Nghiên cứu kỹ thuật điều chế số ứng dụng trong DVB thế hệ mới

1 LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan toàn bộ nội dung được trình bày trong luận văn này là kết quả tìm kiếm và
nghiên cứu của tôi, được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Phạm Thành Công. Các số
liệu, kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực.
Tôi xin chịu trách nhiệm về nội dung được viết trong luận văn của mình.

Hà Nội, ngày tháng

năm 2016

Học viên

Ngọ Thị Phƣợng


MỤC LỤC
DANH MỤC BẢNG BIỂU
DANH MỤC HÌNH ẢNH
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
MỞ ĐẦU ......................................................................................................................... 1
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ .............................................. 2
1.1 Giới thiệu chung về truyền hình số ........................................................................ 2
1.1.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống phát thanh, truyền hình số ............... 3
1.1.2 Đặc điểm của truyền hình số .......................................................................... 4
1.1.2.1 Yêu cầu về băng tần ................................................................................. 6
1.1.2.2 Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N) ...................................................................... 6
1.1.2.3 Méo phi tuyến .......................................................................................... 6
1.1.2.4 Chồng phổ ................................................................................................ 7
1.1.2.5 Xử lí tín hiệu ............................................................................................ 7
1.1.2.6 Khoảng cách giữa các trạm truyền hình đồng kênh ................................ 7
1.1.2.7 Hiệu ứng ghost (bóng ma) ....................................................................... 7

1.1.2.8 Giá thành và độ phức tạp ......................................................................... 8
1.1.3 Thu, phát và truyền dẫn tín hiệu truyền hình số. ............................................ 8
1.1.3.1 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số. ......................................................... 8
1.1.3.2 Thu tín hiệu truyền hình số. ................................................................... 10
1.1.3.3 Sơ đồ khối thiết bị SET-TOP-BOX ....................................................... 10
1.2 Các hệ thống truyền hình số quảng bá ................................................................. 12
1.2.1 Truyền hình số mặt đất DVB – T ................................................................. 12
1.2.2 Hệ thống truyền hình cáp DVB - C .............................................................. 13
1.2.3 Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB – S .................................................... 13
CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT ĐIỀU CHẾ TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ .................. 16
2.1 Tiêu chuẩn truyền hình số hiện nay trên thế giới ................................................. 16
2.1.1 Chuẩn ASTC .................................................................................................. 16
2.1.1.1 Đặc điểm chung ..................................................................................... 16
2.1.1.2 Phương pháp điều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC ............................... 17
2.1.1.2.1 Máy phát VSB ................................................................................... 18


2.1.1.2.2 Máy thu VSB .................................................................................... 20
2.1.2 Chuẩn DVB .................................................................................................. 20
2.1.2.1 Đặc điểm chung ..................................................................................... 20
2.1.2.2 Phương pháp điều chế COFDM trong tiêu chuẩn DVB ........................ 21
2.2

Kỹ thuật OFDM ............................................................................................... 23

2.2.1 Giới thiệu về kỹ thuật OFDM ........................................................................ 23
2.2.1.1 Lịch sử phát triển ..................................................................................... 23
2.2.1.2 Khái niệm ................................................................................................ 24
2.2.1.3 Ưu nhược điểm của OFDM ..................................................................... 25
2.2.2 Các khái niệm liên quan đến OFDM ............................................................ 25

2.2.2.1 Hệ thống đa sóng mang ........................................................................... 25
2.2.2.2 Ghép kênh phân chia theo tần số FDM ................................................... 26
2.2.3 Biểu diễn toán học của tín hiệu OFDM ........................................................ 26
2.2.3.1 Trực giao ................................................................................................ 26
2.2.3.2 Tạo sóng mang con sử dụng IFFT ......................................................... 28
2.2.4 Khoảng thời gian bảo vệ và mở rộng chu kỳ ................................................. 29
2.2.5 Điều chế trong OFDM .................................................................................. 33
2.2.5.1 Điều chế QPSK ....................................................................................... 33
2.2.5.2 Điều chế QAM ........................................................................................ 34
2.2.6 Hệ thống OFDM băng gốc ........................................................................... 36
2.2.6.1 Sơ đồ hệ thống OFDM băng gốc ........................................................... 36
2.2.6.2Biểu diễn tín hiệu ..................................................................................... 36
2.2.7 Ứng dụng OFDM trong DVB - T ................................................................. 38
2.2.7.3 Tổng vận tốc dòng dữ liệu của máy phát số DVB-T .............................. 44
2.2.7.4 Điều chế tín hiệu...................................................................................... 44
CHƢƠNG 3: MÔ PHỎNG HỆ THỐNG OFDM ..................................................... 47
3.1 Giới thiệu.............................................................................................................. 47
3.2 Thiết kế hệ thống .................................................................................................. 47
3.2.1 Bên phát ........................................................................................................ 47
3.2.2 Bên Thu (Receiver) ...................................................................................... 50
3.3 Thực hiện mô phỏng ............................................................................................ 50


3.3.1 Chương trình thu phát ................................................................................... 50
3.3.2 Kết quả mô phỏng......................................................................................... 51
KẾT LUẬN .................................................................................................................. 57
TÀI LIỆU THAM KHẢO........................................................................................... 58


DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Đặc điểm cơ bản của ATSC ......................................................................17
Bảng 2.2 Hiệu suất nén trong tiêu chuẩn DVB .........................................................23
Bảng 2.3 Thông số của điều chế QPSK ....................................................................34
Bảng 2.5 Tổng vận tốc dòng dữ liệu .........................................................................44


DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số .......................................................4
Hình 1.2 sơ đồ khối hộp SETTOP ............................................................................11
Hình 1.3 Các dạng thức truyền dẫn DVB điển hình .................................................14
Hình 2.1 Khung dữ liệu VSB ....................................................................................18
Hình 2.3 Sơ đồ khối máy thu VSB ...........................................................................20
Hình 2.4 Mật độ phổ năng lượng của a) đa sóng mang; b) OFDM ..........................24
Hình 2.5 Cấu trúc hệ thống đa sóng mang ................................................................ 26
Hình 2.6 Ghép kênh phân chia theo tần số ............................................................... 26
Hình 2.7 Tín hiệu OFDM có 4 sóng mang con .........................................................27
Hình 2.8 Phổ tín hiệu OFDM với 5 sóng mang ........................................................28
Hình 2.9 Bộ điều chế OFDM ....................................................................................29
Hình 2.10 Chèn khoảng thời gian bảo vệ vào tín hiệu ..............................................30
Hình 2.11 Khoảng thời gian bảo vệ giảm ảnh hưởng của ISI ...................................31
Hình 2.12 Biểu đồ không gian tín hiệu QPSK ..........................................................34
Hình 2.13 Chùm tín hiệu M-QAM............................................................................35
Hình 2.14 Sơ đồ hệ thống OFDM .............................................................................36
Hình 2.15 Sơ đồ khối bộ điều chế số của DVB - T ..................................................39
Hình 3.1 Sắp xếp theo kiểu khối ...............................................................................48
Hình 3.2 Sắp xếp theo kiểu răng lược .......................................................................49
Trong chương trình phát được viết bằng matlab pilot sẽ được chèn theo kiểu khối
với .............................................................................................................................. 49
Hình 3.3 Cấu trúc phát OFDM ..................................................................................49
Hình 3.4 Cấu trúc thu OFDM ...................................................................................50

Hình 3.5 Mô hình truyền sóng OFDM ......................................................................51
Hình 3.6 Mô hình khuếch đại chuyển tiếp ................................................................ 51
Hình 3.7 Tín hiệu điều chế 2-QAM ..........................................................................52
Hình 3.8 Tín hiệu điều chế 4-QAM ..........................................................................53
Hình 3.9 Tín hiệu điều chế 16-QAM ........................................................................54
Hình 3.10 Tín hiệu khuếch đại và chuyển tiếp .........................................................55


NHỮNG TỪ VIẾT TẮT
A
ASK: Amplitude Shift Keying: Khóa dịch biên độ
ATSC: Advanced Television System Committee Uỷ ban hệ thống truyền hình mới
(của
Mỹ)
B
BPSK: Binary Phase Shift Keying: Khóa dịch pha hai mức
C
C/N: Carrier-to-noise ratio: Tỷ số sóng mang trên tạp âm
CCIR: Consultative Committee on International Telegraph and Telephon Uỷ ban tư
vấn điện thoại và điện báo quốc tế
CCITT: Consultative Committee on International Radio Uỷ ban tư vấn vụ tuyến quốc
tế
CENELEC: Com Europ de Normal - isation ELECtrotechnique Uỷ ban tiêu chuẩn kỹ
thuật điện tử
Châu Âu
COFDM: Coded Orthogonal Freq Division Multiplexing Ghép đa tần trực giao có mã
CSIF Common Source Intermediate Format Định dạng trung gian cho nguồn chung
(dùng trong chuẩn Mpeg)
D
D/A: Digital - to – Analogue converter Chuyển đổi số - tương tự

DBPSK: Differential Binary Phase Shift Keying: Khóa dịch pha vi sai hai mức
DCT: Discrete Cosine Transform: Chuyển đổi cosin rời rạc
DFT: Discrete Fourier Transform: Chuyển đổi Fourier rời rạc
DPCM: Differential Pulse Code Modulation: Điều chế xung mó vi sai
DQPSK: Differential Quadratue Phase Shift Keying: Khóa dịch pha vi sai bốn mức 4
DTTB: Digital Terrestrial Television Broadcasting: Truyền dẫn truyền hình số mặt đất
DTV: Digital television: Truyền hình số
DVB: Digital Video Broadcasting: Truyền dẫn truyền hình số
DVB-C DVB – Cable: Truyền dẫn truyền hình số qua cáp


DVB-S DVB – Satellite: Truyền dẫn truyền hình số qua vệ tinh
DVB-T DVB – Terrestrial: Truyền dẫn truyền hình số mặt đất
E
EBU: European Broadcasting Union: Uỷ ban phát thanh truyền hình Châu Âu
EDTV: Enhanced Definition TeleVision: Truyền hình phân giải nâng cao
ETSI: European Telecommunica Standards Institute: Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Âu
F
FDM: Frequency Division Multiplex: Ghép kênh phân chia tần số
FEC: Forward Error Correction: Hiệu chỉnh lỗi trước
FFT: Fast Fourier Transform: Chuyển đổi Fourier nhanh
FSK: Frequency Shift Keying: Khóa dịch tần
G
GOP Group Of Pictures Nhóm ảnh (trong Mpeg)
H
HDTV High Definition TeleVisio: Truyền hình phân giải cao
HL High Level: Mức cao (dựng trong MPEG-2)
HP High Priority bit stream: Dòng bit ưu tiên cao (dựng trong điềuchế phân cấp)
I In-phase: Đồng pha (dựng trong QAM)

