I. Tổng quát hệ thống truyền hình cáp Digital:
Nhóm hình GOP (Group Of Picture):
MPEG đạt hiệu quả nén cao, chủ yếu nhờ lọai bỏ dư thừa thời gian tức nén
liên hình (inter frame), bằng cách không truyền lặp lại phần giống nhau của hình sau so với hình trước, Nói cách khác la chỉ truyền những cho đa khác đi (các chổ đã dịch chuyển) của hình sau so với hình trước,
Có 3 lọai hình được MPEG truyền đi:
Hình I (Intra frame): cứ sau một thời gian nhất định, lại truyền đi một
hình đầy đủ gọi là hình I, Nói cách khác, I là hình được nén nội hình và truyền đi đây đủ,
Hình P (Prediction frame) : được suy ra từ hình I trước đó, tức suy ra
từ chiều thời gian phía trước, Nói rõ hơn, trong thời gian của hình P, chỉ
truyền thông tin khác nhau của nó so với hình I trước nó mà thôi,
Hình B (B- Directional frame) : được suy ra từ cả hình I (hoặc P) trước
và sau nó, tức là suy ra từ cả hai chiều thời gian, Nói rõ hơn, trong thời
gian của hình B, truyền đi các chỗ khác nhau giữa nó với hình I (hoặc P) trước nó,hoặc hình P (hay I) sau nó, hoặc cả hai, tùy theo kết quả dò tìm dịch chuyển,
Số hình có trong khỏang từ một hình I đến hình I kế tiếp gọi là một
nhóm hình, hay một GOP, Tính chất của GOP ký hiệu bởi NM, N là số hình tổng
cộng của nhóm, M là số hình có từ một hình P đến hình P kế tiếp, MPEG cho
phép tùy chọn nhóm hình, GOP nhỏ hay N nhỏ, số hình I có nhiều, hay sẽ không nén được nhiều, Như vậy, với đường truyền có bit rate cho trước không đổi, với
số hình / giây đã cố định theo chuẩn, GOP nhỏ có nghĩa là hình truyền đi sẽ kém
chất lượng, Ngược lại, GOP lớn hay N lớn, nén được nhiều hơn giúp hình truyền đi chất lượng hơn, nhưng lại gây khó khăn cho các bộ dựng (phải giải nén ra
từng hình đầy đủ rồi mới nối, chèn vào các chổ cần nối) , M lớn còn đòi hỏi
5./ Điều chế tín hiệu số:
Dòng tín hiệu số video/audio sau bộ ghép kênh chỉ có 2 trạng thái giá trị
là 0 và 1.Tín hiệu số sẽ đi qua khối điều chế trước khi phát sóng, Khi tín hiệu đi
qua quá trình điều chế, thì một số trạng thái sẽ được cộng lại, làm tăng tốc độ
truyền dữ liệu, Có 3 lọai điều chế số chính dùng cho truyền hình là: QAM (Quadrature Amplitude Modulation) , QPSK (Quadrature Phase Shift Keying), COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Trong truyền
hình cáp ta sử dụng hai dạng điều chế là QAM và QPSK,
a./ Điều chế QAM:
Kỹ thuật điều chế QAM cho phép truyền tín hiệu số với tốc độ cao trong
một băng tần hẹp, nó có thể đạt tốc độ truyền đến 40Mbit/s và có tính miễn
