Tập bài giảng Kỹ thuật audio và video số

tín hiệu  Hệ thống Video.  Hệ thống Audio. MPEG-7 không dựa vào cách mã hoá của dữ liệu, nó được xây dựng trong MPEG-4, tiêu chuẩn cung cấp cách mã hoá dữ liệu nghe nhìn của vật thể có mối liên hệ nào đó trong thời gian và không gian. Khi dùng kiểu mã hoá MPEG-4, nó có thể gán sự mô tả các yếu tố bên trong cảnh vật., cho phép truy cập riêng lẻ các yếu tố này. MPEG-7 sẽ thừa nhận sự khác nhau ở chính trong cách miêu tả chính nó và đưa ra các mức khác nhau đối với mỗi sự phân biệt đó. MPEG-7 dược sử dụng độc lập với các tiêu chuẩn khác của MPEG. Nó giống MPEG-4 ở chỗ định nghĩa cách miêu tả của dữ liệu nghe nhìn ở trong phạm vi của vật thể. Sự đại diện này là cơ sở để xử lý theo từng loại. MPEG-7 dùng để cải tiến chức năng của các MPEG trước đây. các chức năng này là sự chuẩn hóa của cách mô tả nội 200 dung hệ thống truyền thông. Tuy nhiên, MPEG-7 sẽ không thể thay thế hoàn toàn được MPEG-1, MPEG-2 hoặc MPEG-4. 3.7. Kỹ thuật điều chế số cơ sở Sóng mang với tần số thích hợp có thể truyền đi xa trong môi trường truyền dẫn hữu tuyến hoặc vô tuyến. Dựa trên việc biến đổi các tham số của sóng mang (biên độ, tần số hay pha) mà thông tin có thể truyền đi xa theo yêu cầu truyền tin gọi là kỹ thuật điều chế sóng mang. Các kỹ thuật điều chế sóng mang số được phân loại cơ bản như sau: Điều chế kết hợp còn gọi là điều chế đồng bộ gồm: + Đồng bộ nhị phân có: ASK (ít được dùng), PSK, FSK. + Đồng bộ cơ số M hay M mức có M.ASK, M.FSK, M.PSK. Điều chế không kết hợp còn gọi là không đồng bộ có: + ASK không đồng bộ. + FSK không đồng bộ. Sau đây ta chỉ xét hai kỹ thuật điều chế số cơ sở M-PSK và M-QAM. 3.7.1. Kỹ thuật điều chế M-PSK M-PSK là phương pháp điều chế tín hiệu số, trong đó thay vì được truyền dưới dạng các chuỗi bít, thông tin sẽ được truyền đi dưới dạng các biểu trưng (symbol), mỗi symbol mang thông tin của hai, ba hoặc nhiều bít. Các symbol được truyền lệch pha nhau. Số lượng bit, độ lệch pha của các symbol phụ thuộc vào giá trị M. Cụ thể nếu truyền dẫn M tín hiêụ số riêng biệt qua một kênh hạn chế đơn biên, khi đó phương pháp điều chế số là thay đổi pha sóng mang theo M bước bậc gián đoạn. Biểu thức của tín hiệu trước điều chế: Si(t) = Acos(SCt + 2i/M +) (3.21) Trong đó : A là biên độ tín hiệu; SC = 2fSC với fSC là tần số sóng mang; M = 2n ; M là số symbol được truyền trong một chu kỳ bít; n là số nguyên dương bất kỳ và bằng số bít ứng với mỗi biểu trưng; i = 0,1,2,3,.., M-1;  là góc lệch pha với trục Qm; S(t) là tín hiệu số sau điều chế. Mở rộng hàm cosin này, dạng sóng tín hiệu i có thể biểu diễn như sau: S(t) = AIcosSCt - AQsinSC(t) (3.22) Trong đó: AI = Acos(2i/M + ) ; AQ = Asin(2i/M + ) Tín hiệu trong phương trình 3.21 có thể xem như hai sóng mang trực giao với biên độ AI và AQ tùy theo pha được phát đi 2i/M trong bất kỳ khoảng tín hiệu TS. Những pha của sóng mang PSK liên quan đến tín hiệu đã cho trong phương trình 3.2 201 được biểu thị bằng những điểm trong mặt phẳng ở cách gốc một khoảng A và khác nhau một góc 2i/M. Các ngưỡng quyết định trong máy thu đều nằm giữa 2i/M, cho phép quết định đúng