(TIỂU LUẬN) TIỂU LUẬN môn học kỹ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH đề tài TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH số DVB c

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN MÔN HỌC “KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH” ĐỀ TÀI: TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-C Nhóm thành viên: 04 Giảng viên: Nguyễn Thị Thu Hiên SV thực hiện: Nguyễn Thị Thu Trang Nguyễn Thị Thêu Phan Việt Hồng Nhóm mơn học: 02 Hà Nội, ngày 15 tháng 06 năm 2021 Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: Giới thiệu DVB-C 1.1 Giới thiệu truyền hình kỹ thuật số DVB 1.2 Truyền hình cáp 1.2.1 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp số 1.2.2 Chuẩn truyền hình số DVB-C .7 Chương 2: Đặc điểm chuẩn truyền hình số DVB-C 2.1 Hệ thống DVB-C .8 2.2 Hệ thống cáp 2.3 Mã hoá kênh 11 2.3.1 Ngẫu nhiên hố để định hình phổ 11 2.3.2 Mã hoá Reed – Solomon 12 2.3.3 Mã hoá đan xen .13 2.4 Phương thức điều chế DVB-C .14 KẾT LUẬN 16 Tài liệu tham khảo 17 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số DVB Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình cáp số .5 Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống DVB-C .7 Hình 2.2: Đặc tính kênh cáp .9 Hình 2.3: Sơ đồ ngẫu nhiên hố/ giải ngẫu nhiên 11 Hình 2.4: Sơ đồ khái niệm xen kẽ tích hợp ngắt xen kẽ .12 Hình 2.5: Biểu đồ chịm cho 16-QAM, 32-QAM, 64QAM, 128QAM 256-QAM 14 Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 LỜI NÓI ĐẦU Digital Video Broadcasting (DVB) áp dụng làm tiêu chuẩn cho truyền hình kỹ thuật số nhiều quốc gia Tiêu chuẩn DVB cung cấp nhiều lợi so với tiêu chuẩn tương tự trước cho phép truyền hình thực bước tiến lớn cơng nghệ Phát sóng video kỹ thuật số, DVB câu chuyện thành cơng phát sóng đại Nó cung cấp lợi hiệu lớn nhiều việc sử dụng phổ sử dụng lượng ảnh hưởng đến nhiều sở đáng kể, triển vọng nhiều kênh khả làm việc với dịch vụ tương tự có Trong tiêu chuẩn DVB, truyền hình số DVB-C (truyền hình cáp) Tiêu chuẩn để cung cấp dịch vụ video thông qua mạng cáp Trong tiểu luận tìm hiểu kiến trúc hệ thống DVB-C, hệ thống cáp cách thức hoạt động, mã hoá kênh phương thức điều chế DVB-C Bài tiểu luận trình bày theo chương cụ thể sau:  Chương 1: Giới thiệu DVB-C  Chương 2: Đặc điểm chuẩn truyền hình số DVB-C  Kết luận Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Học Viện CN Bưu Chính Viễn Thơng đưa mơn học Kỹ Thuật Phát Thanh Truyền Hình vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến giảng viên môn - Cô Nguyễn Thị Thu Hiên truyền đạt kiến thức quý báu cho em suốt thời gian học tập vừa qua Trong thời gian tham gia lớp học cô, em có thêm cho nhiều kiến thức bổ ích, tinh thần học tập hiệu quả, nghiêm túc Đây chắn kiến thức quý báu, hành trang để em vững bước sau Do vốn kiến thức nhiều hạn chế khả tiếp thu thực tế nhiều bỡ ngỡ, chúng em cố gắng chắn tiểu luận khó tránh khỏi thiếu sót nhiều chỗ cịn chưa xác, kính mong xem xét góp ý để tiểu Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 luận em hoàn thiện Chúng em xin chân thành cảm ơn tất ý kiến đóng góp để hồn thiện tiểu luận Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Chương 1: Giới thiệu DVB-C 1.1 Giới thiệu truyền hình kỹ thuật số DVB Phát sóng video kỹ thuật số (DVB) tiêu chuẩn cho truyền hình kỹ thuật số video sử dụng nhiều nơi giới Các tiêu chuẩn DVB khác bao gồm truyền hình vệ tinh, cáp mặt đất mã hóa video âm cho định dạng tệp MPEG Phát sóng video kỹ thuật số gọi truyền hình kỹ thuật số Hình 1.