Giáo trình truyền hình số - Chương 5 pps

Tổng quát hệ thống truyền hình cáp Digital : Truyền hình số là truyền hình có chất lượng cao thỏa mãn được nhu cầu của người xem cũng như giúp cho các trung tâm truyền hình dễ dàng quản

TRUYỀN HÌNH CÁP DIGITAL

I Tổng quát hệ thống truyền hình cáp Digital :

Truyền hình số là truyền hình có chất lượng cao thỏa mãn được nhu cầu của người xem cũng như giúp cho các trung tâm truyền hình dễ dàng quản lý các thuê bao, Để phát triển lên công nghệ truyền hình số thì các trung tâm truyền hình cần phải cải thiện hệ thống của mình, nâng cấp các phương tiện kỹ thuật cũng như cần phải lắp đặt các đầu thu truyền hình số và điều chế các tín hiệu số

để phát đi khi đó các thuê bao cũng sẽ được lắp đặt một Set – top – box số, Cấu tạo của một hệ thống truyền hình cáp số cũng tương tự như hệ thống truyền hình cáp tương tự, Tổng quát của một hệ thống truyền hình cáp số bao gồm các khối chức năng như: thu tín hiệu số, nén và mã hóa, điều chế và sau đó sẽ được ghép kênh và truyền đi đến thuê bao, Tại thuê bao sẽ được lắp đặt một Set-top-box số

để thu tín hiệu và giải mã,

Thu tín hiệu Nén và mã hóa Điều chế

Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống

truyền hình cáp số

Nguyên lý họat động của hệ thống

Theo sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình cáp số thì tín hiệu được phát đi tại trung tâmvà đi đến thuê bao sẽ là tín hiệu số, Tại trung tâm của hệ thống tín hiệu sẽ được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau, Các tín hiệu được máy thu thu nhận sẽ được đưa qua khối nén và mã hóa tại đây tín hiệu sẽ được chuyển đổi hoàn tòan thành tín hiệu số, Tín hiệu này sau đó sẽ được đưa qua bộ điều chế số để điều chế tín hiệu số thành một tín hiệu hoàn chỉnh, Sau đó tín hiệu này sẽ được ghép kênh và phát đi trên sợi cáp quang đến node quang, Từ node quang tín hiệu được khuếch đại và đưa đến thuê bao, Tại thuê bao của truyền hình cáp số sẽ có một hệ thống truy cập có điều kiện, Tiến bộ của truyền hình

cáp số là có thể kết nối giữa máy tính với máy thu hình và hộp giải mã box số và có khả năng truyền trong Internet

Set-top-Mạng họat động của hệ thống trên đều dựa trên cơ sở của mạng HFC

và được gọi là HFC số, HFC là công nghệ cáp quang lai ghép, sử dụng cấu hình mạng dùng cáp quang và cáp đồng trục, được sử dụng để phân phối lại các dịch

vụ băng rộng, Các dịch vụ băng rộng này bao gồm: điện thọai, đa phương tiện tương tác, truy cập Iternet tốc độ cao, VOD (Video-on demand –video theo yêu cầu) và học từ xa, Các lọai dịch vụ cung cấp cho thuê bao thay đổi giữa các công

ty cáp,

Nhiều công ty truyền hình cáp chính ở Châu Âu, Mỹ và Châu Mỹ La Tinh, Đông Nam Á đã sử dụng HFC số, Các mạng sử dụng công nghệ HFC có đặc trưng: thực hiện một cách lý tưởng các dịch vụ thông tin cho thế hệ mới, HFC thỏa mãn các yêu cầu về tăng khả năng mở rộng và thực hiện các dịch vụ phụ mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng,

II Hệ thống Headend số:

1./ Sơ đồ hệ thống Headend Digital:

Headend là trung tâm thu và phát tín hiệu, Từ đây tín hiệu sẽ được thu nhận và qua quá trình sử lý sau đó sẽ được phát đi, Khác với Headend Analog là tín hiệu tại trung tâm phát đi là tín hiệu số, Do sử dụng công nghệ mạng HFC nên hệ thống Headend số vẫn dựa trên cơ sở hạ tầng đã có sẵn chỉ cần đầu tư thêm trang thiết bị để xử lý tín hiệu

`

2./ Chức năng các khối trong hệ thống Headend số:

A./ SIGNAL ACQUISITION: tín hiệu thu

Tín hiệu thu ở đây rất đa dạng,các tín hiệu thu gồm: tín hiệu vệ tinh, truyền hình số mặt đất, mạng, các đài địa phương…tùy theo từng loại tín hiệu mà ta có các bộ giải điều chế khác nhau bằng cách sử dụng các card rời gắn trên các rack cắm

- Chất lượng hiển thị của tín hiệu: cần xử lý tín hiệu một cách đầy

đủ và chính xác, tránh lan truyền tín hiệu bị trục trặc,

- Yếu tố dự phòng: có tầm quan trọng đối với các tín hiệu thu được

và nó sẽ tự động backup dữ liệu khi bộ phận trước đó xảy ra sự cố

a./ Thu tín hiệu từ vệ tinh: ( card TITAN)

- Tín hiệu thu từ vệ tinh sẽ được đưa qua bộ giải điều chế QBSK với ngỏ ra

+ hai ngõ ra ASI với tốc độ lên đến 31.7 Mbps + chế độ hiển thị được cải tiến (MER)

+ giao diện sử dụng đơn giản

c./ Tương thích với mạng ATM/SDH/SONET

* Đặc điểm của card AXIT:

- Có thể gắn nhiều card trên rack của headend số GALAXY ( ít nhất là 3 card)

- Vận hành theo AAAL và PVC

- Giao tiếp với mạng qua luồn STM_1/SONET tốc độ 155 Mbit/s

- Giao tiếp với mạng SDH (E3/DS3)

