TÌM HIỂU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

Vì vậy khi xây dựng hệ thống truyền hình màu cần phải giải quyết sao cho máy thu hình, đen trắng có thể thu được với hình ảnh đen trắng.. Mặt khác phải giải quyết được ngược lại đó là dù

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

KHOA CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ VÀ TRUYỀN THÔNG

BÁO CÁO THẢO LUẬN MÔN KỸ THUẬT

TRUYỀN HÌNH

ĐỀ TÀI:

TÌM HIỂU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT

Nhóm thực hiện: Nhóm 7 Lớp: N05

Giảng viên hướng dẫn : TS.Trần Trung Dũng

Thái Nguyên, tháng 10 năm 2012

MỤC LỤC

SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH 3

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 5

1.1 Đặc điểm của truyền hình số 5

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T 7

2.1 Đặc điểm của truyền hình số mặt đất 7

2.2 Các hệ tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt đất 8

2.2.1 Chuẩn ATSC 8

2.2.2 Chuẩn ISDB-T 10

2.2.3 Chuẩn DVB-T 11

2.2.3.1 Đặc điểm tiêu chuẩn DVB-T 12

2.2.3.2 Sơ đồ khối 14

2.2.3.3 Nguyên lý kỹ thuật ghép kênh OFDM 16

SƠ LƯỢC VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN TRUYỀN HÌNH

Lịch sử phát triển của truyền h.nh rất phức tạp và nó ứng dụng kết quả nghiên cứu của nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác nhau

- Năm 1839 Bee Quell t.m ra hiện tượng quang điện

- Năm 1898 Volsske t.m ra hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình bằng sóng điện từ)

- Năm 1945 tiêu chuẩn truyền h.nh 525 d.ng và 625 dòng các thí nghiệm truyền hình màu bắt đầu

từ sau đại chiến thế giới lần thứ II và ngày nay đã trở thành phổ biến trên thế giới

- Truyền hình màu ra đời khi hệ thống truyền h.nh đen trắng đã hoàn thiện Vì vậy khi xây dựng

hệ thống truyền hình màu cần phải giải quyết sao cho máy thu hình, đen trắng có thể thu được với hình ảnh đen trắng Mặt khác phải giải quyết được ngược lại đó là dùng máy thu hình màu có thể thu đượcc hương trình truyền hình đen trắng với ảnh nhận được cũng là đen trắng Đó là tính kết hợp của hệ truyền hình màu Phương pháp tạo tín hiệu hình màu hoàn chỉnh (bao gồm tín hiệu chói và tín hiệu màu) được thực hiện đầu tiên ở Mỹ Tín hiệu hình màu hoàn chỉnh mang tin tức

về màu sắc và độ bão hoà màu của ảnh màu Năng lượng phổ tín hiệu chói phân bố không đều trong cả băng tần tín hiệu truyền hình Tín hiệu màu có phổ nằm trong giải tần hẹp hơn và bố trí ở miền tần số cao của băng tần tín hiệu chói Từ đặc điểm trên có thể thực hiện các điều kiện kết hợp truyền h.nh màu và truyền h.nh đen trắng Tín hiệu hình màu và tín hiệu chói nằm trong cùng

1 băng tần cơ bản được thực hiện trong hệ truyền h.nh màu NTSC năm 1950 ở Mỹ do FCC (Feđeal Communcation Commíion - Ủy ban thông tin liên bang) Những năm sau hệ truyền h.nh màu phát triển nhanh chóng, chất lượng ảnh hệ NTSC hứa phải là tốt v tín hiệu hệ NTSC rất nhạy với méo pha và méo biên độ

Người ta chuyển sang nghiên cứu t.m ra các hệ thống m hoá tín hiệu màu khác, sao cho méo pha

và méo biên độ xuất hiện trong kênh truyền h.nh là ảnh hưởng nhỏ nhất

- Năm 1957 ở Pháp xuất hiện hệ truyền h.nh màu SECAM do Henry De France nghiên cứu và thực hiện

- Năm 1962 giáo sư Walter Bruce ở Tây Đức công bố Hệ truyền h.nh PAL Cả hai hệ SECAM và PAL về nguyên l chung thống nhất với hệ NTSC

- Năm 1966 ở Ôslô (Na Uy) đã tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền h.nh màu thống nhất cho cả Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương tr.nh truyền h.nh màu giữa các nước Kết quả

Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization International Radio and Television - tổ chức phát thanh truyền h.nh quốc tế)

- Năm 1994 Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền h.nh số, đến tháng 12 năm 1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC

- Năm 1997 Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay c.n gọi là tiêu chuẩn DIBEG - Năm 1997 tiêu chuẩn DVB-T của Châu Âu ra đời Nhiều nước Bắc Âu, một số nước Châu Á trong đó có Việt Nam và nhiều nước khác đ lựa chọn tiêu chuẩn này và dự kiến phát sóng số hoàn toàn vào năm 2010-2015

- Việt Nam từ năm 1997 đến nay có một số đơn vị kỹ thuật có nghiên cứu và tiếp cận với công nghệ số, cho đến nay nhiều công đoạn trong sản xuất chương tr.nh, truyền dẫn đ được số hoá, nhiều đề tài nghiên cứu truyền h.nh số đ và đang được nghiên cứu thử nghiệm chính v vậy mà

nó mang tính khoa học và thực tiễn cao nhằm càng ngày càng nâng cao chất lượng cho việc phát h.nh số tại Việt Nam Xu hướng chung cho sự phát triển truyền h.nh là nhằm đạt được thống nhất, là hệ thống truyền h.nh hoàn toàn có kỹ thuật có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin, v vậy truyền h.nh kỹ thuật số HDTV đ và đang được phát triển mạnh mẽ

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ

Truyền hình kỹ thuật số là 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 đã được nghiên cứu trước Trong một số ứng dụng, tín hiệu số được thay thế hoàn toàn cho tín hiệu tương tự và có khả năng thể 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

1.1 Đặc điểm của truyền hình số

- Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai

- Tính phân cấp (HDTV + SDTV)

- Thu di động tốt Người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được các chương trình truyền hình

Sở dĩ như vậy là do xử lí tốt hiện tượng Doppler

- Truyền tải được nhiều loại thông tin

- Ít nhạy với nhiễu vs các dạng méo xảy ra trên đường truyền bảo toàn chất lượng hình ảnh, thu

số không còn hiện tượng “bóng ma’’ do các tia sóng phản xạ từ nhiều hướng đến máy thu Đây là vấn đề mà hệ analog đang không khắc phục nổi

- Phát nhiều chương trình trên một kênh truyền hình: Tiết kiệm tài nguyên tần số:

- Một trong những ưu điểm của truyền hình số là tiết kiệm phổ tần số

- 1 transponder 36MHz truyền được 2 chương trình truyền hình tương tự song có thể truyền được

10 12 chương trình truyền hình số (gấp 5 12 chương trình truyền hình số (gấp 5 6 lần)12 chương trình truyền hình số (gấp 5

- Một kênh 8 MHz (trên mặt đất) chỉ truyền được 1 chương trình truyền hình tương tự song có thể truyền được 4 5 chương trình truyền h.nh số đối với hệ thống ATSC, 4 12 chương trình truyền hình số (gấp 5 8 chương trình12 chương trình truyền hình số (gấp 5 đối với hệ DVB –T (tùy thuộc M-QAM, khoảng bảo vệ và FEC)

- Bảo toàn chất lượng :

- Tiết kiệm năng lượng, chi phí khai thác thấp: Công suất phát không cần quá lớn vì cường độ điện trường cho thu số thấp hơn cho thu analog (độ nhạy máy thu số thấp hơn -30 đến -20 DB so với máy thu analog) Mạng đơn tần (SFN): cho khả năng thiết lập mạng đơn kênh, nghĩa là nhiều máy phát trên cùng một kênh song Đây là sự hiệu quả lớn xét về mặt công suất và tần số Tín hiệu số dễ xử lý, môi trường quản lý điều khiển và xử lý rất thân thiện với máy tính …

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB-T

2.1 Đặc điểm của truyền hình số mặt đất

- So với các phương thức truyền dẫn khác, phương thức truyền dẫn truyền hình số mặt đất có những đặc điểm như: Chất lượng đường truyền giảm do hiện tượng phản xạ nhiều đường (multipath) - do bề mặt mặt đất cũng như các toà nhà cao tầng

- Truyền dẫn tín hiệu trong môi truờng tạp âm cao do con người tạo ra

- Giao thoa giữa hệ thống truyền hình tương tự và truyền hình số do phân bố tần số khá dầy trong băng tần phân bố cho truyền hình mặt đất Tuy vậy truyền hình số có những điểm thuận lợi Truyền dẫn được kênh truyền hình có độ phân giải cao HDTV hay nhiều chương trình truyền hình tiêu chuẩn Các máy thu có thể đặt trong nhà, xách tay hay thu lưu động

- Có ba tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất là 8VSB phát triển bởi ATSC (Mỹ), DVB - T phát triển bởi ETSI (Châu Âu) và ISDB - T (Nhật Bản) Hiện nay ở Việt Nam đã chọn chuẩn DVB, do

đó trong bản luận văn này chỉ đề cập đến DVB-T

- Quá trình truyền dẫn tín hiệu truyền hình số mặt đất bao gồm các khối chính như sau:

+ Khối mã hoá nguồn (Soure coding): Đây là khối nén tín hiệu Video và Audio nhằm loại bỏ các thông tin dư thừa Đây chính là khối mã hoá tín hiệu (Encoder) theo tiêu chuẩn MPEG 2 đối với tín hiệu truyền hình số

+ Khối ghép kênh(Multiplexer): Có nhiệm vụ ghép kênh Video đã nén, Audio đã nén, Data, các thông tin đặc tả của một hay nhiều chương trình truyền hình để tạo thành dòng truyền tải MPEG -2

+ Khối Mã hoá đường truyền và điều chế (channel coding & modulation): có nhiệm vụ mà hoá sửa lỗi đưòng truyền Điều chế để truyền dẫn tín hiệu Sau đó sẽ đến khối đổi tần, khuếch đại công suất và ghép đưa ra anten để phát sóng tới máy thu

Cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất

2.2 Các hệ tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt đất

Cho đến năm 1997, ba hệ tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất đ được chính thức công bố:

- ATSC của Mỹ

- DVB-T của Châu Âu

- DiBEG của Nhật

2.2.1 Chuẩn ATSC

* Đặc điểm chung :

- Hệ thống ATSC có cấu trúc dạng lớp, tương thích vớimô hình OSI 7 lớp của các mạng dữ liệu Mỗi lớp ATSC có thể tương thích với các ứng dụng khác cùng lớp ATSC sử dụng dạng thức gói MPEG-2 cho cả Video, Audio và dữ liệu phụ Các đơn vị dữ liệu có độ dài cố định phù hợp với sửa lỗi, ghép dòng chương trình, chuyển mạch, đồng bộ, nâng cao tính linh hoạt và tương thích với dạng thức ATM

- Tốc độ bít truyền tải 20 Mbps cấp cho một kênh đơn HDTV hoặc một kênh truyền hình chuẩn

đa chương trình Chuẩn ATSC cung cấp cho cả hai mức: truyền hình phân giải cao (HDTV) và truyền hình tiêu chuẩn (SDTV) đặc tính truyền tải và nén dữ liệu của ATSC là theo

- Phương pháp điều chế VSB của tiêu chuẩn ATSC Phương pháp điều chế VSB bao gồm hai loại chính: Một loại dành cho phát song mặt đất (8-VSB) và một loại dành cho truyền dữ liệu qua cáp tốc độ cao (16-VSB) Cả hai đều sử dụng mã Reed

- Solomon, tín hiệu pilot và đồng bộ từng đoạn dữ liệu Tốc độ biểu trưng (Symbol Rate) cho cả hai đều bằng 10,76Mb/s Nó có giới hạntỷ số tín hiệu trên nhiễu (SNR) là 14,9dB và tốc độ dữ liệu bằng 19,3 Mb/s Dữ liệu được truyền theo từng khung dữ liệu Khung dữ liệu bắt đầu bằng đoạn dữ liệu đồng bộ mành đầu tiên và nối tiếp bởi 312 đoạn dữ liệu khác Sau đó đến đoạn dữ liệu đồng bộ mành thứ 2 và 312 đoạn dữ liệu của mành sau Mỗi đoạn dữ liệu bao gồm 4 biểu trưng dành cho đồngbộ đoạn dữ liệu và 828 biểu trưng dữ liệu Một gói truyền tải MPEG-2 chứa

188 byte dữ liệu và 20 byte tương suy cho 208 byte Với tỷ lệ mã hoá 2/3, ở đầu ra của mã sửasai

ta có:

2.2.2 Chuẩn ISDB-T

- Hệ thống chuyên dụng cho phát thanh truyền hình số mặt đất đã được hiệp hội ARIB đưa

ra và được hội đồng công nghệ viễn thông của Bộ thông tin bưu điện (MPT) thông qua như một bản dự thảo tiêu chuẩn cuối cùng ở Nhật Bản Bản thông số kỹ thuật ở dưới mô tả chi tiết hệ thống truyền hình số mặt đất sử dụng mạng đa dịch vụ (ISDB-T) Hệ thống này có thể truyền dẫn các chương trình truyền hình, âm thanh hoặc dữ liệu tổng hợp ISDB-T sử dụng tiêu chuẩn mã hoá MPEG-2 trong quá trình nén và ghép kênh Hệ thống sử dụng phương pháp ghép đa tần trựcgiao OFDM cho phép truyền đa chương trình phức tạp với các điều kiện thu khácnhau, truyền dẫn phân cấp, thudi động v.v các sóng mang thành phần được điều chế QPSK, DQPSK, 16QAM hoặc 64QAM Chuẩn ISDB-T có thể sử dụng cho các kênh truyền có độ rộng 6, 7 hay 8Mhz

2.2.3 Chuẩn DVB-T

Từ năm 1995 các nước châu Âu đã tiến hành thử nghiệm phát sóng truyền hình số mặt đất (DTTB) Đến tháng 2 năm 1997 tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T chính thức được công nhận và ban hành bởi Tổ chức ETSI (European Telecommunications Standards Institute) Tiêu chuẩn DVB-T thường được viết là DVB-T-ETS 300-744 DVB-T dựa trên phương pháp ghép kênh theo tần số trực giao có mã hoá COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Kỹ thuật COFDM thực chất là điều chế OFDM kết hợp với kỹ thuật mã hoá kênh truyền (channel Coding) Hệ thống DVB-T được thiết kế dựa trên ý tưởng:

- Đưa ra mô hình hệ thống phát sóng truyền hình số mặt đất.

- Xác định các yêu cầu về chất lượng tín hiệu và khả năng tương thích cho các loại dịch vụ khác nhau

- Quan tâm tới vấn đề xử lý tín hiệu ở máy thu để mở rộng các giải pháp thực hiện khác nhau

- Nhằm vào mục đích chống phản xạ nhiều đường, chống pha đinh lựa chọn tần số, chống hiệu ứng Doppler

- Tạo khả năng thu đi động

- Tạo khả năng kết hợp với truyền thông đa phương tiện

- Khả năng mở rộng cho dự án “Mobile Multimedia”- đa phương tiện di động

2.2.3.1 Đặc điểm tiêu chuẩn DVB-T

- Tiêu chuẩn DVB -T khác với tiêu chuẩn 8-VSB (hệ Mỹ), DVB-T có 2 chế độ khác nhau đó là mode 2k hoặc 8k-OFDM Trong mode 2k có 1705 sóng mang và trong 8k mode có 6817 sóng mang ghép kênh theo tần số trực giao Trong mỗi mode có thể truyền tải được tối đa 2 cấp độ khác nhau trong khâu truyền dẫn dòng truyền tải MPEG-2 Đối với chế độ không phân cấp, các chương trình không có sự ưu tiên trong khâu truyền dẫn tín hiệu do vậy chỉ có các vùng có cường

độ trường đạt giá trị lớn hơn mức ngưỡng mới có thể thu được và chỉ có một giá trị Đối với các máy phát hoạt động ở chế độ có phân cấp, khi đó có các mức ngưỡng khác nhau Mức ngưỡng 1 cho phép thu được toàn bộ chương trình cả chương trình ưu tiên và không ưu tiên Mức ngưỡng 2 chỉ cho phép thu được chương trình có ưu tiên trong khâu truyền dẫn Việc ưu tiên trong khâu truyền dẫn bao gồm 2 phần, ưu tiên về phần mã hoá đường truyền và ưu tiên trong khâu điều chế tín hiệu Chế độ phân cấp tại điều chế chỉ thực hiện được khi điều chế 16 QAM hay 64 QAM

Điều chế không phân cấp : (= 1).

Điều chế phân cấp : = 1; = 2; = 4

Điều chế sóng mang : QPSK, 16QAM, 64QAM.

Khoảng bảo vệ : 1/4, 1/8, 1/16, 1/32.

Mã khối : RS204/188.

Tín hiệu vào: : Dòng truyền tải MPEG-2.

Tốc độ dữ liệu vào : 4,9831,67Mb/s.

Độ rộng kênh RF : 6, 7, 8MHz.

- Ưu điểm của tiêu chuẩn DVB-T

+ Có khả năng tương thích với các loại hình dịch vụ DVB-C, DVB-S, ISDN và INTERNET

+ Có thể hoạt động được ở các kênh RF : 6, 7, 8 MHz, do vậy có thể sử dụng với băng tần 8 MHz mà truyền hình mặt đất ở Việt Nam hiện nay đang sử dụng

+ Có thể phát được nhiều tốc độ bit từ 4,98 31,67Mb/s tuỳ theo việc lựa chọn mã đường truyền,31,67Mb/s tuỳ theo việc lựa chọn mã đường truyền, khoảng bảo vệ và phương pháp điều chế cho mỗi sóng mang Sử dụng điều chế phân cấp trong khâu phát sóng, cho phép đồng thời cùng lúc có thể truyền được 2 chương trình với chất lượng khác nhau

+ Có thể phát được 45 chương trình SDTV hoặc một chương trình HDTV cùng các dữ liệu phụ

+ Tạo khả năng thiết lập mạng đơn tần

Có thể sử dụng âm thanh MPEG-2 Layer II hoặc Dolby

Có thể sử dụng âm thanh MPEG-2 Layer II hoặc Dolby AC3

Khả năng chống can nhiễu cùng kênh và kênh lân cận tốt

Có thể phát sóng cùng kênh - mạng đơn tần SFN

Có thể sử dụng các kênh lân cận

Khả năng chống phản xạ đa hướng, pha đinh lựa chọn và hiệu ứng Doppler rất tốt

Có khả năng thiết lập máy phát để thu di động

Hệ thống còn nhiều khả năng mở rộng cho các dự án trong tương lai như Đa phương tiện di động

“Mobile multimedia”

- Nhược điểm tiêu chuẩn DVB-T

+ Ngưỡng thu cao hơn so với tiêu chuẩn ATSC Tỷ số C/N phải đạt 19,1dB tại tốc độ bit là 19,35Mb/s cao hơn so với tiêu chuẩn ATSC (15dB) là 4dB Do đó hiệu suất phủ sóng của tiêu chuẩn DVB-T nhỏ hơn ATSC 4dB Các sóng mang có công suất thấp nên dễ bị ảnh hưởng của pha đinh lựa chọn tần số Để khắc phục hiện tượng này máy thu DVB-T phải sử dụng thêm kỹ thuật cân bằng thích nghi, tính toán kênh và sửa lỗi Giá thành máy thu do đó cũng tăng lên Tỷ

số công suất đỉnh trên công suất trung bình cỡ 10dB cao hơn ATSC Phụ thuộc vào kiểu điều chế

và sác xuất thời gian hệ số đỉnh của tín hiệu COFDM nằm trong dải từ 9 15dB Đây cũng chính là31,67Mb/s tuỳ theo việc lựa chọn mã đường truyền,

độ thụt lùi công suất đầu ra của máy phát COFDM

+ Cấu hình toàn bộ hệ thống phức tạp và đắt tiền

2.2.3.2 Sơ đồ khối

Hệ thống phát có thể chia làm 2 phần chính đó là bộ EXCITER DVB-T và khuếch đại công suất với phiđơ - anten Nhưng phần khuếch đại công suất với phiđơ và anten là hoàn toàn giống trong các máy phát hình công nghệ tương tự nên ở đây không đề cập đến nữa Bộ EXCITER DVB-T lại có thể chia làm 2 phần cơ bản đó là mã hoá kênh truyền và điều chế OFDM Theo sơ đồ khối thì tín hiệu vào là dòng truyền tải MPEG -2 được đưa tới khối thích ứng ghép kênh dòng truyền tải MPEG-2 và phân tán năng lượng (Mux Adaptation Energy Dispersal), sau đó đi qua khối mã ngoài (Outer coder) đến khối xáo trộn ngoài (Outer Interleaver), khối mã trong (Inner Coder), khối xáo trộn trong (Inner Interleaver), rồi đến khối điều chế OFDM