Nghiên cứu công nghệ phát thanh số và khả năng ứng dụng tại Việt Nam

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAC Advanced Audio Coding Mã hóa audio cải tiến AM Amplitude Modulation Phát thanh điều biên AVC Advanced video coding Mã hóa video cải tiến BER Bit Error Ratio Tỷ

ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN CÔNG MINH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÁT THANH SỐ

VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2013

ĐẠI HỌC QUỐC GIA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

NGUYỄN CÔNG MINH

NGHIÊN CỨU CÔNG NGHỆ PHÁT THANH SỐ

VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG TẠI VIỆT NAM

Ngành : Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành : Kỹ thuật điện tử

Mã số : 60 52 02 03

LUẬN VĂN THẠC SỸ CÔNG NGHỆ ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN QUỐC TUẤN

Hà Nội - 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU 6

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT 7

LỜI MỞ ĐẦU 9

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHÁT THANH SỐ 11

1.1 Các chuẩn phát thanh số 11

1.1.1 Tiêu chuẩn Eureka 147- Phát thanh số theo chuẩn Châu Âu 11

1.1.1.1 DAB - Digital Audio Broadcast 11

1.1.1.2 DAB+ 14

1.1.1.3 DMB 15

1.1.1.4 DAB-IP: 16

1.1.2 Một số chuẩn khác 17

1.1.2.1 HD radio - Phát thanh chất lượng cao 17

1.1.2.2 Phát thanh Internet (Internet Radio) 18

1.1.2.3 Họ tiêu chuẩn ISDB 18

1.2 Tình hình thử nghiệm, triển khai các hệ thống phát thanh số 18

1.2.1 Thử nghiệm, triển khai với họ công nghệ Eureka 147 18

1.2.1.1 Thử nghiệm, triển khai DAB+ 18

1.2.1.2 Thử nghiệm DMB 19

1.2.2 Thử nghiệm triển khai HD radio 19

1.3 Phân tích nhu cầu sử dụng phát thanh số 20

1.3.1 Kết quả báo cáo điều tra tại Anh 20

1.3.2 Kết quả thống kê tại Australia 23

1.3.3 Kết quả triển khai thử nghiệm tại một số nước trong khu vực 23

1.4 Kết luận 23

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG PHÁT THANH SỐ DAB 25

2.1 Giới thiệu chung 25

2.2 Miêu tả hệ thống DAB 26

2.2.1 Mã hóa trong phát thanh số DAB 26

2.2.1.1 Mã hóa Audio 26

2.2.1.2 Mã hóa kênh 28

2.2.2 Ghép kênh các dịch vụ 31

2.2.2.1 Các dịch vụ trong DAB 31

2.2.2.2 Ghép kênh 32

2.2.3 Dải bảo vệ GI (Guard Interval) 33

2.2.3.1 Nhiễu liên ký tự và nhiễu xuyên kênh 33

2.2.3.2 Sử dụng dải bảo vệ chống nhiễu liên ký tự 34

2.2.4 Khung và các chế độ truyền 35

2.2.4.1 Khung truyền dẫn DAB 35

2.2.4.2 Các chế độ truyền của DAB 36

2.3 Điều chế số tín hiệu OFDM 36

2.3.1 Tín hiệu OFDM và tính trực giao 37

2.3.2 OFDM cho DAB 40

2.3.3 Điều chế đa sóng mang trong OFDM 42

2.4 Hiệu suất sử dụng phổ của OFDM 44

2.5 Ưu và nhược điểm của hệ thống OFDM 44

2.5.1 Ưu điểm 45

2.5.2 Hạn chế 45

Chương 3: ĐÁNH GIÁ ẢNH HƯỞNG CỦA ĐỘ TRÔI TẦN SỐ TRONG MÁY THU DAB 46

3.1 Lệch tần số và đồng bộ tần số 46

3.1.1 Ảnh hưởng của lệch tần số đến tín hiệu OFDM 46

3.1.2 Lệch tần số và nhiễu giữa các sóng mang 48

3.2 Ước lượng độ trôi tần số OFDM 48

3.2.1 Kỹ thuật Data- Driven 48

3.2.2 Kỹ thuật ước lượng độ trôi tần số nhờ Preamble 46

3.3 Mô phỏng 50

3.3.1 Các thông số mô phỏng 50

3.3.2 Mô phỏng ảnh hưởng của lệch tần số đến tín hiệu OFDM 51

3.3.2.1 Mô phỏng lệch tần số dẫn đến sự suy giảm SNR 51

3.3.2.2 Mô phỏng ảnh hưởng của lệch tần số với các mức độ lệch tần số trên mô hình hai sóng mang chứa dữ liệu, các sóng mang còn lại không mang dữ liệu : 52

3.3.3 Mô phỏng kỹ thuật preamble 53

3.3.3.1 Mô phỏng kỹ thuật preamble dùng CP 54

3.3.3.2 Mô phỏng kỹ thuật preamble dùng CP kết hợp với thuật toán driven-data 54

3.3.4 Kết luận 55

KẾT LUẬN 56

TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Mô hình hệ thống DAB 12

Hình 1.2 Hệ thống DMB: Mặt đất T-DMB và vệ tinh S-DMB 15

Bảng 1.3 Các thông số của DAB-IP 19

Hình 1.4 Một máy thu thanh công nghệ số DAB+ có khả năng hiển thị văn bản và hình ảnh, đang thử nghiệm tại Việt Nam 7/2013 19

Hình 1.5 Tỉ lệ sử dụng các loại phát thanh tại Anh trong quý 2 từ năm 2009 đến 2012 20

Hình 1.6 Tỷ lệ người thích dùng phát thanh số tại Anh năm 2011 22

Hình 1.7 Số lượng máy thu tương tự và số bán ra tại Anh từ Q2 2007 đến Q2 2012 22

Hình 1.8 Giá thiết bị thu số bán ra tại Anh từ Q2 207 đến Q2 2012 22

Hình 2.1 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DAB 25

Hình 2.2 Sơ đồ phía thu DAB 25

Hình 2.3 Sơ đồ khối mã hóa audio MPEG-2 27

Hình 2.4 Sơ đồ mã hóa kênh DAB 28

Hình 2.5 Sơ đồ trải năng lượng với thanh ghi dịch 9 bit và 2 cổng XNOR 29

Hình 2.6 Sơ đồ mã chập sử dụng trong DAB 29

Hình 2.7 Sơ đồ cài xen tần số 30

Hình 2.8 Bộ ghép kênh tổng hợp 32

Hình 2.9 Phổ của hai sóng mang không trực giao 33

Hình 2.10 Ảnh hưởng của ISI 34

Hình 2.11 Chèn khoảng bảo vệ là khoảng trống 34

Hình 2.12 Chèn khoảng bảo vệ Cyclic prefix 35

Hình 2.13 Cấu trúc khung truyền dẫn DAB 35

Hình 2.14 Dạng sóng của một tín hiệu OFDM trong miền thời gian và tần số 38

Hình 2.15 Phổ của họ sóng mang trực giao 39

Hình 2.16 Phổ của 1 tín hiệu OFDM có 5 sóng mang con 40

Hình 2.18 Sơ đồ khối máy phát DAB 41

Hình 2.19 Cấu trúc khung DAB 42

Hình 2.20 Sơ đồ một hệ thống OFDM 43

Hình 2.21 Phổ của tín hiệu FDM và OFDM 44

Hình 3.1 Minh họa ICI 48

Hình 3.2 Lược đồ kỹ thuật data- driven 49

Hình 3.3 Chuẩn IEEE 802.11a Preamble 46

Hình 3.4 Sơ đồ mô phỏng truyền nhận tín hiệu OFDM 51

Hình 3.5 Sự suy giảm SNR do lệch tần số với các giá trị SNR khác nhau(5,10,15,17 dB) 51

