Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Hình 3.11. Đóng gói video
3.3.6.2. Mode truyền dị bội (ATM)
Kích cỡ gói là một đặc tính quan trọng của các hệ thống đóng gói và phải được
xác định ngay tại thời điểm thiết kế hệ thống. Kích cỡ có thể thay đổi được hoặc cố
định. Do có một số overhead cần đến trong header của gói không quan tâm đến kích
cỡ của nó, nên nếu overhead giảm, gói sẽ được thiết kế lớn hơn. Tuy nhiên, các gói
nhỏ hơn sẽ tạo ra độ linh hoạt tốt hơn cho chỉ tiêu hệ thống. Chính vì độ linh hoạt và
cũng do nó lấy cùng số lượng xử lý để tiến hành đóng gói mà không quan tâm đến
kích cở của gói nên hầu hết các thiết kế hệ thống có các kích cỡ gói nhỏ, trong phạm
vi từ 50 đến vài trăm byte.
Các khung video
Người gởi
Các khung video
Người nhận
Bộ mã hóa Bộ giải mã
Mạng chuyển mạch gói
Các gói
Dữ liệu gởi Dữ liệu nhận
Chỉ đường dẫn
ảo
(
VPI
)
5 byte
header
Chỉ kênh truyền ảo
(
VCI
)
Điều khiển lỗi
heade
r
48 byte dữ liệu
Điều khiển
luồn
g
Header thích
ứn
g
Kiểu dữ liệu
Dự trữ
Hình 3.12. Cấu trúc gói ở chế độ truyền dị bội
73
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Các gói của nó gọi là các tế bào có kích thước 53 byte như ở hình 3.12. Mỗi tế
bào có sức chứa dữ liệu là 48 byte và một header 5 byte. Header của tế bào ATM có
năm phần cộng với 8 bit của mã phát hiện sửa lỗi vào header.
1. Điều khiển dòng 4 bit có thể được sử dụng để điều khiển dòng thông tin từ
phần cứng giao diện mạng của người sử dụng.
2. Bộ nhận dạng đường dẫn ảo (VPI) -12 bit dùng để nhận dạng điểm đến cho tế
bào. Nhiều dạng tế bào khác nhau có thể có cùng VPI.
3. Bộ nhận dạng kênh ảo (VCI) -12 bit dùng để nhận dạng kênh cho một dòng
riêng.
4. Kiểu trọng tải (PT)-3 bit có thể sử dụng để nhận dạng kiểu thông tin, phần
cứng và phần mềm trong mạng không nhận biết được những bit này.
5. Một bit dự phòng.
3.3. PHƯƠNG TIỆN TRUYỀN DẪN
Quá trình truyền dẫn phải cần đến một vài loại hình kết nối giữa nguồn dữ liệu
và nguồn sử dụng. Đây vừa là sự kết nối vật lý vừa là sóng radio như trong truyền
hình quảng bá mặt đất hoặc truyền dẫn qua vệ tinh.
3.3.1. Cáp đồng trục
Truyền bằng cáp đồng trục bao gồm từ các cáp video mềm, loại nhỏ sử dụng
trong truyền hình quảng bá hoặc hệ thống video gia đình đến cáp nửa cứng nửa
mềm dùng cho các đường trung kế của TV cáp. Tất cả những loại cáp này đều có
đặc tính là tín hiệu bị giảm đi theo khoảng cách và càng giảm nhanh hơn ở những
tần số cao. Đối với các dịch vụ analog, thường cần đến bộ cân bằng cáp trên dải
thông được sử dụng nhờ các mạch lọc đặt tại một hoặc cả hai đầu của cáp. Khi sử
dụng thêm quá trình cân bằng, SNR của cáp suy giảm và trở thành giới hạn độ dài
của mạch cáp được sử dụng. Điều này có thể được khắc phục nhờ bộ lặp, đây là bộ
khuếch đại tín hiệu theo chu kỳ được sử dụng rộng rải trong các hệ thống TV cáp.
Tất cả các thông số trên rất hữu hiệu trong các hệ thống số, tuy nhiên vẫn còn
nhiều cơ hội lựa chọn điều chế và mã hóa kỹ thuật phù hợp với các đặc tính của cáp.
Truyền dẫn số có thể thực hiện trên mọi loại cáp với bất cứ kiểu mã hóa nào nhưng
độ dài hoạt động thực tế sẽ bị giới hạn. Giới hạn này có thể được mở rộng nhờ việc
lựa chọn quá trình mã hóa thích hợp và sử dụng các kỹ thuật analog cho quá trình
cân bằng.