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số DVB DVB gồm tập tiêu chuẩn, là:  DVB-S: Hệ thống truyền hình số qua vệ tinh, sử dụng phương pháp điều chế QPSK  DVB-C: Hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số qua mạng cáp, sử dụng kênh cáp có dung lượng từ 7- 8MHz kiểu điều chế QAM: 64-QAM, 256QAM DVB-C có mức tỷ số S/N cao điều chế ký sinh thấp  DVB-T: Hệ thống truyền hình mặt đất với độ rộng kênh 8MHz, 7MHz 6MHz Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 1.2 Truyền hình cáp 1.2.1 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp số Truyền hình cáp số truyền hình có chất lượng cao thỏa mãn nhu cầu người xem giúp cho trung tâm truyền hình dễ dàng quản lý thuê bao Cấu tạo hệ thống truyền hình cáp số tương tự hệ thống truyền hình cáp tương tự Tổng quát, hệ thống truyền hình cáp số bao gồm khối chức như: Thu tín hiệu số, mã hóa nén, ghép kênh, điều chế sau truyền đến thuê bao Tại thuê bao lắp đặt Set-top-box số để thu tín hiệu giải mã Hình 1.2: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình cáp số Mạng hoạt động hệ thống dựa sở mạng HFC gọi HFC số HFC công nghệ cáp quang lai ghép, sử dụng cấu hình mạng dùng cáp quang cáp đồng trục, sử dụng để phân phối lại dịch vụ băng rộng Các dịch vụ băng rộng bao gồm: điện thọai, đa phương tiện tương tác, truy cập Iternet tốc độ cao, VOD (Video-on demand –video theo yêu cầu) học từ xa Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Theo sơ đồ hệ thống tín hiệu phát trung tâm đến thuê bao tín hiệu số Tại trung tâm hệ thống, tín hiệu thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau, Các tín hiệu máy thu đưa qua khối nén mã hóa, tín hiệu chuyển đổi hồn tồn thành tín hiệu số Tín hiệu đưa qua ghép kênh điều chế số, sau tín hiệu phát sợi cáp quang đến nút quang Từ nút quang tín hiệu điện khuếch đại đưa đến thuê bao Tại thuê bao truyền hình cáp số có hệ thống truy cập có điều kiện Tiến truyền hình cáp số kết nối máy tính với máy thu hình qua hộp giải mã Set-top-box số có khả truyền Internet 1.2.2 Chuẩn truyền hình số DVB-C Chuẩn DVB-C viết tắt cụm từ Digital Video – Cable chuẩn chung tập đồn tiêu chuẩn Châu Âu phát triển cho truyền hình kỹ thuật số thông qua hệ thống Cáp Hệ thống truyền MPEG-2 MPEG-4với dòng đưa Audio/video số Tiêu chuẩn lần đầu tiền xuất ETSI vào năm 1994, sau trở thành hệ thống truyền tải sử dụng rộng rãi cho truyền hình Cáp kỹ thuật số châu Âu Nó triển khai toàn giới hệ thống khác DVB-C hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số qua mạng cáp, sử dụng kênh cáp có dung lượng từ 6- 8MHz kiểu điều chế QAM: kiểu điều