Tích hợp hệ thống Internet vào hạ tầng truyền hình số

- 1 -
Đại học quốc gia Hà nội
Khoa công nghệ




Trần Nam Trung





Tích hợp hệ thống Internet vào hạ tầng Truyền hình số











Luận văn thạc sĩ

Hà Nội - Năm 2004
- 2 -
Đại học quốc gia Hà Nội
Khoa công nghệ




Trần Nam Trung






Tích hợp hệ thống Internet vào hạ tầng Truyền hình số

Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
Mã số:

Người hướng dẫn khoa học:
PGS, TS Vũ Duy Lợi








Hà Nội - Năm 2004
- 4 -
Mục lục

Lời cám ơn 3
Lời cam đoan 3
Mục lục 4
Bảng danh mục thuật ngữ viết tắt 5
Danh mục hỡnh vẽ 8
Danh mục bảng biểu 8
Mở đầu 10
Chương I: Tổng quan về truyền hỡnh số 13
1.1 Yờu cầu tớch hợp ứng dụng 13
1.2 Tiờu chuẩn truyền hỡnh số: 14
1.2.1 Cấu trỳc khung, mó húa kờnh, điều chế dịch vụ vệ tinh 11/12
GHz(ETS 300 421): 14
1.2.2 Chuẩn MPEG-2 phần 1-Hệ thống(ISO/IEC 13818-1): 23

1.2.3 Chuẩn DVB cho quảng bỏ dữ liệu(EN 301 192) 32
1.2.4 Chuẩn DSM-CC(ISO/IEC 13818-6): 39
1.3 Tớch hợp Internet trờn hạ tầng truyền hỡnh số 41
Chương II: Kiến trúc hệ thống truyền hỡnh số tớch hợp Internet 43
2.1 Yờu cầu 43
2.2 Nguyên tắc hoạt động: 44
2.3 Truyền vận IP trờn MPEG2, chuẩn gúi dữ liệu IP vào dũng DVB: 45
2.3.1 Phương pháp gói đa giao thức(MPE) 49
2.3.2 Điều khiển truyền thông 52
2.3.3 Bảo mật 53
2.4 Các phương pháp gói mở rộng: 54
2.4.1 Phương pháp gói ULE: 54
2.4.2 Phương pháp gói SE: 55
2.5 Đánh giá so sánh: 57
2.5.1 MPE: 57
Chương III: Hệ thống thử nghiệm sử dụng VideoLAN 58
3.1 Giới thiệu chung hệ thống VideoLAN 58
3.2 Thiết lập hệ thống thử nghiệm sử dụng VideoLAN: 58
3.2.1 Mụ hỡnh hệ thống: 58
3.2.2 Mô tả hoạt động của hệ thống: 59
3.2.3 Kết quả thử nghiệm hệ thống: 66
3.3 Phương hướng phát triển các thử nghiệm khác trên VideoLAN: 66
Kết luận 67
Tài liệu tham khảo 68
- 5 -
Bảng danh mục thuật ngữ viết tắt
Từ viết tắt
Tiếng Anh
Tiếng Việt
AAL

ATM Adapter Layer
Lớp thớch ứng ATM
AF
Adaptation Field
Trường thích ứng
AFC
Adaptation Field Control
Điều khiển trường thích ứng
API
Application Programming Interface

ARP
Address Resolution Protocol
Giao thức giải địa chỉ
ASI
Asynchronous Serial Interface
Giao diện nối tiếp dị bộ
ASK
Amplitude Shift Keying
Khúa dịch biờn
ATM
Asynchronous Transfer Mode
Chế độ truyền dị bộ
BAT
Bouquet Association Table
Bảng liờn kết bú
BER
Bit Error Rate
Tỉ lệ lỗi bit
BSS

Broadcast Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh truyền hỡnh
BPSK
Binary Phase Shift Keying
Khúa dịch pha nhị phõn
BW
Bandwidth
Băng thông
C/I
Carrier to Interference Ratio
Tỉ số tớn hiệu trờn can nhiễu
C/N
Carrier to Noise Ratio
Tỉ số tớn hiệu trờn nhiễu
CA
Conditional Access
Truy nhập có điều kiện
CAM
Conditional Access Module
Khối truy nhập có điều kiện
CAS
Conditional Access System
Hệ thống truy nhập có điều
kiện
CAT
Conditional Access Table
Bảng truy nhập có điều kiện
CI
Common Interface
Giao diện chung

