truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVBT2

LỜI MỞ ĐẦU
Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành
tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban
đầu và hiển thị lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Truyền hình đen trắng là bước mở
đầu cho việc truyền các hình ảnh đi xa. Nó được nghiên cứu và chế tạo vào những
năm 60 của thế kỷ XX với những ống thu hình Vidicon. Truyền hình đen trắng đã
từng được sử dụng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, cùng với sự phát triển nhanh
chóng của đèn điện tử thì các thiết bị của truyền hình đen trắng có độ ổn định hơn,
chất lượng tốt hơn. Tuy nhiên truyền hình đen trắng lại có nhược điểm rất lớn là
không có khả năng truyền đi các hình ảnh có màu sắc như trong thực tế. Do đó,
năm 1957, hệ truyền hình màu đầu tiên đã ra đời tại Pháp, đã mở ra cuộc cách mạng
đối với nền công nghiệp truyền hình.
Khi đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu về
chất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn. Lĩnh vực phát thanh
truyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt. Với
những ưu điểm vượt trội của truyền hình số so với truyền hình tương tự, trong
những năm qua, truyền hình số mặt đất đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới nói
chung và ở Việt Nam nói riêng. Việc thay thế hoàn toàn truyền hình mặt đất tương
tự bằng công nghệ truyền hình số mặt đất trên toàn thế giới sẽ diễn ra trong tương
lai không xa.


CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ
THUẬT SỐ
1.1 Công nghệ truyền hình tương tự
1.1.1 Tìm hiểu sơ lược về lịch sử phát triển của hệ thống truyền hình
Sự hình thành và phát triển của truyền hình gắn liền với các sự kiện khoa học
- công nghệ cũng như các sự kiện chính trị - xã hội khác. Ngay từ đầu những năm
1920, người ta đã chú ý đến truyền hình do họ nhận thức được vai trò của truyền
hình trong việc tuyên truyền, quảng bá trên các mặt kinh tế, chính trị, xã hội…có thể
kể đến một số mốc quan trọng trong lịch sử truyền hình như sau:

- Năm 1839: Bee Quell tìm ra hiện tượng quang điện.
- Năm 1898: Volsske tìm ra hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình
bằng sóng điện từ).
-Tháng 3/1899: liên lạc vô tuyến quốc tế đầu tiên ra đời ở Anh và Pháp, dài
46Km.
- Năm 1941: Mỹ chấp nhận chuẩn 525 dòng quét với bộ phân giải của mình.
- Trong và sau chiến tranh thế giới thứ II: các cường quốc chạy đua gay gắt
để phát các chương trình truyền hình nhằm vận động nhân dân ủng hộ các chiến
lược quân sự và kinh tế của mình.
- Năm 1957: ở Pháp xuất hiện hệ truyền hình màu SECAM do Henry De
France nghiên cứu và thực hiện.
- Năm 1962: giáo sư Walter Bruce ở Tây Đức công bố hệ truyền hình PAL.
Cả hai hệ SECAM và PAL về nguyên lý chung thống nhất với hệ NTSC.
- Năm 1966: ở Na Uy đã tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền hình
màu thống nhất cho cả Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương trình truyền hình
màu giữa các nước.
Kết quả một số nước chọn hệ SECAM, một số nước dùng hệ PAL, Mỹ và
Nhật sử dụng hệ NTSC. Ở Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization
Internatinal Radio and Television - Tổ chức phát thanh truyền hình quốc tế).
- Năm 1994: Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số, đến tháng 12 năm
1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC.
- Năm 1997: Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay còn gọi là tiêu chuẩn


DiBEG.
- Năm 1997: tiêu chuẩn DVB-T của Châu Âu ra đời. Nhiều nước Bắc Âu,
một số nước Châu Á trong đó có Việt Nam và nhiều nước khác đã lựa chọn tiêu
chuẩn này và dự kiến phát sóng số hoàn toàn vào năm 2020.
1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự
Hiện nay, có 3 loại công nghệ truyền hình tương tự chính được sử dụng trên

