GVHD:Ths.Trương Ngọc Bảo
Tính Tốn Truyền Hình VINASATI -40-
CHƯƠNG IV: HỆ THĨNG TRUYÈN HÌNH SĨ VỆ TINH 4.1. GIỚI THIỆU :
Ngày nay truyền hình số đã được áp dụng trên tồn thế giới, phát triển song song và thay thế dần truyền hình tương tự. Truyền hình số qua vệ tính là một địch vụ đơn và đa kênh dùng các búp sĩng vệ tỉnh cơng suất lớn truyện các tín hiệu số cĩ nén sao cho cĩ thể thu được chúng bằng các anten thu dạng chảo cĩ kích thước nhỏ, cố định. Các dịch vụ vệ tỉnh như vậy cung cấp âm thanh và hình ảnh chất lượng cao.
Việc tạo ra chuẩn nén MPEG-2 cùng với sự phát triển của cơng nghệ điện tử đã cho phép áp dụng kỹ thuật số vào tắc cả các khâu truyền hình, kế cả phát và thu tín hiệu.
4.2. TÍN HIỆU TRUYÈN DẪN
4.2.1.Tiêu Chuẩn DVB-S (Digital Video Broadcasting — Satellite)
DVB - S là hệ thống sĩng mang đơn (single carrier). Để dễ hình dung cĩ thể ví
nĩ như một củ hành tây với lõi là tốc độ bịt cĩ ích (bít thơng tin). Xung quanh là các lớp làm cho tín hiệu ích nhạy cảm với lơi.
Video, Audio và các loại dữ liệu khác được truyền đưới đạng các gĩi dữ liệu cĩ độ dài cơ định của dịng truyền tải MPEG - 2.
4.2.2. Tín Hiệu Truyền Dẫn
Lớp nén biểu diễn cú pháp của các dịng audio và video trên cơ sở cầu trúc dịng đữ liệu video và audio. Các chuỗi audio, video hoặc dữ liệu độc lập được mã hĩa MPEG — 2 để tạo các dịng dữ liệu độc lập gọi là các dịng cơ sở ES (Elementary Streams)
Cấu Trúc Dịng Cơ Sở :
-e = Dịng cơ sở cơ bản là tín hiệu gốc tại đầu ra của bộ mã hĩa và chỉ cĩ những thơng tin cân thiệt giúp bộ giải mã tái tạo lại hình ảnh và âm thanh ban đâu.
‹ Đơn vị cơ sở của hình ảnh là một khối DCT, mỗi khối cĩ 8 phần tử ảnh.
Hệ sơ ứng với thành phân một chiêu được gởi đi với độ chính xác cao hơn các hệ sơ khác.
° Mã End of block được gỞI đi sau cùng. Các Block được hợp lại thành các Macroblock (MB), mỗi MB cĩ vecfo chuyển động hai chiều. Các MB tập hợp lại để tạo thành Slice.
Tính Tốn Truyền Hình VINASA'TI -41 - CVHD-Ihslrương Ngọc Bảo
. Slice luơn biểu thị các sọc ngang của hình ảnh từ trái sang phải. Slice cĩ thê từ bâc kỳ điểm nào và kích thước tùy ý. Tuy nhiên đơi với tiêu chuân ATSC quy định Slice phải bắt đâu từ mép phía trái của hình ảnh.
