Công nghệ truyền hình số dvb t2 và đề xuất hệ thống dựng hình tại vtv,luận văn thạc sỹ kỹ thuật điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC GIAO THƠNG VẬN TẢI LÊ ðĂNG THÁI CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ DVB-T2 VÀ ðỀ XUẤT HỆ THỐNG DỰNG HÌNH TẠI VTV Chuyên ngành: Kỹ thuật ñiện tử Mã số : 60.52.70 LUẬN VĂN THẠC SỸ KỸ THUẬT Cán hướng dẫn: TS PHẠM VIỆT HÀ HÀ NỘI - 2014 TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC Họ tên học viên: Lê ðăng Thái Năm sinh: 1985 Cơ quan công tác: ðài Truyền hình Việt Nam – Phịng Tin học ứng dụng Khố: 19 Chun ngành: Kỹ thuật điện tử Mã số: 60.52.70 Cán hướng dẫn: TS Phạm Việt Hà Bộ mơn: KTVT Tên đề tài luận văn: “Cơng nghệ truyền hình số DVB-T2 đề xuất hệ thống dựng hình VTV” Mục đích nghiên cứu ñề tài: - Nghiên cứu tổng quan hệ thống truyền hình số - Nghiên cứu cơng nghệ DVB-T2 - ðề xuất hệ thống dựng hình ứng dụng ñài truyền hình Việt Nam Phương pháp nghiên cứu kết ñạt ñược: Sử dụng phương pháp tổng hợp, phân tích kết hợp nghiên cứu lý thuyết sở sách, báo, tài liệu công bố hội thảo, tạp chí ngồi nước, tiêu chuẩn tổ chức quốc tế với thực trạng cơng nghệ truyền hình số đài truyền hình Việt Nam ñể ñề xuất giải pháp tổng thể hệ thống dựng hình VTV ðiểm bình qn mơn học: ðiểm bảo vệ luận văn: Ngày Xác nhận cán hướng dẫn: TS Phạm Việt Hà Xác nhận môn: Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử tháng năm 2014 Học viên Lê ðăng Thái MỤC LỤC TRÍCH YẾU LUẬN VĂN CAO HỌC MỤC LỤC DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG BIỂU DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ LỜI NÓI ðẦU 11 CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 13 1.1 Xu phát triển truyền hình số 13 1.1.1 Sự ñời truyền hình số 14 1.1.2 Lịch sử phát triển truyền hình số 15 1.1.3 ðặc ñiểm truyền hình số 16 1.2 Các tiêu chuẩn truyền hình số 17 1.2.1 Tiêu chuẩn DVB 18 1.2.2 Họ tiêu chuẩn ATSC 19 1.2.3 Tiêu chuẩn ISDB 22 1.3 Các công nghệ truyền hình số tiên tiến 23 1.3.1 Cơng nghệ truyền hình số DVB hệ thứ hai 23 1.3.2 Cơng nghệ truyền hình số qua mạng IP (IPTV) 25 1.3.3 Truyền hình số qua mạng di ñộng 29 1.3.4 Cơng nghệ truyền hình 3DTV 30 1.3.5 Công nghệ truyền hình Ultra HDTV 31 1.4 Các phương thức phát truyền hình số 32 1.4.1 Phát truyền hình số qua vệ tinh 32 1.4.2 Phát truyền hình số quảng bá mặt ñất 34 1.4.3 Phát truyền hình số qua mạng cáp 36 1.4.4 Nhận xét chung phương thức truyền dẫn 39 1.5 ðánh giá công nghệ phương thức phát truyền hình 40 1.6 Kết luận chương 43 CHƯƠNG CƠNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ðẤT DVB-T2 44 2.1 Tổng quan chung 44 2.1.1 Những tiêu chí DVB-T2 44 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử 2.1.2 Phân loại tiêu chuẩn cho truyền hình số mặt ñất DVB-T2 45 2.1.3 ðặc ñiểm công nghệ DVB-T2 48 2.1.4 Những kỹ thuật DVB-T2 53 2.2 u cầu tín hiệu truyền hình số 61 2.2.1 Mã hóa tín hiệu hình ảnh 61 2.2.2 Mã hóa tín hiệu âm 65 2.2.3 Ghép kênh 65 2.2.4 Mã hóa sửa lỗi điều chế 66 2.2.5 Tạo, mã hóa điều chế báo hiệu lớp 67 2.2.6 Cấu trúc khung 67 2.2.7 Tạo OFDM 67 2.2.8 Thông tin dịch vụ phụ ñề 67 2.3 Yêu cầu ñối với thiết bị phát tín hiệu sóng vơ tuyến 69 2.3.1 Yêu cầu ñối với thiết bị phát 69 2.3.2 Yêu cầu ñối với tín hiệu sóng vơ tuyến 71 2.4 Yêu cầu ñối với thiết bị thu 77 2.4.1 Yêu cầu thông tin chất lượng dịch vụ 78 