toàn thế giới dựa trên tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh NTSC, SECAM và PAL và sử
dụng điều chế RF để điều chế tín hiệu sóng mang VHF hoặc UHF. Mỗi khung hình
của một hình ảnh truyền hình bao gồm các dòng quét trên màn hình. Các dòng có độ
sáng
khác nhau, tập hợp toàn bộ dòng được vẽ một cách nhanh chóng để mắt người cảm
nhận nó như là một hình ảnh. Các khung hình tiếp theo tuần tự được hiển thị, cho
phép mô tả chuyển động. Các tín hiệu truyền hình tương tự có thông tin về thời gian
và đồng bộ để máy thu có thể tái tạo lại một hình ảnh hai chiều chuyển động từ một
tín hiệu một chiều biến thiên theo thời gian.
- Tiêu chuẩn NTSC được phát triển tại Mỹ và lần đầu tiên đượ sử dụng trong
năm 1954, NTSC hiện là tiêu chuẩn truyền hình lâu đời nhất. Nó bao gồm quét dòng
là 525 và tần số quét hình là 60Hz.
- Tiêu chuẩn SECAM được phát triển ở Pháp và lần đầu tiên được sử dụng
vào năm 1967. Nó sử dụng quét dòng 625 và tần số quét hình là 50Hz. Các loại tiêu
chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ
âm thanh khác nhau.
- Tiêu chuẩn PAL được phát triển ở Đức và lần đầu tiên được sử dụng vào
năm
1967. Là một biến thể của NTSC, chuẩn PAL sư dụng quét dòng 625 và tần
số quét hình là 50Hz. Các tiêu chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông
số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm thanh khác nhau.
Hiện nay, các hệ thống truyền hình số với những ưu điểm vượt trội so với
truyền hình tương tự ở khả năng chống nhiễu cũng như tăng hiệu quả băng thông
đang ngày càng phát triển và được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Do đó, xu hướng
hiện nay là chuyển đổi sang truyền hình số.
1.2 Truyền hình kỹ thuật số
Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp
số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông
tin, mở ra một khả năng đặc đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình làm việc

theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước.

Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số
Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra
như trên hình 1.1. Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền
hình tương tự. Trong thiết bị mã hóa (biến đôi A/D), tín hiệu truyền hình tương tự sẽ
được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu
này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số
được đưa tới thiết bị phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số được truyền tới bên thu
qua kênh thông tin. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với
quá trình xử lý tại phía phát. Quá trình giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến
đổi tín hiệu truyền hình số sang tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình
số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình.
Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hóa kênh. Mã
hóa kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã
hóa kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền
hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi được gọi là bộ điều
chế và bộ giải điều chế.
Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử
lý tại phía phát. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và
giải mã tín hiệu truyền hình.
1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số
Hệ thống truyền hình kỹ thuật số có những ưu điểm sau:


- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai.
- Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỷ
số S/N (tỷ số tín hiệu/tạp âm) không giảm. Trong truyền hình tương tự thì việc này
gây ra méo tích lũy (mỗi khâu xử lý đều gây méo).

- Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng
không bị giảm.
- Có khả năng lưu trữ tín hiệu số trong các bộ nhớ đơn giản và sau đó đọc nó
với tốc độ tùy ý.
- Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa
lỗi, chống lỗi, bảo vệ…).
- Khả năng thu di động tốt. Người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được
các chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler.
- Dễ tạo dạng, lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền
hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền
hình.
- Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Trong hệ thống truyền
hình tương tự, thường xảy ra hiện tượng bóng ma do tín hiệu truyền đến máy thu
theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm
giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá.
- Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỷ lệ nén có
thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất
lượng. Từ đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi
truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng.
- Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai
chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giũa điểm và điểm. Do sự phát triển
của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa dạng
và ngày càng mở rộng.
- Bảo toàn chất lượng: chất lượng của tín hiệu số và tín hiệu tương tự trong
quá trình truyền từ máy phát đến máy thu.


Hình 1.2: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương
tự.
Tuy nhiên, truyền hình số cũng có một vài nhược điểm đáng quan tâm như:

• Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống
truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.
• 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).

Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số.


CHƯƠNG II: XỬ LÝ VÀ TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH KỸ
THUẬT SỐ
2.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số
Mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG-2 riêng trước
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 DVB-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.
2.2 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.

2.3 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 (hình 1.4).