- Có đến 10 đôi ASI ngỏ vào và ra

- Đặc tả 10base-T để cho các địa chỉ IP củ và để điều khiển

- Có thêm giao diện cho người dùng và máy tính bằng đồ họa là JAVA GUI

và SNMP

d./ Tương thích với mạng /SDH/SONET ( card NEON Rx)

- Bộ phận này có chức năng là chuyển tín hiệu E3/DS3 sang ASI và truyền trên 1 đường truyền

- Đặc điểm:

+ Hỗ trợ tín hiệu DS3 hoặc tín hiệu E3 hoặc không cần khung fram + Tuân theo chuẩn ITU-T G703 và G832/G751

+ Hai ngỏ ra ASI để dự phòng + Ngỏ ra định dạng 204 gói tin, không cần FEC

+ Màn hình LCD ở phía trước để điểu khiển trạng thái thông tin cho chính xác

e./ Thu tín hiệu các đài địa phương: ( card SPECTRA)

số cần điều chế + Mở rộng chức năng hiển thị tín hiệu + Hai ngỏ ra ASI

+ Hoàn toàn được chế tạo bởi ROSA

B – PROCESSING ( xữ lý tín hiệu)

Tín hiệu sau khi thu được sẽ được đưa qua khối PROCESSING để xử lý Gồm các khối: Decrambling, Routing, Remuxing, Processing, Scrambling,

a – DESCRAMING ( phân loại tín hiệu)

- Các tín hiệu sau khi vào khối này sẽ được giải mã để xử lý

- Đặc điểm:

+ phục hồi tín hiệu chỉ xảy ra với tín hiệu là số

+ Sự phục hồi dựa trên chuẩn mở:

Cable- POD và DVB-CI Gắn liền với chuẩn ASI

Có thể thay đổi hệ thống CA vì nó dễ và rẽ

+ Vận hành một cách độc lập và bạn có thể xoá tín hiệu sau khi hoàn tất công việc truyền

* CARD Indus MKII Transport Stream Descrambler:

- Ngày nay hầu hết các chương trình đều được mã hóa sử dụng chương trình truy cập hệ thống DVB Trong nhiều trường hợp các chương trình cần được phân loại để cho việc xử lý được nhanh hơn

- Indus MKII hoàn toàn dựa trên tiêu chuẩn DVB chẳng hạn như giao diện chung cho các ứng dụng của CA và ASI để tương thích với nhiều thiết

bị khác Ngoài ra với giao diện chung thì Indus cho phép vận hành giao diện CA với các thành phần được lựa chọn một cách dễ dàng, đồng thời cũng không cần sản xuất hàng loạt các phiên bản khác nhau mà chỉ cần thay thế Module CI và thẻ thông minh ( Smart Card) là đủ

- Qua giao diện HTML thì ta có thể vận hành hệ thống một cách tổng quát với các mục có sẵn và một trong những phần Descrambling đã được lựa chọn trước đó Sauk hi xử lý xong thì ngỏ ra là ASI

- Indus MKII tương thích với Rack GALAXI và nhiều hệ thống Headend số khác

b – ROUTING ( định tuyến)

- Là hệ thống chuyển mạch thông minh được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực nơi mà điểm nối điểm hay đa điểm nối đa điểm thì con đường dự phòng

là rất cần thiết

- Mục đích chính của phần này là chọn đường đi làm sao khi tín hiệu truyền

đi trên đường này bị mất còn có đường khác thay thế thì được gọi là Redundance swiching

- Phương pháp dự phòng được xem là khá quan trọng vì:

+ Tất cả các thiết bị làm việc ở lớp transport nên nhiều chương trình

có thể bị mất + Sự gián đoạn là nguyên nhân gay mất tín hiệu + Mạng số thường cung cấp nhiều dịch vụ hơn như pay-per-view

* Card Redus MKII:

- Được tích hợp nhiều dạng chuẩn khác nhau để sử dụng cho nhiều ứng dụng chỉ với 1 card kết nối thì Redus MKII như là một hệ thống khuếch đại nhỏ với 4 ngỏ ra

- Nó rất phù hợp với Rack GALAXI và được trang bị với hệ thống quản lý điều khiển bằng Remote qua giao diện ROSA hoặc hệ thống giao diện Third-party sử dụng SNML Màn hình LSD ở phía trước cho phép điều khiển một cách dễ dàng hơn

c – REMUXING: phân kênh

- Sự chọn lựa và trộn tín hiệu lại với nhau trong 1 luồng truyền

- Dựa trên giao diện chuẩn

+ Sự thích hợp giữa các thiết bị với ASI

+ Giao diện sử dụng để hiển thị và điều khiển là Web và SNMP

- Quá trình xử lý đơn giản

+ Phần mềm PSI/SI có thể thực hiện 1 cách tự động ở phía sau + Chỉ cần 1 sai phạm nhỏ sẽ hoạt động sai

d – PROCESSING: xử lý

- Xử lý PSI/SI xem như là 1 cách điều chỉnh của tín hiệu

- Thật sự PSI/Si rất phù hợp với đường TS ( Transport Stream)

+ Đa số được thực hiện bởi khối Re-multiplexer

- Mặt khác PSI/SI giúp thông tin không bị gián đoạn vì mỗi 1 luồn TS chứa thông tin về chương trình

e – SCRAMBLING: xáo trộn

- Chương trình Scrambling xảy ra trong sự thiếu liên lạc với điều kiện truy cập hệ thống

- Bộ xáo trộn dựa trên tiêu chuẩn mở

+ Nó cho phép nhiều thành phần CA trong hệ thống trộn lại với nhau giống như luồn TS

