Nộn video cú thể loại bỏ cả hai loại dư thừa thời gian và dư thừa khụng gian. Trong MPEG, dư thừa thời gian được giảm nhỏ trước bằng việc sử dụng sự giống nhau của cỏc hỡnh ảnh kế tiếp. Càng nhiều thụng tin của hỡnh ảnh hiện tại được tạo ra từ hỡnh ảnh trước hay từ phần dự đoỏn càng tốt. Khi kỹ thuật này được sử dụng thỡ chỉ cần gửi đi những hỡnh ảnh khỏc biệt giữa hỡnh ảnh hiện tại so với hỡnh ảnh dự đoỏn. Hỡnh ảnh khỏc biệt tiếp đú sẽ là đối tượng của nộn khụng gian. Thực tế, giải thớch về nộn khụng gian đơn giản hơn so với nộn thời gian vỡ vậy mà nú lại hay được ưu tiờn để trỡnh bày trước
Nộn khụng gian nhận biết ra sự giống nhau giữa cỏc pixel liền kề trong một khoảng khụng gian rộng của hỡnh ảnh và trong phần cú tần số khụng gian vượt trội. Hệ thống JPEG chỉ dựng nộn khụng gian, khi chỳng được thiết kếđể truyền tải ảnh tĩnh. Tuy nhiờn, JPEG vẫn cú thể dựng để mó hoỏ cỏc ảnh liờn tục cho video. Đú là cỏc ứng dụng Motion-JPEG, tuy hệ số nộn khụng tốt bằng trường hợp cú sử dụng nộn thời gian nhưng dũng bit này được dựng làm cơ sở cho dựng hỡnh picture-by- picture.
Bước đầu tiờn trong mó hoỏ khụng gian là thực hiện phõn tớch cỏc tần số khụng gian bằng cỏch ỏp dụng phộp chuyển đổi. Một phộp chuyển đổi là cỏch đơn giản là chuyển cỏch biểu diễn tớn hiệu sang một miền khỏc, trong trường hợp này là
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 34 -
miền tần số. Đầu ra của bộ chuyển đổi là một tập hợp của cỏc hệ số mà chỳng biểu diễn được cho mọi tần số cú mặt. Một bộ chuyển đổi ngược sẽ tỏi tạo được lại tớn hiệu gốc ban đầu. Nếu cỏc hệ số được xỏc lập với một độ chớnh xỏc cao thỡ đầu ra của bộ chuyển đổi ngược sẽ cú được tớn hiệu gốc với độ chớnh xỏc càng cao.
Bộ chuyển đổi phổ biến nhất cho đến nay là chuyển đổi Fourier. Phương phỏp này tỡm mỗi một tần số của tớn hiệu đầu vào bằng cỏch nhõn tớn hiệu đầu vào với một tần số nào đú đó được chọn lựa, được gọi là hàm cơ sở, sau đú tớch phõn kết quả lại. Khi tớn hiệu đầu vào khụng chứa đựng tần số chọn lựa thỡ kết quả tớch phõn sẽ bằng khụng. Cần phải tiến hành thao tỏc này hai lần đối với mỗi một tần số với hàm cơ sở trực giao để đảm bảo cho tất cả pha của tớn hiệu đầu vào đều được phỏt hiện.
Biến đổi Fourier cú một bất lợi là để biểu diễn mỗi một hệ số ứng với một tần số phải cần hai thành phần sin và cosin. Trong biến đổi cosin, tớn hiệu đầu vào là tựđối xứng về mặt thời gian trước khi làm phộp nhõn với hàm số cơ sở.
