Truyền Hình Số Và Những Vấn Đề Đặt Ra Trên Con Đường Chuyển Đổi

đồ án tốt nghiệp Lời mở đầu Truyền hình số vấn đề đặt đờng chuyển đổi Truyền hình số từ hệ thống truyền hình mới, thiết kỹ thuật số làm việc theo nguyên lý kĩ thuật số Theo nguyên lý từ ảnh quang học Camera thu đợc qua hệ thống ống kính, thay đợc đổi thành tín hiệu biến thiên tơng tự nh hình ảnh nói trên( màu sắc độ chói ) mà biến đổi thành dãy tín hiệu nhị phân Có số vấn đề cần đặt đờng chuyển đổi 1.1 Vấn đề thứ Lựa chọn độ phân giải cho hình ảnh số Độ dài từ mã nhị phân tiêu chất lợng kĩ thuật số hoá tín hiệu, phản ánh mức sáng tối màu sắc hình ảnh đợc ghi nhận chuyển đổi Về nguyên tắc độ dài cuả từ mã nhị phân lớn trình biến đổi chất lợng, nghĩa đợc xem nh độ phân giải trình số hóa Tuy nhiên độ phân giải đến giới hạn định thoả mãn khả hệ thống kĩ thuật nh khả phân biệt mắt ngời Độ phân giải 8bit 1.2 Vấn đề thứ hai Lựa chọn tần số lấy mẫu Giá trị tần số lấy mẫu đơng nhiên phản ánh độ phân tích hình ảnh số nhng mục đích lựa chọn tìm số giá trị tối u bên chất lợng bên kinh tế 1.3 Vấn đề thứ ba Lựa chọn cấu trúc lấy mẫu Nếu coi hình ảnh số tập hợp số việc xếp bố trí chúng theo quy luật nh có lợi Mục đích vấn đề giảm tối thiểu tợng bóng, viền, nâng cao độ phân tích hình ảnh 1.4 Vấn đề thứ t Lựa chọn tín hiệu số hoá, kết hợp hay thành phần Đây vấn đề liên quan đến chất lợng tính kinh tế toàn hệ thống, trớc mắt nh lâu dài -5- đồ án tốt nghiệp 1.5 Vấn đề thứ năm Lựa chọn giao diện số sản xuất truyền từ thiết bị sang thiết bị khác, nh từ phòng máy sang phòng máy khác với khoảng cách từ vài mét đến vài trăm mét 1.6 Vấn đề thứ sáu Lựa chọn tiêu chuẩn chung thiết bị cho hai hệ thống 625 525 dòng để dẽ dàng trao đổi chơng trình phạm vi toàn giới Điều liền quan đến vấn đề lựa chọn tần số lấy mẫu Hai tổ chức UER SNPTE thống lựa chọn tần số lấy mẫu 13,5; 6,75; 6,75 tần số lấy mẫu tín hiệu chói hai tín hiệu hiệu màu Từ nhiều vấn đề lí luận thực tiễn qúa trình số hoá tín hiệu truyền hình đợc tiếp tục nghiên cứu phát triển Ghi dựng lu trữ hình ảnh số Tổng hợp hình ảnh số(kĩ xảo) Số hóa Camera máy thu hình phẳng Truyền dẫn phát xạ hình ảnh số Sau 12 năm đa khuyến cáo 4:2:2 số lợng thiết bị số suất ngày nhiều Bắt đầu thời kì phát triển công nghệ ứng dụng công nghệ chế tạo kĩ thuật số Ghi dựng ổ đĩa cứng công nghệ kĩ thuật có truy nhập nhanh, kĩ xảo phong phú, đảm baỏ chất lợng, lâu dài, an toàn.Nhng chi phí sản suất lớn Ví dụ nh ổ cứng 9Gbit nén tốc độ 50Mbit/s ghi đợc 24 phút có giá trị 2000 USD Vì việc ghi dựng nói chung sử dụng công nghệ băng từ chủ yếu Mô hình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình số sang truyền hình tơng tự -6- đồ án tốt nghiệp Mô hình sau mô tả khái quát trình công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Quá trình chuyển đổi công nghệ dựa theo nguyên tẵc chuyển đổi phần xen kẽ Dựng tuyến tính analog Camera analog Studio analog Dựng phi tuyến vào analog Bộ chuyển đổi Studio Digital Camera Digital Máythu Analog Analog Set top box Máy thu analog Dựngtuyến tính digital Dựng phi tuyến vào digital Hệ thống máy phát Digital Máy thu digital Hệ thống máy thu Hình 1: Quá trình chuyển đổi công nghệ tơng tự sang số Khái niệm phần xen kẽ đợc hiểu xuất Camera số gọn nhẹ, phòng dựng hậu kỳ phân phối phát sóng tiến tới dây truyền hoàn toàn số Mô hình cho thấy nhận xét đến giai đoạn xuất tình trạng song song tồn hai hệ thống công nghệ khác Đó thời kỳ bắt đầu đời máy phát hoàn toàn số đồng thời máy thu hoàn toàn số chuyển đổi SET- TOPBOX gọi nôm la chuyển đổi dành cho máy thu tơng tự Nảy sinh vấn đề đặt lại phải chuyển đổi công nghệ phần xen kẽ, có lí sau Chi phí tàichính Đảm bảo trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chi phí tài chính: Chi phí sản xuất vấn đề hàng đầu trình chuyển đổi công nghệ nói chung vấn đề độ nói riềng -7- đồ án tốt nghiệp Có thể lấy ví dụ sau Một studio analog xe truyền hình lu động trị giá khoảng triệu đô studio số tiêu chuẩn 4:2:2 giá trị khoảng triệu đô tức gấp hai lần giá trị studio tơng tự So sánh với khu vực khác vậy, chung tâm truyền hình có khoảng 10 studio,5 xe truyền hình lu động, vài trục máy quay gọn nhẹ vài trục phòng hậu kỳ video audio chi phí cho việc chuyển đổi lớn Do không lúc mà chuyển đổi đợc thời gian ngắn Đảm bảo trì sản xuất phát sóng thờng xuyên Chúng ta thấy hệ thống truyền hình tơng tự sử dụng, chúng đóng vai trò