Cải thiện chất lượng dịch vụ của truyền hình số chuẩn DVB t2

LỜI CÁM ƠN
Đầu tiên, cho em được gửi lời cám ơn tới toàn thể các thầy cô giáo trong học viện,
nhất là các thầy cô trong khoa Viễn thông I, những người đã luôn nhiệt tình, hết lòng
giảng dạy, giúp đỡ, hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian bốn năm qua. Nhờ các thầy
cô, chúng em đã trưởng thành hơn, không chỉ là kiến thức chuyên môn mà còn là những
bài học trong cuộc sống, những bài học làm người.
Em xin gửi lời cám ơn chân thành tới cô giáo – Thạc sĩ. Nguyễn Thị Thu Nga, bộ
môn Tín hiệu và hệ thống – người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em, không những trong
thời gian làm đồ án tốt nghiệp mà còn cả trong quá trình học tập. Làm việc với cô, em đã
học hỏi được không những kiến thức chuyên môn, mà còn là tinh thần làm việc, ý thức
học tập, nghiên cứu. Đây là những bài học, kinh nghiệm quý báu cho em trong việc học
tập, nghiên cứu cũng như công tác sau này.
Em cũng xin gửi lời cám ơn đến bố mẹ, các thành viên trong gia đình, những người
đã luôn quan tâm, động viên, tạo điều kiện để em có thể hoàn thành tốt nhất đồ án tốt
nghiệp.
Cuối cùng, xin cám ơn tất cả các bạn bè đã luôn bên cạnh, giúp đỡ, góp ý trong suốt
thời gian làm đồ án tốt nghiệp vừa qua.
Hà Nội, ngày … tháng 12 năm 2014
Sinh viên
Bùi Tuấn Cường


MỤC LỤC
LỜI CÁM ƠN ...................................................................................................................... i
MỤC LỤC........................................................................................................................... ii
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .................................................................................................. v
DANH MỤC HÌNH VẼ..................................................................................................... vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU .............................................................................................. vii
LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 ........................................................................................................................ 2
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ ............................................................. 2

1.1. Sự hình thành và phát triển.................................................................................... 2
1.2. Tổng quan hệ thống ............................................................................................... 3
1.2.1.
Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số............................................................. 3
1.2.2.
Đặc điểm hệ thống truyền hình số............................................................... 4
1.2.3.
Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số................................................. 7
1.3. Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số................................... 9
1.3.1.
Cơ sở truyền hình kỹ thuật số...................................................................... 9
1.3.2.
Số hóa tín hiệu truyền hình ....................................................................... 10
1.3.3.
Chuyển đổi tương tự sang số ..................................................................... 10
1.3.4.
Chuyển đổi số sang tương tự ..................................................................... 11
1.3.5.
Nén tín hiệu số trong tryền hình ................................................................ 12
1.3.6.
Mã hóa và điều chế trong truyền hình số .................................................. 14
1.3.7.
Truyền dẫn tín hiệu trong truyền hình số .................................................. 15
1.4. Kết luận............................................................................................................... 18
CHƯƠNG 2 ...................................................................................................................... 19
TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 .................................. 19
2.1. Truyền hình số theo tiêu chuẩn DVB-T2 ............................................................ 19
2.1.1.
Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2 ............. 19
2.1.2.

Yêu cầu đặt ra đối với truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2.. 19
2.1.3.
Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVBT2 ...... 20
2.2. Các đặc tính kỹ thuật chính của tiêu chuẩn DVBT2 ........................................... 22
2.2.1.
Phương thức ghép kênh phân chia theo tần số trực giao có mã COFDM. 22
2.2.2.
Điều chế trong DVB-T2 ............................................................................ 26
2.2.3.
Pilot ........................................................................................................... 32
2.2.4.
Kỹ thuật giảm PAPR ................................................................................. 34
2.2.5.
Chế độ truyền phát MISO/SISO................................................................ 34
2.3. Đánh giá và ứng dụng.......................................................................................... 34
2.3.1.
So sánh DVB-T và DVB-T2 ..................................................................... 34
2.3.2.
Ứng dụng ................................................................................................... 36
2.4. Ứng dụng DVB-T2 ở Việt Nam .......................................................................... 37
2.4.1.
Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất...................................................... 37
2.4.2.
Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2........................................ 38
2.4.3.
Khả năng ứng dụng DVB-T2 ở Việt Nam ................................................ 38
2.5. Khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt


Nam 39

2.5.1.
Lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam . 39
2.5.2.
Triển khai DVB-T2 ở Việt Nam ............................................................... 39
2.6. Kết luận............................................................................................................... 44
CHƯƠNG 3 ...................................................................................................................... 45
CẢI THIỆN CHẤT LƯỢNG DỊCH VỤ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT CHUẨN DVBT2 ...................................................................................................................................... 45
3.1. Yêu cầu đặc trưng của một lớp truyền tải DTT................................................... 45
3.2. Triển khai DVB-T2 sử dụng truyền tải IP........................................................... 47
3.3. Kiến trúc lớp truyền tải IP (IP Transport layer) .................................................. 48
3.3.1.
Chất lượng dịch vụ .................................................................................... 48
3.3.2.
Multicast .................................................................................................... 49
3.3.3.
Khả năng mở rộng và độ phức tạp ............................................................ 50
3.3.4.
Bảo vệ mạng .............................................................................................. 52
3.3.5.
Dịch vụ bổ sung; đóng góp chính và dịch vụ phân phối khác .................. 53
3.3.6.
Dịch vụ và quản lý mạng.......................................................................... 54
3.3.7.
Mạng triển khai ......................................................................................... 55
3.3.8.
Sự chuyển dịch sang IP ............................................................................. 56
3.4. Các đề xuất giải pháp cho lớp truyền tải ............................................................. 56
3.4.1.
Kịch bản A: Tất cả luồng IP DVB-T2 truyền qua MPLS ......................... 56
3.4.2.