° Nhiều Slice tập hợp tạo nên một ảnh hoặc một mành tích cực. Dữ liệu bắt đầu của ảnh (picture header) xác định ánh đĩ là I, P hoặcB. Một vài
ảnh tập hợp lại thành một nhĩm ảnh (GOP). Nhĩm ảnh bắt đầu bằng một ảnh I, giữa hai ảnh I là một số ảnh P và/hoặc B. Nhĩm ảnh cĩ thể mở
hoặc đĩng. Nhiều nhĩm ảnh tập hợp thành một chuỗi đữ liệu video. ` Lớp hệ thống xác định việc kết hợp các dịng audio và video độc lập
thành một dịng đê lưu trữ (dịng chương trình PS-Program Stream) hoặc địng truyện tải (dịng truyền TS-Tranmission Stream)
4.3. HỆ THĨNG TRUYÈN HÌNH QUA VỆ TINH: 4.3.1. Hệ Thống SCPC:
Định dạng này cho phép uplink lên vệ tinh từ các vị trí khác nhau. Thơng thường SCPC được dùng cho các ứng dụng riêng chắn hạn như thu vệ tinh SNG (Satellite newsgathering) hoặc truyền hình giáo dục ở những nơi khơng thể hoặc khĩ uplink từ vệ tỉnh tắc cả các chương trình từ một vị trí. Các dịch vụ dựa trên SCPC thường dùng một dải thơng Transponder vệ tỉnh. Khi ghép kênh, các dịch vụ SCPC chia xẻ cùng một Transponder, mỗi dịch vụ được truyền trên một sĩng mang cĩ dải thơng hẹp trong phạm vi Transponder. Giữa các sĩng mang SCPC phải cĩ khoảng bảo vệ và phải thực hiện back-off cơng suất transponder vệ tỉnh để ngăn giao thoa giữa các dịch vụ.
SCPC là cĩ ích cho truyền hình trực tiếp nhưng việc tận dụng dãi thơng Transponder vệ tinh là khơng hiệu do phải cĩ khoảng bảo vệ giữa các sĩng mang khác nhau. i i n . , FREQUENCY INTERVAL : Single l , ; : ' h Channel Pcr Tvi || TVI SCPC SCPC lgJ= = = =1 TRANSPONDER BANDVVIDTH Carrler 36 MHz
Hình 4-1 : Bêu diễn sự sắp các kênh trên một Transponder
Tính Tốn Truyền Hình VINASA F1 -42 - GVHD:Ihs.Trương Ngọc Bảo
a. Sơ Đồ Khối Hệ Thống Uplink SCPC:
Vide ignal Si2na ——>— Coder - video R-S
Code Emor Digital JW HPA
r ~ Scramblin +> Modulat „
° Audi Coa s Correct
oder b3 Ậ video b 5 Data S —>| Coder Conditional video Access
Hình 4-2 : Sơ Đồ Khối Hệ Thống Uplink SCPC
- Tất cả tín hiệu hình, tiếng, số liệu của mỗi chương trình trong kênh được nén độc lập. Tín hiệu hình và tiếng được nén theo chuẩn MPEG-2. Tiếp theo, tắt các tín hiệu sau khi nén thành một dịng bít tín hiệu. Dịng dữ liệu bao gơm chuỗi các gĩi thơng tin cĩ các byte tiêu đề và byte tin tức. Tiêu đề cho phép nhận biết dạng tin được truyền trong gĩi và chương trình cĩ liên quan đến nĩ.
- Sau khối MƯX, tín hiệu chuyển đến khối mã người xem trả tiền. Trong khối mã này dịng tín hiệu được ghép và xáo trộn (Scrambling) theo một quy luật mà chỉ người quán lý mới biết. Đồng thời người ta cĩ hình thức khố mã. Nếu máy thu khơng nhận được “chìa khố” của nhà quản lý gửi di, thì khơng thể nào sắp xếp lại trật tự dịng tín hiệu được, dịng tín hiệu sẽ rất lộn xộn khơng cĩ hình ảnh trên TV. Việc khố mã cĩ thể thực hiện với tắc cả các chương trình và cĩ thể chỉ khố một số chương trình trong các chương trình được phát đi. Điều đặc biệt là nếu các máy thu khơng hiểu được cách ghép, cách xáo trộn tín hiệu, khơng được thiết kế và trang bị mạch điện đặc chủng thoả mãn yêu cầu của hệ quản lý này, thì máy thu đĩ sẽ khơng thu được bất luận một tín hiệu nào. Cách giải quyết đĩ tạo thuận tiện cho cơng tác quản lý VIỆC Xem chương trình trên bình diện tồn quốc. Khối mã này được điều khiển bằng máy tính
- Báo hiểm lỗi truyền : nhiễu sinh ra trong các linh kiện điện tử và trong các can nhiễu khác luơn phá tín “hiệu hữu ích, cần truyền và gây ra Sai. Trong kỹ thuật truyền dẫn và xử lý tín hiệu số để chống nhiễu cĩ khái niệm “sữa mã sai” người ta cài vào dịng dữ liệu một số loại mã để nếu sảy ra hiện tượng sai, đầu thu cĩ thể phát hiện và sửa được sai.