chế cho phép 16QAM, 32-QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM DVB-C có mức tỷ số S/N cao (>30dB) điều chế ký sinh thấp Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Chương 2: Đặc điểm chuẩn truyền hình số DVB-C 2.1 Hệ thống DVB-C Hình 2.1: Sơ đồ hệ thống DVB-C Kỹ thuật phát DVB-C gồm:  Hệ thống ghép kênh: Các dòng Video, Audio dòng liệu ghép kênh đưa vào dịng chương trình mà thơng qua Set Top Box (STB) cho phép truyền nhận  Kênh chuyển đổi cáp:  Phân tán lượng MUX: MPEG-2 TS biết đến gói liệu xếp trình tự có độ dài 188 byte Trong kỹ thuật gọi phân tán lượng Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02  Mã hóa ngồi: chế độ đầu tiền đáp ứng truyền tải liệu sử dụng mã khối không nhị phân, mã RS (188 204 bity) cho phép up tối đa byte lỗi cho gói 188 byte  Đan xen ngồi: xen kẽ sử dụng việc xếp lại dãy liệu truyền  Chuyển đổi liệu byte/m: Dữ liệu (byte) mã hóa đưa vào liệu dạng bit m (m = 4,5,6,7 8)  Mã hóa vi phân: byte quan trọng liệu mã hóa dạng tín hiệu  Ánh xạ QAM: Các chuỗi bit ánh xạ vào chuỗi số băng sở dạng ký tự phức tạp, kiểu điều chế cho phép 16-QAM, 32QAM, 64-QAM, 128-QAM, 256-QAM  Định hình băng sở: Tín hiệu QAM với vai trị lọc định hình nõ loại bỏ giao thoa tín hiệu nhánh đến  DAC Front-end: Tín hiệu số truyền dạng tín hiệu tương tự thông qua chuyển đổi DAC sau biến điệu thành tần số radio RF Front-end 2.2 Hệ thống cáp Hệ thống cáp khối chức thiết bị thực việc điều chỉnh TV băng tần sở tín hiệu đến đặc tính kênh cáp 10 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Hình 2.2: Đặc tính kênh cáp  Đầu cáp (Cable head-end):  Tín hiệu đầu vào biểu diễn dạng chuỗi gói luồng vận chuyển MPEG tiêu chuẩn Mỗi gói tin bao gồm 288 byte  Đầu tiên gói xáo trộn để phân tán lượng gói đồng hóa sửa đổi Sau đó, qua mã hóa Reed-Solomon 16 byte thêm vào để bảo vệ lỗi Chiều dài gói riêng lẻ trở thành 304 byte  Các gói tin sửa đổi qua xen kẽ phức tạp với độ sâu I = 12, ánh xạ khối chuyển đổi byte gói tin thành ký hiệu hai chiều QAM với thành phần I Q Sau đó, Để có chòm bất biến quay, thiết bị phải áp dụng mã hóa vi sai hai Bit quan trọng (MSB) ký hiệu  Sau đưa qua định hình băng gốc (Baseband shaping) đề thực ánh xạ từ m-bộ mã hóa vi sai sang tín hiệu I Q lọc cosin bậc hai tín hiệu I Q trước điều chế QAM Bộ điều chế QAM giao diện vật 11 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 lý thực điều chế QAM Tiếp theo giao tiếp tín hiệu điều chế QAM với kênh cáp tần số vô tuyến (RF)  Bộ thu cáp:  Máy thu thực chuỗi hoạt động ngược lại Đầu tiên, tín hiệu băng tần sở RF mức điều chỉnh, chuyển đổi xuống giải điều chế Đối với giải điều chế, đồng hóa sóng mang thời gian thực Sau đó, tín hiệu qua lọc phù hợp Trong hệ thống cáp, tần số kênh phản hồi khơng đồng mơ tả lọc tuyến tính Do đó, tín hiệu giải điều chế, biểu diễn dạng chuỗi ký hiệu chiều, hiệu chỉnh cân  Hai bit quan trọng ký hiệu giải mã giải mã vi sai Sau đó, ký hiệu từ tín hiệu ánh xạ tới chuỗi byte Sau đó, chuỗi byte qua giải xen kẽ, giải mã sửa lỗi giải mã Reed-Solomon, sau giải mã cuối byte đồng