Giáo trình XỬ LÝ TÍN HIỆU AUDIO VÀ VIDEO - Chương 3 pptx

Chương 3: Truyền dẫn audio và video












Hình 3.11. Đóng gói video
3.3.6.2. Mode truyền dị bội (ATM)
Kích cỡ gói là một đặc tính quan trọng của các hệ thống đóng gói và phải được
xác định ngay tại thời điểm thiết kế hệ thống. Kích cỡ có thể thay đổi được hoặc cố
định. Do có một số overhead cần đến trong header của gói không quan tâm đến kích
cỡ của nó, nên nếu overhead giảm, gói sẽ được thiết kế lớn hơn. Tuy nhiên, các gói
nhỏ hơn sẽ tạo ra độ linh hoạt tốt hơn cho chỉ tiêu hệ thống. Chính vì độ linh hoạt và
cũng do nó lấy cùng số lượng xử lý để tiến hành đóng gói mà không quan tâm đến
kích cở của gói nên hầu hết các thiết kế hệ thống có các kích cỡ gói nhỏ, trong phạm
vi từ 50 đến vài trăm byte.

Các khung video
Người gởi



Các khung video
Người nhận
Bộ mã hóa
Bộ giải mã
Mạng chuyển mạch gói
Các gói
Dữ liệu gởi Dữ liệu nhận


Chỉ đường dẫn
ảo
(
VPI
)

5 byte
header
Chỉ kênh truyền ảo
(
VCI
)
Điều khiển lỗi

heade
r

48 byte dữ liệu
Điều khiển
luồn
g

Header thích
ứn
g
Kiểu dữ liệu
Dự trữ
Hình 3.12. Cấu trúc gói ở chế độ truyền dị bội

73
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Các gói của nó gọi là các tế bào có kích thước 53 byte như ở hình 3.12. Mỗi tế
bào có sức chứa dữ liệu là 48 byte và một header 5 byte. Header của tế bào ATM có
năm phần cộng với 8 bit của mã phát hiện sửa lỗi vào header.
1. Điều khiển dòng 4 bit có thể được sử dụng để điều khiển dòng thông tin từ
phần cứng giao diện mạng của người sử dụng.
2. Bộ nhận dạng đường dẫn ảo (VPI) -12 bit dùng để nhận dạng điểm đến cho tế
bào. Nhiều dạng tế bào khác nhau có thể có cùng VPI.
3. Bộ nhận dạng kênh ảo (VCI) -12 bit dùng để nhận dạng kênh cho một dòng
riêng.
4. Kiểu trọng tải (PT)-3 bit có thể sử dụng để nhận dạng kiểu thông tin, phần
cứng và phần mềm trong mạng không nhận biết được những bit này.
5. Một bit dự phòng.
3.3. PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN

Quá trình truyền dẫn phải cần đến một vài loại hình kết nối giữa nguồn dữ liệu
và nguồn sử dụng. Đây vừa là sự kết nối vật lý vừa là sóng radio như trong truyền
hình quảng bá mặt đất hoặc truyền dẫn qua vệ tinh.
3.3.1. Cáp đồng trục
Truyền bằng cáp đồng trục bao gồm từ các cáp video mềm, loại nhỏ sử dụng
trong truyền hình quảng bá hoặc hệ thống video gia đình đến cáp nửa cứng nửa
mềm dùng cho các đường trung kế của TV cáp. Tất cả những loại cáp này đều có
đặc tính là tín hiệu bị giảm đi theo khoảng cách và càng giảm nhanh hơn ở những
tần số cao. Đối với các dịch vụ analog, thường cần đến bộ cân bằng cáp trên dải
thông được sử dụng nhờ các mạch lọc đặt tại một hoặc cả hai đầu của cáp. Khi sử
dụng thêm quá trình cân bằng, SNR của cáp suy giảm và trở thành giới hạn độ dài
của mạch cáp được sử dụng. Điều này có thể được khắc phục nhờ bộ lặp, đây là bộ
khuếch đại tín hiệu theo chu kỳ được sử dụng rộng rải trong các hệ thống TV cáp.
Tất cả các thông số trên rất hữu hiệu trong các hệ thống số, tuy nhiên vẫn còn
nhiều cơ hội lựa chọn điều chế và mã hóa kỹ thuật phù hợp với các đặc tính của cáp.
Truyền dẫn số có thể thực hiện trên mọi loại cáp với bất cứ kiểu mã hóa nào nhưng
độ dài hoạt động thực tế sẽ bị giới hạn. Giới hạn này có thể được mở rộng nhờ việc
lựa chọn quá trình mã hóa thích hợp và sử dụng các kỹ thuật analog cho quá trình
cân bằng.



