Viện đại học mở hà nội
Khoa điện tử viễn thông

________ Luận văn tốt nghiệp
đề tài:
ứng dụng hdtv trên nền công nghệ truyền hình
kỹ thuật số mặt đất dvb thông qua mô phỏng Hà Ni - 2012

Giáo viên hớng dẫn
:

DANH MỤC HÌNH VẼ
LỜI NÓI ĐẦU 1
Chương 1: TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO 3
1.1 Lịch sử phát triển 3
1.1.1 HDTV tại Nhật Bản 3
1.1.2 HDTV tại Mỹ 3
1.2.2 Phương pháp quét 5
1.2.3 Tỉ lệ khuôn hình 6
2.1 Số hóa tín hiệu HDTV 8
2.1.1 Mành HDTV tương tự 8
2.1.2 Số hóa tín hiệu HDTV 9
2.1.2.1 Độ phân giải hình và băng thông tín hiệu 9
2.1.2.2 Tần số lấy mẩu và cấu trúc lấy mẫu 9
2.1.2.3 Lượng tử hoá và dung lượng video số HDTV 11
2.2 Nén tín hiệu video số HDTV 12
2.2.1 Giới thiệu 12
2.2.2 Kỹ thuật nén MPEG-2 12
2.2.2.1 Nguyên lý nén video 12
2.2.2.2 Nén trong ảnh (Intra Frame Compression) 13
2.2.2.3 Nén liên ảnh (Inter Frame Compression) 15
2.2.2.4 Dự đoán chuyển động 16
2.2.2.5. Profile & Level của MPEG-2 16
2.2.2.6. Dự đoán bù chuyển động với ảnh quét xen kẽ 17
2.2.3. Kỹ thuật nén MPEG-4 (Part 10) hay MPEG-4/AVC 19 2.2.3.1. NAL (Network Abstraction layer) 19
2.2.3.2. VCL (Video Coding Layer) 19
2.2.3.3 Ảnh, khung và mành 20
2.2.3.4 Phân chia ảnh vào các Macroblock 20

3.1.3.8 Đặc tính phổ và mặt nạ phổ 50
3.2 Phân tích tác nhân ảnh hưởng chất lượng hệ thống truyền dẫn DVB-T. 51
3.2.1 Ảnh hưởng của các tham số M-QAM, FEC, Tg 52
3.2.2 Ảnh hưởng của phương thức truyền dẫn 2K, 8K 55
3.2.2.1 Khả năng thu di động 55
3.2.2.2 Khả năng chống nhiễu đột biến 56
3.2.2.3 Khả năng thực hiện mạng đơn tần (SFN) 56
3.2.3 Ảnh hưởng tạp nhiễu pha 57
3.2.3.1 Tín hiệu không có tập nhiễu pha 57
3.2.3.2 Tín hiệu có tạp nhiễu pha 57
3.2.3.3 Sai pha chung (CPE) 58
3.2.4 Ảnh hưởng offset cửa sổ FFT 60
3.3 Phân tích hiệu suất truyền dẫn HDTV trên nền công nghệ DVB-T 63
3.4 Công nghệ truyền dẫn kỹ thuất số mặt đất thế hệ thứ hai DVB-T2 70
3.4.1 Tổng quan hệ thống DVB-T2 70
3.4.1.1 Giới thiệu 70
3.4.1.2 Những tiêu chí cơ bản để xây dựng DVB-T2 70
3.4.1.3 So sánh DVB-T và DVB-T2 71
3.4.1.4 Mô hình cấu trúc DVB-T2 72
3.4.1.5 Cấu trúc lớp vật lý DVB-T2 73
3.4.2 Phân tích một số giải pháp kỹ thuật sử dụng trong DVB-T2 74
3.4.2.1 Ông dẫn vật lý PLPs (Physical Layer Pipes) 74
3.4.2.2. Băng tần phụ 76
3.4.2.3 Các mode sóng mang mở rộng 76
3.4.2.4 256-QAM 76
3.4.2.5 Các mẫu pilot 77 3.4.2.6 Symbol khởi đầu P1 và P2 (Preamble) 78
3.4.2.7 Kích thước FFT16K, 32K và phân số khoảng bảo vệ 1/128 78

C/N Carrier to Noise Ratio
DAC Digital to Analog Converter
DBPSK Differential Binary Phase Shift Keying
DCT Discrete Cosine Transform
DEMUX Demultiplexer
DVB The Digital Video Broadcasting Project
DVB-S2 Digital Video Broadcasting- Second Generation Satellite