quan trọng việc sản xuất chơng trình Giả sử có thay đổi đáng kể trang thiết bị phần trung tâm sản xuất chơng trình băng tần qui định (trong công nghệ analog cho phép phát chơng trình băng tần nhất) hiệu cha đên ngời xem cách rõ rệt nh mạng máy thu máy thu tơng tự Công nghệ truyền hình số coi hoàn thiện giải đợc vấn đề nói Chơng Hiện trạng xu hớng phát triển truyền hình số Đặc điểm truyền hình số Những năm gần hãng tổ chức tập chung nghiên cứu, thiết kế để đa hệ thống truyền hình số Truyền hình số dần trở thành thực dần thay hệ thống truyền hình tơng tự Tại truyền hình tơng tự thịnh hành nh lại lu mờ trớc truyền hình số, đặc điểm truyền hình số tỏ mạnh tuyệt đối so với truyền hình tơng tự, số đặc điểm truyền hình số nh sau Tín hiệu số nhạy với dạng méo xảy đờng truyền bị tác động nhiễu so với truyền hình tơng tự Có khả phát lỗi sửa sai -8- đồ án tốt nghiệp Tính linh hoạt, đa dạng trình sử lí tín hiệu ( có hệ số nén lớn so với tín hiệu tơng tự) Tính phân cấp (kênh đợc sử dụng phát chơng trình độ phân giải cao vài chơng trình truyền hình tiêu chuẩn Có thể truyền đợc nhiều loại hình thông tin khác với cách sử lí giống Tiết kiệm đợc lợng, với công suất phát sóng, diện tích phủ sóng rộng so với công nghệ truyền hình tơng tự Có thể khoá mã dễ dàng Dễ dàng thích nghi với bớc chuyển tiếp sang tín hiệu độ phân giải cao phát với chất lợng CD Thị trờng đa dạng, có khả cung cấp nhiều loại hình dịch vụ cho đông đảo khán giả cá nhân Tính tơng tác hai chiều Cho phép thu di động Phù hợp với công nghệ VLI Chi phí khai thác thấp Hoàn toàn có khả hoà nhập vào x a lộ thông tin Từ đặc điểm đa trên, ta thấy công nghệ truyền hình tín hiệu số có đặc điểm mà truyền hình tơng tự có đợc Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Một hệ thống truyền hình số theo tiêu chuẩn coi gồm ba thành phần sau Khối mã hoá nén Khối ghép kênh mã hoá truyền dẫn Khối điều chế RF phát sóng -9- đồ án tốt nghiệp Hệ thống phát Hệ thống thu Ghép kênh mã hoá đòng truyền Phân hệ mã hoá video nén Audio A/D Video A/D Mã hoá video nén Mã hoá Audio nén M U X Mã đờng truyền Phân hệ điều chế RF Mã hoá kênh Điều chế Phân hệ giải mã hoá video nén Audio Video D/A Giải mã hoá video nén A/D Gíải mã hoá Audio nén Giải ghép kênh mã hoá đòng truyền D E M U X Phân hệ điều chế RF Giải điều chế Giải mã kênh truyền Giải mã hoá kênh Nguyên tắc làm việc Hệ thống phát Các tín hiệu tơng tự sau đợc chuyển đổi A/D đa qua phân hệ tơng ứng( phân hệ video audio) để thực mã hoá nén tín hiệu Dòng tín hiệu số sau đợc ghép kênh với tín hiệu điều khiển phụ ghép kênh thành dòng truyền Dòng tín hiệu đợc ghép mã truyền dẫn, mã kênh điều chế trớc đa anten phát Hệ thống thu Qúa trình sử lý hệ thống thu ngợc lại với trình sử lý phát Tín hiệu cao tần thu qua tuner đợc giải điều chế cao tần Tín hiệu tần số thấp đợc giải mã kênh, giải mã truyền dẫn đa đến giải ghép kênh Tín hiệu khỏi giải ghép kênh đợc đa đến chuyển đổi D/A đa đến máy thu tơng tự - 10 - đồ án tốt nghiệp Những vấn đề cần ý chuyển đổi truyền hình số sang truyền hình tơng tự Khả chuyển đổi từ máy phát tơng tự sang máy phát số Thực việc chuyển đổi không đơn giản Nó phụ thuộc vào việc thiết kế tầng khuếch đại tầng kích máy phát Nói chung máy phát số yêu cầu khuếch đại có độ tuyến tính cao so với máy phát tơng tự Cả khuếch đại klystron tube có khả thay đổi đợc nhiên để đạt đợc tuyến tính với mức ổn định cao nên thay hẳn tầng khuếch đại tầng kích Với khuếch đại tube, đòi hỏi công suất lớn để đIều khiển nên nói chung việc chuyển đổi tốn Với khuếch đại klystron, hệ số khuếch đại lớn yêu cầu công suất đầu vào thấp, nên việc thực việc chuyển đổi rẻ Và khuếch đại klystron điều khiển theo xung phải bỏ tạo tín hiệu xung thực việc chuyển đổi Các máy phát solid state gồm nhiều module khuếch đại song song Đó khối có hệ số cao cấu tạo nhiều khuếch đại nối tiếp Nếu khuếch đại song song có khả khuếch đại số máy phát sử dụng chúng làm việc đợc với tín hiệu số Với ứng dụng số điều đáng quan tâm giai đoạn thiết kế phải đảm bảo cho tầng phải làm việc tải nguyên nhân gây không tuyến tính Tất tầng đặc biệt tầng kích phải thật tuyến tính Tầng đầu thờng phần không tuyến tính nên cần phải có tiền sửa lỗi Thật tầng sửa lỗi quan trọng tín hiệu số tín hiệu tơng tự Và sửa lỗi làm việc với tín hiệu số, nên trình chuyển đổi cần phải thay thế.Vì lí mà nhiều exciter sử dụng việc sửa lỗi điều chế, thực việc mapping