Hình 3.6 Sơ đồ mô phỏng truyền nhận OFDM khi bị ảnh hưởng của dịch tần 52

Hình 3.7 Kết quả mô phỏng tín hiệu OFDM thu được khi không bị lệch tần số 52

Hình 3.8 Chòm sao tín hiệu nhận được với độ dịch tần 0,3% 53

Hình 3.9 Chòm sao tín hiệu nhận được với dịch tần 0,5% 53

Hình 3.10 Đánh giá hiệu quả ước lượng tần số bằng phương pháp preamble CP 54

Hình 3.11 Hiệu quả ước lượng dịch tần số của kỹ thuật preamble khi dùng kết hợp CP và thuật toán driven-data 55

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU

Bảng 1.1 Các thông số kỹ thuật hệ thống DAB 12

Bảng 1.2 Các thông số kỹ thuật S-DMB và T-DMB 16

Bảng 1.3 Các thông số của DAB-IP 16

Bảng 1.4 Các thông số hệ thống phát thanh số HD Radio 18

Bảng 1.5 Độ phủ sóng của DAB tại Anh năm 2012 21

Bảng 1.6 Độ phủ sóng FM tại Anh năm 2012 21

Bảng 2.1 : Các chế độ truyền dẫn DAB 36

Bảng 2.2 Các thông số DAB của Châu âu 40

Bảng 3.1 Các tham số liên quan đến thời gian của OFDM 50

Bảng 3.2 Các tham số phụ thuộc tỉ lệ OFDM 50

THUẬT NGỮ VIẾT TẮT

AAC Advanced Audio Coding Mã hóa audio cải tiến

AM Amplitude Modulation Phát thanh điều biên

AVC Advanced video coding Mã hóa video cải tiến

BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit

BSAC Bit Slice Arithmetic Coding

CIF Common Interleaved Frames Khung cài xen chung

COFDM Coding Othogonality Frequency

Division Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực giao theo mã

CRC Cyclic redundancy check

DAB Digital Audio Broadcast Phát thanh kỹ thuật số

DAC Digital analog convert Chuyển đổi số sang tương tự

DMB Digital Multimedia Broadcasting Phát sóng đa phương tiện kỹ thuật số

DRM Digital Radio Mondiale Phát thanh băng tần nhỏ hơn 30 MHz

FCC Federal Communications

Commission

Ủy ban truyền thông liên bang Mỹ

FDM Frequency Division Multiplexing Ghép kênh phân chia theo tần số

FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh

FIC Fast Information Channel Kênh thông tin nhanh

ETI Ensemble Transport Interface Giao diện truyền dẫn tổng hợp

FEC Forward Error Correction Sửa lỗi tịnh tiến

FM Frequency Modulation Phát thanh điều tần

GI Guard Internal Khoảng bảo vệ

HD

Radio

High Definition Radio Phát thanh chất lượng cao

ISDB Integrated Services Digital

Broadcasting

Truyền thanh số tích hợp đa dịch vụ

ISDB-T Integrated Services Digital

Thông tin về cấu hình bộ ghép kênh

MPEG Moving Pictrures Experts Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu về ảnh

động

MSC Main Service Channel Kênh dịch vụ chính

OFDM Othogonality Frequency Division

Multiplexing

Ghép kênh phân chia tần số trực giao

PAD Programm Associated Data thông tin kèm theo chương trình

PCM Pulse-code modulation Điều chế xung mã

PS Parametric stereo Các thông số âm thanh nổi

PSK Phase Shift Keying Khóa dịch pha

QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều biên vuông góc

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc

RS Reed-Solomon Phương thức sửa lỗi RS

SBR Spectral Band Replication Sử dụng lại băng tần

SFN Single Frequence Network Mạng đơn tần

SI Service Information Thông tin dịch vụ

TDM Time-division multiplexing Ghép kênh phân chia theo thời gian

T-DMB Terrestrial-Digital Multimedia

Broadcast

UEP Unequal Error Protection Kỹ thuật bảo vệ không đồng mức

LỜI MỞ ĐẦU

Phát thanh Việt Nam là phương tiện truyền thông đại chúng quan trọng trong xã hội, khẳng định vai trò to lớn trong việc tuyên truyền đường lối, phổ biến các chủ trương chính sách của Đảng và Nhà nước, quảng bá các thông tin về kinh tế, chính trị, khoa học giáo dục văn hóa xã hội và thông tin dịch vụ cho mọi tầng lớp nhân dân trong xã hội Cùng với sự phát triển của công nghệ điện tử - viễn thông và tin học, ngành phát thanh đã không ngừng hiện đại hóa về các trang thiết bị và ứng dụng các công nghệ mới nhằm đáp ứng nhu cầu nghe ngày càng đa dạng, chất lượng cao, góp phần đưa ngành phát thanh trở thành một ngành công nghiệp giải trí đem lại lợi nhuận lớn, đóng góp tích cực vào mức tăng trưởng kinh tế chung của đất nước, góp phần làm giảm khoảng cách về công nghệ so với các nước phát triển

Từ thập kỷ 80 trở về trước, phát thanh chủ yếu dựa trên công nghệ phát thanh analog AM và FM, các công nghệ này có một số nhược điểm sau :

- Chi phí lớn để mở rộng vùng phủ sóng, mở thêm chương trình cần đầu tư thêm mạng phủ sóng, truyền dẫn tín hiệu, kinh phí đầu tư rất lớn

- Chi phí khai thác mạng phát sóng rất cao, chủ yếu do điện năng tiêu thụ lớn

- Chất lượng thu bị hạn chế do hiện tượng pha đinh, nhiễu đa đường

- Khả năng thu lưu động kém, không có các dịch vụ giá trị gia tăng kèm theo

- Chịu sự cạnh tranh khốc liệt của các phương tiện thông tin khác như truyền hình, Internet

- Tại nhiều quốc gia, phổ tần số đã bị sử dụng tới mức bão hòa, không thể tăng số lượng các kênh phát thanh lên trong khi nhu cầu mở thêm các kênh mới vẫn không dừng lại

Để khắc phục những nhược điểm đó, các nước, các tổ chức phát thanh thế giới

đã cùng nghiên cứu và phát triển hệ thống phát thanh số.Công nghệ phát thanh số là một công nghệ hội tụ giữa phát thanh và công nghệ số hóa giúp nâng cao chất lượng chương trình phát thanh, giảm chi phí khai thác, tăng nguồn thu với các dịch vụ gia tăng, nâng cao hiệu quả sử dụng phổ tần số Công nghệ này mở ra nhiều cơ hội lợi nhuận mới cho các nhà khai thác, các nhà cung cấp nội dung và cả những nhà kinh doanh thương mại điện tử

Qua kết quả quá trình thử nghiệm, triển khai phát thanh số tại một số nước trên thế giới cho thấy phát thanh số với chất lượng được nâng cao, khả năng thu lưu động cũng như việc sử dụng nhiều kênh trên cùng tần số là giải pháp và là tương lai hướng tới của ngành phát thanh, và là xu thế tất yếu của thế giới Việt Nam đi cùng với sự phát triển khoa học, công nghệ của thế giới nên không thể là một ngoại lệ

Hiện nay có rất nhiều công nghệ phát thanh số, vấn đề đặt ra là công nghệ nào

sẽ là công nghệ phù hợp với điều kiện Việt Nam và đem lại hiệu quả cao về kinh tế, chất lượng dịch vụ tốt Để việc triển khai phát thanh số đúng thời gian cần thiết, đạt hiệu quả cao thì việc tập trung nghiên cứu các tiêu chuẩn, công nghệ phát thanh số để

từ đó có cái nhìn chính xác cho việc triển khai tại Việt Nam là điều hết sức cần thiết