DVB-T Digital Video Broadcasting - Terrestrial
DVB-T2 Digital Video Broadcasting - Second Generation
ETSI European Telecommunicatioms Stanđards Institue
FEC Forward Error Coưection Code
FDM Frequency Division Multiplexing FFT Fast Fouiier Transíorm
FMO Flexible Macroblock Order
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
GOP Group of Picture
GI Guard Interval
HDTV High Definition Television
HP High Priority bit stream
HPA High Power Amplifier
I Interlaced
ICI Inter - Carrier Interference
IDFT Inverse Discrete Fourier Transform
IEC International Electrotechnical Commission
IFFT Inverse Fast Fourier Transform
ISDB-T Intergrated Service Digital Broadcasting Terrestrial
ISI Intra/Inter Symbol Interference

RS Reed Solomon
S/N Signal to Noise Ratio
S/P Series to Parallel
SDTV Standard Definition Television
SFN Single Frequency Network
SI Service Information
T2-MI DVB-T2 modulator interface
TPS Transmission Parameter Signalling
TR Tone Reservation
TS Transport Stream
VCL Video Coding Layer
VLC Variable Length Coding DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Độ phân giải và phương pháp quét HDTV 6
Bảng 2.1 Thông số quét ảnh của HDTV tương tự 8
Bảng 3.1. Mẫu xoắn lỗ tương ứng với từng tỉ lệ mã 39
Bảng 3.2 Giá trị Cm l k tương ứng các phương pháp điều chế 46
Bảng 3.3 Quy hoạch DVB-T theo các điều kiện thu tín hiệu 66
Bảng 3.5 So sánh DVB-T và T2 hoạt động trong mạng SFN 72
Bảng 3.6 Góc quay ứng với mỗi sơ đồ điều chế. 88
Bảng 3.7 Mã hóa space - time 98 DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Tương quan về độ phân giải 5

Hình 3.12. Mã xoắn mẹ tỉ lệ 1/2 39
Hình 3.13 Mã hóa trong và tráo trong 40
Hình 3.14. Ánh xạ các bit đầu vào thành các symbol của tín hiệu điều chế
trong phương thức truyền dẫn không phân cấp 41
Hình 3.15. Ánh xạ các bit đầu vào thành các symbol của túi hiệu điều chế
trong phương thức truyền dẫn có phân cấp 42
Hình 3.16a. Đồ thị chòm sao QPSK, 16-QAM, 64-QAM và các mẫu bit
tương ứng 44
Hình 3.16b. Định vị 16-QAM, 64-QAM và không đồng đều
α
=2 45
Hình 3.17 Tạo chuỗi giả ngẫu nhiên 47
Hình 3.18 Phân bố các kết quả mã hóa vi sai 48
Hình 3.19 Phân bố các pilot phân tán 48
Hình 3.20 Phân bố các pilot liên tục, phân tán và TPS trong chòm sao 64-
QAM 50
Hình 3.21 Mật độ phổ công suất 50
Hình 3.22 Tốc độ bit hữu ích, C/N yêu cầu tương ứng với các tham số DVB-
T 52
Hình 3.23 Quan hệ giữa sự ảnh hưởng của tín hiệu phản xạ và độ trễ tương
đối 53
Hình 3.24 Các trường hợp offset ánh xạ symbol 61
Hình 3.25 Chòm sao chịu ảnh hưởng của offset FFT; 61
Hình 3.26 Sơ đồ ghép kênh phát quảng bá 2 kênh HDTV trên 1 kênh DVB-T
66
Hình 3.27 Điều chế phân cấp 64-QAM 68
Hình 3.28 Sơ đồ cấu trúc DVB - T2 72 Hình 3.32 Mật độ công suất phổ DVB-T2 76

Hình 4.6 Sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Guassian sau bộ sửa
lỗi Viterbi, sử dụng QPSK 104
Hình 4.7 Sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Guassian sau bộ sửa
lỗi LDPC, sử dụng QPSK. 105
1

