Công nghệ truyền hình di động là công nghệ truyền dữ liệu đa phương tiện di động với các yêu cầu về tương thích với sự đa dạng về kích cỡ màn hình, tiết kiệm
nguồn điện để nâng cao thời gian sử dụng pin và băng thông truyền dẫn,…ngoài ra cần chú ý tới khả năng tương tác qua đường truyền thông khác. Công nghệ cho truyền hình di động bao gồm 2 phương thức truyền quảng bá và truyền đơn tuyến trên các nền mạng truyền dẫn là mạng di động hoặc mạng truyền hình. Do vậy mà công nghệ cho truyền hình khá đa dạng. Đối với mạng di động có thể phân thành 2 hướng là truyền đơn hướng và truyền đa hướng và đối với từng công nghệ của mạng di động ta lại có các công nghệ khác nhau tương ứng với từng phương thức truyền. Đối với mạng truyền hình thì có 2 công nghệ nổi bật là công nghệ truyền hình số cho thiết bị cầm tay DVB-H và công nghệ truyền hình quảng bá đa phương tiện DMB.
Việc truyền dữ liệu của truyền hình di động hầu hết sử dụng công nghệ luồng dữ liệu. Đây là phương thức truyền cho phép nội dung được tải về và chạy thực thi có thể thực hiện đồng thời thay vì phải tải về hết nội dung rồi mới chạy như truyền thống. Việc truyền tải dữ liệu được tiến hành theo 5 bước: tạo và mã hóa nội dung, chuyển đổi khuôn dạng dữ liệu, tạo và cung cấp luồng, truyền tải thông qua mạng, thu nhận và chạy trên máy khách.
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP TRUYỀN DỮ LIỆU IP TRÊN CÔNG NGHỆ TRUYỀN HÌNH SỐ CHO THIẾT BỊ CẦM TAY 2.1. Tổng quan về hệ thống truyền hình số
2.1.1. Khái quát chung
Xu hướng chuyển đổi công nghệ từ tương tự sang số trong lĩnh vực truyền hình ngày càng rõ nét. Với các yêu cầu về công nghệ và thương mại, dự án truyền quảng bá tín hiệu video số, viết tắt là DVB đã bắt đầu hoạt động vào năm 1993 với trên 270 tổ chức từ tất cả các nơi trên thế giới đang hợp tác để phát triển dự án.
Để đáp ứng nhu cầu, dự án DVB đã xây dựng nhiều tiêu chuẩn khác nhau. Một số chuẩn truyền dẫn tiêu biểu như: DVB-S: Tiêu chuẩn truyền hình số qua vệ tinh. DVB-C: Tiêu chuẩn truyền tín hiệu qua cáp, tương thích với DVB-S; DVB-T: Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất, được thiết kế cho các kênh 6, 7, 8 MHz; DVB- H: Tiêu chuẩn truyền hình số cho thiết bị cầm tay di động…
2.1.2. Đặc điểm của hệ thống truyền hình số
2.1.2.1. Đặc điểm chung
Mục tiêu chính đối với tất các các hệ thống của DVB bao gồm: Thứ nhất là cung cấp nội dung thông qua mạng tới thiết bị của khách hàng một cách trong suốt. Thứ hai là sự khai thác thương mại cho sự tiêu thụ nội dung một cách an toàn và hiệu quả. Thứ ba là đa chương trình truyền hình trong một bộ ghép kênh số, dễ dàng thu, phát các chương trình. Thứ tư là giá thành dịch vụ, chương trình phù hợp với khách hàng. Thứ năm là đảm bảo sự phát triển tương thích với các hình ảnh có độ phân giải cao như EDTV, HDTV, nhạy cảm thấp với méo giữa các kênh và tỉ số lỗi bit thấp. Cuối cùng là nó có khả năng hoạt động trong mạng đơn tần hay phạm vi phủ sóng rộng.
Trọng tâm chính công việc của DVB đảm bảo rằng nội dung có thể chuyển tín hiệu số từ những nhà cung qua những mạng “trong nhà, mạng cục bộ hay mạng toàn cầu tới những thiết bị đầu cuối.
Tuy có nhiều tiêu chuẩn DVB cho các ứng dụng dịch vụ khác nhau nhưng tất cả đều có chung một nguyên lý cơ bản của hệ thống DVB, với ba thành phần cơ sở: Mã nguồn ghép kênh MPEG-TS, bộ tương thích đầu ra, bộ tương thích kênh [1].