IDFT: Inverse DFT DFT ngược 5
IEC: International Electrotech
Commission (part of ISO): Uỷ ban kỹ thuật điện tử quốc tế
IFFT Inverse FFT FFT ngược
ISDB-T Intergeted Services Digital Broadcasting – Terrestrial: Hệ thống truyền hình
số mặt đất sử
dụng mạng đa dịch vụ (của Nhật)
ISO: International Standard Organization: Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế
ITU: International Telecommunication Union: Liên minh viễn thông quốc tế
J
JBIG: Joint Binary Image experts Group: Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về
ảnh nhị phân


JPEG: Joint Photographic Experts Group: Nhóm chuyên gia nghiên cứu tiêu chuẩn về
ảnh
JTC: Joint Technical Committee broadcast: Ủy ban kỹ thuật phát thanh truyền hình
Châu Âu
L
LDTV: Limited Definition TeleVision: Truyền hình phân giải giới hạn
LO: Local Oscillator: Bộ dao động nội
LP: Low Priority bit stream: Dùng bít ưu tiên thấp
M
MB: Macro Block Khối macro (dựng trong MPEG-2)
ML: Main Level (dựng trong MPEG-2)
MP: Main Profile (dựng trong MPEG-2)
MPEG: Moving Pictures Experts Group: Nhóm chuyên gia nghiên cứu về tiêu chuẩn
hình ảnh động
MUX: Multiplex Gép kênh
N

NRZ: Non Return to Zero: Không trở về zero
O
OBO: Output Back Off: Độ dự trữ công suất đầu ra của bộ khuếch đại
OFDM: Orthogonal Frequency Division Multiplexing: Ghép đa tần trực giao
OOK: On-Off-Keying: Khóa tắt mở
OSI: Open System Interconnection model: Phương thức liên kết hệ thống mở
P
PAL: Phase Alternating Line: Hệ truyền hình màu PAL (pha thay đổi theo dòng quét)
PRBS: Pseudo-Random Binary Sequence: Chuỗi giả ngẫu nhiên nhị phân
PRK: Phase Reversal Keying: Khóa đảo pha
PSK: Phase Shift Keying: Khóa dịch pha
Q
Q Quadrature phase : Vuông pha (dựng trong QAM)
QAM Quadrature Amplitude Modulation : Điều chế biên độ vuông góc
QPSK : Quadratue Phase Shift Keying : Khóa dịch pha vuông góc


R
RF: Radio Frequency: Cao tần
R-S Reed-Solomon Reed-Solomon
SDTV: Standard Definition TeleVision: Truyền hình phân giải chuẩn
SFN: Single Frequency Network: Mạng đơn tần số
SNR : Signal Noise Ratio : Tỷ số tín tạp
T
TDM: Time Division Multiplex: Ghép phân chia thời gian
TS: Transport Stream: Luồng truyền tải
U
UHF: Ultra-High Frequency
VHF: Very-High Frequency
V

VLC: Variable Length Coding: Mã có độ dài thay đổi
VSB: Vestigial sideband: Biên tần cụt


MỞ ĐẦU
Trong những năm gần đây, kỹ thuật thông tin vô tuyến đã có những bước phát
triển vượt bậc. Sự phát triển nhanh chóng của video, thoại và thông tin dữ liệu trên
Internet, điện thoại di động có mặt khắp mọi nơi cũng như nhu cầu về truyền thông đa
phương tiện trên di động đang ngày một tăng cao. Và truyền hình số với những ưu
điểm vượt trội hơn so với truyền hình tương tự cũng đã ra đời như một tất yếu.
Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB thế hệ mới hiện đang
được sử dụng phổ biến ở nhiều nước trên thế giới. Với nhiều ưu điểm về kỹ thuật cũng
như phù hợp với điều kiện tự nhiên – xã hội, hệ truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn
này đang được triển khai và sử dụng tại Việt Nam.
Trước sự phát triển không ngừng của khoa học công nghệ, truyền hình kỹ thuật
số ra đời và đang từng bước thay thế hoàn toàn truyền hình tương tự. Hệ thống truyền
hình số mặt đất theo tiêu chuẩn Châu Âu DVB thế hệ mới hiện đang được sử dụng
rộng rãi trên thế giới là một điển hình.
Luận văn được thực hiện dưới sự định hướng và hướng dẫn của TS. Phạm Thành
Công. Tuy nhiên mặc dù đã cố gắng nhưng không tránh khỏi những thiếu sót cũng như
còn những nhiệm vụ chưa đạt được. Vì vậy em rất mong nhận được các ý kiến đóng
góp của các thầy các cô.
Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới TS.Phạm Thành Công. Thầy là
người trực tiếp hướng dẫn, chỉ bảo, góp ý kiến, cũng như đã tạo điều kiện cho em thực
hiện luân văn. Đồng thời em cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy, cô Viện Điện tử viễn
thông trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, đã giúp đỡ em hoàn thành luận văn này.
Luận văn Thạc sĩ của em trình bày tổng quan về quá trình phát triển, đặc điểm kỹ
thuật, các băng tần, kỹ thuật điều chế và mô phỏng hệ thống OFDM.
Nội dung của luận văn gồm 3 chương:
Chương 1: Tổng quan về truyền hình số: Giới thiệu về truyền hình số quá trình