Trong quá trình học tập tại Đại học công Nghệ, tác giả đã nghiên cứu đề tài

“Nghiên cứu công nghệ phát thanh số và khả năng ứng dụng tại Việt Nam”.Đề tài

tập trung vào nghiên cứu công nghệ phát thanh số để đưa ra các đề xuất các giải pháp

kỹ thuật, công nghệ cho phát triển phát thanh số tại Việt Nam

Nội dung đề tài bao gồm:

 Chương I: Tổng quan về công nghệ phát thanh số

 Chương II: Tổng quan về truyền trong hệ thống phát thanh số DAB

 Chương III: Đánh giá ảnh hưởng của độ trôi tần số trong máy thu DAB

Do thời gian có hạn, với khả năng của mình, tác giả đã cố gắng nghiên cứu, thu thập tài liệu liên quan để hoàn thành đề tài với kết quả cao nhất nhưng chắc chắn không tránh khỏi những sai sót Tác giả mong nhận được các ý kiến đóng góp của các Thầy, cô để cho nội dung đề tài được hoàn chỉnh hơn

Tác giả

Nguyễn Công Minh

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ CÔNG NGHỆ PHÁT THANH SỐ 1.1Các chuẩn phát thanh số

Hiện nay trên thế giới đang có rất nhiều công nghệ phát thanh số dựa trên các tiêu chuẩn khác nhau như: các chuẩn của tổ chức Eureka 147: DAB (Digital Audio Broadcasting), DAB+, DMB (Digital Multimedia Broadcasting), chuẩn phát thanh băng tần nhỏ hơn 30 MHz DRM (Digital Radio Mondiale) DRM+, chuẩn phát thanh chất lượng cao HD Radio (High Definition Radio) của Mỹ, chuẩn ISDB - T (Intergrated Services Digital Broadcast - Terrestrial) của Nhật, chuẩn phát thanh số qua vệ tinh WorldSpace… Ưu điểm của các hệ thống phát thanh số đã được chứng minh vượt trội so với công nghệ phát thanh tương tự và các công nghệ cạnh tranh khác như phát thanh qua mạng viễn thông, Internet Tùy thuộc vào các điều kiện cụ thể, mỗi tiêu chuẩn có những ưu điểm và nhược điểm nhất định Dưới đây sẽ trình bầy tổng quan về các chuẩn phát thanh số

1.1.1Tiêu chuẩn Eureka 147- Phát thanh số theo chuẩn Châu Âu

Tiêu chuẩn Eureka-147 là tiêu chuẩn phát thanh số được Châu Âu phát triển trên cơ sở dự án Eureka 147 bao gồm: chuẩn phát thanh số DAB, bản nâng cao của chuẩn DAB là chuẩn phát thanh số DAB+ và chuẩn DMB cho phát thanh và mobile

TV được phát triển tại Hàn Quốc, DAB-IP cho phát thanh số kết hợp trên Internet

1.1.1.1 DAB - Digital Audio Broadcast

DAB đã được phát triển từ năm 1981 tại Học viện Institut für Rundfunktechnik (IRT) của Đức DAB tiếp tục được phát triển qua dự án nghiên cứu của Liên minh châu Âu (EUREKA), năm 1986

DAB sử dụng băng III VHF (174-240 MHz) và băng L (1.452-1.467,5 MHz) để phát thanh số trên mặt đất, phát thanh số qua vệ tinh dùng băng L; sử dụng chuẩn mã hoá MPEG Audio Layer II (hay MP2), công nghệ truyền sóng COFDM, điều chế số DQPSK và phương pháp sửa lỗi trước (FEC - Forward Error Correction) Khả năng thiết lập mạng một tần số và chất lượng thu lưu động cao là một trong những ưu việt của tiêu chuẩn này Chất lượng âm thanh đạt được như đĩa CD, có khả năng phát kèm theo dữ liệu PAD và các dịch vụ truyền dữ liệu Nếu phát với chất lượng như FM mono có thể phát tới 16 chương trình trong một kênh Bình thường người ta phát 6 kênh chương trình chất lượng cao và một số dịch vụ truyền dữ liệu

Khác hẳn với hệ thống phát thanh tương tự, hệ thống phát thanh số DAB cónhiều thay đổi về hệ thống truyền dẫn và phát sóng phát thanh Mạng phát thanh số được chia thành ba khối chính: Dịch vụ chương trình - Nhà cung cấp dịch vụ nội dung; Dịch

vụ ghép kênh - Nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh; Mạng phát sóng - Nhà cung cấp dịch

vụ phát sóng (hình 1.1)

Trạm phát

Trạm phát

Trạm phát

Hình 1.1Mô hình hệ thống DAB Nhà cung cấp dịch vụ nội dung:một nhà cung cấp nội dung bất kỳ nào, sẽ đưa ra

dịch vụ của họ kèm theo tất cả các dữ liệu cần thiết Thông thường dịch vụ đó là một chương trình âm thanh đã được mã hoá, dữ liệu kèm theo chương trình, thông tin về dịch vụ được dùng để mô tả dịch vụ này trong bộ ghép kênh Ngoài ra, họ cũng có thể cung cấp những dịch vụ dữ liệu khác có thể liên quan tới chương trình, nhưng cũng có thể nằm ngoài chương trình

Nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh: đây là một thành phần mới trong dây chuyền

phát thanh số so với phát thanh truyền thống Do một máy phát có thể phát đi nhiều chương trình khác nhau, các dịch vụ riêng biệt với các thông tin dịch vụ tương ứng sẽ được nhà cung cấp dịch vụ ghép kênh tổng hợp lại tạo thành tín hiệu tổng hợp (ensemble) để đưa tín hiệu đến các đài phát

Nhà phát sóng phát thanh số: điều hành hoạt động các máy phát phát thanh số Ở

đây nhận tín hiệu tổng hợp, thực hiện việc điều chế theo cách điều chế số COFDM và truyền đi Người nghe sẽ thu lại tín hiệu số này và chọn lựa một trong bất kỳ dịch vụ nào của tín hiệu tổng hợp này

Thông số kỹ thuật của hệ thống DAB được cho như bảng 1.1 [1]

Bảng 1.1Các thông số kỹ thuật hệ thống DAB

Audio MPEG

Audio Layer II

Tốc độ bit Audio tỷ lệ mẫu 48 kHz: Đơn kênh: 32, 48, 56, 64, 80,

96, 112, 128, 160, 192 kbit/s; stereo, joint stereo, dual kênh: 64,

96, 112, 128, 160, 192, 224 kbit/s

Độ dài khung Audio ở tỷ lệ mẫu 24 kHz với mã LSF: 24ms Tốc độ bit Audio ở tỷ lệ mẫu 24 kHz với mã LSF: 8, 16, 24, 32,

40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 144,160 kbit/s cho tất cả các mode

Độ dài khung Audio ở tỷ lệ mẫu 24 kHz : 48ms

Cơ chế bảo vệ

Khối thông tin

nhanh (FIB) Trường dữ liệu trong FIC là 256 bit

Kênh thông tin

đi kèm (AIC)

Một phần kênh con 63 trong MSC được sử dụng để mang dữ liệu

mà không cần khai báo trong FIC: Địa chỉ gói 1023

điều kiện (CA)

Áp dụng cho các dịch vụ thành phần audio và dữ liệu: Trộn và giải trộn, kiểm tra cấp quyền, quản lý cấp phép