Hình 1.4: Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số
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:
fs=1/Ts
Trong đó:

fs là tần số lấy mẫu
T là chu kỳ lấy 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:
fS ≥ 2fImax
(1.2)
Trong đó: - fS: tần số lấy mẫu
- fImax: 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 [2].
- 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 trong hệ thống số. Các giá trị lượng tử có thể chứa sai số
trong phạm vi 1/2 O (O 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.
2.4 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 1.4
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.
2.5 C á c p h ư ơ n g p h á p n én tín hiệu truyền hình
Xử lý tín hiệu số hứa hẹn thay thế tất cả các phương pháp tương tự (cũ) về
tốc độ dòng, tốc độ mành, NTSC, PAL, SECAM, HDTV và cuối cùng là tập trung


vào HDTV số băng rộng.
- Kỹ thuật tương tự: nén thông tin video bằng cách giảm độ rộng băng tần màu
< 1,2 MHz.
- Kỹ thuật giảm (nén) dữ liệu video: các hệ thống nén số liệu là sự phối hợp
của rất nhiều kỹ thuật xử lý nhằm giảm tốc độ bit của tín hiệu số mà vẫn đảm bảo
chất lượng hình ảnh phù hợp ứng với một ứng dụng nhất định. Nhiều kỹ thuật nén
mất và không mất thông tin (loss/lossless data reduction techniques) đã được phát
triển trong nhiều năm qua.
Nén không tổn thất: cho phép phục hồi lại đúng tín hiệu ban đầu sau khi giải
nén. Đây là một quá trình mã hóa có tính thuận nghịch. Hệ số nén phụ thuộc vào chi
tiết ảnh được nén. Hệ số nén của phương pháp nén không mất thông tin nhỏ hơn 2:1.
Trong truyền hình, phương pháp nén không tổn thất được kết hợp trong các
phương pháp nén có tổn thất sẽ cho tỷ lệ nén tốt mà không gây mất mát về độ phân
giải.
Nén có tổn thất: chấp nhận mất mát một ít thông tin để gia tăng hiệu quả nén,
rất thích hợp với nguồn thông tin là hình ảnh và âm thanh. Như vậy, nén có tổn thất
mới thật sự có ý nghĩa với truyền hình. Nó có thể cho tỷ lệ nén hình ảnh cao để
truyền dẫn, phát sóng. Đồng thời cho một tỷ lệ nén thích hợp cho xử lý và lưu trữ
ảnh trong studio.

Nén video tổn thất DPCM - Điều xung mã vi sai:
- Đây là một phương pháp nén quan trọng và hiệu quả, nguyên lý cơ bản của
nó là: chỉ truyền tải tín hiệu vi sai giữa mẫu đã cho và dự báo (được tạo ra từ các
mẫu trước đó).
- Công nghệ DPCM thực hiện loại bỏ tính có nhớ và các thông tin dư thừa
của nguồn tín hiệu bằng một bộ lọc đặc biệt có đáp ứng đầu ra là tín hiệu số giữa
mẫu đầu vào và giá trị dự báo của chính nó. Rất nhiều giá trị vi sai này gần bằng 0
nếu các điểm ảnh biến đổi không đồng đều. Còn với ảnh có nhiều chi tiết giá trị sai
số dự báo có thể lớn. Khi đó có thể lượng tử hóa chúng bằng mức lượng tử cao hơn
do đặc điểm của mắt người không nhạy cảm với những chi tiết có độ tương phản
cao, thay đổi nhanh. Sự giảm tốc độ bit ở đây thu được từ quá trình lượng tử hóa và
mã hóa.
- Hầu hết các cách thức nén ảnh đều sử dụng vòng lặp DPCM.
2.6 Mã hóa và điều chế tín hiệu số
Trong kỹ thuật truyền hình tương tự, người ta sử dụng phương pháp điều biên
(AM) hoặc điều tần (FM). Tại đầu thu sẽ được giải điều chế để tái tạo lại thông tin
về hình ảnh, âm thanh ban đầu.


Một ưu điểm của truyền hình số so với truyền hình tương tự là trên mỗi kênh
thông tin có thể truyền được nhiều chương trình sau khi qua hệ thống ghép kênh
dòng truyền tải. Để truyền dẫn được tín hiệu số, phải sử dụng phương pháp mã hóa
và điều chế tín hiệu số để đảm bảo tín hiệu được truyền dẫn đầu thu một cách trung
thực.
- Mã hóa: Để có thể truyền với độ tin cậy cao, các dòng cơ sở video, audio
được đóng lại thành dòng cơ sở đóng gói PES (Packetized ES) tương ứng với các
gói có độ dài thay đổi. Mỗi gói PES bao gồm một header và số liệu các dòng cơ sở.
Các gói PES này được ghép kênh với nhau tạo ra dòng tuyền tải TS (Transport
Stream) hoặc dòng chương trình.
- Giải mã: Gồm các quy trình ngược lại, dòng truyền tải được phân kênh để

trả lại các dòng cơ sở video và dòng sơ cấp audio. Sau đó được giải mã video, audio
để tạo lại tín hiệu.
- Đồng bộ: Đồng bộ là một vấn đề quan trọng. Đối với các bộ ghép kênh
phân chia theo thời gian, thời gian trễ giữa bộ mã hóa và bộ giải mã hóa thường có
giá trị không đổi. Đối với các bộ ghép kênh gói MPEG-2, thời gian trễ phải thay đổi
theo sự thay đổi độ dài gói (nếu có) và tần số ghép kênh. Đồng bộ trong hệ thống
ghép kênh MPEG-2 được thực hiện thông qua các nhãn thời gian (Time Stamps) và
các chuẩn đồng hồ (Clock Reference).
Khi một luồng số trên kênh vô tuyến, các tín hiệu băng gốc số phải được biến
đổi thành các tín hiệu băng tần vô tuyến, quá trình này gọi là điều chế. Quá trình tái
tạo lại tín hiệu số từ các tín hiệu trong băng tần vô tuyến gọi là giải điều chế.
Quá trình điều chế bao gồm việc khóa chuyển biên độ, tần số, pha của sóng
mang, tại ba phương pháp điều chế để truyền dẫn số là điều biên, điều tần và điều
pha. Mỗi phương pháp điều chế đều có ưu điểm riêng. Việc lựa chọn phụ thuộc vào
tiềm năng thông tin, công suất phát và độ rộng kênh. Việc lựa chọn phải đảm bảo:
- Tốc độ số liệu cực đại
- Xác suất lỗi cực tiểu
- Công suất phát cực tiểu
- Độ rộng kênh cực tiểu
- Khả năng chống nhiễu cực đại
- Mức độ phức tạp cực tiểu
Trong kỹ thuật truyền hình số, việc sử dụng điều chế khóa chuyển pha và
khóa chuyển biên kết dụng được gọi là điều chế cầu phương hay biên độ vuông góc
(QAM).
2.7 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số


1.4.7.1 Truyền hình số vệ tinh
Kênh vệ tinh (khác với kênh cáp và kênh phát sóng mặt đất) đặc trưng bởi
băng tần rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuếch đại công suất của Transponder

làm việc gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến. Truyền hình số vệ tinh có
những đặc điểm như sau:
- Cự ly liên lạc lớn: một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với
khoảng cách rất xa, như vậy có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng
như cho dịch vụ điểm - điểm.
- Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật, vì
môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất. Truyền hình vệ tinh có thể
thực hiện qua đại dương, rừng rậm, núi cao cũng như ở các địa cực.
- Việc thiết lập đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn,
điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thu thập tin tức, một công việc đòi hỏi
thời gian thiết lập nhanh chóng.
- Vệ tinh cũng sử dụng cho các hệ thống điểm - đa điểm. Với một vệ tinh, có
thể đặt vô số trạm thu trên mặt đất, rất thuận lợi cho hệ thống CATV cũng như cho
dịch vụ truyền hình trực tiếp đến tận từng gia đình DTN. Ngoài ra, truyền hình vệ
tinh còn có khả năng phân phối chương trình với các hệ thống liên kết khác.
Tuy nhiên phương thức này còn tồn tại nhiều nhược điểm:
- Công suất trên vệ tinh là hữu hạn, đồng thờ cự ly thông tin lớn nên suy giảm
đường truyền rất lớn.
- Dễ bị ảnh hưởng của mưa, nhất là băng tần Ku
- Tỷ số SNR thấp (10dB hoặc ít hơn
- Hiệu suất sử dụng băng thông không cao so với các phương pháp truyền dẫn
khác.