CODEC
Coder-Decoder
Bộ mó/giải mó
COFDM
Coded Orthogonal Frequency Division
Multiplexing
Hợp kờnh chia tần mó trực
giao
DEMOD
Demodulator
Giải điều chế
DEMUX
Demultiplexer
Tỏch kờnh
DSM-CC
Digital Storage Media - Command and
Control
Tập lệnh và điều khiển
phương tiện lưu trữ số
DTH
Direct to Home (Satellite reception)
Dịch vụ vệ tinh trực tiếp đến
nhà
DTS
Decoding Time Stamp
Mó thời gian giải mó
DVB
Digital Video Broadcasting
Quảng bỏ truyền hỡnh
số(Tờn tổ chức, tờn chuẩn

truyền hỡnh số)
DVB-ASI
Digital Video Broadcasting -
Asynchronous Serial Interface
Chuẩn giao diện nối tiếp dị bộ
DVB-C
DVB-Cable
Chuẩn truyền hỡnh cỏp DVB
DVB-CA
DVB-Conditional Access
Chuẩn truy nhập có điều kiện
DVB
DVB-Data
DVB-Data Broadcasting
Chuẩn truyền dữ liệu DVB
DVB-RCC
DVB-Return Channel Cable
Chuẩn kênh truyền ngược
cáp
DVB-RCT
DVB-Return Channel Terestrial
Chuẩn kênh truyền ngược
mặt đất
- 6 -
DVB-RCS
DVB-Return Channel Satellite
Chuẩn kênh truyền ngược vệ
tinh
DVB-S
Digital Video Broadcasting - Satellite

Chuẩn truyền vệ tinh DVB
DVB-SI
Digital Video Broadcasting - Service
Information
Chuẩn thụng tin dịch vụ DVB
DVB-T
Digital Video Broadcasting - Terrestrial
Chuẩn truyền mặt đất DVB
EPG
Electronic Program Guide
Hướng dẫn chương trỡnh
điện tử
ES
Elementary Stream
Dũng truyền cơ sở
ETSI
European Telecommunications Standards
Institute
Viện tiờu chuẩn truyền thụng
chõu Âu
FDM
Frequency Division Multiplex
Hợp kờnh chia tần
FEC
Forward Error Correction
Sửa lối trước
FTTC
Fiber to the Curb
Mạng cỏp quang
FIFO

First In First Out

FSS
Fixed Satellite Service
Dịch vụ vệ tinh thông thường
HFC
Hybrid Fibre Coax
Mạng lai ghép cáp
quang/đồng trục
IEEE
Institute of Electrical and Electronic
Engineers

IETF
Internet Engineering Task Force

IF
Intermediate Frequency
Trung tần
IPv4
Internet Protocol version 4
Giao thức Internet phiờn bản
4
IPv6
Internet Protocol version 6
Giao thức Internet phiờn bản
6
IRD
Integrated Receiver Decoder
Bộ thu/giải mó tớch hợp

ISO
International Standards Organization
Tổ chức tiờu chuẩn quốc tế
ISP
Internet Service Provider
Nhà cung cấp dịch vụ
Internet
LLC
Logical Link Control
Điều khiển liên kết logic.
MAC
Medium Access Control
Điều khiển truy nhập phương
tiện
MHP
Multimedia Home Platform
Nền đa phương tiện gia đỡnh
MPE
Multi Protocol Encapsulate
Bao gói đa giao thức
MTU
Maximum Transmit Unit
Đơn vị truyền cự đại
MUX
Multiplexer
Hợp kờnh
NIT
Network Information Table
Bảng thụng tin mạng
PAT

Program Association Table
Bảng liên kết chương trỡnh
PCR
Program Clock Reference
Tham chiếu đồng hồ chương
trỡnh
PDU
Protocol Data Unit
Đơn vị dữ liệu giao thức
PES
Packetized Elementary Stream
Dũng truyền cơ sở gói
PH
PES Header
Đầu PES
PID
Packet Identifier
Định danh gúi
PMT
Program Map Table
Bảng ánh xạ chương trỡnh
PRBS
Pseudo Random Binary Sequence
Chuỗi nhị phõn giả ngẫu
- 7 -
nhiờn
PS
Program Stream
Dũng chương trỡnh
PSTN

Public Switched Telephone Network
Mạng điện thoại công cộng
QAM
Quadrature Amplitude Modulation
Điều chế biên độ
QEF
Quasi Error-Free
Gần khụng lỗi
QOS
Quality of Service
Chất lượng dịch vụ
QPSK
Quadrature Phase Shift Keying
Khúa dịch pha bậc hai
RS
Reed-Solomon (Code)
Mó RS
SCPC
Single Channel per Carrier
Đơn kênh trên sóng mang
SCR
System Clock Reference
Tham chiếu đồng hồ hệ thống
SE
Simple Encapsulation
Giao thức bao gói đơn giản
SFN
Single Frequency Network
Mạng đơn tần
SI

Service Information
Thụng tin dịch vụ
SNDU
Subnetwork Data Unit
Đơn vị dữ liệu tiểu mạng
SNR
Signal to Noise Ratio (= S/N)
Tỉ số tớn hiệu trờn nhiễu
STB
Set Top Box
Đầu thu truyền hỡnh số
STC
System Time Clock
Đồng hồ thời gian hệ thống
TDM
Time Division Multiplex
Hợp kờnh chia thời gian
TS
Transport Stream
Dũng truyền vận
VBR
Variable Bit Rate
Tỉ lệ bit biến đổi
VOD
Video on Demand
Video theo yờu cầu


