Đồ án Kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

Chia sẻ: Vu Son | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:95

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 2
download

Đồ án Kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

Mô tả tài liệu

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đồ án tập trung nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật của hệ thống truyền hình số mặt đất DVBT, những bất cập, tồn tại khi triển khai ở Việt Nam, đồng thời nghiên cứu cấu trúc và những đặc tính kỹ thuật cơ bản, những tính năng ưu việt của tiêu chuẩn DVB-T2.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đồ án Kỹ thuật: Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2

-1- LỜI MỞ 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. Với những ưu điểm vượt trội của truyền hình số so với truyền hình analog, trong những năm qua, truyền hình số mặt đất đã phát triển mạnh mẽ trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng. Việc thay thế hoàn toàn truyền hình mặt đất analog bằng công nghệ truyền hình số mặt đất trên toàn thế giới sẽ diễn ra trong tương lai không xa. Đến nay đã có nhiều quốc gia trên thế giới lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T để phát sóng mặt đất. Tuy nhiên, trước các nhu cầu đòi hỏi về dung lượng, kháng lỗi đường truyền, nâng cao độ tin cậy với các loại hình dịch vụ, về giảm tỷ số công suất đỉnh/công suất trung bình, nhu cầu về phân chia phổ tần của các dịch vụ viễn thông khác, cùng với xu thế hội tụ trong các môi trường truyền dẫn, sự phát triển mạnh mẽ của truyền hình độ phân giải cao HDTV với dung lượng bit lớn mà DVB-T chưa đáp ứng được. Từ các yêu cầu thực tế đặt ra đó, nhóm DVB Project đã phát triển chuẩn truyền hình số thế hệ thứ hai là DVB-T2. Tiêu chuẩn này được xuất bản lần đầu tiên vào tháng 6/2008 và được ETSI chuẩn hóa từ tháng 9/2009. Hiện nay, Anh, Phần Lan đã thông báo triển khai các dịch vụ HDTV trên đường truyền mặt đất dùng chuẩn DVB- T2, Đức, Ý, Tây Ban Nha, Thụy Điển cũng đang tiến hành thử nghiệm phát sóng DVB-T2. Từ năm 2001, Việt Nam đã tiến hành thử nghiệm phát sóng truyền hình mặt đất. Trước sức ép về lộ trình chuyển đổi hoàn toàn sang phát sóng số mặt đất trước năm 2020 và xu hướng phát triển của truyền hình số mặt đất DVB-T2 trên thế giới, đồ án “Nghiên cứu hệ thống truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2” đã tập trung nghiên cứu các giải pháp kỹ thuật của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB- T, những bất cập, tồn tại khi triển khai ở Việt Nam, đồng thời nghiên cứu cấu trúc và những đặc tính kỹ thuật cơ bản, những tính năng ưu việt của tiêu chuẩn DVB-T2. Từ GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-2- đó đề xuất lựa chọn giải pháp công nghệ hợp lý nhất cho hệ thống truyền hình số mặt đất tại Việt Nam trong những năm tới. Nội dung của đồ án được thể hiện qua 4 phần như sau: - Tổng quan về hệ thống truyền hình kỹ thuật số: giới thiệu sơ lược về hệ thống truyền hình, khái niệm, đặc điểm và các tiêu chuẩn của truyền hình số. - Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T: nghiên cứu, tìm hiểu về sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T và các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T. - Truyền hình số mặt đất theo tiêu chuẩn DVB-T2: nghiên cứu, tìm hiểu về sơ đồ khối của hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 và các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T2. - Giải pháp công nghệ cho truyền hình số tại Việt Nam: tìm hiểu về khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam và khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam. Trong thời gian làm đề tài, em đã cố gắng rất nhiều song do kiến thức còn hạn chế và thời gian làm đề tài có hạn nên đồ án còn nhiều sai sót. Em rất mong nhận được sự phê bình, các ý kiến đóng góp của thầy cô và các bạn để đồ án được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn sự giúp đỡ tận tình của TS Nguyễn Cảnh Minh cùng các thầy cô trong bộ môn kỹ thuật viễn thông để giúp em hoàn thành đồ án tốt nghiệp này. Hà Nội, Ngày…tháng…năm 2014 Sinh viên thực hiện Nguyễn Thị Hiền GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-3- MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU ......................................................................................................... 