1.4.7.2 Truyền hình số cáp
Điều kiện truyền các tín hiệu số trong mạng cáp tương đối dễ hơn, vì các
kênh là tuyến tính với tỷ số công suất sóng mang trên tạp âm (C/N) tương đối lớn.
Tuy nhiên độ rộng băng tần kênh bị hạn chế (8MHZ). Đòi hỏi phải dùng các
phương pháp điều chế số có hiệu quả cao hơn so với truyền hình số qua vệ tinh.
Truyền hình cáp có những ưu điểm như:

- Ít chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp, đảm bảo chất lượng cho tín hiệu.
- Không bị ảnh hưởng của thời tiết do có khả năng cách ly và chỗng nhiễu tốt
của cáp.
- Không chiếm dụng phổ tần số vô tuyến.
- Không gây can nhiễu cho các trạm phát sóng nghiệp vụ khác do tín hiệu
truyền trên sợi cáp được cách ly và chỗng nhiễu tốt.
- Có khả năng cung cấp tốt dịch vụ truyền hình số và các dịch vụ hai chiều
khác: dải thông lớn của mạng truyền hình cáp hữu tuyên sẽ cho phép không chỉ
cung cấp các dịch vụ truyền hình tương tự mà còn cho phép cung cấp nhiều chương
trình truyền hình số, truyền hình tương tác và đặc biệt là khả năng cung cấp các
dịch vụ viễn thông hai chiều, truy cập Internet, truyền số liệu tốc độ cao.
- Có thể sử dụng các kênh kế nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi
mà không xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh.
Phương thức này cũng còn một số nhược điểm như:
- Chất lượng hình ảnh, âm thanh chưa thực sự nét do có tạp âm do suy hao
trong quá trình truyền tải dữ liệu.
- Do phải đi dây cáp nên dễ xảy ra các trường hợp mất tín hiệu và hiện tượng
phát xạ tín hiệu từ các thiết bị hỗ trợ của truyền hình cáp.
1.4.7.3 Truyền hình số mặt đất
Truyền hình số mặt đất có diện phủ sóng hẹp hơn so với truyền qua vệ tinh,
song dễ thực hiện hơn so với mạng cáp. Cũng bị hạn chế bởi băng thông nên sử
dụng phương pháp điều chế OFDM nhằm tăng dung lượng dẫn qua một kênh sóng
và khắc phục hiện tượng nhiễu ở truyền hình mặt đất tương tự. Phương pháp này có
những đặc điểm:
- Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khắc phục được các vấn đề
phiền toái như hình ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm…
- Máy thu hình có thể được lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể xách
tay hoặc lưu động ngoài trời.
- Có dung lượng lớn, chứa âm thanh (như âm thanh nhiều đường, lập thể, bình
luận…) và các dữ liệu.

- Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh và âm thanh


chất lượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược
lại.
Tuy nhiên, phương thức truyền hình số mặt đất cũng có một số nhược điểm:
- Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường (multipath).
- Giá trị tạp do con người tạo ra là cao.
- Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa
truyền hình tương tự và số là vấn đề phải cần xem xét.
Nhìn chung cả 3 phương pháp truyền dẫn truyền hình số ở trên đều có những
ưu, nhược điểm riêng và chúng sẽ bổ sung, hỗ trợ lẫn nhau. Nếu truyền hình qua vệ
tinh có thể phủ sóng một khu vực rất lớn với số lượng chương trình lên đến hàng
trăm thì tín hiệu số trên mặt đất dùng để chuyển các chương trình khu vực, nhằm
vào một số lượng không lớn người thu.
Đồng thời, ngoài việc thu bằng anten cố định trên mái nhà, truyền hình số
mặt đất còn cho phép thu được bằng anten nhỏ của máy tính xách tay, thu trên di
động (trên ôtô, máy bay…). Truyền hình số truyền qua mạng cáp phục vụ thuận lợi
cho đối tượng là cư dân ở các khu đông đúc, không có điều kiện lắp anten thu vệ
tinh hay anten mặt đất.


CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU
CHUẨN DVB-T
3.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T
DVB-T (Digital Video Broadcast – Terrestrial) là tiêu chuẩn truyền hình số
được tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards Institute) công nhận
vào tháng 2 năm 1997.
DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM (Code Orthogonal Frequency Division
Multiplexing). COFDM là kỹ thuật có nhiều đặc điểm ưu việt, có khả năng chống

