TRUYỀN HÌNH SỐ VÀ MULTIMEDIA (Digital Compressed Television and Multimedia) - Phần 4 pot

IV. IV. ĐI ĐI Ề Ề U CH U CH Ế Ế / GI / GI Ả Ả I ĐI I ĐI Ề Ề U CH U CH Ế Ế S S Ố Ố : : C C á á c phương ph c phương ph á á p đi p đi ề ề u ch u ch ế ế s s ố ố cơ b cơ b ả ả n: n:   ASK (Amplitude Shift Keying)/OOK (On ASK (Amplitude Shift Keying)/OOK (On - - Off Off - - Keying) Keying)   FSK (Frequency Shift Keying) FSK (Frequency Shift Keying)   PSK (Phase Shift Keying) PSK (Phase Shift Keying) 4.1. 4.1. DVB DVB - - C (QAM) C (QAM)   Kênh c Kênh c á á p: tuy p: tuy ế ế n t n t í í nh hơn kênh v nh hơn kênh v ệ ệ tinh, t tinh, t ỉ ỉ l l ệ ệ S S /N /N cao nhưng băng t cao nhưng băng t ầ ầ n h n h ạ ạ n ch n ch ế ế (7 (7   8 MHz/ kênh), 8 MHz/ kênh), b b ị ị ả ả nh hư nh hư ở ở ng nhi ng nhi ễ ễ u, echo v u, echo v à à s s ự ự l l ặ ặ p l p l ạ ạ i c i c ủ ủ a t a t í í n n hi hi ệ ệ u. u.   Đi Đi ề ề u ch u ch ế ế m m ứ ứ c cao 16 c cao 16 – – 32 32 – – 64 QAM (v 64 QAM (v ớ ớ i vi i vi ệ ệ c c không d không d ù ù ng mã xo ng mã xo ắ ắ n Viterbi, t n Viterbi, t ố ố c đ c đ ộ ộ bit hi bit hi ệ ệ u d u d ụ ụ ng ng ~ 38Mb/s (64QAM) ~ 38Mb/s (64QAM) 4.2. 4.2. DVB DVB - - S (QPSK): S (QPSK): + Phi tuy + Phi tuy ế ế n, n, băng r băng r ộ ộ ng (36Mhz/ kênh), công su ng (36Mhz/ kênh), công su ấ ấ t h t h ạ ạ n n ch ch ế ế . . + + QPSK (Q QPSK (Q - - Quatery/ Quadra Quatery/ Quadra rure), rure), đơn s đơn s ó ó ng mang: ng mang: D D ữ ữ li li ệ ệ u ( u ( video/ audi video/ audi o) o) dư dư ớ ớ i d i d ạ ạ ng g ng g ó ó i c i c ó ó đ đ ộ ộ d d à à i c i c ố ố đ đ ị ị nh trong dòng truy nh trong dòng truy ề ề n t n t ả ả i MPEG i MPEG - - 2 2   Phân b Phân b ố ố năng lư năng lư ợ ợ ng ng   R R - - S (mã ngo S (mã ngo à à i; s i; s ử ử a sai 1 a sai 1 ) ) QAM QAM 16.32.64 16.32.64 Hình 4.1. Tiêu chuẩn DVB-C C C á á c l c l ớ ớ p b p b ả ả o v o v ệ ệ đ đ ể ể truy truy ề ề n d n d ữ ữ li li ệ ệ u đi u đi í í t c t c ó ó sai l sai l ầ ầ m. m. C C á á c bư c bư ớ ớ c x c x ử ử lý ti lý ti ế ế p theo: p theo: 1. T 1. T ạ ạ o dòng d o dòng d ữ ữ li li ệ ệ u th u th à à nh c nh c ấ ấ u tr u tr ú ú c thông d c thông d ụ ụ ng v ng v ớ ớ i i vi vi ệ ệ c c c c à à i thêm c i thêm c á á c bytes đ c bytes đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ 2. Ng 2. Ng ẫ ẫ u nhiên ho u nhiên ho á á dòng d dòng d ữ ữ li li ệ ệ u. u. 3. C 3. C ộ ộ ng ng mã s mã s ử ử a sai 1 a sai 1 : Reed : Reed - - Solomon v Solomon v à à o t o t ừ ừ ng g ng g ó ó i i d d ữ ữ li li ệ ệ u (g u (g ọ ọ i l i l à à mã ho mã ho á á ngo ngo à à i, gi i, gi ố ố ng nhau cho t ng nhau cho t ấ ấ t t c c ả ả c c á á c h c h ệ ệ th th ố ố ng) (ch ng) (ch è è n d n d ữ ữ li li ệ ệ u cho t u cho t ừ ừ ng g ng g ó ó i d i d ữ ữ li li ệ ệ u) u) 4. Ch 4. Ch è è n mã xo n mã xo ắ ắ n Viterbi ( n Viterbi ( mã s mã s ử ử a sai th a sai th ứ ứ 2 2 ) (g ) (g ọ ọ i l i l à à mã ho mã ho á á trong trong ) ) 5 5 . . Đi Đi ề ề u ch u ch ế ế QPSK (pha vuông g QPSK (pha vuông g ó ó c) c) Ph Ph ổ ổ t t í í n hi n hi ệ ệ u u S S QPSK QPSK (f)=4E (f)=4E b b [sin [sin   T T b b f /( f /(   T T b b f] f] 2 2 E E b b – – năng lư năng lư ợ ợ ng truy ng truy ề ề n 1 bit t n 1 bit t í í n hi n hi ệ ệ u s u s ố ố T T b b – – Th Th ờ ờ i gian bit; T i gian bit; T b b =1/f =1/f b b + B + B ộ ộ ph ph á á t đ t đ á á p 36MHz: truy p 36MHz: truy ề ề n 1 dòng d n 1 dòng d ữ ữ li li ệ ệ u c u c ó ó í í ch ch 39Mb/s v 39Mb/s v ớ ớ i mã s i mã s ử ử a sai Viterbi t a sai Viterbi t ỉ ỉ l l ệ ệ ¾ ¾ ( ( thu di đ thu di đ ộ ộ ng) ng)   Phân b Phân b ố ố năng lư năng lư ợ ợ ng ng   R R - - S (s S (s ử ử a sai 1; a sai 1; mã ngo mã ngo à à i i ) ) Q Q P P S S K K Hình 4.2. Tiêu chuẩn DVB-S   Ch Ch è è n mã n mã Viterbi (s Viterbi (s ử ử a a sai 2 )mã trong sai 2 )mã trong 4.3. 4.3. DVB DVB - - T (OFDM) T (OFDM)   D D ù ù ng VHF (UHF) ng VHF (UHF)   COFDM (Code Orthogonal Frequency Division COFDM (Code Orthogonal Frequency Division Multiplexing): Multiplexing): + C + C ó ó th th ể ể chia dòng truy chia dòng truy ề ề n bit th n bit th à à nh h nh h à à ng ng ng ng à à n s n s ó ó ng ng mang ph mang ph ụ ụ t t ố ố c đ c đ ộ ộ th th ấ ấ p trong FDM (gh p trong FDM (gh é é p kênh p kênh theo t theo t ầ ầ n s n s ố ố ) ) Hình 4.3. Tiêu chuẩn DVB-T   Phân b Phân b ố ố năng lư năng lư ợ ợ ng ng   R R - - S (s S (s ử ử a sai a sai 1 mã ngo 1 mã ngo à à i; i; ) ) OFDM OFDM 2K/ 8K 2K/ 8K   Ch Ch è è n mã n mã Viterbi (s Viterbi (s ử ử a a sai 2 ) sai 2 ) mã trong mã trong + 2 Mode: 2K (1705 carriers), trong d + 2 Mode: 2K (1705 carriers), trong d ả ả i thông 7,61 i thông 7,61 Mhz v Mhz v à à th th ờ ờ i gian symbol hi i gian symbol hi ệ ệ u d u d ụ ụ ng T ng T u u =224 =224   s); s); 8K (6817 carriers, trong d 8K (6817 carriers, trong