Chèn tần số Phân phối dữ liệu được mã hóa chập qua băng tần 1,5 MHz

Mode II: cho dịch vụ khu vực băng I, II, III, IV, V và băng L: Số sóng mang: 384, mỗi sóng mang 4 kHz, ký tự: 312 μs, khoảng bảo vệ: 62 μs, khung: 24 ms, ký tự/khung: 76

Mode III: cho tần số dưới 3 GHz và cáp: Số sóng mang: 192, mỗi sóng mang 8 kHz, ký tự: 156 μs, khoảng bảo vệ: 31 μs, khung: 24

ms, ký tự/khung: 153 Mode IV: Các dịch vụ khu vực băng I, II, III, IV, V và băng L: Số sóng mang: 768, mỗi sóng mang 2 kHz, ký tự: 623 μs, khoảng bảo vệ: 123 μs, khung: 48 ms, ký tự/khung: 76

Mã hóa hiệu xuất cao AAC (HE-AAC) là định dạng nén dữ liệu cho phát thanh

số, nó làmgiảm sự phức tạp của mã hoá AAC (AAC LC) tối ưu cho những ứng dụng

có tốc độ bit thấp như luồng âm thanh HE-AAC version 1 (HE-AAC v 1) sử dụng lại băng tần (SBR- Spectral Band Replication) để mang lại hiệu quả nén theo miền tần số HE-AAC version 2 (HE-AAC v2) là sự kết hợp của mã hóa tín hiệu âm thanh gốc AAC, mở rộng băng thông bằng SBR với các thông số âm thanh nổi (PS- parametric stereo) để mang lại hiệu quả nén cho các tín hiệu âm thanh nổi

Chất lượng DAB+ thu được còn được nâng cao hơn so với DAB do bổ sung mã hóa sửa lỗi Reed-Solomon

DAB+ được thiết kế để cung cấp chức năng giống như các dịch vụ phát thanh DAB gồm các dịch vụ như: phát đồng thời FM, thông báo lưu lượng và dữ liệu đa phương tiện PDA (nhãn động như thông tin hay tiêu đề tin tức; hình ảnh tượng trưng)

Các máy thu của DAB không tương thích chuyển tiếp với DAB +, có nghĩa là

bộ thu DAB cũ sẽ không thể thu nhận các chương trình DAB+ [3]

1.1.1.3 DMB

Trên cơ sở các đặc điểm phát triển khoa học công nghệ, điện tử viễn thông, Hàn Quốc cũng đã phát triển cải tiến chuẩn DAB thành DMB (Digital Multimedia Broadcasting) với các dịch vụ đa phương tiện đã chính thức được triển khai qua hệ thống vệ tinh (S-DMB) và hệ thống mặt đất (T-DMB) DMB được phát triển thêm chức năng truyền hình di động và đã được triển khai thành công tại Hàn Quốc DMB cũng sử dụng chuẩn nén MP4 như DAB+ để nâng cao chất lượng

Mô hình cho hệ thống DMB được mô tả như hình 1.2

Hình 1.2Hệ thống DMB: Mặt đất T-DMB và vệ tinh S-DMB

 S-DMB: sử dụng băng S (2170-2200 MHz) IMT-2000, cung cấp 18 kênh với tốc độ 128 kbit/s ở 15 Mhz Hiện ở Hàn Quốc có 12 kênh video và 20 kênh audio;

 Program Provider: Cung cấp nội dung cho trung tâm phát sóng DMB-S

 Trung tâm phát sóng DMB-S: truyền dẫn thông tin nội dung đến vệ tinh thông qua băng Ku

 Vệ tinh: thu nhận tín hiệu từ trung tâm phát sóng DMB-S Thực hiện truyền tín hiệu theo hai phương thức: phát trực tiếp đến các thiết bị thu

cố định và di động dưới mặt đất thông qua băng S, truyền tín hiệu đến bộ Gap Filler (repeater) trên băng Ku

 Gap Filler (repeater): được sử dụng trong trường hợp phát sóng tín hiệu tại các khu vực đông dân cư, có nhiều tòa nhà cao tầng, có nhiệm vụ thu tín hiệu từ vệ tinh và thực hiện phát đáp đến các thiết bị thu cố định và di động cũng trên băng S

 T-DMB: sử dụng băng III và băng tần L Hàn Quốc cung cấp 7 kênh video, 13 kênh audio và 8 kênh dữ liệu Sử dụng chuẩn nén MPEG-4 Part 10 (H.264) cho video và MPEG-4 Part 3 BSAC cho audio Audio và video được đóng gói thành

luồng truyền tải MPEG (MPEG-TS) Luồng này đƣợc mã hóa sửa lỗi với mã Reed Solomon dài 16 byte và chèn xen để tạo thành luồng hoàn chỉnh, sau đó đƣợc phát đi ở mode luồng dữ liệu DAB

Thông số kỹ thuật của hệ thống DMB đƣợc cho nhƣ Bảng 1.2[3]

Sửa lỗi RS và mã convolutional (chập) RS và mã convolutional (chập)

Mã hóa video MPEG-4 AVC/H.264 MPEG-4 AVC/H.264

Mã hóa audio MPEG-2 AAC+ SBR(Spectral

Thông số kỹ thuật của hệ thống DAB-IP đƣợc cho nhƣ bảng 1.3

Bảng 1.3Các thông số của DAB-IP

Sửa chống lỗi FEC Mã hóa chập (convolutional ) + mã RS

- DAB-IP thực hiện truyền tảicác gói dữ liệu thông qua giao thức Internet (IP):

Ứng dụng IP tunnellàm cho hệ thống DAB có cơ chế thích ứng với các dịch vụ

Internet và ngược lại, đâylà một phần quan trọng đối với các dịch vụ DAB yêu cầu

tương tác hai chiều

Sử dụng IP tunnel cho phép sử dụng IP như một giao thức lớp mạng thông

thường, từ đầu cuối đến đầu cuốicho các dịch vụ dữ liệu DAB

IP tunnel qua DAB là truyền đơn hướng Tunnel được tạo ra từ bộ mã hóa chế độ

gói tại bên truyền, đến bộ giải mã chế độ gói ở bên nhận của hệ thống DAB

Trong DAB, IP tunnel sử dụng giao thức ngăn xếp, các gói IP được tạo thành

tunnelđi qua thành phần dịch vụ chế độ gói DAB (SC) Điều này được thực hiện bằng

cách đóng gói gói tin IP vào trong một nhóm dữ liệu MSC ở mức truyền tải chế độ gói

Từ quan điểm IP, chế độ gói SC sẽ thực thi như lớp liên kết dữ liệu Internet

1.1.2 Một số chuẩn khác

1.1.2.1HD radio - Phát thanh chất lượng cao

HD Radio chuẩn "Hybrid Digital", tên thương mại cho công nghệ phát thanh số

in-band on-channel (IBOC) sử dụng trong các đài phát thanh AM và FM truyền âm

thanh và dữ liệu qua tín hiệu số hết hợp với tín hiệu analog, với mục tiêu ngoài việc

cung cấp cho người dùng các dịch vụ audio, các đài phát thanh cũng có thể cung cấp