+ Giao tiếp với ASi -Các thiết bị vận hành không tốt cũng giống như 1 bộ trộn đã được cài đặt sẵn

+ Không có đĩa cứng và chỗ thông gió + Chương trình xử lý được gắn vào chạy với thời gian thực OS

C – TRANSMISSION: Truyền tải tín hiệu

- Đưa tất cả các tín hiệu vào 1 chỗ truyền đi với mạng

- Với các kỹ thuật điều chế:

64 & 256 QAM 8VBS &C-OFDM QBSK, 8PSK,16PSK

- Tương thích với mạng:

+ PDH/SDH/SONET DS3/E3 + ATM

+ Địa chỉ IP

- Kỹ thuật nén MPEG

+ Audio/Video + SDI

3./ Nén và mã hóa tín hiệu truyền hình:

Trung tâm của một mạng phát sóng video số bao gồm hệ thống nén, nó cung cấp chương trình video và audio chất lượng cao cho người xem bằng cách chỉ sử dụng một phần nhỏ độ rộng băng tần mạng, Mục đích chính của nén là tối thiểu hóa khả năng lưu trữ và truyền dẫn phát sóng thông tin (ghép nhiều tín hiệu chương trình truyền hình vào một dòng truyền) Hệ thống nén tín hiệu gồm các

bộ mã hóa số (digital encodes) và các bộ ghép kênh (multiplexers), Các bộ encodes có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự (video/audio) sang dạng số (digitizing), nén (compressing) và xáo trộn (scrambling) thành một dòng audio, video và dữ liệu (data) khác dưới dạng số có nén, Mã hóa số cho phép truyền dẫn, phát sóng nhiều chương trình video/audio chất lượng cao qua cùng độ rộng băng tần như một kênh sóng video/audio tương tự (ví dụ 8Mhz ở Việt Nam) Tín hiệu đã được mã hóa và nén thành một dòng tín hiệu MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group: chuẩn nén tín hiệu video/audio của Châu Âu, sử dụng cho Việt Nam) sẽ được đưa đến bộ ghép kênh, Nhóm chuyên gia MPEG đã định nghĩa một tặp các tiêu chuẩn nén và định dạng file, bao gồm cả hệ thống đồ họa video MPEG-2.Tiêu chuẩn nén tín hiệu video số MPEG-2 được chấp nhận ở 190 nước, là tiêu chuẩn nén video số, Có nhiều tiêu chuẩn nén video/audio: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-5, MPEG-6, MPEG-7, MPEG-J(JAVA),…Tuy nhiên, truyền hình số quảng bá chỉ sử dụng tiêu chuẩn MPEG-2, Chuẩn nén MPEG-1 và MPEG-3 được hợp nhất vào tiêu chuẩn MPEG-2 (máy VCD sử dụng chuẩn nén MPEG-1 còn DVD sử dụng chuẩn nén MPEG-2, do đó DVD đọc được cả đĩa VCD (MPEG-1) va đĩa DVD (MPEG-2),

4./ Kỹ thuật nén ảnh số:

a./ Khái quát về kỹ thuật nén:

Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và sự ra đời của Internet thì việc tìm một phương pháp nén ảnh để giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông tin trên mạng nhanh chóng đang là một yêu cầu cần thiết

Trong những năm gần đây, có rất nhiều các phương pháp đã và đang được nghiên cứu rộng rãi để thực hiện nén ảnh, Tất cả đều với một mục đích chung là làm thế nào để biểu diễn một ảnh với ít bit nhất để có thể tối thiểu hóa dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực của ảnh, Điều này tương đương với việc biểu diễn ảnh có độ tin cậy cao nhất với tốc độ bit nhỏ nhất,

Tốc độ bit được đo bằng số bit trên một điểm ảnh (pixel) Tốc độ bit đối với ảnh đen trắng khi chưa được nén là 8bit/pixel và đối với ảnh màu là 24bit/pixel, Các kỹ thuật nén hiện nay cho phép dung lượng ảnh được nén giảm 30 đến 50

lần so với ảnh gốc mà ảnh vẫn giữ được độ trung thực cao, Độ trung thực của ảnh được đánh giá dựa trên tiêu chí như lỗi trung bình bình phương (MSE: Mean Square Error) hoặc tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR: Signal-to-Noise rotio) giữa ảnh gốc và ảnh nén,

CÁC NGUYÊN TẮC CỦA NÉN ẢNH:

Một tính chất chung nhất của tất cả các ảnh số đó là tương quan giữa các pixel ở cạnh nhau lớn, điều này dẫn đến dư thừa thông tin để biểu diễn ảnh,

Dư thừa thông tin sẽ làm cho việc mã hóa không tối ưu, Do đó công việc cần làm

để nén ảnh là phải tìm được các biểu diễn ảnh với tương quan nhỏ nhất để giảm thiểu độ dư thừa thông tin của ảnh, Thực tế, có hai kiểu dư thừa thông tin được phân lọai như sau:

Dư thừa trong miền không gian: tương quan giữa các giá trị pixel của

ảnh, điều này có nghĩa rằng các pixel lân cận của ảnh có giá trị gần giống nhau (trừ những pixel ở giáp đường biên ảnh)

Dư thừa trong miền tần số: Tương quan giữa các mặt phẳng màu hoặc dãi phổ khác nhau,

Trọng tâm của việc nghiên cứu về nén ảnh là tìm cách giảm số bit cần để biểu diễn ảnh bằng việc lọai bỏ dư thừa trong miền không gian và miền tần số càng nhiều càng tốt,

CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH ĐƯỢC SỬ DỤNG:

- Nén ảnh không mất thông tin: với phương pháp này sau khi giải nén ta khôi phục được chính xác ảnh gốc, Các phương pháp nén này bao gồm mã hóa Huffman, mã hóa thuật tóan …

