Bài giảng Kỹ thuật phát thanh truyền hình: Phần 1

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:80

Thêm vào BST

Báo xấu

7
lượt xem 2
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài giảng "Kỹ thuật phát thanh truyền hình" Phần 1 được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Kỹ thuật phát thanh" Kỹ thuật truyền hình tương tự;...Mời các bạn cùng tham khảo nội dung phần 1 dưới đây!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Kỹ thuật phát thanh truyền hình: Phần 1

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG BÀI GIẢNG KỸ THUẬT PHÁT THANH TRUYỀN HÌNH TEL 1411 KHOA VIỄN THÔNG 1 TÁC GIẢ: PGS.TS. Lê Nhâ ̣t Thăng ThS. Vũ Thúy Hà ThS. Nguyễn Thi Thu Hiên ̣ ThS. Nguyễn Thị Thu Nga Hà nội - 2014 Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 1
LỜI NÓI ĐẦU Khi đời sống vật chất của người dân ngày càng được nâng cao, yêu cầu về chất lượng các chương trình truyền hình, giải trí ngày càng lớn. Lĩnh vực phát thanh truyền hình trong mấy năm trở lại đây đang có những bước tiến nhảy vọt. Từ phát thanh cho đến truyền hình analog, truyền hình cáp, truyền hình kỹ thuật số mặt đất, truyền hình vệ tinh DTH... đang có sự phát triển mạnh mẽ về số lượng và chất lượng, lan tỏa khắp các tỉnh, thành phố và có sự cạnh tranh lẫn nhau. Việc nghiên cứu về các hệ thống phát thanh truyền hình nói chung đã trở thành một trong những nội dung cơ bản của chương trình đào tạo Kỹ sư ngành Điện tử - Truyền thông. Tài liệu giảng dạy này được biên soạn theo đề cương môn học "Kỹ thuật phát thanh truyền hình " trong chương trình đào tạo Đại học ngành Điện tử - Truyền thông của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông nhằm trình bày những vấn đề cơ bản nhất về hệ thống phát thanh truyền hình cùng với các kỹ thuật liên quan. Bài giảng được tổ chức thành 4 chương cụ thể như sau:  Chương 1: Kỹ thuật phát thanh  Chương 2: Kỹ thuật truyền hình tương tự  Chương 3: Kỹ thuật truyền hình số  Chương 4: Kỹ thuật truyền hình tương tác Tuy nhiên, do đây là lần biên soạn đầu tiên nên bài giảng không tránh khỏi thiếu sót về nội dung và hình thức. Chúng tôi xin chân thành cám ơn tất cả các ý kiến đóng góp của các bạn đọc để hoàn thiện hơn bài giảng này. Các ý kiến góp ý qua e-mail xin được gửi về: thangln@ptit.edu.vn; havt@ptit.edu.vn; hiennt@ptit.edu.vn; ngant@ptit.edu.vn. Hà Nội, tháng 7 năm 2014 Nhóm tác giả biên soạn PGS.TS. Lê Nhật Thăng ThS. Vũ Thị Thúy Hà ThS. Nguyễn Thi ̣ Thu Hiên ThS. Nguyễn Thị Thu Nga Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 2
MỤC LỤC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT .............................................................................................1 LỜI NÓI ĐẦU ................................................................................................................2 Mục Lục ............................................................................................................................ CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT PHÁT THANH ...............................................................9 1.1 Kỹ thuật phát thanh tƣơng tự................................................................................... 9 1.1.1 Máy phát thu thanh AM ..................................................................................... 11 1.1.2 Máy phát thu thanh FM ...................................................................................... 14 1.2 Kỹ thuật phát thanh số ............................................................................................ 18 1.2.1 Hệ thống phát thanh số ....................................................................................... 18 1.2.2 Máy phát thu thanh số chuẩn DAB .................................................................... 19 1.2.2.1 Cấu trúc hệ thống theo chuẩn Eureka147.................................................... 21 1.2.2.2 Cấu trúc khung tín hiệu DAB ...................................................................... 22 1.2.2.3 Máy phát thanh số chuẩn DAB ................................................................... 24 1.2.2.4 Máy thu thanh số chuẩn DAB ..................................................................... 26 1.2.3 Các chuẩn phát thanh số ..................................................................................... 26 1.2.3.1 Phát thanh số DRM (Digital Radio Mondiale)............................................ 