được các dữ liệu text như thông tin về giao thông, thông tin thị trường chứng khoán và

tiêu đề bài hát Năm 2002, Ủy ban truyền thông Liên Bang Hoa kỳ (FCC) đã lựa chọn

HD Radio là giải pháp phát thanh số cho Hoa Kỳ và là hệ thống số duy nhất được FCC

công nhận cho phát sóng AM/FM số tại Mỹ

Trong khi các hệ thống phát thanh số khác làm việc theo mô hình toàn số thì hệ

thống HD Radio hiện nay sử dụng tại một số trạm phát thanh AM và FM là phát đồng

thời cả số và tương tự trên cùng một kênh (tín hiệu lai digital-analog) cũng như bổ

sung thêm các kênh FM và thông tin text mới HD Radio có nhiều mở rộng hơn so với

định dạng analog cũ, như âm thanh vòm 5.1 Các dịch vụ HD Radio được phát sóng

trên cùng băng tần với các dịch vụ FM và AM

Tần số của HD Radio là băng tần MF cho AM và băng II VHF

HD Radio sử dụng điều chế COFDM cùng với giải thuật nén âm thanh PAC

(Perceptual audio coder) Tuy nhiên, âm thanh được nén theo phương pháp có chất

lượng âm thanh kém, vì thế năm 2003 iBiquity đã kết hợp HD Radio với SBR

(spectral band replication) cho ra chất lượng âm thanh tốt hơn với tốc độ bit rất thấp

và lấy tên thương mại là mã hóa HDC (High-Definition Coding)

Hiện nay để thực hiện hệ thống IBOC có 3 sự lựa chọn: hai sự lựa chọn áp dụng

cho phát thanh FM, một cho phát thanh AM Hệ thống AM là đơn giản nhất và có

nhiều ưu điểm trong việc điều khiển mức công suất đầu ra thích hợp với nhiều mức

khác nhau Hệ thống FM có thể thực hiện theo hai cách là: thứ nhất là kết hợp ở mức

thấp hay gọi là hệ thống khuyếch đại chung, cách thứ hai là kết hợp ở mức cao hay là

sử dụng các bộ khuyếch đại riêng cho mỗi tín hiệu

Thông số kỹ thuật của hệ thống HD Radio được cho như bảng 1.4

Bảng 1.4Các thông số hệ thống phát thanh số HD Radio

1.1.2.2Phát thanh Internet (Internet Radio)

Internet Radio là dịch vụ phát thanh truyền qua Internet Ưu điểm nổi trội nhất của phát thanh Internet là có phạm vi phủ sóng không giới hạn cùng với sự phát triển mạnh mẽ của Internet và chất lượng audio không bị ảnh hưởng của nhiễu, fading đa đường và các hiện tượng tự nhiên Internet Radio sử dụng phương thức truyền

“Streaming media” Công nghệ “Streaming” sử dụng mã hóa audio tổn hao, với các định dạng "MP3, Ogg Vorbis, Windows Media Audio, RealAudio và HE-AAC (hay AAC+) Dữ liệu audio liên tục được truyền qua mạng khu vực hoặc internet theo các gói TCP hoặc UDP, các gói này được khôi phục tại bộ thu và chạy Ngày nay phần lớn

các cung cấp các luồng với tốc độ 64 kbit/s hoặc 128 kbit/s

1.1.2.3Họ tiêu chuẩn ISDB

Integrated Services Digital Broadcasting (ISDB) là họ tiêu chuẩn truyền hình số (DTV) và phát thanh số Nhật Bản Họ tiêu chuẩn ISDB gồm: ISDB-S (Truyền hình vệ tinh), ISDB-T (phát thanh số mặt đất), ISDB-C (cáp) và phát sóng di động băng tần 2.6 GHz dựa trên mã hóa video và audio MPEG-2, truyền tải theo luồng Hiện phát sóng ISDB-S 12 GHz sử dụng điều chế PSK, phát sóng âm thanh số băng tần 2.6 sử dụng CDMA và ISDB-T (trong băng tần VHF và UHF) sử dụng điều chế COFDM với PSK/QAM

1.2Tình hình thử nghiệm, triển khai các hệ thống phát thanh số

1.2.1 Thử nghiệm, triển khai với họ công nghệ Eureka 147

1.2.1.1Thử nghiệm, triển khai DAB+

Là công nghệ mới, được phát triển trên cơ sở công nghệ đã được triển khai thành công, đưa thêm những cải tiến mới vào nên DAB+ hiện được rất nhiều nước quan tâm thử nghiệm như: Pháp, Ireland, Italy, Malaysia, New Zealand, Thụy Điển, Australia, Trung Quốc, Đức, Singapore, Thụy Sỹ, vv Trong đó một số nước như Australia, Trung Quốc, Đức, Singapore, Thụy Sỹ đã triển khai chính thức dịch vụ và cho kết quả tốt, được người dùng đánh giá cao

DAB+ hiện nay đã nhận được sự quan tâm của rất nhiều các nước trên thế giới

Tại Việt Nam :

Sáng ngày 26/7/2013, Đài Tiếng nói Việt Nam (VOV) phối hợp với Hiệp hội Phát thanh-Truyền hình châu Á-Thái Bình Dương (ABU) khai mạc Hội thảo quốc tế “Phát thanh số và Trình diễn công nghệ DAB+” Đây là hội thảo bên lề của Hội nghị Phát thanh châu Á (Radio Asia 2013), diễn ra từ ngày 29-31/7/2013 do VOV đăng cai tổ chức

Hội thảo chia làm 2 phần chính là Hội thảo về Phát thanh số (trong ngày 26/7) và Trình diễn Công nghệ Phát thanh số chuẩn DAB+ (tập trung trong ngày 27/7, với các hoạt động thử nghiệm DAB+ như đo thử nghiệm

hệ thống này ngoài hiện trường tại Hà Nội, phân tích dữ liệu thu được) Các đại biểu tham dự hội thảo sẽ được tham gia trực tiếp đoàn đánh giá,

đo kiểm chất lượng phát sóng và vùng phủ sóng các hệ phát thanh VOV DAB+ được cho là mang lại âm thanh chất lượng cao hơn đáng kể Với chuẩn MPEG-4, máy thu thanh số dùng cho DAB+ có thêm chức năng hiển thị dữ liệu hình ảnh và văn bản kèm theo.[2]

Hình 1.4 Một máy thu thanh công nghệ số DAB+ có khả năng hiển thị văn bản và

hình ảnh, đang thử nghiệm tại Việt Nam 7/2013

1.2.1.2Thử nghiệm DMB

Tại Hàn Quốc đã triển khai chính thức, một số nước khác cũng đang quan tâm thử nghiệm

1.2.2Thử nghiệm triển khai HD radio

HDRadiođược thử nghiệm vàtriển khai lần đầu tiên tại HoaKỳtrongnăm 2003 và cho đến hiện Mỹ vẫn là quốc gia đi đầu trong triển khai HD Radio, HD Radio ở Mỹ gồm HD1, HD2, HD3 hiện có mặt ở hầu hết tất cả các bang trên toàn nước Mỹ Sau đây là tình hình triển khai HD Radio trên toàn thế giới:

Một số nước đã thử nghiệm và triển khai hệ thống HD Radio như: Mỹ, Puerto Rico, Philippines, Brazil, Mexico Indonesia,Ukraine, vv

Các nước đã và đang tiến hành thử nghiệm:Canada, TrungQuốc, Colombia, Cộng

hòa Séc, Ba Lan, Việt Nam, Argentina, Romania, vv

1.3Phân tích nhu cầu sử dụng phát thanh số

Việt Nam mới chỉ triển khai thử nghiệm các hệ thống phát thanh số, do đó việc phân tích nhu cầu chưa được thực hiện Tuy nhiên có thể thấy nhu cầu sử dụng các thiết bị nghe nhìn chất lượng cao tại Việt Nam trong những năm vừa qua đã tăng lên một cách nhanh chóng, điều đó thể hiện nhu cầu nghe nhìn chất lượng cao hết sức lớn

Để thấy rõ hơn về nhu cầu phát thanh số tại Việt Nam, cần phân tích nhu cầu sử dụng phát thanh số tại quốc gia đã triển khai và sử dụng hiệu quả dịch vụ này từ lâu là Anh, Australia và một số nước như Singapore