1 MỤC LỤC .............................................................................................................. 3 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT ................................................................... 6 DANH MỤC HÌNH VẼ .......................................................................................... 9 DANH MỤC BẢNG BIỂU ................................................................................... 11 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ 12 1.1 Sơ lược về hệ thống truyền hình ........................................................... 12 1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển ..................................................... 12 1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự ............................................... 14 1.2 Khái niệm truyền hình kỹ thuật số ........................................................ 16 1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số.......................................................... 17 1.4 Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số .................... 19 1.4.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số ................................................... 19 1.4.2 Số hóa tín hiệu truyền hình ...................................................... 21 1.4.3 Chuyển đổi tương tự sang số .................................................... 21 1.4.4 Chuyển đổi số sang tương tự .................................................... 23 1.4.5 Nén tín hiệu truyền hình........................................................... 24 1.4.6 Mã hóa và điều chế tín hiệu số ................................................. 26 1.4.7 Các phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số................. 28 1.5 Các tiêu chuẩn của truyền hình kỹ thuật số ........................................... 31 1.6 Kết luận chương I ................................................................................. 34 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-4- CHƯƠNG II - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T ... 35 2.1 Giới thiệu về hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T .......................... 35 2.2 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất .......................................... 36 2.3 Các đặc tính kỹ thuật của tiêu chuẩn DVB-T ........................................ 38 2.3.1 Bộ điều chế DVB-T ................................................................. 38 2.3.2 Mã hóa COFDM trong DVB-T ................................................ 41 2.3.3 Chòm sao tín hiệu và quá trình ánh xạ...................................... 49 2.3.4 Mã sửa sai ................................................................................ 54 2.3.5 DVB-T trong môi trường bị phản xạ - Mạng đơn tần (SFN)..... 54 2.4 Kết luận chương II ................................................................................ 57 CHƯƠNG III - TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT THEO TIÊU CHUẨN DVB-T2 58 3.1 Yêu cầu đặt ra đối với tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất mới ............... 58 3.2 Giới thiệu chung về tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T2 ........... 59 3.3 Mô hình cấu trúc hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T2 .................. 60 3.4 Các đặc tính kỹ thuật của DVB-T2 ....................................................... 61 3.4.1 Lớp vật lý ................................................................................ 61 3.4.2 Cấu hình mạng ......................................................................... 63 3.4.3 Hiệu quả của việc sử dụng kỹ thuật chòm sao quay, chèn thời gian và tần số…….. ............................................................................................... 77 3.4.4 Điều chế và mã sửa sai trong DVB-T2 ..................................... 79 3.5 Kết luận chương III .............................................................................. 