- 8 -
Danh mục hỡnh vẽ

Hỡnh 1: Sơ đồ khối chức năng 15
Hỡnh 2: Sơ đồ ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên 18
Hỡnh 3: Gúi MUX truyền vận MPEG2 19
Hỡnh 4: Biểu đồ chũm sao QPSK 21
Hỡnh 5: Tổng quan phần hệ thống MPEG2 24
Hỡnh 6: Thao tỏc cơ bản trên dũng truyền vận, đọc một chương trỡnh từ dũng
TS 25
Hỡnh 7: Đọc một chương trỡnh từ dũng TS đa chương trỡnh, chuyển thành
dũng TS đơn chương trỡnh 26
Hỡnh 8: Đọc một chương trỡnh từ dũng TS, chuyển thành dũng PS. 26
Hỡnh 9: Ánh xạ địa chỉ MAC vào các trường của vùng dữ liệu 38
Hỡnh 10: Mụ hỡnh mạng DSM-CC 41
Hỡnh 11: Mụ hỡnh hạ tầng truyền hỡnh số tớch hợp dịch vụ Internet 44
Hỡnh 12: Hợp kờnh hệ thống MPEG-2 TS 46
Hỡnh 13: Cấu trỳc đầu gói và gói dũng truyền vận 47
Hỡnh 14: Cỏc đầu vào có thể chèn gói IP 48
Hỡnh 15: Quan hệ ỏnh xạ PSI 49
Hỡnh 16: Khuụn dạng SNDU trong phương pháp gói ULE 55
Hỡnh 17: Phõn đoạn SNDU trên tế bào MPEG2-TS theo ULE 55
Hỡnh 18: Gúi nhiều SNDU vào một tế bào MPEG-2 TS theo phương pháp
ULE 55
Hỡnh 19: Khuụn dạng SNDU của giao thức gúi SE 56
Hỡnh 20: Gúi SNDU theo phương pháp SE 57
Danh mục bảng biểu
Bảng 1: Hiệu suất hệ thống trên phát đáp 33 MHz 16
Bảng 2: Giao diện hệ thống 16
Bảng 3: Mó đục lỗ 21
Bảng 4: Hiệu suất lặp IF của hệ thống 22
Bảng 5: Dũng truyền vận 28
Bảng 6: Gúi truyền vận 28

Bảng 7: bảng PID 29
Bảng 8: trường điều khiển mó dũng truyền vận 30
Bảng 9: Giá trị trường điều khiển trường thích nghi 30
Bảng 10: trường thích nghi 32
Bảng 11: Cỳ phỏp vựng datagram 38
Bảng 12: Mó trường điều khiển mó húa địa chỉ 39
Bảng 13: Cỳ phỏp vựng Datagram 50
- 9 -
Bảng 14: Cỳ phỏp bộ mụ tả dữ liệu quảng bỏ 51
Bảng 15: Cú pháp thông tin bao gói đa giao thức 51

- 10 -
Mở đầu
Chuẩn truyền hỡnh số(DVB) xỏc định các phương thức truyền thông tin đa
phương tiện đến người dùng cuối bằng các dũng truyền MPEG-2(MPEG-2
TS). Ban đầu, chuẩn DVB chỉ tập trung cho việc truyền dẫn video và audio
nhưng nay đó được mở rộng cho việc truyền dẫn dữ liệu và các thông tin phụ
trợ. Việc số hóa phương thức truyền dẫn, do vậy ngoài việc tăng hiệu suất và
chất lượng truyền dẫn cũn dẫn đến một loạt các ứng dụng mới như các ứng
dụng truyền hỡnh tương tác, các dịch vụ truyền dữ liệu như tải xuống phần
mềm, dịch vụ Internet băng thông rộng thụng qua kờnh truyền hỡnh số…
Việc cung cấp cho người dùng cuối dịch vụ Internet qua các kênh truyền dẫn
DVB có một số lợi điểm nổi bật: tốc độ cao, nõng cao hiệu suất sử dụng băng
thông truyền dẫn, giỏ thành hạ và có tính di động. Tuy nhiên để tớch hợp dịch
vụ Internet vào hạ tầng truyền dẫn số DVB đặt ra một loạt vấn đề cần giải
quyết: Phương thức nào tối ưu cho bao gúi gúi dữ liệu IP vào dũng truyền số?
Lựa chọn phương thức sử dụng kênh ngược nào? Ảnh hưởng của đặc tính
dũng truyền số DVB cú tỉ lệ bit thay đổi tới việc truyền dẫn gói dữ liệu IP…
Do vậy hiện nay một loạt các nghiên cứu, thử nghiệm tại nhiều nước đó và
đang được tiến hành nhằm xây dựng mô hỡnh khả thi, hiệu quả cao, dễ triển

khai trong thực tế.