26 1.2.3.2 Phát thanh số chuẩn DMB (Digital Multimedia Broadcasting) .................. 27 1.2.3.3 Chuẩn IN- BAND/ON- CHANNEL (IBOC) ............................................. 28 1.2.3.4 BST - OFDM ISDB (Japan) ....................................................................... 29 1.2.3.5 So sánh giữa các chuẩn ............................................................................... 29 CHƢƠNG 2: KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH TƢƠNG TỰ ......................................31 2.1 Giới thiệu .................................................................................................................. 31 2.1.1 Tín hiệu video và tín hiệu truyền hình quảng bá ................................................ 31 2.1.2 Truyền hình quảng bá ......................................................................................... 33 2.1.2.1 Hệ thống truyền hình quảng bá ................................................................... 33 2.1.2.2. Các kênh truyền hình quảng bá ........................................................................ 36 2.1.3 Hoạt động của studio truyền hình ....................................................................... 37 2.1.4 Quá trình phát triển của truyền hình quảng bá ................................................... 41 2.2 Ảnh truyền hình ....................................................................................................... 45 Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 3
2.2.1 Các phần tử ảnh .................................................................................................. 46 2.2.2 Quét ngang, dọc .................................................................................................. 47 2.2.3 Thông tin tín hiệu video ..................................................................................... 48 2.2.4 Các ảnh chuyển động.......................................................................................... 49 2.2.5 Tần số mành và khung ........................................................................................ 51 2.2.6 Tần số quét ngang, dọc ....................................................................................... 51 2.2.7 Đồng bộ ngang, dọc ............................................................................................ 53 2.2.8 Chất lượng ảnh ................................................................................................... 53 2.3 Kỹ thuật quét và đồng bộ trong truyền hình......................................................... 55 2.3.1 Kỹ thuật quét ...................................................................................................... 55 2.3.2 Đồng bộ .............................................................................................................. 57 2.4 Phát/thu tín hiệu truyền hình ................................................................................. 59 2.4.1 Máy phát hình ..................................................................................................... 59 2.4.2 Máy thu hình ....................................................................................................... 60 2.5 Thiết bị hiển thị ........................................................................................................ 61 2.6 Các chuẩn truyền hình ............................................................................................ 62 2.6.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu................................................................. 63 2.6.2 Tín hiệu truyền hình màu ................................................................................... 63 2.6.3 Bộ lập mã màu và bộ giải mã màu ..................................................................... 66 2.6.4 Hệ truyền hình màu NTSC ................................................................................. 67 2.6.5 Hệ truyền hình màu PAL .................................................................................... 73 2.6.6 Hệ truyền hình màu SECAM.............................................................................. 76 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH SỐ ......................................................81 3.1 Giới thiệu chung về truyền hình số ........................................................................ 