74
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
Loại cáp Tốc độ dữ
liệu (Mb/s)
Khoảng
cách (km)
Tốc độ × khoảng
cách (Gb-km/s)
Cáp xoán đôi 1 2 0,002
Cáp đồng trục (nhỏ) 10 1 0,01
Cáp đồng trục (TV cap) 2000 1 2
Sợi đa mode 600 2 1,2
Sợi đơn mode 2000 100 200
Bảng 3.2. Chỉ tiêu của các loại cáp khác nhau
Các hệ thống cáp TV
Dải tần analog cân bằng của các hệ thống cáp TV nằm trong khoảng từ 300
đến 500MHz, được chia thành các kênh TV khoảng từ 50 đến 80 kênh 6MKz.
Truyền hình quảng bá mặt đất có thể thực hiện tổng hợp các dịch vụ analog và
digital trên cùng một cáp bằng cách định rõ các kênh phù hợp cho chương trình
analog và số. Sử dụng điều chế dạng HDTV Grand Alliance, mỗi kênh cáp 6MKz
có khả năng chứa tốc độ bit là 38Mb/s. Nếu 50 kênh cáp là số thì tốc độ trung bình
của nó sẽ là 1.9GB/s. Tuy khả năng lớn nhưng vấn đề là ở chỗ là cách sử dụng như
thế nào. Không phải mọi hệ thống đều truyền được 1000 chương trình khác nhau ở
mọi lúc, tuy nhiên các ứng dụng như video hai chiều vẫn có thể sử dụng khả năng
này.
3.3.2. Cáp sợi quang
Cáp sợi quang có dải thông và các đặc tính độ dài lớn hơn nhiều so với cáp
đồng. Nó cần đến bộ chuyển đổi điện tử-quang ở mỗi đoạn nối trên đường truyền,
điều này có nghĩa là sự kết nối phân nhánh sẽ trở nên khó hơn. Tuy nhiên, cáp sợi
quang tạo ra tính kháng thể gần như hoàn toàn với nhiễu từ hoặc điện.
3.3.3. Đường điện thoại
Mạng điện thoại toàn cầu khởi đầu được xây dựng cho truyền thoại analog ở
dải thông khoảng 3,5KHz. Nó tạo ra đường liên lạc 2 chiều thông qua một mạng
quay số chuyển mạch. Các kết nối được thực hiện thông qua việc quay số và khi đã
thực hiện xong, kết nối sẽ dành riêng cho hai người đối thoại và kết nối bị phá vỡ
khi một trong hai người cúp máy.
3.3.3.1. Modem điện thoại
Trong thực tế người sử dụng phải tương thích các kết nối analog hiện đang sử
dụng với truyền dẫn số nhờ sử dụng các modem. Modem được sử dụng rộng rãi ở
75
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
máy tính và là cơ sở để ứng dụng internet trên toàn cầu. Các modem điện thoại hiện
nay sử dụng điều chế đa mức tới tận 4bit/symbol.
Với thiết bị này dải thông hẹp, chỉ tiêu SNR của kết nối tín hiệu thoại analog
hạn chế, tất cả điều này hạn chế tốc độ dữ liệu của các modem điện thoại, chỉ
khoảng 33.000 bit/s. Tốc độ như vậy phù hợp với việc truyền văn bản, tuy nhiên
không thể đáp ứng cho tín hiệu video, audio hoặc ảnh với chất lượng cao được. Tại
thời điểm này đã có các modem 56.000bit/s có khả năng thực hiện đầy đủ bằng cách
kết nối số trực tiếp với mạng điện thoại của máy chủ.
3.3.3.2. Cáp điện thoại
Cáp sử dụng cho thông tin loại analog là cáp sợi đồng, xoắn đôi, có khả năng
truyền dẫn số tốt, một số phần của mạng diện thoại số cũng sử dụng loại này.
3.3.4. Truyền dẫn bằng tần số vô tuyến
Thông tin số vô tuyến có thể là điểm-điểm, hoặc một điểm tới nhiều điểm
(quảng bá). Đường truyền dành cho điểm-điểm rất đắt và số lượng các đường truyền
như vậy bị giới hạn bởi khoảng cách phổ tần số cho phép.
3.3.4.1. Thông tin tế bào
Hầu hết thông tin điểm-điểm ngày nay đều thực hiện trên các mạng tần số vô
tuyến ví dụ như các mạng DT tế bào. Các hệ thống này có giá thành tương đối cao
và sử dụng chung khoảng cách phổ cho nhiều người sử dụng. Mạng tế bào, ban đầu
là analog dùng cho điện thoại, nhưng hiện nay nó đã được số hóa. Mặc dù các mạng
điện thoại tế bào có thể được sử dụng modem nhưng sự chuyển mạch tế bào khiến
nó không đáng tin cậy, từ khi mạng tế bào trở thành số và quá trình mã hóa phù hợp
để xử lý các đặc tính của nó được đáp ứng, việc sử dụng truyền dẫn dữ liệu trên
mạng tế bào sẽ tăng lên.
