Bài giảng Kỹ thuật phát thanh và truyền hình (Chương 3)

CHƯƠNG Truyền hình số Nội dung chương 3/2/2017 Vũ Thị Thúy Hà 3.1 Số hóa tín hiệu truyền hình 3.2 Nén tín hiệu truyền hình 3.3 Các chuẩn truyền hình số 3.4 Truyền hình số mặt đất 3.5 Truyền hình số cáp 3.6 Truyền hình số vệ tinh 127 Lộ trình chuyển đổi Việt nam từ đến năm 2020 3/2/2017 Vũ Thị Thúy Hà 128 3.1 Đặc điểm truyền hình số Yêu cầu băng tần: Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N): Méo phi tuyến: Giá thành độ phức tạp Xử lý tín hiệu: Khoảng cách trạm truyền hình đồng kênh 129 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN HèNH S Có khả phát lỗi sưa sai  TÝnh ph©n cÊp (HDTV + SDTV)  Thu di động tốt Ngng xem dù ôtô, tàu hoả xem đc chng trình truyền hình Së dÜ vËy lµ xư lý tèt hiƯn tng Doppler truyền tải đợc nhiều loại hình thông tin nhạy với nhiễu dạng méo xảy đng truyền bảo toàn chất lng hình ảnh Thu số không tng "bóng ma" tia sóng phản xạ từ nhiều hng đến máy thu Đây vấn đề mà hệ phát analog không khắc phục C IM CA TRUYN HèNH S phát nhiều chng trình kênh truyền hình: Tiết kiệm tài nguyên tần số * Một lợi điểm truyền hình số tiết kiệm phổ tần số * transponder 36 MHz truyền đợc chng trình truyền hình tơng tự song truyền đc 10 12 chơng trình truyền hình số (gấp lần) * Một kênh MHz (trên mặt đất) truyền đc 01 chng trình truyền hình tng tự song truyền đợc chng trình truyền hình số hệ thống ATSC, chng trình DVB-T (tuỳ thuộc M-QAM, khoảng bảo vệ FEC) C IM CA TRUYN HèNH S Bảo toàn chất lng : Chất lợng tín hiệu số tín hiệu tơng tự Khoảng cách máy phát máy thu C IM CA TRUYN HèNH S Tiết kiệm lợng, chi phí khai thác thấp: Công suất phát không cần qúa lớn cờng độ điện trờng cho thu số thấp cho thu analog (độ nhậy máy thu số thấp -30 đến -20dB so với máy thu analog) Mạng đơn tần (Sfn): Cho khả thiết lập mạng đơn kênh (đơn tần - Single Frequency Network ), nghĩa nhiều máy phát kênh sóng Đây hiệu lớn xét mặt công suất tần sè  TÝn hiƯu sè dƠ xư lý, m«i trêng quản lý điều khiển xử lý thân thiện víi m¸y tÝnh  v.v 3.2 Sơ đồ hệ thống truyền hình số Tín hiệu truyền hình Biến đổi AD analog Nén: ghép kênh Mã hóa kênh Điều chế Phần phát Kênh thơng tin Tín hiệu truyền hình analog Phần thu Biến đổi DA Tách kênh: giải nén Giải mã hóa Giải điều chế 134 HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐỂ PHÁT THỬ NGHIỆM Nguồn tín hiệu Hệ thống nén ghép Hệ thống máy phát số mặt đất Anten thu vệ tinh Máy phát số kênh 26 Đầu thu vệ tinh Điều chế số COFDM A/V Nén MPEG-2 KĐ kích KĐ công suất Bộ ghép (MUX) Bộ cộng máy phát Anten thu mặt đất Đầu thu mặt đất analog Anten phát Điều chế số COFDM KĐ kích KĐ cơng suất Anten thu mặt đất Nén MPEG-2 Máy phát số kênh 34 Các hệ thống đo lường kiểm chuẩn www.vtc.com.vn Đầu thu số mặt đất 11   Sử dụng COFDM để triệt tiêu ảnh hưởng đa đường: Đối với hệ thống đơn sóng mang (QAM): máy thu cố gắng giải điều chế liệu cách kiểm tra tất thông tin nhận liên quan đến symbol thứ n kể thông tin thu trực tiếp lẫn thông tin thu trễ Tdelay>>Tsymbol Tdelay giảm tốc độ bit -> khắc phục sử dụng nhiều sóng mang OFDM   Sử dụng nhiều sóng mang trực giao: Khi chu kì sử dụng lại sóng mang lớn Chu kì lớn nhiều so với thời gian trễ lớn symbol Do thời gian xử lý cho sóng mang với trễ tăng lên -> giảm ISI Chèn thêm khoảng bảo vệ GI (Guard Interval): Nếu khoảng tổ hợp thu trải dài theo symbol khơng có nhiễu sóng mang (ISI) mà cịn nhiễu xun sóng mang (ICI) Để tránh điều chèn thêm khoảng bảo vệ để giúp đảm bảo thông tin tổng hợp đến từ symbol xuất cố định • GI chèn phần đầu thời gian symbol • GI copy đoạn cuối symbol với khoảng thời gian 1/4, 1/8, 1/16, 1/32 … symbol  Tác dụng COFDM + GI: triệt tiêu đa đường Analogue television and multipath Perfcect picture TV CAM o cti Di re e efl ct R pa th n ctio fle Re Analogue TV TRX Perfcect Perfcect Perfcect picture picture picture n o o nn Digital television (COFDM) and multipath Perfcect picture TV CAM o cti Di re e efl ct R pa th fle n ctio Re DVB-T TRX Perfcect picture n o o nn   Mơ hình ngun lý điều chế COFDM: Hai chế độ 2K 8K tương ứng với số lượng sóng mang 1705 6817 băng tần MHz OFDM spectrum Number of carriers: 2K: 1.705 8K: 6.817 spacing 8K: 1.1kHz 2K: 4.4kHz Carrier Carrier Carrier + Mapper (Data, TPS and Pilots) Carrier n-2 Carrier + Carrier n-1 DAC Carrier n AM 90 deg + DAC AM 1000 1010 0010 0000 Carrier n + 1001 1011 0011 0001 1101 1111 0111 0101 1100 1110 0110 0100 Composite waveform equal to the sum off all 6817 / 1705 carriers Carrier OSC +   COFDM thực tế sử dụng IFFT: chip vi xử lý với DSP Biến đổi FFT IFFT Discrete frequency components of the waveform T S&H and A/D conv Re FFT processor f1 f2 f3 f4 f5 f6 Im S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 f7 f8 f f F = sample freq / number of samples Discrete frequency components of the waveform f1 f2 f3 f4 f5 f6 0 T f7 f8 f Re f For COFDM the input to the IFFT is the real and imaginary values for each of the carriers in the COFDM symbol Im IFFT processor D/A conv S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8  Điều chế COFDM dùng IFFT: MPEG-2 TS TS adaptation & Energy dispersal Outer Coder and Interleaver Inner Coder and Interleaver IFFT I Re 1,2,3 1.705 (6.817) Im 1,2,3 1.705 (6.817) Mapper IF or RF converter + IFFT Q 1: The complete set of Re and Im values (one pair per carrier) is stored in the IFFT processor 2: The frequency components of the spectrum (the individual carriers) are then transferred to the time domain (a waveform in time) by the IFFT OFDM carrier Baseband I+Q  Các mode DVB-T Tham số Mode 2K Mode 8K Số lượng sóng mang 1705 6817 Độ rộng symbol có ích(TU) 224us 869us Khoảng cách sóng mang (1/TU) 4464hz 1116Hz Băng thơng 7.61Mhz 7.61Mhz Khoảng bảo vệ T/4, T/8, T/12 T/4, T/8 Phương thức điều chế Tỉ lệ mã QPSK, 16-64QAM 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 QPSK, 16-64QAM 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8  Exercise: Calculation of the useful bit-rate in a common DVB-T transmission example (UK case): • 8MHz channel; • 2K mode (8K or 2K is unimportant for the bit-rate); • modulation: 64-QAM; • guard interval: 1/32; • code rate: 2/3  We have 