d ả ả i thông 7,61 MHz v i thông 7,61 MHz v à à T T u u =86 =86   s). s). + M + M ỗ ỗ i s i s ó ó ng mang đư ng mang đư ợ ợ c đi c đi ề ề u ch u ch ế ế theo sơ đ theo sơ đ ồ ồ X X - - QAM QAM (4,16, (4,16, 32 32 - - QAM) QAM) + + Đi Đi ề ề u ch u ch ế ế COFDM (fading l COFDM (fading l ự ự a ch a ch ọ ọ n t n t ầ ầ n s n s ố ố ) khi ) khi m m ỗ ỗ i s i s ó ó ng mang đư ng mang đư ợ ợ c đi c đi ề ề u ch u ch ế ế ở ở t t ố ố c đ c đ ộ ộ bit trung bit trung b b ì ì nh (t nh (t ố ố c đ c đ ộ ộ symbol ~ 1 kbaud ho symbol ~ 1 kbaud ho ặ ặ c 4 kbaud c 4 kbaud ứ ứ ng ng v v ớ ớ i mode 2K ho i mode 2K ho ặ ặ c 8K) v c 8K) v à à kho kho ả ả ng th ng th ờ ờ i gian r i gian r ấ ấ t t d d à à i so v i so v ớ ớ i th i th ờ ờ i gian đ i gian đ á á p p ứ ứ ng thay đ ng thay đ ổ ổ i kênh. i kênh. Đo đ Đo đ ó ó m m ỗ ỗ i s i s ó ó ng mang ph ng mang ph ụ ụ chi chi ế ế m 1 d m 1 d ả ả i t i t ầ ầ n h n h ẹ ẹ p, p, trong đ trong đ ó ó đ đ á á p p ứ ứ ng t ng t ầ ầ n s n s ố ố kênh l kênh l à à ph ph ẳ ẳ ng c ng c ụ ụ c b c b ộ ộ Máy phát FEC Máy thu FEC Phân tán năng lượng Mã hóa ngoài (R-S) Chèn ngoài Mã hóa trong (chập) Viterbi Dữ liệu Dữ liệu Hình 4.4 FEC ( Forward error correction, F- sửa lỗi dữ liệu trước khi lỗi xuất hiện) COFDM: Sửa lỗi trong hệ thống truyền hình số (mặt đất và vệ tinh) 1. 1. Phân t Phân t á á n năng lư n năng lư ợ ợ ng: ng: Lo Lo ạ ạ i b i b ỏ ỏ chu chu ỗ ỗ i ch i ch ạ ạ y d y d à à i long run (0,1) trong t i long run (0,1) trong t í í n n hi hi ệ ệ u như c u như c á á c bytes ch c bytes ch è è n v n v à à o g o g ó ó i 0; T i 0; T ứ ứ c t c t ạ ạ o chu o chu ỗ ỗ i i gi gi ả ả ng ng ẫ ẫ u nhiên t u nhiên t ừ ừ dòng bit đ dòng bit đ ế ế n (còn g n (còn g ọ ọ i l i l à à x x á á o tr o tr ộ ộ n n d d ữ ữ li li ệ ệ u) b u) b ằ ằ ng đa th ng đa th ứ ứ c 1+ X c 1+ X 14 14 + X + X 15 15 (bit th (bit th ứ ứ 14 v 14 v à à 15 15 đi v đi v à à o c o c ổ ổ ng exclusive OR, ng exclusive OR, sau đ sau đ ó ó đi ngư đi ngư ợ ợ c đ c đ ế ế n n đ đ ầ ầ u v u v à à o). o). Đ Đ ầ ầ u ra l u ra l à à chu chu ỗ ỗ i nh i nh ị ị phân gi phân gi ả ả ng ng ẫ ẫ u nhiên u nhiên PRBS (Pseudo random binary sequency). N PRBS (Pseudo random binary sequency). N ó ó đư đư ợ ợ c c d d ù ù ng cho m ng cho m á á y thu nh y thu nh ằ ằ m khôi ph m khôi ph ụ ụ c l c l ạ ạ i d i d ữ ữ li li ệ ệ u g u g ố ố c. c. Ch Ch ú ú ý c ý c ó ó m m ộ ộ t s t s ố ố d d ữ ữ li li ệ ệ u không đư u không đư ợ ợ c x c x á á o tr o tr ộ ộ n n (byte (byte đ đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ dòng truy dòng truy ề ề n, c n, c á á c byte đ c byte đ ồ ồ ng b ng b ộ ộ g g ó ó i i truy truy ề ề n con) n con) 2. 