phát triển đặc điểm kỹ thuật, băng tần và hệ thống thông tin quảng bá.
Chương 2: Kỹ thuật điều chế trong truyền hình số: Các tiêu chuẩn kỹ thuật,
phương pháp điều chế, phương pháp điều chế OFDM trong truyền hình số.
Chương 3: Mô phỏng hệ thống OFDM
1


CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ
Ngày nay, kỹ thuật số đang phát triển hết sức mạnh mẽ với nhiều thành tựu to
lớn. Với việc ứng dụng kỹ thuật số, truyền hình số đã đem lại nhiều tiện ích, ưu điểm
lớn so với truyền hình tương tự. Trong khuôn khổ chương này, em xin giới thiệu về
truyền hình kỹ thuật số.
1.1 Giới thiệu chung về truyền hình số
Truyền hình số là tên gọi của một hệ truyền hình mà tất cả các thiết bị kỹ thuật từ
Studio đến máy thu đều làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số. Trong đó, một hình ảnh
quang học do camera thu được qua hệ thống ống kính, thay vì được biến đổi thành tín
hiệu điện biến thiên tương tự như hình ảnh quang học nói trên (cả về độ chói và màu
sắc) sẽ được biến đổi thành một dãy tín hiệu nhị phân (dãy các số 0 và 1) nhờ quá
trình biến đổi tương tự - số.
Trong nhưng năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bước
ngoặt mới. Quá trình chuyển đổi từ công nghệ tương tự sang công nghệ số. 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 biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình.
Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự vì nó
có khả năng thực hiện được các chức năng mà tín hiệu tương tự hầu như không thể
làm được hoặc rất khó thực hiện, nhất là trong việc xử lý tín hiệu và lưu trữ.
So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà
không làm giảm đi chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải trong tất cả các trường hợp,
tín hiệu số đều đạt được hiệu quả cao hơn so với tín hiệu tương tự. Mặc dù vậy xu
hướng chung cho sự phát triển công nghiệp truyền hình trên thế giới, nhằm đạt được

một sự thống nhất chung, là một hệ thống hoàn toàn kỹ thuật số có chất lượng cao và
dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ thống truyền hình số đã và đang được phát
triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thực sự trong công nghiệp truyền
hình.
Đối với các nhà phát sóng truyền hình, việc chuyển dịch lên môi trường số sẽ
làm giảm việc sử dụng băng tần/kênh, làm tăng khả năng cung cấp các ứng dụng
2


Internet cho thuê bao và mở ra một lĩnh vực mới, các cơ hội mới về thương mại, Nhiều
dịch vụ mới trên cơ sở truyền hình số sẽ được hình thành:
 Truy cập Internet tốc độ cao
 Chơi Game và giải trí trên mạng
 Video theo yêu cầu VOD
 Cung cấp các dòng video và audio
 Dịch vụ thanh toán tiền tại nhà
 Các dịch vụ thương mại điện tử
1.1.1 Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống phát thanh, truyền hình số
Sơ đồ khối của một hệ thống phát thanh, truyền hình số như sau:
Tín hiệu video, audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu này có
tốc độ bit rất lớn nên cần phải qua bộ nén để giảm tốc độ bit của chúng. Các luồng tín
hiệu này được đưa tới bộ ghép kênh (MUX) rồi đưa tới bộ điều chế và phát đi.
Ở phía thu thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu thu sẽ được giải điều chế và
đưa tới bộ phân kênh (DEMUX). Tín hiệu từ bộ phân kênh được giải nén sau đó được
chuyển đổi số - tương tự.

3


Hình 1.1 Sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số

1.1.2 Đặc điểm của truyền hình số
Truyền hình số có những ưu điểm sau:


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.



Có khả năng lưu tín hiệu số trong các bộ nhớ có cấu trúc đơn giản và sau đó
đọc nó với tốc độ tùy ý.

4




Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi,
chống lỗi, bảo vệ...).



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, dể thực hiện những kỹ xảo trong
truyền hình.



Các thiết bị số làm việc ổn định, vận hành dễ dàng và không cần điều chỉnh các
thiết bị trong khi khai thác.



Có khả năng xử lý nhiều lần đồng thời một số tín hiệu (nhờ ghép kênh phân
chia theo thời gian).



Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Hiện tượng bóng ma thuờng
xảy ra trong hệ thống truyền hình tương tự 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, tỉ 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 2 chiều, dịch
vụ tương tác, thông tin giao dịch giữa 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.
Tuy nhiên truyền hình số cũng có những nhược điểm đáng quan tâm:


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).



Chất lượng phục vụ giảm nhanh khi máy thu không nằm trong vùng phục vụ.

