XỬ LÝ TÍN HIỆUTRUYỀN HÌNH SỐ TẠI VIỆT NAM

Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam XỬ LÝ TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ TẠI VIỆT NAM Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ Phần I XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ 1 Giới thiệu truyền hình số 1.1.1 Hệ thống truyền hình số 1.1.2 Đặc điểm truyền hình số 1.1.3 Các phương pháp biến đổi tín hiệu video .6 1.1.4 Chuyển đổi tương tự – số số – tương tự 1.2 Số hóa tín hiệu Video 15 1.2.1 Lấy mẫu tín hiệu video 15 1.2.2 Lượng tử hố tín hiệu video 18 1.2.3 Mã hoá 20 1.3 Kỹ thuật nén Audio 25 1.3.1 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-1 25 1.3.2 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-2 27 Phần II .29 MƠ HÌNH TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH SỐ TẠI VIỆT NAM 29 2.1 Truyền hình cáp .29 2.1.1 Truyền dẫn tín hiệu tương tự .30 2.1.2 Truyền dẫn tín hiệu số 30 2.2 Truyền hình số vệ tinh DTH 31 2.2.1.Tổng quan .31 2.2.2 Ưu nhược điểm truyền dẫn số vệ tinh DTH 32 2.3.Truyền hình số mặt đất 32 2.3.1.Tổng quan .32 2.3.2.Ưu nhược điểm truyền hình số mặt đất 32 KẾT LUẬN .33 TÀI LIỆU THAM KHẢO 34 Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam DANH MỤC HÌNH VẼ MỞ ĐẦU Nhằm mục tiêu nâng cao chất lượng truyền hình, đưa thơng tin xác kịp thời lĩnh vực kinh tế, trị, văn hóa xã hội Việt Nam nghiên cứu triển khai ứng dụng công nghệ Truyền Hình Số (Digital Broadcasting) vào thực tế Cơng nghệ khắc phục nhược điểm cơng nghệ truyền hình tương tự (Analogue Broadcasting) ảnh hưởng thời tiết, hạn chế khoảng cách truyền dẫn, chất lượng tín hiệu… Bên cạnh với lộ trình xóa bỏ truyền hình tương tự nước đến năm 2020 hầu hết nhà khai thác, đài truyền hình số hóa hồn tồn kênh chương trình sử dụng cơng nghệ tiên tiến giới kỹ thuật nén tín hiệu âm thanh, hình ảnh, tiêu chuẩn hình ảnh chất lượng cao SD(Standard Definition), HD(High-definition) Như biết truyền hình số có mặt từ sớm giới nước khác khu vực thực bùng nổ Việt Nam vài năm trở lại Và thời gian ngắn, trước nhu cầu sử dụng truyền hình nhiều kênh chất lượng cao ngày gia tăng hầu khắp địa phương nước, với số lượng lớn thuê bao nhanh chóng đạt Tại Việt Nam có đơn vị triển khai truyền hình số sau: - Tổng Cơng Ty Truyền Hình Cáp Viêt Nam (VTV Cap) – VCTV Cơng ty TNHH Truyền Hình Cáp Saigontourist (SCTV Co.Ltd) Cơng ty TNHH Truyền Hình Số Vệ Tinh Việt Nam (K+) Truyền Hình Cáp Tp.HCM (HTVC) Truyền Hình Cáp Hà Nội (BTS) Truyền Hình Mặt Đất (VTC, AVG) Truyền hình số nói chung Truyền hình trả tiền nói riêng xem mẻ Việt Nam để nắm cách thức xử lý tín hiệu cho truyền chúng tơi xin phép chọn đề tài “Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam” để nghiên cứu Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Phần I XỬ LÝ TÍN HIỆU TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ 1 Giới thiệu truyền hình số 1.1.1 Hệ thống truyền hình số Nguyên lý cấu tạo hệ thống thiết bị truyền hình số đưa hình 1-1: Hình 1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát hệ thống truyền số Đầu vào thiết bị truyền hình số tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự Trong thiết bị mã hố(biến đổi A/D), tín hiệu hình biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, tham số đặc trưng tín hiệu xác định từ hệ thống truyền hình lựa chọn Tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị phát Sau qua kênh thơng tin, tín hiệu truyền hình số đưa tới thiết bị thu cấu tạo từ thiết bị biến đổi tín hiệu ngược lại với q trình xử lý phía phát Giải mã tín hiệu truyền hình thực biến đổi tín hiệu truyền hình số thành tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống truyền hình số trực tiếp xác định cấu trúc mã hoá giải mã tín hiệu truyền hình Mã hố kênh đảm bảo chống sai sót cho tín hiệu kênh thông tin (bổ sung thêm bit để phát lỗi sửa lỗi) Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tín