80 CHƯƠNG IV - GIẢI PHÁP CÔNG NGHỆ CHO TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT TẠI VIỆT NAM .................................................................................................... 81 4.1 So sánh các tham số cơ bản của DVB-T và DVB-T2 ............................ 81 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-5- 4.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 .................................... 82 4.2.1 Lộ trình số hóa truyền hình số mặt đất ..................................... 82 4.2.2 Khả năng chuyển đổi từ DVB-T sang DVB-T2 ........................ 83 4.2.3 Khả năng ứng dụng DVB-T2 tại Việt Nam .............................. 83 4.3 Khuyến nghị lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam ........................................................................................................... 84 4.3.1 Lựa chọn giải pháp công nghệ cho truyền hình số mặt đất tại Việt Nam…………. ............................................................................................... 84 4.3.2 Triển khai DVB-T2 tại Việt Nam ............................................. 85 4.4 Kết luận chương IV .............................................................................. 91 KẾT LUẬN ........................................................................................................... 92 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN VÀ GIÁO VIÊN ĐỌC DUYỆT . 93 LỜI CẢM ƠN ....................................................................................................... 94 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 95 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-6- DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT Từ viết tắt Tiếng Anh đầy đủ Tiếng Việt ACE Active Constellation Extension Mở rộng chòm sao tích cực AFC Automatic Frequency Control Điều khiển tần số tự động Advanced Television System Hội đồng về hệ thống truyền ATSC Commitee hình cải biên Công ty cổ phần nghe nhìn toàn AVG Audio Visual Global cầu BCH Bose-Chaudhuri-Hocquenghem Bose-Chaudhuri-Hocquenghem BER Bit Error Rate Tỷ số lỗi bit BPSK Binary Phase Shift Keying Điều chế pha nhị phân CATV Collective Antenna Telvision Truyền hình cáp dây dẫn C/N Carrier/Noise Sóng mang/tạp âm Coding Othogonality Fequency Ghép kênh phân chia theo tần số COFDM Dvision Mltiplexing trực giao có mã DTT Digital Terrestrial Television Truyền hình số mặt đất Digital Broadcasting Expert DiBEG Nhóm chuyên gia truyền hình số Group Differential Pulse Code DPCM Điều chế xung mã vi sai Modulation DVB Digital Video Broadcasting Truyền hình số Truyền hình độ phân giải mở EDTV Enhanced Definition Television rộng ES Elementary Stream Dòng cơ sở FEC Forward Error Correction Sửa lỗi trước (thuận) Khung mở rộng dành cho tương FEF Future Extension Frame lai GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-7- FFT Fast Fourrier Transform Biến đổi Fourrier nhanh FIR Finite Impulse Responese Đáp ứng xung hữu hạn GI Guard Intervalman Khoảng bảo vệ HDTV High Definitiom Television Truyền hình độ phân giải cao HP High Priority Độ ưu tiên cao ICI Inter-Carrier Interference Nhiễu liên sóng mang IF Intermediate Frequency Trung tần IFFT Inverse Fast Fourrier Transform Biến đổi nhanh Fourrier ngược IPTV Internet Protocol Television Truyền hình IP Integrated Services Digital Truyền hình số các dịch vụ ISDB Broadcasing tích hợp ISI Inter-Symbol Interference Nhiễu liên ký tự Joint Photoghraphic Experts Nhóm chuyên gia nghiên cứu về JPEG Group ảnh tĩnh Low Density Parity Check Mã kiểm tra ngang hành mật độ LDPC (Codes) thấp LDTV Low Definitiom Television Truyền hình độ phân giải thấp LP Low Priority Độ ưu tiên thấp MCM Multi Carrier Modulation Điều chế đa sóng mang MFN Multiple Frequency Network Mạng đa tần MI Modulator Interface Giao diện điều chế MISO Multi Input Single Output Nhiều đầu vào một đầu ra Nhóm chuyên gia nghiên cứu về MPEG Moving Pictures Experts Group ảnh động National Television System Hội đồng hệ thống truyền hình NTSC Comittee quốc gia Mỹ Othogonality Fequency Dvision Ghép kênh phân chia theo tần số OFDM Mltiplexing trực giao GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-8- Organization