74
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Loại cáp
Tốc độ dữ
liệu (Mb/s)
Khoảng
cách (km)
Tốc độ × khoảng

cách (Gb-km/s)
Cáp xoán đôi 1 2 0,002
Cáp đồng trục (nhỏ) 10 1 0,01
Cáp đồng trục (TV cap) 2000 1 2
Sợi đa mode 600 2 1,2
Sợi đơn mode 2000 100 200

Bảng 3.2. Chỉ tiêu của các loại cáp khác nhau
Các hệ thống cáp TV
Dải tần analog cân bằng của các hệ thống cáp TV nằm trong khoảng từ 300
đến 500MHz, được chia thành các kênh TV khoảng từ 50 đến 80 kênh 6MKz.
Truyền hình quảng bá mặt đất có thể thực hiện tổng hợp các dịch vụ analog và
digital trên cùng một cáp bằng cách định rõ các kênh phù hợp cho chương trình
analog và số. Sử dụng điều chế dạng HDTV Grand Alliance, mỗi kênh cáp 6MKz
có khả năng chứa tốc độ bit là 38Mb/s. Nếu 50 kênh cáp là số thì tốc độ trung bình
của nó sẽ là 1.9GB/s. Tuy khả năng lớn nhưng vấn đề là ở chỗ là cách sử dụng như
thế nào. Không phải mọi hệ thống đều truyền được 1000 chương trình khác nhau ở
mọi lúc, tuy nhiên các ứng dụng như video hai chiều vẫn có thể sử dụng khả năng
này.
3.3.2. Cáp sợi quang
Cáp sợi quang có dải thông và các đặc tính độ dài lớn hơn nhiều so với cáp
đồng. Nó cần đến bộ chuyển đổi điện tử-quang ở mỗi đoạn nối trên đường truyền,
điều này có nghĩa là sự kết nối phân nhánh sẽ trở nên khó hơn. Tuy nhiên, cáp sợi
quang tạo ra tính kháng thể gần như hoàn toàn với nhiễu từ hoặc điện.
3.3.3. Đường điện thoại
Mạng điện thoại toàn cầu khởi đầu được xây dựng cho truyền thoại analog ở
dải thông khoảng 3,5KHz. Nó tạo ra đường liên lạc 2 chiều thông qua một mạng
quay số chuyển mạch. Các kết nối được thực hiện thông qua việc quay số và khi đã
thực hiện xong, kết nối sẽ dành riêng cho hai người đối thoại và kết nối bị phá vỡ
khi một trong hai người cúp máy.

3.3.3.1. Modem điện thoại
Trong thực tế người sử dụng phải tương thích các kết nối analog hiện đang sử
dụng với truyền dẫn số nhờ sử dụng các modem. Modem được sử dụng rộng rãi ở

75
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
máy tính và là cơ sở để ứng dụng internet trên toàn cầu. Các modem điện thoại hiện
nay sử dụng điều chế đa mức tới tận 4bit/symbol.
Với thiết bị này dải thông hẹp, chỉ tiêu SNR của kết nối tín hiệu thoại analog
hạn chế, tất cả điều này hạn chế tốc độ dữ liệu của các modem điện thoại, chỉ
khoảng 33.000 bit/s. Tốc độ như vậy phù hợp với việc truyền văn bản, tuy nhiên
không thể đáp ứng cho tín hiệu video, audio hoặc ảnh với chất lượng cao được. Tại
thời điểm này đã có các modem 56.000bit/s có khả năng thực hiện đầy đủ bằng cách
kết nối số trực tiếp với mạng điện thoại của máy chủ.
3.3.3.2. Cáp điện thoại
Cáp sử dụng cho thông tin loại analog là cáp sợi đồng, xoắn đôi, có khả năng
truyền dẫn số tốt, một số phần của mạng diện thoại số cũng sử dụng loại này.
3.3.4. Truyền dẫn bằng tần số vô tuyến
Thông tin số vô tuyến có thể là điểm-điểm, hoặc một điểm tới nhiều điểm
(quảng bá). Đường truyền dành cho điểm-điểm rất đắt và số lượng các đường truyền
như vậy bị giới hạn bởi khoảng cách phổ tần số cho phép.
3.3.4.1. Thông tin tế bào
Hầu hết thông tin điểm-điểm ngày nay đều thực hiện trên các mạng tần số vô
tuyến ví dụ như các mạng DT tế bào. Các hệ thống này có giá thành tương đối cao
và sử dụng chung khoảng cách phổ cho nhiều người sử dụng. Mạng tế bào, ban đầu
là analog dùng cho điện thoại, nhưng hiện nay nó đã được số hóa. Mặc dù các mạng
điện thoại tế bào có thể được sử dụng modem nhưng sự chuyển mạch tế bào khiến
nó không đáng tin cậy, từ khi mạng tế bào trở thành số và quá trình mã hóa phù hợp
để xử lý các đặc tính của nó được đáp ứng, việc sử dụng truyền dẫn dữ liệu trên
mạng tế bào sẽ tăng lên.