81 3.1.1 Các đặc trưng cơ bản .......................................................................................... 81 3.1.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số .................................................................... 84 3.2 Số hóa tín hiệu truyền hình ..................................................................................... 85 3.2.1 Lựa chọn tín hiệu số hóa..................................................................................... 85 3.2.2 Chọn tần số lấy mẫu ........................................................................................... 86 Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 4
3.2.3 Lựa chọn cấu trúc mẫu ....................................................................................... 87 3.2.4 Lượng tử hóa tín hiệu Video............................................................................... 88 3.2.5 Mã hóa tín hiệu Video ........................................................................................ 88 3.2.6 Số hóa tín hiệu ở studio ...................................................................................... 90 3.3 Tín hiệu video số tổng hợp (Digital composite video) ........................................... 91 3.3.1 Tiêu chuẩn PAL 4fsc ........................................................................................... 91 3.3.2 Tiêu Chuẩn NTSC 4fsc........................................................................................ 94 3.4 Tín hiệu video số thành phần (Digital component video)..................................... 96 3.4.1 Tỷ lệ lấy mẫu ...................................................................................................... 97 3.4.1 Lượng tử hóa ...................................................................................................... 98 3.5 Nén tín hiệu truyền hình ....................................................................................... 101 3.5.1 Vai trò của nén trong truyền hình ..................................................................... 101 3.5.2 Công nghệ nén Audio chuẩn ISO/ MPEG trong truyền hình số ...................... 102 3.5.3 Một số công nghệ nén Video trong truyền hình số .......................................... 104 3.6 Truyền dẫn tín hiệu truyền hình số ...................................................................... 105 3.6.1 Các phương thức truyền dẫn ............................................................................. 105 3.7 Các tiêu chuẩn truyền dẫn truyền hình số .......................................................... 111 3.7.1 Chuẩn ATSC .................................................................................................... 111 3.7.2 Chuẩn DVB ...................................................................................................... 112 3.7.3 Chuẩn ISDB...................................................................................................... 112 3.8 Truyền hình cáp ..................................................................................................... 114 3.8.1 Tổng quan hệ thống truyền hình cáp số ............................................................ 114 3.8.2 Chuẩn truyền hình số DVB-C .......................................................................... 115 3.9 Truyền hình số mặt đất ......................................................................................... 116 3.9.1 Chuẩn DVB-T .................................................................................................. 117 3.10 Truyền hình số vệ tinh ....................................................................................... 120 3.10.1 Cấu trúc hệ thống truyền hình số vệ tinh .......................................................... 121 3.10.2 Chuẩn DVB-S ................................................................................................... 124 CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT TRUYỀN HÌNH TƢƠNG TÁC .................................127 Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 5