Kịch bản B: Tất cả luồng IP DVB-T2 truyền qua MSR ........................... 59
KẾT LUẬN ....................................................................................................................... 66
TÀI LIỆU THAM KHẢO................................................................................................ 67



ACE

Active Constellation Extension

Mở rộng chòm sao tích cực

ADC
ADI
ASO
C/N
CBR
COFDM

Analog to Digital Converter
Asynchronous Digital Interfaces
Analog Switch Off
Carrier to Noise Ratio
Constant Bit Rate
Orthogonal Frequency Division
Multiple

Chuyển đổi tương tự số
Bất đồng bộ giao diện số
Ngắt tín hiệu tương tự

Tỷ số sóng mang trên tạp âm
Tốc độ bit không đổi
Ghép kênh phân chia theo tần số
trực giao

DAC
DTT
DVB
DVB-T

Digital to Analog Converter
Digital Terrestrial Television
Digital Video Broadcasting
Digital Video Broadcasting –
Terrestrial
European Broadcasting Union

Chuyển đổi số tương tự
Truyền hình số mặt đất
Truyền hình số quảng bá
Truyền hình quảng bá số mặt đất

EBU

Hiệp hội Phát thanh – truyền hình
Châu Âu
Viện tiêu chuẩn Viễn thông Châu
âu

ETSI

European
Telecommunication
Standards Institude

FEC
GLONASS

Sửa lỗi trước

GPS
GS
HD
HDTV
IGMP
IP
IPTV
LDPC

Forward Error Correction
Globalnaya navigatsionnaya
sputnikovaya sistema
Global Positioning System
Generic Stream
High Definition
High Definition TeleVision
Internet Group Management Protocol
Internet Protocol
Internet Protocol Television
Low Density Parity Codes

MISO
MLD
MMS

Multiple Input Single Output
Multicast Listener Discovery
Multimedia Message Service

Nhiều đầu vào một đầu ra
Phát hiện người nghe đa hướng
Dịch vụ bản tin đa phương tiện

Hệ thống định vị toàn cầu
Dòng chung
Độ phân giải cao
Truyền hình phân giải cao
Giao thức quản lý nhóm
Giao thức Internet
Truyền hình giao thức Internet
Mã kiểm tra chẵn lẻ mật độ thấp



MPEG
MPLS
MSR

Moving Picture Experts Group
Multiprotocol Label Switching

Media Switch Router

OSPF
OTT
PAPR

Open Shortest Path First
Even Over The Top
Peak – to – average Power Ratio

PES
PIM
PLPs
QAM
QoS
RDS
SDH
SDI
SD-SDI

Packetized ES
Protocol-Independent Multicast
Physical Layer Pipes
Quadrature Amplitude Modulation
Quality of Service
Radio Data System
Synchronous Digital Hierarchy
Synchronous Digital Interfaces
Standard Definition - Serial Digital
Interface

Single - Frequency Network
Single Input Single Output
Service Level Agreement
Source-Specific Multicast
Tone Reservation
Transport Stream
Video Assurance Management
Solution
Virtual Local Area Network

SFN
SISO
SLA
SSM
TR
TS
VAMS
VLAN

Nhóm chuyên gia về ảnh động
Chuyển mạch nhãn đa giao thức
Bộ định tuyến chuyển mạch
phương tiện
Giao thức định tuyến link – state
Dịch vụ cung cấp nội dung
tỷ số công suất đỉnh/công suất
trung bình
Dòng cơ sở đóng gói
Giao thức phát đa hướng độc lập
Các ống lớp vật lý

Điều chế biên độ cầu phương
Chất lượng dịch vụ
Hệ thống vô tuyến dữ liệu
Hệ thống đông bộ số
Đồng bộ giao diện số

Mạng đơn tần
Một đầu vào một đầu ra
Thỏa thuận mức độ dịch vụ
Nguồn multicast đặc trưng
Hạn chế âm sắc
Dòng truyền tải
Giải pháp quản lý đảm bảo Video
Mạng LAN ảo


DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc đơn giản của hệ thống truyền hình số .......................................... 4
Hình 1.2 Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới................ 7
Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số........................................... 9
Hình 1.4 Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số ............................................................... 10
Hình 1.5 Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự ............................................. 12
Hình 1.6 Mô hình hệ thống nén video .............................................................................. 13
Hình 2.1 Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 ............................. 21
Hình 2.2 Sơ đồ khối hệ thống phát DVB-T2 .................................................................... 22
Hình 2.3 Phổ tần số với các kiểu điều chế 1k, 2k, 4k, 8k, 16k, 32 ................................... 25
Hình 2.4 So sánh Phổ tín hiệu của 32k thông thường và mở rộng với GI 1/8 (8MHz).... 25
Hình 2.5 Sơ đồ khối bộ điều chế ....................................................................................... 26
Hình 2.6 Mô hình điều chế QPSK, 16-QAM, 64-QAM, 256-QAM ................................ 27
Hình 2.7 Tốc độ bit cho các trường hợp điều chế khác nhau, tại 8 MHz, 32k, 1/128 ...... 28

Hình 2.8 (a) Điều chế 16-QAM có dùng chòm sao xoay (CR=4/5, kênh Rayleigh)........ 29
Hình 2.9 Sơ đồ mã hóa FEC ............................................................................................. 30
Hình 2.10 Khung FEC (FECFRAME).............................................................................. 30
Hình 2.11 Sơ đồ các khối đan xen trong hệ thống DVB-T2............................................. 31
Hình 2.12 Cấu trúc khung DVB-T2.................................................................................. 32
Hình 2.13 So sánh tốc độ bit các chế độ DVB-T, DVB-T2 và DVB-T2 MISO .............. 34
Hình 2.14 Cấu hình hệ thống mạng SFN theo tiêu chuẩn DVB-T2 của AVG (Nguồn:
AVG) ................................................................................................................................. 41
Hình 2.15 Bản đồ vùng phủ sóng toàn quốc của AVG (Nguồn: AVG) ........................... 42
Hình 3.1 Sơ đồ khối DVB-T2 ........................................................................................... 46
Hình 3.2 Thời gian phục hồi của giải pháp IP multicast khi bị lỗi (Nguồn: Net Insight) 50
Hình 3.3 Những nguy cơ của kỹ thuật MPLS (Nguồn Cisco) .......................................... 52
Hình 3.4 Giám sát mạng truyền tải video của một nhà cung cấp IP (Nguồn: Cisco) ....... 55
Hình 3.5 Mạng dịch vụ nhận thức truyền thông cho phép các nhà khai thác cung cấp cho
khách hàng dịch vụ quản lý phương tiện với QoS đảm bảo (Nguồn: Net Insight) .......... 57
Hình 3.6 Các Nimbra MSR cho phép quản lý mạng lưới dịch vụ trung tâm và đảm bảo
QoS thông qua tính năng như định tuyến không tổn thất và QoS liên kết nâng cao
(Nguồn: Net Insight) ......................................................................................................... 58
Hình 3.7 Thời gian phục hồi Multicast trong một mạng đơn giản bằng cách sử dụng
Nimbra MSR (Nguồn: Net Insight) .................................................................................. 60
Hình 3.8 Kiến trúc mạng truyền tải toàn IP dựa trên Nimbra cho phân phối DVB, phát
thanh số quảng bá, mạng truyền thông và các sự kiện trực tiếp (Nguồn: Net Insight)..... 61


DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1 Tham số điều chế FFT cho DVB-T2/8 MHz [EN 302 755]............................. 23
Bảng 2.2 Độ dài khung LF tối đa trong symbol OFDM với các trường hợp ................... 24
Bảng 2.3 Tốc độ bit tối đa với cấu hình 8 MHz, 32k, GI 1/128 ....................................... 27
Bảng 2.4 Góc xoay cho mỗi loại điều chế trong DVB-T2 [nguồn: LS Telecom] ............ 29
Bảng 2.5 Chế độ pilot dùng cho các trường hợp kết hợp kích thước FFT ....................... 33

Bảng 2.6 So sánh các tham số điều chế của tiêu chuẩn DVB-T và DVB-T2 [Factsheet] 36
Bảng 2.7 Các tham số phát sóng của truyền hình An Viên .............................................. 40
Bảng 2.8 Các tham số phát sóng của Đài truyền hình Việt Nam..................................... 43



LỜI NÓI ĐẦU
Việc chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số mặt đất là xu thế tất
yếu và đã được triển khai thực hiện ở nhiều quốc gia trên thế giới. Với việc phê duyệt
“Đề án số hóa truyền dẫn, phát sóng truyền hình mặt đất đến năm 2020”, Chính phủ Việt
Nam đã xác lập định hướng và lộ trình cho việc số hóa toàn diện truyền dẫn, phát sóng
truyền hình mặt đất ngay trong những năm tới. Đề án số hóa truyền hình Việt Nam thống
nhất xác định việc áp dụng tiêu chuẩn truyền hình số DVB-T2 sẽ đem lại hiệu quả về
kinh tế, xã hội, phù hợp với xu thế phát triển công nghệ và đẩy nhanh quá trình số hóa
truyền hình mặt đất tại Việt Nam. Đây thực sự là cuộc cách mạng trong ngành truyền
hình.
Chuẩn DVB-T2 có nhiều ưu điểm vượt trội so với chuẩn DVB-T trong cùng điều
kiện thu sóng và sử dụng các anten thu hiện có. Qua quá trình nghiên cứu và tìm hiểu, em
lựa chọn đề tài “Cải thiện chất lượng dịch vụ của truyền hình số chuẩn DVB-T2”. Đây là
mục tiêu cần hướng tới nhằm phục vụ cho việc triển khai các dịch vụ quảng bá mới đòi
hỏi nhiều dung lượng hơn. Đồ án tập trung nghiên cứu cơ sở lý thuyết của kỹ thuật DVBT2, đồng thời đưa ra một số phương pháp nhằm cải thiện dịch vụ của truyền hình số
chuẩn DVB-T2. Đồ án được chia làm 3 chương:
Chương 1. Tổng quan hệ thống truyền hình số
Chương 2. Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2
Chương 3. Cải thiện chất lượng dịch vụ truyền hình số mặt đất chuẩn DVB-T2



CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Công nghệ truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với công nghệ truyền hình
tương tự như: khả năng sử dụng hiệu quả phổ tần, truyền dẫn phát sóng được nhiều
chương trình trên một kênh, có khả năng phát hiện và sửa lỗi, khắc phục được những ưu
điểm thường thấy trong truyền hình tương tự, có khả năng tương thích với nhiều loại hình
dịch vụ khác nhau cũng như khả năng phát sóng các chương trình truyền hình độ phân
giải cao HDTV…việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình số được thực hiện thông qua cáp
đồng trục, cáp quang, vệ tinh hay truyền hình số mặt đất. Chương này tập trung tìm hiểu
sự ra đời và phát triển của truyền hình số, tổng quan một hệ thống truyền hình số cơ bản
với sơ đồ khối tổng quát, các đặc điểm chính. Phần tiếp theo sẽ trình bày việc xử lý tín
hiệu truyền hình số.
1.1.

Sự hình thành và phát triển
Ra đời vào cuối thập kỷ 90, truyền hình số mặt đất đang ngày càng được chấp nhận,
phát triển rộng rãi và trở thành xu thế không thể thay đổi của truyền hình thế giới trong
tương lai.
Theo đánh giá của các chuyên gia, truyền hình số có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với
công nghệ truyền hình thông thường mà nổi bật trước hết là khả năng chống nhiễu cao, ít
nhạy cảm với nhiễu, có khả năng phát hiện sửa lỗi và thu tốt trong truyền sóng đa đường.
Ngoài ra, truyền hình số còn cho phép tiết kiệm phổ tần, truyền được nhiều chương trình
trên cùng một kênh sóng trong khi truyền hình tương tự phải dùng một kênh cho mỗi
chương trình. Hơn thế nữa, truyền hình số còn có khả năng khoá mã, quản lý chương
trình theo yêu cầu đồng thời còn cho phép truyền hình đa phương tiện. Ðiều đó có nghĩa
là truyền hình số có thể truyền nhiều loại dữ liệu khác nhau, nhiều đường tiếng cho một
kênh truyền hình và truyền hình kèm theo phụ đề đa ngôn ngữ, thậm chí còn cho phép
nhắn tin và đặt mua hàng hoá ngay qua tivi.
Hiện nay, đang thịnh hành 3 tiêu chuẩn cho truyền dẫn truyền hình số mặt đất là
DVB-T của châu Âu, ATSC của Mỹ và ISDB-T của Nhật Bản. Số liệu thống kê cho thấy
cho tới nay, trong tổng số 38 nước chọn lựa tiêu chuẩn phát hình số mặt đất, đã có 32
nước chọn tiêu chuẩn DVB-T của châu Âu (chiếm 84%), 5 nước chọn tiêu chuẩn ATSC

của Mỹ (chiếm 13%) và duy nhất Nhật Bản sử dụng công nghệ ISDB-T. Trong các hệ
phát hình số mặt đất, tiêu chuẩn châu Âu DVB-T tỏ ra có nhiều ưu điểm và được hầu hết
các nước trên thế giới chấp nhận.
Anh là nước tiên phong triển khai phát hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T (từ
15/11/1998). Sau đó một thời gian ngắn, một loạt quốc gia châu Âu như Anh, Thuỵ Ðiển,
Australia, Tây Ban Nha, Singapore, Na Uy, Hà La, cùng Nam Phi, Australia, Singapore
đã triển khai phát số theo hệ DVB-T trên diện rộng. Đến nay, hầu hết châu Âu, châu Đại
dương, châu Phi và nhiều nước khác cũng đã triển khai truyền hình số. Đặc biệt, Berlin
(Đức) đã tuyên bố chấm dứt phát sóng truyền hình mặt đất bằng kỹ thuật analog từ
4/8/2003. Nhiều nước khác cũng có kế hoạch chấm dứt phát analog từ 2006 đến 2010.


Xung quanh ta có Thái Lan, Hồng Kông, Đài Loan, Singapore... cũng đã thử nghiệm
truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T. Nhiều nước khác cũng đang có kế hoạch
phát hình số mặt đất.
Tại Việt Nam, xu hướng chuyển đổi phát hình số DVB-T đang diễn ra rất nhanh từ
năm 2000 ở các thành phố lớn như Hà Nội, TP HCM, Bình Dương, Tiền Giang, Hải
Phòng, Quảng Ninh, Thái Nguyên, Thái Bình…
1.2.

