Kỹ thuật phát thanh truyền hình

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THƠNG

BÀI GIẢNG

KỸ THUẬT

IT

PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH

PT

TEL 1411

KHOA VIỄN THƠNG 1
T C GIẢ

PGS TS
ThS V Th

Nhật Th ng
H

ThS Ngu ễn Th Thu Hiên
ThS. Nguyễn Th Thu Nga

Hà nội - 2014
Bài giảng phát thanh truyền hình

1

ỜI NÓI ĐẦU
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. Từ phát thanh cho đến truyền hình
analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinh DTH... đang có
sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố và có sự
cạnh tranh lẫn nhau. Việc nghiên cứu về các hệ thống phát thanh truyền hình nói chung đã trở
thành một trong những nội dung cơ bản của chương trình đào tạo Kỹ sư ngành Điện tử Truyền thông.
Tài liệu giảng dạy này được biên soạn theo đề cương môn học "Kỹ thuật phát thanh
truyền hình " trong chương trình đào tạo Đại học ngành Điện tử - Truyền thông của Học viện
Cơng nghệ Bưu chính Viễn thơng nhằm trình bày những vấn đề cơ bản nhất về hệ thống phát
thanh truyền hình cùng với các kỹ thuật liên quan. Bài giảng được tổ chức thành 4 chương cụ
thể như sau:
 Chương 1: Kỹ thuật phát thanh
 Chương 2: Kỹ thuật truyền hình tương tự

IT

 Chương 3: Kỹ thuật truyền hình số

 Chương 4: Kỹ thuật truyền hình tương tác

PT

Tuy nhiên, do đây là lần biên soạn đầu tiên nên bài giảng khơng tránh khỏi khiếm
khuyết về nội dung và hình thức.
Chúng tôi xin chân thành cám ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các bạn đọc để hồn
thiện hơn bài giảng này.

Các ý kiến góp ý qua e-mail xin được gửi về: , ;
;

Hà Nội, tháng 7 năm 2014
Nhóm tác giả biên soạn
PGS TS
Th
h

Nhật Th ng
h

gu n h Thu Hiên

ThS. Nguy n Th Thu Nga

Bài giảng phát thanh truyền hình

2


MỤC ỤC

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................................1
LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................2
Mục Lục ............................................................................ Error! Bookmark not defined.
CHƢƠNG 1 KỸ THUẬT PHÁT THANH ...............................................................9
1.1

Kỹ thuật phát thanh tƣơng tự................................................................................... 9

1.1.1

Máy phát thu thanh AM ..................................................................................... 11

1.1.2

Máy phát thu thanh FM ...................................................................................... 14

1.2

Kỹ thuật phát thanh số ............................................................................................ 18

1.2.1

Hệ thống phát thanh số ....................................................................................... 18

1.2.2

Máy phát thu thanh số chuẩn DAB .................................................................... 19
Cấu trúc hệ thống theo chuẩn Eureka147.................................................... 21

1.2.2.2

Cấu trúc khung tín hiệu DAB ...................................................................... 23

1.2.2.3

Máy phát thanh số chuẩn DAB ................................................................... 25

1.2.2.4

Máy thu thanh số chuẩn DAB ..................................................................... 26

1.2.3.1
1.2.3.2
1.2.3.3
1.2.3.4
1.2.3.5

Các chuẩn phát thanh số ..................................................................................... 26

PT

1.2.3

IT

1.2.2.1

Phát thanh số DRM (Digital Radio Mondiale)............................................ 26
Phát thanh số chuẩn DMB (Digital Multimedia Broadcasting) .................. 27
Chuẩn IN- BAND/ON- CHANNEL (IBOC) ............................................. 28
BST - OFDM ISDB (Japan) ....................................................................... 29
So sánh giữa các chuẩn ............................................................................... 29

CHƢƠNG 2 KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH TƢƠNG TỰ ......................................31
2.1

Giới thiệu .................................................................................................................. 31

2.1.1

Tín hiệu video và tín hiệu truyền hình quảng bá ................................................ 31

2.1.2

Truyền hình quảng bá ......................................................................................... 33

2.1.2.1

Hệ thống truyền hình quảng bá ................................................................... 33

2.1.2.2. Các kênh truyền hình quảng bá ........................................................................ 36
2.1.3

Hoạt động của studio truyền hình ....................................................................... 37

2.1.4

Quá trình phát triển của truyền hình quảng bá ................................................... 41

2.2

Ảnh truyền hình ....................................................................................................... 45

Bài giảng phát thanh truyền hình

3

2.2.1

Các phần tử ảnh .................................................................................................. 46

2.2.2

Quét ngang, dọc .................................................................................................. 47

2.2.3

Thông tin tín hiệu video ..................................................................................... 48

2.2.4

Các ảnh chuyển động.......................................................................................... 49

2.2.5

Tần số mành và khung ........................................................................................ 51

2.2.6

Tần số quét ngang, dọc ....................................................................................... 51

2.2.7

Đồng bộ ngang, dọc ............................................................................................ 53

2.2.8

Chất lượng ảnh ................................................................................................... 53

2.3

Kỹ thuật quét v đồng bộ trong truyền hình......................................................... 55

2.3.1

Kỹ thuật quét ...................................................................................................... 55

2.3.2

Đồng bộ .............................................................................................................. 57

2.4

Phát/thu tín hiệu truyền hình ................................................................................. 59
Máy phát hình ..................................................................................................... 59

2.4.2

Máy thu hình ....................................................................................................... 60

IT

2.4.1

Thiết b hiển th ........................................................................................................ 61

2.6

Các chuẩn truyền hình ............................................................................................ 62

PT

2.5

2.6.1

Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu................................................................. 63

2.6.2

Tín hiệu truyền hình màu ................................................................................... 63

2.6.3

Bộ lập mã màu và bộ giải mã màu ..................................................................... 66

2.6.4

Hệ truyền hình màu NTSC ................................................................................. 67