3.3.4.2. Quảng bá
Truyền quảng bá audio và video là một phương pháp phổ biến trên toàn thế
giới, về bản chất toàn bộ các dịch vụ này là analog, tuy nhiên các dịch vụ kỹ thuật
số đang được phát triển và sẽ được triển khai trong tương lai gần. Một trong những
phát triển mới quan trọng là hệ thống Grand Alliance, hệ thống này được phát triển
ở Mỹ.
3.3.4.3. Quảng bá qua vệ tinh
Vệ tinh được sử dụng cả trong thông tin quảng bá và thông tin điểm-điểm. Một
bộ thu phát được gọi là transponder trong vệ tinh dùng để thu nguồn tín hiệu từ mặt
đất (tuyến lên) và phát lại nó ở một tần số khác và thông qua anten khác (tuyến
xuống) tới một hoặc nhiều trạm thu trên mặt đất. Do năng lượng vệ tinh lấy từ mặt

76
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
trời nên năng lượng truyền dẫn của nó bị hạn chế và các tần số sóng vi ba cũng như
các búp hẹp của anten đĩa phải được sử dụng nhằm đạt được chỉ tiêu mong muốn.
Các transponder vệ tinh trước đây sử dụng điều chế FM analog nhưng các thiết kế
mới hơn đã sử dụng điều chế số.
3.4 CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
Việc định nghĩa một hệ thống truyền dẫn phải bao hàm cả quá trình mã hóa và
điều chế của nó. Trong một môi trường cụ thể, định nghĩa phải xác định rõ môi
trường vật lý, kết nối… Một vài hệ thống đã được triển khai rộng rãi sẽ được trình
bày trong phần này.
1.4.1 Thành phần 4:2:2 bit song song
Nhóm SMPTE đã đưa ra một vài tiêu chuẩn giao diện số cho các tín hiệu của
hệ NTSC, PAL và HDTV trong cả hai định dạng song song và nối tiếp. SMPTE
125M là một giao diện song song 10 bit cho hệ thống 525/60 hoạt động theo tiêu
chuẩn ITU-R Rec.BT.601 số hóa, trong định dạng 4:2:2. Một cáp đặc biệt được sử
dụng, gồm 12 mạch xoắn đôi với các bộ nối DB-25, 10 cặp sử dụng cho dữ liệu, cặp
11 dùng để truyền xung clock, cặp còn lại dùng để tiếp đất. Độ dài của cáp có thể là

50m không có sự cân bằng, độ dài cũng có thể lên tới 300m nhưng phải được sự cân
bằng. Lưu ý là những giao diện song song này phải khớp với các mạch cá nhân
trong cáp nhiều dây một cách chính xác để việc đo thời gian của mỗi đường dẫn bit
nằm trong khoảng dung sai của đồng hồ. Nó giới hạn chỉ tiêu các giao diện song
song.
Quá trình mã hóa tín hiệu trên mỗi đường dữ liệu là NRZ và 10 đường dữ liệu
sẽ truyền song song các mẫu PCM. Không có phần dự trữ để phát hiện và sữa lỗi
của dữ liệu video, tiêu chuẩn này chỉ thích hợp cho kết nối bằng cáp dây cứng.
Định dạng của tiêu chuẩn Rec.601 không yêu cầu phải lấy mẫu khoảng xóa
dòng và xóa mành, tuy nhiên thời gian này vẫn dành cho truyền các tín hiệu ID và
thông tin khác. VD có tổng 858 mẫu trong một chu kỳ của dòng, tuy nhiên chỉ có
720 mẫu tích cực được xác định. Hình 3.13 minh hoạ cách thức xác định phần còn
lại của khoảng xóa dòng.
Hai khối đồng bộ 4 từ được đặt ở điểm xuất phát video tích cực (SAV) và điểm
cuối của video tích cực (EAV). Khối đồng bộ này gồm một từ là tất cả các số “1”,
hai từ là tất cả các số “0” và từ thứ tư nhận dạng xóa dòng và số thứ tự của mành.
Với tần số đồng bộ giao diện 27MHz sẽ có 276 chu kỳ đồng hồ trong khoảng xóa
dòng số và tám chu kỳ dùng cho đồng bộ, còn lại 268 chu kỳ clock được sử dụng để
truyền dẫn dữ liệu phụ.