1.3.1 Kết quả báo cáo điều tra tại Anh

Theo báo cáo của tổ chức Ofcom tháng 10 năm 2012 [6], số liệu điều tra về phát thanh số tại Anh như sau:

 Hiện có 50% số thính giả phát thanh sử dụng nền tảng số

 Vùng phủ sóng của phát thanh số hiện chiếm 90% diện tích

Nền tảng phát thanh số được hiểu bao gồm:

 Truy nhập internet: hiện truy nhập băng thông rộng tại Anh chiếm 99,9% hộ gia đình, trong đó các dịch vụ 3G là chiếm 99% Về phát thanh qua internet, hiện chưa có một thống kê cụ thể nào, nhưng theo số liệu công bố của Reciva Internet Radio, thì hiện Reciva Internet Radio có hơn 17.000 đài phát thanh Trong năm 2012 cũng đã thử nghiệm RadioPlayer, phương thức truy nhập trực tuyến đến BBC và các đài phát thanh thương mại với số đài phát thanh lến đến

334 đài

 Phát thanh số DAB hiện nay tại Anh đãcó những bước tiến nhanh chóng nhưng phát thanh qua nền tảng analog vẫn đang chiếm tỷ trọng cao chiếm 63,3%, 29,5% là số và 7,2% là phát qua các nền tảng khác

Hình 1.5 Tỉ lệ sử dụng các loại phát thanh tại Anh trong quý 2 từ năm 2009 đến 2012

Nhìn vào hình 1.5 có thể thấy xu hướng sử dụng phát thanh số ngày càng tăng qua các năm, trung bình 3,3%/năm

Vùng phủ sóng phát thanh số của các đài như bảng 1.5và vùng phủ sóng phát

thanh FM như bảng 1.6:

Bảng 1.5Độ phủ sóng của DAB tại Anh năm 2012

vực

BBC quốc gia

Thương mại (Digital One)

Phát sóng các dịch vụ AM, FM và DAB, có 64 đài phát thanh phát qua vệ tinh,

25 là trên Freeview và 36 là qua cáp Phần lớn là truyền đồng thời cả AM/FM/DAB Cũng theo đó hiện tại Anh có sự mất cân đối về thính giả, chỉ có nhóm đối tượng khách hàng dưới 65 tuổi là quan tâm đến phát thanh phân phối qua nền tảng số

Và tính đến Q2-2012, phát thanh số DAB là dịch vụ được sử dụng rộng rãi nhất, chiếm 64,9%, truyền hình số DTV đứng thứ hai với 15,6% và tiếp đến là các dịch vụ qua internet chiếm 13,2%

Hiện có từ 66 triệu đến 85 triệu máy thu phát thanh: cố định, phát thanh clock, hệ thống phát thanh hay tunner/máy thu; có hơn 35 triệu máy lắp trong ô tô và các xe thương mại Tổng số máy thu phát thanh được lắp đặt vào khoảng từ 101 đến 120 triệu máy

Hiện 41,7% số hộ gia đình tại Anh có truy nhập phát thanh số DAB, và sẽ tăng thêm 3,7% vào năm tiếp theo Các khu vực có độ truy nhập cao nhất chủ yếu ở Đông Nam nước Anh: Surrey (54.4%), Hertfordshire, Bedfordshire và Buckinghamshire (49.8%) và London (49.6%), Mức độ truy cập thấp nhất tại vùng biên giới Scotland, Bắc Ireland(26,2%) vàCumbria (27,6%), tại các khu vực này số đài phát thanh còn ít Theo thăm dò thì có 21% người được hỏi trả lời thích/rất thích mua một máy thu phát thanh số trong năm 2011, 51% thì không quan tâm đến DAB, 36% trả lời thấy thỏa mãn với các dịch vụ hiện đang có(hình 1.6)

Hình 1.6 Tỷ lệ người thích dùng phát thanh sốtại Anh năm 2011

Tính đến cuối Q1/2011, tổng số máy thu phát thanh (analog và digital) được bán

ra tại Anh 6,7 triệu máygiảm 18,3% so với năm trước Số lượng bán máy thu DAB vẫn

ổn định, trong khi đó số lượng bán máy thu analogue giảm 1,5 triệu chiếc so với cùng

kỳ

Hình 1.7chỉ ra tỷ lệ giữa mấy thu tương tự và số bán ra tại Anh

Hình 1.7Số lượng máy thu tương tự và sốbán ra tại Anh từ Q2 2007 đến Q2 2012

Giá thành của các loại máy thu DAB tại nhà giảm từ 187£ Q2/2007 xuống 162£ Q2/2012 Giá các loại máy thu DAB di động có chiều giảm từ 66£ Q2/2007 xuống 52£ Q2/2012 (Hình 1.8) Máy thu DAB trên ô tô có xu hướng tăng dần từ 71£ Q2/2010 lên 117£ Q2/2012

Hình 1.8Giá thiết bị thu sốbán ra tại Anh từ Q2 207 đến Q2 2012

1.3.2 Kết quả thống kê tại Australia

Australia đã chính thức triển khai phát thanh số theo chuẩn DAB+ từ tháng 8 năm 2009, sau hơn 3 năm triển khai hệ thống DAB+ đã phát triển tương đối tốt ở nước này Dưới đây là một số kết quả đánh giá theo báo cáo của commericial radio Australia, Digital Radio Report 2013 [7]

- Trong một tuần có gần 1,5 triệu người nghe phát thanh số DAB+, chiếm 11,6% So với cùng thời gian năm 2012 lượng người nghe tăng gần 300.000 người

- Lượng bán thiết bị thu thanh số tăng mạnh từ 153.187 chiếc vào tháng 8/2009 lên gần 1,2 triệu chiếc vào tháng 1/2013

- Gần 14.000 thiết bị thu DAB+ trên xe hơi đã được bán

- Lượng người sử dụng phát thanh số ngày càng tăng Tháng 3/2012 là 15,2%,

Một số nước khác như Thái Lan, Trung Quốc, Indonesia cũng đã triển khai thử nghiệm các hệ thống phát thanh số, tuy nhiên đến nay kết quả vẫn chưa được triển khai nhiều.[5]

Chuẩn DAB+ là sự tiếp nối những thành công của DAB, thêm vào đó những công nghệ nén và sửa lỗi mới nên cho chất lượng âm thanh cũng như hiệu quả sử dụng tốt hơn DAB

Chuẩn HD Radio sử dụng trong các đài phát thanh AM và FM truyền âm thanh

và dữ liệu qua tín hiệu số hết hợp với tín hiệu analog Chuẩn này được sử dụng tại Mỹ

và một số nước khác nên hiện tại còn được sử dụng khá hạn chế

Chuẩn cho phát thanh trên Internet có khả năng phục vụ rộng khắp thế giới nhưng chất lượng vẫn phụ thuộc chính vào đường truyền Internet và các thiết bị phụ trợ máy tính Chuẩn này hiện chưa được tiêu chuẩn hoá

Chuẩn DMB, và họ tiêu chuẩn ISDB được phát triển và sử dụng trong phạm vi Quốc gia là Hàn Quốc và Nhật

Chuẩn phát thanh số vệ tinh cũng đã được chuẩn hoá, tuy nhiên vẫn chưa được phát triển nhiều do nhu cầu chưa cao

Căn cứ vào nhu cầu sử dụng, có thể thấy nhu cầu hiện tại và trong những năm tới đối với phát thanh số chủ yếu tập trung vào các khu vực thành thị, khu tập trung dân cư Kinh nghiệm thử nghiệm và triển khai của các nước cũng chỉ tập trung vào khu vực này