2.6.5

Hệ truyền hình màu PAL .................................................................................... 73

2.6.6

Hệ truyền hình màu SECAM.............................................................................. 76

CHƢƠNG 3 KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ ......................................................80
3.1

Giới thiệu chung về truyền hình số ........................................................................ 80

3.1.1

Các đặc trưng cơ bản .......................................................................................... 80

3.1.2

Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số .................................................................... 83

3.2

Số hóa tín hiệu truyền hình ..................................................................................... 84

3.2.1

Lựa chọn tín hiệu số hóa..................................................................................... 84

3.2.2

Chọn tần số lấy mẫu ........................................................................................... 85

Bài giảng phát thanh truyền hình

4

3.2.3

Lựa chọn cấu trúc mẫu ....................................................................................... 86

3.2.4

Lượng tử hóa tín hiệu Video............................................................................... 87

3.2.5

Mã hóa tín hiệu Video ........................................................................................ 87

3.2.6

Số hóa tín hiệu ở studio ...................................................................................... 89

3.3

Tín hiệu video số tổng hợp (Digital composite video) ........................................... 90

3.3.1

Tiêu chuẩn PAL 4fsc ........................................................................................... 90

3.3.2

Tiêu Chuẩn NTSC 4fsc........................................................................................ 93

3.4

Tín hiệu video số thành phần (Digital component video)..................................... 95

3.4.1

Tỷ lệ lấy mẫu ...................................................................................................... 96

3.4.1

Lượng tử hóa ...................................................................................................... 97

3.5

Nén tín hiệu truyền hình ....................................................................................... 100
Vai trị của nén trong truyền hình ..................................................................... 100

3.5.2

Cơng nghệ nén Audio chuẩn ISO/ MPEG trong truyền hình số ...................... 101

3.5.3

Một số cơng nghệ nén Video trong truyền hình số .......................................... 103

Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số ...................................................................... 104

3.6.1
3.7

Các phương thức truyền dẫn............................................................................. 104

PT

3.6

IT

3.5.1

Các tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số .......................................................... 110

3.7.1

Chuẩn ATSC .................................................................................................... 110

3.7.2

Chuẩn DVB ...................................................................................................... 111

3.7.3

Chuẩn ISDB...................................................................................................... 111

3.8

Truyền hình cáp ..................................................................................................... 113

3.8.1

Tổng quan hệ thống truyền hình cáp số ............................................................ 113

3.8.2

Chuẩn truyền hình số DVB-C .......................................................................... 114

3.9

Truyền hình số mặt đất ......................................................................................... 115

3.9.1
3.10

Chuẩn DVB-T .................................................................................................. 116
Truyền hình số vệ tinh ....................................................................................... 119

3.10.1

Cấu trúc hệ thống truyền hình số vệ tinh .......................................................... 120

3.10.2

Chuẩn DVB-S ................................................................................................... 123

CHƢƠNG 4 KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH TƢƠNG T C .................................126

Bài giảng phát thanh truyền hình

5

4.1

Giới thiệu chung về truyền hình tƣơng tác.......................................................... 126

4.1.1

Định nghĩa IPTV .............................................................................................. 126

4.1.2

Sự khác biệt giữa IPTV và Internet TV ............................................................ 127

4.2

Các d ch vụ cung cấp bởi IPTV ............................................................................ 128

4.3

Hệ thống IPTV ....................................................................................................... 135

4.4

Các giao thức báo hiệu v điều khiển trong IPTV .............................................. 137

4.4.1

Giao thức truyền thông luồng ........................................................................... 137

4.4.2

Giao thức đa hướng nhóm Internet IGMP (Internet Group Multicast Protocol)
139

Triển khai IPTV trên các hạ tầng mạng khác nhau ........................................... 142

4.5.1
4.5.1.1

Mạng quang thụ động................................................................................ 143

4.5.1.2

Mạng quang tích cực ................................................................................. 146
IPTV phân phối trên mạng ADSL .................................................................... 147

IT

4.5.2
4.5.2.1

ADSL ........................................................................................................ 147

4.5.2.2

ADSL2 ...................................................................................................... 149

4.5.3
4.5.3.1
4.5.3.2

4.5.4

4.6

IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang ................................................ 143

IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp ..................................................... 151

PT

4.5

Tổng quan về kỹ thuật HFC ...................................................................... 152
IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp .............................................. 153

IPTV phân phối trên mạng Internet .................................................................. 154

4.5.4.1

Các kênh truyền hình Internet streaming .................................................. 154

4.5.4.2

Download Internet ..................................................................................... 156

4.5.4.3

Chia sẻ video ngang hàng.......................................................................... 156

Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 157

TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................158

Bài giảng phát thanh truyền hình

6


THUẬT NGỮ VIẾT TẮT
AAC

Advanced Audio Coding

Mã hóa âm thanh tiên tiến

AM

Amplititude Modulation

Điều biên

ATSC

Advance Television standards Committee

Ủy ban tiêu chuẩn về truyền hình

BER

Bit Error Ratio

Tỷ lệ lỗi bit

BPSK

Binary Phase Shift Keying

Khóa dịch pha nhị phân

CCIR

Consultative Committee on International Hiệp hội vô tuyến quốc tế
Radio

COFDM Coded Orthogonal
Multiplexing

Frequency Division Ghép kênh phân chia tần số trực
giao có mã hóa

Digital Audio Broadcasting

Phát thanh số

DVB

Digital Video Broadcasting

Truyền hình số

DSL

Digital Subscriber Line

Đường thuê bao số

EBU

European Broadcasting Union

Liên minh phát thanh truyền hình
Châu Âu

EIA

Electronic Industries Alliance

ETSI

European Telecommunications Standards Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu
Institute
Âu

