Giới Thiệu Về Truyền Hình Số Mặt Đất Dvb

- Nén video MPEG-2 tương hợp với nén video MPEG-1 được thể hiện qua 4 hình thức tương hợp:

+ Tương hợp thuận: Bộ giải mã MPEG-2 có khả năng giải mã dòng bít (hoặc một phần dòng bít MPEG-1).

+ Tương hợp ngược: Bộ giải mã MPEG-1 có khả năng giải mã được một phần dòng bít MPEG-2.

+ Tương hợp lên: Bộ giải mã độ phân giải cao có khả năng giải mã được dòng bít có độ phân giải thấp.

+ Tương hợp xuống: Bộ giải mã độ phân giải thấp có thể giải mã được một phần dòng bít của bộ mã hoá có độ phân giải cao.

- MPEG-2: Hỗ trợ khả năng co giãn: co giãn không gian, co giãn SNR, co giãn phân chia số liệu...

- Ngoài ra còn nhiều cải tiến khác:

+ Cho phép sử dụng nhiều cấu trúc lấy mẫu: 4:4:4, 4:2:2,4:2:0.

+ Hệ số DC được mã hoá với độ chính xác đặc biệt.

+ Cho phép cả hai dạng quét: quét xen kẽ và quét liên tục.

1.3.3.3. Đặc tính và các mức trong MPEG – 2

Nén MPEG-2 có một chuỗi các mức (level) và đặc tính (profile), được dùng cho nhiều ứng dụng khác nhau.

Cấu trúc tín hiệu số trong tiêu chuẩn MPEG-2 rất phức tạp. Vì thế dẫn đến việc chia cấu trúc thành các tập con gọi là profiles. Có các định nghĩa về profile:

- Simple Profile (profile đơn giản): có số công cụ thấp nhất, sử dụng tốc độ bit thấp và không dùng B frame. Nó tương đương với đặc điểm kỹ thuật MPEG-1.

- Main Profile (profile chính): có tầm ứng dụng khá rộng. Nó rất quan trọng vì đáp ứng được độ phân giải đối với truyền hình quy ước. Nó cho chất lượng ảnh tốt hơn với cùng một tốc độ bít so với low profile nhưng thời gian trì hoãn khi mã hóa và giải mã tăng lên.

- High profile (profile cao): nó bao gồm toàn bộ các công cụ của spatially scalable profile cộng thêm khả năng mã hóa nhiều tín hiệu khác nhau cùng một lúc. Nó được dự định dùng cho HDTV, cho phép các bộ thu HDTV giải mã cả hai lớp để hiện thị một ảnh HDTV. Đây là một hệ thống hoàn hảo được thiết kế cho toàn bộ ứng dụng mà không hạn chế tốc độ bit.

Level

Profiles

Đơn giản ( simple ) 4:2:0

Chính ( Main )

4:2:0

Phân cấp theo SNR 4:2:0

Phân cấp theo không gian

4:2:0

Cao

4:2:2

Cao 1920X115

80 Mbit/s

100 Mbit/ s

Cao – 1440

1440X115

60 Mbit/s

80 Mbit/s

Chính 720X576

15 Mbit/s

20 Mbit/s

Thấp 352X288

4 Mbit/s

Có thể bạn quan tâm!

Xem toàn bộ 58 trang tài liệu này.

Bảng 1.2. Các level và profile của MPEG - 2

Vấn đề hạn chế các mức có liên quan đến độ phân giải cực đại của ảnh. Có 4 mức hạn chế.

- Low level (mức thấp): Ứng với độ phân giải của MPEG-1, nghĩa là bằng ¼ độ phân giải truyền hình tiêu chuẩn.

- Main level (mức chính): Độ phân giải của truyền hình tiêu chuẩn

- High – 1440 level (mức cao 1440): Độ phân giải của HDTV với 1440 mẫu/dòng.

- High level (mức cao): Độ phân giải HDTV với 1920 mẫu/dòng

1.3.3.4. Cấu trúc các lớp trong MPEG – 2

Định dạng nguồn

Định dạng thức nguồn

Tín hiệu video, audio, data

Mã hóa nén

Giải mã nén

Lớp nén

Giải gói

Giải mã đa hợp dòng PS

Đóng gói

Đa hợp dòng PS

Lớp hệ thống

Đa hợp dòng TS

Giải mã đa hợp dòng TS

Hình 1.6. Cấu trúc các lớp trong MPEG – 2

Lớp nén: Mô tả cú pháp của dòng video và audio dựa trên cấu trúc dòng data video và audio đã được trình bày ở trên. Các chuỗi data hay video, audio độc lập được mã hoá MPEG – 2 để tạo ra các dòng độc lập gọi là dòng cơ bản.