77
Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Khoảng xóa
số
Khoảng lấy
mẫu tín
hiệu chói
Dòng tích
cực video
16T
122T
720T
720T
736T
0
Y 719
C
B
Y 72
0

Y 721
C
R
C
B

C
R
C
B
C
R
Y 855
Y 856
Y 857
Y0
Y1
Tín hiệu chuẩn thời gian
EAV
Tín hiệu chuẩn thời gian
SAV
Hình 3.13. Gán các mẫu trong khoảng xóa dòng ở SMPTE 125 (NTSC)
Nếu tất cả các khoảng xóa dòng của tiêu chuẩn số tổng hợp được sử dụng cho
dòng dữ liệu phụ đơn lẻ, sẽ có thể có tối đa 262 từ 10 bit ở mỗi HBI, với tốc dộ dữ
liệu đưa ra là 41,2 Mb/s. Như vậy sẽ có đầy đủ dung lượng cho một vài kênh audio
với rất nhiều khả năng dự phòng.
Thiết kế cơ bản của một giao diện song song này cũng có thể được mở rộng
thành một dịnh dạng cho phiên bản số của định dạng SMPTE 240M để sản xuất
HDTV analog. Giao diện số này được đề cập trong tiêu chuẩn 260M SMPTE. Với
định dạng yêu cầu tần số lấy mẫu cao hơn là 74,25MHz, việc ghép các thành phần
màu với độ chói như được thực hiện ở 125M là không thể. Vì vậy, các cặp dữ liệu
bổ sung được thêm vào giải quyết vấn đề này. Đối với việc truyền dẫn các thành
phần R,G,B cần tới 31 cặp. Tuy nhiên tần số clock cao sẽ giới hạn của cáp còn tối
đa là 20m mà không có sự cân bằng.
3.4.2. Hệ thống 10 bit nối tiếp
Mặc dù phần cứng cho các giao diện song song khá đơn giản nhưng các cáp

nhiều dây lại có giá thành cao, không linh hoạt và còn bị giới hạn về độ dài. Hơn
nữa chúng lại quá mới mẻ đối với các trang thiết bị hầu hết là analog đang tồn tại có
nghĩa là không có một loại cáp hiện hành nào có thể sử dụng với giao diện số song
song. Điều này có thể thực hiện được nếu có một giao diện số sử dụng tiêu chuẩn
đồng trục RG-59 sẵn có trong các hệ thống video analog. SMPTE 259M là giao diện

78
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
nối tiếp cho truyền dẫn 10 bit các tín hiệu số tổng hợp hoặc thành phần chuẩn
625/50 hoặc 525/60. Tiêu chuẩn này là cho giao diện số nối tiếp (SDI).
Cáp đồng trục được sử dụng với các bộ kết nối BNC (ICE 169-8). Các bit của
mỗi mẫu được xếp theo dạng chuỗi với LSB được truyền trước tiên và quá trình mã
hóa bị xáo trộn NRZL.
Trong trường hợp mã hóa tổng hợp việc đồng bộ định dạng sẽ được cung cấp
nhờ việc sử dụng tín hiệu nhận dạng và chuẩn thời gian (TRS-ID) đặt trong khoảng
xóa dòng ngay sau vị trí thông thường của biên độ dòng. Tín hiệu này bao gồm một
từ là tất cả các số “1”, ba từ là tất cả các số “0”, từ thứ 5 có chứa các bit cờ để nhận
dạng mành và 5 bit để nhận dạng số dòng.
3.4.3 ATV Grand Alliance
Sự phát triển của tiêu chuẩn truyền hình số đầu tiên trên TG được bắt đầu ở
Mỹ bởi một liên hiệp các tổ chức thương mại và nghiên cứu có tên là Grand
Alliance (GA) được hình thành vào năm 1993. Hoạt động cơ bản của nó là phát
triển mạng tiêu chuẩn truyền hình số trên toàn TG từ hơn chục năm trước đây, khởi
đầu với cái tên HDTV. Tuy nhiên tiêu chuẩn GA không chỉ dừng lại ở đó, nó còn
được sử dụng để quảng bá các tín hiệu TV với độ phân giải tiêu chuẩn (525 hoặc
625 dòng). Vì vậy ngày nay tiêu chuẩn này còn được gọi là tiêu chuẩn TV cao cấp
(ATV).
3.4.3.1. Mục đích đề ra của ATV
Rất nhiều nghiên cứu trước đây của HDTV chủ yếu dựa vào công nghệ analog.
Nhưng vào thời điểm thành lập GA, tất cả đều nhất trí rằng các tiêu chuẩn đều phải

là số. Mục đích của hệ thống số là:
 Âm thanh và hình ảnh HDTV số có chất lượng cao.
 Một hệ thống có thể cùng tồn tại với truyền hình quảng bá analog mà không
gây nhiễu cho nhau.
 Thiết bị lắp có giá cả hợp lý với người tiêu dùng và các nhà sản xuất, và tất
cả người sử dụng vào thời điểm áp dụng tiêu chuẩn.
 Có khả năng hoạt động phối hợp các phương tiện truyền dẫn và các ứng dụng
khác.
 Tiềm năng ứng dụng toàn cầu của tiêu chuẩn.
Mục tiêu cuối cùng được thực hiện dưới con mắt của các nhà thiết kế nhưng
chúng ta phải xem xét tác động của nó lên các tiêu chuẩn quốc tế, các mục tiêu khác
đều đã được đáp ứng.