Ngành truyền hỡnh Việt nam đang trong giai đoạn bắt đầu cung cấp các dịch
vụ truyền hỡnh số tới người dùng cuối. Các phương tiện truyền dẫn được triển
khai bao gồm DTH(truyền số vệ tinh trực tiếp tới người dùng theo chuẩn
DVB-S), cỏp số(DVB-C), truyền số mặt đất(DVB-T). Trong đó 2 dịch vụ đầu
nằm trong chiến lược phát triển truyền hỡnh trả tiền(pay-TV) của Truyền
hỡnh Việt nam, dịch vụ số mặt đất đang được một số Đài Truyền Hinh thành
phố(HCM, Bỡnh dương) và một số cụng ty triển khai thử nghiệm.
- 11 -
Việc đưa các ứng dụng truyền dữ liệu, đặc biệt là dịch vụ Internet trên các hạ
tầng truyền dẫn nêu trên đều khả thi và có những điểm mạnh, yếu riêng. Tuy
nhiên xét về tốc độ triển khai dịch vụ và độ rộng vùng phủ sóng thỡ phương
tiện truyền dẫn DTH có thế mạnh tuyệt đối. Do vậy, mục tiờu của nghiờn cứu
này tập trung vào việc triển khai dịch vụ Internet trờn hạ tầng truyền dẫn số
vệ tinh DTH.

Luận văn nghiên cứu chuẩn truyền dẫn DVB, tập trung vào chuẩn DVB-S và
các chuẩn liên quan đến việc truyền dữ liệu trong dũng truyền MPEG-2, bao
gồm cỏc chuẩn cấu trỳc khung, mó húa kờnh và điều chế cho dịch vụ vệ tinh
11/12 GHz(ETS 300 421), Chuẩn DVB cho quảng bỏ dữ liệu(EN 301 192),
Chuẩn MPEG-2 part 1: Phần hệ thống(ISO/IEC 13818-1) và part 6: DSM-
CC(ISO/IEC 13818-6). Trên cơ sở đó khảo sát kiến trúc hạ tầng sử dụng
đường truyền DTH(DVB-S) để cung cấp dịch vụ Internet qua vệ tinh trực tiếp
tới người dùng cuối. Phân tích giao thức gúi dữ liệu IP vào dũng truyền DVB/
MPEG2. Phân tích và đánh giá khả năng cung cấp dịch vụ của hệ thống.

Trong phần 1 luận văn khái lược các chuẩn truyền hỡnh số đó hoàn thiện và
đang xây dựng. Khảo sát các chuẩn liên quan đến truyền dẫn DVB-S và
truyền dữ liệu trờn dũng truyền MPEG-2. Phần này cũng nờu ra khả năng ứng

dụng các dịch vụ truyền dữ liệu trên các phương tiện truyền dẫn khác nhau và
phân tích điểm mạnh, yếu. Xu hướng thị trường cho các ứng dụng này.
Phần 2 xõy dựng mụ hỡnh hệ thống truyền hỡnh số DTH cú tớch hợp dịch vụ
Internet. Phần này cũng nờu ra nguyờn tắc hoạt động của hệ thống, phân tích
các chuẩn liên quan đến việc gói dữ liệu IP vào dũng truyền DVB, trên cơ sở
đó đánh giá hệ thống dịch vụ.
- 12 -
Phần 3: Trỡnh bày một số thử nghiệm được tiến hành trờn thực tế. Nêu khả
năng xây dựng hệ thống thu và phân phối dịch vụ Internet băng thông rộng
qua kênh truyền hỡnh số DTH sử dụng phần mềm nguồn mở.
Phần 4: Kết luận
- 13 -
Chương I: Tổng quan về truyền hình số

1.1 Yêu cầu tích hợp ứng dụng
Ứng dụng dịch vụ Internet trờn hạ tầng truyền hỡnh số về mặt lý thuyết hoàn
toàn cú thể triển khai trờn tất cả cỏc phương thức truyền dẫn DVB bao gồm
mặt đất(DVB-T), cáp(DVB-C) và vệ tinh(DVB-S). Tuy nhiên, trên thực tế
mỗi phương thức truyền dẫn có điểm mạnh, điểm yếu riêng ảnh hưởng đến
quyết định triển khai dịch vụ.
Đối với truyền hỡnh số mặt đất DVB-T, dịch vụ Internet trên đường truyền
DVB-T có thể triển khai trên diện rộng và phục vụ cho các thiết bị di
động(trên ô tô, tàu hỏa…) với điều kiện tiên quyết là phải xây dựng được một
mạng đơn tần(Single Frequency Network, SFN) trên toàn phạm vi cung cấp
dịch vụ. Việc xây dựng mạng SFN như vậy đũi hỏi chi phớ lớn cho việc thiết
kế, quy hoạch mạng. Thời gian triển khai dịch vụ chậm.
Một yếu tố cần phải tính đến đối với dịch vụ di động sử dụng kênh truyền số
mặt đất là nguồn tiêu tốn của DVB-T quá lớn không thích hợp với các thiết bị
di động cầm tay. Do vậy hiện nay tổ chức DVB đang phát triển một chuẩn
DVB mới cho các dịch vụ di động trên các thiết bị cầm tay như PDA và