tín hiệu số với kênh thơng tin Khi tín hiệu truyền hình số truyền theo kênh thông tin, thiết bị biến đổi gọi điều chế giải điều chế Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam 1.1.2 Đặc điểm truyền hình số  Yêu cầu băng tần Yêu cầu băng tần khác rõ tín hiệu số tín hiệu tương tự Tín hiệu số vốn gắn liền với yêu cầu băng tần rộng Ví dụ: tín hiệu tổng hợp yêu cầu tần số lấy mẫu bốn tần số sóng mang màu, hệ NTSC (NTSC (National Teltevision System Committee) hệ truyền hình sử dụng hầu hết Bắc Mỹ Nam Mỹ.Chuẩn NTSC có tần số quét ngang 60Hz (tương đương 30 khung hình/s).Mỗi khung hình tao 525 dòng quét đơn) 14,4 MHz, thực mã hoá với từ mã dài bit, tốc độ dỏng bit 115,2 Mbit/s, độ rộng băng tần khoảng 58 MHz Trong tín hiệu tương tự cần băng tần 4,25 MHz Các tính chất đặc biệt tín hiệu hình ảnh lặp lại, khả dự báo làm tăng thêm khả giảm băng tần tín hiệu  Tỷ lệ tín hiệu / tạp âm (signal/ noise) Một ưu điểm lớn tín hiệu số khả chống nhiễu trình xử lý khâu truyền dẫn ghi Nhiễu tạp âm hệ thống tương tự có tính chất cộng, tỷ lệ S/N toàn hệ thống tổng cộng nguồn nhiễu thành phần gây ra, ln ln nhỏ tỷ lệ S/N khâu có tỷ lệ thấp Tính chất hệ thống số đặc biệt có ích cho việc sản xuất chương trình truyền hình với chức biên tập phức tạp cần nhiều lần đọc ghi Việc truyền tin hiệu qua nhiều chặng thực thuận kợi với tín hiệu số mà khơng làm suy giảm chất lượng tín hiệu hình  Méo phi tuyến Méo tuyến tính méo gây cho tín hiệu phần tử tuyến tính kênh truyền, phần tử (trong nhiều trường hợp lại xem chúng hệ thống - đơn giản xem chúng khối/block) tuyến tính phần tử mà phép toán biểu diễn quan hệ đầu theo đầu vào thỏa mãn tính chất xếp chồng Nơm na đặc tuyến biên độ vào-ra đường thẳng thẳng Méo phi tuyến, trái lại, lại gây phần tử phi tuyến (khơng thỏa mãn tính chất xếp chồng, có đặc tuyến vàora đường khơng thẳng) Tín hiệu số không bị ảnh hưởng mèo phi tuyến q trình ghi, truyền  Chồng phổ Một tín hiệu số lấy mẫu theo chiều thẳng đứng chiều ngang, nên có khả xẩy chồng phổ theo hướng Theo chiều thẳng đứng, chồng phổ hệ thống số tương tự Để ngăn ngừa tượng méo chồng phổ theo Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam chiều ngang, thực cách sử dụng tần số lấy mẫu lớn lần thành phần tần số cao hệ thống tương tự  Giá thành độ phức tạp Mạch số ln có cấu trúc phức tạp mạch tương tự, xuất giá thành thiết bị số cao nhiều so với thiết bị tương tự Thêm việc thiết lập sử dụng trì chúng bở ngỡ người làm chuyên môn Tuy nhiên, vấn đề nhanh chống thực dễ dàng nhờ phát triển cơng nghệ truyền thơng số cơng nghiệp máy tính  Xử lý tín hiệu Sau biến đổi A/D, tín hiệu cịn chuỗi số, bit”0” và”1”, thao tác công việc phức tạp mà không làm giảm chất lượng hình ảnh Khả tăng lên nhờ việc lưu trữ bit nhớ đọc với tốc độ nhanh  Khoảng cách trạm truyền hình đồng kênh Tín hiệu số cho phép trạm truyền hình đồng kênh thực khoảng cách gần nhiều so với hệ thống tương tự mà không bị nhiễu Việc giảm khoảng cách trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tần tín hiệu, tạo hội cho nhiều trạm phát hình phát chưong trình với độ phân giải cao HDTV hệ truyền hình  Hiệu ứng ghost ( bóng ma) Hiện tượng xảy hệ thống tương tự tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường Việc tránh nhiễu đồng kênh hệ thống số làm giảm tượng truyền hình quảng bá 1.1.3 Các phương pháp biến đổi tín hiệu video Có phương pháp biến đổi là: - Biến đổi trực tiếp tín hiệu video màu tổng hợp - Biến đổi riêng tín hiệu video màu thành phần a Tín hiệu video số tổng hợp Tín hiệu video số tổng hợp thực chất chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số Hình Biến đổi A/D tín hiệu màu tổng hợp Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Tín hiệu video tương tự lấy mẫu ( rời rạc hoá) với tần số lấy mẫu lần tần số mang màu(4fsc), vào khoảng 17,22 MHz tín hiệu PAL Mỗi mẫu tín hiệu lượng tử hoá 10 bit, cho ta chuỗi