Truyền hình di động với công nghệ DVBH

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN MẠNH HÙNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG TRUYỀN HÌNH DI ðỘNG VỚI CƠNG NGHỆ DVB-H TRẦN MẠNH HÙNG 2006-2008 Hà Nội 2008 HÀ NỘI 2008 BẢN CAM ĐOAN Tôi Trần Mạnh Hùng, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008 Thầy giáo hướng dẫn TS Hà Quốc Trung Tơi xin cam đoan tồn nội dung trình bày luận văn kết tìm hiểu nghiên cứu riêng tơi, q trình nghiên cứu đề tài “Truyền hình di động với cơng nghệ VDB-H” Các kết liệu ñược nêu luận văn hồn tồn trung thực rõ ràng Mọi thơng tin trích dẫn tn theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng tài liệu tham khảo Tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm với nội dung ñược viết luận văn Hà nội, ngày 22 tháng 11 năm 2008 HỌC VIÊN TRẦN MẠNH HÙNG -1- Mục lục Lời mở ñầu Mục lục Mục lục hình Mục lục bảng .10 Từ viết tắt 11 CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DVB-H 13 1.1 Tổng quan hệ thống 13 1.1.1 Giới thiệu sơ lược DVB-T .13 1.1.2 Hệ thống DVB-H .15 1.1.2.a Khái niệm truyền hình di động theo chuẩn DVB-H 17 1.1.2.b Những ưu việt truyền hình di động theo chuẩn DVB-H 20 1.2 Cấu trúc nguyên lí cơng nghệ truyền hình di động 22 1.3 Các yếu tố kĩ thuật 24 CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðÓNG GÓI IP: TIME SLICING VÀ MPE-FEC 26 2.1 Module MPE-FEC 26 2.1.1 Khung MPE-FEC 27 2.1.1.a ðịnh nghĩa khung MPE-FEC 27 2.1.1.b Bảng ADT .28 2.1.1.c Bảng RSDT 29 2.1.2 Cách truyền khung MPE-FEC 30 2.1.2.a Cách truyền IP datagram ADT 30 2.1.2.b Giải mã RS 33 -2- 2.2 Module time-slicing 34 2.2.1 Giới thiệu chung 34 2.2.2 Chi tiết kĩ thuật 35 2.2.2.a Ngun lí hoạt động .35 2.2.2.b Phương pháp 2.2.3 t thị thời gian cụm .38 Hỗ trợ chuyển giao với time-slicing 42 CHƯƠNG III: THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðIỀU CHẾ DVBT: CHẾ ðỘ PHÁT 4K, BỘ GHÉP XEN IN-DEPTH VÀ BÁO HIỆU TPS 44 3.1 Khái quát chung 44 3.1.1 ðiều chế COFDM .44 3.1.2 Số lượng, vị trí nhiệm vụ sóng mang 45 3.2 Chế độ phát 4K 46 3.3 Bộ ghép xen theo ñộ sâu symbol (in-depth interleaver) 50 3.3.1 Khái niệm kĩ thuật ghép xen 50 3.3.2 Bộ ghép xen nội (Inner interleaver) 50 3.3.2.a Ghép xen theo bit (bit-wise interleaving) .51 3.3.2.b Ghép xen symbol (Symbol interleaver) 54 3.4 Báo hiệu thông số bên phát TPS 57 3.4.1 Khái quát 57 3.4.2 Mục đích TPS .58 3.4.3 ðịnh dạng bit TPS .58 CHƯƠNG IV: CẤU HÌNH MẠNG TRIỂN KHAI TRONG DVB-H 61 4.1 Các loại cấu hình mạng DVB-H 61 4.1.1 Mạng dùng chung DVB-H (dùng chung ghép với MPEG-2) 61 4.1.2 Mạng phân cấp DVB-H (dùng chung với mạng DVB-T cách phân cấp) 62 -3- 4.2 Mạng phát DVB-H 62 4.2.1 Các cell DVB-H 62 4.2.2 Mạng ñơn tần SFN (Single frequency networks) .63 4.2.3 Mạng ña tần MFN (Multifrequency networks) 65 CHƯƠNG V: GIẢI PHÁP TRUYỀN HÌNH CƠNG NGHỆ DVB-H VÀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI DVB-H Ở VIỆT NAM 67 5.1 Giải pháp chung tiềm phát triển DVB-H 67 5.1.1 Sự triển khai thị trường .67 5.1.2 Các bước DVB-H 71 5.2 Tình hình triển khai DVB-H Việt Nam 72 5.2.1 Sơ lược tình hình triển khai .72 5.2.2 Mơ hình triển khai dịch vụ truyền hình di ñộng chuẩn DVB-H VTC 77 5.3 So sánh giải pháp truyền hình DVB-H số giải pháp truyền hình di động số khác…………………………………………………… .80 CHƯƠNG VI: PHÂN TÍCH SO SÁNH GIẢI PHÁP DVB-H VÀ GIẢI PHÁP DMB …………………………………………………………………89 6.1 Giới thiệu chung DMB………………… ……… …………… 89 6.2 Tổng quan công nghệ DMB ………………………………….……90 6.3 So sánh đặc tính DVB-H với DMB………….92 6.4 ðề xuất giải pháp hệ thống T-DMB …………………………… 99 Kết luận………………………………………………………………….….102 Phụ lục A : Sơ ñồ chức ñiều chế DVB-T ñiện thoại di ñộng công nghệ DVB-H 104 Phụ lục B: Vị trí sóng mang TPS .108 -4- Phụ lục C: ðịnh dạng bit TPS mode 4K 110 Tài liệu tham khảo 116 -5- Mục lục hình Hình 1.1 Truyền hình di động dựa sóng truyền hình 16 Hình 1.2 Vị trí thực chức DVB-H 19 Hình 1.3 Cấu trúc ngun lí DVB-H 23 Hình 1.4 Các bổ sung cho DVB-H vào hệ thống DVB-T 24 Hình 2.1 Sơ lược cấu trúc khung MPE-FEC 27 Hình 2.2 Cấu trúc khung MPE-FEC 28 Hình 2.3 Sự bố trí bảng ADT 29 Hình 2.4 Sự bố trí bảng RSDT 30 Hình 2.5 Cách đóng gói truyền khung MPE-FEC 31 Hình 2.6 ðiều chỉnh tốc ñộ mã MPE-FEC 33 Hình 2.7 Truyền dịch vụ song song DVB-T 35 Hình 2.8 Cách truyền dịch vụ DVB-H time slicing 36 Hình 2.9 Cắt lát thời gian cho dịch vụ DVB-H 37 Hình 2.10 Mỗi header section MPE (MPE-FEC) chứa t thị thời gian bắt ñầu cụm 37 Hình 2.11 Các thơng số cụm 38 Hình 2.12 Burst Duration tối ña 39 Hình 2.13 Chuyển giao nhờ time-slicing 43 Hình 3.1 Phân bố sóng mang kĩ thuật COFDM 45 Hình 3.2 Ví dụ số sóng mang chế độ 2K&8K với băng thông MHz 47 Hình 3.3 Vị trí loại sóng mang symbol OFDM 49 Hình 3.4 Bộ ghép xen nội 50 Hình 3.5 Các luồng ngõ vào ngõ ghép xen bit trường hợp QPSK, 16-QAM 64-QAM 51 Hình 3.6 Thuật tốn tạo hàm hốn vị dùng cho mode 4K 56 -6- Hình 3.7 Sơ lược ghép xen dùng cho chế ñộ khác (2K, 4K & 8K) 57 Hình 4.1 DVB-H với ghép kênh dùng chung 61 Hình 4.2 Mạng DVB-H dùng chung cách phân lớp 62 Hình 4.3 Các mạng ñơn tần DVB-H 63 Hình 4.4 Khoảng cách tương quan SFN Tất khoảng cách ñều dựa ñiều chế 16-QAM với khoảng bảo vệ ¼ COFDM 64 Hình 5.1 Biểu đồ thể số người xem dịch vụ truyền hình di động qua năm 67 Hình 5.2 Dự kiến số lượng máy thu TV Mobile thị trường năm 2006 ÷ 2010 (nguồn DVB-Scene 12/2005) 71 Hình 5.3 Mobile TV S-Fone 73 Hình 5.4 Các mẫu ñiện thoại di ñộng DVB-H ñầu tiên 75 Hình 5.5 Nokia N92 76 Hình 5.6 Mơ hình triển khai dịch vụ truyền hình di động theo chuẩn DVBH 77 Hình A.1 Sơ ñồ khối chức ñiều chế DVB-T 100 Hình A.2 Cấu trúc thu ðTDð DVB-H ………………………… 82 -7- Mục lục bảng Bảng 3.1 Thơng số chế độ phát OFDM 48 Bảng 3.2 Cách hoán vị bit mode 4K 56 Bảng 3.3 ðịnh dạng bit TPS 59 Bảng 3.4 Báo hiệu DVB-H 60 Bảng B.1 Vị trí sóng mang TPS symbol OFDM với mode 4K 104 Bảng B.2 Vị trí sóng mang TPS symbol OFDM với mode 2K 8K 105 Bảng C.1 Kiểu tín hiệu số thứ tự khung 107 Bảng C.2 Kiểu chịm (kiểu điều chế) 107 Bảng C.3 Các giá trị α ứng với kiểu ñiều chế 108 Bảng C.4 Kiểu tín hiệu tốc ñộ mã 109 Bảng C.5 Giá trị khoảng bảo vệ 109 Bảng C.6 Các chế ñộ truyền dẫn 110 Bảng C.7 Bảng liệt kê cell_id bit TPS 111 -8- -103- GPRS hay DMB & UMTS) ñã thức đưa sản phẩm vào đầu năm 2007 Nokia, Philips, Siemens, O2, Vodafone, Motorola, Sony Ericsson Ở Việt Nam nên cần có thêm nhà cung cấp dịch vụ truyền hình DVBH, DMB để mang tính cạnh tranh lành mạnh nhằm giảm cước phí dịch vụ cho người sử dụng Phát triển phủ sóng tồn lãnh thổ Việt Nam giứp cho người sử dụng dịch vụ ñiện thoại thiết bị xem tuyền hình cầm tay khác xem kênh truyền hình giải trí phong phú như: VTV1,VTV2, VTV3, HTV1, CINIMAX, HBO, AXN, V-Channel, Fashion tivi, VTV3, HTV7 -104- Phụ lục A : 1.Sơ ñồ chức ñiều chế DVB-T Hình A.1 Sơ đồ khối chức điều chế DVB-T - Ghép kênh thích ứng – phân tán lượng: luồng ngõ vào ñược tổ chức thành gói có chiều dài cố định Các byte (trừ byte đồng bộ) ngẫu nhiên hóa để phân tán lượng - Mã hóa ngoại: tính tốn mã RS (204 188) cho luồng bit ñể sửa lỗi cụm gắn thêm vào gói liệu - Ghép xen ngoại: dùng ghép xen vịng theo byte với độ sâu I=12 tiếp tục ngẫu nhiên hóa byte gói, kể byte đồng - Mã hóa nội: dùng mã hóa vịng cho phép chọn lựa mức sửa lỗi thích hợp cho dịch vụ hay tốc độ mã ñã cho trước -105- - Ghép xen nội: ngẫu nhiên hóa lần bit luồng bit nối tiếp đưa tới - Ánh xạ (Mapper): cịn gọi định vị Sóng mang sau điều chế QAM số phức ñược xếp vào biểu đồ chịm theo quy luật mã Gray trục Re (thực) Im (ảo) Vị trí điểm tín hiệu (số phức) biểu đồ chịm phản ánh thơng tin biên độ pha sóng mang - Thích ứng khung (Frame adaptation): tín hiệu tổ chức thành khung OFDM với symbol OFDM sóng mang symbol - OFDM: thực chất trình biến ñổi IFFT Quá trình biến ñổi IFFT biến ñổi số phức biểu diễn sóng mang miền tần số thành số phức biểu diễn sóng mang miền thời gian rời rạc - Tín hiệu pilot & TPS: sóng mang thêm vào thông số pilot TPS - Chèn khoảng bảo vệ: tức chèn trước symbol khoảng thời gian ñể tránh xuyên nhiễu symbol (nhiễu ISI) băng thơng giúp đảm bảo thơng tin ñến từ symbol xuất cố ñịnh - D/A: chuỗi nhị phân ñược biến ñổi DA ñể nhận ñược tín hiệu băng tần sở 2.