Nghiên cứu một số giải pháp nâng cao chất lượng tín hiệu truyền hình số

MỤC LỤC MỤC LỤC DANH MỤC SƠ ĐỒ BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ LỜI NÓI ĐẦU .1 Chương : TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Đặc điểm phát truyền hình số 1.2 Sơ đồ khối ngun tắc hoạt động hệ thơng thu phát hình số 1.2.1 Lấy mẫu tín hiệu Video 1.2.2 Lượng tử hố tín hiệu Video 1.2.3 Mã hố tín hiệu Video .9 1.3 Một số hệ thống truyền hình số 3.1 Truyền qua cáp 10 1.3.2 Phát sóng truyền hình số mặt đất 10 1.3.3 Truyền hình số qua vệ tinh 11 1.4 Một số yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu truyền hình số 11 1.4.1 Hạn chế băng tần 11 1.4.2 Điều chế mã hóa cấp cao 12 1.4.3 Méo phi tuyến 12 1.5 Đặt vấn đề nghiên cứu .12 1.6 Kết chương 13 Chương 2: HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ VỆ TINH DVB-S2 14 2.1 Một số dịch vụ hệ thống DVB-S yêu cầu giải pháp kỹ thuật cho hệ thống 15 2.1.1 Dịch vụ truyền thông đa chương trình truyền hình/truyền hình có độ nét cao (HDTV) 15 2.1.2 Các dịch vụ tương tác (IS) bao gồm truy nhập internet 16 2.1.3 Phân phôi nội dung 11ệu/đường kết nối ứng dụng chuyên nghiệp khác (PS) 17 2.2 Cấu trúc nguyên tắc hoạt động sơ đồ khối hệ thống DVB-S2 .18 2.2.1 Định nghĩa hệ thống 18 2.2.2 Cấu trúc hệ thống 19 2.2.2.1 Khối thích nghi kiểu truyền dẫn 19 2.2.2.2 Khối thích nghi luồng liệu 34 2.2.2.3 Mã hóa FEC 35 2.2.2.4 Bịt ánh xạ lên chòm 35 2.2.2.5 Khung lớp vật tí 35 2.2.2.6 Điều chế vuông pha tạo dạng tín hiệu 43 2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến chất lượng truyền hình vệ tinh 43 2.3.1 Suy hao khí thực 44 2.3.2 Suy hao lệch vị trí Anten thu Anten phát 45 2.3.3 Suy hao đồng chỉnh anten 46 2.3.4 Suy hao thiết bị thu, phát .47 2.3.5 Suy hao nhiệt tạp âm hệ thống 48 2.3.6 Suy hao không phối hợp phân cực 48 2.3.7 Các ảnh hưởng khác 49 2.4 Kết chương 53 CHƯƠNG 3: MỘT SỐ GIẢI PHÁP NÂNG CAO CHẤT LƯỢNG TRONG TRUYỀN HÌNH VỆ TINH 54 3.1 Mã hóa 54 3.1.1 Bộ mã hóa ngồi (BCH) 55 3.1.2 Mã (LDPC) 55 3.1.3 Ghép xen (chỉ cho 8PSK, 16PSK, 32PSK) 57 3.2 Các dạng điều chế 58 3.2.1 Điều chế QPSK (4PSK) 58 3.2.2 Điều chế 8PSK 59 3.2.3 Phương pháp điều chế APSK 60 3.2.4 Đánh giá loại điều chế 62 3.3 Mô phương thức điều chế .64 3.3.1 Tạp âm AWNG 64 3.3.2 Kết mô đánh giá .67 3.4 Méo phi tuyến giải pháp khắc phục hệ thống DVB-S2 .68 3.4.1 Nguyên nhân gây méo phi tuyến kênh 69 3.4.2 Một số biện pháp khắc phục méo phi tuyến 73 3.4.3 Giải pháp khắc phục méo phi tuyến áp dụng cho truyền hình vệ tinh nhờ sử dụng kết hợp mã hóa kênh kỹ thuật điều chế 78 3.4.3.1 Sơ đồ tổng quát truyền hình số qua vệ tinh DVB-DSNG (EN 301 .78 3.4.3.2 Mã hóa ngồi 80 3.4.3.3 Mã hoá 81 3.4.3.4 Đánh giá cải thiện chất lượng thơng tin vệ tinh dùng mã hố sửa lỗi kỹ thuật điều chế .85 3.5 Kết chương 86 KẾT LUẬN 87 TÀI LIỆU THAM KHẢO 88 DANH MỤC SƠ ĐỒ BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ thống thu phát hình số Hình 1.2 : Phổ tần số lấy mẫu ý tưởng Hình 1.3: Cấu trúc trực giao Hình 1.4 Cấu trúc quincunx mành Hình 1.5: Cấu trúc quincunx mành Hình 2.1 : Sơ đồ khối hệ thống DVB – S2 .19 Bảng 2.1 : Các giao diện hệ thống .21 Hình 2.2: Ví dụ cho lệnh ACM .22 Hình 2.3 : Ví dụ cho lệnh SA 24 Hình 2.4: Dạng thích nghi kiểu điều chế giao