số liệu 177 Mbit/s Biến đổi tín hiệu video tổng hợp có ưu điểm dãy tần Nhược điểm tín hiệu tổng hợp màu có tượng can nhiễu chói màu, gây khó khăn việc xử lý, tạo kỹ xảo truyền hình.v b Tín hiệu video số thành phần Hình Sơ đồ biến đổi A/D tín hiệu màu thành phần LPF lọc thông thấp (Low Pass Filter) tức lọc cho thành phần tần số thấp tần số cắt qua thôi, thành phần tần số cao bị loại bỏ Tín hiệu video số thành phần chuyển đổi từ tín hiệu video tương tự thành phần sang số, quy định theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR 601 Tín hiệu video số thành phần cịn gọi tiêu chuẩn D-1 tiêu chuẩn 4:2:2 Đối với tiêu chuẩn tín hiệu chói lấy mẫu với tần số 13,5MHz, hai tín hiệu màu lấy mẫu với tần số 6,75 MHz Mỗi mẫu lượng tử hoá 8/10bit, cho ta tốc độ bit 216/270 Mbit/s lượng tử hoá bit cho ta 256 mức 10 bit cho ta 1024 mức với tỉ số tín hiệu tạp âm (S/N) cao Biến đổi tín hiệu thành phần cho ta dịng số có tốc độ bit cao tín hiệu số tổng hợp Tuy nhiên dịng tín hiệu thành phần số cho phép xử lý dể dàng chức ghi, dựng, tạo kỹ xảo v.v…Hơn chất lượng ảnh khơng chịu ảnh hưởng can nhiễu chói màu tín hiệu tổng hợp 1.1.4 Chuyển đổi tương tự – số số – tương tự a Nguyên tắc làm việc chuyển đổi tương tự – số Sơ đồ khối mạch A/D bao gồm: Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Hình Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự – số  Mạch lọc thông thấp Mạch dùng để hạn chế băng tần tín hiệu vào Nhiệm vụ ngăn ngừa mức chéo( tín hiệu khác chồng lên nhau) Đặc trưng phải được chọn cho khơng làm xuất mức tín hiệu tương tự cần lấy mẫu Do đó, mạch lọc phải làm suy giảm tín hiệu ngồi băng tần( 45dB) có đặc trưng biên độ điều đặc trưng tuyến tính pha băng tần tín hiệu cần lấy mẫu, đồng thời cần có đăc tuyến thích hợp cho băng tần tính hiệu có ích  Mạch tạo xung đồng hồ lấy mẫu Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu đồng tất nhân mạch ADC Nó tạo hai loại xung sau đây: + Xung lấy mẫu tạo từ tần số lấy mẫu f sa (đồng với tần số dòng) Thời gian xung lấy mẫu 1 Tsa ( Tsa = ) f sa 20 + Xung đồng hồ dùng để đồng khâu ADC đồng với xung lấy mẫu Nếu mạch mã hoá làm việc theo phương pháp song song tần số xung đồng hồ tần số lấy mẫu f sa, theo nguyên tắc mạch nối tiếp thí tần số nfsa (n số bit)  Mạch lấy mẫu Mạch có hai nhiệm vụ: + Lấy mẫu tín hiệu tương tự tai điểm khác cách điều nhau( rời rạc tín hiệu mặc thời gian) + Giữ cho biên độ điện áp thời điểm lấy mẫu khơng đổi q trình chuyển đổi tiếp theo( nghĩa q trình lượng tử hố mã hoá)  Mạch lượng tử hoá Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Tín hiệu mạch lấy mẫu đưa đến mạch lương tử hoá để thực làm tràn với độ xác ± Q Mạch lượng tử hố làm rời rạc hố tín hiệu tương tự mặt biên độ Như trình lượng tử hố tín hiệu tương tự số nguyên lần mức lượng tử, nghĩa là: Z Di = int Trong đó: X Ai X Ai ∆ X Ai ⋅ Q = Q Q (1.1) XAi : tín hiệu tương tự điểm i ZDi : tín hiệu số thời điểm i Q : mức lượng tử ∆X Ai : số dư cho phép lượng tử hoá int(integer): phần nguyên Lượng tử hoá thực chất q trình làm trịn số, lượng tử hố thực theo nguyên tắc so sánh Tín hiệu cần chuyển đổi so sánh với loạt đơn vị chuẩn Q  Mạch mã hoá Sau mạch lượng tử hoá mạch mã hoá, mạch mã hoá, kết lượng tử hoá nếp lại theo quy luật định phụ thuộc vào loại mã yêu cầu đầu chuyển đổi b Các phương pháp chuyển đổi tương tự số Người ta chia làm phương pháp biến đổi tương tự sang số bao gồm: - biến đổi song song biến đổi nối mã đếm biến đổi nối m4 nhị phân biến đổi song song – nối tiếp kết hợp Chuyển đối A/D theo phương pháp song song (1 ADC N bit cần 2^N-1 so sánh 2^N+1 điện trở Nguyễn Đăng Khương Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Hình Sơ đồ nguyên lý đối A/D theo phương pháp song song Trong phương pháp chuyển đối song song, tín hiệu tương tự U A đồng thời đưa đến so sánh S1 ÷ Sn hình 5-8 Điện áp chuẩn Uch đưa đến đầu vào thứ hai so sánh qua thang điện