Ghép kênh dòng truyền tải là việc đan xen các gói TS của các chương trình khác nhau để tạo thành dòng truyền tải MPEG-2 có nhiều chương trình.
Video P E S PIP 1 Audio P E S PID 2 , Video P E S P j D j g ^ . Audio P E S PIP(lv2)» . Data P P f l i J W Bỏ ghép kênh dòng T S PWTT PID(n) Dòng troyé^tải(TS) TS 1 T S 2 TSn-1) TS(n) TS(n) Bẻng tổ chúc PÍ2Í9 L - » chubng trình a) Dòng truyền tải ► Cấp hô thống
Hình 2.15: Ghép kênh dòng TS (a), dòng TS nhiều chương trình (b)
Trên hình 2.15 là cách ghép để tạo dòng truyền tải đa chương trình. Tín hiệu video số tiêu chuẩn ITU- R 601 xuất phát từ bộ mã hoá video tạo thành dòng cơ sở video ES có chiều dài thay đổi. Tín hiệu audio số định dạng AES/EBU thành dòng cơ sở audio có chiều dài thay đổi. Các dòng cơ sở video, audio được đóng gói tạo thành các dòng cơ sở đóng gói PES tương ứng với các gói có độ dài thay đổi. Mỗi gói PES gồm một Header và một số liệu trích ra từ dòng sơ cấp. Các gói PES này có thể được ghép với nhau tạo thành dòng chương trình (PS) hoặc dòng truyén tải (TS ).
Các dòng truyền tải được ghép kênh để tạo ra dòng truyền tải nhiều chương trình, trong đó có kết hợp với các tham số xung đồng hồ chuẩn chương trình để nhận dạng cho từng chương trình riêng rẽ.
Dòng truyền tải mang nhiều chương trình khác nhau, mỗi chương trình có thể được nén với các hệ số nén khác nhau và tốc độ bit có thể thay đổi động mặc dù tốc độ bit tổng không thay đổi. Điều này thực hiện được nhờ bộ ghép kênh thống kê (Statistic Miix), nó cho phép mượn băng thông của chương trình này từ băng thông của chương trình khác đang rỗi.
Dòng TS gồm Header và phần số liệu thông tin truyền tải theo sau. Hai thông tin quan trọng trong TS header là thông tin nhận dạng gói PID {Packet Identification) và chuẩn đồng hồ của chương trình PCR (Program Clock Preference). PID được sử dụng để khôi phục lại các thành phần số liệu trong chương trình theo đúng thứ tự. PCR chứa thông tin định thời để đồng bộ xung Clock 27MHz tại bộ mã hoá cũng như tại bộ giải mã.
Một dòng chương trình bao gồm một hay nhiều dòng cơ sở với cùng thông tin tham chiếu định thời. Nghĩa là một bộ PCR cung ứng thông tin định thời cho tất cả các loại số liệu (video, audio, số liệu phụ), thông tin định thời riêng cho từng loại số liệu như video, audio phải được suy ngược từ xung đồng hồ hệ thống. Việc đan xen các gói của hai hay nhiều chương trình khác nhau sẽ tạo ra dòng truyền tải đa chương trình.
Với một chất lượng ảnh đã cho, tốc độ dữ liệu của video số nén thay đổi ứng với nội dung của hình ảnh. Các chương trình với tốc độ bit truyền thay đổi sẽ cho hiệu suất kênh truyền lớn hơn, các chương trình có chất lượng ổn định hơn.
Dòng truyền tải đa chương trình có tốc độ bit không đổi mặc dù mỗi chương trình hoặc mỗi dòng sơ cấp có thể có tốc độ bit thay đổi. Các gói rỗng (Null Packet) được thêm vào dòng truyền tải để đủ số liệu nhằm duy trì tốc độ bit không đổi. Một dòng truyền tải có thể gồm một số các chương trình, mỗi chương trình lại gồm một số dòng cơ sở. Do đó hệ thống cần phải theo dõi tất cả các dòng số liệu khác nhau và các PIDliên quan qua hai bảng:
• PAT (Program Association Table - Bảng liệt kê chương trình): Mỗi dòng truyền tải phải có một PAT, bảng này liệt kê các chương trình có mặt trong dòng truyền tải, có số PID luôn luôn bằng 0. Cần phải có bảng liệt kê chương trình để nhận dạng các số PID của mỗi chương trình (các số PID này thường được điền vào các bảng PMT của mỗi chương trình).