79
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
3.4.3.2. Kiến trúc theo lớp
Kiến trúc của hệ thống GA được minh họa trong hình 3.14 chỉ rõ mối tương
quan với các lớp của mô hình OSI đã được mô tả trong phần 3.2.1. Các công nghệ
và tiêu chuẩn khác áp dụng trong mỗi lớp được trình bày dưới đây. GA xác định bốn
lớp:
1. Lớp ảnh - hệ thống GA cung cấp nhiều định dạng và nhiều tốc độ khung hình
tất cả đều có thể được giải mã và trình bày bằng thiết bị thu ATV của GA.
Phương pháp này cho phép các dịch vụ khác nhau có các tiêu chuẩn quét
khác nhau phù hợp với mục đích của mình.
ớ
2. L
p nén - việc nén video của hệ thống GA dựa trên tiêu chuẩn ISO-MPEG-2,
và hệ thống audio sử dụng nén Dolby AC-3 cung cấp 5.1 kênh âm vòm với
tốc độ dữ liệu 384kb/s. Tốc độ dữ liệu video có các định dạng ảnh của HDTV
xấp xỉ bằng 18,9 Mb/s và cho các định dạng ảnh có độ phân giải tiêu chuẩn là

từ 3 đến 5 Mb/s.
3. Lớp truyền tải - hệ thống GA sử dụng gói truyền tải dựa trên cấu trúc gói
MPEG-2. Bất cứ số lượng dòng audio, video hoặc dữ liệu nào cũng có thể
được ghép thành dòng bit truyền dẫn.
4. Lớp truyền dẫn - lớp này thực hiện quá trình xử lý phát hiện và sửa lỗi trước
và điều chế bằng cách sử dụng các symbol đa mức.













Lớp ảnh
Lớp nén
Lớp truyền
tải
Lớp truyền
dẫn
Lớp GA Công nghệ được
sử dụng
Các lớp OSI
Định dạng ảnh
thay đổi

MPEG-2
MPEG-2
Điều chế VSB
1. Vật lý
5. Phiên
4. Truyền tải
3. Mạng
2. Liên kết dữ li
ệ
u
6. Trình diễn
Hình 3.14. So sánh giữa kiến trúc phân lớp GA và các lớp OSI

80
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
3.4.3.3. Lớp truyền tải GA .
Lớp truyền tải nhận các dòng bit audio và video riêng rẽ sau đó ghép chúng lại
thông qua việc đóng gói. Bất cứ số lượng dòng bit nào cũng có thể được xử lý, rất
nhiều dòng audio, video hay các kiểu dữ liệu khác có thể được truyền trên cùng một
kênh, chỉ bị giới hạn bởi khả năng tốc độ dữ liệu tổng của hệ thống.
Gói GA là một khối có độ dài cố định 188 byte như minh hoạ trên hình 3.15.
Mỗi một gói có thể chứa một header 4 byte với một trường dữ lệu 184 byte, ở
trường này cũng có thể chứa một header thích ứng tùy chọn có độ dài thay đổi.
Thiết kế của gói như vậy tạo ra khả năng hoạt động phối hợp cùng cấu trúc gói của
ATM. Cùng với trường đồng bộ một byte, header của một gói cung cấp:
1. Một trường 13 bit cho nhận dạng gói sử dụng để tách dòng bit gói. Với mục
đích này giá trị bằng “0” của gói ID (PID) được dành cho một gói đặc biệt có
chứa 1 chỉ số cho cấu trúc ghép kênh. Chỉ số này có dạng một bảng thống kê
chương trình xác định rõ một hoặc nhiều chương trình hoàn chỉnh và số PID
của bảng đồ chương trình cho mỗi chương trình. Bảng bản đồ chương trình

chỉ rõ PID và dạng của nó cho mỗi dòng dữ liệu trong chương trình. Bằng
cách đọc những bảng này, một máy thu có thể chọn được các gói có chứa dữ
liệu mà nó cần.
2. Một trường bộ đếm thứ tự 4 bit đếm các chu kỳ từ 0 tới 15 cho mỗi gói với
cùng một PID. Nó cho phép máy thu nhận biết được khi nào thì các gói hoàn
chỉnh bị mất trong quá trình truyền.

Gói 188 byte
Header gói 4 byte
Header thích ứng (tùy chọn)
Tải dữ liệu










Header đồng
bộ (47H)
PID 13bit Đếm thứ tự 4 bit
Chi tiết header
Ưu tiên truyền tải 1 bit
Bộ chỉ bắt đầu tải 1 bit
Bộ chỉ lỗi gói truyền tải 1 bit
Điều khiển mành thích ứng 2 bit
Điều khiển xáo trộn truyền tải 2 bit