đắn nếu như pha tín hiệu thu nằm trong pha ngưỡng ±/M của pha phát đi. * Điều chế QPSK (4-PSK) QPSK (Quadrature phase shift keying) có nghĩa là điều chế khóa dịch pha cầu phương. Với trường hợp M = 4 phương trình 3.21 trở thành: S(t) = Acos[Ct + 2i/4 + (3.23) Với i = 0,1,2,3. Bộ điều chế QPSK có sóng mang dịch pha 900. Đối với trường hợp  = 0, dạng sóng có 4 khả năng, mỗi dạng sóng được truyền đi trong khoảng TS (chu kỳ mẫu). Từ phương trình (3.23) chúng được biểu diễn như sau: S0(t) = Acos0t S1(t) = -Asin0t S2(t) = -Acos0t S3(t) = Asin0t Với 0  t  TS Từ hình 3.96a ta thấy khi = 0 những dạng sóng này tương ứng với các độ lệch pha sóng mang là 00, 900, 1800và 2700. Nếu  = /4 thì S0(t), S2(t) và S3(t) sẽ bị dịch đi 450 theo chiều ngược kim đồng hồ quay quanh sơ đồ hình sao (hình 3.96b). Hình 3.96. Đồ thị hình sao của tín hiệu điều chế 4-PSK. Dạng sóng điều chế Q-PSK được minh hoạ trên hình 3.97. Im Qm S2 11 00 S0 S1 01 10 S3 S1 01 S2 11 00 S0 10 S3 Im Qm a) b) 202 Hình 3.97. Dạng sóng điều chế QPSK. 3.7.2. Kỹ thuật điều chế M-QAM Kỹ thuật điều chế QAM cho phép truyền tín hiệu số với tốc độ cao trong một băng tần hẹp, nó có thể đạt tốc độ truyền đến 40Mbit/s và có tính miễn nhiễu tốt đối với các kênh khác nhau cùng truyền chung trên một đường truyền, Thông thường ta có các Mode điều chế: 16, 32, 64, 128 hoặc 256 – QAM, được biểu diễn trong sơ đồ chòm sao. Mode điều chế thấp có tính miễn nhiễu rất cao (thường dùng mode 16-QAM), Ngược lại, mode điều chế cao (mode 256-QAM) rất dễ bị nhiễu nên việc giải mã tín hiệu bên thu không ổn định. Trong hệ thống M-PSK các thành phần đồng pha và pha vuông góc được kết hợp với nhau sao cho được một tín hiệu tổng hợp có đường bao không đổi. Tuy nhiên nếu loại bỏ điều này và để cho các thành phần đồng pha và pha vuông góc có thể độc lập với nhau thì ta được một sơ đồ điều chế mới được gọi là điều chế biên độ vuông góc (hay cầu phương) M trạng thái. Trong phương thức điều chế M-QAM, sóng mang bị điều chế cả biên độ lẫn pha. Chùm tín hiệu M-QAM bao gồm một mạng các điểm bản tin hình chữ nhật. Dạng tổng quát của QAM-M trạng thái được xác định bằng tín hiệu phát:   0 02 2sin ;0i i c i cE ES t b t a cos t t TT T     (3.24) Trong đó: E0 là năng lượng của tín hiệu có biên độ thấp nhất; t S(t) Si(t) t 0 3 1 -1 -3 203 ai,bi là cặp số nguyên độc lập được chọn tùy theo vị trí của điểm bản tin; T = 2Tb là thời gian của một symbol. Tín hiệu Si(t) gồm hai thành phần sóng mang có pha vuông góc được điều chế bởi một tập hợp tín hiệu rời rạc vì thế có tên gọi là “điều chế biên độ vuông góc”. Hình 3.98. Sơ đồ chòm sao của 16-QAM. Trường hợp M = 16, Sơ đồ chòm sao của mode điều chế 16-QAM được biểu diễn trong hình 3.98. Các điểm trên chòm sao thuộc góc phần tư thứ nhất sẽ được chuyển sang góc phần tư thứ hai, thứ ba, thứ tư bằng cách thay đổi 2 bit có trọng số cao nhất MSB (tương ứng với hệ trục toạ độ Ik và Qk) và quay bit có trọng số thấp nhất LSB theo quy tắc cho bởi bảng 3.11. Bảng 3.11. Quy luật thay đổi cac bit trọng số. Góc phần tư MSB Xoay LSB 1 00 0 2 10 /2 3 11  4 01 3/2 Việc xác định mode QAM nào được sử dụng được