mobiphone là DVB-H.
Đối với truyền hỡnh cỏp số DVB-C, dịch vụ Internet trờn cỏp dễ dàng triển
khai với đường truyền ngược sử dụng chính mạng cáp số. Trên thực tế đây là
mô hỡnh dịch vụ đó được triển khai nhanh nhất trong số các dịch vụ Internet
sử dụng đường truyền DVB, tuy nhiên hạn chế của hệ thống cáp là vùng phục
vụ hẹp, tỉ xuất đầu tư cao chỉ thích hợp cho các thành phố hay vùng đông dân
cư, không có tính di động.
Đối với truyền hỡnh số vệ tinh DVB-S(DTH), dịch vụ dễ dàng triển khai trờn
diện rộng, số lượng băng thông có thể mở rộng tương đối rễ ràng. Nhược
- 14 -
điểm của hệ thống này là phải lai ghép với mạng PSTN để dùng làm đường
truyền ngược.(Hiện nay DVB cú 2 chuẩn cho kênh truyền ngược vệ tinh là
RC-PSTN và RC-S, trờn thực tế giải phỏp sử dụng kênh vệ tinh cho cả chiều
ngược, RC-S cũng đó được triển khai dịch vụ. Tuy nhiên với giá thành rất
cao, giải pháp này hiện vẫn chưa được coi là khả thi).
1.2 Tiêu chuẩn truyền hỡnh số:
Để làm cơ sở cho việc nghiên cứu mô hỡnh tớch hợp dịch vụ Internet vào hạ
tầng truyền dẫn số DTH, các chuẩn truyền dẫn và chuẩn dữ liệu của DVB và
ISO/IEC sau đây cần phải được khảo sát:
1.2.1 Cấu trúc khung, mã hóa kênh, điều chế dịch vụ vệ tinh 11/12
GHz(ETS 300 421):
1.2.1.1. Định nghĩa hệ thống:
Hệ thống được định nghĩa là một khối chức năng thực hiện việc thích ứng các
tín hiệu video băng tần cơ sở, từ đầu ra của bộ ghép kênh dũng truyền MPEG-
2(Xem ISO/IEC 13818-1)[4] tới cỏc thuộc tớnh kờnh vệ tinh. Tiến trỡnh sau
được thực hiện trờn dũng dữ liệu(xem hỡnh 1):
- thớch ứng và ngẫu nhiờn húa dũng truyền vận để phân tán năng
lượng.
- mó húa ngoài(Reed-Solomon);
- quột xen xoắn.

- mó húa trong(mó xoắn đục lỗ)
- tạo dạng băng tần cơ sở cho điều chế.
- điều chế.
Dịch vụ DTH qua vệ tinh đặc biệt bị ảnh hưởng bởi giới hạn công suất, do
vậy mục tiêu chính của thiết kế là đạt được tín hiệu đủ khỏe để chống nhiễu
và can nhiễu chứ không phải là hiệu suất băng thông. Để đạt được hiệu suất
công suất cao mà không hi sinh nhiều hiệu suất băng thông, Hệ thống sử dụng
- 15 -
điều chế QPSK, mó xoắn và RS rỳt gọn. Mó xoắn cú khả năng được đặt cấu
hỡnh mềm dẻo, cho phộp tối ưu hóa hiệu suất hệ thống cho một băng thông
phát đáp cho trước.
Dù hệ thống được thiết kế tối ưu cho đơn sóng mang trên một phát đáp
TDM(Time Division Multiplex), nú cũng có thể sử dụng cho các ứng dụng
kiểu đa sóng mang FDM(Frequency Division Multiplex).


Hỡnh 1: Sơ đồ khối chức năng
Hệ thống tương thích trực tiếp với tín hiệu TV được mó húa MPEG-2(Xem
ISO/IEC 13818-1)[4]. Khung truyền dẫn điều chế/giải điều chế đồng bộ với
các gói dũng truyền hợp kờnh MPEG-2.
Nếu tớn hiệu thu cú C/N và C/I cao hơn mức ngưỡng, kỹ thuật sửa lỗi tiến áp
dụng trên hệ thống được thiết kế để đạt tới chất lượng gần như không
lỗi(Quasi Error Free,QEF). QEF có nghĩa là ít hơn một sự kiện lỗi không sửa
được trong một giờ, tương ứng với mức BER = 10
-10
tới 10
-11
ở đầu vào của
giải điều chế MPEG-2.
1.2.1.2 Thích ứng với các đặc tính phát đáp vệ tinh:

Việc truyền các dịch vụ TV số đa chương trỡnh sẽ sử dụng vệ tinh trờn cả hai
băng tần FSS và BSS. Việc chọn băng thông phát đáp là chức năng của vệ
tinh và tốc độ dữ liệu được yêu cầu bởi dịch vụ.
- 16 -
Tốc độ tín hiệu phải phù hợp với các đặc tính phát đáp. Cỏc vớ dụ dựa trờn
mụ phỏng mỏy tớnh cho cỏc vệ tinh giả định, khụng cú cỏc hiệu ứng can
nhiễu, được cho trong bảng dưới đây.
Bảng 1: Hiệu suất hệ thống trên phát đáp 33 MHz