• PMT (Program Map Table- Bảng sắp xếp chương trình): Mỗi chương trình trong dòng truyền tải đều có một bảng FMT riêng, bảng này dùng để xác định những dòng cơ bản tạo ra mỗi chương trình - các số PID của mỗi dòng sơ cấp thuộc chương trình đó.
CAT (Conditional Access Table- Bảng truy nhập có điều kiện): Những thông tin được mang trong siêu dữ kiện quyết định chương trình nào thì có thể mở, có những chương trình nào đó có thể khoá và muốn truy nhập thì cần có điều kiện (được mã hóa).
Dòng truyền tải gồm có những gói dữ liệu kích thước cố định 188 bytes. Mỗi gói mang một mã nhận dạng gói.
Những gói trong cùng dòng cơ sở có PID giống nhau, như vậy là bộ giải mã (hoặc bộ phân đa kênh) có thể lựa chọn dòng cơ sở mong muốn và loại bỏ phần dư. Các gói được liên tục đếm để bảo đảm rằng đầu thu giải mã dòng nhận được .
2.4. K Ỹ T H U Ậ T M Ã H O Á Đ Ư Ờ N G T R U Y Ề N .
Dòng MPEG-2 TS đa chương trình cẩn phải được thích ứng với đặc tính và chế độ làm việc của máy phát. Do đó khối đầu tiên là module SFN và thích ứng tốc độ bit, tại đày có thể chọn chế độ làm việc của máy phát là đa tần (MFN) hay đơn tần (SFN), đổng thời có nhiệm vụ xác định gói của dòng truyền tải MPEG-2. Sau khi chọn chế độ làm việc và các thông số cần thiết, dòng dữ liệu với tốc độ đã chọn được đưa vào mạch ngẫu nhiên hoá.
Độ dài gói tổng cộng của gói ghép kênh truyền tải MPEG-2 là 188bytes và bao gồm 1 byte cho từ mã đồng bộ (47 HEX). Thứ tự xử lý tại đầu phát luôn bắt đầu từ bit có giá trị lớn nhất MSB (bit “0” ) của byte đồng bộ (0100 0111). Byte đồng bộ được tách ra như là chuẩn định thời gian để tạo xung nhịp. Để đảm bảo sự chuyển dịch năng lượng hợp lý dòng dữ liệu MPEG-2 cần được ngẫu nhiên hoá để trải phổ giảm độ chênh lệch giữa các bit “1” và bit “0” tránh tập trung năng lượng tại một tần số nào đó.
Nguyên lý ngầu nhiên hoá là mạch cộng modul 2 (EXOR) của chuỗi dữ liệu vào với chuỗi nhị phân giả ngẫu nhiên PRBS (Pseudo Random Binary Sequence). Sơ đồ mạch ngẫu nhiên hoá, hình 2.16.
1 o o 1 o Initialization s e q u e n c e 1 o 1 o o o o o o o 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 o o o o o o 1 1 . / 7A E n a b le C le a r/ran d o m ize d d a t a i n p u t
D ata input (MSBfirst): 1 0 Ì 1 1 0 0 0 X X x|x X X X X ....
sequence : I o o o l o o o 1 1 .... I
Randomizer/de-randomizer schem atic diagram
Hình 2.16: Sơ đồ bộ mã hoá ngẫu nhiên
Biểu thức toán của chuỗi giả ngẫu nhiên hoá PRBS là : 1 + X14 + X15
Quá trình nạp chuỗi khởi động 100 101 010 000 000 vào các thanh ghi dịch: Khi nhận tín hiệu byte đồng bộ các giá trị của thanh ghi dịch sẽ được nạp giá trị “ 100101010000000 ” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện với chu kỳ là 8
gói dòng truyền tải MPEG - 2. Khi nhận dạng đựơc byte đổng bộ của gói tiếp theo, các thanh ghi dịch lại được nạp lại giá trị trên và thực hiện một chu kỳ mới.