căn cứ vào tình hình cụ thể và tùy mỗi quốc gia, Ví dụ nơi cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode cao (64- -3A -A 3A A -3A 3A A -A I Q 0010 0011 1001 1011 1010 1000 0000 0001 1111 1110 0111 0101 1101 1100 0110 0100 QkIk=10 QkIk=00 QkIk=11 QkIk=01 204 QAM, 256-QAM), nhưng lúc đó đòi hỏi thiết bị phài có chất lượng cao và độ dài đường truyền thích hợp, Nơi không cần truyền nhiều chương trình thì dùng QAM mode thấp để có độ tin cậy cao và tiết kiệm giá thành. Việc điều chế QAM cho truyền hình số qua cáp quang có nhiều ưu điểm. Với mode điều chế QAM thấp, đường truyền số qua cáp có tính kháng nhiễu cao. Nhiễu đường truyền hầu như không ảnh hưởng đến chất lượng tín hiệu khi giải mã (mode điều chế có thể dùng là 16-QAM). Tín hiệu giải mã ở phía thu chỉ có hai mức: giải mã được (chất lượng hình ảnh tốt) và không giải mã được (hình ảnh lúc giải mã lúc được lúc không hoặc dừng hình), Hay nói cách khác: hoặc thu được rất rõ hoặc không thu được, Việc khuếch đại tín hiệu số điều chế QAM cần được quan tâm, vì đây là tác nhân chính gây nên lỗi đường truyền, Tín hiệu số điều chế QAM sau khi khuếch đại phải được xử lý sao cho triệt được nhiễu xảy ra, Phải lọai bỏ nhiễu sinh ra trong quá trình khuếch đại, nếu không máy thu sẽ không giải mã được tín hiệu. Tín hiệu điều chế số QAM truyền đi trên hệ thống phân phối bị suy hao. Đối với một hệ thống truyền hình cáp thực tế, mạng phân phối thường dùng là mạng HFC, Các kênh tương tự và kênh số truyền chung trên một hệ thống phân phối, Để không xảy ra sự chồng phổ của các kênh kề nhau (dù là kênh tương tự hay kênh số). Các tín hiệu sau khi được khuếch đại ở máy phát cần chú trọng đến việc xử lý nhiễu, Sau đó, có thể ghép các kênh tương tự và kênh số rồi truyền đi trên cáp quang. Khi ghép nên ghép theo từng nhóm các kênh tương tự và nhóm các kênh số. Các kênh số ghép ở băng tầng cao, các kênh tương tự ghép ở băng tầng thấp hơn do kênh số có tính kháng nhiễu tốt. 3.8. Tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T 3.8.1. Dự kiến lộ trình chuyển đổi công nghệ truyền hình số của Việt Nam 3.8.1.1. Xu hướng phát triển truyền hình số ở Việt nam Công nghệ kỹ thuật phát số nói chung, phát hình số mặt đất nói riêng đã và đang phát triển mạnh trên nhiều quốc gia trên thế giới. Trong các hệ phát hình số mặt đất, hệ châu Âu DVB-T tỏ ra có nhiều ưu điểm vượt trội. Việc tìm hiểu, nghiên cứu thử nghiệm và tiến tới chủ động trong việc chuyển đổi máy phát tương tự sang phát số và sản xuất máy phát số theo tiêu chuẩn DVB-T là mục tiêu phấn đấu của các cán bộ kỹ thuật Đài truyền hình Việt Nam. Một số kết quả đã đạt được là:  Nghiên cứu thử nghiệm hệ thống nén tiêu chuẩn MPEG-2 cho Video và Audio. 205  Chuyển đổi một máy phát bán dẫn 1 Kw (công suất đỉnh) thành máy máy phát số với công suất 3000w trên kênh 26 (vì tại Nguyễn Chí Thanh đã có máy phát công suất 20 KW trên kênh 22 và tại Hà tây có máy phát công suất 10KW trên kênh 24).  Phát thử nghiệm 4 chương trình truyền hình số bằng máy phát công suất 300W từ ngày 19/12/2000.  Nghiên cứu hệ thống nén ghép động nhằm tận dụng tối đa dung lượng băng tần 8 MHz (tiêu chuẩn DVB-T phù hợp với phát tương tự PAL D/K của Việt Nam).  