trở R Do điện áp đặc vào so sánh lân cận khác lượng không đổi giảm đên từ S đến Sn Đầu so sánh có đien áp vào lớn điện áp chuẩn lấy thang điện trở có mức logic “1”, đầu cịn lại có mưc logic “0” Tất đầu nối với mạch “ và”, đầu mạch “và” nối với mạch tạo xung nhịp Chỉ có xung nhịp đưa đến đầu vào “và” xung đầu so sánh đưa vào mạch nhớ FF ( Flip Flop) Xung nhịp đảm bảo cho trình so sánh kết thúc đưa tín hiệu vào nhớ Bộ nhớ mã hố biến đối tín hiệu vào dạng mã nhị phân Mạch biến đổi song song có tốc độ chuyển đối nhanh, trình so sánh thực song song , kết cấu mach phức tạp với số linh kiện rât lớn Chuyển đổi A/D nối tiếp dùng vòng hồi tiếp Nguyễn Đăng Khương 10 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam + Các mã để xử lý số tín hiệu phận khác hệ thống truyền hình số Q trình mã hố tín hiệu truyền hình truyền tin tức theo kênh thông thông tin trình giải mã tín hiệu bên thu độc lập, chí khơng phối hợp với Điều có nghĩa việc biểu diễn số tín hiệu truyền hình khơng thích hợp cho việc truyền theo kênh thơng tin, cịn mã thích hợp cho việc mã hố tín hiệu truyền hình truyền chống nhiễu theo kênh thơng tin giải mã theo phương pháp phức tạp Để đáp ứng mã hoá tín hiệu truyền hình sau tạo lại bên thu, người ta thường dùng loại mã, cịn việc truyền chống nhiễu theo kênh thơng tin dùng loại mã khác Trong khâu truyền hình số, mã sơ cấp sử dụng chủ yếu để mã hố tín hiệu truyền hình, ghi hình từ hình, biểu diễn tín hiệu thơng tin phụ mục đích bổ sung khác Các mã hiệu chỉnh sai số sử dụng trường hợp tín hiệu số bị méo truyền theo đường thông tin b Các đặc tính mã Q trình biến đổi nhiều điểm lượng tử hố tín hiệu thành tổ hợp ký hiệu khác gọi mã hố, cịn nhóm ký hiệu thơng tin điểm mã hoá gọi mã Các mã mà tổ hợp bao gồm số ký hiệu gọi mã đặn, mã mà tổ hợp bao gồm số ký hệu khác gọi mã khơng đặn Trong truyền hình số dùng phổ biến mã với số 2, 3, Khi tạo nên mã thiết bị mã hoá dùng ghi dịch tổ hợp mã biểu diễn cách thuận tiện dạng đa thức f(x) từ biến x với hệ số xác định từ trường GE(g) f(x) = a0 + a1x2 + a2x2 + …… + anx2 (2-4) Mã với số q=2 gọi mã số 2, sử dụng rộng rãi hệ thống truyền hình số Còn mã với số lớn thường sử dụng việc truyền theo đường thơng tin Khi mã hố hiệu chỉnh, bảng mã xuất xứ nhỏ bảng mã kênh, để truyền thơng tin địi hỏi phải có phần tổ hợp tồn từ mã kênh Các tổ hợp mã sử dụng gọi cho phép, phần lại gọi tổ hợp mã tự cấm Khả sử dụng mã để phát sửa chữa sai số truyền đặc trưng khoảng cách mã, số bậc mã tổ hợp phân biệt với tổ hợp mã khác Nguyễn Đăng Khương 21 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Việc đưa vào mã độ dư làm tăng khoảng cách nhỏ làm giảm tốc độ truyền thơng tin, để truyền ký hiệu sửa chữa cần thiết phải có thời gian phụ Độ dư mã xác định sau: Rx = 1-log2Np / log2N0 (2-5) Trong : Rx độ dư mã Np số tổ hợp mã cho phép N0 số tổ hợp mã Đối với đa số mã, phần k tổ hợp ký hiệu xác định từ n ký hiệu từ đường thơng tin, cịn phần r cịn lại để hiệu chuẩn Do số mã Rk = – log22k / log2.2n = – k/n = r/n (2-6) Trong lý thuyết mã hố, phần ký hiệu thơng tin từ mã gọi tốc độ truyền thông tin: R = k/n = (n-r)/n = – r/n (2-7) Khi sử dụng mã chống sai số, luôn phải ý tăng tính chống nhiễu đạt giảm tốc độ truyền tin tồn xát xuất sai số tới hạn Khi vượt xát xuất tới hạn mã làm tính chất hiệu chỉnh Như để phục vụ yêu cầu ghi, truyền tín hiệu video, mã hố sử dụng trường hợp : + Mã hoá sơ cấp : Dùng để tạo tín hiệu số cudiơ + Mã bảo vệ sửa sai : Tăng khả chịu đựng tín hiệu kênh có nhiễu + Mã truyền tuyến tính : Tăng khả truyền dẫn c Các mã sơ cấp Mã sơ cấp truyền hình số mã đồng với, có cấu trúc tuyệt đối: + NRZ (Non Return to Zero): Không trở lại mức không + RZ ( Return to Zero) Trở lại mức không + BiPh( Biphase) : Hai pha Các mã sơ cấp phân thành loại có trọng số loại khơng có trọng số Loại có trọng số bao gồm mã mà bên cạnh bậc tổ hợp mã nhận biết hệ số thơng số Khi mã số