4.1 Giới thiệu chung về truyền hình tƣơng tác.......................................................... 127 4.1.1 Định nghĩa IPTV .............................................................................................. 127 4.1.2 Sự khác biệt giữa IPTV và Internet TV ............................................................ 128 4.2 Các dịch vụ cung cấp bởi IPTV ............................................................................ 129 4.3 Hệ thống IPTV ....................................................................................................... 136 4.4 Các giao thức báo hiệu và điều khiển trong IPTV .............................................. 138 4.4.1 Giao thức truyền thông luồng ........................................................................... 138 4.4.2 Giao thức đa hướng nhóm Internet IGMP ....................................................... 140 4.5 Triển khai IPTV trên các hạ tầng mạng khác nhau ........................................... 143 4.5.1 IPTV phân phối trên mạng truy cập cáp quang ................................................ 144 4.5.1.1 Mạng quang thụ động................................................................................ 144 4.5.1.2 Mạng quang tích cực ................................................................................. 147 4.5.2 IPTV phân phối trên mạng ADSL .................................................................... 148 4.5.2.1 ADSL ........................................................................................................ 148 4.5.2.2 ADSL2 ...................................................................................................... 150 4.5.3 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp ..................................................... 152 4.5.3.1 Tổng quan về kỹ thuật HFC ...................................................................... 153 4.5.3.2 IPTV phân phối trên mạng truyền hình cáp .............................................. 154 4.5.4 IPTV phân phối trên mạng Internet .................................................................. 155 4.5.4.1 Các kênh truyền hình Internet streaming .................................................. 155 4.5.4.2 Download Internet ..................................................................................... 157 4.5.4.3 Chia sẻ video ngang hàng.......................................................................... 157 4.6 Kết luận chƣơng 4 .................................................................................................. 157 TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................159 Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 6
THUẬT NGỮ VIẾT TẮT AAC Advanced Audio Coding Mã hóa âm thanh tiên tiến AM Amplititude Modulation Điều biên ATSC Advance Television standards Committee Ủy ban tiêu chuẩn về truyền hình BER Bit Error Ratio Tỷ lệ lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Khóa dịch pha nhị phân CCIR Consultative Committee on International Hiệp hội vô tuyến quốc tế Radio COFDM Coded Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia tần số trực Multiplexing giao có mã hóa DAB Digital Audio Broadcasting Phát thanh số DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số DSL Digital Subscriber Line Đường thuê bao số EBU European Broadcasting Union Liên minh phát thanh truyền hình Châu Âu EIA Electronic Industries Alliance Hiệp hội các ngành công nghiệp điện tử ETSI European Telecommunications Standards Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Institute Âu FCC Federal Communications Commission Ủy ban thông tin liên bang FEC Forward Error Control Sửa lỗi trước FM Frequency Modulation Điều tần HDTV High Definition TeleVision Trruyền hình độ nét cao HPA High-Power Amplifier Bộ khuếch đại công suất cao IPTV Internet Protocol Television Truyền hình giao thức Internet ISO International Standard Organisation Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 7
ITU International Telecommunications Union Liên minh viễn thông quốc tế ITU-T International Telecommunications Union – Liên minh viễn thông quốc tế − Telecommunications Sector Lĩnh vực viễn thông LED Light Emitting Diode Điốt phát quang LCD Liquid Crystal Display Màn hình hình tinh thể lỏng LOS Line Of Sight Tầm nhìn thẳng NTSC National Television Standard Committe Ủy ban Quốc gia Hệ Thống Truyền Hình MPEG Moving Picture Expert Group Nhóm chuyên gia ảnh động OFDM Orthogonal Frequency Division Ghép kênh phân chia tần số trực Multiplexing giao PM Phase Modulation Điều pha QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phương QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế dịch pha cầu phương SMPTE Society of Motion Picture and Television Tổ chức ảnh động và kỹ thuật Engineer truyền hình SDTV Standard Definition Television Truyền hình với độ nét chuẩn SNR Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên nhiễu UHF Ultra High Frequency Siêu cao tần WRC World Radio-communications Conference Hội nghị thông tin vô tuyến thế giới Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 8