nhiễu tốt đối với các kênh khác nhau cùng truyền chung trên một đường truyền, Thông thường ta có các Mode điều chế: 16,32,64,128 hoặc 256 – QAM, được
biểu diễn trong sơ đồ chòm sao (sơ đồ chòm sao tượng trưng cho tín hiệu truyền
trong hệ thống cáp), Mode điều chế thấp có tính miễn nhiễu rất cao (thông thường dùng mode 16-QAM), Ngược lại, mode điều chế cao (mode 256-QAM) rất dễ bị nhiễu nên việc giải mã tín hiệu bên thu không ổn định,
Sơ đồ chòm sao của mode điều chế 16-QAM được biểu diễn trong hỉnh sau, Các điểm trên chòm sao thuộc góc phần tư thứ nhất sẽ được chuyển sang
góc phần tư thứ hai, thứ ba, thứ tư bằng cách thay đổi 2 bit có trọng số cao nhất
MSB (có nghĩa là Ik và Qk) và quay bit có trọng số thấp nhất LSB theo quy tắc
cho bởi bảng sau:
Góc phần tư MSB Xoay LSB 1 00 2 10 /2 3 11 4 01 3/2 16 – QAM Q Qk Ik = 10 QkIk= 00 1011 1001 0010 0011 1010 1000 0000 0001
I
1101 1100 0100 0110
1111 1110 0101 0111
QkIk= 11 QkIk= 01
Sơ đồ chòm sao của 16-QAM
Việc xác định mode QAM nào được sử dụng được căn cứ vào tình hình cụ thể và tùy mỗi quốc gia, Ví dụ nơi cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode cao (64-QAM, 256-QAM), nhưng lúc đó đòi hỏi thiết bị phài có chất lượng cao và độ dài đường truyền thích hợp, Nơi không cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode thấp để có độ tin cậy cao và tiết kiệm giá
thành,
Kết luận:
Việc điều chế QAM cho truyền hình số qua cáp có nhiều ưu điểm:
Với mode điều chế QAM thấp, đường truyền số qua cáp có tính kháng
nhiễu cao.Nhiễu đường truyền hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu
khi giải mã (mode điều chế có thể dùng là 16-QAM).
Tín hiệu giải mã ở phía thu chỉ có hai mức: giải mã được (chất lượng hình
ảnh tốt) và không giải mã được (hình ảnh lúc giải mã lúc được lúc không, dừng
hình) , Hay nói cách khác: hoặc thu được rất rõ hoặc không thu được,
Việc khuếch đại tín hiệu số điều chế QAM cần được quan tâm, vì đây là tác
nhân chính gây nên lỗi đường truyền, Tín hiệu số điều chế QAM sau khi khuếch đại phải được xử lý sao cho triệt được nhiễu xảy ra, Phải lọai bỏ nhiễu sinh ra
trong quá trình khuếch đại, nếu không máy thu sẽ không giải mã được tín hiệu,
Các kênh số có thể ghép kề nhau (mà không tác động lẫn nhau), Đối với kênh tương tự khi ghép với kênh số điều chế QAM cần chú ý đến chồng phổ
trong sóng mang hình và sóng mang tiếng,
Tín hiệu điều chế số QAM truyền đi trên hệ thống phân phối bị suy hao,
Tuy nhiên, nếu mức khuếch đại vừa đủ thì tín hiệu điều chế QAM vẫn được giải
mã tốt,
Có thể sử dụng hệ thống phân phối cáp cho truyền hình tương tự để phân
phối kênh truyền số điều chế QAM.