Trong quá trình phân tán năng lượng với chu kỳ tín hiệu giả ngẫu nhiên là 8 gói dòng truyền tải, chỉ có byte đồng bộ gói đầu tiên là không bị thay đổi còn 7 byte đồng bộ của 7 gói tiếp theo đểu bị biến đổi do tác động của tín hiệu giả ngẫu nhiên.
Các byte đổng bộ không bị ảnh hưởng ký hiệu là: SYNC Các byte đồng bộ bị ảnh hưởng ký hiệu là: SYNC
Tại phần thu tín hiệu giả ngẫu nhiên được tạo ra từ một mạch hoàn toàn giống với phần phát. Để đồng bộ giữa phát và phần thu, khi ta thu và nhận dạng được byte đồng bộ gói (SYNC - byte đồng bộ không bị biến đổi bởi tín hiệu giả ngẫu nhiên) các giá trị của thanh ghi dịch sẽ được nạp giá trị “100101010000000” và việc tạo tín hiệu ngẫu nhiên được thực hiện với chu kỳ là 8 gói.
Khi kết thúc 8 gói thì các giá trị của thanh ghi lạị được Reset lại. Trong qúa trình ngẫu nhiên, giá trị các byte đồng bộ gói bị thay đổi nhưng có thể xác định được tại phía thu. Giá trị này thông qua giá trị byte đồng bộ và vị trí của nó trong chu kỳ chuỗi giả ngẫu nhiên.
Để hỗ trợ các chức năng đồng bộ hoá thì trong khoảng thời gian của các bytes đồng bộ của 7 gói truyền tải tiếp theo, chuỗi PRBS vẫn được phát nhưng đầu ra không có chuỗi bit ra, do vậy các bytes này không bị ngẫu nhiên hoá.
Quá trình ngẫu nhiên hoá vẫn cứ tiếp diễn ngay cả khi không có dữ liệu vào, hoặc khi nó không tương thích với định dạng dòng truyền tải MPEG-2 (ví dụ: 1 byte đồng bộ + 187 bytes gói dữ liệu).
Khối Outer coder - Mã hoá ngoài.
Mã hoá ngoài được thực hiện trên cấu trúc của gói truyền tải. Các gói đầu vào của đòng truyền tải là các gói có độ dài cô định 188 byte trong đó có 1 byte đồng bộ. Sau khi đi qua khối mã hoá ngẫu nhiên, giá trị các byte đồng bộ bị thay đổi, việc xác định vị trí gói được thông qua một đồng hồ nhịp cho toàn bộ hệ thống. Mã ngoài trong tiêu chuẩn truyền hình số DVB -T là mã Reed-Solomon RS (204, 188, t = 8). Mã Reed- Solomon RS (204, 188, t = 8) là mã ngắn được suy ra từ mã khối hê thống gốc RS (255, 239, t = 8). Được áp dụng cho mỗi gói truyền tải đã được ngẫu nhiên hoá (188 bytes) kết hợp với 16 byte tương suy để tạo ra gói chống lỗi có độ dài ià 204 byte cho phép sửa được 8 bytes lỗi ngẫu nhiên trong 204 bytes thu được.
Đa thức tạo m ã: g(x) = (x+A.0) (x+A.1)... (x+X15) với X = 2HEX Đa thức tạo trường : P(x) = X x + X4+ X3+ X2 + 1.
Mã Reed-Solomon đã làm ngắn có thể được thực hiện bằng cách thêm 51 bytes rỗng (tất cả thiết lập về “0”) trước các bytes thông tin ở đầu vào bộ mã hoá RS (255, 239, t=8).
Sau khi mã hoá RS các bytes rỗng này sẽ bị loại bỏ tạo thành từ mã RS với độ dài là 204 bytes.