2. Mã h Mã h ó ó a ngo a ngo à à i (R i (R - - S): S): L L à à mã m mã m ứ ứ c kh c kh ố ố i (block level code): c i (block level code): c ộ ộ ng 16 bytes ng 16 bytes ph ph ụ ụ v v à à o c o c á á c g c g ó ó i 188 bytes c i 188 bytes c ủ ủ a dòng truy a dòng truy ề ề n đ n đ ể ể t t ạ ạ o ra o ra g g ó ó i 204 bytes (=16+188). Thu i 204 bytes (=16+188). Thu ậ ậ t to t to á á n s n s ử ử a l a l ỗ ỗ i n i n à à y đ y đ ặ ặ c c trưng b trưng b ằ ằ ng 3 thông s ng 3 thông s ố ố : : n = 204 n = 204 – – đ đ ộ ộ d d à à i g i g ó ó i truy i truy ề ề n cu n cu ố ố i i k = 188 k = 188 – – đ đ ộ ộ d d à à i g i g ó ó i truy i truy ề ề n g n g ố ố c c t = 8 t = 8 – – s s ố ố bytes c bytes c ó ó th th ể ể s s ử ử a a Ta còn g Ta còn g ọ ọ i mã R i mã R - - S b S b ằ ằ ng R ng R - - S (204,188) c S (204,188) c ủ ủ a DVB a DVB - - T/S, v T/S, v ớ ớ i ATSC: R i ATSC: R - - S (207,187). Mã R S (207,187). Mã R - - S l S l à à trư trư ờ ờ ng ng h h ợ ợ p đ p đ ặ ặ c bi c bi ệ ệ t c t c ủ ủ a c a c á á c mã BCH (Bose c mã BCH (Bose – – Chandhuri Chandhuri – – Hocgenghem) Hocgenghem) 3. 3. Ch Ch è è n ngo n ngo à à i i (Forney interleaving) (Forney interleaving) Ch Ch è è n ngo n ngo à à i nh i nh ằ ằ m tr m tr ả ả i c i c á á c l c l ỗ ỗ i theo th i theo th ờ ờ i gian đ i gian đ ể ể mã mã ho ho á á ngo ngo à à i c i c ó ó hi hi ệ ệ u qu u qu ả ả hơn hơn . Mã ho . Mã ho á á ngo ngo à à i c i c ó ó th th ể ể s s ử ử a đ a đ ế ế n 8 bytes trong 1 dòng truy n 8 bytes trong 1 dòng truy ề ề n. n. 4. 4. Mã ho Mã ho á á trong trong (mã ho (mã ho á á ch ch ậ ậ p) p) - - mã ho mã ho á á Viterbi. Viterbi. Mã ho Mã ho á á trong t trong t ạ ạ i m i m ứ ứ c bit (còn mã R c bit (còn mã R - - S t S t ạ ạ i m i m ứ ứ c c kh kh ố ố i), không ph i), không ph ả ả i lưu to i lưu to à à n b n b ộ ộ d d ữ ữ li li ệ ệ u trong b u trong b ộ ộ nh nh ớ ớ , d , d o đ o đ ó ó ho ho ạ ạ t đ t đ ộ ộ ng nhanh: ng nhanh: n n - - s s ố ố dòng d dòng d ữ ữ li li ệ ệ u u n=2 ho n=2 ho ặ ặ c 3 c 3 ; ; đư đư ợ ợ c bi c bi ể ể u di u di ễ ễ n v n v ớ ớ i t i t ỉ ỉ l l ệ ệ ½ ½ ho ho ặ ặ c 2/3 c 2/3 [...]