exciter, cần phải tách symbol liệu thành phần thực phần ảo Bằng việc điều chỉnh biên độ pha tầng này, làm méo tín hiệu điều chế trớc sau tầng khuếch đại cuối có trinh ngợc lại Quá trình làm giảm méo không tuyến tính khuếch đại - 11 - đồ án tốt nghiệp Trong trờng hợp điều chế phải đợc thay có khả tạo tín hiệu đầu số Do tần số IF exciter số cha đợc tiêu chuẩn hoá nên đòi hỏi phải có thay đổi upconverter Thực chuyển đổi Với máy phát có khuếch đại kết hợp hình tiếng cần thay đổi đIều chế lọc tạo dao động nội, Một lọc thông dải đầu đợc yêu cầu thay cho lọc sóng ảo mang phụ Cần có lọc thông để giảm nhiễu với dịch vụ kênh cận kề Còn máy phát không kết hợp, cần bỏ khuếch đaị tiêng khuếch đại hình với tiếng đợc thay lọc thông dải nh Tất nhiên phải có điều chế số hệ thống sửa lỗi 4.1 Các vấn đề RF, việc chia xẻ với sở analog tồn Việc chia sẻ với sở tồn hoàn toàn có thể, nhiên có đòi hỏi mặt kinh tế kĩ thuật phải phù hợp Và đa dịch vụ số điều đáng lu ý không gây khó khăn không cần thiết trớc mắt ngời xem tiêm Các kênh dùng cho phát sóng từ sở cũ đợc lựa chọn cho gần với kênh analog điều giúp tái tạo sử dụng hệ thống anten cũ sử dụng, nhiên sử dụng kênh cận kề cần quan tâm đến việc phát kênh, đặc biệt máy công suất lớn Một nguyên nhân việc việc phát sóng kênh danh định không tuyến tính khuếch đại công suất Trong kênh kề cận, việc phát kênh máy phát tơng tự đợc máy thu số nhận thấy nh nhiễu đồng kênh Các phơng án nhằm làm giảm việc phát kênh đợc sử dụng phải sử dụng lọc đầu máy phát sử dụng cộng lựa chọn RF Nếu sử dụng lại anten hành, có hai phơng án phải làm Sử dụng cộng RF cho nơi công suất cao nơi công suât thứ yếu Dùng giải pháp thay cho sở thứ yếu, sử dụng ứng dụng đa kênh 4,2 Lu ý anten công suất Khi phát sóng, cần phải xem xét tất đặc tính dù bình thờng phát số khác - 12 - đồ án tốt nghiệp Lu ý khuếch đại chuyển đổi tạo công suất nh trớc Công suất đầu nh trớc Công suất đầu số hiệu dụng phảI thấp 7-10 dB so với công suât đỉnh tín hiệu sync ban đầu Tuy nhiên vấn đề DVB-T công suất số thấp 15 đến -20 dB so với công suất đỉnh sync tín hiệu analog hành đạt đợc diện tích phủ sóng 4.3Sử dụng lại anten dùng Các kênh đợc lựa chọn cho truyền hình số mặt đất phải gần sát với dải thông anten tơng tự đem lại vùng phủ sóng chung cho hai dịch vụ Hâu nh anten thu thích hợp Tuy nhiên việc giới hạn ERP (effective radiater power) để bảo vệ điểm phát sóng kênh tơng tự có khỏi bị xuyên nhiễu điểm hàng xóm lân cận không đợc đảm bảo Anten fidơ có phải hỗ trợ tổng công suất ghép kênh bao gồm tất công suất đỉnh kênh số Với kiến trúc cascading, khó tạo kết hợp kênh số tơng có suy hao phối hợp Trong trờng hợp phải xác định suy giảm nhiễu tơng đơng(equivalent nosie degradation) 4.4 RF combining Trong nhiều trờng hợp, việc định vị dải phát hình số kênh cận kề kênh phát hình analog hành có lợi Khi khả lựa chọn cộng điểm có tính định xem xét việc đa giải thông hữu ích tín hiệu DVB-T (7,63Mhz) vào kênh ITU-R ( 8Mhz UHF) Nh hình vẽ ta thấy, cộng gồm coupler 3dB (chia nửa), hai lọc thông dải giống tải giả Bộ cộng có đầu vào có khả chọn lựa gọi dải hẹp đầu vào dải rộng Các lọc thông dải đợc sử dụng cho kênh đầu vào dải hẹp Tín hiệu số đợc nối vào đầu vào dải hẹp đợc tách hai đờng coupler 3dB qua hai lọc thông dải giống Hai nửa tín hiệu sau lại đợc cộng lại nhờ coupler 3dB thứ hai trớc gửi tới anten Bắt kì tín hiệu từ lọc tín hiệu analog rò rỉ đợc xoá nhờ tải Tơng tự nh tín hiệu analog đợc nối vào đầu vào dải rộng đợc tách hai đờng nhờ coupler dB Tuy nhiên lúc hai nửa tín hiệu đợc phản xạ từ lọc kết hợp lại nhờ coupler dB trớc đa anten - 13 - đồ án tốt nghiệp Các lọc đợc yêu cầu phải lọc tín hiệu số, khoá kênh dải rộng đặc biệt kênh liền kề quan trọng Tuy nhiên dùng lọc dẫn đến vấn đề trễ nhóm, nguyên nhân suy giảm tín hiệu, làm ảnh hởng lại đến khả lựa chọn lọc Nhằm tránh vấn đề này, cần phải sử dụng tiến sửa dải gốc (baseband precorrector) 4.5 Khuếch đại đa kênh Các mạng phát hình thứ cấp tập hợp máy có công suất thấp lọc repeater dùng để bao phủ hoàn toàn trạm phát Chính việc dùng kênh số kênh chạm thứ cấp nên dẫn đến vấn đề nh chạm phát Khuếch đại đa kênh cách thức kết hợp kênh số thực với coupler không cần khả lựa chọn phí thấp Cách thức thực nhờ thủ tục sau Thu kênh nhờ anten Lọc chuyển đổi lại kênh đầu vào trung tần IF Xử lý trung tần Chuyển đổi RF Thực coupling kênh có công suất thấp Khuếch