LỜI NÓI ĐẦU
Những công trình nghiên cứu khoa học, các chuyên đề phân tích, lựa
chọn tiêu chuẩn truyền hình của nhiều nhà khoa học trong nước cho thấy:
DVB- T là công nghệ truyền dẫn truyền hình số mặt đất phù hợp với điều
kiện tự nhiên và kinh tế của Việt Nam. Ngày nay, truyền hình độ phân giải
cao (HDTV) đang phát triển mạnh mẽ và là một xu thế tất yếu, sẽ dần thay
thế SDTV giống như truyền hình màu bây giờ đã thay thế truyền hình trắng
đen. Việc truyền dẫn dịch vụ HDTV trên công nghệ kỹ thuật số mặt đất
DVB-T đang gặp khó khăn về yêu cầu cân bằng giữa hiệu quả sử dung lượng
kênh truyền và chất lượng dịch vụ. Tuy nhiện, với sự ra đời và phát triển kỹ
thuật nén tiên tiến MPEG-4/AVC, hiệu suất nén dòng túi hiệu HDTV đã được
cải thiện rất nhiều, kèm theo đó là hiệu quả sử dụng kênh truyền cũng được
cải thiện. Đầu năm 2009, tiêu chuẩn kỹ thuật số mặt đất thế hệ thứ 2 (DVB-
T2) chính thức được tổ chức DVB giới thiệu và đã được BBC phát sóng thử
nghiệm. Dung lượng kênh truyền của hệ thống DVB-T2 được cải thiện rất
nhiều so với DVB- T (tăng khoảng 50%), bên cạnh đó độ tin cậy và khả năng
chống nhiễu cũng tốt hơn nhờ sử dụng những kỹ thuật tiên tiến. Do đó, các
dịch vụ HDTV hứa hẹn sẽ phát triển mạnh trên nền kỹ thuật truyền dẫn số
mặt đất, đặc biệt khi các dịch vụ truyền hình tương tự kết thúc. Nhằm góp
phần đánh giá hiệu quả truyền dẫn các dịch vụ HDTV trên nền công nghệ kỹ
thuật số mặt đất, tác giả của luận văn đã chọn đề tài nghiên cứu “Ứng dụng
3

Chương 1
TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH ĐỘ PHÂN GIẢI CAO

1.1 Lịch sử phát triển
Các hệ thống HDTV ngày nay xuất phát từ hướng nghiên cứu của Dr.
Fujio thuộc hãng truyền hình NHK, Nhật Bản. HDTV lúc bấy giờ có độ phân
giải ngang và dọc gấp 2 lần độ phân giải của TV truyền thống, tỉ lệ khuôn
hình 5:3 (sau này thay đổi thành 16:9), và có ít nhất 2 kênh audio chất lượng
CD. Sự phát triển của HDTV gắn liền với các nền công nghiệp truyền hình
Nhật Bản, Mỹ và Châu Âu.
1.1.1 HDTV tại Nhật Bản
Năm 1968, hãng NHK của Nhật Bản đã cho ra đời chuẩn kỹ thuật HDTV
đầu tiên dành cho studio : số dòng quét/ảnh - 1125, tỉ lệ khuôn hình - 5/3,
phương pháp quét - xen kẽ, tần số mành - 60Hz, độ rộng băng tần - 20MHz.
Và cho đến tháng 2 năm 1984 đã công bố chính thức hệ thống phát sóng và
thu tín hiệu truyền hình tương tự có độ phân giải cao, là hệ MUSE (Multiple
SubNyquist Sampling Encoding). Đến tháng 10/1984, hệ MUSE đã được
nhiều nước công nhận là hệ truyền hình có độ phân giải cao đầu tiên trên thế
giới. Cho đến đầu những năm 2000 thì Nhật Bản đã chính thức chuyển sang
phát sóng HDTV số mặt đất theo tiêu chuẩn ISDB-T, và phát sóng số HDTV
qua vệ tinh theo tiêu chuẩn ISDB-S.
1.1.2 HDTV tại Mỹ
Chính phủ Mỹ đã quyết định nghiên cứu một định dạng HDTV mới so
với cùa NHK để có thể phù hợp với các hệ thống phát sóng số hiện tại. Các
nhà nghiên cứu và các nhà sản xuất đã tập hợp lại thành 4 nhóm riêng biệt để
thực hiện công việc này. Bản thân 4 nhóm đã xây dựng nên 4 hệ truyền hình

Truyền hình độ phân giả tiêu chuẩn (SDTV) chỉ sử dụng quét xen kẽ
(Interlaced) mà không quét liên tục (Progressive), tần số quét đứng (quét
mành) cố định. Một ảnh của truyền hình SDTV theo hệ PAL có tổng số dòng
là 625, thực hiện quét xen kẽ mành chẵn, mành lẻ với tần số quét mành là
50Hz (tức là 25 ảnh/lgiây). Tuy hệ PAL có 625 dòng, nhưng số dòng nhìn
thấy trên màn hình, hay còn gọi là các dòng tích cực (Active Lines) chỉ là 576 5