CHƢƠNG 1 : KỸ THUẬT PHÁT THANH 1.1 Kỹ thuật phát thanh tƣơng tự Phát thanh tương tự là kỹ thuật truyền âm thanh dưới dạng tín hiệu tương tự từ máy phát thanh tương tự qua môi trường không gian đến máy thu tương tự. Cũng giống như các hệ thống truyền thông khác, hệ thống phát thanh tương tự gồm có máy phát máy thu, anten và môi trường truyền dẫn. Máy phát là thiết bị tạo ra tín hiệu vô tuyến và anten phát thực hiện truyền sóng trong không gian tự do đạt hiệu quả. Để thu được tín hiệu vô tuyến, phải dùng máy thu để thu một phần năng lượng điện từ và chuyển nó sang dạng tín hiệu mà con người có thể cảm nhận được. Năng lượng sóng điện từ được thu nhờ anten và mạch điện sau đó được biến đổi thành tín hiệu âm thanh. Tín hiệu truyền đi trong phát thanh tương tự chủ yếu là tiếng nói. Tuy nhiên việc truyền tiếng nói với các tần số nằm trong dải 100Hz cho tới 5 kHz gặp phải hai trở ngại lớn: Trở ngại thứ nhất là can nhiễu lẫn nhau do dùng chung môi trường truyền sóng trung gian; Trở ngại thứ hai là ở tần số thấp như tiếng nói thì không thể truyền lan hiệu quả trong không gian tự do, với các tần số cao thì điều này có thể thực hiện được. Mặt khác, ngưỡng nghe của con người tối đa là 20000Hz, trong thực tế tần số này vẫn chưa đủ cao đối với việc truyền sóng trong không gian tự do. Nếu chúng ta thay đổi một số thông số của nguồn tín hiệu cao tần dạng sin liên tục theo tiếng nói thì việc trao đổi thông tin trong không gian tự do là việc hoàn toàn có thể thực hiện được. Việc thay đổi một vài thông số của tín hiệu dạng sin (tần số cao) theo các tín hiệu khác được gọi là điều chế. Khi thay đổi biên độ của tín hiệu cao tần (còn được gọi là sóng mang) theo tiếng nói hoặc âm nhạc là điều chế biên độ (AM). Khi thay đổi góc pha của sóng mang, được gọi là điều pha (PM), thay đổi tần số là điều tần (FM). Nguyên tắc chung của việc truyền thanh bằng sóng vô tuyến:  Phải dùng các sóng điện từ cao tần  Phải biến điệu các sóng mang  Ở nơi thu phải dùng mạch tách sóng để tách sóng âm tần ra khỏi sóng cao tần để đưa ra loa  Khi tín hiệu thu được có cường độ nhỏ, ta phải khuếch đại chúng bằng các mạch khuếch đại. Sơ đồ khối của một máy phát thanh đơn giản thể hiện Hình 1.1. Hình 1. 1: Sơ đồ khối đơn giản máy phát thanh tương tự Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 9
(1). Micro: Tạo ra dao động điện âm tần. (2). Mạch phát sóng điện từ cao tần: Phát dao động điện từ tần số cao (cỡ MHz). (3). Mạch biến điệu: Trộn dao động điện từ cao tần với dao động điện từ âm tần. (4). Mạch khuyếch đại: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần đã được biến điệu. (5). Anten phát: Tạo ra sóng điện từ cao tần lan truyền trong không gian. Sơ đồ khối máy thu thanh đơn giản ở Hình 1.2. Hình 1. 2: Sơ đồ khối đơn giản máy thu thanh tương tự (1). Anten thu: Thu sóng điện. (2). Mạch khuếch đại dao động điện từ cao tần: Khuyếch đại dao động điện từ cao tần từ anten gửi tới. (3). Mạch tách sóng: Tách dao động điện từ âm tần ra khỏi dao động điện từ cao tần. (4). Mạch khuyếch đại dao động điện từ âm tần: Khuếch đại dao động điện từ cao tần đã tách sóng. (5). Loa: Biến dao động điện thành dao động âm. Bảng 1. 1: Các băng tần phát thanh Khoảng tần số Băng Tên 10 KHz-30 KHz VLF Very Low Frequency 30 KHz-300 KHz LF Low Frequency 300 KHz-3 MHz MF Medium Frequency 3 MHz-30 MHz HF High Frequency 30 MHz-300 MHz VHF Very High Frequency 300 MHz-3 GHz UHF Ultra High Frequency 3 GHz-30 GHz SHF Super High Frequency 30 GHz-300 GHz EHF Extra High Frequency Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 10
