 2.2 Nén tín hiệu sốố 2.2.1 Nén tín hiệu audio sốố Để truyền tải hoặc ghi âm tín hiệu audio một cách hiệu quả thì lượng thông tin yêu cầu để biểu diễn những tín hiệu audio phải được giảm thiểu. Trong trường hợp tín hiệu audio số thì lượng thông tin số cần để khôi phục lại tín hiệu PCM ban đầu có thể được giảm nhờ dùng các thuật toán nén. Kết quả của tín hiệu audio nén sẽ biểu diễn cho tín hiệu ban đầu. Mục đích của thuật toán nén tín hiệu số là đưa ra một cách biểu diễn tín hiệu audio số với tốc độ bít nhỏ nhất sao cho sau khi khôi phục ta có được âm thanh giống như tín hiệu ban đầu. Hiện nay có rất nhiều chuẩn nén tín hiệu audio số như AC-3 hay MP3… sau đây tài liệu sẽ giới thiệu về một số chuẩn nén audio số dùng trong các hệ thống truyền hình số. 2.2.1.1 Chuẩn nén audio sốố AC-3 Thuật toán nén audio số AC-3 có thể mã hóa từ 1 đến 5 kênh âm thanh với đầy đủ các dải tần cùng với một kênh tần số thấp. 6 kênh này có thể được mã hóa từ mã hóa PCM có tốc độ bit từ 32 kbps đến 640 kbps  Mã hóa Bộ mã hóa AC-3 nhận tín hiệu audio PCM và đưa ra chuỗi bit phù hợp. Thuật nén AC-3 thu được độ lợi mã hóa cao (tỉ lệ giữa tốc độ bit đầu vào với tốc độ bit đầu ra) bằng cách lượng tử hóa một vùng tần số đại diện của tín hiệu audio. Sơ đồ khối của quá trình này được mô phỏng từ hình dưới đây. Bươc sđầu tiên trong qua trình mà hóa là chuyển tín hiệu audio từ chuỗi các mẫu thời gian PCM thành chuỗi của các khổi trong miên tần số. Thực hiện việc này bằng cách sử dụng bộ lọc thông dải. Mỗi khối gồm 512 mẫu theo miền thời gian được nhân với hàm thời gian cửa số sau đó được chuyển sang miền tần. Sau đó miền tần số có thể giảm đi một nửa sao cho mỗi khối có 256 thành phần tấn số. Mỗi thành phần tần số được biểu diễn bằng hệ nhị phần gồm có số mũ và phần định trị. Số mũ được xem như là đường bao phổ của tín hiệu sẽ xác định xem dùng bao nhiêu bit để mã hóa phần định trị tương ứng. Số mũ và phần định trị của 6 khối audio tức là gồm 1536 mẫu được định dạng vào một khung AC-3. Chuỗi các bít AC-3 là một dãy các khung AC-3. 7 Hình 5: Sơ đồ mã hóa AC-3  Giải mã Quá trình giải mã cơ bản là làm ngược lại quá trình mã hóa. Bộ giải mã có sơ đồ khối như hình vẽ dưới đây. Hình 6: Sơ đồ giải mã AC-3 Bộ giải mã có nhiệm vụ là phải đồng bộ với chuỗi bít mã hóa, kiểm tra lỗi và giải định dạng rất nhiều kiểu dữ liệu như tín hiệu đường bao phổ hay tín hiệu của phần định trị. Kết quả của khối xác định số bít sẽ được dùng để mở gói và giải lượng tử tín hiệu của phần định trị. Phần tín hiệu đường bao phổ cũng được giải mã để có được thành phần số mũ. Sau đó thành phần số mũ và phần định trị được tổng hợp để có được tín hiệu ban đầu. 2.2.1.2 Cống nghệ nén Audio chuẩn ISO/MPEG Đây là chuẩn mã hóa audio với tần số lấy mẫu 32; 44.1 và 48 KHz, tốc độ bít khoảng 32-192 kbps cho âm thanh môn và 64-448 kbps cho âm thanh stereo. Tốc độ lấy mẫu chia làm 3 lớp nén tùy thuộc vào từng ứng dụng khác nhau. Với mức độ phức tạp tằng dần. Đối với cả 3 lớp tín hiệu audio đều được biến đổi thừ miền