a. Mô tả phần mềm của đầu thu số
5.2 Xu hướng phát triển DVB-T ở Việt Nam
Công nghệ kỹ thuật phát số nói chung, phát hình số bằng các máy phát trên mặt đất nói riêng, đã và đang phát triển mạnh trên nhiều nước. Trong các hộ phát hình số mặt đất, hệ Châu Âu DVB-T tỏ ra có nhiều ưu điểm. Ngày 26/3/2001 Đài Truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn hệ DVB-T cho phát số mặt đất.
Hiện nay đã xuất hiện không ít hãng sản xuất máy phát hình số theo hệ DVB-T. Nhưng hai tiêu chí cốt lõi nhất là chất lượng của bộ điều chế DVB-T và độ tuyến tính của bộ bội tần, của bộ khuếch đại cao tần, thì mỗi hãng đều phấn đấu đạt với cách giải quyết khác nhau. Hơn nữa, có những phần trong máy phát hình số được phát triển từ các phần của máy phát hình tương tự. Có nhiều hãng nghiên cứu thiết kế giải pháp sửa tuyến tính ngay từ đầu nhằm đạt hiệu quả tối đa cho phát số. Thậm chí có hãng sử dụng phương pháp tự động điều chỉnh theo những đặc tính thống kê của nhóm các chương trình cần phát sóng. Nói chung, cách giải quyết rất đa dạng phong phú và kết quả đạt được của mỗi hãng rất khác nhau. Việc tìm hiểu, nghiên cứu thử nghiệm và tiến tới chủ độns trong việc chuyển đổi máy phát tương tự sang phát số và sản xuất các máy phát hình số theo tiêu chuẩn DVB-T là mục tiêu phấn đấu của các cán bộ kỹ thuật phục vụ cho ngành phát thanh truyền hình.
Từ giữa năm 2000, các cán bộ kỹ thuật của Công ty Đầu tư và phát triển công nghệ truyền hình Việt Nam đã tập trung tìm hiểu kỹ thuật phát số, tham quan tại các cuộc triển lãm chuyên ngành, tổ chức các cuộc hội thảo khoa học trong công ty và nêu kế hoạch triển khai nghiên cứu ứng dụng về kỹ thuật phát số theo tiêu chuẩn DVB-T, tiếp đó đã bắt tay vào thực hiện thử nghiệm. Các nội dung công việc đã triển khai thực hiện:
• Nghiên cứu thử nghiệm hệ thống nén ghép MPEG-2 cho Video và Audio. • Chuyển đổi ngay máy phát hình tương tự thành máy phát số. Kết quả
chuyển đổi một máy phát bán dẫn 1 KW (công suất đỉnh) thành máy phát số công suất phát số khoảng 300 w trên kênh 26. Vì tại Nguyễn Chí Thanh có máy phát công suất 20 kW trên kênh 22 và tại Hà Tây có máy phát công suất 10 kW trên kênh 24, nên phát số chọn kênh 26. • Nghiên cứu chế tạo sản xuất và lắp đặt cân chỉnh hệ thống anten UHF
để phát số.
• Nhập thêm các thiết bị đo phục vụ nghiên cứu thử nghiệm.
• Phát thử nghiệm 4 chương trình truyền hình số b ằn g máy phát công
suất 300 w từ ngày 19/12/2000.
• Đo đạc một số thông số của hệ thống máy phát hình số.
• Thu đo tại các vị trí khác nhau trên địa bàn Hà Nội và các khu vực xung quanh. Nhưng vì máy phát công suất thấp nên chưa phát đủ cường độ cho đầu thu (của hãng Pioneer) thu không lỗi.
• Tổ chức báo cáo kết quả thử nghiệm bước một và giới thiệu hệ thống thiết bị phát hình số có công suất 300W với Lãnh đạo Đài Truyền hình Việt Nam, các Bộ, Ban Ngành của Trung Ương và Hà Nội tại 65 Lạc Trung vào ngày 15/3/2001.