Đối với một hệ thống truyền hình cáp thực tế, mạng phân phối thường dùng là mạng HFC, Các kênh tương tự và kênh số truyền chung trên một hệ thống
phân phối, Để không xảy ra sự chồng phổ của các kênh kề nhau (dù là kênh
tương tự hay kênh số) . Các tín hiệu sau khi được khuếch đại ở máy phát cần chú
trọng đến việc xử lý nhiễu, Sau đó, có thể ghép các kênh tương tự và kênh số rồi
truyền đi trên cáp quang.Khi ghép nên thực hiện như sau:
+ Các kênh số ghép ở băng tầng cao, các kênh tương tự ghép ở băng tầng thấp hơn do kênh số có tính kháng nhiễu tốt,
b./ Điều chế QPSK:
QPSK là kỹ thuật điều chế số có khả năng chống nhiễu điện từ trường
tốt hơn QAM, thường được sử dụng trong môi trường vệ tinh hoặc kênh phản
hồi (kênh ngược) của mạng truyền hình cáp, QPSK làm việc dựa trên nguyên lý dịch tín hiệu số để không có pha trong tín hiệu ra, QPSK làm tăng độ mạnh của
mạng, Tuy nhiên sơ đồ điều chế QPSK có thể truyền dữ liệu tại 10Mbit/s,
6./ Hệ thống quản lý mạng:
Trung tâm phát sóng bao gồm nhiều thành phần phức tạp, Để cung cấp
nhiều dịch vụ, các vấn đề mạng cần được phát triển nhanh chóng và giải quyết
các vấn đề điều khiển và kiểm tra các dịch vụ cung cấp cho thuê bao, Hệ thống
kiểm tra và điều khiển mạng được đặt tại các trung tâm phát sóng, Mục đích
chính của một hệ thống như vậy là tối thiểu hóa sự gián đọan các dịch vụ đối với
thuê bao truyền hình số, Hệ thống quản lý mạng sẽ quản lý các kênh truyền hình cung cấp cho thuê bao, Tại các trung tâm truyền hình cáp đây là hệ thống có vai
trò đặc biệt quang trọng, nó cho phép hay không cho phép thuê bao xem các kêng truyền hình, Đặc trưng của một hệ thống điều khiển Headend số tiêu biểu
bao gồm:
Kiểm tra khả năng các thiết bị
Tập hợp thống kê
Thông báo và báo động về các vấn đề thống kê Dự báo từ xa
Hịện nay các hệ thống này chạy trên các hệ điều hành WindowsNT hoặc UNIX,
III.Hệ thống truy cập có điều kiện CA:
Ngày nay, các nhà điều hành, sản xuất chương trình và phát sóng truyền hình có thể trực tiếp tương tác với người xem ở nhiều mức độ khác nhau,
cung cấp một số lượng lớn chương trình để lựa chọn, Mục tiêu chính của hệ
thống truy cập có điều kiện CA là điều khiển sự truy cập của thuê bao đối với
truyền hình số có trả tiền và bảo mật các dòng video/audio số đối với nhà quản
lý và điều hành, Như vậy, chỉ các thuê bao có hệ thống CA mới liên lạc có hiệu
quả với nhà điều hành mạng để truy cập vào dịch vụ cụ thể, Sử dụng các hệ
thống CA các nhà điều hành mạng có thể trực tiếp lập trình (target programming),quảng cáo, khuyến khích cho thuê bao trong khu vực (thị trường) hoặc cho cá nhân, Do đó hệ thống CA là hướng quang trọng của truyền hình số,
Truy cập giới hạn vào một dịch vụ cụ thể được thực hiện bằng cách
dùng kỹ thuật mật mã (cryptography).Kỹ thuật mật mã bảo vệ dịch vụ số bằng
cách biến đổi tín hiệu thành một dạng không đọc được. Quá trình biến đổi được
môi trường tương tự, Khi tín hiệu được khóa mã (encrypted) thì chỉ có thể giải
khóa mã (decrypted) bằng bộ giải khóa mã gắn vào Set-top-box số, Giải khóa mã là quá trình biến đổi ngược tín hiệu (message) về dạng gốc thông qua khóa mã
(decryption), Khóa (key) được hiểu như là một giá trị mật mã (secret), bao gồm
một vòng bit ngẫu nhiên (sử dụng máy tính cùng các thuật tóan để khóa mã và giải khóa mã thông tin) .