Chuyển đổi thành công máy phát tương tự IOT thành máy phát số có công suất 5KW trên kênh 26-UHF, chất lượng thoả mãn phát dòng truyền tải 24,2 Mbit/s. Tốc độ cao nhất của dòng truyền tải, mà một máy phát số có cấp chất lượng cao nhất phát được tới 32 Mbit/s. Tuy nhiên cho đến nay chưa có nước nào công bố kết quả phát dòng truyền tải với vận tốc tối đa như thế. Như vậy tính bình quân mỗi chương trình truyền hình số nén còn gần 3 Mbit/s, nhưng chất lượng hình ảnh người xem vẫn chấp nhận là tốt.  Thử nghiệm thu số trên các vị trí khác nhau bằng các settop thu số do VTC chủ động nghiên cứu chế tạo... Tại các địa phương có thể có được dòng truyền tải chứa các chương trình truyền hình quốc gia thông qua việc thu từ vệ tinh. Việc thực hiện phát lại các chương trình quốc gia sau khi đã chèn thêm các chương trình của đài địa phương qua một máy phát số đối với đài địa phương là không thể thiếu và hoàn toàn có thể thực hiện được. Mặc dù sử dụng các bộ ghép kênh có thể tốn kém trong giai đoạn hiện nay và số lượng đầu thu tại các tỉnh chưa nhiều, tuy nhiên trong một tương lai không xa mô hình này sẽ được sử dụng rộng rãi trên toàn quốc. 3.8.1.2. Lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất cho Việt Nam Tiêu chuẩn DVB-T lại có 7 điểm ưu việt hơn hẳn so với tiêu chuẩn chuẩn ATSC và DIBEG đó là:  Có khả năng ghép nối với máy phát tương tự hiện có.  Có khả năng chống nhiễu phản xạ đa đường  Có khả năng chống nhiễu của máy phát hình tương tự cùng kênh và kênh lân cận .  Thực hiện mạng đơn tần và tiết kiệm dải phổ tần số.  Có khả năng thu di động, 206  Thực hiện điều chế phân cấp.  Tương thích với nhiều loại hình dịch vụ. Trong khi đó tiêu chuẩn ATSC của Mỹ có nhược điểm là chỉ thích hợp với hệ NTSC, không tương thích với hệ PAL. Còn tiêu chuẩn DIBEG của Nhật có nhược điểm là không tương thích với các dịch vụ truyền qua vệ tinh và cap. Hiện tại có tới 84% số nước sử dụng tiêu chuẩn DVB-T, 13% số nước sử dụng tiêu chuẩn ATSC và chỉ có 3% số nước trên thế giới sử dụng tiêu chuẩn DIBEG. DVB-T nằm trong hệ thống tiêu chuẩn DVB của châu Âu và nó có nhiều phần tử chung với DVB-S và DVB-C do đó có thể tạo ra máy thu đa tiêu chuẩn với giá thành thấp . Hầu hết các nước đang sử dụng truyền hình hệ PAL B/G, D/K đều lựa chọn tiêu chuẩn DVB-T. Đây là một căn cứ khách quan không kém phần quan trọng cho việc lựa chọn tiêu chuẩn ở các nước nói chung cũng như ở Việt Nam nói riêng. Theo tài liệu quy hoạch truyền hình Việt Nam thì mục tiêu của việc số hoá máy phát sóng số mặt đất là: - Tận dụng các cơ sở hạ tầng kinh tế kỹ thuật có sẵn của hệ thống phát hình số tương tự như: Nhà trạm, các thiết bị, hệ thống ăng-ten, các bộ phận trong máy phát hình tương tự có thể vận dụng tương thích đựơc... - Mở rộng mạng phủ sóng phục vụ cho nhiều đối tượng như thu cố định, thu di động cho đến các vùng hiểm trở, hẻo lánh. Nâng cao chất lượng phát sóng chương trình, đáp ứng được nhu cầu xem đa dạng như đa chương trình, xem truyền hình có độ phân giải cao HDTV, xem các chương trình theo yêu cầu. - Phấn đấu