thời gian sang miền tần số bằng 32 băng lọc phụ 8 Lớp 1: Sử dụng 32 băng con với 12 khối mẫu trong một khung vậy sẽ có 32.12=384 mẫu trong một khung. Để có tần số lấy mẫu là 48 KHz thì chu kỳ lấy mẫu là 1/48.10-6 (s) vậy chu kỳ khung là 8 (ms) Lớp 2 : sử dụng 32 băng con với 36 khối mẫu trong một khung. Có 1152 mẫu trong một khung. Chu kỳ khung là 24 ms cho kênh 48 KHz. Hình 7: Sơ đồ mã hóa/giải mã lớp 1 và lớp 2 chuẩn ISO/MPEG MPEG lớp 1 và 2 có cấu trúc khá đơn giản. Lớp 2 thu được hiệu năng tốt hơn chủ yếu là vì kích thước của thông tin đã được giảm nhờ loại bỏ những thông tin dư thừa và các mức lượng tử hóa dày hơn. Lớp 1 và 2 anh xạ tín hiệu audio số đầu vào thành 32 băng thông qua các bộ lọc thông dải. Các thành phần tần số này được đưa đến bộ thang chia và lượng tử hóa. Số mức lượng tử hóa cho mỗi thành phần phổ được quyết định ở khối dynamic bit. Khối này hoạt động dưới sự điều khiên của mô hình cảm nhận. Nguyên lý của mô hình cảm nhận này là xây dựng lại mặt nạ ngưỡng từ đó quyết định số bit, số ngưỡng, thang chia sử dụng trong quá trình lượng tử hóa của từng dải băng tần. Giả sử năng lượng của dải băng tần đó nằm dưới ngưỡng nghe thì nó không cần phải mã hóa số bit sẽ là 0. Sau khi lượng tử hóa các thông tin của 32 thành phần tần số cộng với thông tin của mô hình cảm nhận sẽ được đưa đến bộ Mux để tạo ra tín hiệu chuẩn MPEG. ở đầu thu qua trình diễn ra ngược lại. 9 Hình 8: cấu trúc của MPEG-1/ lớp 3 Lớp 3 của chuẩn nén audio MPEG-1 giới thiệu rất nhiều những chức năng mới. Đặc biết là một bộ chuyển mạch tích hợp với lọc thông dải. Thêm vào đó nó còn sử dụng bộ lượng tử hóa phi tuyến. Một công nghệ đệm gọi là bit reservoir giúp giảm tốc độ bit. Để thu được độ phân giải tần số tốt hơn, 32 băng tín hiệu con được chia ra nhỏ hơn bằng cách môi băng con sử dụng khối biến đổi DCT 6 hoặc 18 điểm với 50% trùng lặp. Vì thế các trong mỗi cửa sổ sẽ có 12 hoặc 36 mẫu băng con tương ứng. Số thành phần tần số đạt được là 32.18=576 2.2.1.3 MPEG-2 Một bước xa hơn trong âm thanh số là đưa ra một hệ thông biểu diễn audio đa kênh. Hệ thống này hỗ trợ không chỉ những ứng dụng chỉ có audio mà còn hỗ trợ các hệ thống nghe nhìn bao gồm họp trực tuyến qua video, trò chuyện có hình, dịch vụ đa phương tiện… hệ thông đa kêch cũng có thể cung cấp những kênh đa ngôn ngữ và những kênh cho người khiếm thị, khiếm thính. Hệ thống đa kênh audio số đưa ra cách biểu diễn p/q với p là các kênh trước và q là các kênh sau 10 Hình 9: 5 kênh audio 3/2: centre, left, right, surround left, surround right 2.2.2 Nén tín hiệu video sốố Tín hiệu video số sau khi được mã hóa với 8 bit sẽ có tốc độ 216 Mbps đối với tín hiệu video số thành phần và 114 Mbps đối với tín hiệu video số tổng hợp. Để có thể truyền được trong một kênh truyền hình thì video số cần phải nen trong khi vẫn đảm bảo được chất lượng. Một số công nghệ nén video trong truyền hình số 2.2.2.1 MPEG-2 Mã hóa MPEG-2 dựa trên khái niệm rằng dữ liệu video bao gồm nhiều phần dư thừa. Bằng cách loại bớt các phần dư thừa