5


Để kiểm tra tình trạng của thiết bị truyền hình số, sử dụng các hệ thống đo kiểm tra
tương tự như đối với hệ thống truyền hình tương tự, thông qua đo kiểm tra tín hiệu
chuẩn. Sau đây là một số đặc điểm của thiết bị truyền hình số so với truyền hình tương
tự.
1.1.2.1 Yêu cầu về băng tần
Đối với tín hiệu số tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bằng bốn lần tấn số sóng
mang màu như đối với hệ NTSC là 14,4MHz nếu thực hiện mã hoá với những mã 8
bit, tốc độ bit sẽ là 115,2 Mbit/s độ rộng băng tần khoảng 58 MHz. Trong khi đó, tín

hiệu tương tự cần một băng tần 4,3 MHz. Nếu có thêm các bit sửa lỗi yêu cầu băng tần
sẽ phải tăng lên nữa. Tuy nhiên trong thực tế băng tần này không phải chỉ dùng cho tín
hiệu hình ảnh ngược lại với dạng số khả năng cho phép giảm độ rộng tần số là rất lớn.
Với các kỹ thuật nén băng tần tỷ lệ đạt được có thể lớn hơn. Với kỹ thuật nén băng tần
tỷ lệ đạt được có thể lên tới 100:1 hay hơn nữa. Các tính chất đặc biệt của tín hiệu hình
ảnh như sự lặp lại, khả năng dự báo cũng làm tăng thêm khả năng giảm băng tần tín
hiệu.
1.1.2.2 Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N)
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.
 Tỷ lệ: Signal/noise Nhiễu, tạp âm trong tín hiệu tương tự có tính chất cộng. Tỷ lệ
S/N của toàn bộ hệ thống là do tổng cộng các nguồn nhiều thành phần gây ra vì
vậy S/N của toàn bộ hệ thống < S/N có tỷ lệ thấp nhất  nhiễu lớn.
 Đối với tín hiệu số nhiễu là các bit lỗi được khắc phục bằng mạch sửa lỗi. Khi có
quá nhiều bit lỗi, sự ảnh hưởng của nhiễu được làm giảm bằng cách che lỗi, tỷ số
S/N của hệ thống sẽ giảm rất ít hoặc không đổi trừ trường hợp tỷ lệ lỗi quá lớn
làm cho mạch sữa lỗi mất tác dụng khi đó dòng bit không còn ý nghĩa tin tức.

1.1.2.3 Méo phi tuyến
Tín hiệu số không bị ảnh hưởng bởi méo phi tuyến trong quá trình ghi và truyền
cũng như đối với tỷ lệ S/N, tính chất này rất quan trọng trong việc ghi đọc chương

6


trình nhiều lần đặc biệt với các hệ thống truyền hình nhạy cảm với các méo khuyếch
đại vi sai như hệ NTSC.
1.1.2.4 Chồng phổ
Một tín hiệu số được lấy mẫu theo cả chiều ngang và chiều dọc nên có khả năng
xảy ra chồng phổ theo cả hai hướng. Theo chiều dọc, chồng phổ trong hệ thống tương

tự và số là như nhau. Độ lớn của méo chồng phổ theo chiều ngang phụ thuộc vào
thành phần tần số vượt quá tần số lấy mẫu giới hạn Nyquist. Để ngăn ngừa hiện tượng
chồng phổ theo chiều ngang có thể thực hiện bằng cách sử dụng tần số lấy mẫu bằng
hai lần tần số cao nhất trong hệ thống tương tự.
1.1.2.5 Xử lí 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. Sau khi biến đổi A/D, tín hiệu còn lại một
chiều các số bit “0”, “1” có thể thao tác các công việc phức tạp mà không làm giảm
chất lượng hình ảnh. Khả năng này được tăng lên nhờ viêc lưu trữ các bit trong bộ nhớ
và có thể đọc ra với tốc độ nhanh. Các công việc tín hiệu số có thể thực hiện được dễ
dàng là: Sửa lỗi gốc thời gian, chuyển đổi tiêu chuẩn, giảm độ rộng băng tần.
1.1.2.6 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
xoá và xung đồng bộ bằng các từ mã - nơi mà 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 phát hình có thể phát các chương trình với
độ phân giải cao.

1.1.2.7 Hiệu ứng ghost (bóng ma)
Hiện tượng này xảy ra trong hệ thống tương tự do tín hiệu truyền đến máy thu theo
nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh của hệ thống số cũng làm giảm đi hiện
tượng này trong truyền hình quảng bá.

7


1.1.2.8 Giá thành và độ phức tạp
Mạch số luôn có cấu trúc phức tạp hơn các mạch tương tự, khi mới xuất hiện, giá

thành các thiết bị số cao hơn nhiều so với các thiết bị tương tự. Thêm nữa việc thiết
lập, sử dụng và duy trì chúng còn khá bỡ ngỡ đối với những người làm chuyên môn.
Tuy nhiên, các vấn đề này đã nhanh chóng được thực hiện dễ dàng nhờ sự phát triển
của công nghiệp truyền thông số và công nghiệp máy tính. Các ngành công nghiệp này
đã thúc đẩy sự phát triển các lực lượng nòng cốt trong lĩnh vực kĩ thuật số. Các mạch
số thích hợp LSI (Large Scale Integration) và rất lớn VLSI(very Large Scale
Integration) xuất hiện làm giảm giá thành trang thiết bị số. Kết quả là nhiều hệ thống
số này đã có giá thành rẻ hơn hệ thống tương tự cùng chức năng.
1.1.3 Thu, phát và truyền dẫn tín hiệu truyền hình số.
1.1.3.1 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số.
Việc sử dụng kỹ thuật số để truyền tín hiệu Video đòi hỏi phải xác định tiêu chuẩn
số của tín hiệu truyền hình, phương pháp truyền hình để có chất lượng ảnh thu không
kém hơn chất lượng ảnh trong truyền hình tương tự.
Có thể sử dụng các phương thức truyền dẫn sau cho tín hiệu truyền số:
 Truyền dẫn qua cáp đồng trục:
Để truyền tín hiệu Video số có thể sử dụng cáp đồng trục cao tần. Kênh có thể có
nhiều ảnh hưởng đến chất lượng truyền và sai số truyền. Ví dụ nhiễu nhiệt.
Ngược lại, nhiễu tuyến tính của kênh sẽ không xảy ra trong trường hợp truyền số với
các thông số tới hạn.
Để đạt được chất lượng truyền hình cao, cáp có chiều dài 2500km cần đảm bảo
mức lỗi trên đoạn trung chuyển là 10-11  10-10.
Độ rộng kênh dùng cho tín hiệu Video bằng khoảng 3/5 tốc độ bit của tín hiệu.
Độ rộng kênh phụ thuộc vào phương pháp mã hóa và phương pháp ghép kênh theo
thời gian cho các tín hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với độ rộng kênh truyền tín
hiệu truyền tương tự.
 Truyền tín hiệu truyền hình số bằng cáp quang.

8

Cáp quang có ưu điểm trong việc truyền dẫn tín hiệu so với cáp đồng trục:
o Băng tần rộng cho phép truyền các tín hiệu số có tốc độ cao.
o Độ suy hao thấp trên một đơn vị chiều dài.
o Suy giảm giữa các sợi quang dẫn cao (80 dB).

o Thời gian trễ qua cáp quang thấp.
Muốn truyền tín hiệu Video bằng cáp quang phải sử dụng mã truyền thích hợp.
Để phát hiện được lỗi truyền người ta sử dụng thêm các bit chẵn. Mã sửa sai thực tế
không sử dụng trong cáp quang vì độ suy giảm đường truyền < 20 dB, lỗi xuất hiện
nhỏ và có thể bỏ qua được.
 Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh:
Kênh vệ tinh khác với kênh cáp và kênh phát sóng trên mặt đất là có băng tần
rộng và sự hạn chế công suất phát. Khuếch đại công suất của các Transponder làm việc
gần như bão hòa trong các điều kiện phi tuyến. Do sử dụng điều chế QPSK là tối ưu.
Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác ở dải tần số cỡ Ghz.
VD: Băng Ku:

Đường lên: 14  15 GHz.
Đường xuống: 11,7  12,5 GHz.

 Phát sóng truyền hình số trên mặt đất
Hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất sử dụng phương pháp điều chế
COFDM (ghép kênh theo tần số mã trực giao). COFDM là hệ thống có khả năng
chống nhiễu cao và có thể thu được nhiều đường, cho phép bảo vệ phát sóng số trước
ảnh hưởng của can nhiễu và các kênh lân cận.
Hệ thống COFDM hoạt động theo nguyên tấc điều chế dòng dữ liệu bằng nhiều
tải trực giao với nhau. Do đó mỗi tải điều chế với một dòng số liệu, bao nhiêu lần điều
chế thì bấy nhiêu tải.
Các tín hiệu được điều chế M – QAM, có thể dùng 16 – QAM hoặc 64 – QAM.
Phổ các tải điều chế có dạng sin/x trực giao. Có nghĩa các tải kề nhau có giá trị cực đại

các điểm 0 của tải trước đó.

9


Điều chế và giải điều chế các tải thực hiện nhờ bộ biến đổi Fourier nhanh FFT
dưới dạng FFT 2Kvà FFT 8K. Với loại vi mạch trên có thể thiết kế cho hoạt động của
6785 tải. Các hãng RACE có thiết bị phát sóng truyền hình cho 896 tải, hãng NTL cho
2000 tải.
1.1.3.2 Thu tín hiệu truyền hình số.
Quá trình thu hình là thực hiện ngược lại của công việc phát hình. Máy thu hình
số và máy thu hình tương tự về mặt nguyên lý chỉ khác nhau ở phần trung tần (IF), còn
phần cao tần (RF) là hoàn toàn giống nhau. Sự khác nhau chủ yếu từ phần trung tần
đến phần giải điều chế và xử lý tín hiệu đầu ra. Nếu máy thu tương tự sử dụng các bộ
điều chế và giải điều chế tương tự (AM, FM) thì máy thu số sử dụng bộ giải điều chế
(PSK, QAM, OFDM hoặc VSB). Phần xử lý tín hiệu của hai loại máy thu là hoàn toàn
khác nhau do bản chất khác nhau của hai loại tín hiệu số và tương tự.
1.1.3.3 Sơ đồ khối thiết bị SET-TOP-BOX
Số lượng máy thu hình tương tự hiện nay rất lớn, việc phát chương trình truyền
hình số không được làm ảnh hưởng đến việc thu truyền hình tương tự bình thường.
Truyền hình số bao gồm cả hình ảnh có độ phân giải cao (HDTV) lẫn độ phân giải tiêu
chuẩn (SDTV) và máy thu hình có thể thu được chương trình truyền hình theo định
dạng của mình. Ví dụ khi phát một chương trình có chất lượng HDTV và SDTV,
người xem có máy thu hình HDTV sẽ thu được hình ảnh có chất lượng cao, trong khi
đó người xem có chỉ có máy thu hình bình thường vẫn có thể xem được chương trình
truyền hình nhưng có chất lượng SDTV.
Để có thể đáp ứng được việc thu chương trình truyền hình số bằng máy thu
tương tự, nhiều hãng đã sản xuất thiết bị đệm gọi là SET-TOP-BOX trước khi đi đến
truyền hình số hoàn toàn.
Sơ đồ của một hộp SETTOP như sau:

10


QAM

Bộ phân kênh MPEG-2

QPSK

Decoder hình
MPEG-2

Decoder tiếng

Video
Audio

MPEG-2
Processor

Ô

OFDM

Các khối điều khiển
Hình 1.2 sơ đồ khối hộp SETTOP
Tín hiệu trung tần từ sau bộ trộn được đưa đến các bộ giải điều chế tương ứng
(COFDM, VSB đối với truyền hình mặt đất; QPSK đối với truyền hình vệ tinh; QAM
đối với truyền hình cáp). Sau đó chúng được đưa tới bộ tách tín hiệu (Demultiplexer)

MPEG-2 để tách riêng tín hiệu hình, tiếng và các tín hiệu bổ xung. Trong một kênh
truyền hình thông thường có thể truyền 4 đến 5 kênh truyền hình SDTV theo tiêu
chuẩn MPEG-2. Tiếp theo, tín hiệu được biến đổi trong các bộ xử lý đặc biệt (bộ giải
mã MPEG, bộ biến đổi DAC...). Các tín hiệu đầu ra được đưa đến các thiết bị tương
ứng.
Một phần tử quan trọng của SETTOP-BOX là khối điều khiển. Cùng với việc
sử dụng kỹ thuật số, số lượng các chương trình truy nhập có thể lên đến vài trăm. Việc
tìm các chương trình mà người xem quan tâm không phải là đơn giản. Vì thế trong tín
hiệu MPEG-2 có cả thông tin bổ xung mô tả các chương trình truyền hình. Nhiệm vụ
của khối điều khiển là hình ảnh hóa các thông tin này và cho biết bộ thuê bao có quyền
thu chương trình mà họ muốn không (các chương trình đều được gài mã để thu tiền).
Máy thu hình được nối với trung tâm phát hình qua đường điện thoại. Qua đó,
người xem có thể yêu cầu chương trình cần xem (Video – on – Demand) hoặc mua bán
qua truyền hình, đăng ký vé máy bay, tư vấn về một vấn đề nào đó... Đó chính là

11


truyền hình tương tác, có sự tham gia tích cực của người xem trong các chương trình
truyền hình.

1.2 Các hệ thống truyền hình số quảng bá
Truyền hình quảng bá là truyền hình số kết hợp với công nghệ nén số cho ưu
điểm nổi bật là tiết kiệm được bộ nhớ và tiết kiệm kênh truyền. Một kênh truyền hình
quảng bá truyền thống khi truyền tín hiệu truyền hình số có thể truyền trên 6 chương
trình và mỗi chương trình có thể kèm theo 2 đến 4 đường tiếng. Ứng dụng kỹ thuật
truyền hình số có nén có thể truyền một chương trình truyền hình độ phân giải cao
HDTV trên một kênh thông thường có băng thông (6-8)MHz, điều mà kỹ thuật tương tự
không thể giải quyết được.
Truyền hình số có nén được sử dụng rộng rãi cho nhiều cấp chất lượng khác

nhau. Từ SDTV có chất lượng tiêu chuẩn đến HDTV có chất lượng cao với tốc độ bít
từ 5-24Mb/s, được truyền dẫn và phát sóng qua cáp, qua vệ tinh và trên mặt đất. Có rất
nhiều tiêu chuẩn nén dùng cho truyền hình số: MPEG-1, 2, 3, 4, 7…(Moving Picture
Experts Group).
Việc phát chương trình quảng bá truyền hình số (digital video broadcasting
DVB) chủ yếu sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG - 2, nó có phương thức sửa mã sai; căn
cứ vào các chương trình multimedia, sẽ chọn lựa các phương thức điều chế tương ứng
và biên mã của các đường thông tin.

1.2.1 Truyền hình số mặt đất DVB – T
Truyền hình số mặt đất DVB – T được tiêu chuẩn hóa vào năm 1997 do Viện
tiêu chuẩn truyền thông châu Âu (ESTI: European Telecommunication Standards
Institute). DVB – T thích ứng với truyền hình băng tần gốc từ ngõ ra của bộ ghép
MPEG – 2 thành các đặc tính mặt đất và truyền dẫn với băng tần UHF và VHF. Sự
truyền dẫn của hệ thống quảng bá truyền hình số mặt đất là tương đối đặc biệt. Do hiện
tượng phản xạ nhiều lần tín hiệu, can nhiễu rất nghiêm trọng. Để giải quyết vấn đề
này, trong hệ thống sử dụng phương thức xử lý của bộ OFDM – ghép kênh phân chia
theo tần số trực giao.

