Kỹ thuật Audio và Video bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng

Kỹ thuật Audio và Video bài giảng dành cho sinh viên Đại học và cao đẳng là bộ tài liệu hay và rất hữu ích cho các bạn sinh viên và quý bạn đọc quan tâm. Đây là tài liệu hay trong Bộ tài liệu sưu tập gồm nhiều Bài tập THCS, THPT, luyện thi THPT Quốc gia, Giáo án, Luận văn, Khoá luận, Tiểu luận…và nhiều Giáo trình Đại học, cao đẳng của nhiều lĩnh vực: Toán, Lý, Hoá, Sinh…. Đây là nguồn tài liệu quý giá đầy đủ và rất cần thiết đối với các bạn sinh viên, học sinh, quý phụ huynh, quý đồng nghiệp và các giáo sinh tham khảo học tập. Xuất phát từ quá trình tìm tòi, trao đổi tài liệu, chúng tôi nhận thấy rằng để có được tài liệu mình cần và đủ là một điều không dễ, tốn nhiều thời gian, vì vậy, với mong muốn giúp bạn, giúp mình tôi tổng hợp và chuyển tải lên để quý vị tham khảo. Qua đây cũng gởi lời cảm ơn đến tác giả các bài viết liên quan đã tạo điều kiện cho chúng tôi có bộ sưu tập này. Trên tinh thần tôn trọng tác giả, chúng tôi vẫn giữ nguyên bản gốc. Trân trọng. ĐỊA CHỈ DANH MỤC TẠI LIỆU CẦN THAM KHẢO http:123doc.vntrangcanhan348169nguyenductrung.htm hoặc Đường dẫn: google > 123doc > Nguyễn Đức Trung > Tất cả (chọn mục Thành viên)

TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT AUDIO VÀ VIDEO Bậc học: Cao đẳng Giảng viên: Nguyễn Phạm Hoàng Dũng Bộ môn: Điện – Điện tử Khoa: Kỹ thuật – Công nghệ Quảng Ngãi, tháng 12/2016 TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT AUDIO VÀ VIDEO Bậc học: Cao đẳng (Số tiết: 45) Giảng viên: Nguyễn Phạm Hoàng Dũng Bộ môn: Điện – Điện tử Khoa: Kỹ thuật – Công nghệ Quảng Ngãi, tháng 12/2016 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Chƣơng CƠ SỞ VỀ AUDIO TƢƠNG TỰ 1.1 Âm 1.2 Tín hiệu audio 1.3 Sự cảm thụ tai ngƣời âm .5 Chƣơng HỆ THỐNG THU PHÁT THANH AM 2.1 Điều chế AM 2.2 Giải điều chế AM 12 2.3 Sơ đồ khối máy phát AM .15 2.4 Sơ đồ khối máy thu AM .16 Chƣơng HỆ THỐNG THU PHÁT THANH FM 18 3.1 Hệ thống thu phát FM mono 18 3.1.1 Điều chế tần số FM 18 3.1.2 Giải điều chế tần số FM 24 3.1.3 Sơ đồ khối máy phát FM .27 3.1.4 Sơ đồ khối máy thu FM .28 3.2 Hệ thống thu phát FM stereo .29 3.2.1 Ghép kênh tách sóng tín hiệu FM stereo 29 3.2.2 Sơ đồ khối máy phát FM stereo 31 3.2.3 Sơ đồ khối mày thu FM stereo 31 Chƣơng ĐẠI CƢƠNG VỀ TRUYỀN HÌNH TRẮNG ĐEN .33 4.1 Nguyên lý chung vô tuyến truyền hình .33 4.2 Tiêu chuẩn truyền hình 34 Chƣơng MÁY THU HÌNH TRẮNG ĐEN 43 5.1 Sơ đồ khối tổng quát 43 5.2 Khối chọn kênh 43 5.3 Khối khuếch đại trung tần hình 47 5.4 Khối tách sóng hình khuếch đại hình 47 5.5 Khối tự động điều chỉnh độ khuếch đại 48 5.6 Khối đồng 48 5.7 Khối quét 49 5.8 Khối đƣờng tiếng 49 Chƣơng CƠ SỞ VẬT LÝ CỦA TRUYỀN HÌNH MÀU VÀ THIẾT LẬP HỆ TRUYỀN HÌNH MÀU .51 6.1 Ánh sáng nguồn sáng 51 6.1.1 Ánh sáng 51 6.1.2 Nguồn sáng 51 6.2 Màu sắc 52 6.2.1 Màu sắc 52 6.2.2 Các thông số đặc trƣng màu sắc .53 6.3 Cấu trúc mắt ngƣời 54 6.4 Thuyết ba màu 55 6.5 Nguyên lý camera màu đèn hình màu .56 6.5.1 Nguyên lý camera màu 56 6.5.2 Tổng hợp màu 58 6.5.3 Đèn hình màu 58 6.6 Vấn đề tƣơng hợp 61 6.7 Các hệ truyền hình màu 65 6.7.1 Hệ truyền hình màu NTSC 65 6.7.2 Hệ truyền hình màu PAL 66 Chƣơng SỐ HÓA TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH 68 7.1 Khái niệm truyền hình số .68 7.2 Biến đổi tín hiệu tƣơng tự - số (A/D) .69 7.2.1 Lấy mẫu tín hiệu 70 7.2.2 Lƣợng tử hóa 72 7.2.3 Mã hóa .73 7.3 Biến đổi tín hiệu số - tƣơng tự .77 7.4 Tín hiệu video số tổng hợp tiêu chuẩn 4FSC NTSC .78 7.5 Tín hiệu video số tổng hợp tiêu chuẩn 4FSC PAL 80 7.6 Tín hiệu video số thành phần 82 7.7 Tiêu chuẩn truyền hình số – CCIR601 .84 7.8 Tín hiệu audio số 86 Chƣơng TRUYỀN DẪN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ 87 8.1 Hệ thống ghép kênh truyền tải 87 8.1.1 Truyền tải theo tiêu chuẩn MPEG-2 .87 8.1.2 Đóng gói luồng liệu sở (PES) .88 8.1.3 Ghép kênh luồng chƣơng trình 89 8.1.4 Ghép kênh luồng truyền tải .89 8.2 Kỹ thuật điều chế số sở .93 8.2.1 Điều chế dịch pha PSK 93 8.2.2 Điều biên trực pha QAM .95 8.3 Truyền hình cáp 96 8.3.1 Giới thiệu hệ thống truyền hình cáp 96 8.3.