đại công suất ghép kênh 4.6 Dùng anten cho phát hình số mặt đất Đầu tiên, cần phải tìm vị trí thích hợp cho anten dựa cấu trúc cột anten hiên thời Trong nhiều trờng hợp độ mở cấu trúc thời không phù hợp cho anten UHF đòi hỏi mặt cắt ngang Với mặt cắt ngang loại lớn thiết kế cho dải rộng khó Tuy nhiên lợi việc không dùng cộng RF công suất cao nhng hạn chế cha lọc đợc phát kênh Do cần phải sử dụng lọc đầu máy phát, nh vùng phủ sóng anten khác so với anten analog Cũng cần quan tâm phối hợp dải thông tơng hợp anten nh hạn chế ERP để bảo vệ dịch vụ truyền hình tơng tự, lý nên việc chi phí cho anten cao - 14 - đồ án tốt nghiệp Bảng Các trờng PES_header_fields Trờng PTS (presentation_time_stamp) DTS (decoding_time_stamp) DSM_trick_mode Trick_mode_control Field_id Frequency_truncation Intra_slice_refresh Frequency_truncation Chức PTS (33 bit) báo cho bên thu thời gian đơn vị liệu gốc DTS (33 bit) báo cho bên thu thời gian đơn vị liệu đợc mã hoá Gồm bit xác định kiểu thông tin mã hóa Trờng gồm : Trick_mode_control (3 bit), Field_id (2 bit), Intra_slice_refresh (1 bit), Frequency_truncation (2 bit) Xác định kiểu DSM : 000 = Fast Forward 001 = Slow Motion 010 = Freeze Frame 011 = Fast reverse 1xx = Reserved Xác định kiểu hiển thị mành: 00 = Hiển thị mành 01 = Hiển thị mành 10 = Hiển thị khung hình 11 = Lu lại Xác định thành phần chọn từ DSM : 00 = Chỉ truyền thành phần chiều 01 = thành phần theo thứ tự quét 10 = thành phần theo thứ tự quét Chỉ lấy phần giải mã trớc thay vào slice bị Chỉ số lần hiển thị mành 1, sau hiển thị xong hiển thị mành số lần - 62 - đồ án tốt nghiệp Optional_fields gồm : PES_extension_flags (nếu cờ PESEXT đợc thiết lập) : có cờ để thiết lập trờng phần mở rộng phía sau, cờ dài byte PES_extension : phần mở rộng Hình Cấu trúc PES_extension_flags Bảng Các cờ PES_extension_flags Trờng Chức PES_private_data_flag Xác định xem PES có chứa liệu riêng (private data) không Program_private_sequence Xác định xem gói MPEG-1 hay MPEG-2 _counter_flag STD_buffer_flag Xác định xem cờ STD_buffer_scale STD_buffer_size có đợc mã hoá không (STD: System target decoder) PES_extension_field_flag Xác định có mặt liệu bổ xung PES_header Dòng chơng trình ( Program Stream-PS ) Dòng chơng trình đợc thiết kế để truyền môi trờng tạp nhiễu lỗi ( Noise and Error free ) Hình Sơ đồ ghép kênh tạo PS Mỗi chơng trình gồm gói PES hình, tiếng, liệu phụ Dòng PS đợc chia thành gói PS có độ dài tuỳ ý, truyền theo thứ tự thời gian xảy ra, có - 63 - đồ án tốt nghiệp thể chứa tới 32 dòng Audio, 16 dòng Video, 16 dòng liệu dùng chung thời gian gốc Một luồng PS đợc xác định nhiều gói PES, gói PES có chung thời gian gốc có luồng bit điều khiển chung gọi Elementary_stream_map nh mô tả hình Mỗi PES luồng bit điều khiển có địa PID (Packet ID) PES_header Elementary_stream_map có Program_map_table để chứa thông tin PID PES tạo PS thông tin ứng dụng chứa PES với mối liên kết chúng PS PID gồm 13 bit dùng để xác định loại liệu gói liệu Để liên kết PES chơng trình ta chọn bit MSB PID (là base_PID) để xác định chơng trình, PES dòng PS có bit giống bit lại lấy giá trị 15 (F hex), ứng với PES khác nhau, PID Program_map_table Phơng pháp đợc mô tả bảng cho phép định dạng từ đến 255 dòng PS Loại PID PMT_PID Video_PID PCR_PID Audio(A)_PID Audio(B)_PID Data_PID PID Loại PES base_PID + 0x0000 h PID Program_map_table base_PID + 0x0001 h PID Video_PES base_PID + 0x0002 h PID Video_PES mang PCR base_PID + 0x0004 h PID Audio(A)_PES base_PID + 0x0005 h PID Audio(B)_PES base_PID + 0x000A h PID Data_PES Bảng Giá trị PID ứng dụng PID=0x0000 đợc dành riêng cho Program_association_table (PAT) PID=0x0001 đợc dùng cho Conditional_access_table (CAT) PID=0x0002ữ0x000F dùng cho ứng dụng khác PID=0x000F dùng cho gói Null_packet Quy luật truyền tải MPEG-2 cho phép chơng trình có nhiều dòng PES mà không hạn chế loại ứng dụng chơng trình Một dòng PS không thiết phải chứa dòng Video Audio nén, chứa nhiều dòng Audio ứng với dòng Video cho Những liệu ứng dụng khác đợc mang theo cách linh hoạt, ràng buộc cần phải ấn định Stream_ID thích hợp để giải mã ứng dụng tơng ứng với dòng bit mang Tuy nhiên có nhiều mối liên kết PES đợc thực độc lập không phụ thuộc vào chơng trình Bao gồm thủ tục nh thao tác PID, lựa chọn luồng, - 64 - đồ án tốt nghiệp ngẫu nhiên hoá - giải ngẫu nhiên hoá, xác định gói vào ngẫu nhiên, Sự kết hợp phần chơng trình