• Bắt tay vào nghiên cứu thiết kế các Settop box, khòng nhập ngoại nguyên chiếc từ các hãng nước ngoài.
• Tiếp đến, nghiên cứu hệ thống nén ghép động nhằm tận dụng tối đa dung lượng băng tần 8 MHz (tiêu chuẩn DVB-T phù hợp với phát tương tự PAL D/K của Việt Nam).
• Nhập máy phát hình tương tự UHF sử dụng tube IOT (Inductive Output Tube) có độ tuyến tính cao để chuyển thành máy phát số có chỉ tiêu chất lượng cao hơn.
• Chuyển đổi thành công máy phát tương tự IOT thành máy phát số có công suất 5kW trên kênh 26-UHF, chất lượng thoả mãn phát dòng truyển tải 24,2 Mbit/s. Tốc độ cao nhất của dòng truyền tải, mà một máy phát số có cấp chất lượng cao nhất phát được tới 32 Mbit/s. Tuy nhiên, cho đến nay, chưa nước nào công bố kết quả phát dòng truyền tải với vận tốc tối đa như thế. Qua đây, chúng tôi nhận thấy, khi phát 8 chương trình thì tính bình quân mỗi chương trình truyền hình số nén còn gần 3 Mbit/s, nhưng chất lượng hình ảnh người xem chấp nhận là tốt. • Phát thử nghiệm dòng truyền tải gồm 8 chương trình truyền hình (có
cấp chất lượng không thật đồng đều nhau) từ ngày 1/7/2001 để theo dõi hiệu quả của quá trình nén động.
• Thu đo tại nội thành H à Nội có nhiều nhà cao tầng.
• Thu đo tại các vùng xa, cách H à Nội khoảng 50km. Kết quả thu thực tế khá phù hợp với dự báo lý thuyết.
• Thử nghiệm thu số trên các vị trí khác nhau bằng c á c Settop thu số do VTC chủ động nghiên cứu chế tạo.
Từ 5/1/2003 THVN đã từ bỏ công nghệ kỹ thuật tương tự trong lĩnh vực truyền hình qua vệ tinh. Nếu dùng đầu thu vệ tinh có đường ra ASI (Asynchronous Serial Interface) chứa chóm chương trình VTV1 +VTV2 +VTV3 để đưa vào máy phát hình số thì thật tiện lợi. Hơn nữa, nhiều hãng trên thế giới tham gia sản xuất các bộ nén MPEG-2 và bộ ghép các chương trình, nên giá thành đã rẻ xuống rất nhiều. Qua thực tế triển khai phát hình số DVB-T hai năm qua cho thấy, nhiều hộ dân sẵn sàng tự trang bị đầu thu số DVB-T, khi chất lượng kỹ thuật và nội dung thoả mãn nhu cầu nghe xem của họ. Hiện nay, có nhiều
hãng sản xuất đầu thu số cho nên giá cũng giảm dần. Người dân giàu lên, giá các thiết bị nghe xem giảm xuống cũng làm cho công nghệ kỹ thuật hiện đại vào nhanh. Chúng ta sẽ thực hiện được việc đi tắt đón đầu theo định hướng và nghị quyết của Đảng.
Tại các địa phương có thể có được dòng truyền tải chứa các chương trình truyền hình quốc gia thông qua thu từ vệ tinh. Việc thực hiện phát lại các chương trình quốc gia sau khi đã chèn thêm các chương trình của đài địa phương qua một máy phát số đối với một đài địa phương là không thể thiếu và hoàn toàn có thể thực hiện được.
Việc sử dụng các bộ ghép kênh lại có thể tốn kém với các đài địa phương tronơ giai đoạn hiện nay. Vì số lượng đầu thu tại các tỉnh chưa nhiều. Nhưng trong một vài năm tới mô hình này có thể được sử dụng rộng rãi.