hóa sửa đổi Đầu MPEG tiêu chuẩn luồng vận chuyển 2.3 Mã hoá kênh Để đạt mức độ bảo vệ lỗi thích hợp cần thiết cho việc truyền liệu kỹ thuật số cáp, FEC dựa mã hóa Reed-Solomon sử dụng, khơng có mã hóa chập áp dụng cho truyền cáp Bảo vệ chống lại lỗi phải cách sử dụng xen kẽ byte 2.3.1 Ngẫu nhiên hoá để định hình phổ Luồng đầu vào hệ thống phải tổ chức thành gói có độ dài cố tuân theo trình truyền tải ghép kênh MPEG-2 Tổng chiều dài gói gói MUX truyền tải MPEG-2 188 byte gồm byte từ đồng Thứ tự xử lý phía truyền ln MSB (tức 0) byte từ đồng (01000111) Dữ liệu đầu ghép kênh vận chuyển MPEG-2 ngẫu nhiên hóa hình 2.3 12 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Việc chuỗi "100101010000000" vào ghi PRBS, bắt đầu tám gói vận chuyển Để khởi tạo cho trình giải mã, byte đồng MPEG-2 củaói truyền tải nhóm tám gói đảo ngược chiều dọc bit từ 47 HEX sang B8 HEX Hình 2.3: Sơ đồ ngẫu nhiên hoá/ giải ngẫu nhiên Bit đầu tạo PRBS áp dụng cho bit byte sau byte đồng MPEG-2 đảo ngược (tức 8HEX) Để hỗ trợ chức đồng hóa khác, q trình đồng hóa byte MPEG-2 gói truyền tải tiếp theo, q trình tạo PRBS tiếp tục, đầu bị vơ hiệu hóa, khiến byte khơng xếp Do đó, khoảng thời gian chuỗi PRBS 1503 byte Q trình ngẫu nhiên hóa hoạt động luồng bit đầu vào điều chế không tồn khơng tn thủ định dạng luồng truyền tải MPEG-2 (tức byte đồng + 187 byte gói) Điều để tránh phát sóng mang khơng điều chế từ điều chế 2.3.2 Mã hố Reed – Solomon Sau q trình ngẫu nhiên hóa phân tán lượng, mã hóa Reed-Solomon rút gọn có hệ thống thực gói truyền tải MPEG-2 ngẫu nhiên, với T = Điều có nghĩa byte sai gói truyền tải sửa chữa Quá trình thêm 16 byte chẵn lẻ vào gói truyền tải MPEG-2 để đưa từ mã (204,188) 13 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Đa thức tạo mã: g( x )=(x + λ 0)(x + λ 1)(x + λ2 )…(x+ λ15), λ=02 HEX Đa thức Field Generator: p(x )=x 8+ x + x3 + x +1 Mã Reed-Solomon rút gọn thực cách thêm 51 byte, tất đặt thành 0, trước byte thông tin đầu vào mã hóa (255,239); sau thủ tục mã hóa byte bị loại bỏ 2.3.3 Mã hoá đan xen Mã hóa đan xen với độ sâu I=12 áo dụng để bảo vệ lỗi gói tin, tạo khung xen kẽ Khung xen kẽ bao gồm gói bảo vệ chống lỗi chồng chéo phân định MPEG-2 byte đồng (bảo tồn tính chu kỳ 204 byte) Bộ xen kẽ bao gồm I = 12 nhánh, kết nối theo chu kỳ với luồng byte đầu vào công tắc đầu vào Mỗi nhánh phải ghi dịch chuyển Đầu vào Đầu tiên (FIFO), với ô độ sâu (Mj) (trong M = 17 = N / I, N = 204 = độ dài khung bảo vệ lỗi, I = 12 = độ sâu xen kẽ, j = số nhánh) Các ô FIFO chứa byte, công tắc đầu vào đầu đồng hóa Đối với mục đích đồng hóa, byte đồng hóa byte đồng hóa đảo ngược ln chuyển vào nhánh "0" đan xen (tương ứng với trễ null) 14 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Hình 2.4: Sơ đồ khái niệm xen kẽ tích hợp ngắt xen kẽ 2.4 Phương thức điều chế DVB-C Điều chế (QAM) với 16, 32, 64, 128 256 điểm biểu đồ chòm Biểu đồ chòm Hệ thống cho 16-QAM, 32-QAM 64-QAM cho hình Chòm Hệ thống biểu đồ cho 128-QAM 256-QAM cho hình Các biểu đồ chịm đại diện cho tín hiệu truyền hệ thống cáp Như thể