Tổng quan hệ thống

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.
1.2.1. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số
Truyền hình số ra đời với những đặc tính vượt trội đang dần thay thế truyền hình
tương tự. Nó cho phép thực hiện các chương trình phát màn ảnh rộng chất lượng cao với
âm thanh nổi cùng với khả năng tích hợp các dịch vụ truyền hình với các dịch vụ internet
trên các mạng băng rộng truyền bá đi khắp thế giới. Ngoài ra, truyền hình số cho phép
thu di động, khả năng tương tác và thuận tiện cho việc sao chép, lưu trữ và sản xuất hậu
kỳ, điều mà hiện nay truyền hình tương tự chưa làm được. Xét trên khía cạnh kỹ thuật,
truyền hình số cho ảnh rõ ràng và sắc nét, loại bỏ hiện tượng nhiễu giao thoa và hiệu ứng
ảnh ma mà truyền hình tương tự đang gây ảnh hưởng đến người xem ở những khu vực có
nhiều nhà cao tầng và các vùng đồi núi.
Số hóa toàn bộ hệ thống truyền hình nghĩa là chuyển tín hiệu tương tự sang dạng số
từ camera truyền hình, máy phát hình, kênh truyền đến máy thu hình. Tuy nhiên, việc số
hóa hệ thống truyền hình hiện nay vẫn theo nguyên tắc giữ mối quan hệ với các hệ thống
truyền hình tương tự (NTSC, PAL, SECAM).


Hình 1.1 Sơ đồ cấu trúc đơn giản của hệ thống truyền hình số
Như Hình 1.1, đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình
tương tự. Bộ biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số (A/D) sẽ biến đổi tín hiệu truyền
hình tương tự 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 tại đầu ra
bộ biến đổi A/D được đưa tới bộ mã hóa nguồn, tại đây tín hiệu truyền hình số có tốc độ
dòng bit cao sẽ được nén thành dòng bit có tốc độ thấp hơn phù hợp cho từng ứng dụng.
Dòng bit tại đầu ra bộ mã hóa nguồn được đưa tới thiết bị phát (mã hóa kênh thông tin và
điều chế tín hiệu) 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, giải mã tín hiệu truyền hình

số thành tín hiệu truyền hình tương tự.
Thiết bị truyền hình số dùng trong truyền hình là thiết bị nhiều kênh. Ngoài tín hiệu
truyền hình, còn có các thông tin kèm theo gồm các kênh âm thanh và các kênh thông tin
phụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tín hiệu kiểm tra, hình ảnh tĩnh… Tất cả
các tín hiệu này được ghép thành một dòng truyền tải theo các chuẩn giao thức ghép kênh
gói.
1.2.2. Đặc điểm hệ thống truyền hình số
Sau đây ta sẽ phân tích một số vấn đề có liên quan đến truyền hình số.
Băng tần
Yêu cầu về băng tần là sự khác nhau rõ ràng nhất giữa truyền hình số và truyền hình
tương tự. Tín hiệu truyền hình số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng hơn. Ví dụ, đối
với tín hiệu video tổng hợp, yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tần số sóng mang phụ hệ NTSC là 14,4 MHz, nếu thực hiện mã hóa với những từ mã dài 8 bít, tốc độ dòng bít
sẽ là 115,2 Mbit/s, khi đó độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Nếu có thêm các bít sửa lỗi,
yêu cầu băng tần phải tăng thêm nữa. Trong khi đố tín hiệu tương tự chỉ cần một băng tần
4,25MHz là đủ. Tuy nhiên, với kỹ thuật nén, cho phép giảm độ rộng băng tần xuống đáng
kể. Tỷ lệ nén có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa.
Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm
Các hệ thống truyền hình truyền thống như: NTSC, PAL, SECAM là các hệ thống


truyền hình tương tự. từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đều
chịu 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. Nhiễu tạp âm trong hệ thống tương tự có tính chất cộng,
tỷ lệ S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiễu thành phần gât ra, vì vậy
luôn luôn nhỏ hơn tỷ lệ S/N của khâu có tỷ lệ thấp nhất. Một trong những ưu điểm lớn
nhất của tín hiệu số là khả năng chống nhiễu trong quá trình xử lý tại các khâu truyền dẫn
và ghi. Tính chất này của hệ thống số đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trình
truyền hình với các chức năng biên tập phức tạp – cần nhiều lần đọc và ghi. Việc truyền
tín hiệu qua nhiều chặng cũng được thực hiện thuận lợi với tín hiệu số mà không làm
giảm suy giảm chất lượng tín hiệu hình.