FCC

Federal Communications Commission

Ủy ban thông tin liên bang

FEC

Forward Error Control

Sửa lỗi trước

FM

Frequency Modulation

Điều tần

HDTV

High Definition TeleVision

Trruyền hình độ nét cao

HPA

High-Power Amplifier

Bộ khuếch đại cơng suất cao

IPTV

Internet Protocol Television

Truyền hình giao thức Internet

ISO

International Standard Organisation

Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế

PT

IT

DAB

Bài giảng phát thanh truyền hình

Hiệp hội các ngành công nghiệp
điện tử

7


ITU

International Telecommunications Union

ITU-T

International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông quốc tế −
Telecommunications Sector
Lĩnh vực viễn thông

LED

Light Emitting Diode

Điốt phát quang

LCD

Liquid Crystal Display

Màn hình hình tinh thể lỏng

LOS

Line Of Sight

Tầm nhìn thẳng

NTSC

National Television Standard Committe

Ủy ban Quốc gia Hệ Thống
Truyền Hình

MPEG

Moving Picture Expert Group

Nhóm chun gia ảnh động

OFDM

Orthogonal
Multiplexing

PM

Phase Modulation

Điều pha

QAM

Quadrature Amplitude Modulation

Điều chế biên độ cầu phương

QPSK

Quadrature Phase Shift Keying

Điều chế dịch pha cầu phương

SMPTE

Society of Motion Picture and Television Tổ chức ảnh động và kỹ thuật
Engineer
truyền hình

SDTV

Standard Definition Television

Truyền hình với độ nét chuẩn

SNR

Signal-to-Noise Ratio

Tỷ số tín hiệu trên nhiễu

UHF

Ultra High Frequency

Siêu cao tần

WRC

World Radio-communications Conference

Hội nghị thông tin vô tuyến thế
giới

Division Ghép kênh phân chia tần số trực
giao

PT

IT

Frequency

Liên minh viễn thơng quốc tế

Bài giảng phát thanh truyền hình

8


CHƢƠNG 1 KỸ THUẬT PH T THANH
1.1 Kỹ thuật phát thanh tƣơng tự
Phát thanh tương tự là kỹ thuật truyền âm thanh dưới dạng tín hiệu tương tự từ máy
phát thanh tương tự qua môi trường không gian đến máy thu tương tự. Cũng giống như các
hệ thống truyền thông khác, hệ thống phát thanh tương tự gồm có máy phát máy thu, anten và
môi trường truyền dẫn. Máy phát là thiết bị tạo ra tín hiệu vơ tuyến và anten phát thực hiện
truyền sóng trong khơng gian tự do đạt hiệu quả. Để thu được tín hiệu vơ tuyến, phải dùng
máy thu để thu một phần năng lượng điện từ và chuyển nó sang dạng tín hiệu mà con người
có thể cảm nhận được. Năng lượng sóng điện từ được thu nhờ anten và mạch điện sau đó
được biến đổi thành tín hiệu âm thanh.

PT

IT

Tín hiệu truyền đi trong phát thanh tương tự chủ yếu là tiếng nói. Tuy nhiên việc
truyền tiếng nói với các tần số nằm trong dải 100Hz cho tới 5 kHz gặp phải hai trở ngại lớn.
Trở ngại thứ nhất là can nhiễu lẫn nhau do dùng chung mơi trường truyền sóng trung gian.
Trở ngại thứ hai là ở tần số thấp như tiếng nói thì khơng thể truyền lan hiệu quả trong khơng
gian tự do, với các tần số cao thì điều này có thể thực hiện được. Mặt khác, ngưỡng nghe của

con người tối đa là 20000Hz, trong thực tế tần số này vẫn chưa đủ cao đối với việc truyền
sóng trong khơng gian tự do. Nếu chúng ta thay đổi một số thơng số của nguồn tín hiệu cao
tần dạng sin liên tục theo tiếng nói thì việc trao đổi thơng tin trong khơng gian tự do là việc
hồn tồn có thể thực hiện được. Việc thay đổi một vài thông số của tín hiệu dạng sin (tần số
cao) theo các tín hiệu khác được gọi là điều chế. Khi thay đổi biên độ của tín hiệu cao tần
(cịn được gọi là sóng mang) theo tiếng nói hoặc âm nhạc là điều chế biên độ (AM). Khi thay
đổi góc pha của sóng mang, được gọi là điều pha (PM), thay đổi tần số là điều tần (FM).
Nguyên tắc chung của việc truyền thanh bằng sóng vơ tuyến:
 Phải dùng các sóng điện từ cao tần
 Phải biến điệu các sóng mang

 Ở nơi thu phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa
ra loa
 Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuếch đại chúng bằng các mạch
khuếch đại.
Sơ đồ khối của một máy phát thanh đơn giản thể hiện Hình 1.1.

Hình 1. 1: ơ đồ khối đơn giản má phát thanh tương tự

Bài giảng phát thanh truyền hình

9


(1). Micro: tạo ra dao động điện âm tần.
(2). Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát dao động điện từ tần số cao (cỡ MHz).
(3). Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần.
(4). Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã được biến điệu.
(5). Anten phát: Tạo ra sóng điện từ cao tần lan truyền trong không gian.
Sơ đồ khối máy thu thanh đơn giản ở Hình 1.2.

Hình 1. 2: ơ đồ khối đơn giản má thu thanh tương tự

IT

(1). Anten thu: Thu sóng điện.
(2). Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần từ
anten gửi tới.

PT

(3). Mạch tách sóng: Tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao động điện từ cao tần.
(4). Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuếch đại dao động điện từ cao tần đã tách
sóng.
(5). Loa: Biến dao động điện thành dao động âm.
Bảng 1. 1: Các băng tần phát thanh

B ng

Khoảng tần số

Tên

10 KHz-30 KHz

VLF

Very Low Frequency

30 KHz-300 KHz

LF

Low Frequency

300 KHz-3 MHz

MF

Medium Frequency

3 MHz-30 MHz

HF

High Frequency

30 MHz-300 MHz

VHF

Very High Frequency

300 MHz-3 GHz

UHF

Ultra High Frequency

3 GHz-30 GHz

SHF

Super High Frequency

30 GHz-300 GHz

EHF

Extra High Frequency

Bài giảng phát thanh truyền hình

10


1.1.1

Máy phát thu thanh AM

Phát thu thanh AM là kỹ thuật phát thanh sử dụng phương thức điều chế biên độ AM.
Băng tần của hệ thống thu phát thanh AM:
-

Băng sóng dài LW: 300-500 KHz.