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình cáp .97 8.3.3 Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến 98 8.3.4 Tiêu chuẩn DVB-C .100 8.4 Truyền hình số mặt đất 101 8.4.1 Sơ đồ hệ thống truyền hình số mặt đất 101 8.4.2 Tiêu chuẩn DVB-T 102 8.5 Truyền hình vệ tinh 103 8.5.1 Giới thiệu .103 8.5.2 Băng tần vệ tinh 105 8.5.3 Tiêu chuẩn DVB-S 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO .108 LỜI NÓI ĐẦU Bài giảng “Kỹ thuật Audio Video” đƣợc biên soạn dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên bậc cao đẳng qui ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng Bài giảng bao gồm chƣơng, cung cấp cho sinh viên kiến thức kỹ thuật điều chế tín hiệu tƣơng tự, số, tiêu chuẩn truyền hình màu, trắng – đen, kỹ thuật số đƣợc sử dụng phổ biến giới, kỹ thuật truyền hình màu, phƣơng pháp số hóa tín hiệu audio video, kỹ thuật ghép kênh, truyền tải tín hiệu truyền hình số, … Bài giảng góp phần giúp sinh viên cập nhật công nghệ thông qua ví dụ thực tế Nội dung chi tiết giảng nhƣ sau: - Chƣơng 1: Cơ sở audio tƣơng tự - Chƣơng 2: Hệ thống thu phát AM - Chƣơng 3: Hệ thống thu phát FM - Chƣơng 4: Đại cƣơng truyền hình trắng đen - Chƣơng 5: Máy thu hình trắng đen - Chƣơng 6: Cơ sở vật lý truyền hình màu thiết lập hệ truyền hình màu - Chƣơng 7: Số hóa tín hiệu truyền hình - Chƣơng 8: Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số Trong trình biên soạn tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc góp ý bạn đọc để giảng đƣợc hoàn thiện Mọi ý kiến đóng góp xin gửi địa chỉ: Bộ môn Điện – Điện tử, Khoa Kỹ thuật – Công nghệ, Trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng Tác giả xin chân thành cảm ơn! DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt AM FM VCO PLL FCC CCIR OIRT NTSC PAL MPEG ES PES TS PSK QAM DVB Từ đầy đủ Amplitude Modulation Frequency Modulation Ý nghĩa Điều chế biên độ Điều chế tần số Dao động kiểm soát Voltage Controlled Oscillator điện áp Phase Locked Loop Vòng khóa pha Hội đồng thông tin liên Federal Communications Commission bang Consultative Committee on Ủy ban tƣ vấn vô tuyến International Radio quốc tế Organisation Internationale de Tổ chức phát Radiodiffusion et de Télévision truyền hình quốc tế Ủy ban hệ thống truyền National Television System Committee hình quốc tế Pha thay đổi xen kẽ theo Phase Alternating Line dòng Moving Picture Experts Group Chuẩn nén ảnh động Elementary Stream Luồng liệu sở Luồng liệu sở đóng Packetized Elementary Stream gói Transport Stream Luồng truyền tải Phase Shift Keying Điều chế dịch pha Quadrature Amplitude Modulation Điều chế trực pha Tiêu chuẩn số hóa tín hiệu Digital Video Broadcasting truyền hình châu Âu Chƣơng CƠ SỞ VỀ AUDIO TƢƠNG TỰ 1.1 Âm Về mặt vật lý, âm dao động sóng âm môi trƣờng đàn hồi sinh có vật thể dao động nguồn âm Trên thực tế, môi trƣờng đàn hồi môi trƣờng chất rắn, chất lỏng, chất khí Âm không truyền đƣợc môi trƣờng chân không Một số chất truyền dẫn âm kém, thƣờng loại mềm, xốp nhƣ: bông, dạ, cỏ khô Các chất đƣợc gọi chất hút âm, thƣờng đƣợc dùng lót tƣờng rạp hát, hội trƣờng, v.v… để hút âm, giảm tiếng vang Trong trình lan truyền, gặp phải chƣớng ngại vật nhƣ tƣờng, núi đá, … phần lớn lƣợng âm bị phản xạ trở lại, phần nhỏ tiếp tục truyền lan phía trƣớc Còn phần nhỏ lƣợng âm bị cọ xát với vật chƣớng ngại, biến thành nhiệt tiêu tan Nguồn âm có nhiều loại nhƣ: tiếng nói, tiếng nhạc cụ, tiếng va đập, tiếng máy móc vận hành, … Âm loại sóng nên có số đại lƣợng đặc trƣng sau a Tần số: ký hiệu là: f, đơn vị tính là: Hertz (Hz) Tần