Lớp hệ thống: Định nghĩa tổ hợp các dòng bít audio và video riêng biệt thành một dòng đơn để lưu trữ (dòng chương trình PS) hay truyền tải (dòng truyền tải TS), như mô tả ở hình 1.8. Hệ còn gồm cả thông tin đồng thời và thông tin khác cần cho giải đa hợp audio, video và để đồng bộ audio – video ở phía giải mã; thông tin chuẩn đồng hồ hệ thống (system clock reference SCR) và nhãn thời gian trình diễn (presentation time stamp PTS) được chèn vào dòng bít MPEG.

Chuẩn MPEG định nghĩa một hệ thống ba dòng data có thứ bậc: dòng sơ cấp đã đóng gói, dòng chương trình và dòng truyền tải:

- Dòng sơ cấp đã đóng gói PES: Qua bộ đóng gói, dòng sơ cấp được chia thành các gói có độ dài tuỳ ý. Nội dung gói có nguồn gốc từ một hay nhiều dòng sơ cấp, dòng audio hay dòng video đã được mã hoá.

- Dòng chương trình: Các gói PES có nguồn gốc từ 1 hay nhiều dòng sơ cấp dùng chung gốc thời gian như là dòng audio, data, được ghép thành một dòng chương trình PS như các lô (pack) có tính lặp lại. Trong phần header của lô, SCR đảm bảo các gói audio và video được định thời. Đó là tín hiệu thời gian thực chỉ báo thời gian truyền lô đó. Các lô PS có độ dài tuỳ ý. Số lượng và trình tự các gói

trong lô không được định nghĩa, nhưng các gói được gửi theo trình tự thời gian. Một PS có thể mang tới 32 dòng audio, 16 dòng video, tất cả đều có chung gốc thời gian. PS nhạy với lỗi và được dùng trong ghi hình đa phương tiện và phân phối nội bộ, trong các ứng dụng có sai số truyền có thể bỏ qua.

8 byte Phần payload ES – lớn nhất (8 Kbyte – 8byte)

SC SC SC SI PL PL BS BS

SC SI PL BS

Mã bắt đầu Nhận dạng dòng Độ dài gói

Kích cỡ bộ đệm

Hình 1.7. Cấu trúc PS

Hình 1.8. Cấu trúc gói dòng truyền tải TS

- Dòng truyền tải TS: Có thể tạo thành từ tổ hợp một hay nhiều dòng PS có gốc thời gian độc lập nhau hoặc từ một tổ các PES như ở hình 1.10. Tuy nhiên, PS không phải là một bộ con của TS, do TS không chứa tất cả thông tin bán ảnh chương trình. Khi trích PS từ TS phải thu được vài thông tin trên các gói PES có nguồn gốc từ một hay nhiều dòng sơ cấp ES dùng chung gốc thời gian hay gốc thời gian khác nhau như dòng audio, video, và data được phép ghép thành một dòng tải trên TS gồm các gói truyền tải kích cỡ nhỏ mang tính lặp lại, như hình 1.10. Một

hay nhiều PS có clock chuẩn khác nhau cũng có thể ghép thành một TS qua sự chuyển đổi trong gói PES.

1.3.4. Nén video theo MPEG – 4

Đặc điểm chính của MPEG-4 là mã hóa video và audio với tốc độ bit rất thấp. Thực tế tiêu chuẩn đưa ra với 3 dãy tốc độ bit.

- Dưới 64 kbps

- 64 đến 384 kbps

- 384 Kbps đến 4 Mbps

Đặc điểm quan trọng của chuẩn MPEG-4 là cho phép khôi phục lỗi tại phía thu, vì vậy chuẩn nén này đặc biệt thích hợp đối với môi trường dễ xãy ra lỗi như truyền dữ liệu qua các thiết bị cầm tay. Những profile và level khác trong MPEG-4 cho phép sử dụng tốc độ bit lên đến 38.4 Mbps và việc xử lý chất lượng studio cần các profile và level lên đến 1.2Gbps.

Ba đặc tính rất quan trọng của MPEG-4 là:

- Nhiều object có thể được mã hóa với các kỹ thuật khác nhau và kết hợp lại ở bộ giải mã.

- Các object có thể là các cảnh có được từ camera hay tự tạo như text.

- Các thông tin trong luồng bit có thể hiển thị nhiều dạng khác nhau từ cùng một luồng bit (tùy theo lựa chọn người xem chẳng hạn như ngôn ngữ).