hình 7, điểm chịm Góc phần tư chuyển đổi thành Góc phần tư 2, cách thay đổi bit điều chế (tức I Q) cách xoay bit theo pha quy tắc Góc phần tư Bit Giá trị pha 00 01 +π/2 10 +π 11 3π/2 Bảng 2.1: Chuyển đổi điểm chịm thuộc góc phần tư sang góc phần tư khác chịm 15 Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Hình 2.5: Biểu đồ chòm cho 16-QAM, 32-QAM, 64QAM, 128QAM 256-QAM 16 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Trước điều chế, tín hiệu I Q lọc cosin bậc hai Hệ số roll-off 0,15 Bộ lọc cosine nâng lên bậc hai phải có hàm lý thuyết xác định biểu thức sau: { 1,|f |< f N ( 1−α ) H ( f ) = + sin π f N −|f | , f ( 1−α ) ≤|f |≤ f ( 1+α ) N N 2 2f N α ,|f |> f N ( 1+ α ) Khi mà f N = [ ] R = s tần số Nyquist hệ số roll-off α =0.15 2T s KẾT LUẬN Với phát triển Internet, ngành công nghiệp công nghệ phát triển, cung cấp cho người xem lựa chọn chương trình phần truyền hình cáp kỹ thuật số DVB-C Hệ thống cung cấp tín hiệu truyền hình số qua mạng cáp, sử dụng kênh cáp có dung lượng từ 7- 8MHz kiểu điều chế QAM: 64-QAM, 256-QAM Hệ thống truyền MPEG-2 MPEG-4với dòng đưa Audio/video số Tiểu luận đưa kiến thức sơ đồ hệ thống DVB-C cáp với số ưu/ nhược điểm tiêu chuẩn DVB-C sau đây:  Ưu điểm:  Chất lượng hình ảnh rõ ràng sắc nét cao hình Hình ảnh analog chắn kèm với số lượng lớn nhiễu - nhiễu, gợn sóng, vv cịn truyền hình cáp khơng bị nhiễu Một kênh vật lý chứa 4-8 chương trình  Tăng nội dung, khả lựa chọn đường truyền cần thiết  Phát sóng kỹ thuật số, dễ dàng sử dụng kết nối  Mã hóa kênh để giới hạn số lượng người nhận, từ dễ dàng tổ chức gói chương trình Dịch vụ đa phương tiện truyền hình theo yêu cầu 17 Tieu luan Bài tiểu luận môn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02  Nhược điểm:  Yêu cầu kết nối cáp, thông qua anten máy thu  Cần thiết phải đăng ký trả phí từ nhà cung cấp 18 Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Tài liệu tham khảo (1) Bài giảng Kỹ thuật phát truyền hình, Học Viện CN Bưu Viễn thông, Khoa Viễn thông 1, PGS.TS Lê Nhật Thăng, ThS Vũ Thúy Hà, ThS Nguyễn Thị Thu Hiên, ThS Nguyễn Thị Thu Nga, 2014 (2) https://www.etsi.org/deliver/etsi_en/300400_300499/300429/01.01.02_60/en_3004 29v010102p.pdf, Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for cable systems, EN 300 429 V1.1.2 (1997-08) (3) https://www.vocal.com/video/digital-video-broadcasting-for-cable-systems-dvb-c/, VOCAL Technologies, 2015 19 Tieu luan ... Broadcasting (DVB) áp dụng làm tiêu chuẩn cho truyền hình kỹ thuật số nhiều qu? ?c gia Tiêu chuẩn DVB cung c? ??p nhiều lợi so với tiêu chuẩn tương tự trư? ?c cho phép truyền hình th? ?c bư? ?c tiến lớn c? ?ng... thiện tiểu luận Tieu luan Bài tiểu luận mơn Kỹ thuật Phát Truyền hình nhóm 02 Chương 1: Giới thiệu DVB- C 1.1 Giới thiệu truyền hình kỹ thuật số DVB Phát sóng video kỹ thuật số (DVB) tiêu chuẩn cho... vi? ?c với dịch vụ tương tự c? ? Trong tiêu chuẩn DVB, truyền hình số DVB- C (truyền hình c? ?p) Tiêu chuẩn để cung c? ??p dịch vụ video thông qua mạng c? ?p Trong tiểu luận tìm hiểu kiến tr? ?c hệ thống DVB- C,