Internatinal Radio Tổ chức phát thanh truyền hình OIRT and Television quốc tế PAL Phase Alternative Line Đảo pha theo từng dòng Tỷ số công suất đỉnh/công suất PAPR Peak to Average Power Ratio trung bình PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã PES Packetized Elementary Stream Dòng cơ sở đóng gói PLP Physical Layer Pipes Ống lớp vật lý PRBS Pseudo Random Bit Sequence Chuỗi bit giả ngẫu nhiên Quadrature Amplitude QAM Điều chế biên độ vuông góc Modulation QPSK Quadrature Phase Shift Keying Khóa dịch pha vuông góc RF Radio Frequence Tần số vô tuyến Truyền hình độ phân giải tiêu SDTV Standard Definition Television chuẩn SFN Single Frequence Network Mạng đơn tần SNR Signal to Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm Transmission Parameter TPS Báo hiệu tham số bên phát Signalling TR Tone Reservation Hạn chế âm sắc TS Transport Stream Dòng truyền tải UHF Ultra High Frequency Tần số siêu cao (Siêu cao tần) VHF Very High Frequency Tần số rất cao VO Video Object Đối tượng video VSB Vestigal Side Band Điều biên cụt Tổng Công ty Truyền thông đa VTC Vietnam Television Corporation phương tiện Việt Nam VTV Vietnam Television Đài truyền hình Việt Nam GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-9- DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số ........................... 17 Hình 1.2: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự. ........................................... 19 Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số .............................. 20 Hình 1.4: Sơ đồ mạch biến đổi tương tự sang số.................................................... 21 Hình 1.5: Sơ đồ khối mạch biến đổi video số sang tương tự .................................. 23 Hình 1.6: Mô hình hệ thống nén video. .................................................................. 24 Hình 1.7: Bản đồ phạm vi ứng dụng các tiêu chuẩn truyền hình số trên thế giới.... 31 Hình 2.1: Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất DVB-T. ............................... 36 Hình 2.2: Sơ đồ khối bộ điều chế số DVB-T........................................................... 38 Hình 2.3: Các bước của quá trình phân tán năng lượng, mã hóa ngoài và ghép xen ngoài. .................................................................................................................... 40 Hình 2.4: Khối điều chế COFDM trong DVB-T ..................................................... 42 Hình 2.5: Phổ tín hiệu OFDM với số sóng mang N=16 ......................................... 43 Hình 2.6: Biểu diễn chòm sao của điều chế QPSK, 16 QAM, và 64 QAM . ............ 45 Hình 2.7: Phân bố sóng mang của DVB-T (chưa chèn khoảng bảo vệ ................... 46 Hình 2.8: Phân bố các pilot của DVB-T. ............................................................... 47 Hình 2.9: Phân bố các pilot của DVB-T trên biểu đồ chòm sao. ............................ 47 Hình 2.10: Phân bố sóng mang khi chèn thêm khoảng thời gian bảo vệ. ............... 48 Hình 2.11: Các tia sóng đến trong khoảng thời gian bảo vệ ................................. 49 Hình 2.12: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM chòm sao đều với α =1. ........................... 51 Hình 2.13: Chòm sao điều chế phân cấp DVB-T.................................................... 52 Hình 2.14: Ánh xạ 16 QAM và 64 QAM không đồng đều với α = 4. ...................... 53 Hình 3.1: Mô hình cấu trúc hệ thống DVB-T2. ...................................................... 60 Hình 3.2: Lớp vật lý............................................................................................... 61 Hình 3.3: Mô hình MISO. ...................................................................................... 65 Hình 3.4: Mẫu hình Pilot phân tán đối với DVB-T (trái) và DVB-T2 (phải). ......... 66 Hình 3.5: Khoảng bảo vệ (GI) đối với 8K 1/32 và 32K 1/128. ............................... 68 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-10- Hình 3.6: Cấu trúc khung DVB-T2. ....................................................................... 69 Hình 3.7: Sự tổng hợp khung hình trong MPEG-4 ................................................. 