Khối Outer interleaver - Xáo trộn ngoài
Cũng như các phưong pháp truyền dẫn tín hiệu số khác, để tăng cường hiệu quả của phương pháp mã khối và phân bố lỗi đồng đều trên các gói, tiêu chuẩn DVB-T cũng thực hiện biện pháp xáo trộn byte sau khi mã khối. Sau đây là bộ xáo trộn byte theo tiêu chuẩn DVB-T với độ sâu 1=12 nhánh và áp dụng cho các gói chống lỗi.
Phương pháp Interleaver là phương pháp mã hoá kết hợp với phương pháp RS 204,188 để khắc phục nhược điểm không sửa được các lỗi chùm trong cùng một gói. Khi có lỗi chùm xẩy ra, chất lượng đường truyền suy giảm đột ngột do điều kiện đường truyền dẫn thay đổi trong một khoảng thời gian rất ngắn, khi đó có thể xẩy ra hiện tượng lỗi chùm trên một gói bất kỳ. Nếu gặp hiện tượng lỗi chùm thì phương pháp mã sửa sai RS 204,188 không thể khắc phục được và thông tin trên gói đó sẽ dẫn tới sự sai lệch trong quá trình giải mã lại tín hiệu. Để khắc phục hiện tượng đó, bộ xáo trộn một quy luật nhất định, sao cho các byte liền nhau thuộc các gói khác. Tại phía thu, việc xáo trộn được làm ngược lại so với phần phát, khi có lỗi chùm xẩy ra trên đường truyền thì các lỗi đó phân đều trên các gói mà không tập trung tại một gói, nhờ đó mà khi đường truyền bị lỗi chùm vẫn có thể khắc phục được trong một giới hạn nhất định nào đó.
Việc xáo trộn tín hiệu được thực hiện thông qua việc đổi chỗ các byte trong các gói khác nhau qua 12 nhánh, các nhánh có cấu trúc là các thanh ghi dịch FIFO và có độ dài là jxM ô (cell).
j: chỉ số nhánh thanh ghi dịch.
M: độ dài thanh ghi nhỏ nhất (M = N/I =17). N: độ dài các gói (204).
I : tổng số nhánh (12).
Mỗi ô (cell) thanh ghi dịch gồm một byte (8 bit).
Sơ đồ hình 2.17 chỉ rõ sự hoạt động của khối Outer Interleaver.
Hình 2.17: Khối Outer interleaver và khối Outer Deinterleaver
Khi nhận ra tín hiệu byte đồng bộ gói (SYNC hay SYNC), khi đó bắt đầu thực hiện việc xáo trộn các byte giữa các gói với nhau. Trong nhịp đầu tiên, byte đồng bộ không bị trễ được đi qua nhánh “0”. Sau nhịp thứ hai bắt đầu, byte thứ 2 (byte tiếp sau byte đồng bộ) được nạp vào ô đầu tiên của nhánh “1” đồng thời đọc số liệu ra tại ô cuối cùng của nhánh “1”.
Độ trễ của byte đọc ra (khoảng thời gian từ lúc vào nhánh đến lúc ra khỏi nhánh) được xác định như sau:
T| = chu kỳ nạp * Độ dài nhánh “ 1”. T| = I*M = 12*17 = 204 (nhịp).
Khi nhịp thứ 3 bắt đầu thì byte tiếp theo được nạp vào nhánh “2” đồng thời đọc ra byte ở vị trí cuối cùng nhánh “2” và cứ như vậy cho đến hết nhánh “1 1” khối Interleaver sẽ trở về nhánh “0” và tiếp tục các chu kỳ mới.
Độ trễ của các byte khi đi qua nhánh j được xác định như sau: Tj = I * M * j
Tj = 12 *17 * j Độ trể lớn nhất là:
T 1 m ax = 12 *17 * i_1 ^ ỵ ẳ J m a x
Tmax= 12 *17 * 11 = 204* 11.