lại phản xạ nhiều đường, phù hợp với các vùng dân cư có địa hình phức tạp, cho
phép thiết lập mạng đơn tần (SFN – Single Frequency Network) và có khả năng thu
di động, phù hợp với các chương trình có độ nét cao HDTV.
DVB-T là thành viên của một họ các tiêu chuẩn DVB, trong đó bao gồm các
tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh, truyền hình số mặt đất và truyền hình số cáp.
Phạm vi của tiêu chuẩn:
- Tiêu chuẩn này mô tả hệ thống truyền dẫn cho truyền hình số mặt đất. Nó
xác định hệ thống điều chế, mã hóa kênh dùng cho các dịch vụ truyền hình số mặt
đất nhiều chương trình như: LDTV/SDTV/EDTV/HDTV.
- Tiêu chuẩn mô tả chung hệ thống cơ bản của truyền hình số mặt đất.
- Tiêu chuẩn xác định các yêu cầu chỉ tiêu chung, và các đặc điểm của hệ
thống cơ bản, mục đích để đạt được chất lượng dịch vụ.
- Tiêu chuẩn xác định tín hiệu được điều chế số để cho phép việc tương thích
giữa các phần thiết bị được sản xuất bởi các nhà sản xuất khác nhau. Đạt được điều
này bằng cách mô tả chi tiết tín hiệu xử lý ở phía các module, trong khi đó thì việc
xử lý ở các máy thu là để mở cho các giải pháp thực hiện khác nhau
3.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất


Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T
 Phía phát
- Tín hiệu Video/Audio nguồn:
Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tđược biến đổi thành các dữ liệu số.
Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ hống mã hóa.
Tín hiệu video có tốc độ bit rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bit
tăng lên đến 270 Mbps. Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8 MHz có thể
đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bit bằng nhiều cách nén tín
hiệu video.
- Mã hóa nguồn dữ liệu (Source Coding)
Mã hóa nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tần số nén khác nhau. Việc nén

được thực hiện bằng bộ mã hóa MPEG-2. Việc mã hóa dựa trên cơ sở nhiều khung
hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ.
Do đó, MPEG làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu
lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần. Với tín hiệu Audio cũng vậy, việc nén dựa
trên nguyên lý tai nghe người khó phân biệt âm thành trầm nhỏ so với âm thanh lớn
khi chúng có thể bỏ đi và không được sử dụng.
Mã hóa nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn. Phương tiện truyền
phát không ảnh hưởng đến mã hóa nguồn.
- Mã hóa kênh:
Gói và đa hợp Video, Audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu phụ ở
đây là dòng truyền tải MPEG-2. Nhiệm vụ của mã hóa kênh là làm cho tín hiệu
truyền phát sóng phù hợp với kênh truyền.
Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed-Solomon. Mã
Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả
năng sửa lỗi rất cao.
- Điều chế:
Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã
hóa truyền dẫn, mã hóa kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy
giảm chất lượng do pha đinh, tạp nhiễu.
 Phía thu
Bên thu sẽ thực hiện quá trình mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu.
3.3

Các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T


3.3.1 Bộ điều chế DVB-T
.

Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T

- Khối phân tán năng lượng
Dòng số vào của hệ thống được tổ chức thành các gói có độ dài cố định chính
là đầu ra của bộ ghép truyền dẫn các dòng MPEG-2. Chiều dài tổng cộng của mỗi gói
sau bộ ghép là 188 byte, trong đó có một byte chức từ mã đồng bộ. Thứ tự xử lý ở
phía phát luôn luôn theo thứ tự từ bit MSB (bit 0) của byte chứa từ mã đồng bộ. Để
đảm bảo các chuyển đổi nhị phân được thực hiện chính xác thì dữ liệu của khối ghép
kênh MPEG-2 đầu vào hệ thống được mã hóa.
Dữ liệu vào: 1011100xxxxxxxx…
Dãy PRBS: 00000011
Đa thức bộ tạo chuỗi PRBS là 1 + X14 + X15
Việc nạp dãy 100101010000000 vào thanh ghi PRBS được bắt đầu tại đầu của
mỗi lượt gói truyền dẫn. Để cung cấp tín hiệu khởi tạo cho bộ giải nhiễu tín hiệu
(descrambler), byte đồng bộ của gói truyền dẫn đầu tiên trong nhóm 8 gói các bit
được đảo lại. Toàn bộ quá trình được gọi là quá trình thích nghi ghép truyền dẫn.
Bit đầu tiên tại đầu ra bộ tạo PRBS sẽ là bit đầu tiên (MBS) của byte đầu tiên
sau byte từ mã đồng bộ đã được đảo. Để hỗ trợ thêm các chức năng đồng bộ, trong
thời gian của các byte đồng bộ của 7 gói truyền dẫn ngay sau đó, chuỗi PRBS vẫn
được tạo nhưng lại không lấy ra khiến các byte đồng bộ này không được ngẫu nhiên
hóa. Vì thế chu kỳ của PRBS là 1503 byte.


