I. Tổng quát hệ thống truyền hình cáp Digital:
truyền hình cáp số
Nguyên lý họat động của hệ thống
Theo sơ đồ tổng quát của hệ thống truyền hình cáp số thì tín hiệu được phát đi tại trung tâmvà đi đến thuê bao sẽ là tín hiệu số, Tại trung tâm của hệ
thống tín hiệu sẽ được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau, Các tín hiệu được
máy thu thu nhận sẽ được đưa qua khối nén và mã hóa tại đây tín hiệu sẽ được
chuyển đổi hoàn tòan thành tín hiệu số, Tín hiệu này sau đó sẽ được đưa qua bộ điều chế số để điều chế tín hiệu số thành một tín hiệu hoàn chỉnh, Sau đó tín hiệu
này sẽ được ghép kênh và phát đi trên sợi cáp quang đến node quang, Từ node
quang tín hiệu được khuếch đại và đưa đến thuê bao, Tại thuê bao của truyền
cáp số là có thể kết nối giữa máy tính với máy thu hình và hộp giải mã Set-top- box số và có khả năng truyền trong Internet.
Mạng họat động của hệ thống trên đều dựa trên cơ sở của mạng HFC và được gọi là HFC số, HFC là công nghệ cáp quang lai ghép, sử dụng cấu hình mạng dùng cáp quang và cáp đồng trục, được sử dụng để phân phối lại các dịch
vụ băng rộng, Các dịch vụ băng rộng này bao gồm: điện thọai, đa phương tiện tương tác, truy cập Iternet tốc độ cao, VOD (Video-on demand –video theo yêu cầu) và học từ xa, Các lọai dịch vụ cung cấp cho thuê bao thay đổi giữa các công
ty cáp,
Nhiều công ty truyền hình cáp chính ở Châu Âu, Mỹ và Châu Mỹ La Tinh, Đông Nam Á đã sử dụng HFC số, Các mạng sử dụng công nghệ HFC có đặc trưng: thực hiện một cách lý tưởng các dịch vụ thông tin cho thế hệ mới,
HFC thỏa mãn các yêu cầu về tăng khả năng mở rộng và thực hiện các dịch vụ
phụ mà không cần thay đổi cơ sở hạ tầng,
II .Hệ thống Headend số:
1./ Sơ đồ hệ thống Headend Digital:
Headend là trung tâm thu và phát tín hiệu, Từ đây tín hiệu sẽ được thu
nhận và qua quá trình sử lý sau đó sẽ được phát đi, Khác với Headend Analog là tín hiệu tại trung tâm phát đi là tín hiệu số, Do sử dụng công nghệ mạng HFC
nên hệ thống Headend số vẫn dựa trên cơ sở hạ tầng đã có sẵn chỉ cần đầu tư
`
2./ Chức năng các khối trong hệ thống Headend số:
A./ SIGNAL ACQUISITION: tín hiệu thu
Tín hiệu thu ở đây rất đa dạng,các tín hiệu thu gồm: tín hiệu vệ tinh, truyền
hình số mặt đất, mạng, các đài địa phương…tùy theo từng loại tín hiệu mà ta có các bộ giải điều chế khác nhau bằng cách sử dụng các card rời gắn trên các rack cắm
Đặc điểm:
- Các tín hiệu sau khi thu được sẽ được xử lí và truyền tín hiệu số
trên một băng tần cơ sở ( ASI)
- Yêu cầu đặc trưng của tín hiệu là: linh động, đơn giản, năng lượng thấp và vận hành một cách độc lập
- Chất lượng hiển thị của tín hiệu: cần xử lý tín hiệu một cách đầy đủ và chính xác, tránh lan truyền tín hiệu bị trục trặc,
- Yếu tố dự phòng: có tầm quan trọng đối với các tín hiệu thu được
và nó sẽ tự động backup dữ liệu khi bộ phận trước đó xảy ra sự cố
- Tín hiệu thu từ vệ tinh sẽ được đưa qua bộ giải điều chế QBSK với ngỏ ra
là tín hiệu ASI
- Đặc điểm:
+ tốc độ dữ liệu từ 1 đến 45 Mbaud
+ có thể lựa chọn chế độ tự động hay là thủ công các thông số cần điều chế
+ Hai ngỏ ra ASI với tốc độ lên đến 90 Mbps
+ chức năng hiển thị được cải tiến như: SNR, mức ngỏ vào, BER, không sửa được lỗi.
