Hiện nay DVB mới chỉ hỗ trợ phát HDTV qua IP với chuẩn nén MPEG 2. Bản thân MPEG 4 cũng định nghĩa phƣơng thức đóng gói dữ liệu MPEG 4 lên dòng truyền tải IP (đuợc xem nhƣ MPEG 4/part 8), tuy nhiên hiện nay mới dùng để truyền SDTV và các dịch vụ khác.
Hình 3.36: Qua trình thu phát phát HDTV qua IP
Theo chuẩn DVB-IP, các gói TS của MPEG 2 đƣợc đóng gói vào các gói dữ liệu IP. Một gói dữ liệu IP sẽ bao gồm IP header, UDP header (User datagram Protocol), RTP header (Real Time Protocol) và tải chứa nội dung gói TS MPEG 2.
HDTV MPEG2
Một gói IP chứa tối đa 7 payload của gói TS MPEG 2.
Hình 3.37: Cấu trúc gói dữ liệu IP
Hình trên mơ tả q trình xử lý từ phía phát đến phía thu có sử dụng mã sửa lỗi FEC cho HDTV.
CHƢƠNG 4: MỘT SỐ KẾT QUẢ MƠ PHỎNG
4.1.Mơ hình mơ phỏng
Để hiểu hơn những vấn đề lý thuyết đƣợc trình bày trong những chƣơng trƣớc. Trong chƣơng này, chúng ta giới thiệu chƣơng trình mơ phỏng hệ thống HDTV với các chế độ điều chế, tỷ lệ mã sửa sai, khoảng bảo vệ khác nhau.
Việc mơ phỏng hệ thống đƣợc sử dụng chƣơng trình mơ phỏng MATLAB để thực hiện mơ phỏng việc phát sóng HDTV với các chuẩn DVB-T,DVB-T2, DVB-C2. Những mơ hình cơ bản này đƣợc lấy từ Demo-Blocksets- Application Specific Examples, MATLAB & SIMULINK R2009a và đƣợc chỉnh sửa và cải tiến để phù hợp với yêu cầu.
4.1.1.Mơ hình hệ thống DVB-T
Mơ hình DVB-T, mode 2k đƣợc mơ tả nhƣ hình 4.1 .
Hình 4.1: Mơ hình DVB-T, mode 2k
Mơ hình bao gồm các khối chức năng độc lập, mỗi khối đƣợc biểu diễn bởi một hàm m-file.
AWGN Channel.
Hình 4.2: Khối cộng nhiễu Gauss trắng
Tín hiệu lối vào và tín hiệu lối ra có thể là số thực hoặc số phức. Nếu tín hiệu vào là thực thì khối này sẽ cộng nhiễu Gauss thực và tạo ra một tín hiệu thực ở lối ra. Khi tín hiệu lối vào là phức, khối này cộng tín hiệu Gauss
phức và tạo ra một lối ra tín hiệu phức.
Khi sử dụng sự thay đổi mode với lối vào phức, giá trị thay đổi ngang bằng thành phần thực chia cho thành phần ảo của tín hiệu lối vào.
Thơng số có thể thay đổi đƣợc là Initial seed, Mode, Eb/No (dB), Number of bits per symbol, Input signal power (watts), Symbol period (s).
Có thể xác định sự khác nhau của bộ tạo nhiễu bởi kênh AWGN tỷ số tín hiệu trên tạp Eb/N0 và Eb/N0 với tín hiệu lần lƣợt là bít và là symbol, hay tỷ lệ tín trên tạp SNR.
DVB-T sử dụng các khối mã hoá sửa sai RS(204,188) kết hợp với khối mã hố trong Punctured Convolutional Code ( R), trong đó các giá trị tỉ lệ mã R đƣợc sử dụng để mô phỏng là 1/2, 2/3, 3/4.
Hình 4.3: Bộ mã hố Convolutional Code
Khối Mapper của DVB-T sử dụng các điều chế cơ sở QPSK 2K, 16- QAM, 64-QAM. Khối OFDM dùng để mơ phỏng ở chế độ 2k, kích thƣớc IFFT 2048 và 1512 sóng mang có dữ liệu có ích.