Méo phi tuyến
Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền.
Cũng như đối với tỉ lệ S/N, tính chất này rất quan trọng trong việc ghi – đọc chương trình
nhiều lần, đặc biệt đối với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuếch đại vi
sai như hệ NTSC.
Chồng phổ (Aliasing)
Một tín hiệu truyền hình số được lấy mẫu theo cả chiều thẳng đứng và chiều ngang,
nên có khả năng gây ra chồng phổ theo cả hai hướng. Theo chiều thẳng đứng, chồng phổ
trong hai hệ thống số và tương tự là như nhau. Độ lớn của méo do chồng phổ theo chiều
ngang phụ thuộc vào các thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist.
Xử lý tín hiệu
Tín hiệu số có thể được chuyển đổi và xử lý tốt các chức năng mà hệ thống tương tự
không làm được hoặc gặp nhiều khó khăn. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện dễ
dàng là: sửa lỗi thời gian gốc, chuyển đổi tiêu chuẩn, dựng hậu kỳ, giảm độ rộng băng tần
v.v…
Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh
Tín hiệu số cho phép các trạm truyền hình đồng kênh thực hiện ở một khoảng cách
gần nhau hơn nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu. Một phần vì tín hiệu số
ít chịu ảnh hưởng của nhiễu đồng kênh, một phần là do khả năng thay thế xung hóa và
xung đồng bộ bằng các từ mã – nơi mà trong hệ thống truyền dẫn tương tự gây ra nhiễu
lớn nhất. Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tần
tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm truyền hình có thể phát các chương trình với độ phân
giải cao HDTV như các hệ truyền hình hiện nay.
Hiệu ứng ảnh ma (Ghosts)
Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo
nhiều đường. Các hệ thống số có thể loại bỏ hoàn toàn hiện tượng này.
Các ưu điểm của truyền hình số
- So với máy phát tương tự nếu cùng bán kính phủ sóng thì máy phát hình số có
công suất nhỏ hơn, do đó tiết kiệm năng lượng hơn.
- Có khả năng phát nhiều chương trình trên 1 kênh tần số.

- Không làm thay đổi chất lượng tín hiệu: tín hiệu đầu thu giống như tín hiệu đầu
vào phát.
- Có thể truyền thêm các dịch vụ khác trên kênh truyền hình.
- Có thể thu tốt trong điều kiện di động.
- Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong Studio (trung tâm truyền hình) mà
tỉ số S/N không giảm (biến đổi chất lượng cao). 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.
- Dễ sử dụng thiết bị tự động kiểm tra và điều khiển nhờ máy tính.
- Khả năng truyền trên cự ly lớn nhờ tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi,
chống lỗi, bảo vệ…).
- Dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình và đồng bộ từ nhiều nguồn khác
nhau.
- Dễ thực hiện kỹ xảo trong truyền hình.
- Có khả năng truyền đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai chiều, dịch vụ
tương tác, thông tin giao dịch giữa điểm và điểm.
Như vậy, truyền hình số gần như chiếm ưu thế hẳn so với truyền hình truyền thống.
Số hóa hệ thống truyền hình là một điều tất yếu xảy ra. Tuy nhiên truyền hình số cũng có
những nhược điểm đáng quan tâm. Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của
kênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số - tương tự). Dải thông
của tín hiệu gốc là tương tự. Tuy nhiên, bằng các kỹ thuật nén băng tần, tỉ lệ nén có thể
lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng.
1.2.3. Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số
Chuẩn truyền dẫn truyền hình số sử dụng quá trình nén và xử lý số để có khả năng
truyền dẫn đồng thời nhiều chương trình truyền hình trong một dòng dữ liệu, cung cấp

chất lượng ảnh khôi phục thùy theo mức độ phức tạp của máy thu. Trên thế giới có 5
nhóm tiêu chuẩn truyền hình số chính:


Hình 1.2 Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới
- ATSC (Advanced television System Committee): Tiêu chuẩn Bắc Mỹ/Hàn Quốc
- DVB (Digital Video Broadcasting): Tiêu chuẩn Châu Âu
- ISDB (Intergrated Services Digital Broadcasting): Tiêu chuẩn Nhật Bản
- ISDTV/ISDB-Tb (Brazilian International Standard for Digital Television): Tiêu
chuẩn Brazil/Mỹ Latinh
- DTMB (Chinese Standard for Digital Television): Tiêu chuẩn Trung Quốc
Các điểm tương đồng giữa các hệ thống là sử dụng cùng một băng tần số, cải thiện
độ phân giải theo chiều dọc và ngang đặc biệt, nâng cao phần hiển thị màu sắc và định
dạng với tỷ lệ 16:9, hỗ trợ âm thanh đa kênh độ trung thực cao và truyền dữ liệu.
Với truyền hình số mặt đất, hiện tại hầu hết các nước trên thế giới đang sử dụng các
chuẩn truyền hình sau:
 Tiêu chuẩn ATSC
Năm 1996, FCC đã chấp nhận tiêu chuẩn truyền hình số của Mỹ dựa trên tiêu chuẩn
gói dữ liệu quốc tế 188 byte MPEG-2. Các chỉ tiêu kỹ thuật cụ thể được quy định bởi
ATSC. ATSC cho phép 36 chuẩn video từ HDTV đến các dạng thức video tiêu chuẩn
SDTV khác với các phương thức quét (xen kẽ, liên tục) và các tỷ lệ khuôn hình khác
nhau.
ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích với mô hình liên kết hệ thống mở (OSI) 7
lớp của mạng dữ liệu. Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng lớp.
ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả video, audio và dữ liệu phụ. Các đơn vị dữ
liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, đồng
bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM.
 Tiêu chuẩn ISDB-T
ISDB-T còn được gọi là tiêu chuẩn DiBEG của Nhật Bản, ban hành vào năm 1997,
sử dụng kỹ thuật ghép kênh đoạn dải tần BTS (Band Segmened) – OFDM và cho phép sử