Phát thanh số hiện vẫn chủ yếu phát triển qua hệ thống quảng bá mặt đất Hệ thống qua Internet và vệ tinh chủ yếu thích hợp đối với phát thanh đối ngoại trên phạm toàn cầu Mặt khác có thể thấy nhu cầu sử dụng phát thanh qua Internet hiện nay còn rất hạn chế

Công nghệ phát thanh số mặt đất đang được nghiên cứu và triển khai tại nhiều quốc gia Đại diện của công nghệ này là DAB Luận văn tập trung nghiên cứu chuẩn DAB mà chưa đề cập đến phát thanh số qua Internet và vệ tinh

CHƯƠNG 2 TỔNG QUAN VỀ TRUYỀN TRONG HỆ THỐNG PHÁT THANH SỐ DAB 2.1Giới thiệu chung

Công nghệ phát thanh số mặt đất hiện đang được triển khai ở nhiều nước trên thế giới mà đại diện là công nghệ DAB Mô hình tổng thể mạng dữ liệu chuẩn DAB như hình 2.1

Hình 2.1 Sơ đồ khối phía phát hệ thống DAB

Hình 2.2 Sơ đồ phía thu DAB

Hình 2.1cho thấy sơ đồ khối phía phát của hệ thống DAB Sơ đồ này cho thấy

Ghép thông tin dịch vụ

Ghép

dữ liệu

Mã hóa kênh

Ghép kênh

dữ liệu

Ghép kênh Truyền dẫn

Tần số phát

OF DM

Bộ phát sóng

Tín hiệu DAB

1,5MHz

dữ liệu audio được mã hóa âm thanh, dữ liệu khác kèm theo được ghép dữ liệu Sau đó

cả hai luồng này được mã hóa kênh, sau khi được mã hóa kênh hai luồng này được đưa vào bộ ghép kênh dữ liệu Sau khi qua bộ ghép kênh dữ liệu cả hai luồng được ghép với nhau và được đưa đến bộ ghép kênh truyền dẫn Tại bộ ghép kênh truyền dẫn dữ liệu chương trình được ghép với thông tin dịch vụ Dữ liệu sau khi qua bộ ghép kênh truyền dẫn được điều chế đa sóng mang trực giao tại bộ điều chế OFDM Cuối cùng tín hiệu qua bộ phát sóng, được phát sóng với tần số phát được thiết lập từ trước

Hình 2.2 cho thấy sơ đồ phía thu DAB Sơ đồ bên thu cho thấy quá trình thu và tái tạo tín hiệu ban đầu được thực hiện ngược lại so với sơ đồ phát

Để có thể hiểu rõ hơn về hệ thống DAB cần phải tiến hành mô tả hệ thống với các khâu của hệ thống

2.2 Miêu tả hệ thống DAB

2.2.1Mã hóa trong phát thanh số DAB

2.2.1.1 Mã hóa Audio

DAB sử dụng phương pháp mã hóa MPEG-2 [1]

Mã hóa âm thanh MPEG Layer II xử lý tín hiệu audio dựa vào PCM (Điều chế xung mã), với tần số lấy mẫu là 24 kHz hoặc 48 kHz và nén audio và dữ liệu đi kèm thành luồng dữ liệu có tốc độ khác nhau từ 8 đến 384 kbit/s Mã hóa MPEG-2 tạo ra các đoạn dữ liệu có độ dài cố định được gọi là các khối dữ liệu

Có 4 kiểu định dạng âm thanh là :

Mã hóa MPEG layer2 tạo ra các đoạn dữ liệu cố định (của 32 dải tần âm thanh) được gọi là các khối dữ liệu

Thuật toán mã hóa nguồn DAB gồm có các bước như sau :

Xác định các dải con không phát

Tính toán số bit cần sử

dụng Thông tin chọn hệ số

Mã các hệ số và SCFSI

Điều chỉnh tốc độ bit

ấn định

Lượng tử hóa các mẫu thuộc các dải con

Mã hóa các mẫu dải

Mã hóa số bit sử dụng

Định dạng khung audio MPEG

Kết thúc

Phần cảm nhận (Psychoacoustic model)

Tốc độ bit mong muốn

Hình 2.3 Sơ đồ khối mã hóa audio MPEG-2

 Bộ lọc dải: Bộ lọc QMF có cấp 511 Bộ lọc này được coi là tối ưu nhất do độ phân giải phổ và độ dốc lớn hơn 96 dB (độ dôc này là cần thiết để tránh méo aliasing) Phân bố thời gian/tần số cung cấp khả năng rộng lớn cho việc giảm dòng bit do hiệu ứng tai người nghe cảm nhận âm thanh trong miền phổ với độ phân giải phụ thuộc vào dải tần ngưỡng nghe của tai hay thậm chí còn thấp hơn Người ta đã nghiên cứu độ rộng của các dải tần này trong khoảng 100 Hz cho các tần số dưới

500 Hz và độ rộng khoảng 20% tần số trung tâm trong các dải tần cao hơn

 Xác định số bit: Trong Layer II có sử dụng thêm phần mã hóa để giảm tốc độ truyền cho các chỉ số thang Do trong Layer II một khung tương ứng với 36 dải con

 Trước khi điều chỉnh dòng bit cố định, người ta phải xác định số lượng bit cho phép để mã hóa các mẫu Số lượng này phụ thuộc vào số bit cần cho chỉ số

thang, thông tin lựa chọn chỉ số thang, thông tin xác định vị trí bit và các dữ liệu trợ giúp Quá trình xác định vị trí bit được xác định bởi tống tỷ lệ tín hiệu trên mức cho SRM đối với mỗi dải con và mỗi khung Đây là một quá trình tương hỗ do tại mỗi bước số lượng mức lượng tử hóa của mỗi dải con không được vượt quá số bit có trong mỗi khung Layer II sử dụng 4 bit của các dải tần dưới và 2 bit dải tần trên để mã hóa thông tin về xác định vị trí bit

 Lượng tử hóa và mã hóa các dải con: Trong MPEG-2, số lượng mức lượng tử khác nhau phụ thuộc vào số dải con, dải mức lượng tử chạy từ 3 đến 65535 với khả năng bổ sung là hoàn toàn không lượng tử Các mẫu dải con tần số thấp có thể được lượng tử hóa với 15 mức lượng tử, dải trung với 7, dải cao với 3 mức khác nhau Loại lượng tử có thể là 3,5,7,9,15,63, … 65535 mức lượng tử hóa

Do 3,5,9 mức lượng tử hóa không đủ dùng cho một từ mã với 2,3,4 bit ; ba mẫu dải con được gộp lại thành nhóm, sau đó nhóm này được mã hóa với một từ mã Bằng cách nhóm này, tăng được mã hóa lên 37.5% Do nhiều dải con đặc biệt là

ở dải tần cao, thường được lượng tử hóa với 3,5,9 mức nên khả năng giảm độ dài từ nén rất cao

2.2.1.2 Mã hóa kênh

Mã hóa kênh trong DAB được thực hiện qua 5 bước

- Phân tán năng lượng bằng cách ngẫu nhiên hóa pha các sóng mang (Energy Dispersal randomizes carrier phases)

- Mã chập bảo vệ (Convolution Code adds protection)

- Cài xen thời gian chống lại chùm lỗi bột phát (Time interleaving combats burst errors)

- Cài xen tần số chống lại fading lựa chọn tần số (Freq interleaving combats freq selective fading)

- Điều chế DQPSK

Hình 2.4 Sơ đồ mã hóa kênh DAB

* Phân tán năng lượng bằng cách ngẫu nhiên hóa pha các sóng mang

Nếu pha của sóng mang thay đổi tuyến tính với tần số thì IDFT sẽ tạo ra một xung đơn Điều này làm cho chất lượng truyền thấp Để khắc phục cần thực hiện các bước sau :