4.1.2.Mơ hình hệ thống DVB-T2
Hình 4.4 :Sơ đồ mơ hình hệ thống DVB-T2 mode 32k Convolution Encoder Puncture Function Nrs 2Nrs Nrs N= Rcc
Ngoài các khối cơ bản nhƣ trong DVB-T thì DVB-T2 có thêm các khối BBFRAME, BCH Encoder, LDPC Encoder.
Mã LDPC là một mã khối, tức là một khối dữ liệu đƣợc mã hoá thành một từ mã. Mã LDPC đƣợc xác định bằng một ma trận kiểm tra chẵn lẻ thƣa mật độ thấp. LDPC trong DVB-T2 có 2 loại chiều dài từ mã : 64800 bit và 16200 bit.
4.1.3.Mơ hình hệ thống DVB-S2
Sơ đồ mơ hình mơ phỏng hệ thống DVB-S2 nhƣ hình vẽ 4.5
Hình 4.5: Mơ hình DVB-S2
4.2.Đánh giá một số kết quả mô phỏng
4.2.1.Hệ HDTV sử dụng chuẩn DVB-T
4.2.2.Hệ thống DVB-S2
Hình 4.7 : So sánh sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian sau bộ sửa lỗi LDPC sử dụng QPSK và 8QPSK.
Hình 4.8 : Sự phụ thuộc của BER vào Eb/No trong kênh Gaussian sau bộ sửa lỗi Viterbi sử dụng 4 QAM
Hệ mô phỏng cũng đã chạy với các tỷ lệ mã hố R=2/3, ¾ tƣơng ứng với điều chế 16 QAM, 64 QAM. Kết quả thể hiện khi so sánh hiệu suất giữa các sơ đồ điều chế với cùng một tỉ lệ mã sửa sai ta thấy rằng QPSK tốt hơn so với 16QAM với hệ DVB-T2.
CHƢƠNG 5 : ỨNG DỤNG TRIỂN KHAI HDTV TẠI VIỆT NAM
Truyền hình Việt Nam đã lựa chọn hệ thống tiêu chuẩn DVB cho truyền hình số tại Việt Nam. Hiện nay có 3 đơn vị phát sóng truyền hình số mặt đất:
- Cơng ty VTC: đƣợc phép phát sóng qua vệ tinh theo chuẩn DVB-T, nén MPEG2, MPEG4
- Đài PTTH Bình Dƣơng: phát truyền hình số mặt đất chuẩn DVB-T khu vực Bình Dƣơng và lân cận
- Đài TH TP Hồ Chí Minh: phát thử nghiệm tại khu vực thành phố với 2 đơn vị phát qua cáp (DVB-C) là HTVC, SCTV
Tuy phát nhiều kênh HD nhƣng thực tế mỗi đơn vị chỉ có 1 vài kênh phát FullHD (kênh đƣợc thu bằng camera HD, dựng hình, làm hậu kỳ bằng thiết bị HD, lƣu trữ trên phƣơng tiện hoặc đƣợc thu tín hiệu HDTV từ vệ tinh và phát sóng theo tiêu chuẩn HDTV) còn lại đa phần là sử dụng kênh SDTV sau đó dùng phần mềm hoặc thiết bị phần cứng có tính năng convert để nâng cấp chất lƣợng chuyển đổi sang HDTV. Tại sao phải phát kênh HDTV chuyển đổi vì chi phí sản xuất chƣơng trình HDTV thật tốn kém hơn rất nhiều so với SDTV, phải thay thế hết các thiết bị hiện có camere, dựng hình, hậu kỳ, lƣu trữ... sang chuẩn HD hoặc phải mua bản quyền chƣơng trình HDTV giá thật cao hơn rất nhiều.
Trung tâm Kỹ thuật truyền hình Cáp Việt Nam là đơn vị trực thuộc Đài Truyền hình Việt Nam đã xây dựng đề án truyền hình độ phân giải cao HDTV để đƣa vào phát thử nghiệm. Trong đề án sẽ phát thử nghiệm với 6 kênh phát HDTV trong đó 3 kênh thu từ vệ tinh và 3 kênh chuyển đổi tín hiệu từ SDTV sang HDTV.
Với việc phát các kênh HDTV thì việc thu phát và các chuẩn đƣợc tuân thủ theo chuẩn HDTV đã giới thiệu trong các phần trên.
Với việc chuyển đổi kênh từ SDTV sang HDTV thì phải sử dụng một số kỹ thuật để tăng độ phân giải, nâng cao chất lƣợng hình ảnh nhƣ: kỹ thuật de- interlacing, upconvesion.