1.2.1.3 Giao diện
Hệ thống, như được định nghĩa ở trên, sẽ được giới hạn bởi các giao diện đưa
ra trong bảng 2:
Bảng 2: Giao diện hệ thống

1.2.1.4 Mã hóa kênh
1.2.1.4.1 Thích ứng, ngẫu nhiên hóa hợp kênh truyền vận cho việc phân tán
năng lượng
Dũng truyền đầu vào của hệ thống được tổ chức thành những gói có độ dài cố
định(xem hỡnh 3), theo bộ hợp kờnh truyền vận MPEG-2(Xem ISO/IEC DIS
13818-1)[4]. Tổng chiều dài của gói MUX truyền vận MPEG-2 là 188 byte.
Nó bao gồm 1 byte từ đồng bộ(47H). Trật tự xử lý ở phía truyền luôn bắt đầu
từ MSB của byte từ đồng bộ(01000111).

- 17 -
Để tuân theo các quy định về Radio của ITU và đảm bảo việc truyền nhị
phân, dữ liệu của đầu vào hợp kênh MPEG-2 phải được ngẫu nhiờn húa theo
cấu hỡnh được mụ tả ở hỡnh 2.
Đa thức cho sinh chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên sẽ là
1 + X
14

+ X
15
Khi nạp chuỗi “100101010000000” vào cỏc thanh ghi PRBS, như trong hỡnh
2, sẽ được khởi tạo ở đầu của mỗi 8 gói truyền vận. Để cung cấp khởi tạo tín
hiệu cho bộ giải mó, byte đồng bộ MPEG-2 của gói truyền vận trong nhóm 8
gói được đảo hướng bit từ 47HEX thành B8HEX. Tiến trỡnh này được gọi là
“Thích ứng hợp kờnh truyền vận”.

Bít đầu tiên ở đầu ra của bộ sinh PRBS sẽ được dùng là bít đầu(MSB) của
byte đầu tiên tiếp sau byte đồng bộ MPEG-2(B8 HEX). Để cho các chức năng
đồng bộ khác, trong khi các byte đồng bộ MPEG-2 của 7 gói truyền vận tiếp
theo, việc sinh PRBS vẫn được tiếp tục, nhưng lối ra của nó bị tắt, để cho các
byte này không ngẫu nhiên hóa. Như vậy, chu kỳ của chuỗi PRBS sẽ là 1503
byte.

Tiến trỡnh ngẫu nhiờn húa cũng sẽ được kích hoạt khi bộ điều chế nạp vào
chuỗi bit không tồn tại hay không tương thớch với khuụn dạng dũng truyền
MPEG-2(1 byte đồng bộ + 187 byte gói). Điều này để tránh việc phát một tải
không điều chế từ bộ điều chế.

- 18 -

Hỡnh 2: Sơ đồ ngẫu nhiên, giải ngẫu nhiên

1.2.1.4.2 Mó húa ngoài(RS), chốn xen và tạo khung
Việc tạo khung được dựa trên cấu trúc gói đầu vào( Xem hỡnh 3a).
Mó Reed-Solomon RS rỳt gọn (204,188,T=8) từ mó RS nguyờn thủy
(255,233, T=8) sẽ được áp dụng cho mỗi gói truyền vận ngẫu nhiên hóa của
hỡnh 3b để sinh gói được bảo vệ khỏi lỗi(hỡnh 3c). Mó Reed-Solomon cũng
sẽ được dùng cho byte đồng bộ dù là không đảo(47HEX) hay đảo(B8HEX).

Đa thức sinh mó: g(x) = (x+ ở
0
) (x+ ở
1
) (x+ ở
2
)… (x+ ở
15
), với ở

= 02 HEX.
Đa thức sinh trường: p(x) = x
8
+ x
4
+ x
3
+ x
2
+ 1

Mó RS rỳt gọn cú thể được cài đặt bằng cách cộng 51 byte, tất cả đặt bằng 0,
trước các byte thông tin của đầu vào của mó húa(255,239). Sau quỏ trỡnh mó
RS, cỏc byte rỗng được loại bỏ.

- 19 -
Tiếp theo trong lược đồ ở hỡnh 4, việc chốn xen xoắn với độ sâu I = 12 được
dùng cho các gói được bảo vệ lỗi(hỡnh 3c). Kết quả là tạo ra một khung được
chèn xen(hỡnh 3d).

Tiến trỡnh chốn xen xoắn dựa trờn phương pháp Forney[2] tương thích với
phương pháp Ramsey kiểu III với I =12. Khung đó chốn sẽ được tổng hợp các
gói đó bảo vệ lỗi chồng lấp và sẽ được giới hạn bởi các byte đồng bộ MPEG-
2 đảo hoặc không đảo(bảo toàn chu kỳ 204 byte).

Các bộ chèn xen có thể được tổ hợp của I=12 nhánh, được nối vũng đến đầu
vào dũng byte bằng chuyển mạch đầu vào. Mỗi nhánh là một thanh ghi dịch
FIFO, với độ sâu(Mj) tế bào(M=17=N/I, N=204=độ dài khung được bảo vệ
lỗi, I=12=độ sâu chèn xen, j=chỉ số nhỏnh). Cỏc tế bào của FIFO chứa 1 byte
và các chuyển mạch vào/ra được đồng bộ hóa.