Set-top-box kêt hợp phần cứng và phần mềm cần thiết để thu nhận và giải mã tín hiệu, Các thành phần này được thiết kế gồm 1 chip giải khóa mã và khóa mã, 1 bộ xử lý bảo mật (secure processor) và một vài bộ điều khiển phần
cứng (hardware driver) thích hợp, Chip giải khóa mã và khóa mã đảm bảo chọn
giải thuật CA, Bộ xử lý bảo mật có thể gắn vào mạch in trong Set-top-box hoặc
kèm theo card giải khóa mã (smart card-card giải khóa mã, còn gọi là card thông minh) . Card thông tin là card plastic, giống như thẻ tín dụng ngân hàng (credit card), Bộ xử lý này gồm các khóa (key)cần cho giải mã các dịch vụ khác nhau,
Ngoài ra để mã hóa các dịch vụ số, CA phải giao diện với các hệ thống
con SMS, SAS,
a./ Hệ thống SMS:
SMS (Subscriber Management System) là hệ thống quản lý thuê bao, cần để làm giao diện các hệ thống kỹ thuật của các nhà điều hành truyền hình, SMS cung cấp các hỗ trợ cần thiết để quản lý chíng xác mô hình truyền hình số thương mại, Nó thực hiện cơ sở dữ liệu của thuê bao và gởi các yêu cầu của thuê bao cho hệ thống SAS (Subscruber Authorization System – là hệ thống quản lý
kỹ thuật của hệ thống CA). Chức năng đặc trưng của SMS được cung cấp bằng
một hệ thống ứng dụng phần mềm SMS, bao gồm:
Ghi dịch (register), cải biên và xóa các cuộc ghi của thuê bao Phấn đấu cho các chiến dịch thị trường
Quản lý, kiểm kê các Set-top-box và card thông minh Theo dõi việc sử dụng của thuê bao
Bán chéo (cross-selling) các dịch vụ
Giao diện với ngân hàng và các công ty thẻ tính dụng
Quản lý sự cố
Có khả năng dùng nhiều lọai ngôn ngữ và nhiều lọai tiền tệ
Sửa và tạo dạng hóa đơn
Trình bày hóa đơn điện tử
Các khả năng tính tóan
Nhiều phần mềm trên thị trường có khả năng hổ trợ làm tăng dịch vụ tương tác cho thuê bao, Mục đích chính của SMS là bảo đảm thuê bao xem được đúng chương trình mà họ trả tiền,
b./ Hệ thống SAS:
SAS (Subscriber AUthorization System) là hệ thống quyền tác giả đối
(Entitlement Management Message –bức điện quản lý quyền truy cập) , Tiếp đến, các bức điện quyền tác giả EMM này được ghép kênh số (digital multiplex) để đến card thông minh SC (smart card) đặt ở Set-top-box. Chúng được gởi đến
thuê bao theo các khỏang thời gian đều đặn (ví dụ mỗi tháng) để cập nhật quyền
truy cập cho thuê bao trên SC, Trong trường hợp dùng PPV(pay-per-view), hệ
thống SAS gửi một số dấu hiệu điện tử nhất định (tokens) cho SC để cho phép
thuê bao trả tiền cho các sự kiện PPV khác nhau, SAS chứa cơ sở dữ liệu, có khả năng lưu trữ các thông tin sau:
Thông tin về sản phẩm pay-TV
Dữ liệu hỗ trợ hướng dẫn truyền hình bằng điện tử (EPG)
Số nhận dạng SC
Dữ liệu danh mục (schedule)
Ngoài ra, có thể nâng cao việc bảo mật SAS bằng cách thay đổi theo chu kỳ
các khóa quyền tác giả truyền đến cơ sở thuê bao
Sau đây là một số hệ thống CA thường gặp:
Cryptoworks của Phillips
Viacess của France Telecom
Nagra của Nagra Vision
VideoGuard của NDS
Digicipher của General Instruments
Iredeto của Mindport
IV.Set-top-box số :
Truyền hình số và các dịch vụ tương tác được phát triển ở nhiều nước,