1705 useful carriers modulated in 64-QAM (6 bits/symbol) with a symbol frequency of 4464.286 Hz, which gives a bitrate of: 1512×6×4464.286 = 40.500 Mb/s  The bit-rate calculation must take into account the guard interval (i.e., 32/33 with = 1/32) and the channel coding overheads (i.e., 2/3 for puncturing and 188/204 for RS coding), therefore the useful bit-rate: 40500×31/32×2/3×188/204 = 24.128 Mb/s   This bit-rate, depending on the trade-off between picture quality and number of programs per channel chosen by the broadcaster, allows transmission of four to six TV programs Depending on the trade-off between robustness and bit-rate chosen by the broadcaster (or the broadcasting regulation authority), the DVB-T system can carry the following minimum and maximum bitrates in an 8MHz channel: Minimum bit-rate: 4.98 Mb/s (QPSK modulation, guard interval 1/4, code rate 1/2) Maximum bit-rate: 31.67 Mb/s (64-QAM, guard interval 1/32, code rate 7/8)  One can see that the bit-rate can vary in a ratio from to more than 6!  Phân chia kênh truyền: time Channel Bandwidth fre que ncy frequency sub-band time segment  Tổ chức sóng mang: OFDM symbol time fre qu enc y Channel Bandwidth OFDM symbol sub-carriers  Khoảng bảo vệ: Guard Interval duration Used part duration time fre qu enc y Channel Bandwidth OFDM symbol duration  Đồng bộ: Hệ thống DVB-T sử dụng sóng mang "pilot", trải đặn kênh truyền dẫn, đóng vai trị làm điểm đánh dấu đồng DVB-T Transmission Frame Boosted pilot time f re que ncy Channel Bandwidth  Khác với sóng mang chương trình, pilot khơng điều chế QAM, mà điều chế BPSK với mức cơng suất lớn 2,5 dB so với sóng mang khác Hình biểu diễn phân bố sóng mang pilot rời rạc liên tục với múc công suất lớn sóng mang liệu 2,5 dB   Các pilot (sóng mang) liên tục: bao gồm 177 pilot với 8K, 45 pilot với 2K Các pilot có vị trí cố định dải tần 8MHz cố định biểu đồ chòm để đầu thu sửa lỗi tần số, tự động điều chỉnh tần số (AFC) sửa lỡi pha Các pilot (sóng mang) rời rạc (phân tán): bao gồm 524 pilot với 8K, 131 pilot với 2K có vị trí cố định biểu đồ chịm Chúng khơng có vị trí cố định miền tần số, trải dải thông 8MHz Bên máy thu nhận thông tin từ pilot tự động điều chỉnh để đạt "đáp ứng kênh" tốt thực việc hiệu chỉnh (nếu cần)  Mang liệu: USEFUL DATA PROTECTED DATA GUARD INTERVALL INSERTION fre qu e nc y 1 (PILOTs NOT REPRESENTED ) GUARD intervall USED PART of the symbol time OFDM SYMBOL DURATION ... Thị Thúy Hà 3.1 Số hóa tín hiệu truyền hình 3.2 Nén tín hiệu truyền hình 3.3 Các chuẩn truyền hình số 3.4 Truyền hình số mặt đất 3.5 Truyền hình số cáp 3.6 Truyền hình số vệ tinh 127 Lộ trình chuyển... kênh truyền hình: Tiết kiệm tài nguyên tần số * Một lợi điểm truyền hình số tiết kiệm phổ tần số * transponder 36 MHz truyền đợc chng trình truyền hình tơng tự song truyền đc 10 12 chơng trình truyền. .. Đặc điểm truyền hình số Yêu cầu băng tần: Tỷ lệ tín hiệu/tạp âm (S/N): Méo phi tuyến: Giá thành độ phức tạp Xử lý tín hiệu: Khoảng cách trạm truyền hình đồng kênh 129 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