dòng. Số dòng dùng vào việc chèn xung đồng bộ, tín hiệu đo là 49 dòng.
Chuẩn SDTV có 720 điểm ảnh trên một dòng và 576 dòng (tích cực).
Truyền hình có độ phân giải cao HDTV có sự khác biệt với SDTV ở
số dòng quét và hình thức quét ảnh. Hiện nay có 3 định dạng cơ bản cho
HDTV đó là: 720 dòng và quét liên tục (720p); 1080 dòng và quét xen kẽ
(1080i) và 1080 dòng và quét liên tục (1080p). Với 1080p sẽ cho chất lượng
ảnh vượt trội, tuy nhiên chuẩn này chỉ có thể ứng dụng để phát quảng bá thực
tế trong tương lai.
Định dạng ảnh 1920x1080 được chọn là định dạng ảnh chuẩn cho
HDTV, được ITU thừa nhận và lần đầu tiên được chấp nhận cả đối với truyền
hình và film. Vậy 1920x1080 xuất phát từ đâu?
720 X 3/4 X 16/9 X 2 = 1920 điểm/dòng.
Chuẩn SDTV có tỉ lệ khuôn hình là 4:3 và độ phân giải là 720
điểm/dòng. Tỉ lệ khuôn hình của HDTV là 16:9, và tăng số điểm lên gấp đôi,
nên HDTV tỉ lệ khuôn hình 16:9 phải có 1920 điểm/dòng. Cách lấy số điểm
như thế, có thể sẽ thuận lợi cho việc chuyển định dạng ảnh từ HDTV về
SDTV. Sau khi đã tìm ra số điểm/dòng sẽ có số dòng tích cực:
1920 X 9/16 = 1080 dòng

Hình 1.1 Tương quan về độ phân giải

• Góc nhìn thấy của con người khoảng xung quanh 120o, nhưng khi nhìn
màn hình nhỏ tỉ lệ 4:3 từ khoảng cách vài mét, chúng ta sẽ phải làm hẹp góc
nhìn một cách đáng kể thậm chí lên đến 10°. Điều này làm giảm khả năng
cảm thụ hình ảnh.
• Tỉ lệ khuôn hình 16:9 (1.78:1) gần hơn với tỉ lệ khuôn hình sử dụng 7

trong điện ảnh (thường là 1.85:1 hoặc 2.35:1). Phần lớn các chuyển động trên
màn hình được thực hiện theo chiều ngang (ví dụ bóng đá, đua xe), do đó
màn hình rộng sẽ có thể đáp ứng tốt hơn.
Màn hình rộng cũng có nghĩa giảm bớt số lượng các hình cận cảnh và
chuyển cảnh. Mặt khác các chuyển động trên màn hình rộng là liền mạch và
liên tục với chương trình mang tính phim ảnh. Nói một cách đơn giản là có
thể giảm bớt được các chuyển cảnh nhanh do ta có thể nhìn được nhiều hơn
trên màn hình rộng.

Hình 1.2 So sánh HDTV và SDTV về tỷ lệ khuôn hình 8

Chương 2
SỐ HOÁ VÀ KỸ THUẬT NÉN TÍN HIỆU VIDEO HDTV

2.1
Hóa tín hiệu HDTV
2.1.1
Mành HDTV tương tự

560, 564-
1123)
720 (26-
745)
1080 (21-
560, 564-
1123)
6 Dòng trống
30 (1-25,
746 750)
45 (1-20,
561-
563,1124-
1125)
30 (1-
25,746-
750)
45 (1-
0,561-
563,1124-
1125)
7 Tần số dòng (fH)

37500 28125 45000 33750 9

2.1.2
Số hóa tín hiệu HDTV


10
• Với HDTV, tần số lấy mẫu túi hiệu chói là 74.25MHz cho tất cả các
định dạng tương tự. Tần số này là bội số của tần số dòng với cả 4 định dạng
nói trên.
+ Với hệ 50Hz:
74.25MHZ = 1980 X fH : với định dạng
720p 74.25MHZ = 2640X fH : với định dạng 1080i
+ Với hệ 60Hz:
74.25MHZ = 1650 x fH : với định dạng
720p 74.25MHZ = 2200 x fH : với định dạng 1080i
• Với tín hiệu thành phần, tần số lấy mẫu cũng thường được biểu diễn
thông qua tỉ số giữa tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu
hiệu màu. Với tín hiệu HDTV thành phần, tần số lấy mẫu 2 tín hiệu hiệu màu
là 37.125MHz, cụ thể như sau:
fs (Y): 74.25MHz
fs(C’B): 37.125MHz
fs(CR): 37.125MHz
• Cấu trúc lấy mẫu là trực giao, các mẫu tín hiệu màu được lấy cùng với
các mẫu tín hiệu chói lẻ trên mỗi dòng. Các cấu trúc lấy mẫu gồm có
4:2:0,4:2:2,4:4:4.
Theo Shanon và Nyquist, dải tần cho tín hiệu chói sẽ không được vượt
quá một nửa tần số lấy mẫu là 37.125MHz, và dải tần cho 2 tín hiệu hiệu màu
không được vượt quá 18.5625MHz. Với việc sử dụng một bộ lọc thông thấp,
tần số cutoff của đặc tuyến biên tần với túi hiệu chói sẽ là 30MHz, với túi
hiệu màu là 15MHz. 11