MPEG-4 cho khả năng mã hóa video và audio hơn hẳn MPEG-2 cũng như khả năng khôi phục lỗi. Tuy nhiên cũng có một số nhược điểm là bộ giải mã phải có khả năng giải mã hết tất cả các luồng bit mà nó hổ trợ và có khả năng kết hợp. Do đó phần cứng của bộ giải mã MPEG-4 phức tạp hơn so với bộ giải mã MPEG-2. Và ngày nay thì càng có nhiều bộ mã thực hiện giải mã bằng phần mềm nhưng bộ giải mã bằng phần cứng có thể bị hạn chế về khả năng linh hoạt.

Chương 2

TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ MẶT ĐẤT DVB – T

2.1. Giới thiệu về truyền hình số mặt đất DVB – T

Việc phát triển các tiêu chuẩn DVB đã khởi đầu vào năm 1993 và tiêu chuẩn DVB-T đã được tiêu chuẩn hoá vào năm 1997 do Viện tiêu chuẩn truyền thông châu Âu. Hiện nay tiêu chuẩn này đã được các nước Châu Âu và nhiều nước khác trên thế giới thừa nhận. Năm 2001 đài truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn nó làm tiêu chuẩn để phát sóng cho truyền hình mặt đất trong những năm tới. DVB là sơ đồ truyền dựa trên tiêu chuẩn MPEG-2, là một phương pháp phân phối từ một điểm tới nhiều điểm video và audio số chất lượng cao có nén. Nó là sự thay thế có tăng cường tiêu chuẩn truyền hình quảng bá tương tự vì DVB cung cấp phương thức truyền dẫn linh hoạt để phối hợp video, audio và các dịch vụ dữ liệu. Trong truyền hình số mặt đất không thể sử dụng phương pháp điều chế đơn sóng mang, vì lý do này OFDM đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình mặt đất DVB-T. DVB-T cho phép hai mode truyền phụ thuộc vào số sóng mang được sử dụng.

Hệ thống trạm mặt đất DVB- T: Các kênh VHF/UHF của trạm mặt đất là những phương tiện quan trọng nhất với việc truyền dẫn tín hiệu số tốc độ cao vì các thủ tục truyền lại đa đường tạo ra sự dội vang và sự giảm âm thanh của tần số lựa chọn. Trễ của việc mở rộng các tín hiệu trong việc truyền lặp là do sự phản xạ của núi, đồi hay dãy nhà cao … có thể lên tới hàng chục μs. Trong trường hợp phía thu có thể di chuyển, tín hiệu tín hiệu trực tiếp từ phía phát có thể bị mất do đó bên phía thu buộc phải khai thác những đám mây tín hiệu phản hồi xung quanh vật thể.

Tham số

Mode 2K

Mode 8K

Số lượng sóng mang con Độ rộng symbol có ích (TU)

Khoảng cách sóng mang

(1/TU)

Băng thông Khoảng bảo vệ 

Phương thức điều chế

1705

224 s 4464hz 7.61Mhz

T/4, T/8, T/12

QPSK, 16-64QAM

6817

896 s

1116Hz

7.61Mhz T/4, T/8 QPSK, 16- 64QAM

Bảng 2.1. Mô tả các thông số các mode làm việc trong DVB - T

Kiểu 2K phù hợp cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ và cho các mạng SFN loại nhỏ có khoảng cách bộ truyền giới hạn, nó sử dụng 1705 sóng mang con. Kiểu 8K có thể được sử dụng cho hoạt động bộ truyền đơn lẻ cũng như cho các mạng SFN loại nhỏ và lớn; nó sử dụng 6817 sóng mang con. Để giảm nhỏ ảnh hưởng không bằng phẳng của kênh thì dùng nhiều sóng mang càng tốt. Tuy nhiên khi số sóng mang nhiều, mạch sẽ phức tạp hơn, trong giai đoạn đầu khi công nghệ chế tạo chip

chưa hoàn thiện các chip điều chế còn đắt người ta thường dùng mode 2K vì công nghệ chế tạo chip đơn giản và rẻ hơn.

Trong mạng đơn tần số (SFN), sự lựa chọn tần số kênh có thể rất quan trọng khi tất cả các máy phát tín hiệu giống nhau ở cùng thời điểm và có thể phát các tín hiệu lặp lại “nhân tạo” trong khu vực dịch vụ (trễ lên đến vài trăm μs). Để khắc phục vấn đề này, các bộ tương thích DVB- T được thiết kế dựa trên việc điều chế đa sóng mang trực giao COFDM.