Để đồng bộ, các byte đồng bộ và byte đồng bộ đảo luôn được định tuyến
trong nhánh “0” của bộ chèn(tương ứng với độ trễ rỗng).
Chỳ ý: Bộ giải chốn xen là tương tự về nguyên lý với bộ xen, với các
chỉ số nhánh được đảo ngược(j=0 tương ứng với độ trễ lớn nhất). Việc đồng
bộ giải chèn xen có thể đợc tạo ra bằng định tuyến byte đồng bộ xuất hiện đầu
tiên trong nhỏnh “0”.


Hỡnh 3a: Gúi MUX truyền vận MPEG2
- 20 -

Hỡnh 3b: Cỏc gúi truyền vận ngẫu nhiờn húa

Hỡnh 3c: Gúi bảo vệ lỗi RS(204,188,T=8)

Hỡnh 3d: Khung chèn xen, độ sâu I=12
Hỡnh 3: Cấu trỳc khung

1.2.1.4.3 Mó trong(mó xoắn)
Hệ thống cho phộp một miền cỏc mó xoắn đục lỗ, dựa trên mó xoắn ẵ với độ
dài K=7. Điều này cho phép chọn mức thích hợp nhất của việc sửa lỗi cho
từng dịch vụ và tốc độ dữ liệu. Hệ thống cho phép mó xoắn với mức mó
ẵ,2/3,3/4,5/6,7/8.
Mó xoắn đục thủng được đưa ra trong bảng 3.
Chú ý: Ở đầu thu, mỗi mức mó và cấu hỡnh đục thủng được đặt để thử
cho tới khi thu được tín hiệu. Sự đa nghĩa của pha ð trong bộ điều chế có thể
được giải quyết bằng byte đồng bộ MPEG-2 giới hạn khung đó chốn xen(xem
ISO/IEC DIS 13818-1)[4].

- 21 -
Bảng 3: Mó đục lỗ


1.2.1.4.4 Điều chế và tạo dạng băng cơ sở:
Hệ thống cài đặt điều chế QPSK mó Gray với ỏnh xạ tuyệt đối(không mó húa
sai phõn). Ánh xạ bit trong khụng gian tớn hiệu được sử dụng như đưa ra
trong hỡnh 4.
Trước điều chế, Các tín hiệu I và Q(được biểu diễn toán học bằng một chuỗi
liên tiếp các hàm delta Dirac đặt bởi khoảng thời gian của tín hiệu T
s
= 1/R
s
,
với dấu thích hợp) sẽ được lọc cosine căn hai. Chỉ số roll-off ỏ bằng 0,35.


Hỡnh 4: Biểu đồ chũm sao QPSK

- 22 -
Bộ lọc cosine căn hai của băng tần cơ sở có hàm lý thuyết được xác định bởi
biểu thức sau:

H(f) = 1 cho | f | < f
N
(1- ỏ)

H(f) = 0 với | f | > f
N
(1+ỏ)

Ở đây: f
N
= 1/2T
S
= R
S
/2 là tần số Nyquist và ỏ là tỉ số roll-off, ỏ = 0,35.

1.2.1.5 Cỏc yờu cầu hiệu suất lỗi.
Modem được nối tới vũng IS phải đạt được BER đối với hiệu suất E
b
/N
0
đưa
ra trong bảng 4

Bảng 4: Hiệu suất lặp IF của hệ thống

Chỳ ý: 1. Dạng của E
b
/N
0
chỉ ra mức bit hữu dụng trước khi mó RS và bao
gồm số dư của cài đặt modem 0,8 dB và băng thông lỗi tăng lên do mó
ngoài(10 log 188/204 = 0,36 dB)
2. QEF có nghĩa là có ít hơn một lỗi không sửa được trong 1 giờ, tương
ứng với tỉ số BER = 10
-10
đến 10
-11
ở đầu vào của bộ giải kênh MPEG-2.

- 23 -
1.2.2 Chuẩn MPEG-2 phần 1-Hệ thống(ISO/IEC 13818-1):
ISO/IEC 13818-1 là phần hệ thống của chuẩn MPEG-2, được gọi tên chính
thức là “Chuẩn mó húa hỡnh ảnh chuyển động và âm thanh”.
Phần hệ thống của chuẩn này nhằm tổng hợp một hay nhiều dũng truyền cơ
sở(Elementary stream, ES) của video và audio cũng như các dữ liệu khác
thành một dũng truyền đơn hay đa thành phần để thích hợp với việc lưu trữ
hay truyền dẫn.
Mó húa hệ thống được chia thành hai dạng: Dũng truyền vận(Transport
Stream, TS) và Dũng chương trỡnh(Program Stream, PS). Mỗi dạng này được
tối ưu cho các loại ứng dụng khác nhau(Dũng truyền vận, TS được thiết kế
cho môi trường truyền dẫn có can nhiễu cao. Dũng chương trỡnh được thiết
kế cho môi trường không can nhiễu và có thể giải mó bằng phần mềm như
đọc đĩa DVD, trỡnh chiếu phim trờn đĩa DVD bằng phần mềm máy tính). Cả
hai đều được định nghĩa trong bộ chuẩn này sao cho có thể cung cấp cú pháp