Trong giai đoạn hiện nay khi Hà Nội và Bình Dương có thể thu được các chương trình truyền hình số thì các tỉnh lân cận hoàn toàn các thể thu được các chương trình này băng cách các đài địa phương thu và phát lại trên địa bàn của mình.
Sau đáy là một số mô hình (hay phương án) triển khai máy phát hình số với kinh phí đầu tư phải chăng, đã và đang được ứng dụng vào thực tế. Xuất phát từ nguyên tắc tận dụng tối đa và tối ưu cơ sở hạ tầng như: nhà đặt máy, hệ thống điện năng, hệ thống điều hoà không khí, đặc biệt là hệ thống cáp và anten hiện có và thực hiện đầu tư thấp nhất và kinh tế nhất. Sau đây là các mô hình cụ thể.
M á y p h á t h ìn h sô c ộ n g với m á y p h á t tư ơ n g tự
Để đầu tư với mức kinh phí thấp nhất, đỡ phức tạp nhất, thì việc tận dụng hệ thống cáp và anten dải rộng hiện có là rất cần thiết.
M ô h ỉn h có sử d ụ n g bộ đ iề u chê sô C O F D M
Đây là mô hình đã thực hiện cho máy phát chuyển tiếp tại Thái Nguyên đầu năm 2003. Với antena UHF dân dụng thì tại Thái Nguyên việc thu trực tiếp các chương trình truyền hình số phát từ Hà Nội chất lượng còn chưa cao do lỗi bit lớn. Để thu được với chất lượng tốt hơn thì yêu cầu về độ cao antena thu quá khất khe, điều này gây khó khăn khi thu đại trà. Việc sử dụng các
anten và đầu thu chuyên dụng để thu và phát lại sẽ giải quyết vấn đề trên một cách triệt để. Chúng tôi sử dụng hai bộ điều chế số COFDM có tín hiệu ra cao tần trên hai kênh liền kề băng tần UHF (cụ thể kênh 29 và kênh 30). Các khuếch đại có dải rộng 16MHz cho cả hai lênh liền kề này. Máy phát hình số dải rộng 16MHz (sau khi qua bộ lọc thông dải 16MHz) được cộng với máy phát hình tương tự (kênh 32), thông qua bộ cộng kênh (Combiner) để sử dụng chung hệ thống cáp và anten UHF. Hình 5.2 mô tả sơ đồ khối của hệ thống.
Ưu điểm của mô hình này là:
- Sửa méo tuyến tính và không tuyến tính của toàn hệ thống phát hình rất dễ dàng, vì có sử dụng bộ điều chế. Hiện nay, nhiều bộ điều chế COFDM đã có phần mềm hiệu chỉnh để bù sửa méo do các bộ khuếch đại gây ra.
- Hai là, tín hiệu đưa vào điều chế là dòng truyền tải chứa các chương trình đã nén và ghép cho nên không phải sử dụng thêm bộ nén ghép.
Hình 5.2: Mô hình phát lại có sử dụng bộ điều chếCOFDM tại Thái Nguyên.
Dòng truyền tải có thể là tín hiệu nối tiếp không đồng bộ ASỈ (Asynchronous Serial Interface), hoặc có thể là tín hiệu song song (gọi là tín hiệu LVDS: Low Voltage Differece Signal) tuỳ thuộc vào đầu thu số được sử dụng. Tín hiệu này đã được đầu thu số thực hiện sửa lỗi nhờ mã sửa lỗi. Nếu sử dụng tín hiệu dòng truyền tải, thì việc bỏ đi một chương trình nào đó và thay vào đó một vài chương trình khác (của địa phương) được thực hiện nhờ hệ thống tách shép lại nhóm chương trình. Hình 5.3 mô tả cách thực hiện.
Hình 5.3: Mô hình phái lại chèn thêm các clìương trình truyền hình địa phương.
Nhược điểm của mô hình này là phải đầu tư bộ nén và ghép kênh lại (Remultiplexer) khá tốn kém.
