TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC
Đề tài:
Truyền hình số mặt đất DVB – T và thực
trạng sử dụng tại Việt Nam
Người hướng dẫn : ThS. Cao Thành Nghĩa
Sinh viên thực hiện: Nguyễn Trường Giang
Lớp
: 47K - ĐTVT
Vinh, 5-2010
1
MỤC LỤC
Trang
2
LỜI NÓI 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
TÓM TẮT ĐỒ ÁN
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 – T hiện đang
được sử dụng rộng rãi trên thế giới là một điển hình.
Đồ án tốt nghiệp của em trình bày quá trình phát triển, đặc điểm kỹ
thuật, các băng tần, kỹ thuật điều chế COFDM và việc triển khai, ứng dụng
tiêu chuẩn DVB – T tại Việt Nam.
ABSTRACT THESIS
In the face of ongoing development of science and technology, Digital
Video Broadcasting been formed and step by step eventually replaced the
other broadcastings. The Digital Video Broadcasting – Terrestrial according
to Europe standards is used widely around the world.
Project presented a summary of the development process, specifications,
in depth bands, the standard modulation technique COFDM and the
deployment, the application of DVB – T standard in Viet Nam.
4
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Trang
5
DANH SÁCH CÁC BẢNG BIỂU
Trang
Bi Phase
Mã 2 pha
CCIR
Comite’ Consultatif International
des Radiocommunications
Uỷ ban tư vấn vô tuyến quốc tế
CCITT
Consultative Commitee International
Telephone and Telegraph
Uỷ ban tham vấn quốc tế điện
thoại và điện tín
COFDM
Code Orthoginal Frequency Division
Multiplexing
Ghép kênh phân chia theo tần số
mã trực giao
DAB
Digital Video Broadcasting-Terrestrial
Hệ thống truyền hình số mặt đất
D/A
Digital to Analog
Biến đổi số - tương tự
ES
Elementary Stream
Dòng cơ bản
FDM
Frequency Division Multiplex
Ghép kênh phân chia theo tần số
FDMA
Frequency Division Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo tần
số
FFT
International Telecommunications
Union
Liên đoàn viễn thông quốc tế
7
NRZ
None Return to Zero
Mã nhị phân không về không
Orthoginal Frequency Division
Ghép kênh phân chia theo tần số
Multiplexing
trực giao
PSK
Phase Shift Keying
Điều chế pha số
PES
Sigle Frequency Networks
Mạng đơn tần số
SCR
system clock reference
Thông tin chuẩn đồng hồ hệ
thống
TDMA
Time Division Multiplex Access
Đa truy nhập phân chia theo thời
gian
TS
Transport Stream
Dòng truyền tải
UHF
Ultra High Frequency
Tần số cực cao
Chương 1
TỔNG QUAN 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 [1]
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
9
thông tin khi tín hiệu truyền hình số được truyền theo kênh thông tin, các thiết
bị biến đổi trên được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế.
Mã hoá kênh đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin.
Thiết bị mã hóa kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi
tín hiệu số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi trên được gọi
là bộ điều chế và giải điều chế. Khái niệm mã hóa trong kênh được phổ biến
không những trong đường thông tin mà trong cả một số khâu của hệ thống
truyền hình số, ví dụ như máy ghi hình số, máy gia công tín hiệu truyền hình số.
Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình
xử lý tại phiá phát. Giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi truyền
hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực
tiếp xác định cấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình.
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.
11
• 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
phục vụ.
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.
a. 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.
b. 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
13
14
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.
g. 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.
h. 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 sốvaf
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.
1.2. 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
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.
1.2.2. Hệ thống truyền hình số mặt đất
16
DVB-T: Hệ thống phát sóng số trên mặt đất DVB-T sử dụng độ rộng
kênh 7-8MHz, tốc độ dữ liệu cực đại từ lớp truyền MPEG-2 là 24Mb/s.
Người ta sử dụng phương pháp điều chế số mã hoá ghép kênh theo tần số trực
giao COFDM do sự truyền tải của hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt
đất tương đối đặc biệt, có hiện tượng phản xạ tín hiệu nhiều lần, can nhiễu rất
nghiêm trọng.