- Việc hạn chế lỗi bằng mã cĩ thể miêu tả khái quát như sau : Đối với mỗi từ mã người ta cho thêm vào các phần tử dư khơng mang thơng tin mà cĩ nhiệm vụ kiểm tra. Trong kỹ thuật truyền hình thường dùng mã sửa sai Viterbi hoặc mã Reed-Solomon.
- Mã Reed-Solomon (R-S) được đưa ra từ năm 1960, nhưng chỉ đến những năm gần đây do cơng nghệ VLSI phát triển. Nĩ mới được ứng dụng rơng rãi và nghiên cứu ngày cảng nhiều. Mã R-S là bộ mã nhị phân và nĩ cĩ khả Tăng sửa sai burst, nguyên tắc lập mã của nĩ như sau : Muốn sửa được Sbyte sai thì cần phải cĩ 2S byte kiểm tra, như vậy sẽ cĩ 2” — 1 -2S byte cho số liệu (m là số bit), S byte kiểm tra này được xác
Tính Tốn Truyền Hình VINASA TI -43 - GVHD:Ihs.Irương Ngọc Bảo
định theo cá byte số liệu bằng các quan hệ xác định trước. Ở bên thu từ mã thu được sẽ xác định tổ hội chứng (syndrome) theo các quan hệ được dùng trên mã hố. Nếu Syndrome S = 0 thì từ mã thu được là đúng, cịn Syndrome ŠS +0 thì từ mã thu được bị sai và ta phải sửa sai. Để sửa sai cần giải quyết được hai vấn đề là xác định vị trí cĩ sai và xác định giá trị saI.
- Mã R-S ngày nay được sử dụng rất rộng rãi. Mỗi đoạn tin cùng với tiêu đề (đối với dịng truyền tải mơi đoạn tin dài 188 byte) được bảo vệ bởi I6 byte (mã R-S), cho sửa sai được 9 bịt sai số trong đoạn. Tất nhiên khi sử dụng nhiều số bit sửa sai sẽ làm cho : Dải động cần truyền tăng lên nếu như ta giữ nguyên lượng chương trình cần truyền đi. Mà dải thơng tăng lên làm cho cơng suất phát cũng phải tăng. Nếu khơng tăng dải thơng truyền (ví dụ chỉ thuê một bộ phát đáp cĩ đái thơng rộng 3ĩmhz), thì hoặc là ta phải giảm số lượng chương trình, hoặc là phải giảm chất lượng của một hai chương trình nào đĩ (bằng cách để tăng hệ số nén bit của chương trình).
¬ Tiếp theo tín hiệu số sẽ được điều chế : Dịng tín hiệu phải cĩ sĩng cao tần cõng đi băng cách điều chế. Chúng ta biết điều biên AM để mang hình và điều tần FM để mang tiếng trong các máy phát hình tương tự mặt đất. Đối với tín hiệu số cĩ ba phương pháp điều chế cơ bản là điều biên, điều tần và điều pha.
- Trong trạm phát lên vệ tỉnh sử dụng điều chế pha và chủ yếu điều chế QPSK. Quá trình điều chế của trạm này được thực hiện ở tần số trung tần 70mhz. Nghĩa là pha của sĩng mang 70mhz bị thay đổi theo tín hiệu số đã nén và ghép lại (dịng truyền tải MPEG-2). Pha biến đổi theo từng nhĩm tín hiệu số như [00], [01], [10], [LH], nghĩa là pha của tín hiệu trung tần bị dịch chuyển ngẫu nhiên tại bốn vị trí tuỳ theo sự xuất hiện của bốn nhĩm số nĩi trên, vì vậy điều chế này cĩ chữ Q (Quaternary hoặc Quadrature).