Mô hình chuyên tiếp qua trung tần 36,15MHz
Mô hình này chỉ là máy hoàn toàn chuyển tiếp, thông qua trung tần 36,15MHz. Tại các đầu thu ta có thể lấy tín hiệu trung tần, sau đó đổi tần số khuếch đại và phát lại. Hình 5.4 mô tả sơ đồ khối. Bộ dao động nội LO sẽ trộn với trung tần 36,15 MHz cho ra tín hiệu cao tần ở kênh cần phát.
Ưu điểm của mô hình này là không phải đầu tư bộ điều chế số COFDM, giá thành đầu tư thấp.
Nhược điểm là biện pháp hiệu chỉnh bù sửa méo tuyến tính và không tuyến tính do các khuếch đại gây ra phải thực hiện bằng phần cứng và hiệu quả không cao như thực hiện bằng phần mềm sửa đi kèm theo bộ điều chế số. Khả năng lỗi bit sẽ cao hơn là chuyển tiếp tín hiệu cơ bản vì không được đầu thu sửa lỗi. Trong quá trình truyền từ máy phát đến máy thu để phát lại thì nhiễu bị tích lũy dẫn đến lỗi bit ở máy thu kênh mới sẽ cao làm ảnh hưởng tới chất lượng ảnh hiển thị.
B ổ s u n g p h ầ n p h á t sô' vào m á y p h á t h ìn h tư ơ n g tự.
Bổ sung phần phát số vào máy phát hình sử dụng hình tiếng chung rất dễ thực hiện, chỉ cần đầu tư thêm:
• Một bộ điều chế số COFDM có ra cao tần (giá phải chăng). • Một bộ cộng hai (cộng cao tần) giá thành rẻ.
• Hiệu chỉnh mở rộng dải thông của bộ lọc từ 8MHz lên 16MHz (nếu không mở rộng được, thì phải đầu tư mua bộ lọc mới).
Kênh phát số sẽ là kênh liền kề với kênh phát hình hiện có; thí dụ, địa phương đang phát kênh 7 có thể triển khai phát số trên kênh 8 hoặc kênh 6. Ưu điểm đầu tư với kinh phí rất thấp và triển khai nhanh. Như vậy, nhiều địa phương hoàn toàn có khả năng triển khai ngay công nghệ phát hình số.
Hình 5.5: Pliổ của tín hiệu Tương ¡ự kênh 29 và phổ tín hiệu số kênh 30.
Ba chương trình VTV1+VTV2+VTV3 đã truyền dẫn qua vệ tinh băng c. Chỉ cần mua một đầu thu vệ tinh có ra dòng truyền tải ASI để có cả 3 chương
trình này, không cần 3 bộ nén cho 3 chương trình của quốc gia nữa. Nếu muốn phát thêm chương trình của địa phương (ĐP), thì cần đầu tư thêm một bộ nén MPEG-2 và một bộ ghép các chương trình. Như vậy, sau bộ ghép ta có 4 chương trình [VTV1+VTV2+VTV3+ĐP] đưa vào bộ điều chế số để phát. Nhóm thông số phát sẽ có thể chọn: chế độ 2k, 16-QAM, khoảng bảo vệ 1/32, tỷ ]ệ mã sửa lỗi 3/4, vận tốc dòng truyền tải sẽ đạt 18 Mbit/s. Hiện nay 3 chương trình VTV1+VTV2+VTV3 truyền qua băng c chiếm 13,5 Mbit/s, như vậy, còn 4,5 Mbit/s dành cho chương trình của địa phương. Nếu phát với nhóm thông số nêu trên, anten phát là anten dải rộng, để đảm bảo vùng phủ sóng số và tương tự tương đương nhau, thì công suất phát số sẽ thấp hơn công suất phát tương tự khoảng 5-6 lần, thí dụ công suất phát tương tự 10 kW, công suất phát số chỉ cần khoảng 180-200 w. Điện năng sẽ không tăng thêm nhiều, mặt bằng không thêm bao nhiêu (bộ nén và ghép rất bé), mà vẫn phát được thêm 4 chương trình truyền hình nhờ công nghệ kỹ thuật số.