Hình 2.1: Sơ đồ khối cơ bản cho các hệ thống truyền hình số
Đối với hệ thống DVB, tín hiệu âm thanh và hình ảnh đầu vào được mã hóa theo tiêu chuẩn MPEG-2, giải thuật MP@ML được lựa chọn. Theo một số đánh giá cho thấy bắt đầu từ tín hiệu video nguồn 4:2:2 thì có thể cho ta chất lượng hình ảnh tương đương hệ PAL đạt tốc độ khoảng 6 Mbit/s. Mã hóa tiếng nói theo tiêu chuẩn ISO/MPEG-2 dựa trên giải thuật MUSICAM với tốc độ bit được chọn vào khoảng 23 Kbit/s tới 384 Kbit/s và tốc độ bit điển hình để đạt được một chương trình stereo chất lượng cao xấp xỉ 192 Kbit/s.
Sau khi mã hóa hình ảnh, âm thanh các tín hiệu này được đưa vào bộ ghép kênh. Tác dụng của bộ ghép kênh là khi có nhiều chương trình truyền hình cần truyền trên cùng một kênh thì dữ liệu các chương trình cần được “kết hợp” lại bằng một phương thức nào đó, còn ngay trong một kênh truyền duy nhất thì dòng video, âm thanh, dữ liệu cũng được ghép lại để tạo thành một chương trình.
Các gói MPEG sau khi ra khỏi khối “mã nguồn ghép kênh MPEG-TS” được chuyển tới khối “bộ tương thích đầu ra”. Bộ tương thích đầu ra của các hệ thống DVB cung cấp các tín hiệu ngẫu nhiên và một mức cơ bản cho việc chống lỗi. Các tín hiệu ngẫu nhiên được cài vào bộ tạo dạng phổ và nó dựa trên cơ sở của bộ trộn các tín hiệu giả ngẫu nhiên nhị phân. Các gói 188 byte được ngẫu nhiên hóa, được mã hóa bởi mã đầu ra Reed-Solomon (204,188). Mã này cộng với 16 byte thêm vào
và đưa ra khả năng sửa 8 byte lỗi ngẫu nhiên. Với tỉ số lỗi bit ≈ 2.10-4 ở đầu vào và các lỗi độc lập thì mã Reed-Solomon cho phép đạt mục tiêu chất lượng QEF hay hầu như không có lỗi.
Tín hiệu cuối cùng được đưa tới bộ tương thích kênh, khối này cho phép khai thác một cách hiệu quả dải tần RF với các phương tiện khác nhau bằng việc sử dụng tốc độ symbol cao nhất. Các bộ tương thích kênh cung cấp mã vòng xoắn trong với bộ giải mã Viterbi quyết định bằng phần mềm trừ hệ thống DVB-C, vòng xoắn trong chỉ riêng cho hệ thống DVB-T và bộ phận giải điều chế. Mã trong có độ dài không đổi là 7 hay sẽ có 64 trạng thái lưới và tốc độ ηc có thể chọn trong 5 giá trị 1/2, 2/3, 3/4, 5/6, 7/8 để đạt được dung lượng bit yêu cầu và thuận tiện cho việc chống tạp âm và chống nhiễu. Thực tế các hệ thống DVB-S và DVB-T hoàn toàn mềm dẻo trong việc chọn tốc độ symbol, trong khi hệ thống DVB-T tối ưu hóa với các kênh 8 MHz nhưng cũng có thể dễ dàng chọn tần số 7 MHz hay 6 MHz bằng các tần số lấy mẫu phía thu khu vực lân cận.
2.1.3. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất
DVB-T là tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất chính thức được hiệp hội viễn thông châu Âu công nhận vào năm 1997. DVB-T dùng các kênh VHF/UHF để truyền dẫn tín hiệu số và do truyền trên mặt đất nên ngoài tín hiệu trực tiếp còn có một vài tín hiệu phản xạ đi vào trong máy thu làm cho chất lượng hình bị kém. Vì vậy DVB-T sử dụng kỹ thuật COFDM để chống lại phản xạ nhiều đường phù hợp với vùng dân cư có địa hình phức tạp và có thể thu di động [1].
Với kỹ thuật này có thể chia dòng bit truyền trên một số lượng sóng mang lớn cho nên chu kỳ symbol rất lớn (có thể lên đến 1 ms), mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ M-QAM (4, 16, 32 hay 64 QAM).