có dạng đa thức: N −1 F (q ) = C + C1 q + + C N q N −1 = ∑ C i q i i −0 Trong đó: Nguyễn Đăng Khương i - số hệ thống đếm số bậc theo thứ tự tổ hợp mã 22 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam qi - trọng số đa thức Ci - hệ số tương ứng với bậc đa thức số nguyên theo modul q N −1 F ( 2) = ∑ C i i i −0 Mã trọng số , Ci số tự nhiên (Ci =0 1), hệ thống truyền hình số sử dụng rộng rãi Các mã khơng trọng số mã phản xạ Trong có mã gray Mã gray có khoảng cách làm sai số thiết bị, kết hợp với việc phát sai số khối thơng tin có bậc Vì mã gray sử dụng rộng rãi việc mã hố ma trận tín hiệu truyền hình dùng ống tia điện tử truyền tín hiệu truyền hình số phương pháp điều pha nhiều vị trí tương đối Dạng biểu diễn mã sơ cấp xác định dạng tín hiệu gọi dạng mã Hình 6.10 đưa đồ thị thời gian dãy nhị phân 10110100, mã nhị phân biểu diễn theo dạng khác Hình 20 Mã sơ cấp Nguyễn Đăng Khương 23 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Các mã dạng NRZ dãy nung có độ rộng nung thời gian chu kỳ đồng hồ: U (t) = U(t) – U(t-T) Trong đó: (2-9) T thời gian chu kỳ đồng hồ Mức logic ứng với mức điện áp thấp nhất, mức logic ứng với mức điện áp cao Người ta đưa mã thành loại: nrz gián đoạn tích cực NRZ gián đoạn thụ động: mức symbol ứng với mức điện áp 0, mrz gián đoạn tích cực (NRZ-P) ứng với điện áp âm ( giá trị), điện áp âm ứng với symbol Các biến thể nrz mã NRZ – M (NRZ-mark) gọi NRZ-1, mã NRZ-S (NRZ – spase) gọi NRZ – 0, mã NRZ-M, thay đổi biên độ tín hiệu ứng với mức logic ứng với trường hợp khơng có thay đổi biên độ Mã NRZ –S mã bổ sung cho mã NRZ – M , mã NRZ – S có mức logic ứng với trường hợp có thay đổi biên độ tín hiệu mức logic 1, biên độ tín hiệu cố định Các mã dạng Rt khác với mã NRt xung điện áp chiếm nửa hay phần phạm vi nhịp T U (t) = U(t) – U(t-0.5T) (2-10) Có xung: ứng với mức logic 1, khơng có xung : ứng với mức logic Trong trường hợp logic 1, biên độ tín hiệu thay đổi hai lần, cịn mức logic biên độ tín hiệu không đổi Người ta phân biệt làm hai mã Loại mã RZ:gián đoạn tích cực (RZ – P) xung âm có độ rộng bắng ½ phần thời gian xung đồng hồ biên độ biên độ xung dương ứng với mức logic Một biến củaRZ gián đoạn khơng tích cực(RZ – P) loại mã mức logic ứng với xung dương có biên độ nhỏ xung ứng với mức logic Đối với mã RZ có khả tạo lại tín hiệu đơng hồ từ chuỗi tín hiệu mã thu Các mã dạng Biph tạo thành nhờ cặp xung phụ RZ phạm vi nhịp: U(t) = U(t) – 2U(t – 0,5T) + U(t – T) (2-11) Các loại mã xuất phát từ Biph bao gồm: Biph-M(Bi- phase Mark) Biph-1 Biph-S(Bi- phase space) Biph-0 Trong mã Biph-M( gọi mã điều tần xung mã Manchester I), biến đối mức tâm chu kỳ đồng hồ ứng với mức logic 1.và khơng có thay đổi mức ứng với mức logic Mã Biph-S bổ xung cho mã Biph-M Trong Biph-S, thay đổi mức tâm chu kỳ đồng hồ ứng với mức logic 0, ngược lại khơng có thay đổi ta có mức logic Tín hiệu mã Biph(hai pha) biễu diễn chuỗi xung lặp lại với tần số tín hiệu đồng hồ Nguyễn Đăng Khương 24 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Trong truyền hình số, mã NRZ thường dùng cho thiết bị studio thiết bị truyền thong tin phục vu cho tín hiệu truyền hình Mã RZ dung số trường hợp truyền tín hiệu hình số khoảng cách xa Mã Biph dùng q trình ghi tín hiệu số băng từ 1.3 Kỹ thuật nén Audio Nén khộng thông tin cho phép phục hồi lại bit ban đầu sau tiến hành giải nén Phương pháp loại bỏ dư thừa thống kê tồn tín hiệu audio cách dự đốn trước giá trị tín hiệu từ mẫu trước Hệ số nén phương pháp đạt 2:1 cho cáctín hiệu audio phức tạp Nén khơng thông tin chủ yếu dựa vào kỹ thuật mã hoá dự đoán miền thời gian : thuật toán DPCM hay ADCPM, mã hoá entropy v.v sử dụng cho mục đích Hình 21 Hệ thống mã hoá điểm động khối số liệu audio Trong hệ thống này, giá trị nhị phân từ trình biến đổi A/D nhóm thành khối số liệu, miền thời gian (tại đầu bộA/D) miền tần số (tại đầu biến đổi DCT ) Các giá trị nhị phân khối