số dao động đƣợc tính số lần dao động giây Ví dụ, ta đánh nốt mi đàn dây đàn rung lên 330 lần giây, ta nói tần số âm mi 330 Hz Các âm tai ngƣời nghe đƣợc nằm dải tần số từ 20 Hz đến 20.000 Hz Âm có tần số lớn 20 KHz đƣợc gọi siêu âm Âm có tần số nhỏ 20 Hz đƣợc gọi hạ âm Tai ngƣời nghe đƣợc siêu âm hạ âm Dòng điện có tần số khoảng 20 Hz đến 20.000 Hz đƣợc gọi dòng điện âm tần Tần số biểu thị cao độ âm thanh: âm trầm có tần số thấp, âm bổng có tần số cao Âm trầm có tần số từ 20 Hz đến 300 Hz, âm vừa có tần số từ 300 Hz đến 3.000 Hz, âm bổng có tần số từ 3.000 Hz đến 20.000 Hz Tiếng nói ngƣời thƣờng có tầm tần số từ 300 Hz đến 3400 Hz Ngoài đơn vị Hz, tần số âm có số đơn vị khác: KHz (1 KHz = 1.000 Hz), MHz (1 MHz = 1.000 KHz = 1.000.000 Hz) b Chu kỳ: ký hiệu là: T, đơn vị tính là: giây (s) Chu kỳ đƣợc tính thời gian để hoàn thành lần dao động T f (1.1) Trong đó: f tần số sóng âm c Bước sóng: ký hiệu là: λ, đơn vị tính là: mét (m) Bƣớc sóng đƣợc tính khoảng cách ngắn hai điểm có pha dao động Nói cách khác, bƣớc sóng khoảng lan truyền âm chu kỳ dao động Bƣớc sóng đƣợc tính nhƣ sau:  Trong đó: v f (1.2) f: tần số sóng âm v: vận tốc truyền sóng âm không khí Vận tốc truyền sóng âm phụ thuộc vào nhiều yếu tố Thông thƣờng ta lấy vận tốc truyền sóng âm số môi trƣờng nhƣ sau: 340 m/s không khí, 1480 m/s nƣớc 5000 m/s sắt Trong không khí, tốc độ lan truyền phụ thuộc vào nhiệt độ đƣợc tính theo công thức: v  331 To (m / s) 273 (1.3) Trong đó: T0 nhiệt độ tuyệt đối không khí, tính theo thang độ Kelvin (0K) Nhƣ vậy, nhiệt độ cao âm truyền nhanh Tốc độ truyền âm không khí 340 m/s tƣơng ứng với nhiệt độ môi trƣờng 170C (2900K) Vậy bƣớc sóng âm tƣơng ứng dải âm tần từ 0.017m đến 17m d Công suất nguồn âm Công suất nguồn âm tổng lƣợng nguồn âm xạ vào không gian đơn vị thời gian e Cường độ âm Cƣờng độ âm công suất trung bình âm qua đơn vị diện tích đặt vuông góc với phƣơng truyền Ký hiệu cƣờng độ âm là: I, đơn vị là: W/m2 f Mức cường độ âm Trên thực tế, đơn vị đo hệ thập phân biến động phạm vi lớn, khó để biểu diễn thang thập phân Do đó, để thuận tiện ngƣời ta thƣờng biểu diễn biến đổi cƣờng độ âm thang logarit Cƣờng độ âm đƣợc biểu diễn thang logarit đƣợc gọi mức cƣờng độ âm, với đơn vị là: dB (đêxiben) Ký hiệu mức cƣờng độ âm là: L L(dB) = 10lg I I0 (1.4) Với I0: cƣờng độ âm nhỏ có tần số 1000 Hz mà tai ngƣời nghe đƣợc, gọi cƣờng độ âm chuẩn, I0 = 10-12 W/m2 Ngƣỡng nghe đƣợc định nghĩa giá trị nhỏ mức cƣờng độ âm gây đƣợc cảm giác âm tai ngƣời Ngƣỡng nghe phụ thuộc vào tần số âm Do đó, ngƣỡng nghe tần số 1000 Hz dB Ngƣỡng đau giá trị lớn mức cƣờng độ âm gây cảm giác đau nhức tai Do đặc tính sinh lý tai ngƣời, ngƣỡng đau không phụ thuộc vào tần số âm Mức cƣờng độ âm ngƣỡng đau khoảng 130 dB Miền nghe đƣợc tai ngƣời miền nằm ngƣỡng nghe ngƣỡng đau Miền nghe đƣợc phụ thuộc vào tần số âm Đêxiben đơn vị đƣợc dùng nhiều kỹ thuật điện tử, đƣợc dùng để biểu diễn gần biến thiên khoảng rộng đại lƣợng 1.2 Tín hiệu audio Âm (tai ngƣời nghe đƣợc) truyền khoảng cách xa Do đó, để truyền âm ngƣời ta thƣờng biến đổi lƣợng âm thành tín hiệu điện thông qua hệ thống xử lý tín hiệu phía phát Thiết bị đặc trƣng hệ thống micro Tại phía thu, tín hiệu điện đƣợc thu nhận, xử lý biến đổi ngƣợc lại thành âm Thiết bị đặc trƣng hệ thống tái tạo lại âm phía thu loa Tín hiệu điện mang thông tin âm đƣợc gọi tín hiệu audio Ngoài việc phục vụ cho mục đích truyền dẫn tín hiệu âm xa, tín hiệu audio đƣợc dùng để phục vụ cho mục đích xử lý lƣu trữ âm 1.3 Sự cảm thụ tai ngƣời âm - Với M = 4, ứng với điều chế QPSK + Giả sử λ = 0, đó, cặp bit 00, 01, 11, 10 (tƣơng ứng với i = 0, 1, 2, 3) ứng với góc pha ban đầu 0, π/2, π 3π/2 Các trạng thái đƣợc biểu diễn giản đồ vector nhƣ hình vẽ 8.7a + Giả sử λ = π/4, cặp bit 00, 01, 11, 10 ứng với góc pha ban đầu π/4, 3π/4, 5π/4 7π/4 Các trạng thái đƣợc biểu diễn giản đồ vector nhƣ hình vẽ 8.7b Hình 8.7 Giản đồ vector kiểu điều chế QPSK ứng với λ = λ = π/4 Khoảng cách d trạng thái biểu diễn giản đồ vector đặc trƣng cho khả phân biệt trạng thái với trạng thái khác Giá trị d nhỏ khả nhận sai trạng thái dẫn đến sai bit lớn ngƣợc lại Từ giản đồ vector ta thấy khoảng cách hai trạng thái gần d = A√ , với A biên độ sóng mang, tỉ lệ với công suất sóng mang Do đó, công suất sóng mang lớn khoảng cách d lớn làm giảm xác suất nhận sai bit - Với M = 8, ứng với điều chế 8-PSK Giả sử λ = 0, giản đồ vector biểu diễn trạng thái điều chế 8-PSK đƣợc mô tả nhƣ hình 8.8 Từ giản đồ vector hình 8.8 ta thấy khoảng cách hai trạng thái gần giảm đáng kể so với kiểu điều chế QPSK Do với công suất sóng mang, xác suất nhận sai bit kiểu điều chế 8-PSK cao so với QPSK 94 Hình 8.8 Giản đồ vector kiểu điều chế 8-PSK 8.2.2 Điều biên trực pha QAM Điều biên trực pha QAM kết hợp điều pha điều biên sóng mang chuỗi số Trong phƣơng pháp điều chế M-PSK, để tăng hiệu suất sử dụng băng tần với tốc độ bit, ta cần phải tăng bậc điều chế, có nghĩa tăng M Tuy nhiên, nhƣ đề cập trên, tăng M, khoảng cách d trạng thái kề giảm xác suất thu sai bit tăng Để khắc phục khó khăn này, ta dùng phƣơng pháp điều chế QAM thay cho kiểu điều chế M-PSK truyền số liệu dải băng tần với tốc độ bit không đổi Xét kiểu điều chế QAM 16 trạng thái biểu diễn bit số nhị phân, gọi 16-QAM Các trạng thái 16-QAM không gian tín hiệu đƣợc mô tả nhƣ hình 8.9 Các điểm trạng thái QAM không phân bố vòng tròn nhƣ điều chế M-PSK mà phân bố cách mặt phẳng tọa độ vuông Khoảng cách trạng thái phụ thuộc vào lƣợng bit Khi lƣợng bit tăng, tƣơng ứng với công suất phát tăng tốc độ bit giảm, khoảng cách d trạng thái tăng xác suất thu sai giảm Thực tế, QPSK, 16-QAM, 64-QAM 256-QAM kiểu điều chế đƣợc sử dụng phổ biến truyền hình số 95 Hình 8.9 Các trạng thái tín hiệu 16-QAM 8.3 Truyền hình cáp 8.3.1 Giới thiệu hệ thống truyền hình cáp Hệ thống truyền hình cáp (CATV) thuật ngữ đƣợc dùng để chung cho hệ thống truyền hình cáp vô tuyến hữu tuyến Tại Việt Nam, truyền hình cáp vô tuyến MMDS sử dụng sóng điện từ có băng tần 2,5GHz – 2,69GHz Tuy nhiên, từ năm 2010, dịch vụ truyền hình MMDS dừng phát sóng phải nhƣờng lại băng tần cho dịch vụ vô tuyến khác Do đó, truyền hình cáp thƣờng đƣợc gọi truyền hình cáp hữu tuyến, tín hiệu truyền hình đƣợc truyền dẫn cáp quang cáp đồng trục Trong thực tế, mạng truyền hình cáp mạng lai cáp đồng trục cáp quang Trong trình xây dựng mạng truyền hình vô tuyến quảng bá, nhà kỹ thuật truyền hình gặp phải vấn đề sóng điện từ đến đƣợc vùng lõm sóng, tức khu vực có địa hình phức tạp, bị che khuất, … Giải pháp đƣợc đề tảng công nghệ truyền hình cáp Tín hiệu đƣợc thu điểm có sóng tốt, sau đƣợc xử lý đƣợc dẫn đến nơi thu dây cáp 96 Về mặt kỹ thuật, truyền hình cáp hữu tuyến có ƣu điểm vƣợt trội so với hệ thống truyền hình vô tuyến - Ít chịu ảnh hƣởng nhiễu công nghiệp tín hiệu truyền hình đƣợc truyền dẫn sợi cáp có khả chống nhiễu cao, đảm bảo chất lƣợng tín hiệu - Không bị ảnh hƣởng điều kiện địa lý nhƣ thời tiết, địa hình Truyền hình cáp hữu tuyến đặc biệt phù hợp với đô thị đông dân cƣ - Không chiếm dụng phổ tần số vô tuyến mà truyền dẫn số lƣợng lớn kênh truyền hình Điều đặc biệt hữu ích tài nguyên tần số ngày bị thu hẹp xuất ngày nhiều dịch vụ sử dụng sóng vô tuyến điện từ - Không gây can nhiễu cho trạm phát sóng nghiệp vụ khác tín hiệu đƣợc truyền dẫn sợi cáp đƣợc cách ly chống nhiễu tốt - Có khả tích hợp dịch vụ truyền hình số dịch vụ hai chiều khác nhƣ internet, thoại, … - Về mặt thẩm mỹ: truyền hình cáp hữu tuyến không sử dụng anten, góp phần tăng vẻ mỹ quan cho thành phố Truyền hình cáp có nhƣợc điểm lớn là, việc triển khai mạng cáp hữu tuyến tốn nhiều chi phí thời gian công sức Do đó, dịch vụ cáp hầu hết dịch vụ tốn phí 8.3.2 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình cáp Nhƣ mô tả hình 8.10, mạng truyền hình cáp bao gồm ba thành phần chính: trung tâm truyền hình (Headend), mạng phân phối tín hiệu thiết bị thuê bao Hình 8.10 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền hình cáp - Trung tâm truyền hình (Headend): nơi cung cấp, quản lí chƣơng trình cho hệ thống truyền hình cáp Các chƣơng trình đƣợc thu từ trung tâm khác thông qua vệ tinh, vô tuyến mặt đất, cáp các chƣơng trình trung tâm 97 trực tiếp sản xuất Đây nơi thu thập thông tin giám sát trạng thái, kiểm tra hoạt động mạng cung cấp tín hiệu điều khiển mạng - Mạng phân phối tín hiệu: môi trƣờng truyền dẫn tín hiệu từ Headend đến thuê bao Đối với truyền hình cáp hữu tuyến, mạng phân phối hệ thống dây cáp (cáp quang, cáp đồng trục, …), chuyển mạch khuếch đại tín hiệu Mạng phân phối phận định đến chất lƣợng dịch vụ khả mở rộng, nâng cấp hệ thống - Thiết bị thuê bao: truyền hình cáp máy thu hình Rộng chia tín hiệu dùng để sử dụng đồng thời nhiều dịch vụ nhƣ: truyền hình, internet, … 8.3.3 Mạng phân phối tín hiệu truyền hình cáp hữu tuyến a Mạng toàn cáp đồng trục Đây mạng sử dụng cáp đồng trục để phân phối tín hiệu truyền hình từ trung tâm truyền hình đến thuê bao Đây hình thức phân phối tín hiệu ban đầu truyền hình cáp hữu tuyến Tuy vậy, nhƣợc điểm chung hình thức truyền dẫn tín hiệu hữu tuyến chi phí triển khai lắp đặt lớn, hình thức có nhiều nhƣợc điểm khác - Truyền dẫn cáp đồng trục có mức suy hao tín hiệu lớn, đặc biệt mức suy hao tỉ lệ với khoảng cách truyền dẫn, cần phải đặt nhiều khuếch đại tín hiệu đƣờng truyền làm cho chi phí khác kèm theo - Do phải sử dụng nhiều khuếch khôi phục lại tín hiệu đƣờng truyền nên tín hiệu nhiễu đƣợc tích lũy, khuếch đại theo thƣờng không đƣợc loại bỏ hết phía thu, nên xa trung tâm truyền hình chất lƣợng tín hiệu giảm, đó, bán kính phục vụ mạng bị hạn chế - Cũng đặc điểm tín hiệu bị suy hao đƣờng truyền nên việc giữ công suất cân cho tất thuê bao vấn đề khó khăn Để truyền tín hiệu xa, trung tâm truyền hình phải tăng công suất phát, nhƣng giải pháp lại ảnh hƣởng đến thuê bao gần trung tâm truyền hình Do đó, thuê bao gần Headend thƣờng đƣợc trang bị thêm thiết bị thụ động để làm suy giảm bớt mức tín hiệu gọi Pad 98 Để giải nhƣợc điểm trên, ngƣời ta thay cáp trung kế đồng trục cáp quang Toàn hệ thống vừa có cáp quang cáp đồng trục, gọi mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục b Mạng kết hợp cáp quang cáp đồng trục (HFC) Mạng HFC kết hợp cáp quang cáp đồng trục, đƣợc mô tả nhƣ hình 8.11 Việc truyền tín hiệu từ trung tâm đến node quang cáp quang, từ node quang đến thuê bao cáp đồng trục Hình 8.11 Mạng HFC - Mạng truyền dẫn: bao gồm hệ thống cáp quang chia tín hiệu (còn gọi Hub) sơ cấp, có nhiệm vụ truyền dẫn tín hiệu truyền hình từ Headend đến khu vực xa - Mạng phân phối tín hiệu bao gồm hệ thống cáp quang Hub thứ cấp node quang Tín hiệu quang từ Hub đƣợc chuyển thành tín hiệu điện node quang để truyền đến thuê bao qua cáp quang - Mạng truy nhập bao gồm hệ thống cáp đồng trục truyền dẫn tín hiệu truyền hình từ node quang đến thiết bị thuê bao Ƣu điểm hệ thống đến từ việc truyền dẫn tín hiệu thông qua cáp quang Cáp quang có ƣu điểm vƣợt trội so với phƣơng thức truyền dẫn khác, là: băng thông lớn, suy hao tín hiệu thấp, tín hiệu truyền dẫn tín hiệu quang 99 gần nhƣ không bị ảnh hƣởng nhiễu điện từ, bảo đảm chất lƣợng tín hiệu đƣờng truyền Tuy nhiên, việc lắp đặt hệ thống cáp quang thiết bị quang đòi hỏi độ xác cao chi phí lớn so với việc lắp đặt cáp đồng trục, nhƣợc điểm lớn hệ thống cáp quang nói chung 8.3.4 Tiêu chuẩn DVB-C Tại Việt Nam, tín hiệu truyền hình đƣợc số hóa theo tiêu chuẩn DVB Châu Âu Mỗi phƣơng thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình có tiêu chuẩn riêng - Truyền hình cáp hữu tuyến: số hóa theo tiêu chuẩn DVB-C - Truyền hình mặt đất: số hóa theo tiêu chuẩn DVB-T - Truyền hình vệ tinh: số hóa theo tiêu chuẩn DVB-S Với tiêu chuẩn DVB-C, tín hiệu truyền hình số đƣợc nén theo chuẩn MPEG2 sử dụng phƣơng thức điều chế tín hiệu số sóng mang, có mức điều chế cao nhƣ 16-QAM, 32-QAM, 64-QAM, 256-QAM Tín hiệu truyền hình số đƣợc ghép kênh theo thời gian nên băng thông 8MHz kênh truyền hình tƣơng tự truyền đƣợc nhiều kênh truyền hình số Ngoài việc truyền dẫn tín hiệu số qua cáp có khả chống nhiễu cao, luồng liệu số đƣợc chèn thêm bit có khả tự phát sửa lỗi nên phía thu tín hiệu truyền hình gần nhƣ đƣợc khôi phục hoàn toàn, giúp cho chất lƣợng hình ảnh âm cải thiện đáng kể so với truyền hình tƣơng tự Tiêu chuẩn DVB-C sử dụng Reed-Solomon cho chức phát sửa sai liệu phía thu Hiện nay, tiêu chuẩn DVB-C có phiên thứ hai nâng cấp phiên đầu tiên, gọi DVB-C2 Tiêu chuẩn DVB-C2 có số thay đổi so với DVBC Những thay đổi nhằm mục đích sử dụng băng tần có hiệu hơn, tăng cƣờng khả chống nhiễu trình truyền dẫn tín hiệu tăng tốc độ truyền liệu Một số thay đổi cụ thể nhƣ sau: - Phƣơng pháp điều chế sóng mang tiêu chuẩn DVB-C đƣợc thay kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM 100 - Mã sửa sai Reed-Solomon DVB-C đƣợc thay hai tầng mã sửa sai: BCH (mã ngoài, đƣợc ghép vào gói liệu) LDPC (mã trong, theo tỉ lệ n/m) - Phƣơng pháp điều chế QAM đƣợc mở rộng đến 4096-QAM Băng thông cáp lớn nên phần băng thông sử dụng cho kênh truyền dẫn tín hiệu truyền hình số, cáp đƣợc sử dụng cho dịch vụ khác nhƣ truyền số liệu, internet, … 8.4 Truyền hình số mặt đất 8.4.1 Sơ đồ hệ thống truyền hình số mặt đất Truyền hình số mắt đất có đầy đủ ƣu điểm truyền hình số nói chung - Tiết kiệm băng thông: truyền hình số có khả truyền tải nhiều chƣơng trình kênh truyền hình tƣơng tự Đặc điểm giúp giải phóng số băng tần dải tần số đƣợc sử dụng cho truyền hình tƣơng tự - Chất lƣợng: truyền hình số có chất lƣợng âm hình ảnh cao hẳn so với truyền hình tƣơng tự Những đặc điểm giúp truyền hình số mặt đất ngày phổ biến thay dần truyền hình tƣơng tự Rất nhiều quốc gia giới số hóa hoàn toàn tín hiệu truyền hình mặt đất Tại Việt Nam, đề án số hóa truyền hình mặt đất đƣợc triển khai Theo lộ trình, đến năm 2020, truyền hình kỹ thuật số mặt đất thay hoàn toàn truyền hình tƣơng tự mặt đất Hình 8.12 mô tả khái quát cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất Hình 8.12 Khái quát hệ thống truyền hình số mặt đất - Studio số: trung tâm truyền hình có chức thu nhận tự sản xuất lƣu trữ chƣơng trình truyền hình đƣợc số hóa 101 - Mã hóa nguồn: có chức nén liệu nguồn để giảm bớt tốc độ liệu (tốc độ bit) Việc nén liệu đƣợc hiểu bỏ bớt phần liệu thể thông tin dƣ thừa thông tin lặp lặp lại nguồn liệu số - Mã hóa kênh truyền: chèn thêm có liệu phụ vào luồng liệu sở với mục đích đồng bộ, thể thông tin chƣơng trình, phát sửa lỗi đƣờng truyền … - Điều chế: sử dụng phƣơng pháp điều chế số sở điều chế luồng liệu phục vụ cho việc truyền dẫn - Giải điều chế: trình tách luồng liệu khỏi sóng mang - Giải mã kênh truyền: đọc thông tin đồng bộ, thông tin chƣơng trình, kiểm tra sửa lỗi đƣờng truyền - Giải mã nguồn: giải nén khôi phục lại luồng liệu sở - D/A: biến đổi tín hiệu truyền hình dạng số thành dạng tƣơng tự để xuất máy thu hình 8.4.2 Tiêu chuẩn DVB-T DVB-T tiêu chuẩn số hóa tin hiệu truyền hình mặt đất châu Âu đƣợc lựa chọn để số hóa truyền hình mặt đất Việt Nam Tiêu chuẩn DVB-T có số đặc điểm nhƣ sau: - Mã hóa nguồn: sử dụng tiêu chuẩn nén MPEG-2 để nén liệu truyền hình số - Mã hóa kênh truyền: sử dụng hai tầng chống lỗi (phát sửa sai) đƣờng truyền Reed-Solomon (mã ngoài) mã xoắn Viterbi (mã trong) Mã đƣợc ghép vào gói liệu truyền (có chiều dài 188 byte) có chức phát sửa lỗi cho gói liệu dài Mã Reed-Solomon có khả sửa lỗi hoàn toàn tỉ lệ lỗi nhỏ 2.10-4 (cứ 2.104 bit có bit