Khi ra khỏi khối Interleaver có dạng như sau: SYNC 1
203 Bytes SYNC I 203 Bytes SYNC 1 203 Bytes
SYNC n SYNC n SYNC n
Sự khác biệt của tín hiệu ra so với tín hiệu vào là số liệu trong mỗi gói ở đầu ra sẽ là sô' liệu của 11 gói khác nhau ở đầu vào. Các byte đổng bộ gói không bị thay đổi vị trí. Khi có lỗi chùm xẩy ra tại 1 gói trên đường truyền thì các lỗi sẽ phân chia trên 11 gói khác nhau khi được khôi phục lại tại phía thu trước khi qua bộ giải mã ngoài (Outer Decoder), và do đó làm tăng khả năng sửa lỗi của phương pháp RS 204,188.
Ở phía thu, tín hiệu sẽ được xáo trộn ngược lại như hình vẽ, các byte phần phát có độ trễ ít sẽ được trễ nhiều lên và ngược lại sao cho tổng độ trễ của cả phần thu và phát của tất cả các byte là 17*12*11 = 2244 “nhịp” và khi ra khỏi khối De -Interleaver các byte có thứ tự như trước khi vào khối Interleaver.
Bộ xáo trộn ngoài (outes interleaver) được tổ hợp từ 12 nhánh và được kết nối thành vòng khép kín với luồng byte đầu vào nhờ một chuyển mạch đầu vào.
Mỗi nhánh J là một thanh ghi dịch FIFO với chiều dài là JxM ô (cell) (M=17=N/I; N = 204bytes). Các ô (cell) của thanh ghi dịch FIFO sẽ chứa 1 byte và các chuyển mạch đầu vào và ra phải đồng bộ với nhau.
Với mục đích đảm bảo đồng bộ hoá, các bytes đồng bộ gói ( kể cả các byte đồng bộ bị mã hoá ngẫu nhiên) sẽ luôn được dẫn tới nhánh “0” của bộ xáo trộn (tương ứng
với không có trễ).
Tại máy thu, bộ giải xáo trộn ngoài cũng có nguyên lý tương tự như bộ xáo trộn, nhưng các chỉ số của nhánh là ngược lại, nhánh J = 0 trễ ít nhất ở phần phát sẽ trễ nhiều nhất, nhánh J = 17 sẽ không bị trễ đảm bảo các byte dữ liệu sẽ đồng đều trễ khi đi qua cả phần phát và thu.
Vấn đề đổng bộ hoá cho bộ giải xáo trộn được thực hiện bằng cách đưa byte đồng bộ (SYNC) vào nhánh “0”. Nhưng cần phải biết rằng các byte đổng bộ có các giá trị khác nhau do bị mã hoá ngẫu nhiên với chu kỳ 8 gói tại phần phát.
Mã trong (Inner Coding)
Hệ thống DVB-T sử dụng mã xoắn (Convolutional code) dựa trên mã xoắn gốc tỷ lệ 1/2 với 64 trạng thái. Nó cho phép lựa chọn mức sửa lỗi thích hợp nhất cho một dịch vụ nhất định hoặc một tốc độ số liệu ở chế độ truyền dẫn phân cấp và không phân cấp. Đa thức sinh của bộ mã của mã gốc là GI = 171 oct cho đầu ra X và G2 = 133 oct cho đầu ra y.
Nếu sử dụng phương thức truyền dân phân cấp 2 mức thì một trong 2 bộ mã hoá kênh song song có thể có tỷ lệ mã hoá riêng. Ngoài tỷ lệ 1/2 của mã gốc hệ thống còn cung cấp các tỷ lệ mã hoá khác như 2/3; 3/4; 5/6 và 7/8.
-36-
Bảng 2.4: Thuật toán rút bỏ các bits ma tạo mã con có tỉ lệ mã khác nhau từ một mã mẹ duy nhất
Tỉ lệ mã Các TP trong TT rút bỏ bít mã
Chuỗi DL đầu ra được truyền (Sau khi đã biến đổi từ ss sang NT)
1/2 X:1 X,Y, Y:1 2/3 X: 1 0 x , y , y2 Y:1 1 3/4 X:1 0 1 x , y , y2x3 Y:1 1 0 5/6 X:1 0 1 0 1 X|Y 1Y2X3Y4X5