Tín hiệu truyền dẫn được tổ chức thành các khung. Mỗi khung gồm 68
symbol OFDM. Các symbol này có thể chứa dữ liệu và thông tin tham chiếu.
1.2.3. Hệ thống truyền hình số vệ tinh
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.
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
Bản chất của nén video là quá trình trong đó lượng dữ liệu (data) biểu
diễn lượng thông tin của một ảnh hoặc nhiều ảnh được giảm bớt bằng cách
loại bỏ những tín hiệu dư thừa trong tín hiệu video. Các chuỗi ảnh truyền hình
có nhiều phần tử giống nhau. Vậy tín hiệu truyền hình có chứa nhiều dữ liệu
dư thừa, ta có thể bỏ qua mà không làm mất thông tin hình ảnh đó. Đó là quá
trình xoá dòng, xoá mành, vùng ảnh tĩnh hoặc chuyển động rất chậm, vùng
ảnh nền giống nhau hoặc khác nhau rất ít. Thường thì chuyển động trong ảnh
truyền hình có thể dự báo, do đó chỉ cần truyền các thông tin chuyển động.
Các phần tử lân cận trong ảnh giống nhau do đó chỉ cần truyền các thông tin
biến đổi. Các hệ thống nén sử dụng sử dụng đặc tính này của tín hiệu video và
các đặc trưng của mắt người (kém nhạy sai số trong hình ảnh có nhiều chi tiết
mà các phần tử chuyển động). Quá trình sau nén là giãn ảnh để tạo lại ảnh gốc
hoặc một ảnh xấp xỉ ảnh gốc.
Hình 1.3. Sơ đồ khối quá trình nén và giải nén
• Biến đổi: Một số phép biến đổi và kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ
tính có nhớ của nguồn dữ liệu ban đầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới tương
đương chứa lượng thông tin ít hơn. Ví dụ như kỹ thuật tạo sai số dự đoán
trong công nghệ DPCM hay phép biến đổi cosin rời rạc củ công nghệ mã hóa
chuyển đổi. Các phép biến đổi phải có tính thuận nghịch để có thể khôi phục
tín hiệu ban đầu nhờ phép biến đổi ngược.
19
• Mã hóa: Các dạng mã hóa được lựa chọn sao cho có thể tận dụng
được xác suất xuất hiện của mẫu. Thông thường sử dụng mã RLC ( mã hóa
loạt dài ) và mã VLC. Gắn cho mẫu xác suất xuất hiện cao từ mã có độ dài
ngắn sao cho chứa một khối lượng thông tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít
còn làm giảm dư thừa thời gian giữa các khung ảnh.
Chuẩn MPEG định nghĩa một khái niệm mới là nhóm các khung ảnh
(GOP) để giải quyết dư thừa thời gian và cho phép truy xuất ngẫu nhiên khi
mã hóa MPEG dùng để lưu trữ. Trong chuẩn MPEG, người ta quy định ba
loại khung ảnh phụ thuộc vào phương pháp nén: nén trong khung ảnh, nén
ước đoán và nội suy hai chiều theo thời gian.
20
Chuẩn nén MPEG bao gồm các tiêu chuẩn nén video có tốc độ luồng bit
khác nhau.
Hình 1.4. Hệ thống các chuẩn MPEG
• MPEG – 1: Còn được gọi là tiêu chuẩn ISO/IEC 11172 là chuẩn nén
audio và video với tốc độ khoảng 1,5 Mb/s.
• MPEG – 2: Nén tín hiệu audio và video với một dải tốc độ từ 1,5 tới
60 Mb/s. Tiêu chuẩn này còn gọi là tiêu chuẩn quốc tế ISO/IEC 13818, là
chuẩn nén ảnh động và âm thanh. Nó cung cấp một dải các ứng dụng như: lưu
trữ số liệu, truyền hình quảng bá và truyền thông.
• MPEG – 3: Tiêu chuẩn nén tín hiệu số xuống còn ≤ 50 Mbps để
truyền tín hiệu truyền hình có độ phân giải cao (HDTV). Sau đó nhập chung
vào MPEG – 2 và trở thành tiêu chuẩn quốc tế MPEG – 2 vào tháng 11 –
1994 (ISO/IEC 1381).