2.1.4. Tiêu chuẩn truyền hình số cho thiết bị cầm tay
DVB-H là tiêu chuẩn truyền hình số cho thiết bị cầm tay. Đây là một tiêu chuẩn mới ra đời đem đến khả năng thu nhận tín hiệu truyền hình trực tiếp đối với các thiết bị di động cầm tay hay tạo cơ hội cho việc phục vụ đúng những nhu cầu, sở thích nghe nhìn cá nhân. DVB-H được xây dựng dựa trên tiêu chuẩn DVB-T hay thực chất là chuẩn DVB-T cộng thêm một số chức năng cần thiết để đảm bảo thu tín
hiệu tốt trong môi trường thu sóng của các thiết bị cầm tay. Cả DVB-T và DVB-H cùng sử dụng lớp vật lý giống nhau và cùng dùng máy phát điều chế OFDM.
Để phù hợp yêu cầu của hệ thống DVB-H có thêm một số chức năng so với DVB-T như: phân lát thời gian, MPE-FEC, 4k mode, DVB-TPS.
2.2. Sự ra đời của công nghệ truyền hình số cho các thiết bị cầm tay
Ngày nay, việc sử dụng các thiết bị cầm tay cũng tăng lên rất nhanh. Ngoài ra rất nhiều dịch vụ có sẵn trong điện thoại di động từ những tin nhắn về dạng văn bản đến những dịch vụ internet và thư điện tử. Vì thế, việc đưa truyền hình vào điện thoại di động không là một xu hướng tất yếu.
Việc nhận truyền hình kỹ thuật số trong điện thoại di động đã có ở Mỹ và Nhật, ở Châu Âu một vài công ty đi đầu đã thực hiện công nghệ này. Tính đến nay, có một vài vấn đề đã xuất hiện trong việc truyền tín hiệu truyền hình. Ví dụ, với việc sử dụng những kênh truyền thông tế bào, việc truyền dữ liệu rất tốn kém. Ngược lại, một phương tiện khác để truyền tín hiệu hình ảnh tới những thiết bị đầu cuối di động là nhờ việc truyền quảng bá tín hiệu đó với cùng hệ thống truyền quảng bá hình ảnh số mà được sử dụng cho những tập hợp truyền hình. Tuy nhiên cũng có những vấn đề nẩy sinh từ việc làm này. Việc truyền quảng bá những hình ảnh số tới một thiết bị cố định không giống như tới một thiết bị di động. Một thiết bị cố định đặt ở một nơi riêng lẻ còn một thiết bị di động có thể được định vị ở mọi nơi mặc dù cùng một thời điểm di chuyển và có những giới hạn khác nhau đối với những bộ nhận thông thường. Những thiết bị đầu cuối di động có kích thước màn hình nhỏ, thời gian tồn tại của bộ pin thấp và di chuyển liên tục.
Việc truyền dữ liệu IP đưa ra khả năng gửi nội dung IP trong hệ thống truyền quảng bá để tăng thêm vào khả năng cho truyền hình số. Cũng tương tự như hệ thống truyền truyền hình số nhưng khác nhau ở chỗ, thay vì những kênh được phát trên một đường kết nối sóng vô tuyến tới một lượng khán giả rất lớn thì dữ liệu và tệp sẽ được gửi đi. Việc truyền dữ liệu IP được thiết kế với sự thu nhận khối của các dịch vụ dữ liệu và các tín hiệu truyền dữ liệu IP có thể được nhận nhờ hàng ngàn bộ nhận trong miền bao phủ bởi bộ phát. Nó đối lập với Internet truyền thống, về mặt trực giác ta thấy, nội dung không bị đòi hỏi một cách riêng rẽ nhưng thay vào đó là chúng được truyền quảng bá tới nhiều máy nhận một cách đồng thời. Về mặt lý
thuyết thì, tất cả các nội dung có thể được tải trên mạng Internet cũng có thể được truyền đại chúng. Tuy nhiên rất nhiều dịch vụ IP không được thiết kế để được truyền theo kiểu đơn hướng duy nhất giống như được sử dụng trong giao thức điều khiển truyền tải. Vì thế những dịch vụ này không bao gồm việc truyền quảng bá hay nói cách khác chúng phải được xem xét một cách khác nhau.