5.1.Cơ sở lý thuyết của việc chuyển đổi 5.1.1.Chuyển đổi khn hình 5.1.1.Chuyển đổi khn hình
Hình 5.1a: Mơ tả chuyển đổi khn hình
Việc chuyển đổi định dạng chính là việc cho phép khn hình đƣợc xuất hiện với tỷ lệ nào. Đối với các màn hình LCD thu tín hiệu HD thì có hỗ trợ các giải pháp chuyển đổi khn hình từ SD sang tiêu chuẩn HD.
- Chuyển đổi sang HD vẫn giữ nguyên hình ảnh trong SD và nhƣ vậy hai bên màn hình sẽ có hai dải sọc màu đen. Giải sọc này có thể đƣợc tận dụng để
chèn các dịng quảng cáo.
Kéo dãn hình ảnh lấp đầy khn hình 16:9. Giải pháp này sẽ làm méo hình ảnh.
- Phóng to hình ảnh : giải pháp này sẽ lấp đầy hình ảnh trên khn hình HD tuy nhiên một số hình ảnh ở rìa trong SD sẽ bị mất cảnh.
Full Phóng to Full Phóng to Nén hình Chế độ hiển thị 16 x 9 Chế độ hiển thị 4 x 3 Nén hình dãn hình Co hình (j) (d) (b) (a) 4 3 (e) (f) (g) (i) (h) 16 9 (c) Video Transmissi on Format
Hình 5.1 b,c,d: Màn hình tivi khi chuyển đổi khn hình SD sang HD
5.1.2.Kỹ thuật De-interlacing [6]
Là một kĩ thuật quan trọng sử dụng trong miền không gian để tăng số dòng quét trong một mành quét.
Hình 5.2: Minh họa quá trình De-Interlacing
Để tăng số điểm ảnh ngƣời ta sử dụng thuật toán nội suy các điểm ảnh mới bằng các điểm ảnh đã có.
Điểm ảnh đƣợc nội suy sẽ là sự tổng hợp các điểm ảnh lân cận của các trƣờng ảnh (field) kế tiếp nhau. Có thể mơ tả bằng thuật tốn nhƣ sau:
Định nghĩa: Chuỗi tín hiệu video số đƣợc quét liên tục là một mảng dữ liệu 3 chiều bao gồm trục ngang, dọc và trục thời gian. Ta coi là hàm Fp [x; y; n] với x : trục ngang, y: trục đứng và n là số trƣờng. Một điểm ảnh sẽ đƣợc biểu
diễn bằng cơng thức sau:
Thuật tốn cho thấy chỉ có những dịng chẵn đƣợc quét trong các mành chẵn và các dòng lẻ đƣợc quét trong các dịng lẻ. Để tìm ra phần thiếu của các trƣờng ảnh ngƣời ta áp dụng công thức :
là điểm ảnh còn thiếu trong một trƣờng ảnh ( chẵn, hoặc lẻ) mà cần phải tìm.
Có hai phƣơng pháp cơ bản đƣợc áp dụng để tìm ra phần bù còn thiếu là kĩ thuật interframe và Intraframe
- Interframe hay Lọc không gian: là kỹ thuật khôi phục lai chế độ quét liên ục bằng phƣơng pháp nội suy điểm ảnh trong từ các điểm ảnh trong một khung.Công thức dƣới đây biểu diễn chế kỹ thuật Interframe :
Hoặc có thể nội suy điểm ảnh từ 2 điểm ảnh kế cận
Hình ảnh biểu diễn
- Intraframe là kỹ thuật lọc trong miền thời gian cho phép nội suy
điểm ảnh từ nhiều các trƣờng liên tiếp.
Hình ảnh biểu diễn :
Nhƣ vậy với các giải pháp này cho phép khơi phục lai số dịng qt trong một trƣờng ảnh và nhƣ vậy hình ảnh sẽ đƣợc quét với chế độ liên tục. Đồng thời cho phép tăng số dòng quét trong một khung ảnh.