- Nén ảnh có mất thông tin: ảnh giải nén có một sự sai khác nhỏ so với ảnh gốc, Các phương pháp này bao gồm:

o Lượng tử hóa vô hướng: PCM và DPCM

o Lượng tử hóa vector

o Mã hóa biến đổi: biến đổi cosin rời rạc (DTC), biến đổi Fourier nhanh (FFT)

o Mã hóa băng con

Organization) thành lập cuối năm 1988 nhằm định ra các dạng thức video số tối

ưu, dùng được cho nhiều lãnh vực,

Khởi từ dạng thức DVI (Digital Video Interactive, 1988) ghi hình trên ROM của viện đại học Sarhoff Princeton, đến năm 1990 nhóm đã sọan xong dạng thức MPEG1, chỉ áp dụng cho video số SIF (352x288x25 hoặc 352x240x30 không xen kẽ) , với bit rate trung bình cỡ 1.5MHz, Có thể tạm xem MPEG1 là phép nén nội hình JPEG (Intra Frame) + phép nén liên hình (Inter Frame), bằng cách suy ra một hình ở giữa, từ dịch chuyển của cả hình sau lẫn trước nó (B = Bi-Directional Frame), Ứng dụng nổi bật của MPEG1 là việc ghi hình cùng lúc với hai đường âm thanh nổi trên đĩa CD, đạt chất lượng tương đương băng từ VHS, gọi là VCD, vẫn còn tồn tại đến nay,

CD-Tỷ lệ nén của MPEG1 đạt khỏang 20:1 là một thành tựu lớn, mở ra triển vọng dựa vào MPEG1 để phát triển ứng dụng cho truyền hình đại chúng (Broadcast TV, tứv PAL,NTSC,SECAM) Năm 1991, nhóm sọan xong MPEG2 vẫn trên nền cú pháp của MPEG1 nhưng thêm vào bộ công cụ xen kẽ (Interlace Tool).Bộ công cụ chọn tầm (Scalable Mode), chẳng hạn chọn tỷ lệ khuôn hình 4x3 hay 16x9, chọn nhóm hính( GOP) nhiều hay ít, chọn tầm dự báo chuyển động (macro block) rộng hay hẹp, Bộ công cụ phẩm cấp (Profiles-Levels), tùy chọn nhiều phẩm cấp chất lượng khác nhau, Thành công của MPEG2 mỹ nãn đến độ, ý định ban đầu chọn MPEG3 dành riêng cho HDTV không cần làm nữa

vì chính MPEG2 đã đáp ứng được tất cả,

Cuối năm 1992, MPEG4 được sọan xong, Đây là một phép nén hiệu quả cực cao nhưng chỉ dành cho các hình có cảnh nền cố định đã biết trước, Chẳng hạn tòan cảnh sân banh trong một trận bóng đá, tòan cảnh văn phòng của một điện thọai có hình …

- Năm 1995 MPEG1 và MPEG2 và năm 1999 MPEG4 được công nhận

là chuẩn quốc tế, Các đặc điểm cần lưu ý:

o MPEG không ohải tín hiệu mà chỉ là cú pháp nén và giải nén luồng bit,

o MPEG2 không định nghĩa cố định các thuật tóan, mà mở rộng khả năng cho từng phát kiền riêng, từng ứng dụng riêng, Chẳng hạn thông số đánh giá chuyển dịch của hình (Motion Estimation), thông số GOP (Group Of Picture: nhóm hình) , tỷ lệ nén (Rate Control), … đều có thể tùy chọn,

o MPEG2 mở rộng khả năng phát triển trong tương lai, tương thích được với tất cả các bộ giải nén,

MPEG-2

MPEG-2 = MPEG- Syntax Elements

Interlace Tool Scalable Modes Profiles & Levels

o MPEG2 không đối xứng, Nén MPEG rất phức tạp, trong quá trình nén

có kèm sẵn thông số giải nén cho đầu thu, đòi hỏi tính tóan rất nhiều, giải nén MPEG đơn giản, cần ít tính tóan hơn tức rẻ tiền hơn,

Nhóm hình _ GOP (Group Of Picture):

MPEG đạt hiệu quả nén cao, chủ yếu nhờ lọai bỏ dư thừa thời gian tức nén liên hình (inter frame), bằng cách không truyền lặp lại phần giống nhau của hình sau so với hình trước, Nói cách khác la chỉ truyền những cho đa khác đi (các chổ

đã dịch chuyển) của hình sau so với hình trước,

Có 3 lọai hình được MPEG truyền đi:

Hình I (Intra frame): cứ sau một thời gian nhất định, lại truyền đi một

hình đầy đủ gọi là hình I, Nói cách khác, I là hình được nén nội hình và

truyền đi đây đủ,

Hình P (Prediction frame) : được suy ra từ hình I trước đó, tức suy ra

từ chiều thời gian phía trước, Nói rõ hơn, trong thời gian của hình P, chỉ

truyền thông tin khác nhau của nó so với hình I trước nó mà thôi,

Hình B (B- Directional frame) : được suy ra từ cả hình I (hoặc P) trước

và sau nó, tức là suy ra từ cả hai chiều thời gian, Nói rõ hơn, trong thời gian của hình B, truyền đi các chỗ khác nhau giữa nó với hình I (hoặc P) trước nó,hoặc hình P (hay I) sau nó, hoặc cả hai, tùy theo kết quả dò tìm

dịch chuyển,

Số hình có trong khỏang từ một hình I đến hình I kế tiếp gọi là một nhóm hình, hay một GOP, Tính chất của GOP ký hiệu bởi NM, N là số hình tổng cộng của nhóm, M là số hình có từ một hình P đến hình P kế tiếp, MPEG cho phép tùy chọn nhóm hình, GOP nhỏ hay N nhỏ, số hình I có nhiều, hay sẽ không nén được nhiều, Như vậy, với đường truyền có bit rate cho trước không đổi, với

số hình / giây đã cố định theo chuẩn, GOP nhỏ có nghĩa là hình truyền đi sẽ kém chất lượng, Ngược lại, GOP lớn hay N lớn, nén được nhiều hơn giúp hình truyền