số liệu cân cho giá trị lớn không vượt giá trị cho phép Hệ số cân chung cho tất giá trị khối Như vậy, giá trị biểu diễn phần định trị –chính giá trị mẫu – hệ số mũ thích hợp với biên độ mẫu Đây q trình lượng tử hố khơng bước lượng tử xác định số bit khối Số bit phụ thuộc vào khả cảm nhận âm người 1.3.1 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-1 Thành phần audio theo tiêu chuẩn xác định ba lớp để mã hoá tín hiệu PCM với tần số lấy mẫu 32; 44,1 48 kHz Bộ mã hoá giải mã MPEG audio vẽ hình 3.1 Ba lớp tiêu chuẩn MPEG audio đáp ứng cho chế độ khác bao gồm: Nguyễn Đăng Khương 25 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam - Chế độ mono : có kênh audio Chế độ dual mono : có hai kênh audio độc lập Chế độ stereo : kênh âm Chế độ joint stereo : phối hợp quan hệ kênh âm Đặc tính lớp I, II, III nén MPEG audio xác định tham số khác tốc độ dòng số sau nén, số mẫu khối đầu vào cho kênh, cấu trúc thời gian khung, phương pháp dự đoán chế độ làm việc a) Cấu trúc mã hố audio MPEG Hình 22 Bộ mã hoá giải mã audio MPEG b) Cấu trúc giải mã audio MPEG Nguyễn Đăng Khương 26 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Hình 23 Dạng dòng số liệu lớp audio MPEG Lớp I tương ứng với tốc độ số 32 đến 448 Kbit/s , sử dụng chủ yếu băng ghi số Lớp II tương ứng với tốc dộ 32 đến 384 Kbit/s , sử dụng chủ yếu đĩa CD, tiêu chuẩn nén audio số truyền thông đa phương tiện Lớp III nén audio MPEG có tốc độ từ 32 đến 320 Kbit/s thường sử dụng ứng dụng nén với quan hệ số nén cao mạng ISDN băng hẹp, truyền thông từ xa, đường truyền vệ tinh qua mạng internet Cấu trúc lớp MPEG vẽ hình 1.23 1.3.2 Tiêu chuẩn nén audio MPEG-2 Nén MPEG-2 cho audio tiêu chuẩn mở rộng MPEG-1 để dùng cho ứng dụng Khung MPEG-2 audio chia thành làm hai phần, dịng bit tương thích với chuẩn MPEG-1 dòng mở rộng Nén MPEG-2 audio cho khả sử dụng nhiều kênh (tốc độ mở rộng kênh lên đến 1Mbit/s phục vụ cho ứng dụng tốc độ cao) Các số liệu chèn vào khoảng chứa số liệu phụ cấu trúc khung audio MPEG-2 hình1.24 Nguyễn Đăng Khương 27 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Hình 24 Sự mở rộng MPEG-2 dòng MPEG-1 Nguyễn Đăng Khương 28 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Phần II MƠ HÌNH TRIỂN KHAI TRUYỀN HÌNH SỐ TẠI VIỆT NAM 2.1 Truyền hình cáp Sơ đố khối tổng quát hệ thống truyền cáp Mạng truyền hình cáp tổng quát gồm thành phần chính: Hệ thống thiết bị trung tâm, hệ thống mạng phân phối tín hiệu thiết bị thuê bao, hình 1.1 Hình Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến - Hệ thống thiết bị trung tâm (Headend System) nới cung cấp, quản lý chương trình cho hệ thống mạng truyền hình cáp Đầy nơi thu thập thơng tin giám sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng cung cấp tín hiệu điều khiển mạng Với hệ thống đại có khả cung cấp dịch vụ tương tác, truyền số liệu, hệ thống thiết bị trung tâm cịn có thêm nhiệm vụ :mã hố tín hiệu quản lý truy nhập, tính cước truy nhập, giao tiếp với hệ thống mạng viễn thông mạng internet… - Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp mơi trường truyền dẫn tín hiệu từ trung tâm mạng đến thuê bao Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến có nhiệm vụ nhận tín hiệu từ thiết bị trung tâm, điều chế, khuếch đại, truyền vào mạng cáp, thiết bị mạng có nhiệm vụ, khuếch đại, cấp nguồn phân phối tín hiệu truyền đến tận thiết bị thuê bao Hệ thống mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp phận đến chất lượng dịch vụ, khoảng cách dịch vụ, số lượng thuê bao khả mở rộng nâng cấp mạng - Thiết bị thuê bao: Với mạng truyền hình cáp sử dụng công nghệ tượng tự, thiết bị thuê bao máy thu hình, thu tín hiệu từ mạng phân phối tín hiệu Truyền dẫn tín hiệu mạng truyền hình cáp Tín hiệu cung cấp cho hệ thống truyền cáp lấy từ nhiều nguồn khác nhau: hệ thống truyền hình quảng bá mặt đất, từ vệ tinh, từ vi ba cung cấp trực tiếp từ phân sản xuầt