... min   (4. 1) Với k' j2  ( t    l,Ts  68.m.Ts ); Tn ; (l  68m)Ts  t  (l  68.m  1)Ts  e m,l,k ( t)    0, khác  k- số tải (k=kmin-kmax); l- số symbol OFDM (l= 0-6 7); K – số tải đã phát; Ts- thời gian symbol; Tu-nghịch đảo của khơng gian tải;  - thời gian của khoảng bảo vệ ;  0- tần số trung tâm của tín hiệu RF/rad (4. 2) k’ – chỉ số tải tương đối so với tần số trung tâm k’=k-(kmax+kmin)/2... (để đếm echo và phản xạ, để máy thu đồng bộ điểm bắt đầu của 1 symbol): được cộng vào điểm bắt đầu symbol  Dữ liệu có ích Khoảng bảo vệ Tốc độ dữ liệu hữu ích  B.C.M.N [b/s] T B- Hiệu quả của mã khối R-S (188/2 04= 0,92 C- Tốc độ mã hố chập (1/2; 2/3; 3 /4; 5/6; 7/8) M- Số bit / tải (M=2 cho QPSK; M =4 cho 16-QAM; M=6 cho 6 4- QAM) N- Số tải dữ liệu đã được sử dụng (1512 cho 2K; 6 048 cho 8K) T- Thời gian... vệ lỗi truyền QPSK Cao tần Trạm phát lên (up link) CA dịch tần dao động Khuếch đại IF Giải Điều chế Máy thu Hình 4. 8 Video Giải mã audio 4. 4 Máy thu DVB-T: 1 Dòng truyền tải TS (MPEG-TS) bao gồm: a Tín hiệu video: MPEG- 2 -4 :2:0 MP@ ML b Tín hiệu audio: MPEG-2 layer II Dòng MPEG-TS có thể thay đổi 531 Mb/s (DVBT)( còn ATSC khơng thay đổi) 3 trạng thái: 1 ) 4- QAM (QPSK): 2bit/ symbol 2)16-QAM: 4bit/ symbol... 1bit 1 1 Hình 4. 11 Tạo chuỗi giả ngẫu nhiên Trễ 1bit 1 Tín hiệu giả ngẫu nhiên này được điều chế BPSK (có thành phần ảo =0) có thành phần thực: Re =4/ 3 x 2x(1/2 - wk); wk- chuỗi giả ngẫu nhiên 4/ 3 , nếu wk  0 Re     4/ 3 , nếu wk  1 + Số lượng sóng mang pilot liên tục: 177 (8K); 45 (2K), nằm ở vị trí cố định trong từng OFDM symbol + Số lượng các sóng mang pilot phân tán: 131 (2K); 5 24 (8K), vị... mang được tạo bằng phép FFT (chứ khơng phải hình sin)  Dòng TS được điều biên và điều pha (QAM) với 03 trạng thái: 4- QAM 1 6- QAM 6 4- QAM  Dùng 5 giá trị tỉ lệ mã sửa sai: 1/2, 2/3, 3 /4, 5/6, 7/8  Dùng 04 giá trị khoảng thời gian bảo vệ: 1 /4, 1/8, 1/16, 1/32 (Khoảng bảo vệ là khoảng thời gian trống giữa các dòng số tích cực, nhằm khắc phục phản xạ) 3 Tín hiệu truyền đi gồm các frame (khung), mỗi frame... thu) Hình 4. 5 Tín hiệu có dạng phức, tuy nhiên chỉ có phần thực là được truyền 4. 