-

Băng sóng trung MW: 550-1650 KHz.

-

Băng sóng ngắn SW: 1,8 MHz- 18,5 MHz (Gồm 7 băng con).

Hệ thống thu phát thanh AM có những đặc điểm: cơng suất bức xạ lớn, có thể truyền
đi xa theo đường sóng đất hoặc sóng trời, diện tích phủ sóng rộng, chất lượng vừa.
Với những đặc điểm này hệ thống thu phát thanh AM được ứng dụng trong: băng tần: LW,
MW, SW; dùng làm hệ thống phát thanh khu vực, quốc gia và quốc tế.
Phần sau sẽ xét phương thức điều chế AM và máy phát thanh AM, máy thu thanh AM.
a. Điều chế AM
Để đơn giản hố cơng thức của sóng điều biên, ta lấy một tín hiệu cần điều chế dạng
sin có tần số góc ωm và tín hiệu sóng mang điều chế (cũng có dạng sin) có tần số góc ωc.

IT

Giả sử sóng mang có dạng:

vc = Vc sin (ωc + θ)

(1.1)

với Vc là biên độ sóng mang.

PT

Tín hiệu cần điều chế có dạng:

vm = Vm sin ωmt

(1.2)

Tín hiệu điều chế sẽ có dạng:

v = (Vc + Vm sin ωmt) sin ωct

(1.3)

v = Vc sinωct + Vm sinωmt sinωct

(1.4)

v = Vc sinωct + Vm/2 cos (ωc – ωm)t –Vm/2 cos (ωc +ωm)t

(1.5)

Tín hiệu điều chế thu được có 3 thành phần tần số, tần số sóng mang fc, tần số biên
dưới fc-fm và tần số biên trên fc+fm như trong hình 1.3.
Bài giảng phát thanh truyền hình

11


Hình 1. 3: Phổ tần của sóng AM

Hình 1.4c chỉ ra 2 thành phần quan trọng là hệ số điều chế và độ sâu điều chế.
Hệ số điều chế m được tính như sau:

(1.6)

PT

IT

Khi biểu diễn bằng phần trăm ta có độ sâu điều chế

Hình 1. 4: Sóng mang (a), tín hiệu điều chế (b) và tín hiệu sau điều chế AM(c)

b. Máy phát thanh AM
Sơ đồ khối máy phát thanh AM như hình vẽ 1.5, bao gồm các khối sau: bộ dao động
tinh thể, bộ nhân tần số, bộ điều chế biên độ, bộ khuếch đại âm tần, bộ khuếch đại công suất
cao tần, an ten và phối hợp trở kháng. Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết từng khối.
Bài giảng phát thanh truyền hình

12


Hình 1. 5: ơ đồ khối máy phát thanh AM

 Bộ dao động tinh thể: tạo ra tín hiệu sóng mang có độ méo cực nhỏ để máy phát có thể
làm việc ở một tần số ổn định. Trong thực tế thường sử dụng một tinh thể thạch anh để
cải thiện sự ổn định tần số và để giảm các thành phần méo hài.
 Bộ nhân tần: để thu được một tín hiệu có tần số fc/n, với n là số nguyên, và ở đầu ra
một tần số fc. Một bộ nhân tần có thể là nhân đơn tần hoặc nhân đa tần.

IT

 Bộ khuếch đại âm tần: Các đầu vào bộ khuếch đại âm tần nhận tín hiệu từ micro và
nguồn cung cấp. Bộ khuếch đại âm tần sẽ khuếch đại tín hiệu này tới một mức tín hiệu
yêu cầu để đưa tới bộ điều chế biên độ.

PT

 Bộ điều chế biên độ: Bộ điều chế biên độ có hai đầu vào, đầu vào thứ nhất là tín hiệu
sóng mang, được tạo ra từ bộ dao động tinh thể và được nhân với một hệ số nhân phù
hợp, còn đầu vào thứ hai là tín hiệu điều chế. Đầu ra của bộ điều chế biên độ bao gồm
sóng mang, các biên tần thấp và cao.
 Bộ khuếch đại công suất cao tần: Thực hiện việc khuếch đại công suất đồng thời đảm
nhiệm chức năng phối hợp trở kháng với anten.
 Anten: Anten là thành phần mạch điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng ở đầu ra máy
phát thành sóng điện từ bức xạ vào khơng gian tự do. Anten có nhiều hình dạng vật lý
khác nhau, được xác định dựa vào tần số làm việc và mơ hình bức xạ yêu cầu.

c. Máy thu thanh AM
Máy thu thanh là thiết bị thu sóng điện từ do các đài phát thanh phát ra trong khơng
gian sau đó chọn lọc, khuếch đại và phát ra âm thanh.
Có hai loại máy thu thanh là máy thu thanh khuếch đại trực tiếp và máy thu thanh đổi
tần. Sau đây ta sẽ xét sơ đồ khối của máy thu thanh AM đổi tần:
 Máy thu radio đổi tần thu tín hiệu cao tần và biến đổi thành một tần số cố định gọi là
tần số trung tần (IF).

Bài giảng phát thanh truyền hình

13


 Dòng điện từ thu được từ anten được đưa đến mạch điều hưởng khuếch đại tần số cao
tần để làm tăng tín hiệu sóng mang mong muốn và các biên của nó. Bộ khuếch đại cao
tần có khả năng điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi giá trị của tụ điện trong mạch
điều hưởng. Từ tụ điện này có thể tạo mạch dao động nội bằng cách ghép với một tụ
điện khác.