dụng các phương thức điều chế tín hiệu số khác nhau đối với từng đoạn dữ liệu như
QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM.
ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hóa MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh. Hệ
thống sử dụng phương pháp ghép kênh phân chia theo tần số trực giao OFDM cho phép
truyền đa chương trình phức tạp với các điều kiện khác nhau, truyền dẫn phân cấp, thu di
động… có thể sử dụng cho các kênh truyền 6, 7 và 8MHz.
 Tiêu chuẩn châu ÂU (DVB-T)
DVB dùng điều chế ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã (COFDM), tốc độ
bit tối đa 24Mbps (dải thông 8MHz).
Điểm nổi trội nhất của COFDM là ở chỗ dòng dữ liệu cần truyền tải được phân phối
cho nhiều sóng mang riêng biệt. Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm thích hợp
và được gọi là một “COFDM Symbol”. Các sóng mang riêng biệt được điều chế QPSK,
16QAM hoặc 64QAM. Tỷ lệ mã hóa thích hợp của mã sửa sai cũng góp phần cải thiện
chất lượng hệ thống [8].
Như vậy, điểm giống nhau của cả ba tiêu chuẩn trên là sử dụng chuẩn nén MPEG-2
cho tín hiệu video. Điểm khác nhau cơ bản là phương pháp điều chế.
ATSC sử dụng kỹ thuật điều chế “điều biên cụt” của những năm 1980. Điều biên
cụt 8-VSB (Vestigal Side Band) cho tỷ số tín hiệu trên tạp âm tốt hơn nhưng lại không có


khả năng cho thu di động, không khắc phục hiện tượng phản xạ và không thiết lập được
mạng đơn tần như giải pháp của hệ thống ISDB-T và DVB-T.

Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Tổng quan hệ thống truyền hình số

DiBEG có tính phân lớp cao, cho phép đa loại hình dịch vụ, linh hoạt mềm dẻo, tận
dụng tối đa dải thông, có khả năng thu di động nhưng không tương thích với các dịch vụ
truyền hình qua vệ tinh, truyền hình cáp.

DVB-T với phương pháp điều chế COFDM tỏ ra có nhiều đặc điểm ưu việt, nhất là
đối với các nước có địa hình phức tạp, có nhu cầu sử dụng mạng đơn tần và đặc biệt là
khả năng thu di động.
1.3.

Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số

1.3.1. Cơ sở truyền hình kỹ thuật số



Hình 1.3 Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số
Theo hình 1.3, mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêng
sau khi biến đổi tín hiệu từ tương tự sang số. Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, các
chương trình này sẽ ghép lại với nhau để tạp thành dòng bit liên tiếp. Lúc này, chương
trình đã sẵn sàng được truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi theo các phương thức.
- Truyền hình số vệ tinh SVB-S (QPSK)
- Truyền hình số cáp DVB-C (QAM)
- Truyền hình số mặt đất DVB-T (COFDM)
Phía thu sau khi nhận được tín hiệu sẽ tiến hành điều chế phù hợp với phương pháp
điều chế, sau đó tách kênh rồi giải nén MPEG-2, biến đổi ngược lại số sang tương tự,
gồm 2 đường hình và tiếng rồi đến máy thu hình.
1.3.2. Số hóa tín hiệu truyền hình
Video số là phương tiện biểu diễn dạng sống video tương tự dạng một dòng dữ liệu
với các ưu điểm:
- Tín hiệu video số không bị méo tuyến tính, méo phi tuyến và không bị nhiễu gây
ra cho quá trình biến đổi tương tự sang số (ADC) và số sang tương tự (DAC).
- Thiết bị video số có thể hoạt động hiệu quả hơn so với thiết bị video tương tự.
- Tín hiệu video số có thể tiết kiệm bộ lưu trữ thông tin hơn những bộ nén tín hiệu.
1.3.3. Chuyển đổi tương tự sang số

Quá trình chuyển đổi nhìn chung được thực hiện qua 3 bước cơ bản đó là: lấy mẫu,
lượng tử hóa và mã hóa. Các bước đó luôn kết hợp với nhau thành một quá trình thống
nhất

trong hệ thống số. Các giá trị lượng tử có thể chứa sai số trong phạm vi Q (trong đó, Q

Hình 1.4 Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số
-

Lấy mẫu
Lấy mẫu tín hiệu tương tự là quá trình rời rạc theo thời gian bằng tần số lấy mẫu
(fS), kết quả cho ta một chuỗi các mẫu. Lấy mẫu là bước đầu tiên thể hiện tín hiệu tương
tự sang số, vì các thời điểm lấy mẫu đã được chọn sẽ chỉ ra tọa độ của các điểm đó. Quá
trình biến đổi này phải tương đương về mặt tin tức. Có nghĩa là tín hiệu sau khi lấy mẫu
phải mang đủ thông tin của dòng tín hiệu vào. Biên độ tín hiệu tương tự được lấy mẫu với
chu kỳ TS, thu được một chuỗi các xung hẹp với tần số lấy mẫu được tính bằng:
Đồ án tốt nghiệp Đại học