5.1.3.Kỹ thuật upconvesion [6]
Đây là kỹ thuật cho phép nội suy khung ảnh và loại bỏ một số hiệu ứng xấu để tăng chất lƣợng hình ảnh. Hình dƣới đây biểu diễn kỹ thuật upconversion
Hình 5.4: Kỹ thuật upconversion
Để đảm bảo chất lƣợng hinh ảnh khi tăng tốc độ truyền khung, loại bỏ hiện tƣợng ảnh nhấp nháy và nhoè ảnh ngƣời ta áp dụng kỹ thuật liên khung và bù chuyển động. Dƣới đây là hình ảnh biểu diễn kỹ thuật liên khung bù chuyển động.
c,
Hình 5.5: Kỹ thuật liên khung bù chuyển động
Kết quả của kỹ thuật này cho phép thu đƣợc hình ảnh sắc nét
5.2.Tiêu chuẩn cơng nghệ và lựa chọn thiết bị cho hệ thống
Hình sau mơ tả sơ đồ đấu nối thiết bị của đề án phát hệ thống HDTV tại Truyền hình Cáp Việt Nam.
16X16 HD SDI ROUT ER HỆ THỐNG HD TRÊN MẠNG TH CÁP ` switch MPEG-4 Encoder MPEG-4 Encoder MPEG-4 Encoder MPEG-4 Encoder MPEG-4 Encoder MPEG-4 Encoder MODULATOR DVB -C HD - Receiver DVB -S CA Audio Video As Require Server phát sóng HD Source
HD Monitor controllerSystem
Monitor Controller system switch VCTV HD TV Settop box Chuyển mạch phát sóng HD CG MPEG4(ASI) MPEG4(ASI) AV AV AV AV VTR Upconverter Upconverter Upconverter Upconverter Mux/ scram bler COMBINER X 6 switch VTV HD HD HD HD ADC Component SDI ADC Component SDI
5.2.1.Các yếu tố phải đáp ứng của hệ thống truyền hình cáp
Để đảm bảo chất lƣợng kỹ thuật các nguồn tín hiệu truyền dẫn trên mạng cáp cũng nhƣ để thống nhất về tiêu chuẩn kỹ thuật của hệ thống HFC, các tiêu chuẩn kỹ thuật cần đáp ứng là:
- Dải tần 5 862MHz:
+ 5 65 MHz: Truyền từ thuê bao về trung tâm (Return Path).
+ 87 550 MHz: Truyền dẫn tín hiệu tƣơng tự từ trung tâm tới thuê bao. + 550 862 MHz: Truyền dẫn tín hiệu số từ trung tâm tới thuê bao. - Tiêu chuẩn TH tƣơng tự:
+ Hệ truyền hình màu PAL-B/G, băng tần 7/8MHz, hệ tiếng 5,5MHz.
+Mức tín hiệu tại đầu cuối: 5 dBmV 20 dBmV. + Tỷ số tín hiệu/ tạp nhiễu C/N 45 dB.
- Tiêu chuẩn TH số DVB:
+ Tốc độ dịng bít mỗi chƣơng trình 2 5 Mbps.
+ Điều chế tín hiệu: 64QAM
+Mức tín hiệu tại đầu cuối: -15 dBmV 5 dBmV. + Tỷ số tín hiệu/ tạp nhiễu C/N 35 dB.
5.2.2.Dây truyền công nghệ và lựa chọn thiết bị
5.2.2.1.Hệ thống thu tín hiệu từ vệ tinh
2 kênh chƣơng trình HDTV (phim truyện, thể thao..) sẽ đƣợc thu trực tiếp từ tín hiệu vệ tinh bao gồm chảo thu Parabol và đầu thu HDTV.
Trong u cầu hệ thống có 2 kênh chƣơng trình thu từ vệ tinh, một số tiêu chí cơ bản để lựa chọn đầu thu nhƣ sau :
- Bộ thu tín hiệu vệ tinh hỗ trợ chuẩn DVB –S và DVB – S2. - Bộ nhớ kênh (Channel memory) : > 4500.
- Tốc độ thu dữ liệu cho phép (Symbol rate ) : 1- 50 Ms/sec . - Các định dạng hỗ trợ : 1080i, 720p, 576p. - Dải tần L-Band (L-Band Frequency Range.) : 0.9400 to 1.7500 GHz. - Nguồn điện nuôi (Power supply) : 90-250 VAC, 50/60 Hz . - Tốc độ dữ liệu ra : 108 Mb/s.