thì tổng băng thông yêu cầu sẽ ít đi. Dư thừa thời gian dùng để mô ta đặc điểm của video có nên tương tự cho mỗi ảnh. Nền này giữ nguyên dọc theo một số ảnh tuần tự hoặc nếu có thay đổi thì rất ít. Dư thừa không gian là đặc điểm của dữ liệu video trong đó một số vùng của ảnh được sao chép trong cùng một khung của video. Các bộ code sẽ phải cần bằng mức dư thừa không gian và thời gian trong một tệp tin. Các giá trị này sẽ thay đổi trền nhiều phần của video. Yêu cầu tốc độ bit của một tập tin video cụ thể sẽ thay đổi khi các phần khác nhau có thể có các mức nén khác nhau trong một số trường hợp các bộ đệm sẽ được sử dụng để có được tốc độ bit cố định và đôi khi code sẽ phải làm rớt dữ liệu để tuân thủ giới hạn băng tần. MPEG-2 Profile/Level Profile @ Level Resolution (px) Framerate max. (Hz) Samplin g Bitrate (Mbit/s) Example Application SP@LL 176 × 144 15 4:2:0 0.096 Wireless handsets SP@ML 352 × 288 15 4:2:0 0.384 PDAs 320 × 240 24 MP@LL 352 × 288 30 4:2:0 4 Set-top boxes (STB) MP@ML 720 × 480 30 4:2:0 DVD, SD-DVB 720 × 576 25 15 (DVD: 9.8) 1440 × 1080 30 4:2:0 HDV 1280 × 720 30 60 (HDV: 25) 1920 × 1080 1280 × 720 30 4:2:0 80 ATSC 1080i, 720p60, HDDVB (HDTV). MP@H-14 MP@HL 60 (Bitrate for terrestrial transmission is limited to 11 19.39Mbit/s) 422P@LL 422P@ML 422P@H14 422P@HL 4:2:2 4:2:2 50 720 × 480 720 × 576 30 25 1440 × 1080 1280 × 720 1920 × 1080 1280 × 720 30 4:2:2 80 60 30 4:2:2 300 60 Sony IMX using I-frame only, Broadcast "contribution" video (I&P only) Sony MPEG HD422 (50 Mbit/s), Canon XF Codec (50 Mbit/s), Convergent Design Nanoflash recorder (up to 160 Mbit/s) 2.2.2.2 H.263 Mã hóa H263 đã được công bố bởi đơn vị viễn thông quốc tế ITU-T dưới chỗi H các khuyến nghị cho hệ thống nghe nhìn và đa phương tiện. Khuyến nghị này bao gồm sự nén ảnh động tại bít thấp và được hỗ trợ bởi các khuyến nghị ITU khác trong đó cáo H.261. đầu ra tốc độ bít thấp cho phép nó được sử dụng cho hội nghị truyền hình và video trên internet. Mã này cung cấp một sự cải tiến trong khả năng nén đối với video và được sử dụng rộng rãi trên các trang Internet cho các video phát ra. 2.2.2.3 MPEG-4 Sau thành công của MPEG-2, nhóm chuyên gia ảnh động tiếp tục phát triển một chuẩn mới, linh động, có xu hướng mang đến các khả năng bổ sung cho việc quảng bá video và hỗ trợ sự phát triển của video số. Được chấp nhận như một tiêu chuẩn ISO năm 1999, nó đã được chỉn sửa để bao gồm một số mở rộng. MPEG-4 có trể được sử dụng cho video trên Internet, quảng bá IPTV và trên phương tiện lưu trữ, cùng với nhiều chức năng khác. Nó bao gồm các chức năng mã hóa hương sđối tượng sự gia tăng khả năng nén và các cơ chế an ninh. Qua một thời gian, các hộp STB mới và các ứng dụng phần mềm IPTV đã được chuẩn bị để hỗ trợ chuẩn nén này có thể làm cho nén hiệu quả hơn và an ninh tốt hơn đối với các quyền lợi tài sản trí tuệ. 3. GHÉP KÊNH VÀ TRUYỀN TẢI Có hai phương pháp thường được sử dụng để ghép kênh số từ nhiều vùng khác nhau thành 1 dòng như sau: Ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multiplexing