đợc kiểm soát dựa vào mốc thời gian chung Thời gian chung đợc thiết lập lúc tất dòng PES chơng trình thu đợc thông tin định thời từ đồng hồ đơn, thông tin đợc truyền thông qua Program_clock_reference (PCR : chuẩn đồng hồ chơng trình) PES chơng trình Thông tin định thời trạng thái có số PES ứng dụng Dòng truyền tải 9.1 Ghép kênh tạo dòng truyền tải đa chơng trình Hình Sơ đồ ghép kênh dòng đa chơng trình Nhiều PS khác ghép lại với cho ta dòng truyền tải đa chơng trình Các PS khác tơng ứng với giá trị PID định, có luồng bit điều khiển Program_stream_map có PID = Dòng bit điều khiển mang Program_association_table để xác định PS Quá trình xác định chơng trình nội dung xảy theo hai giai đoạn: Trớc hết, ngời ta sử dụng Program_association_table luồng bit điều khiển (có PID = 0) để mang Program_map_table chơng trình Trong giai đoạn tiếp theo, PID PES tạo dòng chơng trình đợc lấy từ Program_map_table Sau bớc này, lọc phân kênh đợc thiết lập để lấy dòng bit truyền tải tơng ứng với chơng trình cần thu Hệ thống ghép kênh đợc biểu diễn hình - 65 - đồ án tốt nghiệp Tuy nhiên có vấn đề đặt ta thu đợc PID giống nhiều PS khác nhau, PID dòng PS khác phải khác Có cách khắc phục vấn đề sửa đổi PID trớc ghép kênh TS, thay đổi phải đợc lu lại Program_map_table Program_association_table Quá trình xác định lại PID (sau sửa đổi) theo thời gian thực tế đợc đồng xung nhịp đồng hồ gói Ta tăng thêm nhiều PS cách gộp PAT nhiều ghép kênh đa chơng trình thành PAT vào ghép kênh TS có PID=0 Ví dụ thu chơng trình quảng bá Hình 10 minh họa ví dụ thu PES chơng trình đầu thu Quá trình thu phân kênh xảy theo bớc sau: Từ luồng TS vào lấy luồng PID=0 có chứa bảng PAT, bảng PAT có chứa bảng PMT Từ Program_ID chơng trình cần chọn ta tìm Program_map_ID bảng PMT PAT lấy đợc bảng (tơng ứng với chơng trình cần chọn) Bảng PAT có chứa thông tin PID PES tạo chơng trình Dựa vào PID PMT xác định đợc PES chơng trình cần chọn TS để tách đợc chúng Phần lại bị bỏ qua - 66 - đồ án tốt nghiệp Hình 10 Quá trình chọn chơng trình 9.2 Dạng thức gói truyền tải MPEG-2 Hình 11 Gói truyền tải MPEG-2 Dòng truyền tải TS mang thông tin nhiều chơng trình khác nhau, chơng trình sử dụng hệ số nén tốc độ bit khác (mặc dù tốc độ bit hệ thống cố định) Một dòng TS chứa gói chiều dài cố định gói có chiều dài thay đổi Phơng pháp đóng gói có chiều dài cố định thờng đợc sử dụng nhiều hơn, gói gồm thành phần có chiều dài cố định thành phần có chiều dài thay đổi phần mở đầu Header (nh hình 11) Mỗi gói truyền tải MPEG-2 gồm có 188 bytes, lựa chọn kích thớc gói phụ thuộc vào lý sau: - 67 - đồ án tốt nghiệp Gói cần đủ lớn để phần Overheader tơng ứng với Header gói nhỏ so với toàn liệu mang Gói cần phải không lớn làm ảnh hởng tới xác suất lỗi gói điều kiện hoạt động thông thờng (vì lúc sửa lỗi hiệu quả) Cần chọn chiều dài gói thích hợp với độ dài khối mã khối sửa sai, để lớp vật lý hệ thống đồng xử lý gói bên thu Nội dung gói TS liệu mang theo đợc xác định đầu mục gói (Packet_header) Cấu trúc Packet_header đợc thành lớp gồm lớp có chiều dài cố định Link_layer (lớp liên kết) lớp có chiều dài thay đổi Adaptation_layer (lớp thích ứng) Mỗi lớp có nhiệm vụ khác giống nh lớp liên kết liệu lớp truyền tải hệ thống OSI Khả liên kết thích nghi đợc sử dụng để liên kết hệ thống mặt đất DTTB Tuy nhiên, đầu mục bỏ qua số hệ thống khác nh ATM, hệ thống dòng DTTB có phần Payload Lúc đó, đầu mục dòng DTTB làm nhiệm vụ xác định nội dung dòng liệu phơng tiện để thực thủ tục lớp toàn hệ thống Vì thành phần dòng TS đợc thiết lập tùy mục đích, yêu cầu hệ thống 9.3 Lớp liên kết (Link layer) Hình 12 Cấu trúc Link_header Lớp liên kết sử dụng byte Header_field Hình 12 biểu diễn bit Link_header chức chúng, Bảng mô tả chi tiết chức Một số chức không cần thiết cho DTTB, nhng giúp cho việc liên kết hoạt động phơng tiện truyền dẫn khác nh giao diện cáp, mạng máy tính, hệ thống phân phối vệ tinh, - 68 - đồ án tốt nghiệp Bảng Khuôn dạng Link_header Trờng Chức Sync_byte (= 0x47) Đồng gói Xác định gói có bị sai không Transport_packet_error 0không lỗi _indicator 1có lỗi (payload không đợc sử dụng) Có thể dùng để báo lỗi từ Modem cho Demux Xác định trạng thái PES_header (chứa PSI Program_specific_information) Payload PES_packet_header luôn mở đầu Payload Payload_unit_start_ gói TS Byte bảng PSI gói đợc Indicator xác định dựa vào pointer_field PES_header PES_header Xác định u