b./ Thu tín hiệu truyền hình số mặt đất ( card ATLAT II)
-Tín hiệu thu được được đưa qua bộ giải điều chế C-OFDM - Đặc điểm:
+ hổ trợ FFT kích thước 2K và 8K
+ có thể chọn được băng thông 7 MHz hoặc 8MHz + được hỗ trợ băng tần UHF và VHF
+ hai ngõ ra ASI với tốc độ lên đến 31.7 Mbps
+ chế độ hiển thị được cải tiến (MER)
+ giao diện sử dụng đơn giản
* Đặc điểm của card AXIT:
- Có thể gắn nhiều card trên rack của headend số GALAXY ( ít nhất là 3 card)
- Vận hành theo AAAL và PVC
- Giao tiếp với mạng qua luồn STM_1/SONET tốc độ 155 Mbit/s
- Giao tiếp với mạng SDH (E3/DS3)
- Có đến 10 đôi ASI ngỏ vào và ra
- Đặc tả 10base-T để cho các địa chỉ IP củ và để điều khiển
- Có thêm giao diện cho người dùng và máy tính bằng đồ họa là JAVA GUI và SNMP
d./ Tương thích với mạng /SDH/SONET ( card NEON Rx)
- Bộ phận này có chức năng là chuyển tín hiệu E3/DS3 sang ASI và truyền trên 1 đường truyền
- Đặc điểm:
+ Hỗ trợ tín hiệu DS3 hoặc tín hiệu E3 hoặc không cần khung fram + Tuân theo chuẩn ITU-T G703 và G832/G751
+ Hai ngỏ ra ASI để dự phòng
+ Màn hình LCD ở phía trước để điểu khiển trạng thái thông tin cho
chính xác
e./ Thu tín hiệu các đài địa phương: ( card SPECTRA)
- Tín hiệu sẽ được anten Yagi thu nhận và được đưa qua bộ giải điều chế QAM ( điều chế pha)
- Đặc điểm:
+ Tần số RF ở ngỏ vào từ 45 đến 860 MHz
+ Có thể chọn lựa chế độ tự động hay bằng thủ công các thông
số cần điều chế
+ Mở rộng chức năng hiển thị tín hiệu
+ Hai ngỏ ra ASI
+ Hoàn toàn được chế tạo bởi ROSA
B – PROCESSING ( xữ lý tín hiệu)
Tín hiệu sau khi thu được sẽ được đưa qua khối PROCESSING để xử lý.
Gồm các khối: Decrambling, Routing, Remuxing, Processing, Scrambling,
a – DESCRAMING ( phân loại tín hiệu)
- Các tín hiệu sau khi vào khối này sẽ được giải mã để xử lý
- Đặc điểm:
+ phục hồi tín hiệu chỉ xảy ra với tín hiệu là số
+ Sự phục hồi dựa trên chuẩn mở:
Cable- POD và DVB-CI Gắn liền với chuẩn ASI
+ Vận hành một cách độc lập và bạn có thể xoá tín hiệu sau khi hoàn tất công việc truyền.
* CARD Indus MKII Transport Stream Descrambler:
- Ngày nay hầu hết các chương trình đều được mã hóa sử dụng chương trình truy cập hệ thống DVB. Trong nhiều trường hợp các chương trình cần được phân loại để cho việc xử lý được nhanh hơn.
- Indus MKII hoàn toàn dựa trên tiêu chuẩn DVB chẳng hạn như
giao diện chung cho các ứng dụng của CA và ASI để tương thích với nhiều thiết
bị khác. Ngoài ra với giao diện chung thì Indus cho phép vận hành giao diện CA
với các thành phần được lựa chọn một cách dễ dàng, đồng thời cũng không cần
sản xuất hàng loạt các phiên bản khác nhau mà chỉ cần thay thế Module CI và thẻ thông minh ( Smart Card) là đủ.
- Qua giao diện HTML thì ta có thể vận hành hệ thống một cách tổng quát
với các mục có sẵn và một trong những phần Descrambling đã được lựa chọn trước đó. Sauk hi xử lý xong thì ngỏ ra là ASI.
- Indus MKII tương thích với Rack GALAXI và nhiều hệ thống Headend số
khác
b – ROUTING ( định tuyến)
- Là hệ thống chuyển mạch thông minh được sử dụng rộng rãi trong nhiều
lĩnh vực nơi mà điểm nối điểm hay đa điểm nối đa điểm thì con đường dự phòng là rất cần thiết.