Method). Về nguyên lý TDM gán các khe thời gian một cách tuần hoàn cho các dòng sơ cấp audio, video và số liệu. Ghép kênh gói (Packet Multiplexing method). Trong cách ghép kênh gói, các gói số liệu từ 12 các dòng sơ cấp audio, video, số liệu được đan xen vào nhau một cách tuần hoàn hoặc không tuần hoàn, gói này tiếp theo gói kia để hình thành một dòng ghép kênh.Phần này mô tả cách thức các dòng cơ cấp của một chương trình hay của nhiều chương trình được ghép chung với nhau tạo ra một dòng số liệu thích hợp cho lưu trữ số hay truyền dẫn số. 3.1 Tổng quát vềề hệ thốống ghép kềnh MPEG-2: Các hệ thống ghép kênh MPEG-2 có thể phân biệt 2 loại hệ thống: hệ thống ghép kênh dòng chương trình và hệ thống ghép kênh dòng truyền tải. Bộ mã hóa audio mã hóa tín hiệu audio số thành dòng sơ cấp audio có chiều dài tùy ý (tần số lấy mẫu 48KHz, số bit mẫy 24 bit và tốc độ bit là 1152 Kbit/s) Để có thể truyền được với tốc độ cao, các dòng video, audio được đóng gói lại thành các dòng sơ cấp PES (Packetized Elementary Stream) tương ứng với các gói có độ dài thay đổi. Mỗi gói PES bao gồm một header và một số liệu trích ra từ dòng sơ cấp. Các gói PES lại được ghép với nhau tạo ra dòng chương trình PS (Program Stream) hay dòng truyền tải TS (Transport Stream). 3.2 Ghép kềnh dòng chương trình: Được thiết kết cho môi trường không có nhiễu một dòng chương trình là kết quả của ghép kênh một vài dòng cơ sở của một chương trình dùng chung một xung nhịp, bao gồm các gói PES có độ dài thay đổi. Dòng dữ liệu sau gép kênh chứa dòng bit điều khiển. Hình 10: Ghép kênh dòng chương trình (PS) 13 3.3 Ghép kềnh dòng truyềền tải Được thiết kế cho môi trường có tạp nhiễu để truyền các kênh có nhiễu. Một dòng truyền tải là kết quả của nhiều dòng sơ cấp co thể dùng chung hoặc không dùng chung xung nhịp. Như vậy dòng truyền tải có thể bao hàm các gói của nhiều chương trình. Hình 11: Ghép kênh dòng chương trình (TS) 4. MÃ HÓA KÊNH VÀ ĐIỀU CHẾ 4.1 Mã hóa kềnh: Là quá trình chèn thêm một số bit vào chuỗi bit để đảm bảo truyền thông tin cậy. Có rất nhiều mã hóa kênh như là mã hamming, mã viterbi, mã vòng… trong truyền thông số hay sử dụng một loại mã hóa kênh là Trong lý thuyết mã hóa, mã Reed-Solomon (RS) là một mã vòng sửa lỗi tuyến tính phát minh bởi Irving S. Reed và Gustave Solomon. Bằng cách thêm vào t kí hiệu kiểm tra, mã RS có thể nhận ra không quá t kí hiệu lỗi và sửa không quá ⌊t/2⌋ kí hiệu lỗi. Dưới dạng mã xóa, nó có thể sửa không quá t kí hiệu bị xóa ở các vị trí đã biết, hoặc nhận dạng và sửa cả kí hiệu lỗi và kí hiệu bị xóa. Ngoài ra, mã RS còn hữu hiệu cho việc sửa nhiều bit lỗi liên tiếp, do một dãy b+1 bit bị lỗi liên tiếp chỉ có thể ảnh hưởng đến hai kí hiệu có kích thước b. Tham số t có thể được chọn tùy ý tùy theo người thiết kế mã trong một giới hạn khá rộng. Trong mã hóa Reed-Solomon, các kí hiệu là các hệ số của một đa thức p(x) trên một trường hữu hạn. Ý tưởng ban đầu của mã RS là tạo ra n kí hiệu mã từ k kí hiệu nguồn bằng cách