Ta chỉ giải đáp khả năng truyền bao nhiêu kênh truyền hình thơng thường trên Transponder vệ tinh khi điều chế QPSK.
Ta cĩ phổ tín hiệu điều chế QPSK được tính theo cơng thức sau : 2
sin7rl,f
ŠQpsk (£) — eÍ xhf
Trong đĩ: Ep : Năng lượng truyền một bit tín hiệu số.
Tp : Thời gian của bít : Tụ= -
b
_ Hình dạng của phổ tín hiệu điều chế được mơ tả ở hình 4-3. Nhìn vào hình dạng
phơ ta thây năng lượng của tín hiệu QPSK :
‹ - Đạt giá trị cực đại của sĩng mang cao tân .
‹ _ Cĩ giá trị gần như bằng 0 tại giá trị f'Ty = 0,5 ;1.
Tính Tốn Truyền Hình VINASATI -44 - GVHD:Ihs Trương Ngọc Bảo
. Cĩ điểm cực trị tương đối đáng kể tại 0,75.
‹- _ Năng lượng chủ yếu tập trung trong vùng cĩ dãi thơng bằng [0,5f,].
‹ - Ngồi vùng cĩ các thành phần của tín hiệu QPSK hầu như rất nhỏ. Coi
như khơng cĩ. — © Mật độ phơ năng lượng được chuẩn hố, (Ð/4E ©® chị › „05 0/75 1,
Tân sơ đã được chuân hố Í.Tp
Hình 4-3 : Phố Của Tín Hiệu Đã Điều Chế
Như vậy, mỗi chương trình sau khi nén MPEG-2MP@ML cĩ vận tốc trung bình 4Mbit/s, thêm vào các mã sửa sai và các dữ liệu khác, thì vận tốc của 10 chương trình là 52Mbit⁄s. Dái thơng của Transponder để truyền dịng dữ liệu cĩ vận tốc 52Mbit/s
bằng điều chế QPSK là 0,65 x 52 = 33,8 mhz. Ta chỉ thuê một Transponder cĩ dãi
thơng 36Mhz là đủ cho phát đáp 10 chương trình .
- Sau đĩ tần số trung tần 70Mhzsẽ được lên tải Ku (14 ghz) bằng phương pháp
truyền thơng và phát lên vệ tỉnh.
- Hệ thơng khuếch đại cơng, suất : Sĩng vơ tuyến điện truyền trong khơng gian điều bị suy giảm, vì vậy phải khuếch đại đến cường độ đủ mạnh. Sĩng cĩ tân sơ càng cao thì suy giảm trong khơng gian Và suy giảm trong mây mưa càng lớn. Vì vậy các trạm phát Ku phải cĩ cơng suất 2 KW (nếu dùng anten phát cĩ đường kính 10m). Trong máy phát hiện nay thường dùng đèn Klystron để khuếch đại cơng suất. Đèn Klystron khuếch đại khá tuyến tính phù hợp cho phát nhiều chương trình số cĩ nén, điều chế QPSK. Cơng suất thực tế khi phát các chương trình phụ thuộc vào :
‹ Số lượng chương trình đang phát, nếu nhiều chương trình thì cơng suất phải lớn, ngược lại phát ít chương trình thì cơng suất giảm đi.
‹ Chất lượng chương trình : Nếu tắc cả chương trình địi hỏi chất lượng cao (cĩ vận tốc bit cao) thì cơng suất phát phải tăng. Nếu chương trình cĩ chất lượng vừa phải (vận tốc bit thấp), thì cơng suất phát khơng cần phải cao.
‹ Nếu trời cĩ mưa, nhất là mưa rào, sĩng bị suy giảm mạnh thì cơng suất phát phải tăng lên để bù cho lượng sĩng mang bị mất trong vùng mưa.
‹ Nếu thêm các dịch vụ khác (ví dụ cung cấp thêm Internet) qua trạm phát này, cơng suất phải tăng lên chút ít.