1.1.1 Máy phát thu thanh AM Phát thu thanh AM là kỹ thuật phát thanh sử dụng phương thức điều chế biên độ AM. Băng tần của hệ thống thu phát thanh AM: - Băng sóng dài LW: 300-500 KHz. - Băng sóng trung MW: 550-1650 KHz. - Băng sóng ngắn SW: 1,8 MHz- 18,5 MHz (Gồm 7 băng con). Hệ thống thu phát thanh AM có những đặc điểm: Công suất bức xạ lớn, có thể truyền đi xa theo đường sóng đất hoặc sóng trời, diện tích phủ sóng rộng, chất lượng vừa. Với những đặc điểm này hệ thống thu phát thanh AM được ứng dụng trong băng tần: LW, MW, SW để dùng làm hệ thống phát thanh khu vực, quốc gia và quốc tế. Phần sau sẽ xét phương thức điều chế AM và máy phát thanh AM, máy thu thanh AM. a. Điều chế AM Để đơn giản hoá công thức của sóng điều biên, ta lấy một tín hiệu cần điều chế dạng sin có tần số góc ωm và tín hiệu sóng mang điều chế (cũng có dạng sin) có tần số góc ωc. Giả sử sóng mang có dạng: vc = Vc sin (ωc + θ) (1.1) với Vc là biên độ sóng mang. Tín hiệu cần điều chế có dạng: vm = Vm sin ωmt (1.2) Tín hiệu điều chế sẽ có dạng: v = (Vc + Vm sin ωmt) sin ωct (1.3) v = Vc sinωct + Vm sinωmt sinωct (1.4) v = Vc sinωct + Vm/2 cos (ωc – ωm)t –Vm/2 cos (ωc +ωm)t (1.5) Tín hiệu điều chế thu được có 3 thành phần tần số, tần số sóng mang fc, tần số biên dưới fc-fm và tần số biên trên fc+fm như trong hình 1.3. Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 11
Hình 1. 3: Phổ tần của sóng AM Hình 1.4c chỉ ra 2 thành phần quan trọng là hệ số điều chế và độ sâu điều chế. Hệ số điều chế m được tính như sau: 𝑉𝑐 + 𝑉𝑚 − (𝑉𝑐 − 𝑉𝑚) Vm (1.6) m= = 𝑉𝑐 + 𝑉𝑚 + (𝑉𝑐 − 𝑉𝑚) Vc Khi biểu diễn bằng phần trăm ta có độ sâu điều chế Hình 1. 4: Sóng mang (a), tín hiệu điều chế (b) và tín hiệu sau điều chế AM(c) b. Máy phát thanh AM Sơ đồ khối máy phát thanh AM như hình vẽ 1.5, bao gồm các khối sau: Bộ dao động tinh thể, bộ nhân tần số, bộ điều chế biên độ, bộ khuếch đại âm tần, bộ khuếch đại công suất cao tần, an ten và phối hợp trở kháng. Sau đây ta sẽ tìm hiểu chi tiết từng khối. Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 12
Hình 1. 5: Sơ đồ khối máy phát thanh AM  Bộ dao động tinh thể: tạo ra tín hiệu sóng mang có độ méo cực nhỏ để máy phát có thể làm việc ở một tần số ổn định. Trong thực tế thường sử dụng một tinh thể thạch anh để cải thiện sự ổn định tần số và để giảm các thành phần méo hài.  Bộ nhân tần: để thu được một tín hiệu có tần số fc/n, với n là số nguyên, và ở đầu ra một tần số fc. Một bộ nhân tần có thể là nhân đơn tần hoặc nhân đa tần.  Bộ khuếch đại âm tần: Các đầu vào bộ khuếch đại âm tần nhận tín hiệu từ micro và nguồn cung cấp. Bộ khuếch đại âm tần sẽ khuếch đại tín hiệu này tới một mức tín hiệu yêu cầu để đưa tới bộ điều chế biên độ.  Bộ điều chế biên độ: Bộ điều chế biên độ có hai đầu vào, đầu vào thứ nhất là tín hiệu sóng mang, được tạo ra từ bộ dao động tinh thể và được nhân với một hệ số nhân phù hợp, còn đầu vào thứ hai là tín hiệu điều chế. Đầu ra của bộ điều chế biên độ bao gồm sóng mang, các biên tần thấp và cao.  Bộ khuếch đại công suất cao tần: Thực hiện việc khuếch đại công suất đồng thời đảm nhiệm chức năng phối hợp trở kháng với anten.  Anten: Anten là thành phần mạch điện có nhiệm vụ biến đổi năng lượng ở đầu ra máy phát thành sóng điện từ bức xạ vào không gian tự do. Anten có nhiều hình dạng vật lý khác nhau, được xác định dựa vào tần số làm việc và mô hình bức xạ yêu cầu. c. Máy thu thanh AM Máy thu thanh là thiết bị thu sóng điện từ do các đài phát thanh phát ra trong không gian sau đó chọn lọc, khuếch đại và phát ra âm thanh. Có hai loại máy thu thanh là máy thu thanh khuếch đại trực tiếp và máy thu thanh đổi tần. Sau đây ta sẽ xét sơ đồ khối của máy thu thanh AM đổi tần:  Máy thu radio đổi tần thu tín hiệu cao tần và biến đổi thành một tần số cố định gọi là tần số trung tần (IF). Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 13
 Dòng điện từ thu được từ anten được đưa đến mạch điều hưởng khuếch đại tần số cao tần để làm tăng tín hiệu sóng mang mong muốn và các biên của nó. Bộ khuếch đại cao tần có khả năng điều chỉnh tần số bằng cách thay đổi giá trị của tụ điện trong mạch điều hưởng. Từ tụ điện này có thể tạo mạch dao động nội bằng cách ghép với một tụ điện khác.  Tín hiệu ra từ bộ dao động nội và bộ khuếch đại cao tần được đưa vào bộ trộn tần. Bộ trộn tần thực hiện nhân hai tín hiệu trên với nhau và cho ra một tín hiệu tổng và hiệu của hai tần số đưa vào. Hình 1. 6: Sơ đồ khối máy thu thanh AM  Bộ khuếch đại trung tần nhận tín hiệu từ bộ trộn tần và lọc ra hiệu tần trên cùng với các biên tần của nó đồng thời làm suy giảm tất cả các tần số khác. Khi hiệu tần được cố định lại (với các đài radio FM, tần số trung tần là 445KHz) yêu cầu về bộ lọc phải tương đối dễ thiết kế và phải có đặc tuyến ngưỡng rõ ràng.  