Tỷ sô bảo vệ các kênh liền kề sô và tương tự
Xuất phát từ thực tế của Việt Nam và các tính ưu việt của hệ DVB-T, phương án mạng đa tần (tức là các tỉnh sẽ có máy phát hình số hoạt động trên kênh sóng khác nhau) đã được nhiều chuyên gia (kể cả các chuyên gia của Cục Tần số Vô tuyến điện, Bộ Bưu chính Viễn thông) hoàn toàn nhất trí. Trước đây, khi thiết lập mạng phát hình tương tự, giữa các kênh tương tự tại các tỉnh gần nhau, hầu như có kênh trống. Tận dụng kênh trống để phát số là phương án đáng quan tâm và ưu tiên. Vì vậy, kênh số sẽ nằm liền kề (hoặc trên hoặc dưới) kênh tương tự. Hình 5.5 thể hiện phổ của kênh tương tự cùng số kênh lân cận trên và dưới.
Nhiễu từ số sang tương tự không đáng ngại. Vì can nhiễu không làm mất đồng bộ hay gây vằn trên hình, không làm ù, rè trên nền âm thanh, nhiễu của số sang tương tự chỉ thể hiện như nhiễu trắng dải hẹp (có ít bụi mịn trên hình).
Vấn đề nhiễu tương tự sang số đáng quan tâm. Một số thành phần phổ của mang hình, hoặc mang âm thanh sẽ can nhiễu sang vùng phổ số và sẽ làm lỗi cho dòng bit của truyền hình số, ảnh bị dừng.
5.3.1 G iản đồ chòm sao đo từ máy phát sô vói các thóng sô khác nhau
5.3 M ộ t sô k ế t q u ả đo đ ạc tín hiệu th ự c tẻ
Hình 5.6: Chòm sao QPSK. $̧Ml ChmmmmX * s» HiềiìitiM: tCOMI coron I M i ỉ » Qmmr* lat s 1/« Go4a totd s 2/3 mT I m * # m * ♦ % m #■ ♦ #•__ i 1Q W mi ifiw t 8 HEM : 224341 WEH (|»> : 07J24B m < r v > * » 4 4 .4 1 4 1 tĩĐI * K T D * 3.55e-«f «M»l. ta * * « M - C x (kM«. Ẹrr s Carr. Svppỉ TiaSdl P k â M Jitt: • .36*4* i t m t 2 2 J * 4 đ * ẼHH * «3 .4?<tB I h a c o p r u c t c d E r r o r t 0CE 82308 IK3E (r«t«> s « M f m «itvrkỉỉ m.m* »m Trm «itarbt X 2 M - 9 7
■OAKKT Itcmouic« u».
10 SttttinBS
SyÀbols s I Q M
Ú Carrier: (WOO Mi Carrisr: 1512
EKD Caỉ s I>l£«Lbled
F r « « .
-t
Hình 5.8: Chòm sao 64-QAM
Hỉnh 5.10: Phổ kênh 28 ¡ương tự và hai kênh sô liền kề 29 và 30 tại Hải Phòng.
Qua các kết quả đo phổ của tín hiệu hai kênh liền kề cho ta thấy khả năng đặc biệt của DVB-T. Việc sử dụng hai kênh liền kề cho phép ta tận dụng được hệ thống khuếch đại và antena dải rộng tiết kiệm chi phí đầu tư cho hệ thống. Đây cũng là một ưu việt mà hệ tương tự hiện có không thực hiện được.
Trên đây là một số giải pháp có thể thực hiện trong thời kỳ đầu triển khai phát hình số. Với những ưu việt của DVB-T thì việc triển khai mạng phát hình số quốc gia với nhiêu dịch vụ tiện lợi đi kèm sẽ được thực hiện một cách