hoàn thiện hệ thống phát sóng số mặt đất, giảm giá thành các thiết bị thu số, tạo sản phẩm đa dịch vụ, gọn nhẹ và tiện lợi cho người tiêu dùng. Với những mục tiêu đã đề ra như vậy chúng ta có thể thấy tiêu chuẩn DVB-T có khả năng đáp ứng tốt hơn tiêu chuẩn ATSC, nhất là đối với các nước có địa hình phức tạp như Việt Nam. Qua các cơ sở phân tích so sánh, đánh giá và các căn cứ chủ quan của truyền hình Việt Nam, rõ ràng DVB-T có nhiều ưu việt và phù hợp với điều kiện hoàn cảnh cụ thể của Việt Nam. Việc lựa chọn tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T cho Việt Nam là hoàn toàn có cơ sở khoa học. Vì vậy ngày 26/3/2001 Đài truyền hình Việt Nam đã quyết định chọn hệ DVB-T cho phát hình số mặt đất tại Việt Nam. 3.8.1.3 Giải pháp thiết lập mạng phát số của Việt Nam 207 Như đã phân tích ở trên, chúng ta nên chọn hệ châu Âu DVB-T. Mạng phát các chương trình quốc gia nên là mạng đơn tần (hay đơn kênh SFN) UHF. Có nghĩa là tất cả các máy phát số phát chương trình quốc gia trên toàn bộ lãnh thổ nước ta đều hoạt động trên một kênh sóng duy nhất. Như vậy từ Bắc vào Nam hay từ Đông sang Tây, máy thu không phải chuyển kênh như trước đây với truyền hình tương tự hay với mạng đa tần. Chọn kênh UHF không phải với lý do là hiện nay kênh VHF đã quá chật mà còn vì lý do truyền sóng. Khi thu số, một hiện tượng phức tạp đó là việc thu được cùng một lúc cả hai tia sóng từ hai trạm phát. Điều này rất hay xảy ra đối với VHF, làm cho đầu thu không thể giải mã được. Khuyến cáo về phân kênh sóng UHF giành cho phát số của tiêu chuẩn DVB có thể tính theo công thức sau: Tần số phát kênh = 474 MHz + (kênh phát - 21)  8 MHz Để sử dụng được mạng đơn tần nói trên thì phải có một tín hiệu đồng bộ cho các máy phát trên toàn lãnh thổ. Giải pháp đưa ra là dùng tín hiệu đồng bộ khung, thu từ máy thu định vị toàn cầu GPS để đồng bộ. Dòng truyền tải nhiều chương trình sau khi thực hiện xong việc đồng bộ, sẽ cho máy phát hình phát ra không trung. Để mạng phát số có số lượng máy phát ít nhất người ta chọn 64 QAM, chế độ phát 8K, khoảng bảo vệ GI = 1/4 Tu và FEC = 2/3. Như vậy khoảng cách các máy phát số có thể đạt được: Dmax = c.GI = 3.108.1/4.Tu= 67,2 Km (Tu = 896 s) Nhưng để tạo thuận lợi cho thu di động, có thể chọn chế độ 2K, khoảng cách giữa các máy phát gần lại so với phát 8K, tuy nhiên số lượng máy phát lại phải dùng nhiều hơn khi phát 8K. Tiêu chuẩn về cường độ điện trường của phát hình số không đúng như phát hình tương tự mà cần thấp hơn. Sau này khi xây dựng các trạm cụ thể cần tính toán công suất, hệ thống ăng-ten của trạm đó sao cho tối ưu với toàn mạng quốc gia và máy phát địa phương. Các máy phát địa phương nên phát trên một kênh khác. Nếu một máy phát chưa phủ sóng hết địa phận mình thì bổ xung thêm máy phát lại cũng trên kênh đó không cần lắp thêm máy phát, để hình thành mạng có đầy đủ máy thu GPS. Vì các địa phương hầu hết chỉ có một số ít chương trình để phát sóng nên việc sử dụng một máy phát tại một địa phương có thể gây lãng phí. Khi đó, tuỳ theo điều kiện có thể phát thêm trên máy phát địa phương 1 hoặc 2 kênh chương trình quốc gia, tăng độ dự