Đầu ra của bộ khuếch đại trung tần gồm tần số trung tần và hai biên tần của nó được đưa tới mạch tách sóng đường bao. Mạch tách sóng đường bao thực hiện loại bỏ tần số trung tần, giữ lại tín hiệu âm tần. Tín hiệu âm tần này được khuếch đại qua mạch khuếch đại âm tần tới mức có thể để đưa ra loa. 1.1.2 Máy phát thu thanh FM Phát thu thanh FM là kỹ thuật phát thanh sử dụng phương thức điều tần FM. Hệ thống thu phát thanh FM có băng tần từ 88MHz-108MHz. Đặc điểm của hệ thống FM: Công suất vừa và nhỏ, truyền thẳng, diện tích phủ sóng hẹp, chất lượng âm thanh tốt. Do các đặc điểm trên nên hệ thống FM thường được ứng dụng cho mạng địa phương, mạng quốc gia. Phần sau sẽ xét phương thức điều chế FM và máy phát thanh FM, máy thu. a. Điều chế FM Trong điều chế FM tần số ɷ thay đổi như sau: ɷ = ɷ 𝑐 𝑡 + 𝑘𝑉 𝑚 𝑠𝑖𝑛ɷ 𝑚 𝑡 (1.7) Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 14
𝑣ớ𝑖 𝑘𝑉 𝑚 = 𝞓ɷ (1.8) 𝞓𝒇 (1.9) 𝑣à 𝑡𝑎 𝑐ó ɵ = ɷ 𝑐 𝑡 + 𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡 𝑓𝑚 Thế (1.9) vào (1.8) ta có: 𝞓𝒇 (1.10) 𝑣 = 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛( ɷ 𝑐 𝑡 − 𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡 ) 𝑓𝑚 Hệ số điều chế: 𝞓𝒇 (1.11) 𝛽= 𝑓𝑚 Tỉ lệ lệch: 𝑓𝑑 (1.12) 𝜎= 𝑓 𝑚 (𝑚𝑎𝑥 ) 𝑓 𝑑 : độ lệch tần số 𝑓 𝑚 (𝑚𝑎𝑥 ) : độ lệch tần số tối đa Tín hiệu điều chế có dạng: 𝑣 = 𝑉𝑐 𝑠𝑖𝑛(ɷ 𝑐 𝑡 − 𝛽𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) (1.13) Với tín hiệu điều chế có biên độ không đổi, tần số không đổi như xung vuông và: (1.14) Với tín hiệu điều chế có biên độ và tần số thay đổi như xung sin. Hàm sin của công thức (1.14) được biểu diễn chi tiết thành: 𝑠𝑖𝑛ɷ 𝑐 𝑡𝑐𝑜𝑠(𝜎𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) − 𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑐 𝑡𝑠𝑖𝑛(𝜎𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) (1.15) Hệ số σ được gọi là hàm Bessel xác định bởi 𝐽 𝑛 (𝜎). Biến đổi thừa số thứ hai ta có: 𝑐𝑜𝑠(𝜎𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) = 𝐽0 𝜎 (1.16) − 2𝐽2 (𝜎)𝑐𝑜𝑠2ɷ 𝑚 𝑡) + 2𝐽4 (𝜎)𝑐𝑜𝑠4ɷ 𝑚 𝑡) − ⋯ Và Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 15
𝑠𝑖𝑛(𝜎𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) = 2𝐽1 (𝜎)𝑐𝑜𝑠ɷ 𝑚 𝑡) − 2𝐽3 (𝜎)𝑐𝑜𝑠3ɷ 𝑚 𝑡) + ⋯ (1.17) Biến đổi lượng giác ta có: 𝑣 = 𝑉𝑐 𝐽0 𝜎 𝑠𝑖𝑛ɷ 𝑐 𝑡 + 𝐽1 𝜎 sin ɷ 𝑐 + ɷ 𝑚 𝑡 − sin ɷ 𝑐 − ɷ 𝑚 𝑡 − 𝐽2 𝜎 sin ɷ 𝑐 + 2ɷ𝑚𝑡+ sinɷ𝑐−ɷ𝑚𝑡+ 𝐽3(𝜎)sinɷ𝑐+3ɷ𝑚𝑡− sinɷ𝑐−3ɷ𝑚𝑡…. (1.18) Hình 1.7: Sóng mang (a), tín hiệu điều chế (b) và tín hiệu sau điều chế FM (c) Hình 1.8: Đồ thị hàm Bessel Tín hiệu điều chế FM chứa các thành phầ n sau: Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 16
 Thành phần thứ nhất : Tần số sóng mang fc hiện tại và biên độ của nó được xác định bằng 𝑉𝑐 𝐽0 𝜎  Thành phần thứ hai, có tần số là tổng (fc + fm) và hiệu (fc - fm) gọi là hài bậc 1 của sóng mang và biên độ 𝑉𝑐 J1( 𝜎).  Thành phần thứ ba có biên độ 𝑉𝑐 J2( 𝜎) và tần số (fc + 2fm) và (fc – 2fm) gọi là hài bậc 2. ..vv Hình 1.8. Đồ thị hàm Bessel bậc nhất, Jn( 𝜎) dựa trên 𝜎, với n = 0, 1, 2 và 3. Các giá trị Jn( 𝜎) được dùng để tính biên độ của các biên tần xuất hiện trong tín hiệu FM. b. Máy phát thanh FM Hình 1.9 : Sơ đồ khối máy phát thanh FM  Bộ dao động chủ là một mạch dao động kiểu LC để tạo ra tín hiệu FM, tần số của bộ dao động được xác định bởi giá trị của C và L.  Bộ đệm: tạo ra sự cách ly giữa bộ dao động với tải để khi tải thay đổi chỉ gây ảnh hưởng rất nhỏ đến sự hoạt động của mạch dao động.  Khối hạn biên: loại bỏ thành phần AM bất kỳ có thể xuất hiện và lọc bỏ các thành phần hài được tạo ra bởi khối hạn biên.  Bộ nhân tần số: nâng tần số của tín hiệu từ khối hạn biên tới một giá trị yêu cầu.  Khối khuếch đại công suất: khuếch đại công suất tín hiệu và đưa ra anten bức xạ. C.Máy thu thanh FM  Anten thu nhận năng lượng điện từ được phát đi từ máy phát, được thiết kế để thu được tần số năng lượng điện từ nằm trong khoảng 88 - 108 MHz.  Bộ khuếch đại cao tần: Nâng công suất của tín hiệu tới để có thể sử dụng được trong bộ biến đổi tần số. Ngoài ra nó còn đóng vai trò như một tải nối với anten do đó tín Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 17