đi chất lượng hơn, nhưng lại gây khó khăn cho các bộ dựng (phải giải nén ra từng hình đầy đủ rồi mới nối, chèn vào các chổ cần nối) , M lớn còn đòi hỏi mạch MPEG tính tóan nhiều hơn và làm chậm (delay) video nhiều hơn,

5./ Điều chế tín hiệu số:

Dòng tín hiệu số video/audio sau bộ ghép kênh chỉ có 2 trạng thái giá trị

là 0 và 1.Tín hiệu số sẽ đi qua khối điều chế trước khi phát sóng, Khi tín hiệu đi qua quá trình điều chế, thì một số trạng thái sẽ được cộng lại, làm tăng tốc độ truyền dữ liệu, Có 3 lọai điều chế số chính dùng cho truyền hình là: QAM (Quadrature Amplitude Modulation) , QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing) Trong truyền hình cáp ta sử dụng hai dạng điều chế là QAM và QPSK,

a./ Điều chế QAM:

Kỹ thuật điều chế QAM cho phép truyền tín hiệu số với tốc độ cao trong một băng tần hẹp, nó có thể đạt tốc độ truyền đến 40Mbit/s và có tính miễn nhiễu tốt đối với các kênh khác nhau cùng truyền chung trên một đường truyền, Thông thường ta có các Mode điều chế: 16,32,64,128 hoặc 256 – QAM, được biểu diễn trong sơ đồ chòm sao (sơ đồ chòm sao tượng trưng cho tín hiệu truyền trong hệ thống cáp), Mode điều chế thấp có tính miễn nhiễu rất cao (thông thường dùng mode 16-QAM), Ngược lại, mode điều chế cao (mode 256-QAM) rất dễ bị nhiễu nên việc giải mã tín hiệu bên thu không ổn định,

Sơ đồ chòm sao của mode điều chế 16-QAM được biểu diễn trong hỉnh sau, Các điểm trên chòm sao thuộc góc phần tư thứ nhất sẽ được chuyển sang góc phần tư thứ hai, thứ ba, thứ tư bằng cách thay đổi 2 bit có trọng số cao nhất MSB (có nghĩa là Ik và Qk) và quay bit có trọng số thấp nhất LSB theo quy tắc cho bởi bảng sau:

I

Sơ đồ chòm sao của 16-QAM

Việc xác định mode QAM nào được sử dụng được căn cứ vào tình hình

cụ thể và tùy mỗi quốc gia, Ví dụ nơi cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode cao (64-QAM, 256-QAM), nhưng lúc đó đòi hỏi thiết bị phài có chất lượng cao và độ dài đường truyền thích hợp, Nơi không cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode thấp để có độ tin cậy cao và tiết kiệm giá thành,

Kết luận:

Việc điều chế QAM cho truyền hình số qua cáp có nhiều ưu điểm: Với mode điều chế QAM thấp, đường truyền số qua cáp có tính kháng nhiễu cao.Nhiễu đường truyền hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu khi giải mã (mode điều chế có thể dùng là 16-QAM)

Tín hiệu giải mã ở phía thu chỉ có hai mức: giải mã được (chất lượng hình ảnh tốt) và không giải mã được (hình ảnh lúc giải mã lúc được lúc không, dừng hình) , Hay nói cách khác: hoặc thu được rất rõ hoặc không thu được,

Việc khuếch đại tín hiệu số điều chế QAM cần được quan tâm, vì đây là tác nhân chính gây nên lỗi đường truyền, Tín hiệu số điều chế QAM sau khi khuếch đại phải được xử lý sao cho triệt được nhiễu xảy ra, Phải lọai bỏ nhiễu sinh ra trong quá trình khuếch đại, nếu không máy thu sẽ không giải mã được tín hiệu, Các kênh số có thể ghép kề nhau (mà không tác động lẫn nhau), Đối với kênh tương tự khi ghép với kênh số điều chế QAM cần chú ý đến chồng phổ trong sóng mang hình và sóng mang tiếng,

Tín hiệu điều chế số QAM truyền đi trên hệ thống phân phối bị suy hao, Tuy nhiên, nếu mức khuếch đại vừa đủ thì tín hiệu điều chế QAM vẫn được giải

mã tốt,

Có thể sử dụng hệ thống phân phối cáp cho truyền hình tương tự để phân phối kênh truyền số điều chế QAM

Đối với một hệ thống truyền hình cáp thực tế, mạng phân phối thường dùng

là mạng HFC, Các kênh tương tự và kênh số truyền chung trên một hệ thống phân phối, Để không xảy ra sự chồng phổ của các kênh kề nhau (dù là kênh tương tự hay kênh số) Các tín hiệu sau khi được khuếch đại ở máy phát cần chú trọng đến việc xử lý nhiễu, Sau đó, có thể ghép các kênh tương tự và kênh số rồi truyền đi trên cáp quang.Khi ghép nên thực hiện như sau:

+Nên ghép theo từng nhóm các kênh tương tự và nhóm các kênh số

+ Các kênh số ghép ở băng tầng cao, các kênh tương tự ghép ở băng tầng thấp hơn do kênh số có tính kháng nhiễu tốt,

b./ Điều chế QPSK:

QPSK là kỹ thuật điều chế số có khả năng chống nhiễu điện từ trường tốt hơn QAM, thường được sử dụng trong môi trường vệ tinh hoặc kênh phản hồi (kênh ngược) của mạng truyền hình cáp, QPSK làm việc dựa trên nguyên lý dịch tín hiệu số để không có pha trong tín hiệu ra, QPSK làm tăng độ mạnh của mạng, Tuy nhiên sơ đồ điều chế QPSK có thể truyền dữ liệu tại 10Mbit/s,

6./ Hệ thống quản lý mạng:

Trung tâm phát sóng bao gồm nhiều thành phần phức tạp, Để cung cấp nhiều dịch vụ, các vấn đề mạng cần được phát triển nhanh chóng và giải quyết các vấn đề điều khiển và kiểm tra các dịch vụ cung cấp cho thuê bao, Hệ thống kiểm tra và điều khiển mạng được đặt tại các trung tâm phát sóng, Mục đích chính của một hệ thống như vậy là tối thiểu hóa sự gián đọan các dịch vụ đối với thuê bao truyền hình số, Hệ thống quản lý mạng sẽ quản lý các kênh truyền hình cung cấp cho thuê bao, Tại các trung tâm truyền hình cáp đây là hệ thống có vai trò đặc biệt quang trọng, nó cho phép hay không cho phép thuê bao xem các kêng truyền hình, Đặc trưng của một hệ thống điều khiển Headend số tiêu biểu bao gồm:

Kiểm tra khả năng các thiết bị

III.Hệ thống truy cập có điều kiện CA:

Ngày nay, các nhà điều hành, sản xuất chương trình và phát sóng truyền hình có thể trực tiếp tương tác với người xem ở nhiều mức độ khác nhau, cung cấp một số lượng lớn chương trình để lựa chọn, Mục tiêu chính của hệ thống truy cập có điều kiện CA là điều khiển sự truy cập của thuê bao đối với truyền hình số có trả tiền và bảo mật các dòng video/audio số đối với nhà quản

lý và điều hành, Như vậy, chỉ các thuê bao có hệ thống CA mới liên lạc có hiệu quả với nhà điều hành mạng để truy cập vào dịch vụ cụ thể, Sử dụng các hệ thống CA các nhà điều hành mạng có thể trực tiếp lập trình (target programming),quảng cáo, khuyến khích cho thuê bao trong khu vực (thị trường) hoặc cho cá nhân, Do đó hệ thống CA là hướng quang trọng của truyền hình số,

Truy cập giới hạn vào một dịch vụ cụ thể được thực hiện bằng cách dùng kỹ thuật mật mã (cryptography).Kỹ thuật mật mã bảo vệ dịch vụ số bằng cách biến đổi tín hiệu thành một dạng không đọc được Quá trình biến đổi được gọi là khóa mã (encryption) trong môi trường số và xáo trộn (Scrambling) trong

môi trường tương tự, Khi tín hiệu được khóa mã (encrypted) thì chỉ có thể giải khóa mã (decrypted) bằng bộ giải khóa mã gắn vào Set-top-box số, Giải khóa mã

là quá trình biến đổi ngược tín hiệu (message) về dạng gốc thông qua khóa mã (decryption), Khóa (key) được hiểu như là một giá trị mật mã (secret), bao gồm một vòng bit ngẫu nhiên (sử dụng máy tính cùng các thuật tóan để khóa mã và giải khóa mã thông tin)

Set-top-box kêt hợp phần cứng và phần mềm cần thiết để thu nhận và giải mã tín hiệu, Các thành phần này được thiết kế gồm 1 chip giải khóa mã và khóa mã, 1 bộ xử lý bảo mật (secure processor) và một vài bộ điều khiển phần cứng (hardware driver) thích hợp, Chip giải khóa mã và khóa mã đảm bảo chọn giải thuật CA, Bộ xử lý bảo mật có thể gắn vào mạch in trong Set-top-box hoặc kèm theo card giải khóa mã (smart card-card giải khóa mã, còn gọi là card thông minh) Card thông tin là card plastic, giống như thẻ tín dụng ngân hàng (credit card), Bộ xử lý này gồm các khóa (key)cần cho giải mã các dịch vụ khác nhau,

Ngoài ra để mã hóa các dịch vụ số, CA phải giao diện với các hệ thống con SMS, SAS,

a./ Hệ thống SMS:

SMS (Subscriber Management System) là hệ thống quản lý thuê bao, cần để làm giao diện các hệ thống kỹ thuật của các nhà điều hành truyền hình, SMS cung cấp các hỗ trợ cần thiết để quản lý chíng xác mô hình truyền hình số thương mại, Nó thực hiện cơ sở dữ liệu của thuê bao và gởi các yêu cầu của thuê bao cho hệ thống SAS (Subscruber Authorization System – là hệ thống quản lý

kỹ thuật của hệ thống CA) Chức năng đặc trưng của SMS được cung cấp bằng một hệ thống ứng dụng phần mềm SMS, bao gồm:

Ghi dịch (register), cải biên và xóa các cuộc ghi của thuê bao

Phấn đấu cho các chiến dịch thị trường

Quản lý, kiểm kê các Set-top-box và card thông minh

Theo dõi việc sử dụng của thuê bao

Bán chéo (cross-selling) các dịch vụ

Giao diện với ngân hàng và các công ty thẻ tính dụng

Quản lý sự cố

Có khả năng dùng nhiều lọai ngôn ngữ và nhiều lọai tiền tệ

Sửa và tạo dạng hóa đơn

Trình bày hóa đơn điện tử

Các khả năng tính tóan

Nhiều phần mềm trên thị trường có khả năng hổ trợ làm tăng dịch vụ tương tác cho thuê bao, Mục đích chính của SMS là bảo đảm thuê bao xem được đúng chương trình mà họ trả tiền,

b./ Hệ thống SAS:

SAS (Subscriber AUthorization System) là hệ thống quyền tác giả đối với thuê bao, có nhiệm vụ truyền các yêu cầu đến từ SMS vào EMM

(Entitlement Management Message –bức điện quản lý quyền truy cập) , Tiếp đến, các bức điện quyền tác giả EMM này được ghép kênh số (digital multiplex)

để đến card thông minh SC (smart card) đặt ở Set-top-box Chúng được gởi đến thuê bao theo các khỏang thời gian đều đặn (ví dụ mỗi tháng) để cập nhật quyền truy cập cho thuê bao trên SC, Trong trường hợp dùng PPV(pay-per-view), hệ thống SAS gửi một số dấu hiệu điện tử nhất định (tokens) cho SC để cho phép thuê bao trả tiền cho các sự kiện PPV khác nhau, SAS chứa cơ sở dữ liệu, có khả năng lưu trữ các thông tin sau:

Thông tin về sản phẩm pay-TV

Dữ liệu hỗ trợ hướng dẫn truyền hình bằng điện tử (EPG)

Số nhận dạng SC

Dữ liệu danh mục (schedule) Ngoài ra, có thể nâng cao việc bảo mật SAS bằng cách thay đổi theo chu kỳ các khóa quyền tác giả truyền đến cơ sở thuê bao

Sau đây là một số hệ thống CA thường gặp:

Cryptoworks của Phillips

Viacess của France Telecom

Nagra của Nagra Vision

VideoGuard của NDS

Digicipher của General Instruments

Iredeto của Mindport

IV.Set-top-box số :

Truyền hình số và các dịch vụ tương tác được phát triển ở nhiều nước, Trong quá trình chuyển dịch lên truyền hình số (khỏang 10 năm nay), các nhà khai thác truyền hình vẫn tiếp tục phát sóng tín hiệu truyền hình tương tự song song với truyền hình số mới, Trung tâm của việc chuyển dịch từ thu truyền hình tương tự lên thu truyền hình số là Set-top-box, Hộp đen nhỏ đặt trên máy thu hình tiêu chuẩn cho phép thu truyền hình số, Set-top-box số có thể cung cấp chất lượng hình ảnh tốt hơn nhiều so với hệ thống truyền hình tương tự hiện nay, Từ nhà ở, ta có thể xem truyền hình, truy cập Internet, gửi/nhận E-mail cho bạn bè đồng nghiệp, mua hàng,chơi game đa phương tiện, …

Set-top-box thế hệ 1 chỉ có khả năng thu tín hiệu hình và không khóa mã (unsrambling-không xáo trộn hoặc không khóa mã) , Các phiên bản mới của Set-top-box có nhiều đặc trưng hiện đại hơn, cho phép người xem truy cập một số lượng hạn chế các dịch vụ tương tác, Set-top-box thế hệ thứ 2 giống với bản sao thế hệ thứ 1 nhưng cho phép thuê bao truy cập được các dịch vụ truyền hình số, Set-top-box thế hệ thứ 2thực hiện giải mã MPEG, có một CPU (đơn vị điều khiển trung tâm) , một số lượng nhỏ bộ nhớ (1Mbyte), 1 kênh truyền ngược tín hiệu tốc độ thấp (như modem điện thọai) và phần hỗ trợ có hạn chế cho nối kết Set-top-box vào các thiết bị ở xa,

Vào năm 2000,xấp xỉ 8 triệu set-top-box thế hệ 2 được sử dụng ở Châu Âu,

Mỹ, Ngoài việc thu tín hiệu truyền hình số, hầu hết các set-top-box còn có khả năng thu và xử lý tín hiệu truyền hình, Những thuê bao muốn sử dụng máy thu

hình để truy cập các ứng dụng tương tác đa phương tiện, thì đòi hỏi set-top-box phải có khả năng tính tóan hiện đại,

Cuối 1998 đã xuất hiện một thế hệ set-top-box mới, Set-top-box thế hệ mới này (thế hệ 3) có khả năng tương tác đầy đủ, sử dụng một số các tính năng giống máy tính PC, bao gồm các giao diện dữ liệu tốc độ cao (đặc biệt là bộ nhớ) , CPU mạnh, kênh truyền ngược tốc độ cao và có khả năng sử lý các nội dung dựa trên cơ sở đa phương tiện (multimedia), Các set-top-box thế hệ thứ 3 cho phép người xem truyền hình truy cập các ứng dụng về Internet và truyền hình , bao gồm: thư truyền hình (TV-mail), VOD (video-on-demand: video theo yêu cầu) , home shopping (mua hàng từ nhà) , quảng cáo tương tác (interactive adversiting: quảng cáo tương tác, trong đó người xem có thể yêu cầu hoặc chất vấn trực tiếp lại) ,trò chơi điện tử với nhiều người chơi, các hướng dẫn chương trình điện tử EPG, Việc triển khai thực tế lọai set-top-box này còn nhiều trở ngại do giá thành của nó rất cao nên chưa được phổ biến rộng rãi,

I./ Internet trong truyền hình cáp :

Internet là một tập hợp đồ sộ các mạng công cộng và các cá nhân, nối kết hàng triệu công ty, viện nghiên cứu, thư viện, và các chương trình tác vụ cá nhân trên thế giới, Nó cho phép một phạm vi nhiều lọai người sử dụng máy tính khác nhau nối kết với nhau theo các mục đích: kinh doanh, đào tạo, nghiên cứu và giải trí, internet không tổ chức tập trung và không có 1 người hoặc 1 tổ chức nào

sở hữu riêng internet,

Truyền hình cáp được đưa vào internet là một bước phát triển vựơt bực trong truyền hình , Nó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng khi truy cập internet, Khi truy cập vào internet người sử dụng có thể xem các chương trình truyền hình mà mình yêu thích, Việc xem các chương trình truyền hình trên thế giới đã trở thành nhu cầu cần thiết của nhiều người,