IT

 Tín hiệu ra từ bộ dao động nội và bộ khuếch đại cao tần được đưa vào bộ trộn tần. Bộ
trộn tần thực hiện nhân hai tín hiệu trên với nhau và cho ra một tín hiệu tổng và hiệu
của hai tần số đưa vào.

Hình 1. 6: ơ đồ khối máy thu thanh AM

PT

 Bộ khuếch đại trung tần nhận tín hiệu từ bộ trộn tần và lọc ra hiệu tần trên cùng với
các biên tần của nó đồng thời làm suy giảm tất cả các tần số khác. Khi hiệu tần được
cố định lại (với các đài radio FM, tần số trung tần là 445KHz) yêu cầu về bộ lọc phải
tương đối dễ thiết kế và phải có đặc tuyến ngưỡng rõ ràng.
 Đầu ra của bộ khuếch đại trung tần gồm tần số trung tần và hai biên tần của nó được
đưa tới mạch tách sóng đường bao. Mạch tách sóng đường bao thực hiện loại bỏ tần số
trung tần, giữ lại tín hiệu âm tần. Tín hiệu âm tần này được khuếch đại qua mạch
khuếch đại âm tần tới mức có thể để đưa ra loa.
1.1.2 Máy phát thu thanh FM
Phát thu thanh FM là kỹ thuật phát thanh sử dụng phương thức điều chế tần số FM. Hệ
thống thu phát thanh FM có băng tần từ 88MHz-108MHz. Đặc điểm của hệ thống FM: cơng
suất vừa và nhỏ, truyền thẳng, diện tích phủ sóng hẹp, chất lượng âm thanh tốt. Do các đặc
điểm trên nên hệ thống FM thường được ứng dụng cho mạng địa phương, mạng quốc gia.
Phần sau sẽ xét phương thức điều chế FM và máy phát thanh FM, máy thu.
a. Điều chế FM
Trong điều chế FM tần số ɷ thay đổi như sau:

(1.7)

Bài giảng phát thanh truyền hình

14


(1.8)

(1.9)
Thế (1.9) vào (1.8) ta có:

(1.10)
Hệ số điều chế:

(1.11)
Tỉ lệ lệch:

: độ lệch tần số

IT

(1.12)

: độ lệch tần số tối đa

PT

Tín hiệu điều chế có dạng:

(1.13)

Với tín hiệu điều chế có biên độ khơng đổi, tần số khơng đổi như xung vng và:

(1.14)

Với tín hiệu điều chế có biên độ và tần số thay đổi như xung sin.
Hàm sin của công thức (1.14) được biểu diễn chi tiết thành:

(1.15)
Hệ số σ được gọi là hàm Bessel xác định bởi

.

Biến đổi thừa số thứ hai ta có:

(1.16)
Và

Bài giảng phát thanh truyền hình

15


(1.17)
Biến đổi lượng giác ta có:

PT

IT

(1.18)

Hình 1.7: Sóng mang (a), tín hiệu điều chế (b) và tín hiệu sau điều chế FM (c)

Hình 1.8: Đồ th hàm Bessel

Tín hiệu điều chế chứa sóng mang và 2 băng tần trên và dưới.

Bài giảng phát thanh truyền hình

16


 Tần số sóng mang ωc hiện tại và biên độ của nó được xác định bằng chỉ số điều chế
 Các số hạng tiếp theo biểu diễn hai tần số là tổng (ωc + ωm) và hiệu (ωc - ωm) của sóng
mang và tín hiệu điều chế với biên độ J1( ).
 Hai số hạng tiếp theo có biên độ J2( ) và các dải tần số (ωc + 2ωm) và (ωc - 2ωm).
 Có vơ hạn các tổng và hiệu của sóng mang và các bội số nguyên lần của tín hiệu điều
chế.
Hình 1.8. Đồ thị hàm Bessel bậc nhất, Jn( ) dựa trên
trị Jn(

, với n = 0, 1, 2 và 3. Các giá

được dùng để tính biên độ của các biên tần xuất hiện trong tín hiệu FM.

PT

IT

b. Máy phát thanh FM

Hình 1.9 : ơ đồ khối máy phát thanh FM

 Bộ dao động chủ là một mạch dao động kiểu LC để tạo ra tín hiệu FM, tần số của bộ
dao động được xác định bởi giá trị của C và L.
 Bộ đệm: tạo ra sự cách ly giữa bộ dao động với tải để khi tải thay đổi chỉ gây ảnh
hưởng rất nhỏ đến sự hoạt động của mạch dao động.
 Khối hạn biên: loại bỏ thành phần AM bất kỳ có thể xuất hiện và lọc bỏ các thành
phần hài được tạo ra bởi khối hạn biên.
 Bộ nhân tần số: nâng tần số của tín hiệu từ khối hạn biên tới một giá trị yêu cầu.
 Khối khuếch đại công suất: khuếch đại cơng suất tín hiệu và đưa ra anten bức xạ.
C.Máy thu thanh FM
 Anten thu nhận năng lượng điện từ được phát đi từ máy phát, được thiết kế để thu
được tần số năng lượng điện từ nằm trong khoảng 88 - 108 MHz.
Bài giảng phát thanh truyền hình

17


 Bộ khuếch đại cao tần: nâng công suất của tín hiệu tới để có thể sử dụng được trong
bộ biến đổi tần số. Ngồi ra nó cịn đóng vai trị như một tải nối với anten do đó tín
hiệu anten không bị phản xạ tại giao tiếp giữa anten và phần máy gây ra tổn hao công
suất.
 Bộ trộn tần cùng bộ dao động nội chuyển đổi tín hiệu cao tần thu được thành một tần
số trung tần 10,7 MHz.
 Bộ hạn biên cắt triệt để tín hiệu thành biên độ cố định và do đó lọc ra được những hài
khơng mong muốn.
 Bộ tách sóng biến điệu tần số: chuyển sự thay đổi tương đối nhỏ về tần số (của tín
hiệu có tần số rất cao) thành sự thay đổi tương đối lớn của biên độ theo thời gian.

PT

IT

 Bộ khuếch đại âm tần khuếch đại tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng lên một mức thích
hợp để đưa ra loa.

Hình 1. 10: ơ đồ khối máy thu thanh FM

1.2 Kỹ thuật phát thanh số

1.2.1 Hệ thống phát thanh số

Phát thanh radio là môi trường truyền dẫn rộng lớn bao gồm hàng trăm nhà cung cấp
chương trình, hàng nghìn máy phát HF và hàng triệu máy thu. Từ khi bắt đầu xuất hiện phát
thanh quảng bá vào đầu những năm 1920, thị trường đã phát triển mạnh mẽ bởi các dịch vụ
phát thanh quảng bá AM và FM.
Ngày nay, chúng ta đang sống trong thế giới của các dịch vụ và hệ thống số. Các thành
phần chủ yếu của quá trình sản xuất trong phát thanh đã thay đổi sang số trong thời gian gần
đây, bắt đầu bằng việc thay đổi những băng tương tự sang đĩa CD hoặc đĩa cứng. Thêm vào
đó, cũng có một vài môi trường lưu trữ và phân phối số khác như CD, Minidisk hoặc DVD.
Vì vậy, hệ thống truyền dẫn quảng bá có xu hướng thay đổi từ truyền dẫn tương tự
sang số. Bước đầu tiên trong việc giới thiệu các dịch vụ phát thanh số là hệ thống NICAM
728, DSR nhưng chưa phù hợp cho việc thay thế các dịch vụ hiện tại một cách hoàn toàn,

Bài giảng phát thanh truyền hình

18

đặc biệt cho các trạm thu di động. Vì các lý do này, hệ thống Eureka 147 DAB đã được phát
triển và đã được giới thiệu trên toàn cầu.
Hệ thống phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting, thường được gọi là phát
thanh số) là một bước đổi mới thay thế cho các hệ thống phát thanh tương tự AM và FM. Hệ
thống phát thanh số được phát triển từ dự án Eureka 147/ DAB vào những năm 1990. Năm
1992, DAB được thử nghiệm tại London với 4 trạm phát sóng. Năm 1995, DAB bắt đầu phát
sóng chính thức (BBC và Swedish Radio cùng phát sóng vào ngày 27/9/1995). Năm 1999,
DAB bắt đầu được thương mại hóa và đến năm 2000 đã xuất hiện các máy thu thanh số với
giá cả phải chăng.
Các ưu, nhược điểm của phát thanh số:
Một câu hỏi lớn khi nâng cấp hệ thống phát thanh được đặt ra là: Phát thanh số có ưu
điểm gì so với hệ thống phát thanh tương tự truyền thống? Sau đây là các ưu điểm nổi bật của
phát thanh số:
 Chất lượng âm thanh tốt như đĩa CD.
 Hoạt động tốt ở bất kì nơi nào: cho phép thu tín hiệu tốt ở nhiều nơi, kể cả trường hợp
máy thu là cố định (đặt ở nhà, cơ sở…) hay di động (trên tàu, xe…).

IT

 Chất lượng dịch vụ tốt hơn, sóng được phủ đều.

PT

 Có khả năng hiện thị tên các dịch vụ, danh sách kênh và lịch phát sóng. Khơng những
truyền âm thanh chất lượng cao mà cịn truyền dữ liệu dưới dạng văn bản, hình ảnh
tĩnh và động.
 Tự động dò lại tần số các kênh.

 Khắc phục được các nhược điểm của phát thanh tương tự như can nhiễu, méo phađinh
trong truyền sóng.

 Sử dụng phổ tần số một cách hiệu quả.
 Độ méo tần số của phát thanh số ít hơn so với phát thanh analog.
1.2.2 Má phát thu thanh số chuẩn DAB
Ngoài kỹ thuật số hóa tín hiệu, DAB hoạt động dựa trên 3 kỹ thuật chính, đó là:
COFDM, phối ghép và MUSICAM.
a. COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)
 FDM: phân chia dữ liệu ra 1 loạt các sóng mang con, nếu một sóng bị phá hủy bởi
nhiễu hay đa đường thì vẫn có thể dùng các sóng khác để khơi phục lại thơng tin ở
phía thu.
 Orthogonal: đảm bảo các sóng mang con khơng gây nhiễu cho nhau.
 Coded: dùng các mã sửa lỗi (Forward Error Correction) để giảm thiểu BER

Bài giảng phát thanh truyền hình

19


OFDM
 Giải quyết được vấn đề lớn nhất của AM và FM là multipath (đa đường)
 Thêm các khoảng bảo vệ (guard interval) nên loại bỏ ảnh hưởng của việc chồng lấn
các ký hiệu (symbol)
 Cho phép sử dụng mạng đơn tần - Single Frequency Network (dùng 1 tần số duy nhất
cho hệ thống)

Coded OFDM
 Forward Error Correction: truyền nhiều dữ liệu hơn cần thiết để có thể khơi phục toàn
bộ dữ liệu ngay cả khi một phần bị mất (Mã xoắn và giải thuật Viterbi)

PT

IT

 Đan xen: xen kẽ dữ liệu để không gặp phải 1 chuỗi bit lỗi liền nhau

Hình 1.11: rước khi đan xen dữ liệu và Sau khi đan xen dữ liệu

b. Phối ghép


Giúp sử dụng hiệu quả tần số



Phân phối tài nguyên một cách linh hoạt

c. Mã hóa âm thanh MUSICAM (Masking Pattern Universal Sub-band Integrated
Coding And Multiplexing.)