3.2 Ngun lý COFDM (truyền tức thời dữ liệu qua phát sóng, có nghĩa là mã hố ghép kênh theo tần số trực giao) 1 Các u cầu: 1 Độ rộng băng tần truyền hình số bằng 6,7,8 MHz 2 Khơng can nhiễu với phát sóng tương tự 3 BER=1 0-1 0 – 1 0-1 2 4 Chống phản xạ nhiều đường 5 Cho phép truyền với kênh máy phát tương tự 6 Phủ sóng cục bộ,... thống truyền dẫn DVB Video M U X M U X M U X Audio SI Mã hóa nguồn, MPEG-TS ●Tương thích ●Phân tán năng lượng Mã ngồi R-S (2 04, 188) Program 1 Data Program 2 Ghép kênh Chèn dữ liệu ngồi l=12 Bộ tương thích đầu ra Hình 4. 7 Mã Trong (xoắn) Viterbi Chèn dữ liệu trong Điều chế số QAM/ QPSK/ COFDM Bộ tương thích kênh (tối ưu hóa kênh) Truyền hình DVB - S Video code Audio code M U X Data code chuyển đổi tần số. .. tin, hiện nay chỉ dùng 23 bit, còn 14 bit dùng cho dự phòng trong tương lai) 23 bit thơng tin + 14 bit dự phòng Bắt đầu 1 16 Bit đồng bộ 37 14 Bit bảo vệ lỗi Hình 4. 6 Các loại bit truyền TPS Thơng tin truyền đến máy thu bằng các tải TPS, gồm: 1 Thơng tin ánh xạ chòm sao (loại điều chế) 2 Thơng tin phân lớp, 3 Khoảng bảo vệ, 4 Tốc độ mã hố trong, 5 Mode truyền (2K,8K), 6 Số frame/ siêu frame (0 hoặc 3)... được cài vào COFDM symbol với một số cố định các pilot/ symbol (17 trong 2K, 68 trong 8K) Các pilot phân tán kết hợp với pilot liên tục để xấp xỉ méo kênh 6 Thơng số COFDM Có nhiều thơng số điều chỉnh được: 1 mode tải 2K, 8K 2 loại điều chế: QPSK, 16-QAM, 6 4- QAM 3 Khoảng bảo vệ: ¼ ; 1/8; 1/16; 1/ 64 4 Tỉ lệ mã hố trong (Viterbi): ½; 2/3; ¾; 5/6; 7/8 5 Các mode phân lớp 6 Lựa chọn độ rộng băng tần truyền. .. (Transmission Parameter Signalling) 4 frames liên tiếp = supperframe (để chèn đủ số ngun gói mã sửa sai R-S 2 04 bytes trong dòng MPEG-2-TS)  TF: chu kỳ frame  TS: chu kỳ symbol= thời gian tích cực Tu+ (khoảng bảo vệ)  Mỗi symbol chứa 1705 sóng mang (2K) và 6817 sóng mang (8K) trong dải thơng 8MHz Độ 8M rộng HZ kê nh OFDM symbol Thời gian Subcarrrier (tải con) f Hình 4. 9 Phân bố tải trong OFDM symbol .  (4. 2) k- số tải (k=k min -k max ); l- số symbol OFDM (l= 0-6 7); K – số tải đã phát; T s - thời gian symbol; T u -nghịch đảo của không gian tải;  - thời gian của khoảng bảo vệ ;  0 - tần số. Toác B.C.M.N T ä  B- Hiệu quả của mã khối R-S (188/2 04= 0,92 C- Tốc độ mã hoá chập (1/2; 2/3; 3 /4; 5/6; 7/8) M- Số bit / tải (M=2 cho QPSK; M =4 cho 16-QAM; M=6 cho 6 4- QAM) N- Số tải dữ liệu đã. g ọ ọ i mã R i mã R - - S b S b ằ ằ ng R ng R - - S (2 04, 188) c S (2 04, 188) c ủ ủ a DVB a DVB - - T/S, v T/S, v ớ ớ i ATSC: R i ATSC: R - - S (207,187). Mã R S (207,187). Mã R - - S l S l à à trư