Phân bố năng lượng Reed Solomon

Chèn mã Viterbi

OFDM

2k, 8k

Hình 2.1. Tiêu chuẩn DVB – T

Có thể chia dòng bít truyền tới thành hàng ngàn sóng mang phụ tốc độ thấp, trong ghép kênh FDM. Hệ thống có thể hoạt động ở hai mode chính: mode 2k cho các mạng chuyển đổi (tướng với 1705 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 224 μs) và mode 8k cho SFN (tương ứng với 6817 sóng mang phụ trong dải thông 7,61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng Tu = 86 μs).

Mỗi sóng mang được điều chế theo lược đồ AM – QAM (hay 32 QAM).

2.1.1. Sơ đồ khối

Phát Thu

Tín hiệu Audio, Video

Mã hóa nguồn

Mã hóa truyền dẫn

Điều chế

Giải điều chế

Giải mã kênh truyền

Giải mã nguồn

Biến đổi D/A

Hình 2.2. Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số mặt đất

Trong đó:

Phía phát

- Tín hiệu Video/Audio nguồn:

+ Tín hiệu nguồn là tín hiệu số hay tương tự được biến đổi thành các dữ liệu số. Các chuẩn tín hiệu số được định dạng sao cho tương thích với hệ thống mã hoá.

+ Tín hiệu Video có tốc độ bít rất lớn, chẳng hạn chuẩn CCIR 601 thì tốc độ bít lên đến 270 Mbps. Để các kênh truyền hình quảng bá có độ rộng 8 MHz có thể đáp ứng cho việc truyền tín hiệu số, cần phải giảm tốc độ bít bằng cách nén tín hiệu video.

- Mã hoá nguồn dữ liệu (source coding):

+ Mã hoá nguồn dữ liệu thực hiện nén số ở các tần số nén khác nhau. Việc nén được thực hiện bằng bộ mã hoá MPEG- 2. Việc mã hoá dựa trên cơ sở nhiều khung hình ảnh chứa nhiều thông tin với sự sai khác rất nhỏ.

+ Do đó MPEG làm việc bằng cách chỉ gửi đi những sự thay đổi này và dữ liệu lúc này có thể giảm từ 100 đến 200 lần. Với Audio cũng vậy, việc nén dựa trên nguyên lý tai nghe người khó phân biệt âm thanh trầm nhỏ so với âm thanh lớn khi chúng có tần số lân cận nhau và những bít thông tin trầm nhỏ này có thể bỏ đi và không được sử dụng.

+ Mã hoá nguồn chỉ liên quan đến các đặc tính của nguồn. Phương tiện truyền phát không ảnh hưởng gì đến mã hoá nguồn.

- Mã hoá kênh:

+ Gói và đa hợp Video, Audio và các dữ liệu phụ vào một dòng dữ liệu phụ ở đây là dòng truyền tải MPEG- 2. Nhiệm vụ của mã hoá kênh là làm cho tín hiệu truyền dẫn phát sóng phù hợp với kênh truyền.

+ Trong truyền hình số mặt đất mã được sử dụng là mã Reed- Solomon. Mã Reed-Solomon được sử dụng rộng rãi trong hệ thống thông tin ngày nay do có khả năng sửa lỗi rất cao.

- Điều chế: Điều chế tín hiệu phát sóng bằng dòng dữ liệu, quá trình này bao gồm cả mã hoá truyền dẫn, mã hoá kênh và các kỹ thuật hạ thấp xác suất lỗi, chống lại các suy giảm chất lượng do phadinh, tạp nhiễu...

Phía thu

Bên thu sẽ mở gói, giải mã, hiển thị hình và đưa ra máy thu.

2.1.2. Đặc điểm

So với các phương thức truyền dẫn khác, phương thức truyền hình số mặt đất có những nhược điểm như:

- Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường do bề mặt của mặt đất cũng như các toà nhà tầng.

- Giá trị tạp do con người tạo ra là cao.

- Do phân bố tần số khá dầy trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét.

Chính vì vậy đã có ý kiến cho rằng phát quảng bá truyền hình số mặt đất là không thực tế. Tuy nhiên sự ra đời của các chuẩn truyền hình số mặt đất như DVB- T của châu Âu và ATSC của Mỹ đã khắc phục được phần lớn các điểm bất lợi trên của truyền hình số mặt đất so với vệ tinh và cáp. Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng tần phổ cao hơn và chất lượng tốt hơn so với phát sóng tương tự hiện tại:

- Trên dải tần của một kênh truyền hình tương tự có thể phát một chương