phòng an toàn cho làn sóng các chương trình quốc gia. Như vậy tại các trạm phát địa phương, ngoài 208 đầu thu vệ tinh để thu dòng truyền tải nhiều chương trình, phải có thêm bộ tách ghép các chương trình. Bộ tách ghép thực hiện việc tách ghép chương trình của địa phương và quốc gia cần phát vào chung một dòng truyền tải. *Về thiết bị thu số Hiện nay trên thế giới hình thành 3 chủng loại thu số: Loại thứ nhất: là Tivi thu số hoàn chỉnh tích hợp nhiều ứng dụng. Loại thứ hai: là các bo mạch gắn vào máy tính để thu số nhờ máy tính. Loại thứ ba: là các SET-TOP-BOX số. Trong 3 loại này SET-TOP-BOX số thông dụng nhất bởi tính gọn nhẹ, lắp đặt đơn giản và quan trọng nhất là việc tận dụng được máy thu truyền hình tương tự, hơn nữa giá thành lại không cao lắm và được kết nối với Tivi qua cổng AV. Ngoài ra nó không cần phải dùng ăng-ten trời phức tạp mà chỉ là loại ăng-ten thông dụng. Với những ưu điểm đó rất thích hợp với điều kiện chuyển giao công nghệ phát của nước ta hiện nay. 3.8.2. Tiêu chuẩn DVB-T Sự phát triển các tiêu chuẩn truyền hình DVB (Digital Video Broadcasting - Phát sóng quảng bá Video số) bắt đầu vào năm 1993. Các hệ thống DVB dựa trên mã hoá hình ảnh và âm thanh theo tiêu chuẩn MPEG là một phương pháp phân phối tín hiệu video và audio số chất lượng cao có nén từ một điểm tới nhiều điểm. DVB đang dần thay thế cho các tiêu chuẩn quảng bá truyền hình tương tự vì DVB cung cấp phương thức truyền dẫn linh hoạt trong việc phân phối tín hiệu video, audio và các dịch vụ dữ liệu. DVB gồm nhiều tiêu chuẩn khác nhau bao gồm: Phát sóng truyền hình số qua vệ tinh (DVB-S), hệ thống truyền hình cáp (DVB-C), tiêu chuẩn phân phối tín hiệu số tới nhiều điểm với tần số thấp hơn 10GHz (DVB-MC) và phát sóng truyền hình số mặt đất (DVB-T). Lớp vật lý của mỗi một trong các tiêu chuẩn này được tối ưu cho kênh truyền đang được sử dụng. Truyền hình số quảng bá vệ tinh sử dụng truyền sóng mang đơn với điều chế QPSK (vì một kênh vệ tinh thường là phi tuyến, băng rộng, công suất hạn chế). Chúng là tối ưu cho ứng dụng này vì sóng mang đơn cho phép độ dịch tần Doppler lớn, điều chế QPSK có đường bao không đổi cho phép bộ khuyếch đại làm việc ở khu vực bão hoà nhằm đạt được hiệu quả công suất phát lớn nhất. Tuy nhiên phương pháp truyền sóng mang đơn không thích hợp cho truyền hình số mặt đất DVB-T vì hiện tượng 209 truyền sóng đa đường sẽ làm giảm nghiêm trọng chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống. Điều này có thể giải thích cụ thể hơn như sau: Khi một tín hiệu được truyền từ máy phát đến máy thu trên kênh VHF, UHF hoặc Viba, ngoài tín hiệu trực tiếp còn có một hoặc một số tín hiệu phản xạ. Nếu đường đi của tín hiệu phản xạ khác với tín hiệu trực tiếp 300m, tín hiệu phản xạ sẽ đến đầu thu chậm hơn tín hiệu trực tiếp 1s. Nếu độ trễ này tương đối lớn so với chu kỳ một ký hiệu, tín hiệu phản xạ sẽ gây can nhiễu nghiêm trọng. Giả thiết có cách nào đó giảm được tốc độ ký hiệu và do vậy tăng được chu kỳ của mỗi ký hiệu, can nhiễu do tín hiệu phản xạ sẽ chỉ xảy ra trong một khoảng thời gian ngắn ở đầu mỗi chu kỳ. Điều này cho phép tái tạo lại dữ liệu