Hình 3.15. Cấu trúc gói truyền tải GA

81
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
3. Phần còn lại của các bit trong header của gói là các cờ bit với các mục đích
riêng cung cấp các chức năng quản lý gói, ấn định việc sử dụng của quá trình
xáo trộn không bắt buộc để điều khiển sự truy cập của người sử dụng, và ấn
định xem header thích ứng có mặt ở tải trọng của dữ liệu hay không. Điều
này được minh họa trên hình 3.15.
3.4.3.4. Lớp truyền dẫn GA
Đầu ra của lớp truyền tải là một dòng bit đơn bao gồm các gói đã được ghép
cho tất cả các loại dữ liệu để truyền trên kênh. Lớp truyền dẫn thực hiện điều chế,
cho phép dòng bit này được truyền trên kênh analog 6MHz tuyến tính hoàn toàn ở
đây sử dụng phép điều chế dải band cụt (VSB) các symbol đa mức và gọi là điều
chế 8-VSB hoặc 16-VSB, tại đó các số 8 hoặc 16 ấn định số mức symbol được
truyền. Hệ thống phát quảng bá sử dụng định dạng 8-VSB có khả năng phát hiện và
sửa lỗi tốt hơn, trong khi các hệ thống truyền hình cáp có thể sử dụng định dạng 16-
VSB cho tốc độ dữ liệu cao hơn nhưng cần đến SNR vượt quá mức mà cáp có thể
cung cấp, quá trình xử lý truyền dẫn được minh hoạ trên hình 3.16.
Quá trình xử lý lớp truyền dẫn sẽ đảo mỗi gói thành một đoạn (segment), mã
sửa lỗi Reed-Solomon được sử dụng cho mỗi đoạn này. Một segment bao gồm nội
dung của một gói trừ đi byte đồng bộ (sẽ được thay thế sau này trong quá trình xử
lý). Đầu tiên, dữ iệu được lấy ngẫu nhiên bằng cách xử lý theo mạch XOR với chuỗi
giả ngẫu nhiên (trong máy thu, dữ liệu được xử lý lại bằng mạch XOR với chuỗi giả
ngẫu nhiên tương tự khôi phục dữ liệu). Sau đó, quá trình xử lý R-S được bổ xung
vào mỗi gói, vì vậy gói 188 byte sẽ trở thành một segment 207 byte 9 không có byte
đồng bộ).

Tạo đoạn
Ngẫu nhiên
hóa dữ liệu
Mã hoá
R-S
Chèn
dữ liệu
Mã hóa
trellis
+
Chèn pilot
Lọc tiền
cân bằng
Điều chế
VSB
Đồng bộ mành
Đồng bộ đoạn
Tới
bộ phát
Gói
Dữ liệu đa mức
Hình 3.16. Quá trình xử lý trong lớp truyền dẫn GA
Các segment sau đó được nhóm lại thành các trường dữ liệu có 313 đoạn.
Đoạn thứ nhất của mỗi trường dữ liệu là mô hình đồng bộ trường dữ liệu được sử

82
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
dụng ở máy thu với mục đích cân bằng tự động, giúp máy thu lựa chọn sử dụng quá
trình lọc phù hợp cho chuẩn đoán hệ thống, và để máy thu xây dựng cấu hình vòng
tự hiệu chỉnh của nó. Vì vậy, máy thu có thể điều chỉnh lại theo định kỳ cơ cấu của
nó để bù lại cho những thay đổi động trên đường truyền.
Bước tiếp theo của quá trình xử lý truyền dẫn là chèn dữ liệu bằng bộ chèn
xoắn, quá trình này mở rộng dữ liệu trên vùng 52 đoạn, cho phép mã phát hiện và
sửa lỗi sửa các lỗi burst tới tận 193μs. Chu kỳ thời gian này có chứa xấp xỉ 360 lỗi
bit dữ liệu và chúng điều có thể được sửa. Việc chèn chỉ được thực hiện trên các
byte dữ liệu của segment, các tín hiệu đồng bộ segment và đồng bộ mành không
được chèn bởi vì chúng sẽ được thêm vào sau này trong quá trình xử lý, như đã
minh hoạ ở trên hình .
Bước tiếp theo bắt đầu từ quá trình mã hoá nhị phân và tạo ra các symbol đa
mức vì vậy đây là bước khởi đầu của quá trình điều chế. Truyền hình quảng bá sử
dụng các symbol 3 bit và truyền hình cáp sử dụng symbol 4 bit. Trong trường hợp
truyền hình quảng bá, mỗi trong số 2 bit của dữ liệu đã mã hoá được chuyển thành
một symbol 3 bit (8 mức) bằng cách sử dụng mã trellis, đây là một kỹ thuật phát
hiện và sửa lỗi có thể cải tiến chỉ tiêu của hệ thống mà không làm tăng độ rộng band
tần.