Trong quá trình chuyển dịch lên truyền hình số (khỏang 10 năm nay), các nhà khai thác truyền hình vẫn tiếp tục phát sóng tín hiệu truyền hình tương tự song
song với truyền hình số mới, Trung tâm của việc chuyển dịch từ thu truyền hình
tương tự lên thu truyền hình số là Set-top-box, Hộp đen nhỏ đặt trên máy thu hình tiêu chuẩn cho phép thu truyền hình số, Set-top-box số có thể cung cấp chất lượng hình ảnh tốt hơn nhiều so với hệ thống truyền hình tương tự hiện nay, Từ
nhà ở, ta có thể xem truyền hình, truy cập Internet, gửi/nhận E-mail cho bạn bè
đồng nghiệp, mua hàng,chơi game đa phương tiện, …
Set-top-box thế hệ 1 chỉ có khả năng thu tín hiệu hình và không khóa mã (unsrambling-không xáo trộn hoặc không khóa mã) , Các phiên bản mới của Set- top-box có nhiều đặc trưng hiện đại hơn, cho phép người xem truy cập một số lượng hạn chế các dịch vụ tương tác, Set-top-box thế hệ thứ 2 giống với bản sao
thế hệ thứ 1 nhưng cho phép thuê bao truy cập được các dịch vụ truyền hình số,
Set-top-box thế hệ thứ 2thực hiện giải mã MPEG, có một CPU (đơn vị điều
khiển trung tâm) , một số lượng nhỏ bộ nhớ (1Mbyte), 1 kênh truyền ngược tín
hiệu tốc độ thấp (như modem điện thọai) và phần hỗ trợ có hạn chế cho nối kết
Set-top-box vào các thiết bị ở xa,
Vào năm 2000,xấp xỉ 8 triệu set-top-box thế hệ 2 được sử dụng ở Châu Âu,
Mỹ, Ngoài việc thu tín hiệu truyền hình số, hầu hết các set-top-box còn có khả năng thu và xử lý tín hiệu truyền hình, Những thuê bao muốn sử dụng máy thu
hình để truy cập các ứng dụng tương tác đa phương tiện, thì đòi hỏi set-top-box phải có khả năng tính tóan hiện đại,
Cuối 1998 đã xuất hiện một thế hệ set-top-box mới, Set-top-box thế hệ mới
này (thế hệ 3) có khả năng tương tác đầy đủ, sử dụng một số các tính năng giống
máy tính PC, bao gồm các giao diện dữ liệu tốc độ cao (đặc biệt là bộ nhớ) ,
CPU mạnh, kênh truyền ngược tốc độ cao và có khả năng sử lý các nội dung dựa trên cơ sở đa phương tiện (multimedia), Các set-top-box thế hệ thứ 3 cho phép
người xem truyền hình truy cập các ứng dụng về Internet và truyền hình , bao gồm: thư truyền hình (TV-mail), VOD (video-on-demand: video theo yêu cầu) ,
home shopping (mua hàng từ nhà) , quảng cáo tương tác (interactive adversiting:
quảng cáo tương tác, trong đó người xem có thể yêu cầu hoặc chất vấn trực tiếp
lại) ,trò chơi điện tử với nhiều người chơi, các hướng dẫn chương trình điện tử
EPG, Việc triển khai thực tế lọai set-top-box này còn nhiều trở ngại do giá thành của nó rất cao nên chưa được phổ biến rộng rãi,
I./ Internet trong truyền hình cáp :
Internet là một tập hợp đồ sộ các mạng công cộng và các cá nhân, nối
kết hàng triệu công ty, viện nghiên cứu, thư viện, và các chương trình tác vụ cá
nhân trên thế giới, Nó cho phép một phạm vi nhiều lọai người sử dụng máy tính
khác nhau nối kết với nhau theo các mục đích: kinh doanh, đào tạo, nghiên cứu và giải trí, internet không tổ chức tập trung và không có 1 người hoặc 1 tổ chức nào sở hữu riêng internet,
Truyền hình cáp được đưa vào internet là một bước phát triển vựơt bực
trong truyền hình , Nó đáp ứng được nhu cầu ngày càng cao của người sử dụng