hiệu anten không bị phản xạ tại giao tiếp giữa anten và phần máy gây ra tổn hao công suất.  Bộ trộn tần cùng bộ dao động nội chuyển đổi tín hiệu cao tần thu được thành một tần số trung tần 10,7 MHz.  Bộ hạn biên cắt triệt để tín hiệu thành biên độ cố định và do đó lọc ra được những hài không mong muốn.  Bộ tách sóng biến điệu tần số: chuyển sự thay đổi tương đối nhỏ về tần số (của tín hiệu có tần số rất cao) thành sự thay đổi tương đối lớn của biên độ theo thời gian.  Bộ khuếch đại âm tần khuếch đại tín hiệu đầu ra của bộ tách sóng lên một mức thích hợp để đưa ra loa. Hình 1. 10: Sơ đồ khối máy thu thanh FM 1.2 Kỹ thuật phát thanh số 1.2.1 Hệ thống phát thanh số Phát thanh radio là môi trường truyền dẫn rộng lớn bao gồm hàng trăm nhà cung cấp chương trình, hàng nghìn máy phát HF và hàng triệu máy thu. Từ khi bắt đầu xuất hiện phát thanh quảng bá vào đầu những năm 1920, thị trường đã phát triển mạnh mẽ bởi các dịch vụ phát thanh quảng bá AM và FM. Ngày nay, chúng ta đang sống trong thế giới của các dịch vụ và hệ thống số. Các thành phần chủ yếu của quá trình sản xuất trong phát thanh đã thay đổi sang số trong thời gian gần đây, bắt đầu bằng việc thay đổi những băng tương tự sang đĩa CD hoặc đĩa cứng. Thêm vào đó, cũng có một vài môi trường lưu trữ và phân phối số khác như CD, Minidisk hoặc DVD. Vì vậy, hệ thống truyền dẫn quảng bá có xu hướng thay đổi từ truyền dẫn tương tự sang số. Bước đầu tiên trong việc giới thiệu các dịch vụ phát thanh số là hệ thống NICAM 728, DSR nhưng chưa phù hợp cho việc thay thế các dịch vụ hiện tại một cách hoàn toàn, đặc biệt cho các trạm thu di động. Vì các lý do này, hệ thống Eureka 147 DAB đã được phát triển và đã được giới thiệu trên toàn cầu. Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 18
Hệ thống phát thanh số DAB (Digital Audio Broadcasting, thường được gọi là phát thanh số) là một bước đổi mới thay thế cho các hệ thống phát thanh tương tự AM và FM. Hệ thống phát thanh số được phát triển từ dự án Eureka 147/ DAB vào những năm 1990. Năm 1992, DAB được thử nghiệm tại London với 4 trạm phát sóng. Năm 1995, DAB bắt đầu phát sóng chính thức (BBC và Swedish Radio cùng phát sóng vào ngày 27/9/1995). Năm 1999, DAB bắt đầu được thương mại hóa và đến năm 2000 đã xuất hiện các máy thu thanh số với giá cả phải chăng. Các ưu, nhược điểm của phát thanh số: Một câu hỏi lớn khi nâng cấp hệ thống phát thanh được đặt ra là: Phát thanh số có ưu điểm gì so với hệ thống phát thanh tương tự truyền thống? Sau đây là các ưu điểm nổi bật của phát thanh số:  Chất lượng âm thanh tốt như đĩa CD.  Hoạt động tốt ở bất kì nơi nào: cho phép thu tín hiệu tốt ở nhiều nơi, kể cả trường hợp máy thu là cố định (đặt ở nhà, cơ sở…) hay di động (trên tàu, xe…).  Chất lượng dịch vụ tốt hơn, sóng được phủ đều.  Có khả năng hiện thị tên các dịch vụ, danh sách kênh và lịch phát sóng. Không những truyền âm thanh chất lượng cao mà còn truyền dữ liệu dưới dạng văn bản, hình ảnh tĩnh và động.  Tự động dò lại tần số các kênh.  Khắc phục được các nhược điểm của phát thanh tương tự như can nhiễu, méo phađinh trong truyền sóng.  Sử dụng phổ tần số một cách hiệu quả.  Độ méo tần số của phát thanh số ít hơn so với phát thanh analog. 1.2.2 Máy phát thu thanh số chuẩn DAB Ngoài kỹ thuật số hóa tín hiệu, DAB hoạt động dựa trên 3 kỹ thuật chính, đó là: COFDM, phối ghép và MUSICAM. a. COFDM (Coded Orthogonal Frequency Division Multiplexing)  FDM: phân chia dữ liệu ra 1 loạt các sóng mang con, nếu một sóng bị phá hủy bởi nhiễu hay đa đường thì vẫn có thể dùng các sóng khác để khôi phục lại thông tin ở phía thu.  Orthogonal: đảm bảo các sóng mang con không gây nhiễu cho nhau.  Coded: dùng các mã sửa lỗi (Forward Error Correction) để giảm thiểu BER OFDM  Giải quyết được vấn đề lớn nhất của AM và FM là multipath (đa đường) Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 19
 Thêm các khoảng bảo vệ (guard interval) nên loại bỏ ảnh hưởng của việc chồng lấn các ký hiệu (symbol)  Cho phép sử dụng mạng đơn tần - Single Frequency Network (dùng 1 tần số duy nhất cho hệ thống) Coded OFDM  Forward Error Correction: truyền nhiều dữ liệu hơn cần thiết để có thể khôi phục toàn bộ dữ liệu ngay cả khi một phần bị mất (Mã xoắn và giải thuật Viterbi)  Đan xen: Xen kẽ dữ liệu để không gặp phải 1 chuỗi bit lỗi liền nhau Hình 1.11: Trước khi đan xen dữ liệu và Sau khi đan xen dữ liệu b. Phối ghép  Giúp sử dụng hiệu quả tần số  Phân phối tài nguyên một cách linh hoạt c. Mã hóa âm thanh MUSICAM (Masking Pattern Universal Sub-band Integrated Coding And Multiplexing.) Hình 1. 12: Kỹ thuật mã hóa băng con (Sub-band coding) Tín hiệu cần truyền chia ra nhiều băng nhỏ. Mỗi băng nhỏ này được phân tích và mã hóa riêng biệt. Việc phân tích sẽ xác định xem cần bao nhiêu bit để mã hóa tín hiệu và quyết định xem tín hiệu nào cần mã hóa âm thanh cảm nhận. Bài giảng kỹ thuật phát thanh truyền hình 20