Để đưa hệ thống cáp vào internet đòi hỏi phải có một hệ thống kết nối vào máy tính của người sử dụng, Lúc này cần có sự liên kết chặt chẽ giữa máy tính, tivi và set-top-box, Để đưa internet vào truyền hình cáp cần phải có một kỹ thuật kết nối thật tiên tiến giữa truyển hình và internet, Khi thuê bao truy cập vào

hệ thống internet để xem truyền hình cáp thì lúc này tín hiệu truyền hình cũng sẽ được truyền tải xuống để thuê bao truy cập vào,

1./ Triển khai hệ thống cáp truyền internet:

a./ Modem cáp:

Một lọai modem được sử dụng rộng rãi trong set-top-box để nâng cao chất lượng thông tin hai chiều là modem cáp, Khái niệm modem cáp dẫn đến giao diện mạng qua hệ thống truyền hình cáp tiêu chuẩn, Modem cáp cho các nhà cung cấp dịch vụ khả năng về internet tốc độ cao, Để triển khai được hàng lọat trên thị trường cần phát triển các tiêu chuẩn

Tập đòan MCNS (Multimedia Cable Network System) ở Mỹ đã phát triển tiêu chuẩn thông tin hai chiều qua mạng cáp, gọi là tiêu chuẩn DOCSIS (Data Over Cable System Interface Specification)

Nhiều công ty về mạng đã đưa ra sản phẩm thương mại dựa trên tiêu chuẩn DOCSIS, Điểm hội tụ chính của tiêu chuẩn DOCSIS là cung cấp các dịch

vụ cho người sử dụng máy tính,

Ở Châu Âu, tập đòan DVB (Digital Video Broardcasting) đã sản xuất thiết bị có các đặc trưng gọi là DAVIC (Digital Audio Visual Council), tiếp cận với DVB và tập trung cho việc truyền dữ liệu tốc độ cao trong môi trường truyền hình, Nhiều nhà sản xuất kết hợp sản xuất set-top-box dùng modem cáp theo chuẩn DVB, Thời gian đầu, modem cáp được sử dụng để thu và truyền TCP/IP bao gồm nội dung đa phương tiện và dữ liệu truy cập Web, Nghi thức (Protocol) TCP/IP là một tiêu chuẩn dùng cho họat động internet, phát và thu dữ liệu theo hai kiểu khác nhau, Dữ liệu phát từ Headend đến modem cáp ở dòng xuống (downstream) sử dụng điều chế QAM, phổ tần nằm giữa 50-750MHz Khi set-top-box cần phát dòng dữ liệu lên (upstream) đến headend, thì modem cáp sử dụng băng tần 8MHz và 40MHz, Phạm vi tần số này có xu hướng bị nhiễu hoàn tòan (can nhiễu đến từ các CB(cable box) và thiết bị dùng trong gia đình) Do đó hầu hết các nhà sản xuất set-top-box muốn sử dụng lọai điều chế QPSK ở chiều dóng lên (kênh ngược)

Modem cáp có 2 cổng nối tiếp: 1 cổng nối ra bên ngoài máy thu hình

và 1 cổng nối vào PC của thuê bao, Modem cáp thông thông tin qua mạng cáp đến thiết bị CMTS(Cable Modem Termination System) Tốc độ của modem cáp phụ thuộc vào mức độ giao thông và cấu trúc mạng, Về lý thuyết, modem cáp có thể đạt tốc độ ở dòng xuống trên 30bit/s Tuy nhiên, trong thực tế thuê bao có thể

hy vọng cho thông tin tải xuống nằm giữa 1 và 1,5 MB/s Khi nói về dòng xuống, tức là truyền tín hiệu từ headend đến modem cáp, Modem cáp thích hợp cho các ứng dụng có yêu cầu về kênh ngược tốc độ cao.Vì lý do này các nhà sản xuất đã bắt đầu gói modem cáp với set-top-box (từ giữa 1999) Set-top-box dùng modem cáp chỉ thích hợp cho mạng truyền hình cáp và không dùng cho các mạng khác, Để cung cấp tương tác hai chiều ở các mạng kể trên thuê bao cần muaset-top-box có phần kênh ngược qua đường điện thọai,

b./ Địa chỉ TCP/IP:

Nếu nối 1 set-top-box vào một mạng truyền hình cáp thì sẽ không bảo đảm thông tin thành công giữa thuê bao và hệ thống headend của nhà cung cấp dịch vụ, Ví dụ 1 set-top-box cần được thông báo là bao giờ truyền tìn hiệu qua một mạng truyền hình số và truyền như thế nào.Set-top-box cần phần mềm thông tin mạng để thông báo cho set-top-box biết là truyền tín hiệu qua mạng cáp như thế nào, Để hiểu 1 set-top-box họat động và thông tin băng rộng trên mạng như thế nào,đầu tiêncần kiểm tra TCP/IP của các dãy nghi thức thông tin Dãy này(suite)biểu diễn thông tin từ 1 ứng dụng phần mềm (chạy trên máy tính đặt tại headend của nhà điều hành) chuyển động như thế nào qua môi trường mạng đến ứng dụng phần mềm chạy trên 1 set-top-box của thuê bao TCP và IP là 2 nghi thức riêng có quan hệ chặt chẽ với nhau cho mục đích truyền dữ liệu bằng một phương tiện hiệu quả, Đáp ứng chính của TCP là tách dữ liệu thành các gói, Nghi thức IP thì cung cấp chính xác các gói này cho các địa điểm, Nghi thức