Lược đồ
symbol
D
D
+
Đầu ra
analog
Z

1
Z
2
Z
3
X
2
X
1
Bộ mã hóa trellis





Z
3
Z
2
Z
1
Đầu ra

Z
3
,Z
2
,Z
1
100 001 010 000 110

0
0
0
0
1
1
1
1
0
0
1
1
0
0
1
1
0
1
0
1
0
1
0
1
-7
-5
-3
-1
+1
+3

+5
+7

-7
-5
-3
-1
+1
+3
+5
+7







Hình 3.17. Mã hóa trellis

83
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Ý tưởng của mã trellis là tạo ra một môi trường bao quanh hỗ trợ cho n giá trị
symbol nhưng chỉ n/2 giá trị có hiệu quả (vì 1 bit kém), các lỗi symbol sẽ tăng chuỗi
có các giá trị không hiệu quả. Tuy nhiên, một bộ dò tìm thích hợp có thể sửa một
dòng sai bằng cách tìm kiếm một chuỗi có khả năng sửa lỗi cao nhất cho chuỗi bị
lỗi. Đây được gọi là bộ dò tìm viterbi. Phương pháp trên hiệu quả nhất khi hệ thống
điều chế được thiết kế để thiết lập khoảng cách lớn nhất (trong sơ đồ điều chế chòm
sao người ta thường gọi là khoảng cách Euclidean) giữa các trạng thái của symbol
có giá trị. Sơ đồ cho thấy những khoảng cách này xuất hiện tương tự như dạng

trellis và chính điều đó là ý tưởng để đặt tên cho phương pháp này.
Do phải quan tâm đến các bộ lọc được đưa vào trong hệ thống để loại bỏ sự
can thiệp của các tín hiệu NTSC có thể xảy ra ở cùng kênh hoặc các kênh cận kề,
kênh thực sự chỉ có bộ mã 12 trellis được chèn vào chuỗi 12 symbol. Nó ngăn cản
bộ lọc khỏi sự can thiệp vào mã trellis.
Sau khi mã hoá trellis, tín hiệu bây giờ là một định dạng analog 8 mức. Tuy
nhiên, tín hiệu đồng bộ segment và các mô hình đồng bộ trường dữ liệu không được
ghi mã trellis nhưng lại được chèn như các tính hiệu hai mức giữa các mức điều chế
+5 và -5. Tín hiệu đầy đủ thu được chèn như các tín hiệu đồng bộ được điều chế
biên độ trên sóng mang của kênh bằng cách sử dụng điều chế dải biên cụt triệt sóng
mang. Triệt sóng mang có nghĩa là đối với đầu vào ở mức 0, sóng mang đầu ra cũng
bằng 0 và pha sóng mang sẽ dịch chuyển 180 độ giữa mức vào dương và âm. Dải
biên cụt có nghĩa là dải biên (thấp hơn) của phổ điều chế biên độ bị huỷ bỏ một
phần như minh hoạ trên hình 3.18.






Kênh 6 Mhz
Sóng mang
VSB

Hinh 3.18. Phổ tần số của tín hiệu truyền dẫn GA trong dải thông 6Mhz
Như đề cập ở trên, để hoạt động trong môi trường TV cáp ít nhiễu SNR tốt
hơn, điều chế phải là 16-VSB và không sử dụng mã trellis. Như vậy sẽ cho phép
truyền đi tốc độ dữ liệu gấp 2 lần ở mỗi kênh cáp 6 MHz. Các thông số chỉ tiêu của
một vài sự lựa chọn trong các hệ thống truyền ATV được trình bày trong bảng 3.3.

0.31Mhz
Miền dải band thấp
Miền dải band cao

84
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Thông số HDTV-1 HDTV-2 SDTV
Pixel tích cự 1920×1080 1280×720 720×480
Tổng mẫu 2200×1125 1600×750 858×525

Tốc độ hình
60Hz quét cách dòng
30Hz quét liên dòng
24Hz quét liên dòng
60Hz quét cách dòng
30Hz quét liên dòng
24Hz quét liên dòng
59,94Hz quét cách dòng
29,97Hz quét liên dòng
23,97Hz quét liên dòng
Lấy mẫu tín hiệu
sắc
4:2:2 4:2:2 4:1:1
Tỷ lệ khung hình 16:9 16:9 4:3
Nén video MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2
Tốc độ dữ liệu 19,3Mb/s 19,3Mb/s 6,0Mb/s
Kênh audio 5,1 5,1 2
Dải thông audio 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz
Tần số lấy mẫu
audio

48KHz 48KHz 48KHz
Tốc độ dữ liệu 384kb/s 384kb/s 128kb/s

Bảng 3.3 Các thông số chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền ATV ATSC
ở một số mức độ phân giải
3.4.4. Giao diện audio AES3
Rất nhiều định dạng video như MPEG hoặc Grand Alliance đưa ra khả năng
truyền dữ liệu audio kèm theo video. Tuy nhiên, trong thiết bị chỉ dùng cho sản xuất
và sản xuất hậu kỳ audio, cần phải truyền audio riêng. Định dạng AES3 được sử
dụng rộng rãi trong audio chuyên nghiệp và một số tổ chức khác cũng đã chấp nhận
những định dạng tương tự như vậy.
AES3 là giao diện số dạng chuỗi hỗ trợ cho kênh audio và một vài loại dữ liệu
khác không phải mạch audio. AES3 sử dụng một cáp đôi xoắn đơn có thể trải dài tới
100m mà không cần cân bằng. Nó cũng có thể sử dụng với cáp đồng trục với độ dài
cho phép tới 1km.
Định dạng này tự tạo xung đồng bộ, tự đồng bộ và có thể được sử dụng với bất
cứ tần số lấy mẫu nào, 64 bit được truyền cho mỗi chu kỳ lấy mẫu, trong một khung