‹ Nếu anten phát cĩ kích thước bé, độ lợi thấp, thì cơng suất phát phải cao. Vì vậy khi xây dựng trạm mặt đất như thế này thường lắp đặt anten phát cĩ kích thước khá lớn. Tuy nhiên anten lớn lại kéo theo nhiều việc khĩ khăn về cơ khí, về điều khiển, về chống giĩ bão. Thường chọn anten Cassegrain đường kính
11m, phản xạ hai tần và cĩ độ lợi lớn tới 62,5 đb sẽ cĩ kết quả tốt.
Tính Tốn Truyền Hình VIŨNASATI -45 - CVHD:Ihslrương Ngọc Bảo
a. Hệ Thống Dowlink SCPC. Low-Noise Block L-Band (IF 1) 950 + 2150 MHz Descrambling >
Digital >| R-S Demod | Demuliiplexer -JMPEG-2 Buffer
Demodulator Packet Filters „| Decoder
Ì s
Downconvert > lF;Amp Smart Card Control Reader K— Microprocessor
Hình 4-4 : Sơ Đồ Khối Hệ Thống Downlink SCPC
Hình 4-4 biểu điễn quá trình thu ở trạm mặt đất. Tín hiệu số phát từ vệ tỉnh được thu bởi anten parabolcho ra tín hiệu tần số 950 + 2150 mhz (trung tần IF1) nhờ khối LNB khuếch đại và dịch tần từ băng tần C hay Ku. Tín hiệu này được truyềnbăng cáp đến máy thu. Quá trình trong máy thu về nguyên lý là xử lý ngược lại quá mà bên phát. Tức là giải điều chế số, giải mã tín hiệu, tách kênh tia vận tải MPEG.. được các tín hiệu video, audio tương ứng tuỳ theo yêu cầu thiết bị đầu cuối.
4.3.2. HệThống MCPC.
Những nhà phát chương trình TTV số vệ tỉnh sử dụng một dạng truyền được gọi là đa kênh trên một tần số MCPC để ghép hai hoặc nhiều chương trình. Với MCPC gĩi của dịch vụ chương trình cĩ thể sử dụng cùng truy nhập cĩ điều kiện và hệ thống sửa lỗi tiến FEC, do đĩ tiết kiệm trên tồn bộ băng thơng và tốc độ truyền được yêu câu
Multi
Channel TU, |
Per . TRANSPONDER BANDWIDTH |
Carrier 36 MHz Packer l1 Packer 2 Packer 3 Packer4 |AHđioServicel -
Hình 4-5 : Biểu diễn sự sắp xếp dịch vụ theo thời gian trên một Transponder Hơn nữa, người làm chương trình cĩ thể sắp Xếp dung lượng treo chức năng trong vịng dịng bit số của bất cứ sự ghép kênh truyền nào, vì thế nhiều bit hơn cho
Tính Tốn Truyền Hình VHNASATTI -46 - GVHD:Ths.Irương Ngọc Bảo
chương trình bĩng đá và ít bit hơn cho chương trình bản thơng báo tin tức hay là chương trình giới thiệu.
Hệ thống MCPC sử dụng kỷ thuật truyền là ghép kênh phân chia theo thời gian TDM (Time Division Multilexer). Với TDM nhiều chương trình được sắp xếp ở những khe thời gian khác nhau trong vịng khung thời gian đã được sắp xếp sẵn và được truyền bằng những burst ở tốc độ bit cao. IRD (Integrated Reciever/Decoder) số chọn những gĩi thơng tin về dịch vụ đã được chọn sĩng đề nhận trong khi phớt lờ và loại bỏ tắc cả những gĩi khác đang được truyền trên Transponder. Bằng cách này, mỗi chương trình trong tổ hợp cĩ cơ hội sử dụng tồn bộ băng thơng và cơng suất Transponder. a. Hệ Thống Uplink MCPC TYV-1 Video caa ĐT dâm udio
soal| Code bố¡o. PES„ Uy LỆ S
IF ¬ ï lợi RS Digital TS; ¬ Outer | “]Modulator TV-2 . E Kseoa ODSKS. T TV - 3 5 l Access and