2.4.2 Yêu cầu giao diện 79 2.4.3 Tần số băng thông kênh 79 2.4.4 Các chế ñộ RF 80 2.5 Kết luận chương 81 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU ðỀ XUẤT HỆ THỐNG DỰNG HÌNH TẠI VTV82 3.1 Hệ thống sản xuất chương trình truyền hình 82 3.1.1 Quy trình sản xuất chương trình 82 3.1.2 Hiện trạng sản xuất chương trình VTV 84 3.1.3 Phân tích lựa chọn cơng nghệ 90 3.2 ðề xuất phát triển hệ thống dựng hình VTV 92 3.2.1 Hệ thống camera tiền kỳ 92 3.2.2 Hệ thống nhận files từ Internet chuyển ñổi ñịnh dạng 95 3.2.3 Hệ thống nạp tín hiệu (Ingest) 97 3.2.4 Hệ thống hậu kỳ 98 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử 3.2.5 Hệ thống lưu trữ Quản lý tư liệu 99 3.2.6 Hệ thống video server phát trường quay 104 3.2.7 Lựa chọn hạ tầng kết nối hệ thống 106 3.3 ðánh giá ñề xuất 108 3.4 Kết luận chương 108 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ðỀ TÀI 109 LỜI CẢM ƠN 111 TÀI LIỆU THAM KHẢO 112 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, VIẾT TẮT Chữ viết tắt A/D AM ASK ATSC Tiếng Anh Analog/Digital D/A Amplitude Modulation Amplitude-Shift Keying Advanced Television System Commitee Bit Error Rate Carrier/Noise Cable Television International Telegraph and Telephone Consultative Central Office Control Word Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing Digital/Analog DAB DFT DiBEG Digital Audio Broadcasting Discrete Fourier Transform Digital Broadcasting Expert Group DSL DSLAM Digital Subscriber Line Digital Subscriber Line Access Multiplexer Digital Signal Processing Direct to Home Digital Video Broadcasting Digital Video Broadcasting-Cable / Satellite / Terrestrial Digital Visual Interface Enhanced Definition Television BER C/N CATV CCITT CO CW COFDM DSP DTH DVB DVBC/S/T DVI EDTV ETSI European Telecommunications Standards Institute Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử Tiếng Việt Chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số ðiều chế biên độ Khố dịch biên Hội đồng hệ thống truyền hình cải biên Tỷ lệ lỗi bit Sóng mang/tạp âm Truyền hình cáp Hơi đồng tư vấn điện thoại điện báo quốc tế Phịng điều khiển trung tâm Từ điều khiển Ghép kênh phân chia tần số trực giao có mã sửa sai Chuyển đổi tín hiệu số sang tín hiệu tương tự Phát số quảng bá Biến ñổi Fourier rời rạc Nhóm chun gia truyền hình số ðường dây th bao số Ghép kênh truy nhập ñường dây thuê bao số Xử lý tín hiệu số Truyền hình vệ tinh DTH Truyền hình số quảng bá Truyền hình số qua cáp / vệ tinh / phát sóng mặt đất Giao diện trực quan kỹ thuật số Truyền hình độ phân giải mở rộng Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu Chữ viết tắt EMM ECM FDM FEC FFT FIB FM FSK FTTB FTTH FTTP GPRS HDMI HDSL HDTV HPF ICI IDFT IFFT IPTV ISDB ISI LDTV LPF MC MPEG M-PSK M-QAM Tiếng Anh Tiếng Việt Entertainment Management Bản tin quản lý dịch vụ Message Entitlement Control Message Bản tin ñiều khiển Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số Forward Error Correction Sữa lỗi lũy tiến Fast Fourier Transform Biến ñổi Fourier nhanh Fast Information Box Khối thông tin nhanh Frequency Modulation ðiều chế tần số Frequency-Shift Keying Khoá dịch tần Fiber to the Business Cáp quang ñến tận nhà Fiber to the Home Cáp quang ñến tận nhà Fiber to the Premise Cáp quang ñến tận nhà General Packet Radio Service Gói dịch vụ vơ tuyến phổ biến High Definition Media Interface Giao diện truyền thơng độ nét cao High-Bit-Rate Digital Subscriber ðường dây th bao số tốc ñộ Line cao High Definition Television Truyền hình phân giải cao High Pass Filter Bộ lọc thơng cao InterChannel Interference Nhiễu xuyên kênh Inverse Discrete Fourier Biến ñổi Fourier rời rạc ngược Transform Inverse Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier ngược nhanh Internet Protocol Television Truyền hình qua mạng IP Integrated Services Digital Truyền hình số dịch vụ tích Broadcasing hợp InterSymbol Interference Nhiễu xuyên ký tự Low Definitiom Television Truyền hình độ phân giải thấp Low Pass Filter Bộ lọc thông thấp Multi Carrier ða sóng mang Moving Pictues Expert Group Nhóm chuyên gia ảnh động M-ary Phase Shift Keying Khóa dịch pha M trạng thái M-ary Quadrature Amplitude ðiều chế biên ñộ vng góc M Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử Chữ viết tắt NTSC OFDM ONT PAL PAPR PCM PM PON PSK QAM QoS RF RTOS SC SDTV SFN STB Tiếng Anh Modulation National Television System Committee Orthogonal Frequency Division Multiplexing Optical Network Terminal Phase Alternating Line Peak to Average Power Ratio Tiếng Việt trạng thái Hội đồng hệ thống truyền hình quốc gia Mỹ Ghép kênh phân chia tần số trực giao Thiết bị ñầu cuối quang Pha ln phiên theo dịng Tỷ số cơng suất đỉnh cơng suất trung bình Pulse Code Modulation ðiều chế xung mã Phase Modulation ðiều chế pha Passive Optical Network Mạng quang thụ động Phase-Shift Keying Khố dịch pha Quadrature Amplitude Modulation ðiều chế biên ñộ cầu phương Quality of Service Chỉ số chất lượng dịch vụ Radio Frequency Tần số vô tuyến Real Time Operating System Hệ thống hoạt động thời gian thực Single Carrier ðơn sóng mang Standard Definition Television Truyền hình độ phân giải tiêu chuẩn Singel Frequency Network Mạng ñơn tần Set Top Box Thiết bị giải mã Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 ðặc ñiểm ATSC 20 Bảng 1.2 So sánh DVB-T ATSC 21 Bảng 1.3 Các thông số truyền dẫn cho ISDB-T kênh cao tần 8MHz 22 Bảng 1.4 So sánh DVB-T ISDB-T 23 Bảng 2.1 Bảng so sánh chế ñộ ñặc ñiểm DVB-T DVB-T2 45 Bảng 2.2 Tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số mặt ñất 47 Bảng 2.3 Bảng danh mục tiêu chuẩn EMC cho máy phát DVB 48 Bảng 2.4 Bảng danh mục tiêu chuẩn thiết bị thu truyền hình số mặt đất 48 Bảng 2.5 Giá trị kích thước hiển thị theo chiều ngang 62 Bảng 2.6 ðộ phân giải cho hiển thị hình đầy đủ từ 25Hz H.264/AVC SDTV 63 Bảng 2.7 Time_scal num_units_in_tick tốc ñộ khung hình quét liên tục quét xen kẽ cho 25 Hz H.264/AVC HDTV, 50 Hz H.264/AVC HDTV 64 Bảng 2.8 ðộ phân giải cho hiển thị hình ñầy ñủ từ STB H.264/AVC HDTV 65 Bảng 2.9 Giá trị C/N thô cho kênh Gaussian (AWGN channel) 73 Bảng 2.10 Giá trị cường ñộ trường tối thiểu (dBµV/m) 74 Bảng 2.11 Hệ số bù nhiễu tác nhân nhân tạo khu vực thị 76 Bảng 2.12 Hệ số bù nhiễu tác nhân nhân tạo khu vực nông thôn 77 Bảng 2.13 Bảng phân kênh tần số băng tần VHF/UHF Việt Nam 79 Bảng 2.14 Các chế ñộ RF DVB-T2 ñược hỗ trợ 80 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 So sánh phổ tín hiệu tương tự tín hiệu số 17 Hình 1.2 Khung liệu VSB 21 Hình 1.3 Mơ hình hệ thống truyền hình IP qua mạng xDSL 26 Hình 1.4 Mơ hình hệ thống truyền hình IP qua mạng FTTH sử dụng cơng nghệ PON 28 Hình 1.5 Mơ hình chung hệ thống truyền hình di động 29 Hình 1.6 Mơ hình hệ thống truyền hình vệ tinh 33 Hình 1.7 Bản đồ trạng sử dụng cơng nghệ truyền hình số mặt đất giới 35 Hình 1.8 Mơ hình hệ thống truyền hình cáp 37 Hình 2.1 Sơ đồ khối hệ thống DVB-T2 điển hình 49 Hình 2.2 Lớp vật lý 51 Hình 2.3 Chồng giao thức T2-MI 52 Hình 2.4 Các PLP khác với lát thời gian khác 53 Hình 2.5 Khung DVB-T2 Frame với kênh RF ñơn nhiều PLP mode 54 Hình 2.6 Mật độ phổ cơng suất 2K 32K 55 Hình 2.7 Mơ hình MISO 55 Hình 2.8 Mẫu hình Pilot phân tán DVB-T (trái) DVB-T2 (phải) 56 Hình 2.9 ðồ thị chòm 256 – QAM 57 Hình 2.10 Chịm 16 – QAM “xoay” 58 Hình 2.11 So sánh hiệu suất quay chòm QPSK 58 Hình 2.12 Khoảng bảo vệ đổi (GI) với 8K 1/32 32K 1/128 59 Hình 2.13 So sánh mã sửa sai sử dụng DVB-T DVB-T2 60 Hình 2.14 ðịnh dạng liệu trước xen bit 66 Hình 2.15 Sơ đồ đo độ xác tần số 70 Hình 2.16 Sơ đồ kết nối đo dải thơng kênh 70 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử 10 Hình 2.17 Sơ đồ kết nối đo thơng số MER 71 Hình 2.18 Sơ đồ khối chức hệ thống thu hình số mặt đất 77 Hình 3.1 Quy trình sản xuất chương trình 82 Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động tồn hệ thống dựng hình 88 Hình 3.3 Sơ đồ mô tả việc quản lý metadata MetaSan 103 Hình 3.4 Sơ đồ tổng quan hệ thống dựng hậu kỳ SAN 104 Hình 3.5 Sơ đồ tổng quan hệ thống ñề xuất 107 Hình 3.6 Sơ đồ kết nối thiết bị với trạng có 107 Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử 11 LỜI NĨI ðẦU Tính cấp thiết đề tài Cơng nghệ truyền hình số ngày phát triển mạnh mẽ tồn giới Sự hội tụ truyền hình di động dần trở thành phương tiện truyền thơng đại chúng tiến tới trở thành ngành cơng nghiệp giải trí siêu lợi nhuận cho nhà khai thác Có nhiều cơng nghệ truyền hình số với đặc thù khác nên vấn ñề ñặt ñối với nhà khai thác cần nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm tìm giải pháp phù hợp nhằm thu ñược hiệu cao Truyền hình số mang đến chất lượng hình ảnh âm tốt hơn, cho phép người xem chọn lựa số lượng lớn kênh chương trình Việc chuyển sang cơng nghệ truyền hình số làm giảm hiệu ứng nhà kính việc giảm đáng kể (gần 10 lần) việc tiêu thụ ñiện máy phát hình Ngồi truyền hình số có ưu điểm việc sử dụng phổ tần vơ tuyến hiệu quả, sẵn sàng cho nhiều ứng dụng, ñem lại lợi ích cho cơng chúng nên áp dụng chuyển đổi từ truyền hình tương tự sang truyền hình số nhiều quốc gia giới ðài truyền hình mà cụ thể ðài Truyền Hình Việt Nam đóng vai trị quan trọng, khơng ñơn cung cấp tin tức thời sự, chương trình giải trí, dạy học mà đài truyền hình Việt Nam cịn thực chức thơng tin, tun truyền đường lối, sách ðảng pháp luật Nhà nước; góp phần giáo dục, nâng cao dân trí, phục vụ đời sống tinh thần nhân dân chương trình truyền hình Tuy nhiên, hệ thống tồn song song hệ thống tương tự hệ thống số dẫn đến khó khăn quản lý tập trung hệ thống Việt Nam định lựa chọn sang cơng nghệ truyền hình số DVB, cơng nghệ DVB-T2 đời dựa cải tiến cơng nghệ DVB cơng nghệ hàng đầu giới nay, với nhiều ưu điểm vượt trội so với truyền hình analog số lượng kênh, chương trình băng thơng lớn Hiện nay, AVG ñã phát thử nghiệm cung cấp dịch vụ dựa cơng nghệ DVB-T2 Chính vậy, việc áp dụng cơng nghệ truyền hình tiên tiến giới ñang mục tiêu hàng ñầu ðài truyền hình Việt Nam Qua đó, việc nghiên cứu cơng nghệ truyền hình số Lê ðăng Thái – Cao học Kỹ thuật ðiện tử