2.3. Giới thiệu về giải pháp truyền dữ liệu IP
Truyền dữ liệu IP là một hệ thống truyền quảng bá đầu cuối để truyền bất kỳ một loại nội dung số nào và cung cấp những dịch vụ sử dụng cơ cấu dựa trên IP. Việc truyền dữ liệu IP đã đưa ra một ý kiến về việc truyền hình số, thêm vào đó là hình ảnh số, nội dung của IP có thể được gửi trên hệ thống truyền rộng. Xa hơn, mặc dù DVB-H là một công nghệ đơn hướng, sự tương tác lẫn nhau có thể đạt được nhờ việc sử dụng các kênh truyền thông tế bào giống như GPRS và W-CDMA. Điều này sẽ tạo khả năng mở rộng các dịch vụ di động dựa trên IP. Việc truyền dữ liệu IP đã tạo ra khả năng gửi nội dung IP trong hệ thống truyền quảng bá để bổ sung thêm truyền hình số. Cũng tương tự như hệ thống truyền quảng bá truyền hình số nhưng khác nhau ở chỗ, thay vì những kênh được phát trên một đường kết nối sóng vô tuyến tới một lượng khán giả rất lớn thì dữ liệu và tệp được gửi đi. Việc truyền dữ liệu IP được thiết kế với sự thu nhận khối của các dịch vụ dữ liệu và các tín hiệu truyền dữ liệu IP có thể được nhận nhờ hàng ngàn bộ nhận trong miền bao phủ bởi bộ phát. Nó đối lập với Internet truyền thống, về mặt trực giác ta thấy, nội dung không bị đòi hỏi một cách riêng rẽ nhưng thay vào đó là chúng được truyền quảng bá tới nhiều máy nhận một cách đồng thời (RTT 2004). Về mặt lý thuyết thì, tất cả các nội dung có thể được tải trên mạng Internet cũng có thể được truyền đại chúng. Tuy nhiên rất nhiều dịch vụ IP không được thiết kế để được truyền theo kiểu một hướng duy nhất giống như những cái được sử dụng trong giao thức điều khiển truyền tải. Vì thế những dịch vụ này không bao gồm việc truyền quảng bá hay nói cách khác chúng phải được xem xét một cách khác nhau.
2.4. Những yêu cầu của truyền dữ liệu IP trong DVB-H
2.4.1. Những yêu cầu về kỹ thuật
Các yêu cầu đối với giao thức để truyền nội dung. Thứ nhất là luồng thời gian thực, nghĩa là dữ liệu vẫn được thực hiện trong khi vẫn tiếp tục tải về dữ liệu
khác. Thứ hai là việc phân phối tệp không giống như luồng thời gian thực, tất cả dữ liệu dạng tệp sẽ được download đầu tiên, sau đó sẽ được lưu trữ vào thiết bị đầu cuối trước khi được truy cập bởi những trình ứng dụng. Chú ý là những tệp được phân phối sẽ được mở với những ứng dụng riêng lẻ nhờ việc đối chiếu với loại tệp được phân phối.
Những giao thức phân phối sẽ được dựa trên IP và sẽ được thực hiện cả trong những dịch vụ cung cấp nội dung cũng như trong các thiết bị đầu cuối truyền dữ liệu IP.
2.4.1.1 Những giao thức dựa trên IP cho các luồng thời gian thực
Phương thức phân phát đối với Teletext sẽ cho phép dùng lại một cách tự động và đơn giản và việc tái định dạng trong thời gian thực của những dịch vụ teletext B trong hệ thống ITU-R được mang trong những quá trình truyền DVB đã tồn tại [7].
Hỗ trợ cho việc đặt tiêu đề phụ, được phân phối trên IP, sẽ được định nghĩa. Dạng thức phát cho việc đặt tiêu đề phụ sẽ cho phép việc tái sử dụng đơn giản và tự động, trong thời gian thực việc tái định dạng của việc đặt tiêu đề phụ của teletext B trong hệ thống ITU – R cũng giống như việc đặt tiêu đề phụ trong DVB, được mang trong những quá trình truyền DVB đã tồn tại.
2.4.1.2. Những giao thức dựa trên IP cho việc phân phối tệp
Những yêu cầu cần phải chú ý đối với đặc tính tệp để phân phối. Thứ nhất phải có khả năng phân phối bất kỳ một định dạng tệp nào như mp3, html, exe,... Thứ hai, giao thức phải có khả năng phân phối những tệp cực kỳ nhỏ, kích thước xuống đến một byte và những tệp cực kỳ lớn, kích thước đến một terabyte hoặc lớn hơn.
Những yêu cầu cần phải chú ý đối với cấu trúc phiên phân phối và việc tín hiệu hoá các thông số của tệp. Việc phân phối tệp sẽ được diễn ra theo định dạng của những phiên IPDC, cái này có khả năng phân phối một hoặc nhiều tệp. Phiên phân phối tệp sẽ có một bảng mô tả mà ít nhất phải chứa các thông số: thời gian bắt đầu, thời gian thực thi và nó có thể chiếm một hoặc nhiều dòng IP. Trong một phiên phân phối tệp, một hoặc nhiều tệp có thể được phân phối trên một dòng IP đơn.