chương trình Nguyễn Đăng Khương 29 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam Truyền hình cáp sử dụng kênh truyền nằm phạm vi dải thông cân băng UHF Các kênh truyền hình cáp chia thành băng VHF thấp, VHF giữa, VHF cao siêu băng (supperband) Căn vào dải thông hay số lượng kênh mà người ta chia làm hệ thống nhỏ, vừa hay lớn Bảng 1.1 cách phân chia hệ thống Phân loại hệ thống Small Medium Large Dải thông Phạm vi tần số hoạt động 170 MHz 50 MHz – 220 MHz 220 MHz 50 MHz – 270 MHz 280 MHz 50 MHz – 330 MHz 350 MHz 50 MHz – 400 MHz 400 MHz 50 MHz – 450 MHz 500 MHz 50 MHz – 550 MHz 700 MHz 50 MHz – 750 MHz 950 MHz 50 MHz – 1000 MHz 2.1.1 Truyền dẫn tín hiệu tương tự Dải thơng cần thiết để truyền kênh truyền hình tương tự theo tiêu chuẩn PAL 8MHz, dải thông kênh hệ thống kênh truyền hình cáp Để thu tín hiệu truyền hình tương tự, th bao cần máy thu bình thường, nối đường cáp với đầu nối anten điều chỉnh máy thu dải tần kênh phát Như vậy, thuê bao đầu tư thiết bị ban đầu lắp đặt truyền hình cáp Tuy nhiên, hệ thống truyền cáp hữu tuyến tương tự có số nhược điểm sau: - - Trong thực tế, lọc thông dải thiết bị điều chế tín hiệu truyền hình cáp tương tự khơng đạt đặc tuyến lý tưởng, dẫn đến tín hiệu kênh chương trình gây nhiễu sang kênh liền kề, dẫn đến giảm chất lượng hình ảnh phát nhiều kênh chương trình Do khả chống nhiễu phương thức điều chế tín hiệu tương tự nên nhiễu tác động vào tín hiệu đường truyền loại bỏ máy thu, dẫn đến giảm chất lượng tín hiệu - Khơng thể thực dịch vụ truyền hình tương tác, truyền hình độ phân giải cao 2.1.2 Truyền dẫn tín hiệu số Sự phát triển kỹ thuật số công nghệ thông tin tạo cách mạng thực kỹ thuật phát – truyền hình, đời chuẩn truyền dẫn Nguyễn Đăng Khương 30 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam truyền hình số Sự đời chuẩn truyền dẫn truyền hình kỹ thuật số tạo ưu điểm vượt trội so với chuẩn truyền dẫn phát tín hiệu truyền hình tương tự: - - - - Khả chống nhiễu cao : Q trình điều chế tín hiệu truyền hình số bao gồm việc xáo trộn liệu, khâu giúp cho khả : có nhiễu đường truyền tác động vào nhóm bit nhóm byte, bit nhóm bị lỗi khơng nằm cạnh thực luồng thông tin, dẫn đến số lượng bit bị lỗi nhóm bit thơng thực tế ít, điều làm ảnh hưởng nhiễu giảm xuống nhiều so với tín hiệu truyền hình tương tự Có khả phát sửa lỗi : Phương pháp mã hoá bit đặc biệt (mã hố Reed- Solomon, mã vịng xoắn – Veterbi), khả ghép thêm bít để phát lỗi bit sửa chữa lỗi trước truyền tín hiệu truyền hình số làm cho dịng bít tín hiệu truyền hình số tự phát sửa lỗi, điều tín hiệu truyền hình tương tự khơng thể làm Chất lượng chương trình trung thực : Do có khả chống nhiễu, phát tử sữa lỗi tốt, phía thu tín hiệu truyền hình số khơi phục hồn tồn, giúp cho hình ảnh phía thu hồn tồn trung thực phía phát Tiết kiệm phổ tần kinh phí đầu tư: Bằng cách sử dụng công nghệ nén MPEG-2 phương thức điều chế tín hiệu số có mức điều chế cao (QPSK, QAM, 16QAM, 64QAM,….) 2.2 Truyền hình số vệ tinh DTH 2.2.1.Tổng quan DTH (Direcquant to home) dịch vụ truyền hình trả tiền (Pay Television) Truyền hình kỹ thuật số vệ tinh truyền dẫn nhiều kênh truyền hình quản lý đến đầu thu giải mã, phương thức truyền dẫn qua vệ tinh sử dụng băng tần KU So với phương thức truyền dẫn tín hiệu khác, truyền hình qua vệ tinh DTH phương thức phủ sóng hiệu Đặc biệt hơn, dịch vụ truyền hình phù hợp với điều kiện địa hình Việt Nam DTH có mạnh mà truyền hình mặt đất truyền hình cáp khơng thể có như: vùng phủ sóng rộng, khơng phụ thuộc vào địa hình, cường độ trường điểm thu ổn định đồng toàn quốc nên hình ảnh, âm ln có chất lượng tốt DTH sử dụng băng tần KU (từ 54-56 dBW) vệ tinh Measat-2, kích thước anten thu cần 0,6m nên phù hợp với điều kiện thu hộ gia đình Theo chuyên gia đánh giá: “Công nghệ truyền dẫn DTH công nghệ truyền dẫn số nên đảm bảo chất lượng, tín hiệu hình ảnh âm thanh, truyền dẫn nhiều chương trình