3.3.4.2. Quảng bá
Truyền quảng bá audio và video là một phương pháp phổ biến trên toàn thế
giới, về bản chất toàn bộ các dịch vụ này là analog, tuy nhiên các dịch vụ kỹ thuật
số đang được phát triển và sẽ được triển khai trong tương lai gần. Một trong những
phát triển mới quan trọng là hệ thống Grand Alliance, hệ thống này được phát triển
ở Mỹ.
3.3.4.3. Quảng bá qua vệ tinh
Vệ tinh được sử dụng cả trong thông tin quảng bá và thông tin điểm-điểm. Một
bộ thu phát được gọi là transponder trong vệ tinh dùng để thu nguồn tín hiệu từ mặt
đất (tuyến lên) và phát lại nó ở một tần số khác và thông qua anten khác (tuyến
xuống) tới một hoặc nhiều trạm thu trên mặt đất. Do năng lượng vệ tinh lấy từ mặt
76
Chương 3: Truyền dẫn audio và video
trời nên năng lượng truyền dẫn của nó bị hạn chế và các tần số sóng vi ba cũng như
các búp hẹp của anten đĩa phải được sử dụng nhằm đạt được chỉ tiêu mong muốn.
Các transponder vệ tinh trước đây sử dụng điều chế FM analog nhưng các thiết kế
mới hơn đã sử dụng điều chế số.
3.4 CÁC HỆ THỐNG TRUYỀN DẪN
Việc định nghĩa một hệ thống truyền dẫn phải bao hàm cả quá trình mã hóa và
điều chế của nó. Trong một môi trường cụ thể, định nghĩa phải xác định rõ môi
trường vật lý, kết nối… Một vài hệ thống đã được triển khai rộng rãi sẽ được trình
bày trong phần này.
1.4.1 Thành phần 4:2:2 bit song song
Nhóm SMPTE đã đưa ra một vài tiêu chuẩn giao diện số cho các tín hiệu của
hệ NTSC, PAL và HDTV trong cả hai định dạng song song và nối tiếp. SMPTE
125M là một giao diện song song 10 bit cho hệ thống 525/60 hoạt động theo tiêu
chuẩn ITU-R Rec.BT.601 số hóa, trong định dạng 4:2:2. Một cáp đặc biệt được sử
dụng, gồm 12 mạch xoắn đôi với các bộ nối DB-25, 10 cặp sử dụng cho dữ liệu, cặp
11 dùng để truyền xung clock, cặp còn lại dùng để tiếp đất. Độ dài của cáp có thể là
50m không có sự cân bằng, độ dài cũng có thể lên tới 300m nhưng phải được sự cân
bằng. Lưu ý là những giao diện song song này phải khớp với các mạch cá nhân
trong cáp nhiều dây một cách chính xác để việc đo thời gian của mỗi đường dẫn bit
nằm trong khoảng dung sai của đồng hồ. Nó giới hạn chỉ tiêu các giao diện song
song.
Quá trình mã hóa tín hiệu trên mỗi đường dữ liệu là NRZ và 10 đường dữ liệu
sẽ truyền song song các mẫu PCM. Không có phần dự trữ để phát hiện và sữa lỗi
của dữ liệu video, tiêu chuẩn này chỉ thích hợp cho kết nối bằng cáp dây cứng.
Định dạng của tiêu chuẩn Rec.601 không yêu cầu phải lấy mẫu khoảng xóa
dòng và xóa mành, tuy nhiên thời gian này vẫn dành cho truyền các tín hiệu ID và
thông tin khác. VD có tổng 858 mẫu trong một chu kỳ của dòng, tuy nhiên chỉ có
720 mẫu tích cực được xác định. Hình 3.13 minh hoạ cách thức xác định phần còn
lại của khoảng xóa dòng.
Hai khối đồng bộ 4 từ được đặt ở điểm xuất phát video tích cực (SAV) và điểm
cuối của video tích cực (EAV). Khối đồng bộ này gồm một từ là tất cả các số “1”,
hai từ là tất cả các số “0” và từ thứ tư nhận dạng xóa dòng và số thứ tự của mành.
Với tần số đồng bộ giao diện 27MHz sẽ có 276 chu kỳ đồng hồ trong khoảng xóa
dòng số và tám chu kỳ dùng cho đồng bộ, còn lại 268 chu kỳ clock được sử dụng để
truyền dẫn dữ liệu phụ.
77