Đề tài Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB - T2

bằng công nghệ truyền hình số mặt đất trên toàn thế giới sẽ diễn ra trong tương lai không xa. Đến nay đã có nhiều quốc gia trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T để phát sóng mặt đất. Tuy nhiên, trước các nhu cầu đòi hỏi về dung lượng, kháng lỗi đường truyền, nâng cao độ tin cậy với các loại hình dịch vụ, về giảm tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình, nhu cầu về phân chia phổ tần của các dịch vụ viễn thông khác, cùng với xu thế hội tụ trong các môi trường truyền dẫn, sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình độ phân giải cao HDTV với dung lượng bit lớn mà DVB-T chưa đáp ứng được. Từ các yêu cầu thực tế đặt ra đó, nhóm DVB Project đã phát triển chuẩn truyền hình số thế hệ thứ hai là DVB-T2. Tiêu chuẩn này được xuất bản lần đầu tiên vào tháng 6/2008 và được ETSI chuẩn hóa từ tháng 9/2009. Hiện nay, Anh, Phần Lan đã thông báo triển khai các dịch vụ HDTV trên đường truyền mặt đất dùng chuẩn DVB- T2, Đức, Ý, Tây Ban Nha, Thụy Điển cũng đang tiến hành thử nghiệm phát sóng DVB-T2. Từ năm 2001, Việt Nam đã tiến hành thử nghiệm phát sóng truyền hình mặt đất. Trước sức ép về lộ trình chuyển đổi hoàn toàn sang phát sóng số mặt đất trước năm 2020 và xu hướng phát triển của truyền hình số mặt đất DVB-T2 trên thế giới, đồ án “Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2” đã tập trung nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB- T, những bất cập, tồn tại khi triển khai ở Việt Nam, đồng thời nghiên cứu cấu trúc và những đặc tính kỹ thuật cơ bản, những tính năng ưu việt của tiêu chuẩn DVB-T2. Từ GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -2- đó đề xuất lựa chọn giải pháp công nghệ hợp lý nhất cho hệ thống truyền hình số mặt đất tại Việt Nam trong những năm tới. Nội dung của đồ án được thể hiện qua 4 phần như sau: - Tổng quan về hệ thống truyền hình kỹ thuật số: giới thiệu sơ lược về hệ thống truyền hình, khái niệm, đặc điểm và các tiêu chuẩn của truyền hình số. - Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T: nghiên cứu, tìm hiểu về sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T và các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T. - Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2: nghiên cứu, tìm hiểu về sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 và các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T2. - Giải pháp công nghệ cho truyền hình số tại Việt Nam: tìm hiểu về khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam và khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam. Trong thời gian làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn chế và thời gian làm đề tài có hạn nên đồ án còn nhiều sai sót. Em rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS Nguyễn Cảnh Minh cùng các thầy cô trong bộ môn kỹ thuật viễn thông để giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, Ngàythángnăm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hiền GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -3- MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 MỤC LỤC .............................................................................................................. 3 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ................................................................... 6 DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 9 DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... 11 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ 12 1.1 Sơ lược về hệ thống truyền hình ........................................................... 12 1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển ..................................................... 12 1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự ............................................... 14 1.2 Khái niệm truyền hình kỹ thuật số ........................................................ 16 1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số.......................................................... 17 1.4 Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số .................... 19 1.4.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số ................................................... 19 1.4.2 Số hóa tín hiệu truyền hình ...................................................... 21 1.4.3 Chuyển đổi tương tự sang số .................................................... 21 1.4.4 Chuyển đổi số sang tương tự .................................................... 23 1.4.5 Nén tín hiệu truyền hình ........................................................... 24 1.4.6 Mã hóa và điều chế tín hiệu số ................................................. 26 1.4.7 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số................. 28 1.5 Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số ........................................... 31 1.6 Kết luận chương I ................................................................................. 34 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -4- CHƯƠNG II - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T ... 35 2.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T .......................... 35 2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất .......................................... 36 2.3 Các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T ........................................ 38 2.3.1 Bộ điều chế DVB-T ................................................................. 38 2.3.2 Mã hóa COFDM trong DVB-T ................................................ 41 2.3.3 Chòm sao tín hiệu và quá trình ánh xạ...................................... 49 2.3.4 Mã sửa sai ................................................................................ 54 2.3.5 DVB-T trong môi trường bị phản xạ - Mạng đơn tần (SFN) ..... 54 2.4 Kết luận chương II ................................................................................ 57 CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 58 3.1 Yêu cầu đặt ra đối với tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất mới ............... 58 3.2 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2 ........... 59 3.3 Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 .................. 60 3.4 Các đặc tính kỹ thuật của DVB-T2 ....................................................... 61 3.4.1 Lớp vật lý ................................................................................ 61 3.4.2 Cấu hình mạng ......................................................................... 63 3.4.3 Hiệu quả của việc sử dụng kỹ thuật chòm sao quay, chèn thời gian và tần số.. ............................................................................................... 77 3.4.4 Điều chế và mã sửa sai trong DVB-T2 ..................................... 79 3.5 Kết luận chương III .............................................................................. 80 CHƯƠNG IV - GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHO TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TẠI VIỆT NAM .................................................................................................... 81 4.1 So sánh các tham số cơ bản của DVB-T và DVB-T2 ............................ 81 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -5- 4.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 .................................... 82 4.2.1 Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất ..................................... 82 4.2.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 ........................ 83 4.2.3 Khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam .............................. 83 4.3 Khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam ........................................................................................................... 84 4.3.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam. ............................................................................................... 84 4.3.2 Triển khai DVB-T2 tại Việt Nam ............................................. 85 4.4 Kết luận chương IV .............................................................................. 91 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 92 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN VÀ GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT . 93 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 95 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -6- DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt ACE Active Constellation Extension Mở rộng chòm sao tích cực AFC Automatic Frequency Control Điều khiển tần số tự động Advanced Television System Hội đồng về hệ thống truyền ATSC Commitee hình cải biên Công ty cổ phần nghe nhìn toàn AVG Audio Visual Global cầu BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Bose-Chaudhuri-Hocquenghem BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân CATV Collective Antenna Telvision Truyền hình cáp dây dẫn C/N Carrier/Noise Sóng mang/tạp âm Coding Othogonality Fequency Ghép kênh phân chia theo tần số COFDM Dvision Mltiplexing trực giao có mã DTT Digital Terrestrial Television Truyền hình số mặt đất Digital Broadcasting Expert DiBEG Nhóm chuyên gia truyền hình số Group Differential Pulse Code DPCM Điều chế xung mã vi sai Modulation DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số Truyền hình độ phân giải mở EDTV Enhanced Definition Television rộng ES Elementary Stream Dòng cơ sở FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước (thuận) Khung mở rộng dành cho tương FEF Future Extension Frame lai GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -7- FFT Fast Fourrier Transform Biến đổi Fourrier nhanh FIR Finite Impulse Responese Đáp ứng xung hữu hạn GI Guard Intervalman Khoảng bảo vệ HDTV High Definitiom Television Truyền hình độ phân giải cao HP High Priority Độ ưu tiên cao ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang IF Intermediate Frequency Trung tần IFFT Inverse Fast Fourrier Transform Biến đổi nhanh Fourrier ngược IPTV Internet Protocol Television Truyền hình IP Integrated Services Digital Truyền hình số các dịch vụ ISDB Broadcasing tích hợp ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự Joint Photoghraphic Experts Nhóm chuyên gia nghiên cứu về JPEG Group ảnh tĩnh Low Density Parity Check Mã kiểm tra ngang hành mật độ LDPC (Codes) thấp LDTV Low Definitiom Television Truyền hình độ phân giải thấp LP Low Priority Độ ưu tiên thấp MCM Multi Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang MFN Multiple Frequency Network Mạng đa tần MI Modulator Interface Giao diện điều chế MISO Multi Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra Nhóm chuyên