- XOR các bít dữ liệu với chuỗi giả ngẫu nhiên

- Tạo ra đa thức P(X)=X9+X5+1

Cấu hình

MPX

Phân tán năng lượng Mã chập

MF2

Audio

Phân tán năng lượng Mã chập

Cài xen thời gian

- Reset thanh ghi dịch sau 24ms mỗi khung

Hình 2.5 Sơ đồ trải năng lƣợng với thanh ghi dịch9 bit và 2 cổng XNOR

* Mã chập bảo vệ

DAB sử dụng mã chập với độ dài constraint 7

Code chính đƣợc tạo ra từ véc tơ (𝑎)𝑖=0𝐼−1

Từ mã

Với i= 0,1,2,…,I+5

Hình 2.6 Sơ đồ mã chập sử dụng trong DAB

-Với M bít tạo ra từ mã có độ dài : 4(M+6) bít

- Thêm 6 bít từ việc xóa thanh ghi dịch

- Reset thanh ghi dịch sau 24 giây

* Cài xen thời gian chống lại chùm lỗi bột phát

- Dữ liệu bột phát dẫn đến lỗi bột phát do đó cần thực hiện trễ mỗi bít trong khoảng từ 0 ÷ 15 khungcài xen CIF(Common Interleaved Frames)

+ Trễ trong khoảng 0÷ 360 ms + Yêu cầu phải có bộ nhớ ở bên nhận

- Trễ giữa các bít liền kề ≥ 4x24ms

+ Các bít liền kề luôn ở các khung khác nhau

- Không sử dụng cho kênh thông tin nhanh (Fast Information Channel- FIC)

* Cài xen tần số chống lại fading lựa chọn tần số

Hình 2.7 Sơ đồ cài xen tần số

- 1536 bít đầu tiên của symbol đƣợc sử dụng cho những sóng mang trong chuỗi giả ngẫu nhiên (áp dụng cho tất cả các symbol)

- 1536 bít tiếp theo sử dụng cùng tần số

- Mỗi sóng mang sử dụng 2 bít (sóng mang 0 Hz không đƣợc sử dụng)

- Chặn fading gây ra bởi chùm lỗi bột phát

dữ liệu gắn với chương trình để tăng thêm tính hấp dẫn cho các chương trình phát thanh Dòng dữ liệu gắn với chương trình (Programm Associated Data-PAD) có hai lợi điểm chính sau: dung lượng của PAD hoàn toàn do nhà cung cấp dịch vụ kiểm soát, còn đối với khâu ghép kênh, PAD là một phần của dòng dữ liệu âm thanh và không thể tách rời ra được PAD chỉ như một đường ống dẫn dữ liệu, nhưng để dữ liệu này có thể được giải mã

ở máy thu phải có các giao thức chuẩn trong việc xử lý các file

PAD có thể là những dạng sau:

 Nhãn động

 Kiểm soát dải động

 Video kèm theo âm thanh (đòi hỏi phải có X-PAD)

Tốc độ PAD cố định thường không cao - 0,667 kbit/s với tần số lấy mẫu 48kHz (24ms frame) Vì vậy người ta sẽ dùng PAD mở rộng - X-PAD cho những ứng dụng có nhiều dữ liệu hơn Tất nhiên lúc đó ta phải chú ý rằng, khi tăng dòng dữ liệu với X-PAD, có thể phải giảm phần dữ liệu giành cho âm thanh và điều đó có thể sẽ làm giảm chất lượng âm thanh

PAD được thêm vào khung Musicam trong bộ mã hoá Musicam, thường bộ này được lắp đặt tại phía người sản xuất chương trình - phía phòng thu

 Dịch vụ dữ liệu

Dịch vụ dữ liệu có thể tạo ra dữ liệu có liên quan tới dịch vụ âm thanh hoặc hoàn toàn không dính dáng tới dịch vụ âm thanh Tổng số dung lượng dữ liệu cho phép hiện nay có thể từ 10% đến 20% (10% cho các dữ liệu có liên quan tới chương trình và 10% không liên quan)

Một số dữ liệu thông dụng hiện nay phát theo chương trình phát thanh là :

 Thông tin kinh tế - cổ phiếu

 Kết quả thể thao

 Báo giờ

 Các thông tin giao thông, thời tiết

Thông tin về dịch vụ chương trình SI (Service Information )

Dịch vụ dữ liệu có thể thêm các thông tin bổ sung về cả dịch vụ dữ liệu và âm thanh, thông tin này được gọi là thông tin về dịch vụ chương trình Thông tin về dịch vụ chương

trình sau đó sẽ được truyền và sử dụng làm tín hiệu hướng dẫn cho khâu ghép kênh

Những thông tin về dịch vụ chương trình SI có thể là :

 Thông tin xác định dịch vụ

 Loại chương trình

 Tần số liên quan tới các dịch vụ FM, MF và phát thanh số

 Thông tin thông báo (liên quan tới các kênh thông báo trong bộ ghép kênh)

2.2.2.2Ghép kênh

Tín hiệu DAB mạng truyền dẫn của hệ thống viễn thông được đưa đến bộ ghép kênh qua giao diện truyền dẫn tổng hợp ETI (Ensemble Transport Interface) Thông tin trong tín hiệu được chia ra thành các thành phần dịch vụ và các thông tin tương ứng với dịch vụ - SI Các thông tin này trước khi được đưa vào bộ dồn kênh tổng hợp, được đưa qua bộ biến đổi STI (Service Transport Interface) Toàn bộ thông tin về dịch

vụ - SI là tập hợp lại từ tất cả các dịch vụ và mã hoá đưa vào kênh FIC Tất cả các thành phần dịch vụ được ghép lại Đối với các dịch vụ dữ liệu, có thể được ghép trước tại bộ ghép dữ liệu đóng gói để tạo ra một kênh dữ liệu phụ chứa nhiều gói dịch vụ dữ liệu Bên cạnh đó là các tín hiệu điều khiển và chỉ dẫn, kể cả tín hiệu xác thực bộ ghép kênh trong kênh thông tin nhanh FIC; thông tin về cấu hình bộ ghép kênh MCI (Multiplexer Configuration Information) và thông tin thiết lập cấu hình bộ ghép đưa tới khâu cung cấp dịch vụ chương trình

Hình 2.8 Bộ ghép kênh tổng hợp

Dung lượng dữ liệu tối đa của bộ ghép kênh phát thanh số, áp dụng mã hoá với

1536 DQPSK sóng mang là 2,4Mbit/s Một phần trong đó được dùng cho kênh đồng

bộ và phần còn lại được chia thành hai kênh - kênh thông tin nhanh- FIC và kênh dịch

vụ chính-MSC, có thể được chia như sau : FIC : 96kbit/s và MSC : 2,304Mbit/s

Trong kênh MSC, dữ liệu gồm có kênh phụ dữ liệu phát thanh số (âm thanh hoặc dữ liệu) và một số để sửa lỗi Trong kênh FIC có dữ liệu FIC với tốc độ 32kbit/s với phần bảo vệ không thay đổi là 64kbit/s

Để truyền dẫn tín hiệu từ bộ ghép kênh đến các đài phát, thường người ta cố giữ tốc độ dữ liệu dưới 2,048Mbit/s, là dung lượng kênh dữ liệu trong dịch vụ viễn thông

Bộ biến đổi

tổng hợp Giám sát

Tín hiệu

Chuyển đổi Định thời gian

ETI(NA,1) G703 2048kbit/s G704 multiframe ETI(NI)

G703 2048kbit/s