lỗi) Mã thƣờng đƣợc ghép chung với liệu theo tỉ lệ n/m (cứ m bit truyền có n bit mang thông tin) Với chuẩn DVB-T tỉ lệ n/m là: 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 - Truyền dẫn sử dụng kỹ thuật ghép kênh đa sóng mang trực giao OFDM với kiểu điều chế số sở là: QPSK, 16-QAM 64-QAM - Tốc độ bit thông thƣờng là: 24 Mbps, đạt cực đại 31,7 Mbps 102 - Yêu cầu tỉ số tín hiệu nhiễu (C/N): lớn 16,7 dB (khi truyền với tốc độ 24Mbps) Hiện nay, tiêu chuẩn DVB-T có phiên thứ hai nâng cấp phiên đầu tiên, gọi DVB-T2 Tiêu chuẩn DVB-T2 có số thay đổi so với DVBT Những thay đổi nhằm mục đích sử dụng băng tần có hơn, tăng cƣờng khả chông nhiễu trình truyền dẫn tín hiệu tăng tốc độ truyền liệu Một số thay đổi cụ thể nhƣ sau: - Hai tầng chống lỗi Viterbi-Reed-Solomon đƣợc thay LDPC-BCH có khả chống lỗi tốt có nhiều lựa chọn tỉ lệ mã hóa (có thêm hai tỉ lệ 3/5 4/5) - Bổ sung thêm kỹ thuật điều chế số sở: 256-QAM - Nâng cao tốc độ liệu: tốc độ thông thƣờng là: 40 Mbps, tốc độ tối đa là: 45,5 Mbps - Yêu cầu tỉ số tín hiệu nhiễu thấp hơn: 10,8 dB (so với 16,7 dB truyền với tốc độ 24 Mbps) 8.5 Truyền hình vệ tinh 8.5.1 Giới thiệu Việc sử dụng vệ tinh cho hệ thống truyền hình quảng bá đƣợc năm 70 kỷ XX phát triển với tốc độ nhanh chóng Điểm khác biệt lớn truyền hình vệ tinh so với truyền hình cáp mặt đất môi trƣờng truyền dẫn Việc truyền dẫn tín hiệu truyền hình đƣợc thực thông qua trạm đặt không gian, thông thƣờng vệ tinh địa tĩnh Các thành phần hệ thống truyền hình vệ tinh đƣợc mô tả nhƣ hình vẽ 8.13 Một trạm mặt đất muốn truyền tín hiệu truyền hình thực phát tín hiệu lên vệ tinh theo đƣờng lên, gọi uplink, anten có búp sóng hẹp Tín hiệu đƣợc thu nhận vệ tinh đƣợc khuếch đại dịch chuyển tần số xuống dải tần số phát xuống qua chuyển đổi, gọi phát đáp Tín hiệu đƣợc truyền xuống mặt đất thông qua đƣờng xuống, gọi downlink Vùng mặt đất mà vệ tinh phủ sóng đƣợc gọi vệt vệ tinh Phạm vi vệt thay đổi tùy thuộc vào công suất xạ vệ tinh 103 Hình 8.13 Hệ thống truyền hình vệ tinh Hình 8.14 mô tả hệ thống thu tín hiệu truyền hình vệ tinh quảng bá đầu cuối gia đình Hình 8.14 Hệ thống thu tín hiệu truyền hình vệ tinh đầu cuối gia đình 104 Khối thu trời bao gồm nhiễu thấp LNB thƣờng đƣợc đặt tiêu điểm thiết bị thu tín hiệu vệ tinh có dạng parabol, gọi chảo parabol Bộ LNB có chức khuếch đại nhiễu thấp bƣớc đầu đổi tần tín hiệu (trong trƣờng hợp tín hiệu truyền hình vệ tinh quảng bá có dải tần số 12,2 đến 12,7 GHz đƣợc đổi tần xuống dải tần số 950 đến 1450 MHz) Tín hiệu sau đổi tần đƣợc dẫn đến đầu thu vệ tinh cáp đồng trục Đầu thu có chức giải mã tín hiệu vệ tinh thành tín hiệu truyền hình trƣớc đƣa đến máy thu hình Do đặc thù riêng môi trƣờng truyền dẫn nên truyền hình vệ tinh có số ƣu điểm bật nhƣ sau: - Vì khoảng cách truyền lớn, tầm phủ sóng rộng khắp trái đất nên truyền hình vệ tinh thích hợp cho chƣơng trình quảng bá bên lãnh thổ quốc gia chƣơng trình tƣờng thuật trực tiếp kiện lớn đến quốc gia giới - Đƣờng truyền vệ tinh không bị ảnh hƣởng điều kiện địa lý, tín hiệu truyền hình vệ tinh đến với vùng sâu, vùng xa, đại dƣơng, hải đảo, … nơi mà truyền hình cáp truyền hình mặt đất phủ sóng tới Tuy nhiên, truyền hình vệ tinh có nhƣợc điểm đặc trƣng, đặc biệt tác động lớn nhiễu bên làm cho chất lƣợng truyền hình vệ tinh không tốt nhƣ truyền hình cáp mặt đất Các nguồn nhiễu bắt nguồn từ môi trƣờng truyền dẫn điều kiện thời tiết mƣa, gió, … Các anten thu phát đồng chỉnh làm tín hiệu bị tổn hao đáng kể Khi vệ tinh vào vùng tối trái đất, nguồn cung cấp điện từ mặt trời, vệ tinh sử dụng nguồn lƣợng dự trữ làm cho công suất phát vệ tinh giảm phần Đây vấn đề mang tính đặc trƣng vệ tinh 8.5.2 Băng tần vệ tinh Vì vệ tinh vị trí cao so với mặt đất nên sóng điện từ sử dụng thông tin vệ tinh phải có tần số cao để xuyên qua tầng khí trái đất Những sóng điện từ loại