gia nghiên cứu về MPEG Moving Pictures Experts Group ảnh động National Television System Hội đồng hệ thống truyền hình NTSC Comittee quốc gia Mỹ Othogonality Fequency Dvision Ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Mltiplexing trực giao GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -8- Organization Internatinal Radio Tổ chức phát thanh truyền hình OIRT and Television quốc tế PAL Phase Alternative Line Đảo pha theo từng dòng Tỷ số công suất đỉnh/công suất PAPR Peak to Average Power Ratio trung bình PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PES Packetized Elementary Stream Dòng cơ sở đóng gói PLP Physical Layer Pipes Ống lớp vật lý PRBS Pseudo Random Bit Sequence Chuỗi bit giả ngẫu nhiên Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ vuông góc Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RF Radio Frequence Tần số vô tuyến Truyền hình độ phân giải tiêu SDTV Standard Definition Television chuẩn SFN Single Frequence Network Mạng đơn tần SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Transmission Parameter TPS Báo hiệu tham số bên phát Signalling TR Tone Reservation Hạn chế âm sắc TS Transport Stream Dòng truyền tải UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao (Siêu cao tần) VHF Very High Frequency Tần số rất cao VO Video Object Đối tượng video VSB Vestigal Side Band Điều biên cụt Tổng Công ty Truyền thông đa VTC Vietnam Television Corporation phương tiện Việt Nam VTV Vietnam Television Đài truyền hình Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -9- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số ........................... 17 Hình 1.2: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự. ........................................... 19 Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số .............................. 20 Hình 1.4: Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số.................................................... 21 Hình 1.5: Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự . ................................. 23 Hình 1.6: Mô hình hệ thống nén video. .................................................................. 24 Hình 1.7: Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới.... 31 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T. ............................... 36 Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T. .......................................................... 38 Hình 2.3: Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và ghép xen ngoài. .................................................................................................................... 40 Hình 2.4: Khối điều chế COFDM trong DVB-T ..................................................... 42 Hình 2.5: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 ......................................... 43 Hình 2.6: Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16 QAM, và 64 QAM . ............ 45 Hình 2.7: Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ ................... 46 Hình 2.8: Phân bố các pilot của DVB-T. ............................................................... 47 Hình 2.9: Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao. ............................ 47 Hình 2.10: Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ. ............... 48 Hình 2.11: Các tia sóng đến trong khoảng thời gian bảo vệ ................................. 49 Hình 2.12: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM chòm sao đều với α =1. ........................... 51 Hình 2.13: Chòm sao điều chế phân cấp DVB-T.................................................... 52 Hình 2.14: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM không đồng đều với α = 4. ...................... 53 Hình 3.1: Mô hình cấu trúc hệ thống DVB-T2. ...................................................... 60 Hình 3.2: Lớp vật lý. .............................................................................................. 61 Hình 3.3: Mô hình MISO. ...................................................................................... 65 Hình 3.4: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải). ......... 66 Hình 3.5: Khoảng bảo vệ (GI) đối với 8K 1/32 và 32K 1/128. ............................... 68 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -10- Hình 3.6: Cấu trúc khung DVB-T2. ....................................................................... 69 Hình 3.7: Sự tổng hợp khung hình trong MPEG-4 ................................................. 71 Hình 3.8: Đường đi của tín hiệu trong mạng đơn tần công nghệ DVB-T2. ............. 74 Hình 3.9: Kiến trúc cơ bản của hệ thống mạng đơn tần SFN DVB-T2. .................. 74 Hình 3.10: Chòm sao 16 QAM quay ...................................................................... 77 Hình 3.11: Thành tích của chòm sao quay so với không quay. ............................... 78 Hình 3.12: Đồ thị chòm sao 256 QAM. .................................................................. 79 Hình 4.1: Cấu hình tổng thể hệ thống mạng SFN theo tiêu chuẩn DVB-T2 của AVG. .............................................................................................................................. 87 Hình 4.2: Bản đồ phủ sóng toàn quốc của AVG. .................................................... 88 Hình 4.3: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Hà Nội của VTV....................................... 90 Hình 4.4: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Tp. HCM của VTV. .................................. 91 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -11- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Khoảng thời gian bảo vệ ở các chế độ phát khác nhau. ......................... 56 Bảng 3.1: Khoảng bảo vệ tương ứng của DVB-T2 (theo EBU-TECH 3348) .......... 75 Bảng 3.2: Mức C/N tối thiểu trong kênh tần 8MHz tương ứng với các chế độ điều chế khác nhau . ............................................................................................................ 76 Bảng 3.3: C/N tương ứng với các phương pháp thu trong DVB-T2. ....................... 77 Bảng 4.1: DVB-T2 sử dụng tại UK so với DVB-T. ................................................. 81 Bảng 4.2: Dung lượng dữ liệu DVB-T2 so với DVB-T trong mạng SFN................. 82 Bảng 4.3: Các tham số phát sóng của truyền hình An Viên. ................................... 86 Bảng 4.4: Các tham số phát sóng của Đài truyền hình Việt Nam . ......................... 90 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -12- CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Trong những năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bước ngoặt, đó là quá trình chuyển đổi từ công nghệ Analog sang Digital. Quá trình này là một cuộc cách mạng làm thay đổi cách suy nghĩ, cách tiếp xúc, phương thức sản xuất chương trình truyền hình, nâng cấp chất lượng tín hiệu, tính linh hoạt và khả năng hội nhập vào môi trường thông tin chung. Ở Việt Nam, công nghệ số đã và đang được ứng dụng và triển khai mạnh mẽ. Trong một tương lai không xa, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, tiến tới một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số là một tất yếu [2]. 1.1 Sơ lược về hệ thống truyền hình 1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển Truyền hình có mối liên hệ mật thiết với một số loại hình truyền thống hay nghệ thuật khác như phát thanh, điện ảnh Tuy nhiên, chỉ sau một vài thập kỷ sơ khai, truyền hình đã tiến những bước tiến dài và thực sự tách ra khỏi các loại hình khác, trở thành phương tiện truyền thông độc lập và có sức mạnh to lớn trong việc tạo dựng và định hướng dư luận. Việc phát sóng truyền hình đầu tiên ở Mỹ được bắt đầu từ những năm 1930, và truyền hình chỉ thực sự phổ biến từ những năm 1950. Những đài phát thanh như NBC, CBS, ABC sau khi phát triển thêm hệ thống truyền hình đã thực sự lớn mạnh và trở thành những tập đoàn phát thanh truyền hình tầm cỡ thế giới. Trên thực tế, sự hình thành và phát triển của truyền hình gắn liền với các sự kiện khoa học - công nghệ cũng như các sự kiện chính trị - xã hội khác. Ngay từ đầu những năm 1920, người ta đã chú ý đến truyền hình do họ nhận thức được vai trò của GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -13- truyền hình trong việc tuyên truyền, quảng bá trên các mặt kinh tế, chính trị, xã hội có thể kể đến một số mốc quan trọng trong lịch sử truyền hình như sau: - Năm 1839: Bee Quell tìm ra hiện tượng quang điện. - Năm 1898: Volsske tìm ra hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình bằng sóng điện từ). - Tháng 3/1899: liên lạc vô tuyến quốc tế đầu tiên ra đời ở Anh và Pháp, dài 46Km. - Năm 1941: Mỹ chấp nhận chuẩn 525 dòng quét với bộ phân giải của mình. - Trong và sau chiến tranh thế giới thứ II: các cường quốc chạy đua gay gắt để phát các chương trình truyền hình nhằm vận động nhân dân ủng hộ các chiến lược quân sự và kinh tế của mình. - Năm 1957: ở Pháp xuất hiện hệ truyền hình màu SECAM do Henry De France nghiên cứu và thực hiện. - Năm 1962: giáo sư Walter Bruce ở Tây Đức công bố hệ truyền hình PAL. Cả hai hệ SECAM và PAL về nguyên lý chung thống nhất với hệ NTSC. - Năm 1966: ở Na Uy đã tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền hình màu thống nhất cho cả Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương trình truyền hình màu giữa các nước. Kết quả một số nước chọn hệ SECAM, một số nước dùng hệ PAL, Mỹ và Nhật sử dụng hệ NTSC. Ở Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization Internatinal Radio and Television - Tổ chức phát thanh truyền hình quốc tế). - Năm 1994: Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số, đến tháng 12 năm 1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC. - Năm 1997: Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay còn gọi là tiêu chuẩn DiBEG. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -14- - Năm 1997: tiêu chuẩn DVB-T của Châu Âu ra đời. Nhiều nước Bắc Âu, một số nước Châu Á trong đó có Việt Nam và nhiều nước khác đã lựa chọn tiêu chuẩn này và dự kiến phát sóng số hoàn toàn vào năm 2010 - 2015. Việt Nam từ những năm 1997 đến nay có một số đơn vị kỹ thuật có nghiên cứu và tiếp cận với công nghệ số, cho đến nay nhiều công đoạn trong sản xuất chương trình, truyền dẫn đã được số hóa, nhiều đề tài nghiên cứu truyền hình số đã và đang được nghiên cứu thử nghiệm chính vì vậy mà nó mang tính khoa học và thực tiễn cao nhằm càng ngày càng nâng cao chất lượng cho việc phát hình số tại Việt Nam. Như vậy, có thể thấy, lịch sử phát triển của truyền hình luôn nằm trong và cùng song hành với lịch sử tiến bộ nhân loại. Truyền hình ngày một lớn mạnh là do nhu cầu thông tin của công chúng ngày càng cao, khoa học kỹ thuật phát triển và xuất hiện nhu cầu giao lưu quốc tế. Chính bản thân các vấn đề sự kiện chính trị, xã hội cũng góp phần thúc đẩy truyền hình phải tự phát triển và phát huy hơn nữa những ưu thế của mình, từ đó dần tạo nên những đặc trưng riêng biệt trong hệ thống các phương tiện truyền thông đại chúng hiện nay. 1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự Truyền hình đen trắng là bước mở đầu cho việc truyền các hình ảnh đi xa. Nó được nghiên cứu và chế tạo vào những năm 60 của thế kỷ XX với những ống thu hình Vidicon. Truyền hình đen trắng đã từng được sử dụng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đèn điện tử thì các thiết bị của truyền hình đen trắng có độ ổn định hơn, chất lượng tốt hơn. Tuy nhiên truyền hình đen trắng lại có nhược điểm rất lớn là không có khả năng truyền đi các hình ảnh có màu sắc như trong thực tế. Do đó, năm 1957, hệ truyền hình màu đầu tiên đã ra đời tại Pháp, đã mở ra cuộc cách mạng đối với nền công nghiệp truyền hình. Hiện nay, có 3 loại công nghệ truyền hình tương tự chính được sử dụng trên toàn thế giới dựa trên tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh NTSC, SECAM và PAL và sử dụng điều chế RF để điều chế tín hiệu sóng mang VHF hoặc UHF. Mỗi khung hình của một hình ảnh truyền hình bao gồm các dòng quét trên màn hình. Các dòng có độ sang GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -15- khác nhau, tập hợp toàn bộ dòng được vẽ một cách nhanh chóng để mắt người cảm nhận nó như là một hình ảnh. Các khung hình tiếp theo tuần tự được hiển thị, cho phép mô tả chuyển động. Các tín hiệu truyền hình tương tự có thông tin về thời gian và đồng bộ để máy thu có thể tái tạo lại một hình ảnh hai chiều chuyển động từ một tín hiệu một chiều biến thiên theo thời gian. - Tiêu chuẩn NTSC được phát triển tại Mỹ và lần đầu tiên đượ sử dụng trong năm 1954, NTSC hiện là tiêu chuẩn truyền hình lâu đời nhất. Nó bao gồm quét dòng là 525 và tần số quét hình là 60Hz. - Tiêu chuẩn SECAM được phát triển ở Pháp và lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1967. Nó sử dụng quét dòng 625 và tần số quét hình là 50Hz. Các loại tiêu chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm thanh khác nhau. - Tiêu chuẩn PAL được phát triển ở Đức và lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1967. Là một biến thể của NTSC, chuẩn PAL sư dụng quét dòng 625 và tần số quét hình là 50Hz. Các tiêu chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm thanh khác nhau. Trong thời đại truyền hình tương tự, các tiêu chuẩn đều có những phương tiện truyền dẫn tín hiệu cho riêng mình. Các thiết bị mạng có giá thành cao nên các mạng truyền hình mặt đất đều trực thuộc nhà nước hoặc chính phủ. Các chuẩn không có khả năng giao tiếp với nhau tạo nên đòi hỏi các quốc gia phải có hệ thống truyền hình mặt đất riêng cho mình. Hệ thống truyền hình tương tự bao gồm hệ thống sản xuất chương trình truyền hình (quay hậu trường, chỉnh sửa, hoàn thiện và lưu trữ video), phát sóng (tạo ra composite video, điều chế, khuếch đại, phát sóng) và tiếp nhận (thu tín hiệu từ anten, giải điều chế của máy thu truyền hình và hiển thị hình ảnh và âm thanh đến người xem) với tất cả các tín hiệu là tương tự. Ngày nay, thông tin kỹ thuật số được tạo ra trong phòng thu. Với truyền hình kỹ thuật số, tất cả các quá trình là kỹ thuật số, các hình ảnh, âm thanh và tất cả các thông tin bổ sung được tạo ra, truyền đi và nhận được tín hiệu kỹ thuật số. Điều này GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -16- cho phép định dạng tốt nhất cho hình ảnh và âm thanh, hình ảnh rộng hơn so với bản gốc (màn hình toàn cảnh), với mức độ cao hơn về độ phân giải (độ phân giải cao) và âm thanh stereo. Các hệ thống truyền hình số với những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự ở khả năng chống nhiễu cũng như tăng hiệu quả băng thông đang ngày càng phát triển và được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Do đó, xu hướng hiện nay là chuyển đổi sang truyền hình số. 1.2 Khái niệm truyền hình kỹ thuật số Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin, mở ra một khả năng đặc đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước. So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp, tín hiệu số đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ cụ thể). Mặc dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển của công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằm đạt được một hệ thống nhất chung đó là hệ thống truyền hình hoàn toàn bằng kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công nghiệp truyền hình. Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra như trên hình 1.1. Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong thiết bị mã hóa (biến đôi A/D), tín hiệu truyền hình tương tự sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số được truyền tới bên thu qua kênh thông tin. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Quá trình giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -17- hình số sang 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. Thiết bị phát Tín hiệu truyền hình tương tự Biến đổi Mã hoá Mã hoá Điều chế A/D nguồn kênh số Kênh thông tin Giải mã Biến đổi Giải mã Giải điều hoá D/A hoá kênh chế số Tín hiệu truyền nguồn hình tương tự Thiết bị thu Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số [2]. Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hóa kênh. Mã hóa kênh đảm bảo chỗng các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã hóa kênh phối hợp 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 biến đổi được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình [2]. 1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, SECAM, PAL đều là các hệ thống truyền hình tương tự. Tín hiệu truyền hình tương tự là hàm liên tục theo thời gian và từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đệu chịu GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -18- ảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh. Để khắc phục những hiện tượng đó, người ta mã hóa tín hiệu truyền hình ở dạng số để xử lý. Do đó hệ thống truyền hình số có những ưu điểm sau: - Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai. - Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỷ số S/N (tỷ số tín hiệu/tạp âm) không giảm. Trong truyền hình tương tự thì việc này gây ra méo tích lũy (mỗi khâu xử lý đều gây méo). - Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm. - Có kh...óa kênh là làm cho tín hiệu truyền phát sóng phù hợp với kênh truyền. Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed-Solomon. Mã Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả năng sửa lỗi rất cao. - Điều chế: Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do pha đinh, tạp nhiễu [3]. 2. Phía thu Bên thu sẽ thực hiện quá trình mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -38- 2.3 Các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T 2.3.1 Bộ điều chế DVB-T Bộ điều chế DVB-T được thể hiện qua hình 2.2 dưới đây: Tách sóng Phân Mã hóa Ghép Mã hóa Ghép Ánh xạ MPEG tán xen năng ngoài xen trong (Mapper) trong lượng ngoài Chèn Thích ứng Lọc IFFT khoảng Lọc Khuyếch khung IF/RF bảo vệ FIR đại Band Pass Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T [5]. - Khối phân tán năng lượng Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính là đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG-2. Chiều dài tổng cộng của mỗi gói sau bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chức từ mã đồng bộ. Thứ tự xử lý ở phía phát luôn luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) của byte chứa từ mã đồng bộ. Để đảm bảo các chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép kênh MPEG-2 đầu vào hệ thống được mã hóa. Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx Dãy PRBS: 00000011 Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15 Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của mỗi lượt gói truyền dẫn. Để cung cấp tín hiệu khởi tạo cho bộ giải nhiễu tín hiệu (descrambler), byte đồng bộ của gói truyền dẫn đầu tiên trong nhóm 8 gói các bit được đảo lại. Toàn bộ quá trình được gọi là quá trình thích nghi ghép truyền dẫn. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -39- Bit đầu tiên tại đầu ra bộ tạo PRBS sẽ là bit đầu tiên (MBS) của byte đầu tiên sau byte từ mã đồng bộ đã được đảo. Để hỗ trợ thêm các chức năng đồng bộ, trong thời gian của các byte đồng bộ của 7 gói truyền dẫn ngay sau đó, chuỗi PRBS vẫn được tạo nhưng lại không lấy ra khiến các byte đồng bộ này không được ngẫu nhiên hóa. Vì thế chu kỳ của PRBS là 1503 byte. Quá trình ngẫu nhiên hóa cũng ở trạng thái tích cực khi dòng bit đầu vào bộ điều chế không tồn tại hoặc không cùng định dạng với dòng MPEG-2. - Khối mã ngoài Mã ngoài và tráo ngoài sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đầu vào theo hình vẽ (hình 2.3a). mã rút ngắn Reed-Solomon R-S được thực hiện với từng gói và đã được ngẫu nhiên hóa (188 byte) như hình 2.3b để tạo ra gói có tính chống lỗi (hình 2.3c. Mã R-S cũng được thực hiện với byte đồng bộ. Gói dữ liệu có thể được đảo hoặc không đảo. SYNC MPEG-2 Transport MUX data (187 byte) 1byte a) Gói truyền tải MPEG-2. 8 transport MUX packet PRBS period = 1503 bytes SYNC Randomized SYNC Randomized SYNC Randomized SYNC Randomized 1 Data 2 Data 8 Data 1 Data b) Gói truyền tải ngẫu nhiên hóa: Các byte đồng bộ và các byte dữ liệu ngẫu nhiên hóa. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -40- 204 bytes SYNC 1 or Reed-Solomon MPEG-2 transport MUX data (187 bytes) SYNC n 16 bytes c) Gói chỗng lỗi với mã Reed-Solomon R-S (204, 188,8). SYNC 1 or SYNC 1 or SYNC 1 or 203 bytes 203 bytes SYNC n SYNC n SYNC n d) Cấu trúc dữ liệu sau khối ghép xen ngoài. Hình 2.3: Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và ghép xen ngoài [5]. - Khối ghép xen ngoài Khối này thực hiện ghép xen kẽ với độ sâu I = 12 các gói dữ liệu (Outer Interleave) đã được bảo vệ lỗi R-S. Các gói được bảo vệ khỏi lỗi R-S có chiều dài là 204 byte được chia thành 17 khối với 12 byte mỗi khối. Mỗi phần tử ghi dịch FIFO được cấu trúc thành byte. Các chuyển mạch đầu vào và đầu ra được đồng bộ với nhau. Các byte đồng bộ của MPEG-2 luôn chạy không trễ qua nhánh “0” của bộ ghép xen. Quá trình ghép xen kẽ sẽ phân bố các lỗi cụm (burst error) qua một số các khối làm cho việc sửa sai có thể thực hiện một cách hiệu quả. Bộ chèn xen kẽ có 12 nhánh kết nối vòng tròn đối với dòng byte đầu vào. Mỗi nhánh có chứa một thanh ghi dịch vào trước ra trước FIFO (First In First Out) có chiều sâu là MJ. Trong đó: M: là trễ cơ bản = N/J = 17 N: là chiều dài khung = 204 bytes J: là tham số chạy từ 0 ÷ 11 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -41- Quá trình sửa lỗi được chia thành 2 phần: mã ngoài (Outer Coder) và mã trong (Inner Coder). Mã trong sử dụng phương pháp mã hóa xoắn (Convolution Code). - Khối mã trong Mã trong dựa trên cơ sở bộ mã hóa vòng xoắn gốc có tốc độ 1/2 vowis 64 trạng thái. Hệ thống DVB-T cho phép tao các tỷ lệ mã khác nhau bằng cách tách trích (Puncturing) dữ liệu sau bộ mã hóa xoắn. Điều đó cho phép lựa chọn khả năng sửa sai cũng như tốc độ dữ liệu trong các mode truyền phân cấp và không phân cấp. - Khối ghép xen trong Khối ghép xen trong (Inner Interleaving) bao gồm khối ghép xen bit và khối ghép xen symbol.  