Hình 1. 12: Kỹ thuật mã hóa băng con (Sub-band coding)

Bài giảng phát thanh truyền hình

20


Tín hiệu cần truyền chia ra nhiều băng nhỏ. Mỗi băng nhỏ này được phân tích và mã
hóa riêng biệt. Việc phân tích sẽ xác định xem cần bao nhiêu bit để mã hóa tín hiệu và quyết
định xem tín hiệu nào cần mã hóa âm thanh cảm nhận.
MUSICAM sử dụng kỹ thuật mã hóa âm thanh như MPEG-2. Điều này dựa trên đặc
điểm thính giác của tai người, đặc biệt là phổ và hiệu ứng che lấp của tai. Về bản chất mã hóa

các thành phần tín hiệu âm thanh mà tai con người sẽ nghe thấy và không mã hóa những
thành phần tần số mà tai người khơng nghe được.

IT

Hiệu ứng che lấp của tai là hiệu ứng “mặt nạ” (masking effect). Cơ sở của hiệu ứng
này là như sau: khi ta nghe được một âm có cường độ là C thì ngưỡng nghe của tai sẽ thay đổi
theo như đường B, tức là trong khoảng tần số từ 0,5 KHz đến 5 KHz, sẽ có những âm có
cường độ nhỏ mà ta khơng thể nghe được (như âm D trên hình 1.13).

Hình 1.13: Hiệu ứng che lấp

PT

Như vậy khi âm C khi đến tai người đã “che” đi một số âm ở các tần số lân cận có
cường độ nhỏ hơn nó, giống như khi nghe nhiều người nói thì sẽ có giọng của một số người
mà ta không thể nghe được, do chúng đã bị che đi bởi giọng của những người khác. Sử dụng
hiệu ứng này, khi truyền tín hiệu phát thanh, ta chỉ cần truyền những phần mà tai người có thể
nghe thấy được, tức là những phần không bị ảnh hưởng bởi Masking effcet, loại bỏ đi những
phần dư thừa.
1.2.2.1 Cấu trúc hệ thống theo chuẩn Eureka147
Cấu trúc hệ thống phát thanh số theo chuẩn Eureka147 được minh họa ở hình vẽ 1.14
dưới đây.
Hệ thống gồm 3 phần:
 Phần cung cấp dịch vụ phát thanh/ dữ liệu
 Phần cung cấp dịch vụ ghép kênh
 Phần cung cấp dịch vụ phát sóng
Phần cung cấp dịch vụ phát thanh/ dữ liệu là nơi sản xuất các chương trình phát thanh.
Tại đây tín hiệu âm thanh sẽ được thực hiện mã hóa âm thanh, tạo các PAD, tín hiệu dữ liệu
sẽ được đóng gói. Các tín hiệu này cùng với các dịch vụ khác sẽ được đưa đến khối ghép

kênh.
Bài giảng phát thanh truyền hình

21


Phần ghép kênh sẽ tạo ra tín hiệu có cấu trúc khung của tín hiệu phát thanh số DAB.
Ngồi ra cịn đưa thêm các thơng tin hỗ trợ cho điều khiển và trạng thái sau đó tín hiệu tổng
hợp được đưa đến phần phát sóng.
Phần phát sóng thực hiện mã hóa và điều chế OFDM cho các khung DAB và đưa đi
phát sóng.
Hiện tại EUREKA 147 đưa ra bốn chế độ khác nhau để áp dụng trong từng trường hợp
cụ thể:
Chế độ I: Thích hợp cho mạng phủ sóng trên mặt đất do một tần số trên băng VHF.

-

Chế độ II: Thích hợp cho sử dụng mạng một tần số ở khoảng giữa băng L và cho phát
thanh khu vực sử dụng một đài phát. khoảng tần số cách ly giữa các đài phát lớn cho
nên sự phân biệt thông tin giữa các đài phát cao và cho phép sử dụng anten hữu
hướng.

-

Chế độ III: Thích hợp với phương thức truyền qua cáp, qua vệ tinh, phủ sóng mặt đất
cho vùng lõm. Do đó có thể làm việc tại các tần số tới 3 GHz phục vụ tốt cho thu di
động. Phương thức này cho phép di pha lớn nhất.

-

Chế độ IV: Cũng áp dụng cho băng L, cho phép dãn cách không gian giữa các đài phát
trong mạng một tần số lớn. Đồng thời ít bị ảnh hưởng khi thu trên xe ơ tơ chạy với tốc
độ cao.

PT

IT

-

Hình 1. 14: Mạng mẫu thiết lập theo chuẩn EUREKA 147

Bài giảng phát thanh truyền hình

22


1.2.2.2 Cấu trúc khung tín hiệu DAB
Cấu trúc khung tín hiệu DAB là khác nhau đối với các chế độ truyền dẫn. Chu kỳ của một
khung truyền dẫn có thể bằng chu kỳ của một khung dữ liệu âm thanh là 24ms, hoặc có thể là
một số nguyên lần của 24ms.

Nul

TFP

l

R

FIC1

FIC2

FIC3

MSC
1

MSC2

……..

MSC71

MSC72

.

96ms (chế độ 1) hoặc 24ms (chế độ 2,3) hoặc 48ms (chế độ 4 )
Hình 1. 15: Cấu trúc khung tín hiệu DAB

IT

Cấu trúc khung DAB gồm các symbol OFDM, các symbol này được taọ ra từ bộ ghép
kênh, bao gồm các CIF và FIB. Khung truyền dẫn gồm 3 phần: phần đồng bộ, phần kênh
thông tin nhanh FIC và phần kênh dịch vụ chính MSC.

PT

Phần kênh thơng tin nhanh FIC được cấu tạo từ các bloc thông tin nhanh FIB mang
các dữ liệu mơ tả cấu trúc của tín hiệu MSC gồm: thơng tin về cấu trúc của tín hiệu tổng hợp
MCI, thông tin về dịch vụ SI, thông tin về truy cập có điều kiện CA và thơng tin kênh dữ liệu
nhanh FIDC. FIC được truyền đi với độ bảo vệ cao và không thực hiện kỹ thuật trải tín hiệu
theo thời gian.

Hình 1. 16: Cấu trúc kênh thơng tin nhanh FIC

Phần kênh dịch vụ chính MSC là chuỗi các khung dữ liệu được xử lý theo thời gian
CIF. Mỗi CIF chứa 55296 bit, mỗi CIF có 864 CU được đánh số từ 0 đến 863. MSC được
Bài giảng phát thanh truyền hình

23


chia thành các kênh phụ, mỗi kênh phụ chiếm giữ một số nhất định các CU, mỗi CU chỉ sử
dụng cho một kênh phụ.
MSC truyền dữ liệu theo 2 chế độ: truyền dẫn theo kiểu dòng dữ liệu và kiểu đóng gói.
Kiểu dịng dữ liệu thì tốc độ bit khơng đổi đối với mỗi kênh phụ, kiểu đóng gói áp dụng cho
trường hợp kênh phụ truyền đi thành phần của nhiều dịch vụ.
Khung DAB cho chế độ 2 có cấu trúc đơn giản nhất. Khung có độ dài 24ms, 2
symbol đầu là dành cho đồng bộ, 3 symbol tiếp theo là các FIC mang thông tin về cấu trúc
ghép, truyền dẫn, 72 symbol còn lại là các MSC mang tin.
Các symbol OFDM trong khung DAB cho chế độ 2 có thời gian truyền là Ts= 312µs.
Riêng symbol đầu tiên gọi là symbol null có thời gian truyền là 324 µs được dùng cho đồng
bộ. Tín hiệu được thiết lập bằng 0 ( hoặc gần bằng 0) trong suốt thời gian này để chỉ thị bắt
đầu khung. Hai symbol OFDM tiếp theo của SC là các TFPR.
Mỗi symbol OFDM mang 384 symbol DQPSK tương ứng với 768bit. 3 symbol
OFDM của FIC mang 2304bit. 72 symbol OFDM của MSC mang 55296bit. Như vậy tốc độ
dữ liệu tương ứng là 2.304Mbits

IT

Khung DAB của chế độ 1 và 4 là giống nhau. Thời gian truyền của 2 khung lần lượt
là 48ms, 96ms do số symbol trong các khung này gấp 2 và 4 lần khung DAB ở chế độ 2. Số
bit trong FIC và MSC cũng tăng tương ứng gấp 2 và gấp 4 so với khung DAB chế độ 2. Như
vậy tốc độ của khung DAB là khơng thay đổi.

Bƣớc
sóng
mang

Symbol
COFDM

Sử
dụng
cho

Khoảng Khoảng
cách ký thời gian Độ
hiệu( ) bảo vệ( ) khung

1

1536

SFN

1000

246

4

384

MFN

250

62

8

192

Vệ
tinh

125

31

Băng
L
(<1,5GHz) 2

768

SFN

500

123

Chế
độ

Phạm
tần số

1

Băng
(VHF)

2

3

4

PT

Khung DAB chế độ 3 có thời gian truyền là 24ms. 8 symbol OFDM mang FIC, 144
symbol OFDM mang MSC. Tốc độ dữ liệu của FIC gấp 4/3 so với các chế độ khác. MSC
ln có cùng tốc độ.
vi

III

Băng L
(<1,5 GHz)
Băng L
(< 3GHz)

dài

96ms;
76symbol
24ms;
76symbol
24ms;
152symbol
48ms;
76symbol

Bảng 1. 2: Bảng tổng hợp các chế độ truyền dẫn của DAB

Bài giảng phát thanh truyền hình

24


1.2.2.3 Máy phát thanh số chuẩn DAB
Tiêu chuẩn này do EBU của Châu Âu đưa ra và năm 1992 được ITU công nhận là tiêu chuẩn
cho phát thanh số. Hệ thống làm việc ở dải tần số từ 30 MHz đến 3 GHz.

Hình 1. 17: ơ đồ máy phát thanh số chuẩn DAB

a. Khối mã hóa nguồn

IT

 Thực hiện xử lý tín hiệu âm thanh số theo chuẩn nén MPEG-1 Layer-2 và MPEG-2
Layer-2, tốc độ bit có thể thay đổi từ 8 Kps đến 384 Kbps.
 Truyền dữ liệu: có thể truyền các luồng data riêng biệt hoặc đóng gói.

PT

 Truyền các dữ liệu liên quan đến chương trình PAD bằng cách gắn vào luồng dữ liệu
âm thanh. Tốc độ thấp nhất là 667bps và có thể thay đổi theo mã tín hiệu âm thanh
được sử dụng.
 Truy cập dữ liệu có điều kiện CA phục vụ cho các mục đích thương mại.
 Truyền thơng tin dịch vụ SI: Thơng tin giúp cho người sử dụng lựa chọn chương trình.
Ngồi ra SI còn liên kết với các dịch vụ trong phạm vi cùng một kênh tín hiệu tổng
hợp và các dịch vụ của các tín hiệu tổng hợp (Esemble) khác, đồng thời có thể liên kết
với các nhà cùng cấp dịch vụ trên FM hoặc AM.
b. Mã hoá kênh
Dữ liệu của chương trình được trải ra, sắp xếp theo mã và chèn theo thời gian. Để trải
dữ liệu ra thành các chuỗi bít ngẫu nhiên mang nội dung tương ứng cần có dữ liệu sắp xếp tín
hiệu DAB. Mã sắp xếp thực hiện xử lý bằng cách đưa thêm các dữ liệu phụ giúp cho máy thu
nhận biết và loại trừ tốt các sai sót do truyền dẫn. Đối với tín hiệu âm thanh, một vài thành
phần trong khung âm thanh ít bị ảnh hưởng bởi sai sót truyền dẫn hơn các thành phần khác
cho nên có thể giảm số lượng dữ liệu phụ. Chế độ này gọi là chống sai sót khơng cân bằng –
Unequal Error Protection (UEP).
c. Điều chế OFDM
Bài giảng phát thanh truyền hình

25