truyền hình có độ phân giải cao tách sóng (transponder), hệ thống âm stereo hay âm lập thể AC3″ Một hạn chế sử dụng Truyền hình vệ Tinh chất lượng tín hiệu bị Nguyễn Đăng Khương 31 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam giảm (hình bị dừng, ảnh bị vỡ…) có tác động mạnh mưa, bão Tuy nhiên, người sử dụng khắc phục nhược điểm cách tăng đường kính ăng ten thu 2.2.2 Ưu nhược điểm truyền dẫn số vệ tinh DTH DTH Là truyền hình kỹ thuật số vệ tinh, sử dụng chảo thu tín hiệu trực tiếp từ vệ tinh Do thu tín hiệu từ vệ tinh nên để lắp đặt DTH cần khảo sát địa hình bị che chắn, mưa gió lớn tín hiệu gây bị ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh (Đặc trưng truyền hình số Vệ Tinh nói chung)  Ưu điểm -Áp dụng cho gói, tất tỉnh thành lãnh thổ Việt Nam thu được, không giới hạn vùng miền khu vực…  Nhược điểm – Phải gắn chảo trời theo hướng cố định Việc lặp đặt khó khăn – Khi trời mưa to nhiều bị ảnh hưởng – Khó di chuyển thiết bị hơn…cần có kỹ thuật viện hỗ trợ di chuyển thiết bị chảo 2.3.Truyền hình số mặt đất 2.3.1.Tổng quan Truyền hình kỹ thuật số mặt đất (Tiếng Anh: Digital Terrestrial Television – DTT) công nghệ chuyển đổi từ Analog (tương tự) sang Digital (kỹ thuật số) Ưu điểm phương thức hình ảnh sắc nét, có chiều sâu, loại bỏ hồn tồn tượng nhiễu bóng ma (ghost free) vốn nhược điểm truyền hình analog thơng thường, loại bỏ tác hại tia sóng phản xạ, khơng bị ảnh hưởng nhiễu phát máy vi tính, mơ tơ điện, sấm sét… Truyền hình kỹ thuật số mặt đất có khả thu cố định xách tay, thu di động phương tiện giao thông công cộng ô tô, tàu hoả, máy bay Để sử dụng cơng nghệ này, người dùng cần có ăng ten thu sóng đầu thu kỹ thuật số (Set-top-box) để giải mã, chuyển đổi tín hiệu 2.3.2.Ưu nhược điểm truyền hình số mặt đất DTT truyền hình kỹ thuật số mặt đất, sử dụng Antenna để thu tín hiệu từ trạm phát mặt đất Tín hiệu có độ ổn định cao kể mưa gió khơng ảnh hưởng đến chất lượng hình ảnh  Ưu điểm – Thiết bị nhỏ gọn, để phịng khơng cần kéo ngồi trời – Thu sóng ổn định, không ảnh hưởng thời tiết – Dễ dàng di chuyển vị trí  Nhược điểm – Chỉ triển khai với gói Như ý cao cấp với địa điểm có trạm phát sóng DTT Hà Nội, TPHCM tỉnh lân cận như: Phú thọ, hịa bình, hà nam, hưng n, Thái ngun, Bắc ninh, Bắc giang, tỉnh Vĩnh phúc…Trong tương lai truyên hình An Viên xây trạm phát sóng DTT tồn quốc Nguyễn Đăng Khương 32 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam KẾT LUẬN Qua việc tìm hiểu tiểu luận “ Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng Việt Nam”.Tơi tìm hiểu ngun lý cho hệ thống truyền hình từ từ việc xử lý tín hiệu âm thanh, hình ảnh cho chuyền hình từ liên hệ tới Nguyễn Đăng Khương 33 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam kiến thức học giảng thầy kiến thức xử lý tín hiệu số, phương pháp chuyển đổi tín hiệu từ tương tự sang tín hiệu số ( Lấy mẫu, lượng tử hóa, mã hóa …) Truyền hình số cịn mẻ Việt Nam nói riêng số nước khu vực nói chung thơng qua việc nghiên cứu vấn đề giúp hiểu hệ thống, giải pháp hãng sản xuất thiết bị giới thấy xu hướng công nghệ tương lai Lời cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Lương Đức Bằng bạn nhóm giúp em hồn thành chun đề Chuyên đề nghiên cứu thời gian ngắn nên khơng tránh khỏi thiếu xót mong thầy bạn tham gia góp ý kiến để chuyên đề hoàn thiện TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Đăng Khương 34 Xử lý tín hiệu truyền hình số ứng dụng triển khai Việt Nam [1] Đỗ Hoàng Tiến – Vũ Đức Lý Truyền hình số Nhà xuất khoa học kỹ thuật, 2001 [2] Gerald W Collins, Fundamentals of Digital Television Transmission, John Wiley & Sons, 2001 [3] Michael robin & Michael Poulin, Digital Television Fundamentals, McCraw-Hill Company, Inc [4] Eugene R Bartlett, Cable Television Technology and Operations, McCraw-Hill, Inc [5] Andrew F Inglis, Video Engineering, McCraw-Hill Companies, Inc, 1993 Nguyễn Đăng Khương 35