Chương 1. Tổng quan hệ thống truyền hình số


�� = 1
��
Trong đó: fs là tần số lấy mẫu
Ts là chu kỳ lẫy mẫu
Đối với tín hiệu tương tự VI thì tín hiệu lấy mẫu VS sau quá trình lấy mẫu có thể
khôi phục trở lại VI một cách trung thực nếu thỏa mãn điều kiện:
�� ≥ �����
Trong đó: fImax là giới hạn trên của dải tần số tương tự
Vì mỗi lần chuyển đổi điện áp lẫy mẫu tín hiệu số tương ứng đều cần có một thời

gian nhất định nên phải nhớ mẫu trong một khoảng thời gian cần thiết sau mỗi lần lấy
mẫu. Điện áp tương tự đầu vào được thực hiện chuyển đổi A/D trên thực tế là giá trị VI
đại diện, giá trị này là kết quả của mỗi lần lấy mẫu.
- Lượng tử hóa
Bước tiếp theo trong quá trình biến đổi A/D là lượng tử hóa. Trong quá trình này,
biên độ tín hiệu được chia thành các mức - gọi là mức lượng tử. Khoảng cách giữa hai
mức liền kề nhau gọi là bước lượng tử. Các mẫu có được từ quá trình lấy mẫu sẽ có biên
độ bằng các mức lượng tử. Tín hiệu số nhận được là một giá trị xấp xỉ của tín hiệu ban
đầu, nguyên nhân do quá trình lượng tử hóa xác định các giá trị số rời rạc cho mỗi mẫu.
Có hai phương pháp lượng tử hóa: lượng tử hóa tuyến tính có các bước lượng tử
bằng nhau và lượng tử hóa phi tuyến có các bước lượng tử khác nhau. Trong hầu hết các
thiết bị video số chất lượng studio, tất cả các mức lượng tử đều có biên độ bằng nhau, và
quá trình lượng tử hóa được gọi là lượng tử hóa đồng đều. Đây là quá trình biến đổi từ
một chuỗi các mẫu với vô hạn biên độ sang các giá trị nhất định, vì vậy quá trình này gây
ra sai số, gọi là sai số lượng tử. Sai số lượng tử là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi
1
2

là bước lượng tử).
- Mã hóa
Mã hóa là khâu cuối cùng của bộ biến đổi A/D. Mã hóa là một quá trình biến đổi
cấu trúc nguồn mà không làm thay đổi tin tức, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật
cho hệ thống truyền tin. Dữ liệu sau mã hóa có ưu điểm: tính chống nhiễu cao hơn, tốc độ
hình thành tương đương khả năng thông qua của kênh.
1.3.4. Chuyển đổi số sang tương tự
Quá trình tìm lại tín hiệu tương tự từ N số hạng (N bit) đã biết của tín hiệu số với độ
chính xác là một mức lượng tử (1 LBS). Quá trình này được thực hiện như hình 1.5.


Hình 1.5 Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự

Để lấy được tín hiệu tương tự từ tín hiệu số dùng nguyên tắc như hình 1.5 trên.
Chuyển đổi số sang tương tự không phải là phép nghịch đảo của chuyển đổi tương tự
sang số, vì không thể thực hiện được phép nghịch đảo của quá trình lượng tử hóa. Theo
sơ đồ 1.5, thì quá trình chuyển đổi số sang tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự
đã được lấy mẫu.
1.3.5. Nén tín hiệu số trong tryền hình
Xử lý video, audio số có ưu điểm là chất lượng cao về hình ảnh và âm thanh. Nhược
điểm của xử lý video và audio là phải thực hiện một số lượng lớn các file dữ liệu trong
khi tính toán và các ứng dụng truyền dẫn. Giải pháp nén cho phép người sử dụng lựa
chọn một trong các phạm vi thay đổi các thông số lấy mẫu và các tỷ số nén, các liên kết
thích hợp nhất cho mục đích sử dụng. Nén về cơ bản là một quá trình trong đó lượng số
liệu (data) biểu diễn lượng thông tin của một ảnh hoặc nhi ều ảnh được giảm bớt bằng
cách loại bỏ những số liệu dư thừa trong tín hiệu video. Các chuỗi ảnh truyền hình có
nhiều phần ảnh giống nhau, vậy tín hiệu truyền hình có chứa nhiều dữ liệu dư thừa ta có
thể bỏ qua mà không làm mất thông tin ảnh. Đó là các phần xóa dòng, xóa mành, vùng
ảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, vùng ảnh nền giống nhau, mà ở đó các phần tử liên
tiếp giống nhau hoặc khác nhau rất ít. Thường thì chuyển động trong ảnh truyền hình có
thể được dự báo, do đó chỉ cần truyền các thông tin về chuyển động. Các phần tử lân cận
trong ảnh thường giống nhau, do đó chỉ cần truyền các thông tin biến đổi. Các hệ thồng
nén sử dụng đặc tính này của tín hiệu video và các đặc trưng của mắt người là kém nhạy
so với sai số trong hình ảnh có nhiều chi tiết và các phần tử chuyển động. Quá trình sau
nén ảnh là dãn ảnh để tạo lại ảnh gốc hoặc xấp xỉ ảnh gốc.
- Mô hình nén
Mô hình của hệ thống nén ảnh được thể hiện như hình dưới: