6. CHƯƠNG VI: PHÂN TÍCH SO SÁNH GIẢI PHÁP DVB-H VÀ GIẢ
1.2Cấu trúc và nguyên lí cơ bản của công nghệ truyền hình di ñộ ng
Do công nghệ DVB-H ñược xây dựng dựa trên nền tảng của công nghệ
DVB-T nên ñể phù hợp yêu cầu thu sóng truyền hình di ñộng, hệ thống DVB- H có thêm 1 số thành phần chức năng khác so với DVB-T như: cắt lát thời gian (time-slice), ñóng gói ña giao thức và sửa lỗi hướng tới (MPE-FEC),
ñiều chế COFDM sóng mang kiểu 4k và báo hiệu DVB-TPS. Sơ ñồ sau ñây sẽ miêu tả cấu trúc nguyên lí DVB-H dựa trên cơ sở của hệ thống DVB-T.
Hình 1.5 Cấu trúc nguyên lí của DVB-H
Mô hình này thể hiện sự lắp ghép xen giữa hệ thống DVB-T và DVB-H.
ðầu tiên, nội dung các chương trình TV hoặc các dịch vụ khác ñược ñưa vào
ñểñóng gói theo chuẩn nén tiên tiến mới H.264/AVC. Sau ñó các gói tin này tiếp tục ñược ñóng gói thêm các tính năng mới ñể có thể truyền trên môi trường mạng và cuối cùng là ñịnh dạng IP ñược ñưa ra khỏi khối này. Các gói IP này sau ñó sẽñược ñưa vào bộñóng gói IP của DVB-H, tại ñây các gói IP tiếp tục ñược ñóng gói lại theo sự ñóng gói ña giao thức MPE và có thêm phần sửa lỗi FEC ñể có thể sửa lỗi cho dữ liệu xảy ra trên ñường truyền. Khung MPE-FEC tiếp ñó sẽñược ñặt vào các khe thời gian khác nhau nhờ kĩ
Ngõ ra bộ ñóng gói IP sau khi ra khỏi phần time slice có thể ñưa trực tiếp tới bộ ñiều chế COFDM của DVB-H với các sóng mang 4K hoặc 8K (hay chính là bộ ñiều chế DVB-T ñược thêm vào 1 số phần như DVB-H TPS và mode 4K) hoặc chúng có thể ghép xen với những dịch vụ MPEG-2 khác của DVB-T rồi mới ñưa ra bộ ñiều chế. Tín hiệu sau ñó ñược khuếch ñại rồi ñưa ra anten phát quảng bá. Tại máy thu, tín hiệu sẽ ñược giải ra theo cách ngược lại.
1.3 Các yếu tố kĩ thuật chính
Do tiêu chuẩn DVB-H ñược xây dựng dựa trên nền tảng của công nghệ
DVB-T nên các ñặc ñiểm của DVB-H hầu như giống với DVB-T. Trong khuôn khổ luận văn này chỉñề cập ñến các yếu tố mới thêm vào trong DVB- H mà công nghệ DVB-T không thể có như:
- Sử dụng kĩ thuật cắt lát thời gian (time slicing) ñể tiết kiệm năng lượng 1 cách tối ña cho thiết bị di ñộng (có khả năng tiết kiệm trên 90%), giúp nâng cao thời gian sử dụng pin bằng cách tổ chức dữ liệu thành các nhóm gói trên mỗi kênh.
- Dùng cơ chế ñóng gói ña giao thức MPE cho phép truyền các giao thức mạng dữ liệu ở phần ñầu của luồng MPEG-2. Việc sửa lỗi hướng tới FEC
ñược dùng kết hợp với MPE ñể cải thiện cường ñộ và do ñó tạo sự linh hoạt của tín hiệu.
- Cùng với các mode ñiều chế 2K và 8K ñã có sẵn trong DVB-T, 1 mode 4K ñược thêm vào DVB-H ñưa ñến sự linh hoạt cho thiết kế mạng. Do các sóng mang 2K sẽ không ñem lại mức bảo vệñủ chống lại fading lựa chọn tần số, ñồng thời cũng cung cấp kích thước cell nhỏ hơn khoảng bảo vệ cho các mạng ñơn tần SFN. Tương tự, kiểu sóng mang 8K ñặt các sóng mang quá gần
là dùng sóng mang 4K ñã ñược ñưa ra nhằm cung cấp ñộ bù tốt hơn giữa kích thước cell và hiệu ứng Doppler khi thuê bao di chuyển. 1 bộ chèn symbol theo chiều sâu (in-depth interleaver) ngắn cũng ñược giới thiệu cho mode 2K và 4K, tạo ra dung lỗi tốt hơn chống lại nhiễu xung (giúp ñạt ñược 1 cường ñộ
tương ñương với mode 8K).
CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðÓNG GÓI IP: TIME-SLICING VÀ MPE-FEC
2. CHƯN MỚI TRONG BỘ ðÓNG GÓI IP: TIME SLIG VÀ MPE-FEC
2.1 Module MPE-FEC
Việc thu tín hiệu qua thiết bị di ñộng cầm tay hoàn toàn khác với thu qua anten cốñịnh trên mặt ñất. Thứ nhất, các anten hầu hết ñều có kích thước nhỏ
và ñộ lợi thấp. Thứ hai, máy cầm tay ñặt trong 1 môi trường di ñộng thì công suất tín hiệu thu ñược có thể chịu những thay ñổi nhanh bất thường.
Dữ liệu âm thanh và hình ảnh trong môi trường DVB-H ñược chuyển giao dùng kĩ thuật IP Datacasting, trong ñó dữ liệu ñược ñóng gói với các header dạng IP và truyền ñi giống cách truyền gói IP trên Internet. Tuy nhiên, môi trường vô tuyến không hẳn thân thiện như Internet do có tỉ lệ lỗi cao bởi các nguyên nhân như thay ñổi mức tín hiệu liên tục, nhiễu và các hiệu ứng truyền dẫn khác. Cho nên dữ liệu phải ñược bảo vệ tốt hơn.
Bảo vệ dữ liệu ñược thực hiện trong trường hợp DVB-H dùng kĩ thuật sửa lỗi trước FEC. Bộ ñóng gói IP thực hiện thêm chức năng MPE-FEC
(Multiprotocol Encapsulation – Forward Error Correction). FEC tiến hành ở
lớp liên kết (nghĩa là trước khi dữ liệu ñược mã hóa) bằng cách thêm các thông tin parity tính toán từ các gói datagram và gửi dữ liệu parity này trong các ñoạn MPE-FEC, các gói datagram không lỗi sẽ ñược giải mã sau khi qua MPE-FEC (dù ñiều kiện thu rất kém). Việc sử dụng MPE-FEC là tùy chọn.
Với MPE-FEC, 1 phần dung lượng kênh truyền sẽ ñược cấp phát cho thông tin parity. Dung lượng kênh truyền bị chiếm ñể truyền parity có thể ñược bù bằng cách thay ñổi tốc ñộ mã truyền trong khi vẫn cung cấp hiệu suất cao hơn DVB-T.
Những gói dữ liệu IP khi ñược ñưa vào hệ thống sẽñược tiếp tục ñóng gói lại theo 1 trật tự nhất ñịnh tạo nên khung MPE-FEC bao gồm 2 phần, trong ñó 1 phần chuyên ñể chứa dữ liệu của nội dung cần truyền tải ñược gọi là bảng dữ liệu ứng dụng ADT (Application Data Table), phần còn lại chứa dữ liệu tính toán dựa trên cơ sở dữ liệu ADT và có tác dụng ñể sửa lỗi gọi là bảng dữ
liệu Reed-Solomon RSDT (Reed-Solomon data table). Khi ñó, kích thước của khung MPE-FEC có thể thay ñổi tùy thuộc vào nội dung nhưng kích thước tối
ña của khung MPE-FEC là 2 Mb.
1 khung MPE-FEC = 255 byte x 1024 (tối ña) hoặc 255 KB (tối ña) (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 2.1 Sơ lược cấu trúc khung MPE-FEC
2.1.1 Khung MPE-FEC
Khung MPE-FEC ñược sắp xếp như 1 ma trận với 255 cột và 1 số hàng linh ñộng. Số hàng có thể thay ñổi, từ 1 ñến tối ña là 1024 hàng, khi ñó toàn bộ khung MPE-FEC có kích thước tối ña 2 Mb.
Hình 2.2 Cấu trúc khung MPE-FEC
Mỗi vị trí trong ma trận (1 ô) chiếm 1 byte thông tin. Phần bên trái của khung gồm 191 cột chứa các IP datagram và có thể có các bit nhồi thêm (padding) ñược gọi là bảng ADT. Phần bên phải của khung gồm 64 cột chứa thông tin parity của mã FEC gọi là bảng RSDT. Mỗi byte trong ADT có ñịa chỉñi từ 1 ñến 191 x số hàng. Tương tự, mỗi byte trong RSDT có ñịa chỉ từ 1
ñến 64 x số hàng.
2.1.1.b Bảng ADT
Các IP datagram ñược truyền dạng từng datagram (datagram-by- datagram), bắt ñầu với byte ñầu tiên của datagram ñầu tiên ở góc trái phía trên ma trận và tiếp tục ñi xuống theo chiều dọc.
Hình 2.3 Sự bố trí trong bảng ADT
Chiều dài của các IP datagram có thể thay ñổi tùy ý. Sau khi kết thúc 1 IP datagram, IP datagram tiếp theo sẽ bắt ñầu. Nếu 1 cột không chứa ñủ 1 IP datagram thì phần tiếp tục của IP datagram sẽñược trải sang cột tiếp theo bắt
ñầu từ trên xuống. Khi tất cả các IP datagram ñưa vào bảng ADT, nếu còn các byte trống thì sẽ ñược chèn thêm các byte 0 làm cho 191 cột bên trái hoàn toàn ñược lấp ñầy. Số cột chèn thêm ñược kí hiệu ñộng trong section MPE- FEC bằng 8 bit.
2.1.1.c Bảng RSDT
Với toàn bộ 191 cột bên trái ñược lấp ñầy, có thể tính toán 64 byte parity cho mỗi hàng từ 191 byte của dữ liệu IP và bit chèn. Mã ñược dùng là Reed-
Solomon RS (255,191) với 1 ña thức tạo trường và 1 ña thức tạo mã nhưñịnh nghĩa bên dưới. Mỗi hàng sau ñó chứa 1 từ mã RS.
Hình 2.4 Sự bố trí trong bảng RSDT
ða thức tạo mã: g(x)=(x+λ0)(x+λ1)(x+λ2)…(x+λ63), với λ = 02HEX
ða thức tạo trường: p(x)=x8+x4+x3+x2+1
2.1.2 Cách truyền khung MPE-FEC
2.1.2.a Cách truyền các IP datagram trong ADT
Dữ liệu dạng IP ñược mang trong các section MPE theo chuẩn DVB, bất chấp MPE-FEC có dùng hay không. ðiều này làm máy thu hoàn toàn tương thích ngược với các máy thu không biết MPE-FEC.
Dữ liệu sẽ ñược ñọc ra thành từng IP datagram lần lượt trong các cột của bảng ADT, tiếp theo ñó là ñến các cột RS. Sau ñó các IP datagram sẽ ñược
ñóng gói thành các section MPE, còn các cột RS ñược ñóng gói thành các section MPE-FEC, ñồng thời các thông số thời gian thực sẽ ñược thêm vào header của mỗi section ñể truyền ñi, ñồng thời tính toán CRC-32 cho việc kết thúc section. Cuối cùng, các section sẽ ñược ñọc ra bắt ñầu từ section MPE 1 (Hình).
Hình 2.5 Cách ñóng gói và truyền khung MPE-FEC
Header của mỗi section mang ñịa chỉ bắt ñầu cho IP datagram mang trong section ñó. ðịa chỉ này chỉ thị vị trí của byte IP datagram ñầu tiên trong ADT. Máy thu sau ñó sẽ ñặt IP datagram nhận ñược vào lại các vị trí byte ñúng trong ADT và ñánh dấu các vị trí này là dữ liệu “tin cậy” cho bộ giải mã RS.
Section cuối cùng của ADT chứa cờ kết thúc bảng, chỉ phần cuối của các IP datagram trong cùng 1 ADT. Nếu tất cả các section trước trong cùng 1 ADT ñã nhận chính xác, máy thu sẽ không cần nhận bất kì section MPE-FEC nào tiếp theo sau ñó và nếu có dùng time-slicing, có thể tắt máy thu không thu nữa chờ cho ñến section MPE kế và không giải mã RS nữa.
Nếu nhận ñược các section MPE-FEC, số cột chèn thêm trong ADT sẽ ñược chỉ ra bằng 8 bit trong header của các section MPE-FEC. Nếu giải mã RS ñược thực hiện thì giá trị này mới cần dùng.
Tốc ñộ mã k/n có thể giảm khi có ít byte thông tin (k) và tăng khi có ít byte parity (n-k). Có thểñạt ñược tốc ñộ mã cao hơn bằng cách cắt bớt các cột dữ liệu RS sau khi mã hóa, còn muốn tốc ñộ mã thấp hơn thì thêm các cột nhồi giá trị 0 vào vùng dữ liệu ứng dụng trong bảng ADT. Việc cắt bớt sẽ
giảm lượng overhead tạo ra bởi RS data và do ñó làm giảm tốc ñộ bit cần thiết.
Tốc ñộ bình thường cho MPE-FEC là:
191 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
3/ 4 255
Hình 2.6 ðiều chỉnh tốc ñộ mã trong MPE-FEC
Sau ñây ta sẽ tham khảo 1 số ví dụ về tốc ñộ mã: - CR=1/2 ⇒ số cột chèn thêm là 127 - CR=2/3 ⇒ số cột chèn thêm là 63 - CR=5/6 ⇒ số cột chèn thêm là 26 Với 1 bộ giải mã chạy ở tốc ñộ 384 Kbps (48 KBps), 1 khung FEC có thể mang 3,97s dữ liệu và truyền thành 1 cụm. 2.1.2.b Giải mã RS
Sau khi máy thu nhận các section MPE và MPE-FEC và ñặt chúng vào
ñúng vị trí trong khung MPE-FEC, có thể có 1 số section bị mất. Tất cả các byte nhận ñược chính xác và phần chèn trong bảng ADT sau ñó có thể ñược
ñánh dấu là thông tin “tin cậy”, và tất cả các vị trí byte trong các section bị
mất và trong các cột RS cắt bớt ñược ñánh dấu là thông tin “không tin cậy”. Bộ giải mã RS có thể sửa ñến 64 byte trong 1 từ mã 255 byte. Nếu có nhiều hơn 64 vị trí byte “không tin cậy” trong 1 hàng, bộ giải mã RS sẽ không thể sửa bất cứ gì và do ñó sẽ chỉ xuất ra các byte lỗi không ñược sửa. Do ñó, nếu 1 IP datagram chỉñược sửa phần nào ñó hoặc không ñược sửa, máy thu sẽ có thể dò ra và loại bỏ datagram ñó.
Việc tách rời dữ liệu IP và dữ liệu parity của mỗi cụm làm cho việc giải mã MPE-FEC trong máy thu là tùy ý, do dữ liệu trong ADT có thểñược dùng trong khi không chú ý tới thông tin parity.
2.2 Module time-slicing 2.2.1 Giới thiệu chung 2.2.1 Giới thiệu chung
1 trong những tính năng ñể phân biệt DVB-H và DVB-T là cắt lát thời gian (time slicing) các dữ liệu trên kênh truyền ở bộ ghép kênh cuối cùng.
Nguồn năng lượng cung cấp cho thiết bị di ñộng hoạt ñộng chủ yếu là dùng PIN sẵn có ở trong thiết bị. Mà năng lượng dự trữ trên PIN lại bị hạn chế, do ñó cần 1 công nghệ sao cho thiết bị di ñộng tiết kiệm ñược tối ña năng lượng. Trước yêu cầu ñó, kĩ thuật time-slicing ñã ra ñời, kĩ thuật này tương tự
như kĩ thuật ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time-Division Multiplexing).
Mục ñích của time-slicing là tiết kiệm nguồn cho máy thu và thu chương trình gần như liên tục khi thực hiện chuyển giao mạng. Time-slicing thực hiện gửi dữ liệu theo các cụm (burst) ở tốc ñộ cao hơn so với tốc ñộ yêu cầu khi truyền theo cách streaming truyền thống.
Việc ñóng gói dạng IP cho phép gửi dữ liệu thành cụm. DVB-H truyền các mảnh dữ liệu lớn dạng cụm, cho phép tắt máy thu không thu nữa trong các giai ñoạn không tích cực (inactive periods). Kết quả là công suất ñược tiết kiệm ñến 90% và máy thu trong thời gian không tích cực có thể dùng ñể quản lí các cell kế cận trong việc chuyển giao liên tục.
2.2.2 Chi tiết kĩ thuật
2.2.2.a Nguyên lí hoạt ñộng
Trong DVB-T, 1 số kênh truyền cũng ñược ghép với nhau (như 6-8 dịch vụ trong 1 bộ ghép kênh 8 MHz). Tuy nhiên, ở mức ghép kênh, các gói của các kênh khác nhau sẽñi cùng nhau thành 1 dãy liên tục (hay nói cách khác là song song nhau). Kết quả là ở tốc ñộ dữ liệu rất cao, máy thu mỗi kênh cần ở
trạng thái tích cực trong suốt thời gian các gói ñến (Hình).
Hình 2.7 Truyền các dịch vụ song song trong DVB-T
Còn với DVB-H, bộñóng gói IP giúp cho bộ ghép kênh có ñủ dung lượng chứa dữ liệu trong 1 khoảng thời gian giới hạn cho 1 kênh. Do ñó, tất cả các
gói trong kênh ñó ñều ñến thành 1 cụm, cụm sau nối tiếp cụm trước. Trong khi khe thời gian này ñược chỉñịnh cho kênh truyền này thì sẽ không có gói nào ñến từ các kênh khác. ðiều này cho phép máy thu (nếu chỉ có nhu cầu xem 1 kênh) chỉ vào trạng thái tích cực khi các gói trên khe thời gian trong kênh truyền ñược nhóm lại với nhau (tức là máy thu sẽ vào trạng thái tích cực trong suốt khe thời gian ñược chỉ ñịnh cho kênh truyền này). Tại các thời