tiên đầu vào truyền qua kênh mạng Transport_priority u tiên thấp u tiên cao Xác định địa gói cho Mux/Demux PID Xác định chìa khoá giải ngẫu nhiên gói 00 không đợc ngẫu nhiên hoá Transport_ 10 khoá chẵn Scrambling_control 11 khoá lẻ 01 dành riêng Xác định Adaptation_field sau 00 dành riêng Adaptation_field_contr 01 adaptation_field, có payload ol 10 có adaptation_field, payload 11 adaptation_field trớc payload Tăng cho gói PID cần thu u tiên truyền Nếu gói liên tục có PID continuity_counter giống adaptation_field_control 01 11, gói Continuity_counter coi nh Bản đợc dùng giải mã để bảo vệ không liệu gói continuity_counter không tăng gói có adaptation_field_control 00 10 Các chức đồng gói, bảo vệ lỗi bảo mật đợc thực mức liên kết a) Đồng gói (Packet Sync) Đồng gói đợc thực Sync_byte byte gói Giá trị Sync_byte cố định (0x47) đợc ấn định trớc cho tất dòng TS - 69 - đồ án tốt nghiệp Khi giải mã, đồng gói đợc thực lớp vật lý (trớc giai đoạn phân kênh gói), byte đồng đợc sử dụng để xác định đồng gói Trong số trờng hợp khác, byte đợc sử dụng nh nguồn thông tin sơ cấp để thiết lập đồng Một phần quan trọng Link_header 13 bit PID (chỉ số xác định gói) PID cung cấp thông tin cho ghép kênh phân kênh để nhận dạng gói thuộc PES liệu hay luồng bit điều khiển Vì vị trí trờng PID đầu mục luôn cố định, nên dễ dàng lấy gói tơng ứng với dòng PES cho trớc nhờ thiết lập đồng gói lọc gói (căn vào PID) Chiều dài gói cố định nên việc lọc phân kênh trở nên dễ dàng hệ thống truyền tốc độ cao b) Phát lỗi (Error Handling) Khả tìm lỗi đợc thực lớp gói giải mã nhờ sử dụng trờng continuity_counter Tại máy phát, trờng lấy giá trị quay vòng từ đến 15 cho tất gói có PID mang liệu payload (sự truyền tải cho phép tạo gói mà không mang payload) Tại máy thu thông thờng, thu đợc gói có PID mà giá trị continuity_counter không liên tục chứng tỏ liệu bị mát truyền Bộ xử lý truyền tải bên thu sau báo cho giải mã mát liệu Tuy nhiên đặc điểm kỹ thuật MPEG - cho phép continuity_counter không thiết phải liên tục để chèn thêm gói liệu dịch vụ nối chúng lại Nh vậy, continuity_counter gián đoạn nhng truyền không lỗi Các dịch vụ chèn thêm nhà cung cấp địa phơng tạo ra, chúng chơng trình hay thông báo phụ địa phơng Ngoài ra, thông tin cố định nh đầu mục (header), nhãn thời gian (time stamp) đồ chơng trình (program map) quan trọng để hệ thống hoạt động liên tục an toàn, nên hệ thống truyền tải cần phải có phơng pháp để tăng thêm khả chống lỗi chúng cách lại gói mã hóa Tại giải mã, đợc sử dụng gói gốc bị lỗi bị gián đoạn Sự xác định gói đợc khai báo continuity_counter c) Bảo mật (dành cho truy nhập có điều kiện) Để tăng thêm khả chống lỗi bảo mật cấu trúc gói truyền tải thờng gói liệu đợc ngẫu nhiên hoá, dòng ES hệ thống - 70 - đồ án tốt nghiệp đợc ngẫu nhiên hoá độc lập Giải ngẫu nhiên thờng sử dụng phơng pháp phổ biến cho lĩnh vực thông tin, nhng khoá giải ngẫu nhiên cách thu giải mã đợc bảo mật Các khoá đợc gửi tới giải mã vào khoảng thời gian hữu ích Dữ liệu riêng (private) dòng DTTB đợc dùng để mang liệu truy nhập có điều kiện Có phơng pháp mang liệu là: - Sử dụng nh nh dòng riêng biệt có PID riêng - Trờng Private_field Adaptation_header đợc mang PID tín hiệu ngẫu nhiên Sự an toàn hệ thống truy nhập có điều kiện đợc bảo đảm việc mã hóa khoá giải ngẫu nhiên gửi cho bên thu, cần cập nhật khoá thờng xuyên Không giới hạn số khoá mã đợc sử dụng tốc độ chúng thay đổi đợc, yêu cầu phải điều chỉnh máy thu để có giao diện tiêu chuẩn từ phần cứng giải mật mã (ví dụ Smart-card) tới giải mã Thông tin Link_header gói TS xác định xem liệu Payload gói có đợc ngẫu nhiên hay không, cờ đợc sử dụng cho việc giải ngẫu nhiên Link_header gói luôn đợc truyền không bị ngẫu nhiên hoá số lợng liệu đợc ngẫu nhiên gói thay đổi phụ thuộc vào chiều dài Adaptation_header Truyền dẫn MPEG - cung cấp chế ngẫu nhiên hoá hai mức: bên cấu trúc gói PES lớp truyền tải Việc ngẫu nhiên hoá lớp gói PES chủ yếu dùng dòng chơng trình giao thức nh lớp truyền tải để tạo nên chức 9.4 Lớp thích nghi (Adaptation_layer) Phần đầu mục Adaptation_header hệ thống DTTB (dùng MPEG-2) trờng có chiều dài thay đổi, có mặt đợc nhờ cờ trờng Adaptation_field_control Link_header Hoạt động đầu mục có liên quan tới giải mã dòng ES sử dụng cho liên kết liệu Adaptation_header chứa thông tin hữu ích giúp giải mã sử dụng cờ để báo có mặt trờng mở rộng - 71 - đồ án tốt nghiệp Đầu