ðiện thoại di động truyền hình cho DVB-H -106- Hình A.2 Cấu trúc thu ðTDð DVB-H Cấu trúc thu điện thoại di động DVB-H cho hình A.2 ðiện thoại gồm phần: Một giải ñiều chế DVB-H (gồm khối ñiều chế DVB-T, moñun Time slicing mun MPE-FEC) đầu cuối DVB-H Tín hiệu vào tín hiệu DVB-T Khối điều chế DVB-T thu lại gói dịng truyền tải MPEG-2, tín hiệu cung cấp mode truyền dẫn (2K, 8K 4K) với tín hiệu mang thơng số truyền dẫn - TPS tương ứng Moñun Time Slicing giúp tiết kiệm công suất tiêu thụ hỗ trợ việc chuyển giao mạng linh hoạt Moñun MPE-FEC cung cấp mã sửa lỗi tiến cho phép thu đương đầu với điều kiện thu đặc biệt khó khăn Tín hiệu khỏi giải điều chế DVB-H có dạng gói dịng truyền tải TS IP Datagrams -107- (khi thu tín hiệu DVB-H) ðầu cuối DVB-H giải mã IP Datagrams, hiển thị nội dung chương trình DVB-H Kiến trúc ban đầu máy ðTDð DVB-H gồm: - ðiện thoại tích hợp băng tần số: GSM, GPRS UMTS (3G) - Bộ thu DVB-H - Camera 1,3M pixel - Màn hiển thị VGA (640 x 480) - Màn hình cảm biến - touch screen - Âm ngõ Stereo - Hỗ trợ chuẩn không dây Bluetooth - Bộ nhớ có dung lượng 1Gbit -108- Phụ lục B: Vị trí sóng mang TPS Danh sách sóng mang TPS chế ñộ 4K (theo số K) 34 50 209 346 413 569 595 688 790 901 107 121 126 128 146 159 168 173 175 191 205 211 227 229 9 239 249 260 277 292 296 299 317 329 339 Bảng B.1 Vị trí sóng mang TPS symbol OFDM với mode 4K Mode 2K 34 50 Mode 8K 209 346 413 34 50 569 595 688 790 901 790 901 209 346 413 569 595 688 107 121 126 128 146 159 9 107 121 126 128 146 168 173 175 191 205 211 227 229 159 168 9 239 249 260 277 292 296 299 317 329 339 344 345 361 375 382 397 8 7 400 409 419 430 448 462 467 469 487 500 509 514 516 532 545 552 -109- 568 570 580 590 601 618 633 637 639 658 670 679 Bảng B.2 Vị trí sóng mang TPS symbol OFDM với mode 2K 8K -110- Phụ lục C: ðịnh dạng bit TPS mode 4K C.1 Bit khởi tạo Bit ñầu tiên, s0, bit khởi tạo cho việc ñiều chế 2-PSK vi phân C.2 Bit ñồng Bit tới 16 TPS từ ñồng Khối TPS ñầu tiên thứ đa khung có từ đồng sau: s1 –s16 = 0011010111101110 Khối TPS thứ thứ có từ đồng sau: s1 – s16 = 1100101000010001 C.3 Bit thị chiều dài TPS bit (s17 – s22) thông tin TPS dùng ñể thị chiều dài TPS (số nhị phân ñếm bắt ñầu từ bit s17) ñể báo hiệu số bit ñã sử dụng TPS Khi báo hiệu TPS dùng, thơng tin cell_id truyền giá trị thị chiều dài TPS ñược thiết lập 100001 (dùng 33 bit TPS) C.4 Bit số thứ tự khung khung tạo thành ña khung Các khung ña khung ñược ñánh số từ 1-4 Danh sách từ bit s23, s24 số thứ tự khung ñược cho bảng sau: Bit s23, s24 Số thứ tự khung 00 Khung thứ ña khung -111- 01 Khung thứ ña khung 10 Khung thứ ña khung 11 Khung thứ đa khung Bảng C.1 Kiểu tín hiệu số thứ tự khung C.5 Bit thị kiểu ñiều chế hay kiểu chịm Chịm kí hiệu bit theo bảng sau: Bit s25, s26 Các thơng số chịm 00 QPSK 01 16-QAM 10 64-QAM 11 Dự phịng Bảng C.2 Kiểu chịm (kiểu điều chế) ðể xác ñịnh kiểu ñiều chế, máy thu giải mã thông tin phân cấp cho bảng sau: Bit s27, s28, s29 Giá trị α 000 Không phân cấp 001 α = 1, dùng chèn native 010 α = 2, dùng chèn native 011 α = 4, dùng chèn native 100 Không phân cấp -112- 101 α = 1, dùng chèn in-depth 110 α = 2, dùng chèn in-depth 111 α = 4, dùng chèn in-depth Bảng C.3 Các giá trị α ứng với kiểu ñiều chế C.6 Bit thông tin phân cấp luồng liệu riêng biệt ñược ñiều chế luồng DVB-H, ñó luồng HP (High Priority) có độ ưu tiên cao gắn chung với luồng LP (Low Priority) có độ ưu tiên thấp Máy thu ñiều kiện thu tốt thu luồng, điều kiện thu khó khăn thu luồng HP Về luồng HP có tốc ñộ bit cao cường ñộ tín hiệu (mật ñộ liệu) thấp luồng LP Thông tin phân cấp cho biết luồng liệu có độ ưu tiên hay khơng có giá trị α Các sơ đồ chịm QAM tương ứng với nhiều giá trị α khác ñược cho hình Trong α kí hiệu bit theo bảng C.7 Bit thị tốc độ mã Mã hóa kênh khơng phân cấp điều chế yêu cầu báo hiệu tốc ñộ mã r ñược cho bảng sau: Bits s30, s31, s32 (luồng HP) Tốc ñộ mã s33, s34, s35 (luồng LP) 000 1/2 -113- 001 2/3 010 3/4 011 5/6 100 7/8 101 dự phòng 110 dự phòng 111 dự phịng Bảng C.4 Kiểu tín hiệu tốc độ mã tốc độ mã khác áp dụng cho mức ñiều chế khác nhằm ñạt ñược phân cấp Sau ñó việc truyền dẫn bắt ñầu với tốc ñộ mã mức HP (r1) ñiều chế kết thúc với tốc ñộ mã mức LP (r2) C.8 Bit thị khoảng bảo vệ Giá trị khoảng bảo vệ (so với phần liệu có ích TU) ghi bảng: Bit s36, s37 Giá trị khoảng bảo vệ 00 1/32 01 1/16 10 1/8 11 1/4 Bảng C.5 Giá trị khoảng bảo vệ /TU -114- C.9 Bit thị chế ñộ truyền dẫn bit ñược dùng ñể thị chế ñộ truyền dẫn (mode 2K, 8K, 4K) Bit s38, s39 Mode truyền dẫn 00 Mode 2K 01 Mode 8K 10 Mode 4K 11 Dự phịng Bảng C.6 Các chế độ truyền dẫn C.10 Bit thị cell_id bit s40 – s47 dùng để thị cell chứa tín hiệu tới Byte quan trọng cell_id, b15 –b8, ñược truyền khung đa khung Cịn byte quan trọng cell_id, b7 – b0, ñược truyền khung ña khung Bảng liệt kê bit sau: Số thứ tự bit TPS Khung Khung s40 cell_id b15 cell_id b7 s41 cell_id b14 cell_id b6 s42 cell_id b13 cell_id b5 s43 cell_id b12 cell_id b4 s44 cell_id b11 cell_id b3 -115- s45 cell_id b10 cell_id b2 s46 cell_id b9 cell_id b1 s47 cell_id b8 cell_id b0 Bảng C.7 Bảng liệt kê cell_id bit TPS Nếu việc cung cấp cell_id khơng biết trước bit thiết lập C.11 Bit bảo vệ chống lỗi TPS 53 bit chứa tín hiệu đồng thơng tin TPS (bit s1- s53) mở rộng thêm 14 bit parity mã ñã ñược rút ngắn BCH (67, 53, t=2), lấy từ mã BCH (127, 113, t=2) ða thức tạo mã: h(x) = x14 + x9 +x8 +x6 +x5 +x4 +x2 +x +1 Mã BCH ñã ñược rút ngắn thực cách thêm 60 bit, tất thiết lập trước bit thơng tin vào mã hóa BCH (127, 113, t=2) Sau mã hóa BCH, bit rỗng bị loại bỏ -116- Tài liệu tham khảo Tiếng Việt [1] TS Phạm ðắc Bi, KS Lê Trọng Bằng, KS ðỗ Anh Tú Các ñặc ñiểm máy phát số DVB-T [2] Nhật Bình PC World – SERIES A: Cơng nghệ Máy tính Mạng Mobile TV Việt Nam: Thực tế tương lai ID: A0701_76 [17] Công nghệ DVB-H VTC mobile News (29/06/2007) [3] Cơng nghệ truyền hình theo chuẩn DVB-H VTC mobile News (07/09/2007 – 12/09/2007) Tiếng Anh [1] Amitabh Kumar Focal Press – 3/2007, Mobile TV – DVB-H, DMB, 3G Systems and Rich Media Applications [2] ETSI EN 302 304 V1.1.1 (11-2004): Digital Video Broadcasting (DVB); Transmission System for Handheld Terminals (DVB-H) [3] ETSI TR 102 377 V1.2.1 (11-2005): Digital Video Broadcating (DVB); DVB-H Implementation Guidelines [4] Final draft ETSI EN 301 192 V1.4.1 (06-2004): Digital Video Broadcasting (DVB); DVB specification for data broadcasting [5] Final draft ETSI EN 300 744 V1.5.1 (06-2004): Digital Video Broadcasting (DVB); Framing structure, channel coding and modulation for digital terrestrial television [6] DVB-H Implementation Guidelines DVB Document A092 July 2005 [7] DVB and DVB-H Systems (10th of January 2006) Mauri Kangas Helsinki University of Technology (24-2-2005) [8] DVB-H – Standard, principles and services Jukka Henriksson – Nokia Research Center -117- [9] DVB-H: Live broadcast Mobile TV – Delivering the TV experience to mobile devices Nokia Corporation 2006 [10] DVB-H and Hybrid Networks Carolo – Wilhelmina – Braunschweig MMC, 19 Oct 2006 [11] DVB-H Solutions (10/2004) Rohde & Schwarz [12] The how and why of COFDM J.H Stott BBC Research and Development [13] Reed Solomon Codes Joel Sylvester January 2001 [14] Reed-Solomon Codes Bernard Sklar April 12, 2002 ... cơng nghệ truyền hình di động khác nghiên cứu, phát triển ứng dụng Nhưng tựu chung lại, phân làm hai loại sau: -Thứ nhất: Truyền hình di động dựa sóng thơng tin di động -Thứ hai: Truyền hình di động. .. .15 1.1.2.a Khái niệm truyền hình di động theo chuẩn DVB-H 17 1.1.2.b Những ưu việt truyền hình di động theo chuẩn DVB-H 20 1.2 Cấu trúc nguyên lí cơng nghệ truyền hình di động 22 1.3 Các yếu... MediaFlo: Tiêu chuẩn phát hình di động Mỹ Qualcomm phát triển - DMB (Digital Multimedia Broadcasting): ðược Hàn Quốc phát triển dựa DAB (Digital Audio Broadcasting) Hình 1.1 Truyền hình di động