Phộp biến đổi rời rạc hoỏ cosin - DCT là phộp toỏn rời rạc hoỏ của biến đổi cosin được sử dụng rộng rói ở dạng hai chiều trong MPEG. Một khối 8x8 pixel được chuyển đổi thành khối 8x8 hệ số. Do quỏ trỡnh chuyển đổi cần phải nhõn thờm một phần nhỏ nờn cú sự kộo dài thờm của từ mó, kết quả là cỏc hệ số sẽ cú độ dài từ mó lớn hơn độ dài từ mó cử cỏc pixel tương ứng. Trường hợp đặc biệt, khối 8-bit pixel tạo ra khối 11-bit hệ số. Như vậy, bản thõn DCT khụng tạo ra hiệu quả nộn mà ngược lại nú cũn làm tăng thờm số liệu.
Kết quả của phộp chuyển đổi ngược của cỏc hệ số riờng của khối 8x8 DCT, trong trường hợp tớn hiệu chúi, hệ số đầu tiờn bờn trỏi là phần độ sỏng trung bỡnh hay mức một chiều DC của cả khối. Khi dịch chuyển sang phớa bờn phải trong cựng một hàng thỡ tần số khụng gian ngang sẽ tăng lờn. Dịch chuyển xuống phớa dưới thỡ tần số khụng gian đứng sẽ tăng lờn. Với một bức ảnh thực thỡ tần số khụng gian đứng và tần số khụng gian ngang cú thể xuất hiện đồng thời và một hệ số tại một số điểm trong khối sẽ là kết hợp của toàn bộ tần số khụng gian đứng và ngang cú thể.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 35 -
Cỏc hệ số như là một dạng súng ngang một chiều, kết hợp cỏc dạng súng này với cỏc biờn độ khỏc nhau với bất kỳ cực tớnh cú thể tạo ra bất kỳ một tập hợp 8 pixel. Với loại DCT hai chiều, 64 hệ số được tạo ra từ khối 8x8 pixel gốc. Rừ ràng với tớn hiệu màu, việc lấy mẫu tớn hiệu hiệu màu là cần thiết. Cỏc số liệu Y, Cr và Cb
được phõn chia làm cỏc khối 8x8 tương ứng và được chuyển đổi một cỏch độc lập. Trong thực tế, hầu hết cỏc hệ số DCT đều bằng khụng hoặc xấp xỉ bằng khụng nờn khụng cần thiết phải truyền đi. Đõy chớnh là yếu tố tạo ra một phộp nộn khụng tổn hao. Nếu cú yờu cầu cao hơn về hệ số nộn thỡ sẽ phải bỏ bớt đi những hệ số khụng phải bằng khụng. Sự cắt giảm này sẽ làm giảm bớt độ chớnh xỏc của cỏc hệ số và đú là nguyờn nhõn gõy ra sự mất mỏt thụng tin. Độ mất mỏt này phải được cõn nhắc để sao cho mắt người ớt cảm nhận được nhất.
1.3.7 Đỏnh giỏ
MPEG là nộn cú tổn hao nờn tớn hiệu sau bộ giải mó khụng phải là gốc ban đầu. Entrropy của tớn hiệu nguồn thay đổi, khi entropy cao, hệ thống nộn cú thể xuất hiện những hỡnh giả sau khi giải mó. Trong nộn thời gian, dư thừa giữa cỏc hỡnh ảnh kế tiếp được chấp nhận. Cỏc trường hợp khỏc sẽ gõy ra lỗi.
Giải phỏp duy nhất để giải quyết vấn đề này là giảm bớt hệ số nộn. Người ta phải cõn nhắc giữa vấn đề kinh tế và chất lượng tớn hiệu để đưa ra được một hệ số nộn thớch hợp tương ứng với mức độ khỏc nhau của cỏc hỡnh ảnh giả. Chớnh vỡ vậy mà hiện nay người ta vẫn khụng ngừng nghiờn cứu để hoàn thiện hơn nữa hệ thống nộn để vừa nõng cao được hệ số nộn vừa đảm bảo được chất lượng tớn hiệu.
1.4 Truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số5
Việc sử dụng kỹ thuật số để truyền tớn hiệu video đũi hỏi phải xỏc định tiờu chuẩn số của tớn hiệu truyền hỡnh, phương phỏp truyền hỡnh để cú chất lượng ảnh thu khụng kộm hơn chất lượng ảnh trong truyền hỡnh tương tự.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 36 -
Cú thể sử dụng cỏc phương thức truyền dẫn sau cho truyền hỡnh số:
• Truyền qua cỏp đồng trục
Để truyền tớn hiệu video số cú thể sử dụng cỏp đồng trục cao tần. Tớn hiệu video được số húa, nộn sau đú được đưa vào điều chế. Súng mang cao tần được điều chế 64-QAM (theo chuẩn chõu Âu) hoặc 256-QAM (Nhật). Kờnh cú thể cú nhiễu làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền và sai số truyền. Vớ dụ nhiễu nhiệt.
Ngược lại, nhiễu tuyến tớnh của kờnh sẽ khụng xảy ra trong trường hợp truyền số với cỏc thụng số tới hạn.
Để đạt được chất lượng truyền hỡnh cao, cỏp cú chiều dài 2500km cần đảm bảo mức lỗi trờn đoạn trung chuyển là 10-11 ữ 10-10.
Độ rộng kờnh dựng cho tớn hiệu video bằng khoảng 3/5 tốc độ bit của tớn hiệu. Độ rộng kờnh phụ thuộc vào phương phỏp mó húa và phương phỏp ghộp kờnh theo thời gian cho cỏc tớn hiệu cần truyền và rộng hơn nhiều so với độ rộng kờnh truyền tớn hiệu truyền hỡnh tương tự.
• Truyền tớn hiệu truyền hỡnh số bằng cỏp quang
Cỏp quang cú nhiều ưu điểm trong việc truyền dẫn tớn hiệu số so với cỏp đồng trục:
* Băng tần rộng cho phộp truyền cỏc tớn hiệu số cú tốc độ cao. * Độ suy hao thấp trờn một đơn vị chiều dài.
* Xuyờn tớn hiệu giữa cỏc sợi quang dẫn thấp (-80dB). * Thời gian trễ qua cỏp quang thấp.
Muốn truyền tớn hiệu video bằng cỏp quang phải sử dụng mó truyền thớch hợp. Để phỏt hiện được lỗi truyền người ta sử dụng thờm cỏc bit chẵn. Mó sửa sai
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 37 -
thực tế khụng sử dụng trong cỏp quang vỡ độ suy giảm đường truyền <20dB, lỗi xuất hiện nhỏ và cú thể bỏ qua được.
• Truyền tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh
Thụng tin vệ tinh đặc biệt cú ưu thế trong cỏc trường hợp: * Cự ly liờn lạc lớn.
* Liờn lạc điểm đến đa điểm trờn phạm vi rộng cũng như phạm vi toàn cầu. * Liờn lạc đến cỏc trạm di động trờn phạm vi rộng (tàu viễn dương, mỏy bay, cỏc đoàn thỏm hiểm).
Kờnh vệ tinh khỏc với kờnh cỏp và kờnh phỏt súng trờn mặt đất là cú băng tần rộng và sự hạn chế cụng suất phỏt. Khuếch đại cụng suất của cỏc transponder làm việc gần như bóo hũa trong cỏc điều kiện phi tuyến. Do đú sử dụng điều chế QPSK là tối ưu.
Cỏc hệ thống truyền qua vệ tinh thường cụng tỏc ở dải tần số cỡ GHz.
• Phỏt súng truyền hỡnh số trờn mặt đất
Diện phủ súng hẹp hơn so với truyền hỡnh vệ tinh song dễ thực hiện hơn so với mạng cỏp. Hệ thống phỏt súng truyền hỡnh số mặt đất sử dụng phương phỏp điều chế COFDM (ghộp kờnh theo tần số mó trực giao). COFDM là hệ thống cú khả năng chống nhiễu cao và cú thể thu được nhiều đường, cho phộp bảo vệ phỏt súng số trước ảnh hưởng của can nhiễu và cỏc kờnh lõn cận.
Cỏc tớn hiệu số liệu được điều chế M-QAM, cú thể dựng 16-QAM hoặc 64- QAM. Phổ cỏc tải điều chế cú dạng sinx/x trực giao, cú nghĩa cỏc tải kề nhau cú giỏ trị cực đại tại cỏc điểm 0 của tải trước đú.
Điều chế và giải điều chế cỏc tải thực hiện nhờ bộ biến đổi Fourier nhanh FFT dưới dạng FFT 2K và FFT 8K. Với loại vi mạch trờn cú thể thiết kế cho hoạt
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 38 -
động của 6785 tải. Cỏc hóng RACE cú thiết bị phỏt súng truyền hỡnh cho 896 tải, hóng NTL cho 2000 tải.
Truyền hỡnh số trong cả ba mụi trường cú sự bổ sung, hỗ trợ cho nhau. Nếu truyền hỡnh qua vệ tinh cú thể phủ súng một khu vực rất lớn với số lượng chương trỡnh lờn đến hàng trăm thỡ tớn hiệu số trờn mặt đất sẽ được dựng để chuyển cỏc chương trỡnh khu vực, nhằm vào một số lượng khụng lớn người thu. Truyền hỡnh số truyền qua mạng cỏp phục vụ thuận lợi cho đối tượng là cư dõn ở cỏc khu đụng đỳc, khụng cú điều kiện lắp anten thu vệ tinh hay anten mặt đất.
1.5 Kết luận
Trong nhiều năm trở lại đõy, truyền hỡnh số đó trở thành đối tượng nghiờn cứu của nhiều nhà khoa học và nhiều tổ chức trờn thế giới. Cựng với sự tiến bộ vượt bậc của cụng nghệ chế tạo cỏc vi mạch tổ hợp cao, tốc độ cao, đỏp ứng yờu cầu làm việc với thời gian thực, cụng nghệ truyền hỡnh sốđó cú những tiến bộ vượt bậc.
Việc lựa chọn cỏc thụng số cơ bản của truyền hỡnh sốđược đặt ra từ năm 1972 thụng qua cỏc tổ chức EBU, OIRT trờn cơ sở xem xột cỏc yếu tố:
• Thuận tiện cho quỏ trỡnh sản xuất, trao đổi chương trỡnh.
• Tớnh tương thớch của cỏc thiết bị video số.
• Dễ dàng trong việc xử lý tớn hiệu.
Với cỏc ưu điểm của mỡnh, hệ thống truyền hỡnh sốđó được thực hiện ở hầu hết cỏc quốc gia trờn thế giới. Đõy là một quỏ trỡnh tất yếu, truyền hỡnh Việt Nam cũng đang ở giai đoạn chuyển tiếp. Việc nghiờn cứu truyền hỡnh số và lựa chọn cỏc tiờu chuẩn cho truyền hỡnh Việt Nam đang được tiến hành.
Hiện nay quỏ trỡnh số húa tớn hiệu truyền hỡnh ở Việt Nam là sự thay thế dần cỏc cụng đoạn, trang thiết bị từ tương tự sang số. Đú là quỏ trỡnh số húa từng phần. Rồi đõy truyền hỡnh số sẽ thay thế hoàn toàn truyền hỡnh tương tự, tạo điều kiện cho ngành cụng nghiệp này phỏt triển mạnh mẽ hơn, kết hợp với cỏc mạng truyền thụng khỏc, tạo thành một thế giới thụng tin số, phục vụ con người một cỏch hữu hiệu.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 39 -
CHƯƠNG II: TRUYỀN HèNH SỐ QUA VỆ TINH 2.1 Giới thiệu6
Việc sử dụng vệ tinh cho hệ thống CATV và hệ thống truyền hỡnh quảng bỏ được bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ, và phỏt triển với tốc độ nhanh chúng. Vai trũ của vệ tinh hiện nay là khụng thể thiếu được trong cả việc truyền dẫn và phỏt súng cỏc chương trỡnh truyền hỡnh. Một hệ thống truyền hỡnh qua vệ tinh cú nhiều ưu điểm, trong đú nổi bật là:
• Một đường truyền vệ tinh cú thể truyền đi cỏc tớn hiệu với khoảng cỏch rất xa, như vậy cú thểđạt hiệu quả cao cho cỏc đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm – điểm.