diện đầu .24 Bảng 2.2 : Dạng header truyền tải 25 Bảng 2.3 : Định nghĩa byte lệnh ACM 25 Hình 2.5 Đồng hóa luồng đầu vào 27 Hình 2.6 : Xóa gói khơng chèn trường DNP 28 Hình 7: Các thành phần mã hóa CRC-8 30 Hình 2.8: Định dạng luồng đầu thích nghi kiểu điều chế 31 Bảng 2.4: BBHeader nguyên tắc tách cho dịch vụ truyền thông luồng truyền tải đơn 33 Hình 2.9: Dạng BBFRAME tạo đầu cửa thích nghi luồng truyền tải .34 Hình 2.10: Các thành phần có mã hóa PRBS 35 Hình 2.11: Định dạng khung lớp vật lý PLFRAME .37 Hình 2.12a: Xây dựng mã trực giao song song .39 Hình 2.12b : Ma trận sinh 39 Hình 2.13: Xáo trộn PL 41 Hình 2.14: Cấu hình mã xáo trộn PL với n=0 42 Hình 2.15:Các yếu tố ảnh hưởng chất lượng thơng tin vệ tinh .44 Hình 2.16 : Đồ thị xạ anten thông tin vệ tinh 46 Hình 2.17 : Mất đồng chỉnh anten 47 Hình 2.18 : Suy hao thiết bị đầu cuối 47 Hình 2.19 : Suy hao nhiễu trạm viba mặt đất 50 Hình 2.20 : Ảnh hưởng trạm vệ tinh bên cạnh .51 Hình 3.1: Định dạng liệu trước chèn bit .54 Bảng 3.1: Cấu trúc bit chèn 57 Hình 3.2 Định trình chèn bit cho 8PSK FECFRAME thường ( trừ tốc độ 3/5) 57 Hình 3.3: Định trình chèn bit cho 8PSK FECFRAME thường ( với tốc độ 3/5) 58 Hình 3.4: Bit ánh xạ chịm QPSK 59 Hình 3.5: Bit ánh xạ chòm 8PSK 60 Hình 3.6 : Chịm tín hiệu 16APSK 61 Bảng 3.2: Tỉ lệ kính chịm tối ưu cho 16APSK 61 Hình 3.7 : Chịm tín hiệu 32APSK 62 Bảng 3.3: Tỉ lệ bán kính chịm tối ưu cho 32APSK .62 Bảng 3.4: Hiệu suất điều chế 63 Hình 3.8: Hàm mật độ xác suất Gauss 66 Hình 3.9 : Hàm mật độ xác suất Gauss 66 Hình 3.10 : Mô cho điều chế QPSK 67 Hình 3.11 : Mơ cho điều chế 8PSK 68 Hình 3.12: Chịm tín hiệu M-QAM ảnh hưởng méo phi tuyến 71 Hình 3.13: Méo xuyên điều chế 72 Hình 3.14: Độ lùi cơng suất đầu vào .74 Hình 3.15: Tuyến tính hóa đặc tuyến HPA 76 Hình 3.16: Phương pháp quay pha thực méo trước .77 Hình 3.17: Mơ hình thực méo trước 77 Hình: 3.18: Hệ thống truyền hình số tiêu chuẩn DVB-DSNG (EN 301 210).79 Hình 3.19: Cấu trúc khung 80 Hình 3.20: Mã chập tốc độ 1/2, 64 trạng thái .81 Hình 3.21: Sơ đồ khối mã chập loại bỏ xen kẽ tốc độ k/n 82 Bảng 3.5: Trác định mã chập loại bỏ xen kẽ tốc độ 2/3, ¾ 82 Hình 3.22: So sánh hiệu mã Turbo mã chập nội 83 Hình 3.23: Sử dụng mã Turbo để làm tăng thông lượng .83 Hình 3.24: Sử đồ nguyên lý mã điều chế lưu pragmatic .84 LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần kinh tế nước ta bước sang giai đoạn phát triển mạnh mẽ lĩnh vực sống Điều địi hỏi ngành vơ tuyến truyền hình cần đáp ứng thông tin xã hội cách đầy đủ hoàn thiện Để đáp ứng nhu cầu trên, góp phần vào đẩy mạnh phát triển ngành truyền thơng đường đại hố, giai đoạn nhiều thiết bị đại đưa vào sử dụng phù hợp với tình hình thơng tin Việt nam có truyền hình số Nhờ phát triển vượt bậc khoa học kỹ thuật, đặc biệt phát triển cơng nghệ số với ưu việt hẳn với cơng nghệ tương tự Do truyền hình số dần thay cho truyền hình tương tự Tốc độ phát triển ngành vô tuyến truyền hình nước ta diễn nhanh chóng từ đài phát quốc gia đến hầu hết tỉnh, thành phố có máy phát hình cơng suất từ lớn tới nhỏ, vùng sâu vùng xa có trạm phát lại truyền hình nhờ phát triển thơng tin vệ tinh Truyền hình nơi hội tụ thành tựu khoa học tiên tiến sản phẩm ứng dụng công nghệ lĩnh vực viễn thơng - điện tử - tin