71 Hình 3.8: Đường đi của tín hiệu trong mạng đơn tần công nghệ DVB-T2.............. 74 Hình 3.9: Kiến trúc cơ bản của hệ thống mạng đơn tần SFN DVB-T2. .................. 74 Hình 3.10: Chòm sao 16 QAM quay ...................................................................... 77 Hình 3.11: Thành tích của chòm sao quay so với không quay. ............................... 78 Hình 3.12: Đồ thị chòm sao 256 QAM................................................................... 79 Hình 4.1: Cấu hình tổng thể hệ thống mạng SFN theo tiêu chuẩn DVB-T2 của AVG. .............................................................................................................................. 87 Hình 4.2: Bản đồ phủ sóng toàn quốc của AVG. .................................................... 88 Hình 4.3: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Hà Nội của VTV....................................... 90 Hình 4.4: Bản đồ phủ sóng DVB-T2 tại Tp. HCM của VTV. .................................. 91 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-11- DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1: Khoảng thời gian bảo vệ ở các chế độ phát khác nhau. ......................... 56 Bảng 3.1: Khoảng bảo vệ tương ứng của DVB-T2 (theo EBU-TECH 3348) .......... 75 Bảng 3.2: Mức C/N tối thiểu trong kênh tần 8MHz tương ứng với các chế độ điều chế khác nhau . ............................................................................................................ 76 Bảng 3.3: C/N tương ứng với các phương pháp thu trong DVB-T2. ....................... 77 Bảng 4.1: DVB-T2 sử dụng tại UK so với DVB-T. ................................................. 81 Bảng 4.2: Dung lượng dữ liệu DVB-T2 so với DVB-T trong mạng SFN................. 82 Bảng 4.3: Các tham số phát sóng của truyền hình An Viên. ................................... 86 Bảng 4.4: Các tham số phát sóng của Đài truyền hình Việt Nam . ......................... 90 GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-12- CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ Truyền hình là một hệ thống biến đổi hình ảnh và âm thanh kèm theo thành tín hiệu điện, truyền đến máy thu, nơi thực hiện biến đổi tín hiệu này thành dạng ban đầu và hiển thị lên màn hình dưới dạng hình ảnh. Trong những năm gần đây, công nghệ truyền hình đang chuyển sang một bước ngoặt, đó là quá trình chuyển đổi từ công nghệ Analog sang Digital. Quá trình này là một cuộc cách mạng làm thay đổi cách suy nghĩ, cách tiếp xúc, phương thức sản xuất chương trình truyền hình, nâng cấp chất lượng tín hiệu, tính linh hoạt và khả năng hội nhập vào môi trường thông tin chung. Ở Việt Nam, công nghệ số đã và đang được ứng dụng và triển khai mạnh mẽ. Trong một tương lai không xa, trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng, tiến tới một hệ thống truyền hình hoàn toàn kỹ thuật số là một tất yếu [2]. 1.1 Sơ lược về hệ thống truyền hình 1.1.1 Sơ lược về lịch sử phát triển Truyền hình có mối liên hệ mật thiết với một số loại hình truyền thống hay nghệ thuật khác như phát thanh, điện ảnh… Tuy nhiên, chỉ sau một vài thập kỷ sơ khai, truyền hình đã tiến những bước tiến dài và thực sự tách ra khỏi các loại hình khác, trở thành phương tiện truyền thông độc lập và có sức mạnh to lớn trong việc tạo dựng và định hướng dư luận. Việc phát sóng truyền hình đầu tiên ở Mỹ được bắt đầu từ những năm 1930, và truyền hình chỉ thực sự phổ biến từ những năm 1950. Những đài phát thanh như NBC, CBS, ABC… sau khi phát triển thêm hệ thống truyền hình đã thực sự lớn mạnh và trở thành những tập đoàn phát thanh truyền hình tầm cỡ thế giới. Trên thực tế, sự hình thành và phát triển của truyền hình gắn liền với các sự kiện khoa học - công nghệ cũng như các sự kiện chính trị - xã hội khác. Ngay từ đầu những năm 1920, người ta đã chú ý đến truyền hình do họ nhận thức được vai trò của GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-13- truyền hình trong việc tuyên truyền, quảng bá trên các mặt kinh tế, chính trị, xã hội… có thể kể đến một số mốc quan trọng trong lịch sử truyền hình như sau: - Năm 1839: Bee Quell tìm ra hiện tượng quang điện. - Năm 1898: Volsske tìm ra hệ thống truyền hình không dây dẫn (truyền hình