• Đường truyền vệ tinh khụng bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hỡnh, địa vật vỡ mụ trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất. Truyền hỡnh vệ tinh cú thể thực hiện qua đại dương, rừng rậm, nỳi cao cũng nhưở cỏc địa cực. • Việc thiết lập một đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong thời gian ngắn, điều này cú ý nghĩa quan trọng trong việc thu thập tin tức, một cụng việc đũi hỏi thời gian thiết lập nhanh chúng. Trạm phát lên Trạm nối xuống Vết Phát lên Phát xuống 35.800 km Vệ tinh Hỡnh 2.1: Hệ thống vệ tinh.
6Đỗ Hoàng Tiến, Dương Thanh Phương (2004), Truyền hỡnh kỹ thuật số, NXB Khoa học và kỹ thuật,tr.446 -447.
Đề xuất lựa chọn hệ thống truyền dẫn tớn hiệu truyền hỡnh số qua vệ tinh cho VNPT
- 40 -
• Vệ tinh cũng được sử dụng cho cỏc hệ thống điểm – đa điểm. Với một vệ tinh, cú thểđặt vụ số trạm thu trờn mặt đất, rất thuận lợi cho hệ thống CATV cũng như cho dịch vụ truyền hỡnh trực tiếp đến tận từng gia đỡnh (Direct-To-Home). Ngoài ra truyền hỡnh vệ tinh cũn cú khả năng phõn phối chương trỡnh với cỏc hệ thống liờn kết khỏc.
Trong truyền hỡnh vệ tinh, điều quan trọng nhất được chỳ ý là số kờnh vệ tinh được thiết lập dành cho cỏc chương trỡnh truyền hỡnh. Cỏc chương trỡnh này cú thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hỡnh quảng bỏ. Trong truyền hỡnh vệ tinh quảng bỏ, một số kờnh vệ tinh được dựng cho cỏc chương trỡnh cố định. Cỏc chương trỡnh này phỏt liờn tục trong ngày. Số kờnh cũn lại dành cho cỏc dịch vụ như tin tức hay thể thao … thực hiện phỏt chương trỡnh trong một khoảng thời gian nào đú.
Cỏc thành phần của một hệ thống truyền tin vệ tinh được vẽ trờn hỡnh 2.1. Một trạm mặt đất thực hiện phỏt tớn hiệu lờn vệ tinh (uplink) – gọi là phỏt lờn – bằng anten cú bỳp súng hẹp. Tớn hiệu được thu nhận, khuếch đại và dịch chuyển tần số xuống dải tần số phỏt xuống qua một bộ chuyển đổi (transponder) – gọi là bộ phỏt đỏp. Tớn hiệu được truyền xuống mặt đất bằng bộ nối xuống (downlink). Vựng vệ tinh bao phủ được gọi là vệt vệ tinh. Phạm vi của vệt vệ tinh được xỏc định bởi giỏ trị cụng suất bức xạ hiệu dụng EIRP.
2.2 Hệ thống vệ tinh7
Hệ thống thụng tin vệ tinh bao gồm hai bộ phận chớnh: Vệ tinh nhõn tạo và hệ thống thụng tin. Vệ tinh chứa cỏc hệ thống cung cấp năng lượng cũng như bộ duy trỡ vệ tinh trờn quỹ đạo của nú. Hệ thống thụng tin thành phần như anten, bộ