tính p(x) tại n>k điểm, truyền tải n giá trị này, và dùng kĩ thuật nội suy để xây dựng lại các kí hiệu nguồn. Thay vào đó, mã RS 14 cũng có thể được xem là mã vòng BCH, trong đó các kí hiệu mã được xây dựng từ hệ số của đa thức tích của p(x) và một đa thức sinh. Các đa thức sinh trong mã hóa Reed-Solomon: 3 3 4 4 5 5 6 6 7 7 8 8 9 9 1 10 1 11 1 12 1 13 1+X+X 3 1+X+X 4 1 14 1 15 2 1 5 1+X +X 16 1 6 1+X+X 17 1+X +X 3 7 2 4 1 18 3 1+X +X +X +X 4 3 2 1+X +X 4 19 2 9 1+X +X 1+X +X 1 8 20 2 10 21 2 11 6 22 1+X+X +X +X 12 3 13 4 1+X+X +X +X 2 23 2 24 1+X+X +X 6 10 1+X+X 15 1+X+X 3+ X 12 +X 16 17 7 18 1+X +X 2+ 5 X +X 3 20 2 21 1+X +X 1+X +X 1+X+X 5 2+ 19 22 1+X +X 1+X+X 14 3 1+X +X 1+X+X +X 7 23 X +X 24 Mã Reed-Solomon có rất nhiều ứng dụng quan trọng, từ liên lạc trong không gian tới đồ điện tử gia dụng. Chúng được sử dụng trong các thiết bị điện tử như CD, DVD, đĩa Blu-ray, trong công nghệ truyền dẫn dữ liệu như DSL, WiMAX, trong hệ thống phát thanh truyền hình như DVB và ATSC, và trong ứng dụng cho máy tính như hệ thống RAID 6. 15 4.2 Điềều chềố: Điều chế là qua trình biến đổi các thành phần biên độ, tân số hoặc pha của sóng mang theo tín hiệu cần truyền. Tương ứng ta cũng có các phương pháp điều chế biên độ (AM), điều tần (FM) và điều pha (PM) ngoải ra còn có thể kết hơp cả điều biên và điều pha (QAM). Trong điều chế AM đưa ra điều chế đơn biên và điều chế 2 biên. Trong điều chế AM dữ liệu không xuất hiện tại tần số của sóng mang mà thay vào đó dữ liệu xuất hiện ở các tần số cao hơn (USB: upper sideband) và thấp hơn (LSB: lower sideband) so với tần số của sóng mang. Tuy nhiên cả 2 bên đều mang cùng một thông tin. LSB và USB là hình ảnh tương phản của nhau vì thế chúng ta có thể bỏ một bên và điều chế bằng cách sử dụng bộ lọc. Điều chế này được gọi là điều chế đơn biên (SSB). Còn nếu giữ cả 2 thì là điều chế 2 biên (DSB). Một loại điều chế đơn biên đơn giản là VSB. Điều chế VSB là một dạng đơn giản của điều chế đơn biên tuy nhiên một bên không bị loại bỏ hoàn toàn mà vẫn gữi lại một số thông tin để đối chiếu. Hình 12: Phổ của tín hiệu trong điều chế VSB 16 5. CÁC CHUẨN TRUYỀN DẪN TRUYỀN HÌNH SỐ 5.1 Tiều chuẩn ATSC hệ thống ATSC được sử dụng tại Mỹ có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cung lớp. Chuẩn ATSC cho phép 36 chuẩn video từ HDTV (high definition television) cho dến các dạng thức video tiêu chuẩn SDTV (standard definition television). Tiêu chuẩn ATSC được biết đến là một hệ thống dự định dùng để truyền các tín hiệu video và audio chất lượng cao và các dữ liệu phụ khác trên một kênh 6 MHz. Hệ thống này có tốc độ khoảng 19 Mbps đối với truyền hình mặt đất và 38 Mbps đối với truyền hình cap. Mã hóa và nén tín hiệu nguồn: Do ATSC hỗ trợ cả các kênh SD và HD nên đối với video có nhiều độ phân giải ảnh khác nhau tùy thuộc vào kênh.  