học Góp phần quan trọng vào phát triển truyền thông nước ta Nhờ ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự, truyền hình số nhanh chóng hồn thiện triển khai ngày rộng nước giới Nhận thức điều này, đơn vị làm công tác kỹ thuật Đài truyền hình Việt Nam sâu nghiên cứu cơng nghệ truyền hình số Ngay từ năm 1997 , có số đề tài khoa học nghiên cứu truyền hình số khả ứng dụng chúng Việt Nam Năm 1998 , lộ trình đổi cơng nghệ truyền hình từ tương tự sang số hình thành Tuy nhiên, vấn đề lựa chọn thơng số thu phát tối ưu tốn khó có q nhiều thơng số cần lựa chọn điều kiện hệ thống thiết bị sử dụng đa dạng chủng loại chất lượng Để đóng góp phần nhỏ bé vào việc khai thác, sử dụng hệ thống truyền hình số, em nhận đề tài “ Nghiên cứu số giải pháp nâng cao chất lượng tín hiệu truyền hình số”, nội dung đề tài chia thành chương: Chương : Tổng quan truyền hình số Chương : Hệ thống truyền hình số vệ tinh Chương : Một số giải pháp nâng cao chất lượng hệ thống truyền hình vệ tinh Do tài liệu tham khảo cộng với trình độ cịn hẹn chế nên khơng thể tránh khỏi thiếu sót, em mong góp ý thầy giáo bạn Em xin chân thành cảm ơn bảo hướng dẫn tận tình thầy giáo Thiếu tá, TS Phạm Xn nghĩa thầy q trình học tập làm đồ án Chương : TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ Truyền hình số tên gọi hệ thống truyền hình mà tất thiết bị kỹ thuật từ Studio đến máy thu làm việc theo nguyên lí kỹ thuật số Trong hình ảnh quang học camera thu qua hệ thống ống kính, thay biến đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự hình ảnh quang học biến đổi thành dãy tín hiệu nhị phân (dãy số ) nhờ trình biến đổi tương tự sang số 1.1 Đặc điểm phát truyền hình số * Ít bị tác động nhiễu so với tương tự * Có khả nén lớn với tín hiệu truyền hình âm hình ảnh * Có khả áp dụng kỹ thuật sửa lỗi * Do truyền giá trị nên tín hiệu âm thanh, hình ảnh, tín hiệu điều khiển, liệu xử lí giống * Có thể mã hóa dễ dàng * Địi hỏi cơng suất truyền dẫn thấp * Các kênh định vị tương đối dễ dàng * Các hệ thống điều chế phát triển cho chống tượng bóng hình sai pha * Chất lượng dịch vụ giảm nhanh máy thu khơng nằm vùng phục Địi hỏi tần số cho việc phát thanh, truyền hình quảng bá * Người xem phải mua máy hay sử dụng chuyển đổi SETTOP * Những đầu tư yêu cầu phương tiện trạm phát 1.2 Sơ đồ khối nguyên tắc hoạt động hệ thơng thu phát hình số Hệ thống truyền hình sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ truyền tín hiệu chương trình kênh thông tin mở khả đặc biệt rộng rãi cho thiết bị truyền hình Trong số ứng dụng, tín hiệu số thay hồn tồn cho tín hiệu tương có khả thực chức mà tín hiệu tương tự làm khó thực hiện, việc xử lý tín hiệu lưu trữ So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh Tuy nhiên tất trường hợp tin hiệu số đạt hiệu cao so với tín hiệu tương tự Mặc dù vậy, xu hướng chung cho cơng nghiệp phát triển truyền hình giới nhằm đạt thống chung hệ thống truyền hình hồn tồn kỹ thuật số có chất lượng cao dễ dàng phân phối kênh thông tin Nguyên lý, cấu tạo hệ thống truyền hình số mơ tả hình vẽ sau hình 1.1 Thiết bị phát Mã hóa kênh Biến đổi A/D Biến đổi tín hiệu Kênh thơng tin Thiết bị phát T/h truyền hình Mã hóa kênh Biến đổi D/A Biến đổi tín hiệu Hình 1.1 : Sơ đồ khối hệ thống thu phát hình số