12


1.2.2 Hệ thống truyền hình cáp DVB - C
Hệ thống truyền hình cáp - CATV - xuất hiện vào những năm cuối của thập
niên 40. Đây là một hệ thống truyền hình có khả năng phục vụ cho một khu vực tập
trung đông dân cư, nơi khó có thể nhận được tín hiệu truyền hình từ các máy thu hình
đặt trong các nhà riêng do khoảng cách tới đầu phát quá xa hay do sự ảnh hưởng của
đồi núi.Vì vậy cần thiết lập các anten đặt tại các điểm phù hợp để có thể thu được tín
hiệu truyền hình đảm bảo chất lượng và truyền qua đường cáp phục vụ cho một nhóm
dân cư nào đó.

Nhờ sự phát triển của hệ thống chuyển tiếp viba, rất nhiều dịch vụ đã ra đời có
khả năng phục vụ tốt cho một khu vực như trên. Vào cuối những năm 70 vệ tinh viễn
thông ra đời cho phép hệ thống truyền hình cáp nhận được tất cả các chương trình
truyền hình trên toàn thế giới. Đồng thời dung lượng kênh truyền cũng tăng lên đáp ứng
được nhu cầu của cả một thành phố rộng lớn.
Hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số qua mạng cáp, sử dụng các kênh cáp
có dung lượng 7 Mhz đến 8 Mhz và phương pháp điều chế 64 QAM. DVB - C có mức
SNR cao và điều biến kí sinh thấp.
Tốc độ bit lớp truyền tải MPEG – 2 tối đa là 38,1 Mbps.
1.2.3 Hệ thống truyền hình số vệ tinh DVB – S
Truyền hình qua vệ tinh là một phương pháp phủ sóng có hiệu quả hơn so với
các phương pháp khác. Truyền hình qua vệ tinh có những ưu điểm mà các hệ thống
phát sóng truyền hình khác không thể có được.

- 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 vì môi
trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt của quả đất.

- Việc thiết lập một 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.

13


Trong truyền hình vệ tinh điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh vệ tinh
được thiết lập dành cho chương trình truyền hình. Các chương trình này có thể phục
vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá. Trong truyền hình vệ tinh quảng bá,
một số kênh về vệ tinh được dùng cho các chương trình cố định.

Khác với các phương pháp truyền dẫn khác như truyền hình mặt đất hay truyền
hình cáp, phương pháp truyền dẫn qua vệ tinh cũng có nhưng đặc điểm riêng phụ
thuộc vào mục đích truyền dẫn tín hiệu qua vệ tinh. Do đặc điểm truyền dẫn tín hiệu
qua vệ tinh là truyền dẫn tín hiệu trong tầm nhìn thẳng, hệ số định hướng của anten
lớn, tín hiệu ít bị ảnh hưởng của phản xạ nhiều đường. Tuy nhiên do cồng suất vệ tinh
la hữu hạn, đồng thời cự ly thông tin lớn, suy hao đường truyền lớn, dễ bị ảnh hưởng
của mưa nhất là băng tần Ku vì vậy tỷ số C/N của đường truyền không cao so với các
phương pháp truyền dẫn khác. Chính vì vậy hiệu suất sử dụng băng thông không cao.
Hệ thống truyền hình số qua vệ tinh hiện nay sử dụng hầu hết theo tiêu chuẩn
EN300421 của tổ chức phát thanh truyền hình châu Âu DVB.
Hệ thống truyền tải qua vệ tinh. Bề rộng băng thông mỗi bộ phát đáp từ 11 đến
12 Ghz. Hệ thống DVB -S sử dụng phương pháp điếu chế QPSK mỗi sóng mang cho
một bộ phát đáp. Tốc độ bit truyền tải tối đa khoảng 38,1Mbps.
Ghép kênh chương trình
và dòng truyền tải

Chương
trình 2

Chương
trình 3

Ghép kênh chương trình

Chương
trình 1

Truyền tải đa
chương trình

Mã hóa đầu
cuối cáp

Điều chế
QAM

Mạng cáp

Truyền tải đa
chương trình

Mã hóa kênh

Điều chế
QPSK

Vệ tinh

Mã hóa kênh

Điều chế
COFDM

Truyền tải đa
chương trình

Truy nhập có
điều kiện

Hình 1.3 Các dạng thức truyền dẫn DVB điển hình

14

Truyền hình
mặt đất


Kết luận chương
Trong chương này chúng ta đã tìm hiểu về tổng quan kĩ thuật số. Xu hướng
phát triển truyền hình số hiện nay, các ưu điểm cùng với các đặc điểm kỹ thuật của
truyền hình số. Các thông số đưa ra đó để đánh giá truyền hình số là công nghệ của
tương lai. Bên cạnh đó ta giới thiệu về các hệ thống truyền hình số đang được sử dụng
trên thế giới như truyền hình số mặt đất DVB-T, hệ thống truyền hình cáp DVB-C, hệ
thống truyền hình số vệ tinh DVB-S.

15