mà không cần sự trợ giúp của các mạch sửa cân bằng kênh. ý tưởng này đã tạo nền móng cho OFDM. Kỹ thuật OFDM với một số lớn các sóng mang con trực giao nhau đã được sử dụng cho tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T nhằm làm giảm ảnh hưởng của truyền sóng đa đường. DVB-T là tiêu chuẩn phát sóng truyền hình số mặt đất cho các kênh có dải phổ (7 8) MHZ . Năm 1995 các nước Châu ÂU đã nghiên cứu và thử nghiệm truyền hình số mặt đất DVB-T. Đến tháng 2 năm 1997, tiêu chuẩn truyền hình số mặt đất DVB-T chính thức được công nhận bởi Viện tiêu chuẩn viễn thông Châu Âu ETSI. DVB-T sử dụng phương pháp điều chế ghép trực giao theo tần số có mã hoá, đó là kỹ thuật điều chế OFDM được kết hợp với mã hoá kênh được gọi là điều chế COFDM (Coded Modulation). Với kỹ thuật này thì tín hiệu trước khi được điều chế OFDM sẽ được mã hoá kênh với các loại mã khác nhau với mục đích chống lại các lỗi đường truyền. Lợi ích lớn nhất của COFDM là dòng dữ liệu cần truyền tải được phân phối cho nhiều sóng mang riêng biệt. Mỗi sóng mang được xử lý tại một thời điểm thích hợp và được gọi là một ký hiệu COFDM. Do số lượng sóng mang lớn, mỗi sóng mang lại chỉ truyền tải một phần của dòng bít nên chu kỳ của một symbol khá lớn so với chu kỳ của một bít thông tin. Trên thực tế chu kỳ của một symbol có thể lên đến 1ms. Thiết bị đầu thu không chỉ giải mã các symbol được truyền một cách riêng lẻ mà còn thu thập các sóng phản xạ từ mọi hướng, do vậy đã sử dụng sóng phản xạ như tín hiệu có ích góp phần làm tăng lượng symbol COFDM nhận được tại đầu thu. Tiêu chuẩn DVB-T có khả năng chống can nhiễu phản xạ đa đường, phù hợp với địa hình các vùng thành phố nhiều nhà cao tầng và vùng đồi núi như Việt Nam và cung cấp khả năng thu di động. DVB-T có thể hoạt động ở hai mode chính: 2K cho các 210 mạng chuyển đổi (tương ứng với 1705 sóng mang con trong dải thông 7.61 MHz và khoảng thời gian symbol hiệu dụng 224uT  s và 8K cho SFNs (tương ứng với 6817 sóng mang con trong dải thông 7.61 MHz và khoảng thời gian ký hiệu hiệu dụng 86uT  s ). Mỗi sóng mang con được điều chế M-QAM (với 4M  hoặc16 , hay 64 ). Để cân bằng giữa khả năng chống lỗi với dung lượng kênh, DVB-T đã đưa ra nhiều tham số có thể lựa chọn, như: kích cỡ FFT ( 2K , 8K ), tỉ lệ mã hoá (1/ 2 , 2 / 3 , 3/ 4 ...) và khoảng bảo vệ (1/ 4 ST , 1/ 8 ST , 1/16 ST ...). Bảng 3.12. Các tham số cơ bản của DVB-T Tham số Mode 2K Mode 8K Số sóng mang con Độ rộng ký hiệu hiệu dụng ( uT ) Khoảng cách sóng mang (1/ uT ) Băng thông 1705 224 s 4464 Hz 7.61MHz 6817 896 s 1116 Hz 7.61MHz 3.8.3. Khái quát OFDM Nguyên lý của truyền dẫn đa sóng mang là biến đổi dòng dữ liệu nối tiếp tốc độ cao thành các dòng con (sub-stream) song song có tốc độ thấp hơn. Mỗi dòng con sau đó được điều chế bởi một sóng mang con (sub-carrier). Bởi vì tốc độ ký hiệu của mỗi sóng mang con bây giờ nhỏ hơn rất nhiều so với tốc độ ký hiệu dữ liệu nối tiếp ban đầu nên các ảnh hưởng của trải trễ, nghĩa là ISI giảm đáng kể, điều này làm giảm độ phức tạp của bộ san bằng kênh. OFDM là một kỹ thuật có độ phức tạp thấp nhằm điều chế một cách hiệu quả các sóng mang