Ghép xen bit Đầu vào bộ ghép xen trong có thể có tới hai đầu vào, được tách thành 2, 4 hoặc 6 dòng con theo thứ tự điều chế và loại điều chế. Trong mode không phân cấp, dòng bit vào duy nhất được tách ra thành v dòng bit con, v = 2 khi điều chế QPSK, v = 4 khi điều chế 16 QAM và v = 8 khi điều chế 64 QAM. Trong mode điều chế phân cấp, cả hai dòng ưu tiên thấp thành 4 dòng con. Điều này được thực hiện với cả hai chế độ điều chế QAM đồng nhất và không đồng nhất.  Ghép xen symbol Mục đích của ghép xen symbol là ánh xạ các từ mã v bit lên 1512 sóng mang (trong mode 2K) hay 6048 sóng mang (trong mode 8K) thuộc một symbol OFDM. Bộ ghép xen symbol thực hiện ghép xen các khối 1512 hay 6048 symbol dữ liệu. 2.3.2 Mã hóa COFDM trong DVB-T Sơ đồ khối của bộ điều chế COFDM được minh họa như hình 2.3. Cơ sở của điều chế COFDM dựa vào thuật toán biến đổi ngược Fourrier nhanh IFFT (Inverse Fast Fourrier Transform). GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -42- (Real) R I Chuyển đổi Data D/A Input IFFT Bộ điều chế IF Output Bộ xử lý trước 2 K/8K I/Q I (Image) Q Chuyển đổi D/A Hình 2.4: Khối điều chế COFDM trong DVB-T. 2.3.2.1 Nguyên lý COFDM Như chúng ta đã biết hệ phát số DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (ghép tần số trực giao có mã) như một phương thức điều chế dữ liệu. OFDM là một dạng đặc biệt của hệ thống điều chế đa sóng mang. Các sóng mang dựa trên nguyên tắc phân chia luồng dữ liệu thành các luồng dữ liệu con lên các sóng mang. Các sóng mang được điều chế với tốc độ bit thấp và với số lượng sóng mang lớn sẽ mang được luồng dữ liệu có tốc độ bit cao. Ý tưởng đầu tiên của OFDM xuất phát từ khi xem xét sự suy yếu xảy ra trong phát sóng các kênh mặt đất. Đáp ứng của kênh không tương đồng với từng dải tần nhỏ do có nhiều tín hiệu nhận được (tín hiệu chính + tín hiệu phản xạ), nghĩa là sẽ không còn năng lượng đủ để thu hoặc sẽ thu được nhiều hơn một tín hiệu. Để có thể lập lại được những dữ liệu đã mất ở bên thu, cần mã hóa dữ liệu trước khi phát. a. Tính trực giao của các sóng mang Việc sử dụng số lớn sóng mang tưởng như không có triển vọng lắm trong thực tế và không chắc chắn, vì sẽ cần rất nhiều bộ điều chế, giải điều chế và các bộ lọc đi kèm theo. Và cũng có vẻ như sẽ cần một dải thông lớn hơn để chứa các sóng mang này. Nhưng vấn đề trên đã được giải quyết khi các sóng mang đảm bảo điều kiện được đặt đều đặn cách nhau một khoảng fU = 1/TU với TU là khoảng symbol hữu ích (u: useful). Đây chính là điều kiện trực giao của các sóng ang trong hệ thống ghép kênh phân chia tần số trực giao. Hình 2.4 biểu diễn hình ảnh của phổ tín hiệu OFDM với 16 sóng mang trực giao nhau trong dải thông kênh truyền dẫn và phổ tín hiệu RF GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -43- của máy phát số DVB-T có dải thông 8 MHz. Các thành phần phổ của máy phát số DVB-T (gồm hàng ngàn sóng mang) chiếm hết dải thông 8 MHz. Hình 2.5: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16. - Về mặ toán học, việc trực giao sẽ như sau: sóng mang thứ k được biểu diễn: jkUt K (t)  e (2.1) Với ω = 2π/TU, và điều kiện trực giao mà sóng mang phải thõa mãn là:  TU *  (t) L (t)dt  0  K , k L (2.2)  = TU, k = l - Về ý nghĩa vật lý: khi giải điều chế tín hiệu cao tần này, bộ giải điều chế không nhìn thấy các tín hiệu cao tần kia, kết quả là không bị các tín hiệu cáo tần khác gây nhiễu. - Về phương diện phổ: điểm phổ có năng lượng cao nhất của một sóng mang roi vào điểm bằng không của sóng mang khác. Vì các sóng mang được đặt gần nhau nên tổng cộng dải phổ cũng chỉ như ở điều chế sóng mang đơn – nếu chúng được điều chế với tất cả dữ liệu và sử dụng bộ cắt đỉnh lý tưởng. Có nhiều nguyên nhân gây ra suy giảm tính trực giao và do đó sẽ gây ra nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang (ICI). Chúng có thể là các lỗi xảy ra trong việc lấy mẫu tần số của máy thu hay phase-noise trong các bộ tạo dao động nội. Tuy nhiên trong thực tế, những ảnh hưởng này có thể được giữ ở mức giới hạn có thể chấp nhận được. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -44- b. Biến đổi IFFT và điều chế tín hiệu Kỹ thuất điều chế đa sóng mang phải sử dụng nhiều mạch điều chế cầu phương và các bộ lọc nhưng chúng ta đã tránh được điều này dựa vào thành các sóng mang đã được điều chế theo một kiểu nào đó tròn miền thời gian liên tục. Tùy thuộc vào kiểu điều chế mỗi tổ hợp bit trong chuỗi bit đầu vào được gắn cho một tần số sóng mang, vì vậy mỗi sóng mang chỉ tải số lượng bit cố định. Nhờ bộ ánh xạ (Mapper) và điều chế M-QAM, sóng mang sau khi điều chế QAM là một số phức và được xếp vào biểu đồ chòm sao theo quy luật mã Gray trên trục Re (trục thực) và trục Im (trục ảo). Vị trí của mỗi điểm tín hiệu (số phức) trên biểu đồ chòm sao phản ánh thông tin về biên độ và pha của các sóng mang. Quá trình biến đổi IFFT sẽ biến đổi các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền tần số thành các số phức biểu diễn các sóng mang trong miền thời gian rời rạc. Trong thực tế, các thành phần Re và Im được biểu diễn bằng chuỗi nhị phân được bộ điều chế IQ sử dụng để điều chế sóng mang cũng được biểu diễn bằng một chuỗi nhị phân. Chuỗi nhị phân sau điều chế IQ được biến đổi D/A để nhận lại tín hiệu trong băng tần cơ bản. Quá trình xử lý ở phía thu sẽ thực hiện biến đổi FFT để tạo các điểm điều chế phức của từng sóng mang phụ trong symbol OFDM, sau khi giải ánh xạ (Demapping) xác định biểu đồ bit tương ứng các tổ hợp bit được cộng lại để khôi phục dòng dữ liệu đã truyền. c. Lựa chọn điều chế cơ sở Tại mỗi symbol, mỗi sóng mang sẽ được điều chế bởi một số phức lấy từ tập chòm sao. Tùy thuộc vào kiểu điều chế cơ sở được chọn là QPSK, 16 QAM hay 64 QAM mỗi sóng mang sẽ vận chuyển được số bit dữ liệu là 2,4 hoặc 6 bit. Tuy nhiên với công suất phát cố định, khi có nhiều bit dữ liệu trong một symbol thì các điểm trong chòm sao càng gần nhau hơn và khả năng chống lỗi sẽ bị giảm. Do vậy cần có sự cân đối giữa tốc độ và mức độ lỗi. Với mô hình điều chế không phân cấp luồng số dữ liệu đầu vào được tách thành các nhóm có số bit phụ thuộc vào kiểu điều chế cơ sở. Mỗi nhóm bit này mang GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -45- thông tin về pha và biên độ của sóng mang và tương ứng với một điểm trên biểu đồ chòm sao. Hình 2.5 biểu diễn các chòm sao của điều chế QPSK (4 QAM), 16 QAM và 64 QAM không phân cấp. 64 QAM 000010 4QAM 16QAM 0010 00 Hình 2.6: Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16 QAM, và 64 QAM [5]. Trong mô hình điều chế phân cấp, hai luồng số liệu độc lập sẽ được truyền trong cùng một thời điểm. Luồng dữ liệu có mức ưu tiên cao (HP) được điều chế QPSK và luồng có mức ưu tiên thấp được điều chế 16 QAM hoặc 64 QAM. 2.3.2.2 Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang Tín hiệu truyền đi được tổ chức thành các khung (Frame). Cứ 4 khung liên tiếp tạo thành một siêu khung. Lý do việc tạo ra các khung là để phục vụ tổ chức mang thông tin tham số bên phát (bằng các sóng mang báo hiệu tham số bên phát – Transission Parameter Signalling – TPS carriers). Lý do của việc hình thành các siêu khung là để chèn vừa đủ một số nguyên lần gói mã sửa sai Reed-Solomin 204 byte trong dòng truyền tải MPEG-2 cho dù ta chọn bất kỳ cấu hình thàm số phát, điều này tránh việc phải chèn thêm các gói đệm không cần thiết. Mỗi khung chứa 68 symbol OFDM trong miền thời gian (được đánh dấu từ 0 đền 67). Mỗi symbol này chứa hàng ngàn sóng mang (6817 sóng mang với chế độ 8K, và 1705 sóng mang với chế độ 2K) nằm dày đặc trong dải thông 8MHz (Việt Nam chọ dải thông 8MHz, có nước chọn 7MHz). Hình 2.6 biểu diễn phân bố sóng mang của DVB-T theo thời gian và tần số. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -46- Hình 2.7: Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ). Như vậy, trong một symbol sẽ chứa: - Các sóng mang dữ liệu (video, audio) được điều chế M-QAM. Số lượng các sóng mang dữ liệu này chỉ có 6048 với 8K và 1512 với 2K. - Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K và 45 pilot với 2K. Các pilot này có vị trí cố định trong dải tần 8MHz và cố định trong biểu đồ chòm sao để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỗi pha. - Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K và 131 pilot với 2K có vị trí cố định trong biểu đồ chòm sao. Chúng không có vị tí cố định trong miền tần số, nhưng được trải đều trong dải thông 8MHz. Bên máy thu khi nhận được các thông tin từ các pilot này sẽ tự động điều chỉnh để đạt được đáp ứng kênh tốt nhất và thực hiện việc hiệu chỉnh (nếu cần). - Khác với sóng mang các chương trình, các pilot không điều chế QAM, mà chỉ điều chế BPSK với mức công suất lớn hơn 2.5 dB so với các sóng mang khác. Hình 2.7 biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc và liên tục với mức công suất lớn hơn các sóng mang dữ liệu 2.5 dB. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -47- Hình 2.8: Phân bố các pilot của DVB-T. - Các sóng mang thông số phát TPS (Transmission Parameter Signalling) chứa nhóm thông số phát được điều chế BPSK vì thế trên biểu đồ chòm sao, chúng nằm trên trục thực. Sóng mang TPS bao gồm 68 sóng mang trong chế độ 8K và 17 sóng mang trong chế độ 2K. Các sóng mang TPS này không những có vị trí cố định trên biểu đồ chòm sao, mà còn hoàn toàn cố định ở các vị trí xác định trong dải tần 8MHz. Hình 2.8 biểu diễn vị trí các pilot và sóng mang TPS được điều chế BPSK. Sóng mang dữ liệu Hình 2.9: Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao [5]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -48- 2.3.2.3 Chèn khoảng thời gian bảo vệ Trong thực tế khi khoảng tổ hợp thu được trải theo 2 symbol thì không chỉ có nhiễu giữa các symbol (ISI) mà còn cả nhiễu tương hỗ giữa các sóng mang (ICI). Để tránh điều này người ta chèn thêm khoảng bảo vệ (Guard Interval Duration) Tg trước mỗi symbol để đảm bảo các thông tin là đến từ cùng một symbol và xuất hiện cố định (hình 2.9). Hình 2.10: Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ. Khoảng bảo vệ là thời gian thiết bị thu chờ đợi, trước khi xử lý tín hiệu. Tg càng lớn, khoảng cách tối đa giữa các máy phát hình càng lớn. Tuy nhiên, về góc độ lý thuyết thông tin, Tg có giá trị càng nhỏ càng tốt, bởi lẽ Tg là khoảng thời gian không được sử dụng trong kênh truyền. Tg lớn sẽ làm giảm dung lượng của kênh truyền. Mỗi khoảng symbol được kéo dài thêm vì thế nó sẽ vượt quá khoảng tổ hợp của máy thu TU. Như vậy đoạn thêm vào tại phần đầu của symbol để tạo nên khoảng bảo vệ sẽ giống với đoạn có cùng độ dài tại cuối symbol. Miễn là trễ không vượt quá đoạn bảo vệ, tất cả thành phần tín hiệu trong khoảng tổ hợp sẽ đến từ cùng một symbol và tiêu chuẩn trực giao được thỏa mãn. ICI và ISI chỉ xảy ra khi trễ vượt quá khoảng bảo vệ. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -49- Độ dài khoảng bảo vệ được lựa chọn sao cho phù hợp với mức độ thu đa đường (multipath) của máy thu. Việc chèn khoảng thời gian bảo vệ được thực hiện tại phía phát. Khoảng thời gian bảo vệ Tg có các giá trị khác nhau theo quy định của DVB: 1/4TU, 1/8TU, 1/16TU, 1/32TU. t t t t t g t Hình 2.11: Các tia sóng đến trong khoảng thời gian bảo vệ [5]. Khi chênh lệch thời gian của các tia sóng đến đầu thu không vượt quá khoảng thời gian bảo vệ Tg, thì máy thu hoàn toàn khắc phục tốt hiện tượng phản xạ (hình 2.10). Thực chất, khoảng thời gian bảo vệ Tg là khoảng thời gian trống không mang thông tin hữu ích, vì vậy, cùng chế độ phát, Tg càng lớn, thông tin hữu ích sẽ càng ít, số lượng chương trình sẽ giảm. Nhưng Tg càng lớn khả năng khắc phục các tia sóng phản xạ từ xa đến càng hiệu quả. Với sử dụng kỹ thuật ghép đa tần trực giao và với thông số khoảng thời gian bảo vệ này tạo tiền đề cho việc thiết lập mạng đơn tần DVB-T. Các máy phát thuộc mạng đơn tần đều phát cùng một kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số. 2.3.3 Chòm sao tín hiệu và quá trình ánh xạ Để thực hiện phát sóng trên mặt đất, hệ thống DVB-T sử dụng kỹ thuật điều chế đa sóng mang MCM (Multi Carrier Modulation) với từng sóng mang được điều GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -50- số QPSK hoặc QAM. Các sóng mang đơn lẻ được truyền đi đồng thời bằng phương pháp ghép kênh phân chia tần số trực giao OFDM. Các sóng mang được điều chế số qua phép ánh xạ (Mapping) dựa trên cơ sở biểu đồ chòm sao (constellation) của kỹ thuật điều chế số. Phép ánh xạ thực hiện gán các giá trị symbol đầu vào lên các điểm của chòm sao tương ứng với pha và độ lớn của các vecto bao gồm phần thực (Real) và phần ảo (Image). Trong đó mỗi symbol là tổ hợp đồng thời của giá trị điều chế trực giao I (Inpha) và Q (Quadrature) tạo nên điểm chòm sao. Khối ánh xạ (Mapping) thực hiện tiếp nối theo sau khối mã hóa xoắn (Convolutional Coder). Phép ánh xạ còn phụ thuộc các mode truyền phân cấp hoặc không phân cấp (Hierachical, Non- Hierachical) được áp dụng cho việc truyền ghép kênh đa sóng mang phân chia trực giao OFDM). 2.3.3.1 Mode truyền không phân cấp (Non-Hierachical) Mode truyền không phân cấp sử dụng các gói truyền tải TS đã qua mã hóa kênh và mã hóa chèn xen kẽ và sẽ được ánh xạ lên mẫu chòm sao thích hợp. Điều này có nghĩa là tất cả các gói truyền MPEG-2 sẽ được bộ điều chế xử lý như nhau và sẽ có độ mạnh như nhau khi truyền. Tức là thủ tục mã hóa kênh không phân cấp sẽ không phân biệt các bit đặc biệt trong các gói truyền MPEG-2 được ánh xạ đến những vị trí đặc biệt trong biểu đồ chòm sao. Do đó, truyền không phân cấp sẽ sử dụng bộ điều chế thông thường (cân bằng đồng đều) với hệ số α =1 như hình 2.11 [6]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -51- Hình 2.12: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM chòm sao đều với α =1. 2.3.3.2 Mode truyền phân cấp (Hierachical) Hệ thống DVB cho phép truyền phân cấp với dòng truyền tải MPEG-2 qua khối phân tách (Splitter) để có hai dòng truyền tải MPEG: độ ưu tiên cao HP (High Priority) và độ ưu tiên thấp (Low Priority). Với mode phân cấp dữ liệu dòng truyền MPEGtachs biệt sẽ được chọn để tiến hành mã hóa kênh phân cấp (Hierachical Coding). Dữ liệu sẽ được ánh xạ vào những điểm của chòm soa không đều (Non- uniform). Bộ điều chế số không đồng đều với hệ số α > 1 được áp dụng cho mode phân cấp sẽ cho độ mạnh cao trong quá trình truyền. Điều chế phân cấp thực ra là sự dịch biên của 16 QAM và 64 QAM thông qua 4 QAM như trên hình 2.12. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -52- HP LP HP LP 10 10 0 0 01 1101 101 1 16QAM over 4QAM 4QAM over 4QAM 10 1101 1 1001 0 1101 001 Hình 2.13: Chòm sao điều chế phân cấp DVB-T [6]. Điều chế phân cấp được xem như là sự phân tách kênh RF thành hai kênh ảo, mỗi kênh ảo truyền các dữ liệu với tốc độ, tỷ lệ mã hóa khác nhau và do vậy cho các vùng phủ sóng khác nhau. Việc ánh xạ dòng bit trước tiên áp dụng chòm sao quay 4 Qam. Mỗi trạng thái biên độ và pha của chòm sao 4 QAM xác định góc phần tư mà sóng mang chiếm giữ trong chòm sao đó. Nếu dữ liệu thứ 2 được ánh xạ bởi cặp 2 bit thì chòm sao phân cấp chính là điều chế 4 QAM qua 4 QAM và biểu đồ chòm sao lúc này giống như 16 QAM. Còn nếu dữ liệu thứ hai được ánh xạ bởi 4 bit thì chòm sao phân cấp chính là điều chế 16 QAM qua 4 QAM và biểu đồ chòm sao lúc này giống như 64 QAM. Sơ đồ các biểu đồ chòm sao của điều chế số không đồng đều với α > 1 được cho ở hình 2.13 với những mã ánh xạ trên biểu đồ chòm sao. Dòng dữ liệu thứ nhất luôn luôn sử dụng điều chế 4 QAM được gọi là dòng dữ liệu ưu tiên cao (HP) và dòng thứ hai được gọi là dòng ưu tiên thấp (LP). GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -53- Hình 2.14: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM không đồng đều với α = 4. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -54- Hệ số α trong điều chế phân cấp là tỷ lệ giữa khoảng cách của 2 điểm gần nhất của 2 góc phần tư cận kề và khoảng cách giữa 2 điểm gần nhau nhất trong cùng một góc phần tư của chòm sao. Hệ số α càng lớn thì càng lợi cho điều chế HP nhưng điều chế LP lại chịu nhiễu kém hơn. Như vây, dòng dữ liệu tốc độ thấp còn được gọi là dòng có độ ưu tiên cao HP. Nó mang dữ liệu cho phép nhận được ngay khi điều kiện truyền phát xấu (có nhiễu cao hoặc thu di động). Hai dòng có độ ưu tiên khác nhau sẽ cho vùng phủ sóng khác nhau. 2.3.4 Mã sửa sai Hệ thống DVB-T sử dụng mã sửa sai R-S (Reed-Solomon) và mã cuốn. Mã Reed-Solomon là một mã sửa lỗi thuộc một lớp con của mã BCH - lớp mã BCH không nhị phân. Mã BCH (mã Bose, Chaudhuri và Hocquenhem) là một loại mã sửa lỗi vòng ngẫu nhiên quan trọng, có khả năng sửa được nhiều lỗi và được ứng dụng rất rộng rãi. Bộ mã R-S nhận một khối thông tin rồi thêm vào các bit dư. Lỗi xuất hiện trong khi truyền hoặc lưu trữ có thể do nhiều nguyên nhân (như tạp âm). Bộ giải mã R-S sẽ xử lý từng khối dữ liệu và cố gắng sửa lỗi để khôi phục lại dữ liệu ban đầu. Số lượng và kiểu lỗi có thể sửa được phụ thuộc vào các đặc tính của mã R-S đó. Ưu điểm của việc sử dụng mã R-S và mã cuốn là xác suất tồn tại của một lỗi còn lại trong dữ liệu đã được mã hóa thường là nhỏ hơn rất nhiều so với xác suất của một lỗi khi không sử dụng mã R-S. Khả năng này thường được gọi là tăng ích điều chế. 2.3.5 DVB-T trong môi trường bị phản xạ - Mạng đơn tần (SFN) Hệ phát số DVB-T sử dụng ghép đa tần trực giao OFDM có nhiều ưu điểm. Trong đó có một ưu điểm rất nổi trội và quan trọng (hơn hẳn hệ ATSC của Mỹ) đó là cho khả năng thiết lập mạng đơn tần. Khi thiết lập mạng đơn tần, tất cả các máy phát thuộc mạng đơn tần đó đều phát cùng kênh sóng, rất thuận lợi cho quy hoạch và tiết kiệm tài nguyên tần số. Mạng đơn tần tuân thủ 3 điều kiện: GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -55- - Các máy phát cùng một dòng truyền tải TS: các máy phát thuộc mạng đơn tần chỉ phát đúng một dòng truyền tải duy nhất (cả về nội dung, cả về thời gian). Về nội dung, có nghĩa là tại bất kỳ máy phát nào cũng không được làm mất tính thống nhất của dòng TS đó. - Phát cùng tần số: các máy phát phải phát cùng tần số, như đã biết ở các máy phát số DVB-T không có bộ dao động hình sin tạo các sóng mang nhu các hệ thống truyền hình tương tự. Hàng ngàn sóng mang trong bộ điều chế số được tạo ra là do tín hiệu của dòng TS sau khi chia nhỏ ra được biến đổi Fourier ngược tạo nên. Độ chính xác của tần số liên quan chặt chẽ tới độ chính xác của dòng TS. Như vậy, việc đồng bộ các dòng TS cũng đồng nghĩa với việc thực hiện đồng bộ tần số ở khâu điều chế của các máy phát. - Phát “cùng thời điểm”: các máy phát phát “cùng thời điểm” mục đích để nhấn mạnh tính khắt khe của đồng bộ: cùng thời điểm phát gói “đầu tiên” của cùng một Mega-frame ra không trung ở tất cả các máy phát trong một mạng đơn tần, không có sự nhanh chậm hơn nhau, nói cách khác sự chênh lệch thời gian thời gian phát gói này tại tất cả các máy phát trong một mạng đơn tần phải bằng không. Đây chính là vấn đề cốt lõi của quá trình đồng bộ. Vì vậy, để mạng đơn tần hoạt động hiệu quả cần thực hiện tốt việc thiết lập và hiệu chỉnh đồng bộ giữa các máy phát Trong DVB-T cần đáp ứng yêu cầu về khoảng phòng vệ, để đảm bảo nó cần phải giữ khoảng cách giữa các máy phát phải đảm bảo các điều kiện khoảng bảo vệ, tức là không được vượt khoảng cách cực đại cho phép với nhau. 2.3.5.1 DVB-T trong môi trường bị phản xạ như là “mạng đơn tần tự nhiên” Phản xạ là hiện tượng chung và phổ biến của truyền sóng điện từ. Trong môi trường thực tế, chúng ta đang chịu hậu quả của hiện tượng phản xạ sóng khi thu các chương trình truyền hình. Đối với công nghệ analog, nhiều sóng đến GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -56- anten thu và gây ra nhiều hình trên tivi, tạo nên bóng ma lem nhem, thậm chí các hình ảnh phá nhau làm mất đồng bộ và không thể xem được. Sóng của máy phát hình số cũng chịu quy luật phản xạ, nhưng do kỹ thuật ghép đa tần trực giao và nhờ có thông số “khoảng thời gian bảo vệ” của DVB-T, nên các thiết bị thu số DVB-T có thể khắc phục hiệu quả hiện tượng thu phản xạ. 2.3.5.2 Điều kiện để thu tốt trong môi trường có phản xạ Hệ thống DVB-T có một thông số liên quan đến việc chống hiện tượng phản xạ, đó là khoảng thời gian bảo vệ Tg. Khoảng thòi gian bảo vệ Tg có các giá trị khác nhau theo quy định của DVB (xem bảng 2.1) và người phát sóng có thể lựa chọn một trong các giá trị đó. Bảng 2.1 cho thấy, ở một chế độ phát 8K hoặc 2K, có thể chọn một trong 4 giá trị cho khoảng thời gian bảo vệ. Chế độ phát 8k cho khoảng thời gian bảo vệ lớn gấp 4 lần chế độ 2K (nếu cùng tỷ lệ Tg/Tsymbol). Bảng 2.1: Khoảng thời gian bảo vệ ở các chế độ phát khác nhau [5]. Khoảng thời gian bảo vệ Tg [µs] và chênh lệch về quãng đường đi tương ứng D=c.Tg Tg/Tsymbol Chế độ 8K Chế độ 2K Tsymbol = 896 µs Tsymbol = 224 µs 1/4 224 µs; 67,2 km 56 µs; 16,8 km 1/8 112 µs; 33,6 km 28 µs; 8,4 km 1/16 56 µs; 16,8 km 14 µs; 4,2 km 1/32 28 µs; 8,4 km 7 µs; 2,1 km Khi chênh lệch thời gian của các tia sóng đến đầu thu không vượt quá khoảng thời gian bảo vệ Tg, thì máy thu hoàn toàn có thể khắc phục tốt hiện tương phản xạ. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -57- 2.4 Kết luận chương II Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T của Châu Âu là một sự lựa chọn đúng đắn để xây dựng hệ thống truyền hình số mặt đất ở Việt Nam. Truyền hình số mặt đất có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình tương tự. Nhu cầu người xem truyền hình ngày càng tăng cao cả về thời lượng phát sóng, chất lượng chương trình và chất lượng hình ảnh. Với xu thế hội tụ trong lĩnh vực đa phương tiện, và sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ kỹ thuật truyền hình các dịch vụ truyền hình mới như: HDTV, 3DTV ra đời đã đang và sẽ được nhiều người lựa chọn do đó tiêu chuẩn DVB-T cần phải nhanh chóng bổ sung thêm các tính năng mới. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -58- CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 Chuẩn DVB-T đã được nhiều quốc gia lựa chọn triển khai cũng như đã khẳng định được ưu thế rõ rêt trên thế giới. Tuy nhiên, qua các hệ thống truyền hình số đang khai thác và nhu cầu thực tế đặt ra về đòi hỏi ngày càng tăng về dung lượng, kháng lỗi đường truyền, nâng cao độ tin cậy với các loại hình dịch vụ, về giảm tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình, nhu cầu phân chia phổ của các dịch vụ viễn thông khác, cùng xu thế hội tụ trong lĩnh vực truyền dẫn, truyền hình di động, sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình độ phân giải cao HDTV và 3DTV với dung lượng bit lớn mà DVB-T chưa đáp ứng được. Trước những nhu cầu đặt ra trên, cuối năm 2008, những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 đã được ban hành. Cùng với việc đưa ra các chuẩn nén mới như MPEG-4/H246 kết hợp với các ưu điểm vượt trội của DVB-T2, nhất là khi sử dụng với mạng đơn tần và nhiều kênh liền kề sẽ là xu hướng phát triển cho truyền hình số mặt đất trên thế giới. 3.1 Yêu cầu đặt ra đối với tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất mới Những yêu cầu cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2 có thể được tóm tắt như sau: - DVB-T2 phải tuân thủ tiêu chí đầu tiên có tính nguyên tắc là tính tương quan giữa các chuẩn trong họ DVB. Điều đó có nghĩa là sự chuyển đổi giữa các tiêu chuẩn DVB phải thuận tiện cao nhất đến mức có thể. - DVB-T2 phải kế thừa những giải pháp đã tồn tại trong các tiêu chuẩn DVB khác. - Mục tiêu chủ yếu của DVB-T2 là dành cho các đầu thu cố định và di chuyển được. Do vậy, DVB-T2 phải cho phép sử dụng được các anten thu hiện đang tồn tại ở mỗi gia đình và sử dụng lại các cơ sở anten phát hiện có. - Trong cùng một đơn vị truyền sóng, DVB-T2 phải đạt được dung lượng cao hơn thế hệ đầu (DVB-T) ít nhất 30%. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -59- - DVB-T2 phải có cơ chế nâng cao độ tin cậy đối với từng loại hình dịch vụ cụ thể. Điều đó có nghĩa là DVB-T2 phải có khả năng đạt được độ tin cậy cao hơn đối với một vài dịch vụ so với các dịch vụ khác. - DVB-T2 phải có tính linh hoạt đối với băng thông và tần số. - Nếu có thể phải giảm tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình của tín hiệu để giảm thiểu giá thành truyền sóng. Trên cơ sở những tiêu chí trên, từ tháng 6/2007 đến tháng 3/2008, trên 40 tổ chức đã tập trung nghiên cứu tiêu chuẩn DVB-T2, thông qua nhiều buổi hội thảo, hội nghị qua mạng và Email, cuối cùng cuối năm 2008, những nội dung cơ bản của tiêu chuẩn DVB-T2 đã được ban hành. 3.2 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số...ược mô tar, mã hóa và truyền đi một cách riêng biệt đến bộ giải mã trong các dòng cơ bản ES (Elementary Stream) khác nhau. Cũng như xác định, tách và xử lý riêng các đối tượng (như nhạc nền, âm thanh xa gần, đồ vật, đối tượng ảnh video như con người hay động vật, nền khung hình), nên người sử dụng có thể loại bỏ riêng từng đối tượng khỏi khuôn hình. Sự tổ hợp lại thành khung hình chỉ được thực hiện sau khi giải mã các đối tượng này [4]. Như hình 3.7 dưới đây thể hiện một trường hợp điển hình của tổ hợp khuôn hình MPEG-4, cho thấy nhiều đối tượng (bàn, quả cầu, bảng, người hướng dẫn và audio) được đặt vào một hệ thống tọa độ không gian 3 chiều (3-D) đối với vị trí người xem giả định. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -71- Hình 3.7: Sự tổng hợp khung hình trong MPEG-4 [4]. Các thiết bị mã hóa và giải mã video đều áp dụng sơ đồ mã hóa như nhau cho một đối tượng video VO (Video Object) riêng biệt, nhờ vậy người sử dụng có thể thực hiện các hoạt động tương tác riêng với từng đối tượng (thay đổi, di chuyển, kết nối, loại bỏ, bổ sung các đối tượng) ngay tại vị trí giải mã hay mã hóa. Đặc điểm chính của MPEG-4 là mã hóa video và audio với tốc độ bit rất thấp. Thực tế tiêu chuẩn đưa ra với 3 dãy tốc độ bit. - Dưới 64 Kbps - 64 Kbps đến 384 Kbps - 384 kbps đến 4 Mbps GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -72- Đặc điểm quan trọng của chuẩn nén MPEG-4 là cho phép khôi phục lỗi tại phía thu, vì vậy chuẩn nén này đặc biệt thích hợp đối với môi trường dễ xảy ra lỗi như truyền dữ liệu qua các thiết bị cầm tay. Những profile và level khác trong MPEG- 4 cho phép sử dụng tốc độ bit lên đến 38.4 Mbps và việc xử lý chất lượng studio cần các profile và level lên đến 1.2 Gbps. Ba đặc tính rất quan trọng của MPEG-4 là: - Nhiều object có thể được mã hóa với các kỹ thuật khác nhau và kết hợp lại ở bộ giải mã. - Các object có thể là các cảnh có được từ camera hay tự tạo như text. - Các thông tin trong luồng bit có thể hiển thị nhiều dạng khác nhau từ cùng một luồng bit (tùy theo lựa chọn người xem chẳng hạn như ngôn ngữ). MPEG-4 cho khả năng mã hóa video và audio hơn hẳn MPEG-2 cũng như khả năng khôi phục lỗi. Tuy nhiên, sức mạnh thật sự của MPEG-4 là các ứng dụng mới mà có thể xây dựng dựa vào việc mã hóa độc lập các object cho hiệu suất mã cao hơn, và việc tách riêng các object cho phép tương tác các object với nhau đặc biệt là các chương trình giáo dục và các trò chơi. Và cũng do khả năng tách biệt các object cận cảnh quan trọng nhưng giảm ảnh phóng xuống tốc độ thấp hơn nếu hệ thống sử dụng có băng thông bị hạn chế hoặc thiếu tài nguyên (bộ nhớ, tốc độ tính). MPEG-4 gồm có hai loại MPEG-4 Profile và MPEG-4 AVC hay còn gọi là chuẩn nén H.264 và H.264 đang được ứng dụng trong chuẩn DVB-T2. 1. MPEG-4 profile Chuẩn MPEG-4 bao gồm nhiều tính năng ưu việt khác nhau, không phải bất kỳ ứng dụng nào cũng đòi hỏi tất cả các tính năng của MPEG-4. Để sử dụng công cụ MPEG-4 một cách hiệu quả nhất, mỗi thiết bị chuẩn MPEG-4 sẽ chỉ được trang bị một số tính năng phù hợp với một phạm vi ứng dụng nhất định và để tạo điều kiện cho người sử dụng. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -73- 2. MPEG-4 AVC/H.246 MPEG-4 là chuẩn quốc tế đầu tiên dành cho mã hóa các đối tượng (object) video. Với độ linh động và hiệu quả do mã hóa từng đối tượng video, MPEG-4 đạt yêu cầu ứng dụng cho các dịch vụ nội dung video có tính tương tác và các dịch vụ truyền thông video trực tiếp hay lưu trữ. Trong MPEG-4, khung ảnh của một đối tượng video (hay còn gọi là mặt phẳng đối tượng video) được mã hóa riêng lẻ. sự cách ly các đối tượng video như vậy mang đến độ mềm dẻo hơn cho việc thực hiện mã hóa thích nghi làm tăng hiệu quả nén tín hiệu. Mặc dù tập trung vào những ứng dụng tốc độ bit thấp nhưng MPEG-4 cũng bao gồm cả studio chất lượng cao và HDTV. Tuy nhiên MPEG-4 cũng có một số nhược điểm là bộ giải mã phải có khả năng giải mã hết tất cả các luồng bit mà nõ hỗ trợ và có khả năng kết hợp. Do đó, phần cứng của bộ giải mã MPEG-4 phức tạp hơn so với bộ giải mã MPEG-2. Và ngày nay thì càng có nhiều bộ mã thực hiện giải mã bằng phần mềm nhưng bộ giải mã bằng phần mềm có thể bị hạn chế về khả năng linh hoạt. 3.4.2.12 DVB-T2 trong mạng đơn tần (SFN) Kỹ thuật mạng đơn tần (SFN) đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong hệ thống DVB-T, đặc biệt khi công nghệ DVB-T2 ra đời kỹ thuật mạng đơn tần càng phát huy được thế mạnh của mình. Đối với đầu thu can nhiễu SFN có thể được coi là trường hợp đặc biệt của hiệu ứng đa đường (hình 3.8). Can nhiễu SFN do các máy phát tạo ra và có thể kiểm soát được thông qua điều chỉnh độ trễ máy phát, công suất phát hay búp hướng anten phát. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -74- Path 1 Site 1 DVB-T2 Transmiter Tx1 Vệ tinh, vi ba, cáp quang Điểm thu T2 Path 2 Gateway Vệ tinh, vi ba, Site 1 cáp quang DVB-T2 Transmiter Tx2 Hình 3.8: Đường đi của tín hiệu trong mạng đơn tần công nghệ DVB-T2. Để mạng đơn tần hoạt động tốt cần thực hiện tốt việc thiết lập và hiệu chỉnh đồng bộ giữa các máy phát. Hình 3.9 mô tả kiến trúc cơ bản của hệ thống mạng đơn tần SFN DVB-T2. T2- Gateway Hình 3.9: Kiến trúc cơ bản của hệ thống mạng đơn tần SFN DVB-T2 [12]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -75- Theo lý thuyết nếu các tín hiệu đến điểm thu có độ trễ khác nhau và lớn hơn khoảng thời gian bảo vệ của mạng đơn tần và hiệu mức cường độ giữa tín hiệu chính và tín hiệu đến trễ nhỏ hơn ngưỡng cho phép thì điểm thu sẽ bị can nhiễu SFN. Khoảng bảo vệ và giá trị ngưỡng đối với mức chênh lệch cường độ thay đổi tùy theo mode điều chế, tỷ lệ mã hóa... Trong đó khoảng bảo vệ tương ứng của DVB-T2 được thể hiện dưới bảng 3.1. Bảng 3.1: Khoảng bảo vệ tương ứng của DVB-T2 (theo EBU-TECH 3348) [7]. GI-Fraction 1/128 1/32 1/16 19/256 1/8 19/128 1/4 FFT Tg [ms] GI [µs] 32K 3.584 28 112 224 266 448 532 NA 16K 1.792 14 56 112 133 224 266 448 8K 0.896 7 28 56 66.5 112 133 224 4K 0.448 NA 14 28 NA 56 NA 112 2K 0.224 NA 7 14 NA 28 NA 56 1K 0.112 NA NA 7 NA 14 NA 28 Có rất nhiều cách chọn cấu hình hệ thống khác nhau tùy thuộc vào mục đích của từng nhà mạng để đảm bảo khoảng bảo vệ, tốc độ luồng dữ liệu, tỷ số tín hiệu trên nhiễu Thông thường các nhà mạng lựa chọn tốc độ yêu cầu đối với luồng dữ liệu sau đó hiệu chỉnh các thông số khác của mạng nhu kích thước FFT, khoảng bảo vệ, tỷ lệ mã hóa 3.4.2.13 Công suất RF hoặc IF (sóng mang) Công suất sóng mang hay còn gọi chính xác là công suất RF hoặc IF: là tổng công suất của tín hiệu điều chế RF hoặc IF được đo tương đương hoặc cảm biến cống suất nhiệt trong điều kiện không có bất kỳ tín hiệu nào khác kể cả nhiễu. Với các hệ thông DVB tiêu chuẩn, phổ tín hiệu điều chế QAM/QPSK được tạo dạng bằng bộ lọc với hệ số roll-off α khác nhau. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -76- Với một hệ thống QAM lý tưởng (tất cả công suất RF hoặc IF nằm trong băng tần của kênh truyền), ta có công thức tính băng thông chiếm dụng của tín hiệu: f S BWOCC (QAM) = fC ± (1+α)  (3.1) 2 Trong đó: fC: tần số sóng mang FS: tốc độ ký tự điều chế α: với hệ số roll-off của bộ lọc Công suất RF/IF là toàn bộ công suất nằm trong băng thông hình chữ nhật này và nó không phụ thuộc vào đặc tính của bộ lọc. Đối với hệ thống COFDM, băng thông tín hiệu được định nghĩa khác với cách định nghĩa trên bởi vì nó sử dụng kỹ thuật điều chế khác, mặc dù về lý thuyết là rất giống nhau. Mức C/N tương ứng với các chế độ điều chế và phương thức thu trong DVB-T2 được thể hiện trong bảng 3.2 và 3.3. Bảng 3.2: Mức C/N tối thiểu trong kênh tần 8MHz tương ứng với các chế độ điều chế khác nhau [7]. Băng tần III, IV, V, kênh 8MHz Chế độ điều chế: 1K, 2K, 4K, 8K, 16K, 32K Tạp âm băng thông B [Hz] 7,61.106 7,61.106 7,61.106 7,61.106 7,61.106 Tạp âm tại đầu thu [dB] 6 6 6 6 6 Năng lượng tạp âm tại đầu -129,2 129,2 129,2 129,2 129,2 thu Pn [dBW] Tỷ số C/N [dB] 8,0 12,0 16,0 20,0 24,0 Công suất nhỏ nhất tại đầu -121,7 -117,7 -113,7 -111,2 -108,2 thu Psmin [dBW] Mức điện áp nhỏ nhất tại đầu thu ứng với trở kháng 17,5 21,5 25,5 29,5 33,5 75Ω Usmin [dBµV] GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -77- Bảng 3.3: C/N tương ứng với các phương pháp thu trong DVB-T2 [7]. Phương thức thu Chế độ phát DVB-T2 C/N [dB] Thu cố định 256 QAM, FEC: 2/3, 32K, PP7 18,9 Thu ngoài trời (trong đô thị) 64 QAM, FEC: 2/3, 32K, PP3 17,1 Thu trong nhà (trong đô thị) 64 QAM, FEC: 2/3, 16K, PP3 17,1 Thu di động (vùng ngoài đô thị) 16 QAM, FEC: 1/2, 8K, PP2 9,4 Thu bằng điện thoại di động 16 QAM, FEC: 1/2, 8K, PP3 12,3 Thu bằng điện thoại trên ôtô 16 QAM, FEC: 1/2, 8K, PP3 9,0 Khi thời gian quan sát tiến đến vô hạn thì tỷ số này tiến đến xác suất lỗi bit. Trong thực tế, thời gian quan sát không phải là vô hạn nên tỷ số lỗi bit chỉ gần bằng với xác suất lỗi bit. Tỷ số BER nhỏ, tức là số bit lỗi trên tổng số bit được truyền là nhỏ, do vậy chất lượng dịch vụ là tốt. Ngược lại, BER lớn thì chất lượng dịch vụ sẽ kém. Khi các tham số phát và truyền dẫn như nhau thì BER phụ thuộc vào kiểu điều chế. 3.4.3 Hiệu quả của việc sử dụng kỹ thuật chòm sao quay, chèn thời gian và tần số Một trong số các kỹ thuật mới được sử dụng trong DVB-T2 là chòm sao quay (Rotated Constellation ) và trễ Q (Q-delay). Sau khi đã định vị, chòm sao được xoay một góc trên mặt phẳng I-Q như mô tả trên hình 3.10. Hình 3.10: Chòm sao 16 QAM quay. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -78- Các thành phần I và Q được tách bởi quá trình tráo sao cho chúng được truyền trên miền tần số và thời gian khác nhau. Nếu có một thành phần bị hủy hoại trên kênh truyền, thành phần còn lại có thể được sử dụng để tái tạo lại thông tin. Kỹ thuật này tránh được mất mát trên kênh Gauss và tạo được độ lợi 0.7 dB trên kênh có pha đinh. Độ lợi này còn lớn hơn trên kênh 0 dB phản xạ (SFN) và kênh xóa (nhiễu đột biến, pha đinh có chọn lọc) (hình 3.11). Điều này cũng đồng nghĩa với việc có thể sử dụng tỷ lệ mã, tốc độ bit cao hơn. Hình 3.11: Thành tích của chòm sao quay so với không quay [7]. Các chòm sao quay cung cấp khả năng chống lại sự suy hao của các cell dữ liệu một cách đáng kể bằng cách đảm bảo việc mất thông tin từ một kênh thành phần có thể được khôi phục từ một kênh thành phần khác. Điều này đạt được bằng ánh xạ (mapping) dữ liệu QAM chuẩn (trục x, y) đến phép quay trong mặt phẳng I-Q, từ đó mỗi trục trên mặt phẳng mới (u1, u2) tải đầy đủ thông tin. Các thành phần I và Q được gủi ở những thời điểm khác nhau trên các cell khác nhau để đảm bảo khôi phục được thông tin khi xảy ra lỗi. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -79- 3.4.4 Điều chế và mã sửa sai trong DVB-T2 Trong khi DVB-T sử dụng mã sửa sai trong và ngoài là mã cuốn và mã R-S (Convolution and Reed-Solomon Codes), DVB-T2 và DVB-S2 sử dụng LDPC/BCH. Các mã này cho phép khả năng bảo vệ tốt hơn, truyền nhiều dữ liệu hơn trên cùng một kênh thông tin. Trong hệ thống DVB-T, phương thức điều chế cao nhất là 64 QAM cho phép truyền tải 6 bit/symbol/sóng mang (có nghĩa là 6 bit/tế bào OFDM). Ở DVB-T2, phương thức điều chế 256 QAM (hình 3.12) cho phép tăng lên 8 bit/tế bào OFDM, tăng 33% hiệu xuất sử dụng phổ và dung lượng dữ liệu đối với một tỷ lệ mã cho trước. Hình 3.12: Đồ thị chòm sao 256 QAM. Thông thường, tăng dung lượng dữ liệu thường đòi hỏi một tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu cao hơn (4 hoặc 5 dB, tùy thuộc vào kênh truyền và tỷ lệ mã sửa sai), bởi lẽ khoảng cách Euclide giữa hai điểm cạnh nhau trên đồ thị chòm sao chỉ bằng khoảng 1/2 so với 64 QAM và do vậy đầu thu sẽ nhạy cảm hơn đối với tạp nhiễu. Tuy nhiên mã LDPC tốt hơn nhiều so với mã cuốn (Convolution Code) và nếu chọn tỷ lệ mã mạnh hơn một chút cho 256 QAM so với tỷ lệ mã sử dụng trong 64 QAM của DVB-T, tỷ số công suất sóng mang trên tạp nhiễu C/N sẽ không thay đổi trong khi vẫn đạt được một độ tăng trưởng tốc độ bit đáng kể. 256 QAM do vậy sẽ là một sự lựa chọn đầy hứa hẹn trên thực tế. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -80- 3.5 Kết luận chương III Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 với những đặc tính vượt trội hơn so với tiêu chuẩn DVB-T đã khẳng định là chuẩn truyền hình số mặt đất lí tưởng cho truyền hình có độ phân giải cao HDTV, 3DTV và sẽ đem đến nhiều cơ hội triển khai các dịch vụ mới. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -81- CHƯƠNG IV - GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHO TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TẠI VIỆT NAM Chính vì những ưu điểm vượt trội của truyền hình số mà hầu hết các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đã đưa ra lộ trình số hóa hệ thống truyền hình số mặt đất và ngưng phát sóng truyền hình tương tự. So với tiêu chuẩn DVB-T, tiêu chuẩn DVB-T2 tỏ ra có nhiều ưu điểm và thế mạnh vượt trội hơn do đó, chắc chắn DVB- T2 sẽ là lựa chọn hiệu quả đối với truyền hình số mặt đất tại Việt Nam. 4.1 So sánh các tham số cơ bản của DVB-T và DVB-T2 Với việc úng dụng nhiều giải pháp kỹ thuật mới, DVB-T2 cho phép phát triển tối đa hiệu quả các ứng dụng trong mạng đơn tần. So với chuẩn DVB-T, các mode sóng mang mới được cộng thêm để cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật. Các thông số của DVB-T2 đang sử dụng tại Anh so với các thông số của DVB- T được thể hiện dưới bảng 4.1 và 4.2. Bảng 4.1: DVB-T2 sử dụng tại UK so với DVB-T [3]. DVB-T DVB-T2 Phương thức điều chế 64 QAM 256 QAM FFT 2K 32K Khoảng bảo vệ 1/32 1/128 FEC 2/3 CC + R-S 3/5 LDPC + BCH Pilot phân tán 8.3% 1.0% Pilot liên tục 2.0% 0.53% Mức vượt L1 1.0% 0.53% Phương thức sóng mang Tiêu chuẩn Mở rộng Dung lượng 24.1 Mbps 36.1 Mbps GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -82- Bảng 4.2: Dung lượng dữ liệu DVB-T2 so với DVB-T trong mạng SFN [3]. DVB-T DVB-T2 Phương thức điều chế 64 QAM 256 QAM FFT 8K 32K Khoảng bảo vệ 1/4 1/16 FEC 2/3 CC + R-S 3/5 LDPC + BCH Pilot phân tán 8.3% 4.2% Pilot liên tục 2.0% 0.39% Mức vượt L1 1.0% 0.65% Phương thức sóng mang Tiêu chuẩn Mở rộng Dung lượng 19.9 Mbps 33.2 Mbps 4.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 4.2.1 Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất Truyền hình số mặt đất ra đời và đã nhanh chóng khẳng định được vị thế trên thị trường. Chính vì những ưu điểm vượt trội của truyền hình số mà hầu hết các nước trên thế giới trong đó có Việt Nam đã đưa ra lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất và ngưng phát sóng truyền hình tương tự. Căn cứ Quyết định 2451/QĐ-TTg ngày 27 tháng 12 năm 2011 của Thủ tướng Chính phủ phê duyệt “Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020” [1]. Mục tiêu của quá trình số hóa: - Chuyển đổi hạ tầng truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất từ công nghệ tương tự sang công nghệ số theo hướng hiện đại, hiệu quả, thống nhất về tiêu chuẩn và công nghệ nhằm nâng cao chất lượng dịch vụ, tăng số lượng kênh chương trình, nâng cao hiệu quả sử dụng tần số truyền hình, đồng thời giải phóng một phần tài nguyên tần số để phát triển các dịch vụ thông tin di động và vô tuyến băng rộng. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -83- - Mở rộng vùng phủ sóng truyền hình số mặt đất nhằm phục vụ tốt nhiệm vụ phát triển kinh tế, văn hóa, xã hội, cung cấp các dịch vụ truyền hình đa dạng, phong phú, chất lượng cao, phù hợp với nhu cầu và thu nhập của người dân đảm bảo thực hiện tốt nhiệm vụ chính trị, quốc phòng an ninh của Đảng và Nhà nước. - Hình thành và phát triển thị trường truyền dẫn, phát sóng truyền hình số mặt đất nhằm thu hút nguồn nhân lực của xã hội để phát triển hạ tầng kỹ thuật truyền hình, trên cơ sở đảm bảo sự quản lý thống nhất, có hiệu quả của Nhà nước. - Tạo điều kiện để tổ chức và sắp xếp lại hệ thống các đài phát thanh, truyền hình trên phạm vi cả nước theo hướng chuyên môn hóa, chuyên nghiệp hóa, hoạt động về nội dung thông tin với hoạt động về truyền dẫn, phát sóng. 4.2.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 DVB-T2 là cơ hội duy nhất để hỗ trợ các dịch vụ có tốc độ bit lớn như HDTV, 3DTV. Đặc tính kỹ thuật DVB-T2 được xem như chuẩn thay thế tiềm năng cho chuẩn DVB-T đang dùng. Điều này có nghĩa trong tương lai các dịch vụ truyền hình hiện đang được cung cấp bởi DVB-T sẽ được thay thế bởi cùng dịch vụ nhưng dùng DVB- T2. Khi phát sóng tiêu chuẩn DVB-T2, các dịch vụ mới được hướng đến bổ sung cho môi trường truyền theo chuẩn DVB-T hiện dùng. Việc triển khai các dịch vụ dùng chuẩn DVB-T2 sẽ đảm bảo tính cạnh tranh của môi trường DTT và nhắm đến mục tiêu các thuê bao sẽ chuyển dần sang sử dụng các dịch vụ trên DVB-T2. 4.2.3 Khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam Tiêu chuẩn DVB-T2 ra đời cho phép những người làm truyền hình Việt Nam có nhiều lựa chọn hơn trong việc xây dụng hệ thống truyền hình kỹ thuật số hiện đại. Truyền hình số quảng bá mặt đất đã phát triển rộng khắp các tỉnh thành trong cả nước và ngày càng có nhiều nhà cung cấp dịch vụ truyền hình số quảng bá với số lượng chương trình ngày một tăng. Với những ràng buộc về giới hạn băng tần, môi trường truyền hình mặt đất cần có một hệ thống truyền dẫn mới hiệu quả hơn để dáp GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -84- ứng các yêu cầu truyền hình tương lai và hỗ trợ triển khai các dịch vụ truyền hình mới. Sự phát triển của DVB-T2 đã minh chứng cho sự tin tưởng vào công nghệ quảng bá trên môi trường truyền hình mặt đất. Việc phát triển tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất thế hệ thứ hai đã đáp ứng được yêu cầu thực tế. Đó là sự gia tăng dung lượng băng thông giúp cung cấp cho người xem các dịch vụ truyền hình mới. DVB-T2 hỗ trợ cơ hội cho các nhà quảng bá triển khai một chuỗi các dịch vụ HDTV trên môi trường DTT, hỗ trợ các dịch vụ truyền hình trong tương lai. Các dịch vụ thế hệ kế tiếp như 3DTV có thể hưởng lợi từ việc gia tăng dung lượng sẵn có của DVB-T2. Việc thay thế tiêu chuẩn DVB-T bởi tiêu DVB-T2 cần có một khoảng thời gian “quá độ” trong quá trình chuyển dổi. Tiêu chuẩn DVB-T và DVB-T2 sẽ cung tồn tại trong nhiều năm, mỗi tiêu chuẩn sẽ hỗ trợ cho người xem các loại hình dịch vụ khác nhau. Hiện nay, Việt Nam đã thành công trong việc ứng dụng truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2, công nghệ truyền hình tiên tiến nhất thế giới trong truyền dẫn và phủ sóng truyền hình trên cả nước. 4.3 Khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam 4.3.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam Từ những ưu điểm của DVB-T2 so với DVB-T, quá trình số hóa truyền hình mặt đất ở Việt Nam cần lựa chọn những giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất như sau: - Không phát triển thêm các hệ thống truyền hình mặt đất theo công nghệ cũ analog và DVB-T, từng bước triển khai hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 bên cạnh các hệ thống DVB-T đang có. - Khi triển khai mạng DVB-T2 cần phải quy hoạch thống nhất, khoa học trong từng vùng và toàn quốc, thiết kế hợp lý giữa mạng đa tần và mạng đơn tần. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -85- - Với các hệ thống đang triển khai lắp đặt, do đầu thu DVB-T2 chưa phổ biến, giá thành cao, trước mắt góc độ kinh tế chưa phù hợp thì điều quan trọng là việc xây dựng hệ thống phải có tính mở để vẫn phát DVB-T nhưng chọn lọc các thiết bị tương thích với tiêu chuẩn DVB-T2, khi điều kiện cho phép dễ dàng chuyển đổi sang hoạt động theo tiêu chuẩn DVB-T2. - Trong từng vùng để tăng dung lượng, tiết kiệm dải sóng mang phục vụ cho khả năng thu truyền hình di động nên thiết kế hệ thống mạng đơn tần. - Đối với các khu vực miền núi, địa hình phức tạp, sóng truyền hình khó truyền đi xa, đồng thời cần đưa vào hệ thống các chương trình truyền hình địa phương thì nên sử dụng mạng đa tần với các kênh liền kề. - Để đáp ứng nhu cầu có thể xem được nhiều kênh chương trình, tăng các loại hình dịch vụ, đặc biệt là các kênh HDTV, ngoài việc buộc phải chọn công nghệ DVB- T2 cần phải ứng dụng các kỹ thuật mới về nén tín hiệu như MPEG-4 AVC. 4.3.2 Triển khai DVB-T2 tại Việt Nam Tại Việt Nam, Công ty cổ phần nghe nhìn toàn cầu AVG đang triển khai phát sóng truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 với mạng đơn tần. Đài truyền hình Việt Nam cũng đã quyết định sử dụng tiêu chuẩn DVB-T2 và đã phát sóng chính thức tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh từ đầu năm 2013. Công ty VTC, là doanh nghiệp đang sử dụng tiêu chuẩn DVB-T cũng có kế hoạch triển khai phát sóng truyền hình số tiêu chuẩn DVB-T2 và dần chuyển đổi hoàn toàn sang công nghệ DVB-T2. 1. Truyền hình An Viên (AVG) Truyền hình An Viên là đơn vị đầu tiên cung cấp truyền hình kỹ thuật số nói chung và kỹ thuật số mặt đất nói riêng và cũng là đơn vị đầu tiên ở Việt Nam triển khai mạng truyền dẫn phát sóng truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2 áp dụng cho công nghệ mạng đơn tần SFN đảm bảo tiết kiệm tài nguyên tần số. Các tham số phát sóng của truyền hình An Viên được thể hiện như bảng 4.3. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -86- Bảng 4.3: Các tham số phát sóng của truyền hình An Viên [12]. Thông số Giá trị Tiêu chuẩn phát sóng DVB-T2 Băng thông (MHz) 7.61 Tiêu chuẩn nén MPEG-4 Kích thước FFT 32K Kiểu điều chế 64 QAM Tỷ lệ mã FEC 3/4 Khoảng bảo vệ 19/256 Mẫu PP PP4 - Khu vực nội thành Hà Nội: có thể thu sóng băng anten của AVG hoặc loại tương đương, lắp đặt trong nhà - Các khu vực khác trong vùng phủ sóng: thu bằng anten Chế độ thu của AVG hoặc loại tương đương, lắp đặt ngòai trời, chiều cao khoảng 5m - Các khu vực biên của vùng phủ sóng: thu bằng anten của AVG hoặc loại tương đương, lắp đặt ngoài trời, chiều cao khoảng 10m Cấu hình tổng thể hệ thống truyền dẫn, phát sóng theo tiêu chuẩn DVB-T2 áp dụng công nghệ mạng đơn tần SFN với 3 kênh tần số 57 (762 MHz), 58 (770 MHz) và 59 (778MHz) được thể hiện như hình 4.1. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -87- Hình 4.1: Cấu hình tổng thể hệ thống mạng SFN theo tiêu chuẩn DVB-T2 của AVG [12]. Hệ thống bao gồm: - Program source (Nguồn chương trình): Bao gồm các kênh truyền hình do AVG tự sản xuất và các nguồn chương trình khác. - Headend (Trung tâm truyền hình): Là nơi thực hiện việc nén các kênh chương trình sử dụng hệ thống các thiết bị Encoder theo tiêu chuẩn MPEG-4, hệ thống chèn khóa mã (CA) và quản lý thuê bao, và thiết bị ghép kênh chuong trình (MUX). Đầu ra bộ ghép kênh (MUX) là 3 dòng truyền tải TS (tương ứng cho 3 kênh tần số) đưa vào hệ thống T2 Gateway. - T2 Gateway: Hệ thống này gồm 3 bộ T2 Gateway chính tiếp nhận 3 luồng TS đầu ra MUX, thực hiện các chức năng đóng gói các khung cơ sở (Basedband Frame), thông tin báo hiệu L1, các thông tin đồng bộ, vào các gói T2-MI. Đầu ra của T2 Gateway là các gói T2-MI được đóng gói và truyền đi trên mạng truyền dẫn IP đến các máy phát tại các trạm. Đảm bảo thực hiện phát đồng bộ tín hiệu trong mạng đơn tần SFN. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -88- - Mạng truyền dẫn: Thực hiện phân phối các tín hiệu từ đầu ra Headend đến các trạm phát sóng. - Trạm phát sóng: Các trạm phát sóng được triển khai trên phạm vi cả nước, với 3 kênh tần số tại mỗi trạm sẽ có 3 máy phát sóng DVB-T2, công suất máy phát dưới 3kW. Hiện tại, truyền hình số mặt đất An Viên đã phủ sóng gần như cả nước, phát sóng chuẩn DVB-T2 với 70 kênh trên hạ tầng truyền hình số mặt đất miền Bắc, 67 kênh trên hạ tầng số mặt đất miền Nam. Bản đồ phủ sóng của truyền hình An Viên được thể hiện như hình 4.2. Hình 4.2: Bản đồ phủ sóng toàn quốc của AVG [12]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -89- 2. Truyền hình Kỹ thuật số VTC VTC đã phát sóng truyên hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T2 tại Đà Nẵng từ tháng 9/2013 và sẽ phát sóng DVB-T2 tại Hà Nội và TP Hồ Chí Minh vào đầu năm 2014. Đây là một bước đi trong kế hoạch tổng thể của VTC đầu tư và nâng cấp mạng phát sóng truyền dẫn số mặt đất hiện nay lên công nghệ DVB-T2 đảm bảo đúng tiến độ số hóa phát truyền dẫn toàn quốc theo Đề án số hóa phát sóng, truyền dẫn truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-t2 đã được Chính phủ phê duyệt. Hiện nay trong 3 đơn vị có giấy phép thiết lập hạ tầng mạng truyền hình số phủ sóng toàn quốc là VTV, VTC, AVG thì VTC vẫn là đơn vị tiên phong và có phạm vi phủ sóng số rộng nhất. VTC đã phủ sóng trên 47 tỉnh, thành phố với gần 30 kênh chương trình không thu phí phục vụ nhiệm vụ chính trị, thông tin tuyên truyền thiết yếu của Trung ương và địa phương, phục vụ hơn 4 triệu hộ dân. Trong thời gian tới, VTC sẽ triển khai nâng cấp mạng truyền hình số mặt đất theo chuẩn DVB-T lên hệ thống truyền dẫn, phát sóng số mặt đất theo công nghệ DVB-T2 đảm bảo phủ sóng toàn quốc. 3. Đài truyền hình Việt Nam VTV Tính đến đầu năm 2014, Đài Truyền hình Việt Nam VTV đã phát sóng số chuẩn DVB-T2 trên kênh tần số 25 tại TP Hồ Chí Minh, 51 tại Hà Nội, 43 tại Đà Nẵng, 43 tại Hải Phòng và 45 tại Cần Thơ. Sau đó, VTV sẽ triển khai số hóa tiếp tục đến các tỉnh thuộc các khu vực khác để tiến tới số hóa toàn quốc vào năm 2020. Các tham số phát sóng của Đài truyền hình Việt Nam được thể hiện trong bảng 4.4. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -90- Bảng 4.4: Các tham số phát sóng của Đài truyền hình Việt Nam [13]. Thông số Giá trị Tiêu chuẩn phát sóng DVB-T2 Tiêu chuẩn nén MPEG-4 Kích thước FFT 16K Điều chế 64 QAM Tỷ lệ FEC 3/4 Khoảng bảo vệ 1/16 Mẫu PP PP4 Chế độ thu Thu ngoài trời, có thể thu trong nhà tại một số địa điểm khi sử dụng anten có khuếch đại Bản đồ phủ sóng truyên hình số mặt đất của VTV tại Hà Nội và Tp.HCM được mô tả trong hình 4.3 và hình 4.4. Hình 4.3: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Hà Nội của VTV [13]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -91- Hình 4.4: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Tp. HCM của VTV [13]. 4.4 Kết luận chương IV Hiện nay, nhiều nước trên thế giới đã nghiên cứu, ứng dụng, triển khai thành công tiêu chuẩn DVB-T2 và đã nhận được sự ủng hộ cao của người xem. Việt Nam đã nghiên cứu, ứng dụng và triển khai thành công tiêu chuẩn DVB- T2. Việc thay thế chuẩn DVB-T bởi DVB-T2 cần có một khoảng thời gian “quá độ” trong quá trình chuyển đổi. Hai tiêu chuẩn DVB-T và DVB-T2 sẽ cùng tồn tại trong nhiều năm, mỗi chuẩn hỗ trợ người xem các loại hình dịch vụ khác nhau. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -92- KẾT LUẬN Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB-T2 là tiêu chuẩn đang được sử dụng rộng rãi trên thế giới. Tiêu chuẩn này sử dụng chuẩn nén tín hiệu MPEG-4, kỹ thuật ghép kênh phân chia theo tần số trực giao mã hóa COFDM và các đặc tính kỹ thuật ưu việt. Việc phát triển tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2 đã đáp ứng được nhu cầu thực tế. Đó là sự gia tăng dung lượng băng thông giúp cung cấp cho người xem các dịch vụ truyền hình mới. Từ những đặc tính ưu việt của DVB-T2 có thể thấy, sự sẵn sàng của chuẩn DVB-T2 mang đến các cơ hội mới cho môi trường truyền hình số mặt đất. Các nhà quảng bá và các nhà cung cấp dịch vụ khác có thể quan tâm hỗ trợ các dịch vụ mới trên DTT mà trước đó khó triển khai do hạn chế về dung lượng băng thông trong các băng tần VHF và UHF. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -93- NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN ĐỒ ÁN XẾP LOẠI: Ngàytháng 04 năm 2014 TS Nguyễn Cảnh Minh NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT ĐỒ ÁN XẾP LOẠI: ... Ngàythángnăm 2014 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -94- LỜI CẢM ƠN Trong quá trình làm đồ án, em đã nhận được sự giúp đỡ tận tâm của TS Nguyễn Cảnh Minh, và sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy cô giáo trong bộ môn Kỹ thuật viễn thông. Qua đây, em xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến toàn thể các thầy cô trong bộ môn, trong Khoa Điện - Điện tử và đặc biệt là TS Nguyễn Cảnh Minh đã giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Mặc dù em đã rất cố gắng, nhưng do thời gian có hạn và trình độ kiến thức còn hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong các thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để em có thể hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, Ngày 05 tháng 04 năm 2014 Sinh viên: Nguyễn Thị Hiền GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền -95- TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Tài liệu Tiếng Việt [1]. Bộ thông tin và truyền thông (2010), “Đề án số hóa truyền dẫn phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”. [2]. Đỗ Hoàng Tiến, Dương Thanh Phương (2004), Kỹ thuật truyền hình, NXB Khoa học – Kỹ thuật. [3]. Ngô Thái Trị (2004), Truyền hình số mặt đất, NXB Đại học Quốc gia. [4]. Nguyễn Thanh Bình, Võ Nguyễn Quốc Bảo (2008), Xử lý âm thanh, hình ảnh, Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông - TP Hồ Chí Minh. [5]. Phạm Đắc Bi, Lê Trọng Bằng, Đỗ Anh Tú (8/2004), Các đặc điểm của máy phát số DVB-T, Tạp chí Bưu chính Viễn thông & Công nghệ thông tin. 2. Tài liệu Tiếng Anh [6]. DVB Project technical publication (1999), ETSI EN 300 744: “Digital broadcasting system for television, sound and data services; Framing structure, channel coding and modulation fos digital terrestrial television (DVB-T)”. [7]. DVB Project technical publication (2010), ETSI EN 302 755: “Digital Video broadcasting (DVB); Frame structure channel coding and modulation for a second generation digital terrestrial television broadcasting system (DVB-T2)”. [8]. IncJohn Arnold, Michael Frater, Mark Pickering (2007), Digital Television Technology and Standards, John Wiley and Sons. [9]. Marcelo S. Alencar (2009), Digital Television System, Cambridge University Press. [10]. [11]. [12]. [13]. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền