Báo cáo tại công nghệ truyền hình số mặt đất t dmb

CHƯƠNG 1: CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TDMB I Tổng quan truyền hình số 1.1.1.Sơ lược truyền thanh, truyền hình Truyền hình số a Sự đời Radio Ra dio (ra-đi-ô) hay truyền thanh, kỹ thuật để chuyển giao thông tin dùng cách biến điệu sóng điện từ có tần số thấp tần số ánh sáng, gọi sóng radio Sóng radio có tần số khoảng từ 30MHz đến 300MHz (băng tần VHF) Từ radio dùng để máy thu - thiết bị điện tử dùng để nhận sóng âm biến điệu qua anten để khuếch đại, phục hồi lại dạng âm ban đầu, cho phát loa Hình 1.1: Biểu đồ chiếu radio sóng điện từ Jame Clerk Maxwell lần trình bày lý thuyết truyền sóng điện từ năm 1873, thành từ năm 1861 đến 1865 David E.Hughes người truyền nhận sóng radio ông nhận thấy cân cảm ứng tạo âm đầu thu điện thoại tự chế ông năm 1878 HeHeinrich Rudolf Hertz người đưa thuyết Maxwell thông qua thực nghiệm, chứng minh xạ radio có tất tính chất sóng (giờ gọi sóng Hertz) vào năm 1886 1888 NaNathan Stubblefield, Nikola Tesla, Guglielmo Marconi Alexander Popov phát minh truyền liệu không dây dựa tần phổ (spark-gap radio) Reginald Fessenden Lee De Forest phát minh radio dựa thay đổi biên độ (AM) Edwin H Armstrong Lee De Forest phát minh radio dựa biến thiên tần số (FM) b Sự đời TiVi Truyền hình Truyền hình loại hình phương tiện truyền thơng đại chúng chuyển tải thơng tin hình ảnh động âm - Năm 1920, hai nhà khoa học Mỹ Charles Francis Jenkins nhà khoa học Anh John Logie Baird tạo vật mẫu thành công TV - Năm 1927, người Mỹ trẻ tuổi Philo Taylor Farnsworth phát triển thành công phiên thương mại ống tia cực âm nhằm phát tín hiệu truyền hình điện tử Đây bước đột phá cơng nghệ truyền hình nhân loại - Đến năm 1934 Philo T.Farnsworth tìm cách truyền hình ảnh diễn viên Joan Crawford thiết bị ông - Năm 1950, Anh cho đời Chiếc tivi hiệu EMI-Marconi hiển thị 25 hình/giây Mỹ đời tivi hiển thị 30 hình/giây - Ngày 20/1/1969, truyền thông Mỹ phát trực tiếp bước lịch sử nhà du hành vũ trụ Neil Amstrong mặt trăng - Năm 1954, tivi màu hãng RCA giới thiệu 1.1.2.Tổng quan phương thức truyền dẫn Truyền hình số a.Tổng quan Truyền hình số Truyền hình kỹ thuật số (DTV–Digital Television) hình thức cơng nghệ phát sóng mới, tiên tiến giúp truyền hình ảnh dạng liệu số Đây hệ thống truyền hình mà tất thiết bị kỹ thuật từ Studio máy thu làm việc theo nguyên lý kỹ thuật số Trong đó, hình ảnh quang học camera thu qua hệ thống ống kính, thay biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự (cả độ tương phản màu sắc) biến đổi thành dãy tín hiệu nhị phân nhờ trình biến đổi tương tự sang số (A/D Analog-Digital) Nhờ DTV cho phép đài truyền hình cung cấp hình ảnh rõ ràng hẳn, chất lượng âm tốt nhiều lựa chọn chương trình Có thể nói DTV phương pháp hồn tồn giới Các nhà điều hành cáp, vệ tinh mặt đất chuyển qua mơi trường số Nó làm thay đổi cách sống hàng trăm triệu gia đình giới Cịn cơng ty cho hội tụ máy tính cá nhân, máy thu hình Internet bắt đầu điều dẫn đến chuyển hố cực đại máy tính Đối với người tiêu dùng, kỷ nguyên truyền hình số nâng cao việc xem truyền hình ngang với chất lượng chiếu phim, âm ngang với chất lượng CD với hàng trăm kênh truyền hình nhiều dịch vụ Truyền hình số cho thuê bao xem nhiều chương trình truyền hình với chất lượng cao Truyền hình số có chất lượng truyền liệu cao cho phép cung cấp nội dung đa phương tiện phong phú người xem truyền hình lướt qua Internet máy thu hình Nhờ có kỹ thuật nén mà ta phát sóng nhiều chương trình truyền hình kênh sóng Các tổ chức tiêu chuẩn quốc tế sở nghiên cứu đề xuất tiêu chuẩn truyền hình số, ví dụ vài tổ chức quốc tế như: - ETSI (The European Telecommunications Standards Institute) - DVB (Digital Video Broadcasting) - ATSC (The Advanced Television Systems Committee) - DAVIC (The Digital Audio Visual Council) - ECCA (The European Cable Communications Association) - CableLabs - W3C (W3 Consortium) - FCC (The Federal Communications Commission) Sự đời truyền hình số có ưu điểm vượt trội so với chuẩn truyền dẫn phát tín hiệu truyền hình tương tự như: - Khả chống nhiễu cao - Có khả phát sửa lỗi - Chất lượng truyền hình trung thực phía thu tín hiệu truyền hình số có khả phát tự sửa lỗi nên tín hiệu khơi phục hồn tồn giống phát - Tiết kiệm phổ tần số kinh phí đầu tư cách sử dụng công nghệ nén MPEG-2 phương thức điều chế tín hiệu số có mức điều chế cao như: QBSK, QAM, 16QAM, nhờ dải tần 8Mhz tải từ đến kênh chương trình truyền hình số chất lượng cao - Khả thực truyền hình tương tác, truyền số liệu có khả truy cập Internet b.Các phương thức truyền dẫn Truyền hình số c.Truyền qua cáp đồng trục Ðể truyền tín hiệu video số sử dụng cáp đồng trục cao tần Tín hiệu video số hố, nén sau đưa vào điều chế Sóng mang cao tần điều chế 64-QAM (theo chuẩn Châu Âu) 256-QAM (Nhật) Ðộ rộng kênh truyền phụ thuộc vào tốc độ dịng truyền tải tín hiệu, phương pháp mã hoá phương pháp điều chế d.Truyền qua cáp quang Cáp quang có nhiều ưu điểm việc truyền dẫn tín hiệu số: - Băng tần rộng cho phép truyền tín hiệu số có tốc độ cao - Ðộ suy hao thấp đơn vị chiều dài - Xuyên tín hiệu sợi quang dẫn thấp (-80 dB) - Thời gian trễ qua cáp quang thấp e.Truyền qua vệ tinh Truyền tin qua vệ tinh xem bước phát triển nhảy vọt thông tin vô tuyến chuyển tiếp Ý tưởng trạm chuyển tiếp vô tuyến đặt độ cao lớn để tăng tầm chuyển tiếp có từ trước vệ tinh nhân tạo đời Năm 1945, Athur C.Clark công bố ý tưởng trạm chuyển tiếp vơ tuyến nằm ngồi trái đất, bay quanh trái đất theo quỹ đạo đồng với chuyển động quay trái đất, tức vệ tinh địa tĩnh Năm 1955, J.R.Pierce đề xuất ý tưởng cụ thể thông tin vệ tinh vệ tinh viễn thông Các tiến vượt bậc kỹ thuật khơng gian giai đoạn cho phép ý tưởng sớm trở thành thực Thông tin vệ tinh đặc biệt có ưu trường hợp: - Cự ly liên lạc lớn - Liên lạc điểm đến đa điểm phạm vi rộng phạm vi toàn cầu - Liên lạc đến trạm di động phạm vi rộng (tàu viễn dương, máy bay, đoàn thám hiểm, ) Kênh vệ tinh khác với kênh cáp kênh phát sóng mặt đất đặc điểm có băng tần rộng hạn chế công suất phát Khuếch đại công suất phát đáp làm việc với lượng lùi công suất nhỏ điều kiện phi tuyến, sử dụng điều chế QPSK tối ưu Các hệ thống truyền qua vệ tinh thường công tác dải tần số cỡ Ghz g.Phát truyền hình số mặt đất Phát sóng truyền hình số mặt đất nghiên cứu nhiều năm trở lại đây, nước lớn giới bắt đầu phát sóng truyền hình số mặt đất Hiện có bốn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất cơng bố chuẩn hóa Mỗi tiêu chuẩn có ưu điểm hạn chế riêng nhiều nước tiến hành thử nghiệm để thức chọn tiêu chuẩn riêng cho quốc gia - ATSC: tiêu chuẩn Mỹ - DVB-T: tiêu chuẩn Châu Âu - ISDB-T: tiêu chuẩn Nhật Bản - T-DMB: tiêu chuẩn Hàn Quốc Đây tiêu chuẩn truyền thông đa phương tiện số mặt đất công bố tháng 12/2002 Cả ba tiêu chuẩn ATSC, DVB-T, ISDB-T sử dụng chuẩn nén MPEG-2 cho tín hiệu video T-DMB sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-4 H.264 cho tín hiệu Video tùy theo dịch vụ cung cấp ATSC sử dụng điều chế 8-VSB, DVB-T sử dụng phương pháp ghép kênh theo tần số trực giao có mã hóa (COFDM), ISDB-T T-DMB sử dụng phương pháp ghép đa tần trực giao (OFDM), sóng mang thành phần điều chế QPSK, DQPSK, 16-QAM 64-QAM 1.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT T-DMB 1.2.1 Khái niệm DMB DMB mở rộng công nghệ phát số (DAB-Digital Audio Broadcasting) Công nghệ DAB thiết kế phát triển vào cuối năm 1980 cho phát số chương trình phát Trong thập kỷ 90 nhiều nước giới triển khai công nghệ Về nguồn gốc phát triển DAB khởi đầu EUREKA - Hiệp hội công ty kinh doanh châu Âu Hiệp hội cung cấp tài điều phối hoạt động nghiên cứu phát triển Vì DAB dự án thứ 147 đảm nhận EUREKA nên DAB biết đến thuật ngữ EUREKA-147 Sau đó, DAB chấp nhận tiêu chuẩn châu Âu [4], từ năm 2005 DAB sở để tiêu chuẩn hoá DMB DMB dùng cơng nghệ truyền dẫn DAB, có số mở rộng bổ sung phương thức mã hố cho nội dung video nội dung nghe nhìn Hơn nữa, DMB cung cấp giải pháp hiệu cho sửa chữa lỗi, cho phép nhận chương trình truyền hình di động chất lượng cao, người đường tốc độ lên tới 200km/h DAB/DMB sử dụng kênh tần số có độ rộng băng tần 1,536 MHz tốc độ truyền liệu từ đến 1,5 Mbit/s cho kênh truyền hình di động kênh liệu khác DMB hỗ trợ số chế độ truyền dẫn tương thích với nhiều kiểu lan truyền đặc biệt tín hiệu vơ tuyến dải tần số khác nhau, hệ thống DMB vận hành linh hoạt dải tần từ 30MHz tới 3GHz phổ điện từ Truyền dẫn DMB không giới hạn mạng mặt đất (Terrestrial DMB, T-DMB), mà cịn thực vệ tinh (Satellite DMB, S-DMB) Những dải tần số dùng DMB là: - Dải tần từ 174 - 240MHz (băng III) dùng cho T-DMB (DMB truyền mặt đất) - Dải tần từ 474 - 858MHz (băng UHF) dùng cho T-DMB - Dải tần từ 1452 - 1492MHz (băng L) dùng cho T-DMB - Dải tần từ 2605 - 2655MHz (băng S) dùng cho S-DMB (DMB truyền vệ tinh) Trên thực tế sử dụng băng phụ thuộc vào sách quốc gia nơi mà DMB triển khai Hình 1.2: Mạng đơn tần (A) mạng đa tần (B) Hệ thống T-DMB bao gồm mạng máy phát, hoạt động mạng đơn tần số (Single Frequency Network - SFN) mạng đa tần số (Multi Frequency Network - MFN) (như hình 1.2) Trước đây, tất máy phát chiếm dụng kênh tần số giống Để tránh nhiễu đồng kênh máy thu, tất máy phát phải đồng thời phát dòng liệu giống phải đồng hoá lẫn Hầu hết SFN chiếm giữ kênh tần số băng III, máy phát đạt bán kính phủ sóng lên đến 100km Trong mạng MFN, máy phát gần ấn định kênh tần số khác Vùng phủ trạm phát khơng vượt q 25km, chi phí triển khai khai thác cho MFN đắt nhiều so với SFN Ngồi ra, MFN cịn u cầu hoạt động chuyển vùng thiết bị cầm tay trạm thu, để tránh bị ngắt quãng tín hiệu thu qua đường bao hai vùng phủ gần cung cấp trạm phát khác [1] S-DMB tồn số biến thể so sánh hình 1.3 Một vệ tinh S-DMB cung cấp vùng phủ sóng với bán kính tới vài trăm km đặt quỹ đạo địa tĩnh Phạm vi phủ sóng S-DMB lớn so với T-DMB chí bao trùm tồn nước Tín hiệu phát từ vệ tinh nhận thiết bị đầu cuối có thu vệ tinh trực tiếp hay từ mạng trạm lặp Ở biến thể khác, S-DMB hỗ trợ mạng 3G giống UMTS Tín hiệu từ vệ tinh thu trực tiếp từ trạm gốc gần mạng UMTS mặt đất Mạng mặt đất khuếch đại chuyển tín hiệu vệ tinh Do UMTS ban đầu thiết kế cho truyền dẫn điểm-điểm, nên điều tiên để áp dụng biến thể mạng UMTS riêng mở rộng cho phát quảng bá Hình 1.3: Các biến thể S-DMB 1.2.2 Đặc điểm hệ thống T-DMB Hệ thống T-DMB có nhiều điểm đặc biệt: Thứ nhất, T-DMB hệ thống số Dịch vụ audio sử dụng công nghệ nén audio số cho tốc độ bit nhanh Tuy nhiên cung cấp chất lượng âm gần giống với chất lượng chuẩn CD, nghe nhạc với chất lượng âm tốt máy nghe nhạc MP3 từ kênh audio T-DMB Hệ thống có nhiễu thấp, khơng giống nhiễu phổ biến phát sóng AM (Amplitude Modulation) hay FM (Frequency Modulation) Với công nghệ tự sửa lỗi sử dụng truyền dẫn kỹ thuật số mà chất lượng tín hiệu radio DMB không bị xấu hay bị hỏng can nhiễu nhiều tín hiệu khác truyền đường truyền từ anten phát đến anten thu Trong hệ thống số, sử dụng công nghệ nén chúng phát triển mạnh thời gian gần Công nghệ nén video H.264 sử dụng T-DMB nén liệu video lên đến 100 lần Với tỉ lệ nén cao dự kiến sử dụng nhiều internet Thứ hai, hệ thống T-DMB sử dụng công nghệ truyền dẫn OFDM Điện thoại di động phát sóng quảng bá sử dụng truyền thơng khơng dây Tín hiệu sau nhận anten thu khơng có tín hiệu giao thoa tín hiệu đa đường mà cịn bao gồm tín hiệu nhiễu Sóng radio sau phát anten phát theo nhiều hướng khác bị phản xạ từ nhiều nơi đồi núi, tán cây, nhà cao tầng, xe cộ… kết sóng radio nhận anten thu giao thoa nhiều tín hiệu đa đường Sự thuận lợi truyền dẫn OFDM chịu ảnh hưởng thấp từ giao thoa tín hiệu đa đường Do đó, tất hệ thống thông tin di động quảng bá phát triển gần sử dụng truyền dẫn OFDM công nghệ T-DMB, DVB (Digital Video Broadcasting) công nghệ tivi số châu Âu, MediaFLO tiêu chuẩn mobile TV châu Mỹ, ISDB-T (Intergrated Sevice Digital Broadcasting – Terrestrial) Nhật nhiều tiêu chuẩn công nghệ khác sử dụng truyền dẫn OFDM Thứ ba, hệ thống T-DMB có cấu trúc Ensemble (Ensemble Structure) Ensemble Structure có nghĩa kênh tần số bao gồm kênh video, audio data Trong phát sóng AM FM nay, nhận kênh nhận kênh tần số Tuy nhiên T-DMB nhận đồng thời kênh video, kênh audio kênh data nhận kênh tần số