bằng sóng điện từ). - Tháng 3/1899: liên lạc vô tuyến quốc tế đầu tiên ra đời ở Anh và Pháp, dài 46Km. - Năm 1941: Mỹ chấp nhận chuẩn 525 dòng quét với bộ phân giải của mình. - Trong và sau chiến tranh thế giới thứ II: các cường quốc chạy đua gay gắt để phát các chương trình truyền hình nhằm vận động nhân dân ủng hộ các chiến lược quân sự và kinh tế của mình. - Năm 1957: ở Pháp xuất hiện hệ truyền hình màu SECAM do Henry De France nghiên cứu và thực hiện. - Năm 1962: giáo sư Walter Bruce ở Tây Đức công bố hệ truyền hình PAL. Cả hai hệ SECAM và PAL về nguyên lý chung thống nhất với hệ NTSC. - Năm 1966: ở Na Uy đã tiến hành hội nghị CCIR để chọn hệ truyền hình màu thống nhất cho cả Châu Âu, để tiện cho việc trao đổi chương trình truyền hình màu giữa các nước. Kết quả một số nước chọn hệ SECAM, một số nước dùng hệ PAL, Mỹ và Nhật sử dụng hệ NTSC. Ở Việt Nam chọn hệ PAL tiêu chuẩn OIRT (Organization Internatinal Radio and Television - Tổ chức phát thanh truyền hình quốc tế). - Năm 1994: Mỹ nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số, đến tháng 12 năm 1996 ban hành tiêu chuẩn ATSC. - Năm 1997: Nhật Bản ban hành tiêu chuẩn ISDB - hay còn gọi là tiêu chuẩn DiBEG. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-14- - Năm 1997: tiêu chuẩn DVB-T của Châu Âu ra đời. Nhiều nước Bắc Âu, một số nước Châu Á trong đó có Việt Nam và nhiều nước khác đã lựa chọn tiêu chuẩn này và dự kiến phát sóng số hoàn toàn vào năm 2010 - 2015. Việt Nam từ những năm 1997 đến nay có một số đơn vị kỹ thuật có nghiên cứu và tiếp cận với công nghệ số, cho đến nay nhiều công đoạn trong sản xuất chương trình, truyền dẫn đã được số hóa, nhiều đề tài nghiên cứu truyền hình số đã và đang được nghiên cứu thử nghiệm chính vì vậy mà nó mang tính khoa học và thực tiễn cao nhằm càng ngày càng nâng cao chất lượng cho việc phát hình số tại Việt Nam. Như vậy, có thể thấy, lịch sử phát triển của truyền hình luôn nằm trong và cùng song hành với lịch sử tiến bộ nhân loại. Truyền hình ngày một lớn mạnh là do nhu cầu thông tin của công chúng ngày càng cao, khoa học kỹ thuật phát triển và xuất hiện nhu cầu giao lưu quốc tế. Chính bản thân các vấn đề sự kiện chính trị, xã hội cũng góp phần thúc đẩy truyền hình phải tự phát triển và phát huy hơn nữa những ưu thế của mình, từ đó dần tạo nên những đặc trưng riêng biệt trong hệ thống các phương tiện truyền thông đại chúng hiện nay. 1.1.2 Công nghệ truyền hình tương tự Truyền hình đen trắng là bước mở đầu cho việc truyền các hình ảnh đi xa. Nó được nghiên cứu và chế tạo vào những năm 60 của thế kỷ XX với những ống thu hình Vidicon. Truyền hình đen trắng đã từng được sử dụng ở hầu hết các quốc gia trên thế giới, cùng với sự phát triển nhanh chóng của đèn điện tử thì các thiết bị của truyền hình đen trắng có độ ổn định hơn, chất lượng tốt hơn. Tuy nhiên truyền hình đen trắng lại có nhược điểm rất lớn là không có khả năng truyền đi các hình ảnh có màu sắc như trong thực tế. Do đó, năm 1957, hệ truyền hình màu đầu tiên đã ra đời tại Pháp, đã mở ra cuộc cách mạng đối với nền công nghiệp truyền hình. Hiện nay, có 3 loại công nghệ truyền hình tương tự chính được sử dụng trên toàn thế giới dựa trên tiêu chuẩn mã hóa hình ảnh NTSC, SECAM và PAL và sử dụng điều chế RF để điều chế tín hiệu sóng mang VHF hoặc UHF. Mỗi khung hình của một hình ảnh truyền hình bao gồm các dòng quét trên màn hình. Các dòng có độ sang GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-15- khác nhau, tập hợp toàn bộ dòng được vẽ một cách nhanh chóng để mắt người cảm nhận nó như là một hình ảnh. Các khung hình tiếp theo tuần tự được hiển thị, cho phép mô tả chuyển động. Các tín hiệu truyền hình tương tự có thông tin về thời gian và đồng bộ để máy thu có thể tái tạo lại một hình ảnh hai chiều chuyển động từ một tín hiệu một chiều biến thiên theo thời gian. - Tiêu chuẩn NTSC được phát triển tại Mỹ và lần đầu tiên đượ sử dụng trong năm 1954, NTSC hiện là tiêu chuẩn truyền hình lâu đời nhất. Nó bao gồm quét dòng là 525 và tần số quét hình là 60Hz. - Tiêu chuẩn SECAM được phát triển ở Pháp và lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1967. Nó sử dụng quét dòng 625 và tần số quét hình là 50Hz. Các loại tiêu chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm thanh khác nhau. - Tiêu chuẩn PAL được phát triển ở Đức và lần đầu tiên được sử dụng vào năm 1967. Là một biến thể của NTSC, chuẩn PAL sư dụng quét dòng 625 và tần số quét hình là 50Hz. Các tiêu chuẩn khác nhau sử dụng băng thông video và thông số kỹ thuật cung cấp dịch vụ âm thanh khác nhau. Trong thời đại truyền hình tương tự, các tiêu chuẩn đều có những phương tiện truyền dẫn tín hiệu cho riêng mình. Các thiết bị mạng có giá thành cao nên các mạng truyền hình mặt đất đều trực thuộc nhà nước hoặc chính phủ. Các chuẩn không có khả năng giao tiếp với nhau tạo nên đòi hỏi các quốc gia phải có hệ thống truyền hình mặt đất riêng cho mình. Hệ thống truyền hình tương tự bao gồm hệ thống sản xuất chương trình truyền hình (quay hậu trường, chỉnh sửa, hoàn thiện và lưu trữ video), phát sóng (tạo ra composite video, điều chế, khuếch đại, phát sóng) và tiếp nhận (thu tín hiệu từ anten, giải điều chế của máy thu truyền hình và hiển thị hình ảnh và âm thanh đến người xem) với tất cả các tín hiệu là tương tự. Ngày nay, thông tin kỹ thuật số được tạo ra trong phòng thu. Với truyền hình kỹ thuật số, tất cả các quá trình là kỹ thuật số, các hình ảnh, âm thanh và tất cả các thông tin bổ sung được tạo ra, truyền đi và nhận được tín hiệu kỹ thuật số. Điều này GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-16- cho phép định dạng tốt nhất cho hình ảnh và âm thanh, hình ảnh rộng hơn so với bản gốc (màn hình toàn cảnh), với mức độ cao hơn về độ phân giải (độ phân giải cao) và âm thanh stereo. Các hệ thống truyền hình số với những ưu điểm vượt trội so với truyền hình tương tự ở khả năng chống nhiễu cũng như tăng hiệu quả băng thông đang ngày càng phát triển và được nghiên cứu ở nhiều quốc gia. Do đó, xu hướng hiện nay là chuyển đổi sang truyền hình số. 1.2 Khái niệm truyền hình kỹ thuật số Truyền hình số là tên gọi một hệ thống truyền hình mà sử dụng phương pháp số để tạo, lưu trữ và truyền tín hiệu của chương trình truyền hình trên kênh thông tin, mở ra một khả năng đặc đặc biệt rộng rãi cho các thiết bị truyền hình làm việc theo các hệ truyền hình đã được nghiên cứu trước. So với tín hiệu tương tự, tín hiệu số cho phép tạo, lưu trữ, ghi đọc nhiều lần mà không làm giảm chất lượng ảnh. Tuy nhiên, không phải tất cả các trường hợp, tín hiệu số đều đạt được kết quả cao hơn so với tín hiệu tương tự (bộ lọc là một ví dụ cụ thể). Mặc dù vậy, xu hướng chung cho sự phát triển của công nghiệp truyền hình trên thế giới nhằm đạt được một hệ thống nhất chung đó là hệ thống truyền hình hoàn toàn bằng kỹ thuật số có chất lượng cao và dễ dàng phân phối trên kênh thông tin. Hệ truyền hình kỹ thuật số đã và đang được phát triển trên toàn thế giới, tạo nên một cuộc cách mạng thật sự trong công nghiệp truyền hình. Nguyên lý cấu tạo của hệ thống và các thiết bị truyền hình số được đưa ra như trên hình 1.1. Đầu vào của thiết bị truyền hình số sẽ tiếp nhận tín hiệu truyền hình tương tự. Trong thiết bị mã hóa (biến đôi A/D), tín hiệu truyền hình tương tự sẽ được biến đổi thành tín hiệu truyền hình số, các tham số và đặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệ thống truyền hình được lựa chọn. Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát. Sau đó tín hiệu truyền hình số được truyền tới bên thu qua kênh thông tin. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Quá trình giải mã tín hiệu truyền hình thực hiện biến đổi tín hiệu truyền GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-17- hình số sang tín hiệu truyền hình tương tự. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình. Thiết bị phát Tín hiệu truyền hình tương tự Biến đổi Mã hoá Mã hoá Điều chế A/D nguồn kênh số Kênh thông tin Giải mã Biến đổi Giải mã Giải điều hoá D/A nguồn hoá kênh chế số Tín hiệu truyền hình tương tự Thiết bị thu Hình 1.1: Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số [2]. Khi truyền qua kênh thông tin, tín hiệu truyền hình số được mã hóa kênh. Mã hóa kênh đảm bảo chỗng các sai sót cho tín hiệu trong kênh thông tin. Thiết bị mã hóa kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin. Khi tín hiệu truyền hình số được truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị biến đổi được gọi là bộ điều chế và bộ giải điều chế. Tại bên thu, tín hiệu truyền hình số được biến đổi ngược lại với quá trình xử lý tại phía phát. Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác định cấu trúc mã hóa và giải mã tín hiệu truyền hình [2]. 1.3 Đặc điểm truyền hình kỹ thuật số Các hệ thống truyền hình phổ biến hiện nay như: NTSC, SECAM, PAL đều là các hệ thống truyền hình tương tự. Tín hiệu truyền hình tương tự là hàm liên tục theo thời gian và từ khâu tạo dựng, truyền dẫn, phát sóng đến khâu thu tín hiệu đệu chịu GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-18- ảnh hưởng của nhiều yếu tố (nhiễu và can nhiễu từ nội bộ hệ thống và từ bên ngoài) làm giảm chất lượng hình ảnh. Để khắc phục những hiện tượng đó, người ta mã hóa tín hiệu truyền hình ở dạng số để xử lý. Do đó hệ thống truyền hình số có những ưu điểm sau: - Có khả năng phát hiện lỗi và sửa sai. - Có thể tiến hành rất nhiều quá trình xử lý trong trung tâm truyền hình mà tỷ số S/N (tỷ số tín hiệu/tạp âm) không giảm. Trong truyền hình tương tự thì việc này gây ra méo tích lũy (mỗi khâu xử lý đều gây méo). - Thuận lợi cho quá trình ghi đọc: có thể ghi đọc vô hạn lần mà chất lượng không bị giảm. - Có khả năng lưu trữ tín hiệu số trong các bộ nhớ đơn giản và sau đó đọc nó với tốc độ tùy ý. - Khả năng truyền trên cự ly lớn: tính chống nhiễu cao (do việc cài mã sửa lỗi, chống lỗi, bảo vệ…). - Khả năng thu di động tốt. người xem dù đi trên ôtô, tàu hỏa vẫn xem được các chương trình truyền hình. Sở dĩ như vậy là do xử lý tốt hiện tượng Doppler. - Dễ tạo dạng, lấy mẫu tín hiệu, do đó dễ thực hiện việc chuyển đổi hệ truyền hình, đồng bộ từ nhiều nguồn khác nhau, để thực hiện những kỹ xảo trong truyền hình. - Có khả năng thu tốt trong truyền sóng đa đường. Trong hệ thống truyền hình tương tự, thường xảy ra hiện tượng bóng ma do tín hiệu truyền đến máy thu theo nhiều đường. Việc tránh nhiễu đồng kênh trong hệ thống thông tin số cũng làm giảm đi hiện tượng này trong truyền hình quảng bá. - Tiết kiệm được phổ tần nhờ sử dụng các kỹ thuật nén băng tần, tỷ lệ nén có thể lên đến 40 lần mà hầu như người xem không nhận biết được sự suy giảm chất lượng. Từ đó có thể truyền được nhiều chương trình trên một kênh sóng, trong khi truyền hình tương tự mỗi chương trình phải dùng một kênh sóng riêng. GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-19- - Có khả năng truyền hình đa phương tiện, tạo ra loại hình thông tin hai chiều, dịch vụ tương tác, thông tin giao dịch giũa điểm và điểm. Do sự phát triển của công nghệ truyền hình số, các dịch vụ tương tác ngày càng phong phú đa dạng và ngày càng mở rộng. - Bảo toàn chất lượng: chất lượng của tín hiệu số và tín hiệu tương tự trong quá trình truyền từ máy phát đến máy thu được thể hiện như hình 1.2. Tín hiệu số Chất lượng Tín hiệu tương tự Khoảng cách giữa máy phát và máy thu Hình 1.2: So sánh chất lượng tín hiệu số và tương tự. Tuy nhiên, truyền hình số cũng có một vài nhược điểm đáng quan tâm như:  Dải thông của tín hiệu tăng do đó độ rộng băng tần của thiết bị và hệ thống truyền lớn hơn nhiều so với tín hiệu tương tự.  Việc kiểm tra chất lượng tín hiệu số ở mỗi điểm của kênh truyền thường phức tạp hơn (phải dùng mạch chuyển đổi số - tương tự). 1.4 Xử lý tín hiệu, truyền dẫn tín hiệu truyền hình kỹ thuật số 1.4.1 Cơ sở truyền hình kỹ thuật số Theo hình 1.3, mỗi một chương trình truyền hình cần một bộ mã hóa MPEG- 2 riêng trước khi biến đổi tín hiệu từ tương tự sang số. Khi đã được nén để giảm tải dữ liệu, các chương trình này sẽ ghép lại với nhau để tạp thành dòng bit liên tiếp. Lúc GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền
-20- này chương trình đã sẵn sàng được truyền đi xa, cần được điều chế để phát đi theo các phương thức: DVB-S DVB-T DVB-C Điều chế Giải điều chế Mã hóa Giải mã hóa Ghép kênh chương trình Tách kênh chương trình CT 1 CT n MPEG-2 MPEG-2 Giải MPEG-2 A/D A/D D/A Video Audio Video Audio Video Audio Khối nén Khối số hóa tín video số hiệu truyền Phía phát Phía thu Hình 1.3: Sơ đồ tổng quát hệ thống thu và phát truyền hình số.  Truyền hình số vệ tinh DVB-S (QPSK)  Truyền hình số cáp DVB-C (QAM)  Truyền hình số mặt đất DVB-T (COFDM) GVHD: TS Nguyễn Cảnh Minh SVTH: Nguyễn Thị Hiền