ATSC sử dụng nén video theo chuẩn MPEG-2 MP@ML và HP@ML  Đối với audio, ATSC sử dụng nén audio theo chuẩn AC-3 Các dữ liệu phụ gồm có: lệnh chương trình, thông tin hệ thống, dữ liệu truyền tải tới máy tính. Ghép kênh và truyền tải: sử dụng dạng đóng gói truyền tải đa chương trình. Thủ tục truyền tải MPEG-2 17 Mã hóa kênh: dùng mã hóa Reed-solomon bậc 8 Điều chế: sử dụng phương pháp điều chế VSB. Điều chế VSB gồm có 2 loại một là phát sóng mặt đất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cap tốc độ cao (16-VSB) 5.2 Tiều chuẩn DVB Dự án DVB là một hợp tác của hơn 300 công ti. Dự án DVB được phát hành vào 10 tháng 9 năm 1993. Vào năm 1995 nó cơ bản được hoàn thành và đi vào vận hành. Có một vài chuẩn con nằm trong chuẩn DVB là DVB-S dùng cho phát thành truyền hình vệ tinh. DVB-T dùng cho phát thanh truyền hình số mặt đất và DVB-C dùng cho phát thanh truyền hình số cap. 3 tiêu chuẩn con này chỉ khác nhau về kiểu điều chế và việc nhận tín hiệu. Chuỗi DVB bao gồm có chuỗi các gói tin có chiều dài cố định để tạo nên chuỗi truyền tải TS. Mỗi gói tin gồm có dòng dữ liệu và các phân đoạn dữ liệu. Dòng dữ liệu mang các gói tin từ lớp cao hơn thu được từ dòng MPEG. Phân đoạn dữ liệu là một khối dữ liệu mang thông tin về tín hiệu sóng mang và dữ liệu điều khiển. 18 Chuẩn DVB được sử dụng ở châu Âu, truyền tải tín hiệu video số nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 qua cap, vệ tinh, và phát sóng mặt đất. Chuẩn DVB có một số đặc điểm sau: Mã hóa Audio tiêu chuẩn MPEG lớp 2 Mã hóa video chuẩn MPEG-2 MP@ML Sử dụng mã hóa kênh Reed-solomon bậc 8 Sử dụng ghép kênh dòng truyền tải  DVB-S sử dụng điều chế QPSK  DVB-C sử dụng điều chế 64 QAM và 256 QAM. Độ rộng kênh 7-8 MHz  DVB-T sử dụng điều chế COFDM: mã hóa sửa sai ghép đa tàn trực giao, độ rộng kênh là 6MHz,7 MHz hoặc 8MHz 5.3 Chuẩn ISDB (Integrated Service Didital Broadcasting) Là hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất tại Nhật Bản đã được hiệp hội ARIB đưa ra và được hội đồng công nghệ viễn thông của bộ thông tin bưu điện thông qua như một bản dự thảo tiêu chuẩn cuối cùng ở Nhật Bản. ISDB sử dụng tiêu chuẩn mã hóa MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh. Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao OFDM cho phép truyền tải đa chương trình với các điều kiện thu khác nhau. Các sóng mang được điều chế QPSK, DQPSD, 16-QAM, và 64 QAM. Độ rộng kênh truyền là 6,7 hoặc 8 MHz. tại Nhật là 6 MHz. ISDB sử dụng mã hóa kênh theo mã Reedsolomon bậc 16. ISDB sử dụng ghép xen thới gian trong khi DVB không sử dụng kỹ thuật này. 6. KẾT LUẬN Truyền hình số đang dân thay thế cho truyền hình tương tự bởi những lợi ích mà nó mang lại. Một hệ thống truyền dẫn truyền hình số cơ bản gồm có 3 hệ thống con là mã hóa và nén nguồn hệ thống ghép kênh và truyền tải, biến đổi và truyền dẫn vô tuyến. Mỗi chuẩn truyền dẫn lại có những sự khác nhau trong từng hệ thống con này. Hiện nay có 3 chuẩn truyền dẫn truyền hình số cơ bản trên thê giới là ATSC tại Mỹ, DVB tại Châu Âu và ISDB tại Nhật bản. Tại Việt Nam, dự kiến đến năm 2020 sẽ sử dụng hoàn toàn truyền hình số. Hạ tầng truyền dẫn phát sóng truyền hình mặt đất sẽ được chuyển đổi hợp lý sang công 19