mục bắt đầu với thành phần chiều dài cố định có đầu mục đợc truyền, khuôn dạng phần đợc mô tả hình 13 Hình 13 Phần có có chiều dài cố định Adaptation_layer Adaptation_field_length gồm byte rõ số byte đằng sau đầu mục Ngoài đầu mục có thêm byte đệm Stuffing sau Stuffing không đợc thông báo cho giải mã, lúc này, Adaptation_field_length tính toán gồm Stuffing Giá trị Adaptation_field_length đợc sử dụng giúp giải mã bỏ qua phần đầu mục để lấy payload cần thiết Sự có mặt trờng flagged_adaptation_header_fields đợc xác định bit cờ cuối hình 13 (trong giá trị báo trờng có mặt) Ba bit cờ trớc không tạo trờng mở rộng cho đầu mục mà đợc mô tả hình 14 PCR 48bit Flagged_adaptation_header_fields Splice_countdow Transport_private_dat Adaptation_field_ OPCR extensions 48bit n a 48bit 48bit 8bit Hình14 - 72 - đồ án tốt nghiệp Bảng Chc trờng lớp thích nghi Trờng Chức Discontinuity_ Xác nhận có không liên tục PCR kể từ gói Indicator trở đi, gói đợc ráp nối thêm vào tạo Cờ dùng bên thu để thay đổi đồng đồng hồ địa phơng Random_access_in Xác nhận gói mang liệu phục vụ nh dicator điểm truy nhập ngẫu nhiên luồng bit Elementary_stream Xác định u tiên liệu truyền gói _priority_indicator Đồng Giữa trình giải mã trình diễn ứng dụng máy thu quan trọng hệ thống số làm việc theo thời gian thực, truyền hình số hệ thống hoạt động nh Sự đồng thờng trễ xử lý giải mã khiến đệm thực không (tràn cha tới hạn) Đồng truyền dẫn tín hiệu truyền hình có nén khác so với truyền hình tơng tự Trong truyền hình tơng tự, thông tin đợc truyền đồng theo ảnh, nên thu xung đồng hồ trực tiếp từ thông tin đồng ảnh Trong hệ thống số có nén, liệu tạo ảnh thay đổi theo thời gian, nên thông tin định thời lấy trực tiếp từ phần đầu liệu ảnh Vì vậy, xung đồng (vốn quen thuộc với truyền hình tơng tự ) dòng số Để đồng bộ, thông tin định thời đợc truyền Adaptation_header số gói để làm chuẩn so sánh thời gian giải mã Tín hiệu định thời xung đồng hồ 27 MHz đợc mang trờng Program_clock_reference (PCR), trờng định thời gian trễ để đọc giải mã Đồng hồ địa phơng giải mã đợc so sánh với giá trị PCR dòng bit thời điểm để đồng cho trình giải mã Tuy nhiên, PCR không trực tiếp thay đổi giá trị đồng hồ địa phơng mà dùng nh chuẩn để điều chỉnh nhịp độ đồng hồ Các xung mẫu Video Audio giải mã đợc đồng với đồng hồ hệ thống lấy từ PCR Vì hệ thống số đồng PCR giúp đơn giản hoá hoạt động máy thu cần dao động nội đủ để điều khiển trình giải mã, thiết lập đồng nhanh Tuy nhiên có số ngoại lệ xảy trình đồng nh thay đổi kênh chèn chơng trình địa ph- 73 - đồ án tốt nghiệp ơng Trờng PCR bị thay đổi suốt thời gian xử lý truyền Ngoài PRC dòng liệu có thêm Original_PCR (OPCR) để chứa thông tin chuẩn giống nh dành cho ghi phát lại chơng trình, OPCR không bị thay đổi suốt trình xử lý Bảng Chc trờng PCR OPCR Trờng Chức Xác định thời gian đọc theo byte hết program_clock_reference_extension giải mã Dùng để PCR đồng xử lý máy thu Có thể bị thay đổi trình xử lý OPCR Giống PCR nhng không bị thay đổi trình xử lý Hình 14 biểu diễn dạng thức PCR OPCR Giá trị PCR dựa vào trạng thái xung đồng hồ 27 MHz bit mở rộng PCR_extension (OPCR_extension) nhận giá trị từ đến 299 tốc độ 27 MHz, thời điểm giá trị 33 bit tr ờng PCR (OPCR) tăng thêm Kết 33 bit tơng ứng với 33 bit sử dụng cho xung đồng hồ 90 kHz MPEG - Chu kỳ PCR OPCR xấp xỉ 26 Hình 15.Cấu trúc PCR OPCR Trờng transport_private_data adaptation_field_extension đợc mô tả hình 15 bảng 10 Bảng 10 Trờng Chức - 74 - đồ án tốt nghiệp Transport_private_dat Dùng mang liệu riêng t private a Adaptation_header_ex Phần mở rộng dùng cho sau tensions adaptation_header Hình 15 Dạng thức phần mở đầu liệu riêng Trờng byte splice_countdown đợc dùng để chèn dòng liệu chơng trình địa phơng, có mặt splicing_point_flag đợc thiết lập Bảng 11 Trờng Splice_ Countdown Chức Xác định số gói luồng có PID với gói kể từ điểm cắt gói, điểm đợc xác định gói có chứa liệu ES mà bị chiếm chỗ ES khác Trờng có giá trị gửi Nó đợc dùng để chèn dòng chơng trình cục - 75 - đồ án tốt nghiệp - 76 - [...]... Chơng 2 Xử lý tín hiệu truyền hình 1 Số hoá tín hiệu truyền hình Các hệ thống truyền hình màu đợc sử dụng hiện nay là các hệ (PAL,NTSC, SECAM) là những hệ truyền hình tơng tự Tín hiệu video là hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tơng tự chụi ảnh hởng của nhiều yếu tố(nhiễu và can nhiễu nội bộ hệ thống và từ hệ thống bên ngoài) làm giảm chất lợng hình ảnh Tín hiệu video số đợc tạo từ tín hiệu... phân giải hình ảnh ngời ta chọn tần số tín hiệu chói là 13,5 Mhz và tần số lấy mẫu hai tín hiệu hiệu mầu là 6.75Mhz Tần số 13,5Mhz là bội số của tần số 625; 525 vì vậy, thiết bị trong các trung tâm truyền hình số sẽ giống nhau tạo điều kiện cho việc hợp tác các chơng trình, và tiến tới một tiêu chuẩn chung cho cả thế giới loại bỏ những xung đột gây nên bởi tình trạng đa hệ trong truyền hình tơng tự... hiệu video số có hai mức trạng thái logíc 0; 1 biểu diễn tín hiệu video số Tín hiệu video số có tính chống nhiễu cao, có u đIểm hơn tín hiệu video tơng tự Ngày nay nhiều nớc đã sử dụng truyền hình số để thay thế truyền hình tơng tự trong nhiều thành phần của hệ thống truyền hình 2 Biến đổi tơng tự - số Lấy mẫu tín hiệu tơng tự: Là quá trình gián đoạn rời rạc hoá theo thời gian bằng tần số lấy mẫu fSA... tín hiệu số thành tín hiệu tơng tự là quá trình biến đổi ngựơc Trong hệ thống truyền hình số có sử dụng rất nhiều các bộ ADC và DAC Trong truyền hình màu, hình ảnh cần truyền đI đợc biểu diễn bằng các màu cơ bản Đỏ(R), Lục (G), Lam (B) Nó có thể đợc truyền theo những khả năng cơ bản sau đây, Ba tín hiệu băng rộng R,G,B Một tín hiệu chói băng rộng Y và hai tín hiệu băng hẹp Một tín hiệu video màu tổng... số, trong đó pha của sóng mang cao tần thay đổi tuỳ theo quy luật biến đổi của dãy tín hiệu đầu vào Dòng số liệu này thay vì đợc truyền dới dạng các chuỗi bit nó sẽ đợc truyền dới dạng biểu trng, Mỗi biểu trng mang một bít thông tin của dòng số liệu Các biểu trng sẽ đợc truyền lệch pha nhau 3.1.1 Sơ đồ khối Dòng dữ liệu đầu vào Chuyền đổi nối tiếp ~ QPSK + 900 3.1.2 Nguyên tắc làm việc Dòng bit vào... hiệu ra thành nhiều mức tín hiệu khác nhau và mỗi mức khác nhau sẽ đợc gán cho một giá trị biên độ Mã hoá: Là quá trình biến đổi tín hiệu đã đợc lợng tử hoá thành tín hiệu số bằng cách xắp xếp các mức tín hiệu tơng ứng theo hệ đếm nhị phân 2.1 Biến đổi tín hiệu video - 15 - đồ án tốt nghiệp Biến đổi tín hiệu video tơng tự thành tín hiệu video số là quá trình biến đổi thuận, còn biến đổi tín hiệu số thành... 0 P0 Sau khi lấy mẫu, lợng tử hoá và mã hoá thì mỗi tín hiệu Y ,CR và CB sẽ cho ta một dòng tín hiệu số Để thực hiện truyền tín hiệu truyền hình số ta cần ghép kênh các dòng tín hiệu số này với nhau cùng sời các tín hiệu đồng bộ và các tín hiệu phụ trợ khác.Vị trí của các từ mã đợc bố trí nh sau 2.8 Tín hiệu chuẩn thời gian cho dữ liệu phụ Dữ liệu phụ đợc gửi chèn vào bất kỳ thời đIểm nao của dòng... hợp còn mang đầy đủ những khiếm khuyết của truyền hình tơng tự nhất là hiện tợng can nhiễu và chói màu Ngoài ra, tín hiệu Video sồ còn bộc lộ nhiều nhợc điểm trong quá trình xử lý số, tạo kỹ xảo, dựng hình Vì vậy trong những năm gần đây ngời ta không sử dụng phơng pháp số hóa tín hiệu Video tổng hợp Tín hiệu Video thành phần - 16 - đồ án tốt nghiệp Với tín hiệu Video thành phần tần số lấy mẫu thờng đợc... lọc VSB để chọn vạch tần số ở miền thời gian sang miền tần số cao hoặc miền tần số thấp Tín hiệu 8-VSB cho phát sóng mặt đất sử dụng mã sửa sai TRELLIS với tốc độ 3bit/1symbol và tỷ lệ mã hoá là 2/3 tức là hai bit đầu vào và ba bit đầu ra Dữ liệu của kĩ thuật đIều chế 8-VSB đợc truyền theo từng khung 832 biểu trng Đồng bộ mành số1 312 đoạn dữ liệu Dữ liệu+FEC Đồng bộ mành số2 48.6às Dữ liệu+FEC Đoạnbằng... số lấy mẫu thờng đợc biểu thị thông qua tần số lấy mẫu tín hiệu chói và tần số lấy mẫu tín hiệu hiệu màu Ví dụ nh tỉ lệ lấy mẫu 14:7:7 tơng ứng là tần số lấy mẫu tín hiệu chói là 14Mhz và tần số hai tín hiệu hiệu màu là 7Mhz Do tần số lấy mẫu sẽ quyết định dải thông của phổ tín hiệu Theo định lý shanon- nyquist, tần số lấy mẫu tối thiểu phải bằng hai lần tần số sóng mang Hiện nay, để lấy mẫu tín hiệu ... hệ thống truyền hình số Truyền hình số dần trở thành thực dần thay hệ thống truyền hình tơng tự Tại truyền hình tơng tự thịnh hành nh lại lu mờ trớc truyền hình số, đặc điểm truyền hình số tỏ mạnh... Mô hình chuyển đổi công nghệ từ truyền hình số sang truyền hình tơng tự -6- đồ án tốt nghiệp Mô hình sau mô tả khái quát trình công nghệ từ truyền hình tơng tự sang truyền hình số Quá trình chuyển. .. nhập vào x a lộ thông tin Từ đặc điểm đa trên, ta thấy công nghệ truyền hình tín hiệu số có đặc điểm mà truyền hình tơng tự có đợc Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Một hệ thống truyền hình số