- Mục đích chính của phần này là chọn đường đi làm sao khi tín hiệu truyền đi trên đường này bị mất còn có đường khác thay thế thì được gọi là Redundance swiching
- Phương pháp dự phòng được xem là khá quan trọng vì:
+ Tất cả các thiết bị làm việc ở lớp transport nên nhiều chương trình có thể bị mất
+ Sự gián đoạn là nguyên nhân gay mất tín hiệu
+ Mạng số thường cung cấp nhiều dịch vụ hơn như pay-per-view * Card Redus MKII:
- Được tích hợp nhiều dạng chuẩn khác nhau để sử dụng cho nhiều ứng dụng chỉ với 1 card kết nối thì Redus MKII như là một hệ thống khuếch đại
nhỏ với 4 ngỏ ra
- Nó rất phù hợp với Rack GALAXI và được trang bị với hệ thống
quản lý điều khiển bằng Remote qua giao diện ROSA hoặc hệ thống giao diện
Third-party sử dụng SNML. Màn hình LSD ở phía trước cho phép điều khiển
một cách dễ dàng hơn.
c – REMUXING: phân kênh
- Sự chọn lựa và trộn tín hiệu lại với nhau trong 1 luồng truyền
- Dựa trên giao diện chuẩn
+ Giao diện sử dụng để hiển thị và điều khiển là Web và SNMP - Quá trình xử lý đơn giản
+ Phần mềm PSI/SI có thể thực hiện 1 cách tự động ở phía sau
+ Chỉ cần 1 sai phạm nhỏ sẽ hoạt động sai
d – PROCESSING: xử lý
- Xử lý PSI/SI xem như là 1 cách điều chỉnh của tín hiệu
- Thật sự PSI/Si rất phù hợp với đường TS ( Transport Stream)
+ Đa số được thực hiện bởi khối Re-multiplexer
- Mặt khác PSI/SI giúp thông tin không bị gián đoạn vì mỗi 1 luồn TS chứa
thông tin về chương trình
e – SCRAMBLING: xáo trộn
- Chương trình Scrambling xảy ra trong sự thiếu liên lạc với điều kiện truy
cập hệ thống
- Bộ xáo trộn dựa trên tiêu chuẩn mở
+ Nó cho phép nhiều thành phần CA trong hệ thống trộn lại với nhau
giống như luồn TS
+ Giao tiếp với ASi
-Các thiết bị vận hành không tốt cũng giống như 1 bộ trộn đã được cài đặt sẵn
+ Không có đĩa cứng và chỗ thông gió
+ Chương trình xử lý được gắn vào chạy với thời gian thực OS.
C – TRANSMISSION: Truyền tải tín hiệu
- Đưa tất cả các tín hiệu vào 1 chỗ truyền đi với mạng
- Với các kỹ thuật điều chế:
64 & 256 QAM 8VBS &C-OFDM QBSK, 8PSK,16PSK - Tương thích với mạng: + PDH/SDH/SONET DS3/E3 + ATM
+ Địa chỉ IP
- Kỹ thuật nén MPEG
+ Audio/Video + SDI
3./ Nén và mã hóa tín hiệu truyền hình:
Trung tâm của một mạng phát sóng video số bao gồm hệ thống nén, nó
cung cấp chương trình video và audio chất lượng cao cho người xem bằng cách
chỉ sử dụng một phần nhỏ độ rộng băng tần mạng, Mục đích chính của nén là tối
thiểu hóa khả năng lưu trữ và truyền dẫn phát sóng thông tin (ghép nhiều tín hiệu chương trình truyền hình vào một dòng truyền) . Hệ thống nén tín hiệu gồm các
bộ mã hóa số (digital encodes) và các bộ ghép kênh (multiplexers), Các bộ
encodes có nhiệm vụ chuyển đổi tín hiệu tương tự (video/audio) sang dạng số
(digitizing), nén (compressing) và xáo trộn (scrambling) thành một dòng audio, video và dữ liệu (data) khác dưới dạng số có nén, Mã hóa số cho phép truyền
dẫn, phát sóng nhiều chương trình video/audio chất lượng cao qua cùng độ rộng băng tần như một kênh sóng video/audio tương tự (ví dụ 8Mhz ở Việt Nam).