- Hỗ trợ tiêu chuẩn nén MPEG-4 AVC/H.264 HP@L4 , MPEG-2 MP@HL. - Hỗ trợ Video Output : High Definition Serial Digital Interface (HD-SDI) Standard.
- HDMI output.
- Audio/video outputs 3 x RCA . - YUV output 3x RCA.
- S-Video.
- Điều chế UHF (UHF modulator) .
- Tín hiệu âm thanh số đầu ra : Dolby Digital™ AC-3™ 2.0 - EPG .
- C/Ku band compatible.
- Giao diện thân thiện, dễ sử dụng. - Kích thƣớc nhỏ gọn.
Hình 5.6: Hệ thống thu tín hiệu
5.2.2.2.Bộ chuyển đổi ADC
Trong hệ thống có kênh VTV1, VTV3 vẫn đang sử dụng tín hiệu Analog nên thiết bị chuyển đổi ADC dùng để chuyển tín hiệu analog sang digital trƣớc khi đƣa tín hiệu kênh này vào bộ Upconverter
Thiết bị chuyển đổi ADC làm nhiệm vụ chuyển đổi từ tín hiệu component analog từ VTR sang tín hiệu SDI trƣớc khi đƣợc ingest vào server phát sóng, thiết bị sẽ làm tăng chất lƣợng kênh .
Một số tiêu chuẩn để lựa chọn bộ chuyển đổi nhƣ sau : Tiêu chuẩn cho tín hiệu video tƣơng tự đầu vào :
Analogue input
- Standards Composite, YC & YUV component 525 or 625
- Chấp nhận tín hiệu tƣơng tự theo các tiêu chuẩn NTSC , PAL and SECAM
- Loại Connector BNC
- Return loss >36dB tại 5.5MHz
Performance
- Sai lệch Gain (Differential gain) <0.4%. - Sai pha (Differential phase) <1.5o . - Độ trễ (Delay) <10ns.
- Số bit mã hóa (Quantization) : 10-bit.
SDI outputs
- Trở kháng : 75Ω - Loại Connector BNC
- Tiêu chuẩn tín hiệu ra : SMPTE 259M 270Mb/s 525 hoặc 625
5.2.2.3.Bộ chuyển đổi tín hiệu SDTV sang HDTV
Việc chuyển đổi đinh dạng cho phép tăng số dòng quét ảnh (từ tiêu chuẩn 480 dòng của SD sang 720P, hoặc 1080i của HDTV). Với các thuật tốn thơng minh (nhƣ một số thuật toán đã đƣợc giới thiệu trong phần cơ sở lý thuyết) đƣợc sử dụng sẽ nâng cao chất lƣợng hình ảnh. Song song với việc chuyển đổi tín hiệu video thì các bộ chuyển đổi cũng đồng thời chuyển đổi tín hiệu âm thanh stereo sang âm thanh vịng dobly 5.1. Dịng tín hiệu sau khi chuyển đổi sẽ cho định dạng HDTV.
Hình 5.7: Sơ đồ khối chức năng của một bộ Upconverter
Việc lựa chọn bộ upconverter là rất quan trọng vì nó quyết định chất lƣợng hình ảnh của các kênh chuyển đổi. Một số yêu cầu đối với các bộ upconverter nhƣ sau:
- Tín hiệu đầu vào :SDI SMPTE 259M-C (270Mbps), SMPTE 272M with active loop-through
- Tín hiệu đầu ra : SMPTE 292M (1.485,1.485/1.001 Gbps), SMPTE 299M - Hỗ trợ cả ba phƣơng pháp chuyển đổi khung ảnh.
5.2.2.4.Bộ mã hóa MPEG
Chuẩn nén đƣợc lựa chọn là tiêu chuẩn MPEG4 AVC/H.264 High Profile@Level 4.0.
Do vậy bộ mã hố phải đảm bảo mã hóa MPEG4 với tỉ lệ nén cao và chất lƣợng không suy giảm nhiều đã đƣợc hiệp hội Motion Picture Expert Group đề xuất và đƣợc nhiều nhà sản xuất thiết bị trên thế giới cơng nhận và ủng hộ, tín hiệu sau khi qua bộ mã hóa này có thể đạt đến tốc độ rất thấp 8-10Mb/s
Lựa chọn cấu hình thiết bị nén đảm bảo các chỉ tiêu: Đặc điểm thiết bị:
-MPEG 4 Main/ Hight Profile