85
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
hình phụ và định dạng khối như minh họa trên hình 3.19. Ví dụ với tần số lấy mẫu
audio là 44,1KHz tốc độ dữ liệu của AES3 là 2,822Mb/s. Tốc độ dữ liệu có thể lên
tới 24 bit trên mẫu và được lượng tử hóa tuyến tính và mã hóa trong định dạng bù
hai. Việc điều chế kênh là mã đánh dấu lưỡng cực (3.2.3.2).
Một kung hình tương ứng chính xác với một chu kỳ lấy mẫu ở tỉ lệ nguồn nó
chứa 64 bit và một mẫu audio cho mỗi kênh, cộng thêm các header. Một khối là 192
khung hình và một mẫu audio cho mỗi kênh của khung hình trong khối được tích tụ
lại để trở thành trường dữ liệu 192 bit (24 byte) cung cấp cho đặc tính của kênh, mã
thời gian và nhiều đặc điểm khác.

X

Y
Z
Y
Y
X

Y

X
Kênh A
Kênh B
Kênh A
Kênh B
Kênh A
Kênh B
Kênh A
Mở đầu Dữ liệu phụ LSB dữ liệu audio MSB
V
U

C
P
Khung 32 bit
4 bit 4 bit 20 bit
Giá trị
Dữ liệu người dùng
Dữ liệu trạng thái kênh
Chẵn lẻ

Hình 3.19. Cấu trúc khung 64 bit AES3
Tiêu chuẩn AES3 hai kênh được mở rộng thành nhiều kênh ở tiêu chuẩn
AES10 tới tận 56 kênh audio. Tiêu chuẩn này đã ấn định tốc độ dữ liệu là 125 Mb/s.
3.4.5. Dây chịu nhiệt chuẩn IEE 1394
Tiêu chuẩn IEEE 1390 đáp ứng cho một mạng có tốc độ cao, thời gian thực,
giá thành rẻ sử dụng trong quá trình kết nối các thiết bị audio và video cũng như
máy tính. Có thể có nhiều sự lựa chọn, tuy nhiên trong phần này chỉ giới thiệu một
vài loại. Việc sử dụng một cặp cáp xoắn đôi (4 dây tín hiệu với 2 dây phụ trợ 1394
có thể đạt tốc độ dữ liệu lên đến 200Mb/s trên khoảng cách các thiết bị là 4,5m. Các
hệ thống 1390 trong tương lai sẽ còn đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn nữa.
Giao thức được dựa vào các gói, và hai cặp dây xoắn được sử dụng như là hai
kênh, có thể đẳng thời dị bội hoặc đồng thời cả hai tại cùng thời điểm. Chế độ đẳng
thời được quan tâm nhiều nhất trong các ứng dụng của audio bởi vì nó cho phép
thực hiện kết nối với tốc độ dữ liệu rất tốt, do các bus hoạt động ở chu kỳ ổn định và
một lượng gói được truyền đi trong mỗi chu kỳ. Mỗi một kết nối tích cực dự trữ một

86
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
gói trong mỗi chu kỳ. Các liên kết có thể có 2 loại điểm tới điểm, nó không bị thay
đổi bởi người sử dụng khác hoặc quảng bá có thể được xác định bởi người sử dụng.
Chế độ truyền dị bội hoạt động giống mạng máy tính hơn. Ở chế độ này tất cả

những người sử dụng đều tranh chấp khả năng của bus trong thời gian thực và việc
dự trữ là không thể. Tuy nhiên, hoạt động dị bội mặt khác cũng có thể diễn ra trên
một bus đẳng thời bằng cách chiếm dụng không gian của các gói không được sử
dụng đến trong mỗi chu kỳ bus. Bus 1390 do người sử dụng quản lý truyền đi các
gói điều khiển dị bội để thiết lập các thanh ghi ở mỗi thiết bị kết nối với bus. Việc
này phải được thực hiện để thiết lập bất cứ một loại kết nối nào.
Tiêu chuẩn 1390 tương đối mới song đã được yêu cầu sử dụng để nối giữa các
camera video số, VCR số, các bộ xử lý hiệu ứng video và máy tính có chức năng
video. Đây có thể là một đặc điểm quan trọng trong nhiều hệ thống video tương lai.


87