Tín hiệu đã được mã hóa và nén thành một dòng tín hiệu MPEG-2 (Moving Pictures Experts Group: chuẩn nén tín hiệu video/audio của Châu Âu, sử dụng
cho Việt Nam) sẽ được đưa đến bộ ghép kênh, Nhóm chuyên gia MPEG đã định
nghĩa một tặp các tiêu chuẩn nén và định dạng file, bao gồm cả hệ thống đồ họa
video MPEG-2.Tiêu chuẩn nén tín hiệu video số MPEG-2 được chấp nhận ở 190 nước, là tiêu chuẩn nén video số, Có nhiều tiêu chuẩn nén video/audio: MPEG-1, MPEG-2, MPEG-3, MPEG-4, MPEG-5, MPEG-6, MPEG-7, MPEG- J(JAVA),…Tuy nhiên, truyền hình số quảng bá chỉ sử dụng tiêu chuẩn MPEG-2, Chuẩn nén MPEG-1 và MPEG-3 được hợp nhất vào tiêu chuẩn MPEG-2 (máy VCD sử dụng chuẩn nén MPEG-1 còn DVD sử dụng chuẩn nén MPEG-2, do đó DVD đọc được cả đĩa VCD (MPEG-1) va đĩa DVD (MPEG-2),
4./ Kỹ thuật nén ảnh số:
a./ Khái quát về kỹ thuật nén:
Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của máy tính và sự ra đời của Internet thì việc tìm một phương pháp nén ảnh để giảm bớt không gian lưu trữ thông tin và truyền thông tin trên mạng nhanh chóng đang là một yêu cầu cần thiết.
Trong những năm gần đây, có rất nhiều các phương pháp đã và đang được
nghiên cứu rộng rãi để thực hiện nén ảnh, Tất cả đều với một mục đích chung là làm thế nào để biểu diễn một ảnh với ít bit nhất để có thể tối thiểu hóa dung lượng kênh truyền và không gian lưu trữ trong khi vẫn giữ được tính trung thực
của ảnh, Điều này tương đương với việc biểu diễn ảnh có độ tin cậy cao nhất với
tốc độ bit nhỏ nhất,
Tốc độ bit được đo bằng số bit trên một điểm ảnh (pixel). Tốc độ bit đối với ảnh đen trắng khi chưa được nén là 8bit/pixel và đối với ảnh màu là 24bit/pixel, Các kỹ thuật nén hiện nay cho phép dung lượng ảnh được nén giảm 30 đến 50
lần so với ảnh gốc mà ảnh vẫn giữ được độ trung thực cao, Độ trung thực của ảnh được đánh giá dựa trên tiêu chí như lỗi trung bình bình phương (MSE: Mean
Square Error) hoặc tỷ số tín hiệu trên tạp âm (SNR: Signal-to-Noise rotio) giữa ảnh gốc và ảnh nén,
CÁC NGUYÊN TẮC CỦA NÉN ẢNH:
Một tính chất chung nhất của tất cả các ảnh số đó là tương quan giữa
các pixel ở cạnh nhau lớn, điều này dẫn đến dư thừa thông tin để biểu diễn ảnh, Dư thừa thông tin sẽ làm cho việc mã hóa không tối ưu, Do đó công việc cần làm
để nén ảnh là phải tìm được các biểu diễn ảnh với tương quan nhỏ nhất để giảm
thiểu độ dư thừa thông tin của ảnh, Thực tế, có hai kiểu dư thừa thông tin được
phân lọai như sau:
Dư thừa trong miền không gian: tương quan giữa các giá trị pixel của
ảnh, điều này có nghĩa rằng các pixel lân cận của ảnh có giá trị gần giống nhau
(trừ những pixel ở giáp đường biên ảnh) .
Dư thừa trong miền tần số: Tương quan giữa các mặt phẳng màu hoặc dãi
phổ khác nhau,
Trọng tâm của việc nghiên cứu về nén ảnh là tìm cách giảm số bit cần để
biểu diễn ảnh bằng việc lọai bỏ dư thừa trong miền không gian và miền tần số
càng nhiều càng tốt,
CÁC KỸ THUẬT NÉN ẢNH ĐƯỢC SỬ DỤNG:
- Nén ảnh không mất thông tin: với phương pháp này sau khi giải nén ta
khôi phục được chính xác ảnh gốc, Các phương pháp nén này bao gồm mã hóa Huffman, mã hóa thuật tóan …
- Nén ảnh có mất thông tin: ảnh giải nén có một sự sai khác nhỏ so với ảnh gốc, Các phương pháp này bao gồm:
o Lượng tử hóa vô hướng: PCM và DPCM
o Lượng tử hóa vector
o Mã hóa biến đổi: biến đổi cosin rời rạc (DTC), biến đổi Fourier
nhanh (FFT)
o Mã hóa băng con
Ảnh chưa nén Ảnh nén