Quá trình ngẫu nhiên hóa cũng ở trạng thái tích cực khi dòng bit đầu vào bộ
điều chế không tồn tại hoặc không cùng định dạng với dòng MPEG-2.
- Khối mã ngoài
Mã ngoài và tráo ngoài sẽ được thực hiện trên cấu trúc gói đầu vào theo hình
vẽ (hình 2.3a). mã rút ngắn Reed-Solomon R-S được thực hiện với từng gói và đã
được ngẫu nhiên hóa (188 byte) như hình 2.3b để tạo ra gói có tính chống lỗi (hình
2.3c. Mã R-S cũng được thực hiện với byte đồng bộ. Gói dữ liệu có thể được đảo
hoặc không đảo.

a) Gói truyền tải MPEG-2.

b) Gói truyền tải ngẫu nhiên hóa: Các byte đồng bộ và các byte dữ liệu ngẫu
nhiên hóa.

c) Gói chỗng lỗi với mã Reed-Solomon R-S (204, 188,8).


d) Cấu trúc dữ liệu sau khối ghép xen ngoài.
Hình 2.3: Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và ghép xen
ngoài.
- Khối ghép xen ngoài
Khối này thực hiện ghép xen kẽ với độ sâu I = 12 các gói dữ liệu (Outer
Interleave) đã được bảo vệ lỗi R-S. Các gói được bảo vệ khỏi lỗi R-S có chiều dài là
204 byte được chia thành 17 khối với 12 byte mỗi khối. Mỗi phần tử ghi dịch FIFO
được cấu trúc thành byte. Các chuyển mạch đầu vào và đầu ra được đồng bộ với
nhau. Các byte đồng bộ của MPEG-2 luôn chạy không trễ qua nhánh “0” của bộ ghép
xen. Quá trình ghép xen kẽ sẽ phân bố các lỗi cụm (burst error) qua một số các khối
làm cho việc sửa sai có thể thực hiện một cách hiệu quả.
Bộ chèn xen kẽ có 12 nhánh kết nối vòng tròn đối với dòng byte đầu vào. Mỗi
nhánh có chứa một thanh ghi dịch vào trước ra trước FIFO (First In First Out) có
chiều sâu là MJ.
Trong đó: M: là trễ cơ bản = N/J = 17
N: là chiều dài khung = 204 bytes
J: là tham số chạy từ 0 ÷ 11
Quá trình sửa lỗi được chia thành 2 phần: mã ngoài (Outer Coder) và mã trong
(Inner Coder). Mã trong sử dụng phương pháp mã hóa xoắn (Convolution Code).
- Khối mã trong
Mã trong dựa trên cơ sở bộ mã hóa vòng xoắn gốc có tốc độ 1/2 vowis 64
trạng thái. Hệ thống DVB-T cho phép tao các tỷ lệ mã khác nhau bằng cách tách

trích (Puncturing) dữ liệu sau bộ mã hóa xoắn. Điều đó cho phép lựa chọn khả năng
sửa sai cũng như tốc độ dữ liệu trong các mode truyền phân cấp và không phân cấp.
- Khối ghép xen trong
Khối ghép xen trong (Inner Interleaving) bao gồm khối ghép xen bit và khối
ghép xen symbol.
• Ghép xen bit
Đầu vào bộ ghép xen trong có thể có tới hai đầu vào, được tách thành 2, 4 hoặc
6 dòng con theo thứ tự điều chế và loại điều chế. Trong mode không phân cấp, dòng


bit vào duy nhất được tách ra thành v dòng bit con, v = 2 khi điều chế QPSK, v = 4
khi điều chế 16 QAM và v = 8 khi điều chế 64 QAM. Trong mode điều chế phân cấp,
cả hai dòng ưu tiên thấp thành 4 dòng con. Điều này được thực hiện với cả hai chế độ
điều chế QAM đồng nhất và không đồng nhất.
• Ghép xen symbol
Mục đích của ghép xen symbol là ánh xạ các từ mã v bit lên 1512 sóng mang
(trong mode 2K) hay 6048 sóng mang (trong mode 8K) thuộc một symbol OFDM.
Bộ ghép xen symbol thực hiện ghép xen các khối 1512 hay 6048 symbol dữ liệu.