• MPEG – 4: Là sự hợp nhất cung cấp cho rất nhiều ứng dụng truyền
thông, truy cập, điều khiển dữ liệu âm thanh số như: Điện thoại hình, thiết bị
đầu cuối đa phương tiện (Multimedia), thư điện tử và cảm nhận từ xa. MPEG4 cho khả năng truy cập rộng rãi và hiệu suất nén cao.
• MPEG – 7: Chuẩn này được đề nghị vào tháng 7 – 1998 và thành
chuẩn quốc tế vào 9 – 2001. Là chuẩn mô tả thông tin của rất nhiều loại đa
phương tiện. Mô tả này sẽ kết hợp với chính nội dung của nó cho phép khả
ảnh là đơn vị mang thông tin độc lập của MPEG.
MPEG sử dụng ba loại ảnh I, B, P. Trong đó, ảnh P, B không phải là một
ảnh hoàn chỉnh mà chỉ chứa sự khác biệt giữa ảnh đó và ảnh xuất hiện trước
nó (đối với ảnh P) hay sự khác biệt đối với cả khuôn hình xuất hiện trước và
22
sau nó (đối với ảnh B). Để có một khuôn hình hoàn chỉnh ảnh P và B cần có
dữ liệu từ các ảnh lân cận, chính vì vậy đối với MPEG một khái niệm mới là
GOP (nhóm ảnh) được sử dụng. Mỗi GOP bắt buộc phải bắt đầu bằng một
ảnh hoàn chỉnh I và tiếp sau nó là một loại các ảnh P và B. Nhóm ảnh có thể
mở (Open) hoặc đóng (Closed).
Nhóm ảnh mở luôn bắt đầu từ một ảnh I và kết thúc ở một ảnh trước ảnh
trước ảnh I tiếp theo, tức là ảnh cuối cùng của GOP dùng ảnh đầu tiên của
GOP tiếp theo làm ảnh chuẩn.
Hình 1.5. Cấu trúc GOP mở
Trong Hình 1.5, ảnh P (ảnh 4) được dự báo trước trên cơ sở ảnh I (ảnh
1). Ảnh B được dự đoán từ hai hướng, ảnh B (ảnh 2) và ảnh B (ảnh 3) được
dự đoán từ hai ảnh I (ảnh 1) và ảnh P (ảnh 4). Ảnh B (ảnh 5,6) được dự đoán
từ ảnh P (ảnh 4) và ảnh I tiếp theo (ảnh 6). Một điều chú ý là thứ tự truyền
ảnh và hiện ảnh trên màn hình là không giống nhau.
Đối với cấu trúc khép kín (đóng), việc dự đoán ảnh không sử dụng thông
tin của GOP khác. Trong trường hợp này, theo quy định, ảnh cuối cùng của
một GOP bao giờ cũng là ảnh P.
23
DCT ngược được lượng tử hóa ít chính xác hơn. Ngược lại thì việc lượng tử
hóa các hệ số sẽ tăng lên.
1.3.1.4. Quá trình giải mã
Quá trình giải mã theo lí thuyết, là quá trình ngược với quá trình mã hóa
và được minh họa như hình sau:
Hình 1.7. Bộ giải mã MPEG tiêu biểu
Chuỗi tín hiệu vào được giải mã entropy tại VLD. Sau đó tách số liệu ảnh
(hệ số biến đổi DCT) ra khỏi các véc tơ chuyển động. Số liệu sẽ được giải
lượng tử hóa và biến đổi DCT ngược. Trong trường hợp ảnh loại I bắt đầu ở
mỗi nhóm ảnh trong chuỗi, sẽ nhận được ảnh đầu ra hoàn chỉnh bằng cách trên.
Nó được lưu trong bộ nhớ ảnh và được sử dụng để giải mã các ảnh tiếp theo.
1.3.2. Nén video theo MPEG – 1
1.3.2.1. Tiêu chuẩn nén video MPEG-1
MPEG-1 gồm 4 phần:
Phần 1: Hệ thống (ISO/IEC 11172-1)
25
Copyright: Tài liệu đại học ©