mó húa cần thiết và đầy đủ cho việc đồng bộ giải mó và thể hiện thụng tin
video và audio, trong khi đảm bảo rằng bộ đệm dữ liệu của bộ giải mó khụng
bị hụt hay tràn. Thụng tin được mó theo cỳ phỏp sử dụng nhón thời gian liờn
quan tới việc giải mó và hiển thị thụng tin video và audio mó húa và nhón
thời gian liờn quan tới việc phõn phối bản thõn dũng dữ liệu. Những định
nghĩa của cả hai dạng truyền là hợp kênh hướng gói.

Phương pháp hợp kênh cơ bản cho dũng truyền video, audio cơ sở(ES) được
thể hiện ở hỡnh 5. Video, audio được nén theo chuẩn nén MPEG-2 (ISO/IEC
13818-2 và 13818-3). Dũng truyền cơ sở đó nén được đóng gói để tạo thành
các gói PES.

- 24 -

Hỡnh 5: Tổng quan phần hệ thống MPEG2
Dũng truyền vận, TS là dũng truyền được định nghĩa cho việc truyền thông và
lưu trữ các dữ liệu video số đó được mó húa(nộn) theo chuẩn MPEG2 phần
video và audio trong môi trường có lỗi. Những lỗi này có thể là lỗi giá trị bit
hay mất các gói dữ liệu.
Dũng truyền vận cú thể cú mức bit là cố định hay thay đổi, tùy theo dũng
truyền cơ sở ES có mức bit cố định hay thay đổi tương ứng. Mức bit của dũng
truyền vận TS được xác định bởi các giá trị và vị trí của trường tham chiếu
đồng hồ chương trỡnh(PCR, program clock reference). Trường này thông
thường là riêng cho mỗi chương trỡnh khỏc nhau.

Dũng truyền vận cú thể được xây dựng bằng nhiều phương pháp khác nhau.
Nó có thể được tạo từ một hay nhiều chương trỡnh chứa cỏc dũng truyền cơ
sở ES, nó cũng có thể chứa một hay nhiều dũng chương trỡnh PS, hay thậm
- 25 -
chớ một cỏch đệ qui, dũng truyền vận cú thể chứa một hay nhều dũng truyền

vận khỏc và bản thõn chỳng lại chứa một hay nhiều chương trỡnh.

Các thao tác cơ bản được thực hiện trên một dũng truyền vận bao gồm:
1. Đọc dữ liệu mó húa từ một chương trỡnh trong dũng truyền vận, giải
mó nú và hiển thị.
2. Tách các gói TS của một chương trỡnh trong dũng truyền vận và tạo
dũng truyền vận mới chỉ chứa một chương trỡnh.
3. Tách các gói TS của một hay nhiều chương trỡnh từ một hay nhiều
dũng truyền vận khỏc nhau và tạo thành một dũng truyền vận mới.
4. Tách nội dung của một chương trỡnh từ dũng truyền vận và tạo một
dũng chương trỡnh PS chứa chương trỡnh đó.
5. Đọc một dũng chương trỡnh PS, chuyển nú thành dũng truyền vận để
truyền đi trong môi trường có mất mát thông tin, rối ở đầu nhận chuyển lại từ
dũng truyền vận trở về dũng chương trỡnh để lưu trữ trên DVD, trờn mỏy
tớnh hay trỡnh chiếu trờn mạng LAN.


Hỡnh 6: Thao tác cơ bản trên dũng truyền vận, đọc một chương trỡnh từ dũng TS

- 26 -



Hỡnh 7: Đọc một chương trỡnh từ dũng TS đa chương trỡnh, chuyển thành dũng TS đơn chương
trỡnh


Hỡnh 8: Đọc một chương trỡnh từ dũng TS, chuyển thành dũng PS.

Do dũng truyền vận được thiết kế cho môi trường truyền dẫn và dũng chương

trỡnh được thiết kế cho môi trường lưu trữ và trỡnh chiếu nờn trong phần sau
chúng ta chỉ đi sâu vào xem xét cấu trúc của dũng truyền vận.

1.2.2.1: Cấu trỳc và cỏc tham số mó húa của dũng truyền vận:
Một dũng truyền vận bao gồm một hay nhiều chương trỡnh, mỗi chương
trỡnh được chứa trong các dũng truyền cơ sở(Elementary Stream, ES). Dữ
liệu của cỏc dũng truyền cơ sở được mang bởi các gói cơ sở PES. Một gói
PES bao gồm đầu gói và dữ liệu gói. Các gói PES được chèn vào trong các
gói truyền vận. Byte đầu tiên của mỗi đầu gói được đặt trong byte đầu tiên
của phần tải của gói dũng truyền vận.