nằm dải tần sóng viba có tần số lớn 1GHz Theo tiêu chuẩn quốc tế, vệ tinh viễn thông sử dụng dải tần số L (1 – 2GHz), S (2 – 4GHz), C (4 – 8GHz), X (8 – 12GHz), Ku (12 – 18GHz), K (18 – 105 26GHz), Ka (26 – 40GHz) dải tần số có bƣớc sóng milimet Trong đó, dải tần C Ku đƣợc sử dụng rộng rãi cho truyền hình Bảng 8.3 mô tả dịch vụ ứng với băng tần cụ thể Bảng 8.3 Băng tần dịch vụ truyền hình vệ tinh Dịch vụ Truyền thông cố định (FSS) Truyền thông quảng bá (BSS) Băng tần Phát lên (GHz) Phát xuống (GHz) C 5,925 – 6,425 3,7 – 4,2 Ku 14,0 – 14,5 11,7 – 12,2 Ku 17,3 – 17,8 12,2 – 12,7 Đƣờng truyền dành cho truyền thông quảng bá có công suất lớn nhất, đƣợc sử dụng cho chƣơng trình truyền hình trực tiếp qua vệ tinh Các đƣờng truyền lại có công suất nhỏ hơn, đƣợc sử dụng cho chƣơng trình truyền hình cố định Từ bảng 8.3 ta thấy, băng tần có băng thông 0,5 GHz (500 MHz) cho đƣờng lên đƣờng xuống Băng thông đƣợc chia thành băng con, băng dành cho phát đáp Độ rộng băng tần thông thƣờng phát đáp 36 MHz với khoảng bảo vệ phát đáp MHz, băng thông phát đáp thƣờng 40 MHz Vì vậy, băng tần 500 MHz đảm bảo cho 12 phát đáp Bằng cách chỉnh phân cực anten (đứng – ngang, phải – trái), ta tăng phát đáp lên gấp hai lần, tức băng tần có 24 kênh 40 MHz, 12 kênh cho phân cực Hình 8.15 cho thấy quy hoạch tần số phân cực cho vệ tinh thông tin băng C Hình 8.15 Quy hoạch tần số phân cực băng C 106 8.5.3 Tiêu chuẩn DVB-S DVB-S tiêu chuẩn số hóa tín hiệu truyền hình vệ tinh châu Âu đƣợc lựa chọn để số hóa tín hiệu truyền hình vệ tinh Việt Nam Cũng giống nhƣ tiêu chuẩn DVB-C DVB-T, DVB-S sử dụng tiêu chuẩn mã hóa nguồn MPEG-2, mã phát sửa sai Reed-Solomon Viterbi, kiểu điều chế số sở là: QPSK, 8-PSK 16-QAM DVB-S2 tiêu chuẩn hệ thứ hai, phiên nâng cấp DVB-S Với việc tăng hệ số điều chế, DVB-S2 cho phép khai thác có hiệu băng thông phát đáp Mã chống lỗi Reed-Solomon Viterbi DVB-S đƣợc thay mã LDPC BCH DVB-S2 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG Thế luồng liệu sở (ES), luồng liệu sở đóng gói (PES), luồng chƣơng trình, luồng truyền tải? Giải thích trƣờng tiêu đề (Header) luồng liệu sở đóng gói (PES)? Vì PES mang liệu với dung lƣợng tối đa 64KB? Giải thích trƣờng tiêu đề (Header) luồng truyền tải (TS)? Giải thích nguyên lý ghép kênh luồng truyền tải? Trình bày ƣu điểm bật truyền hình cáp hữu tuyến Mô tả khái quát hệ thống truyền hình số mặt đất Trình bày ƣu điểm bật khuyết điểm truyền hình vệ tinh Vì sóng mang sử dụng truyền hình vệ tinh có tần số cao? 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Hoàng Tiến, Dƣơng Thanh Phƣơng, Giáo trình Kỹ thuật truyền hình, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, năm 2004 [2] Vũ Đình Thành, Nguyên lý thông tin tương tự - số, Nhà xuất ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2003 [3] Hoàng Đình Chiến, Mạch điện tử thông tin, Nhà xuất ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2013 [4] Lê Tiến Thƣờng, Xử lý số tín hiệu wavelets, Nhà xuất ĐHQG Tp.Hồ Chí Minh, 2012 [5] Nguyễn Kim Sách, Truyền hình số có nén multimedia, Nhà xuất Khoa học Kỹ thuật, 2000 [6] A Bruce Carlson, Communication Systems, McGraw-Hill Fourth Edition, 2002 [7] European Standard ETSI EN 300 v1.6.1, 2009 108 ...TRƢỜNG ĐẠI HỌC PHẠM VĂN ĐỒNG KHOA KỸ THUẬT – CÔNG NGHỆ BÀI GIẢNG KỸ THUẬT AUDIO VÀ VIDEO Bậc học: Cao đẳng (Số tiết: 45) Giảng viên: Nguyễn Phạm Hoàng Dũng Bộ môn: Điện – Điện tử Khoa: Kỹ thuật. .. NÓI ĐẦU Bài giảng Kỹ thuật Audio Video đƣợc biên soạn dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên bậc cao đẳng qui ngành Công nghệ kỹ thuật Điện – Điện tử trƣờng Đại học Phạm Văn Đồng Bài giảng bao... gồm chƣơng, cung cấp cho sinh viên kiến thức kỹ thuật điều chế tín hiệu tƣơng tự, số, tiêu chuẩn truyền hình màu, trắng – đen, kỹ thuật số đƣợc sử dụng phổ biến giới, kỹ thuật truyền hình màu,