con nhờ sử dụng xử lý tín hiệu số. Hình 3.99 là một ví dụ mô tả điều chế đa sóng mang với 4cN  kênh con. Hình 3.99 Điều chế đa sóng mang 211 3.8.3.1. Ghép kênh phân chia theo tần số trực giao (OFDM) Kỹ thuật OFDM do R. W Chang phát minh năm 1966 ở Mỹ. Kỹ thuật điều chế OFDM là một trường hợp đặc biệt của phương pháp điều chế đa sóng mang trong đó toàn bộ băng tần của hệ thống được chia ra làm nhiều băng con với mỗi sóng mang con cho mỗi băng con trực giao với nhau, nhờ vậy phổ tín hiệu ở các sóng mang con cho phép chồng lấn lên nhau mà phía thu vẫn có thể khôi phục lại tín hiệu ban đầu. Sự chồng lấn phổ tín hiệu làm cho hệ thống OFDM có hiệu suất sử dụng phổ cao hơn nhiều so với các kỹ thuật điều chế thông thường. Hình 3.100. minh hoạ một cách đơn giản về nguyên lý trực giao, trong đó phổ tín hiệu của một kênh con có dạng tín hiệu hình sin( ) /x x . Các kênh con được xếp đặt trên miền tần số cách nhau một khoảng đều đặn sao cho điểm cực đại của một kênh con là điểm không của kênh con lân cận. Điều này làm cho nguyên lý trực giao thoả mãn và cho phép máy thu khôi phục lại tín hiệu mặc dù phổ của các kênh con chồng lấn lên nhau. Hình 3.100. a) Phổ tín hiệu của một kênh con; b) Phổ tín hiệu của hệ thống 4 kênh con Kỹ thuật điều chế OFDM có thể thực hiện được thông qua phép biến đổi IDFT và giải điều chế OFDM có thể thực hiện được bằng phép biến đổi DFT. Sự phát triển của kỹ thuật số làm cho OFDM được ứng dụng ngày càng rộng rãi. Thay vì sử dụng IDFT và DFT, người ta sử dụng phép biến đổi nhanh IFFT cho điều chế OFDM và sử dụng FFT cho giải điều chế OFDM. Sơ đồ khối hệ thống truyền dẫn đa sóng mang sử dụng OFDM được minh hoạ trên hình 3.101. Nguồn tín hiệu là một luồng bit được điều chế ở băng tần cơ sở thông qua các phương pháp điều chế như QPSK. M-QAM. Tín hiệu đẫn đường (pilot symbols) được chèn vào nguồn tín hiệu, sau đó được điều chế thành tín hiệu OFDM thông qua bộ biến đổi IFFT và chèn chuỗi bảo vệ. Luồng tín hiệu số được chuyển thành luồng tín hiệu 212 tương tự qua bộ chuyển đổi số/tương tự trước khi truyền trên kênh vô tuyến qua anten phát. Tín hiệu truyền qua kênh vô tuyến bị ảnh hưởng bởi nhiễu fadinh và nhiễu trắng (AWGN- Additive White Gaussian Noise). Tín hiệu dẫn đường là mẫu tín hiệu được biết trước cả ở phía phát và phía thu và được phát cùng với nguồn tín hiệu có ích với nhiều mục đích khác nhau như việc khôi phục kênh truyền và đồng bộ hệ thống. Hình 3.101. Hệ thống truyền dẫn số đa sóng mang sử dụng OFDM Máy thu thực hiện các chức năng ngược lại như đã thực hiện ở máy phát. Tuy nhiên để khôi phục được tín hiệu phát thì hàm truyền của kênh vô tuyến cũng phải được khôi phục. Việc thực hiện khôi phục hàm truyền kênh vô tuyến được thực hiện thông qua mẫu tin dẫn đường nhận được ở phía thu. Tín hiệu nhận được sau khi giải điều chế OFDM được chia làm hai luồng tín hiệu. Luồng tín hiệu thứ nhất là tín hiệu có ích được đưa đến bộ kênh truyền. Luồng tín hiệu thứ hai là mẫu tin dẫn đường được đưa vào bộ khôi phục kênh truyền. Kênh truyền sau khi được khôi phục cũng sẽ được đưa vào bộ kênh cân bằng để khôi phục lại tín hiệu ban đầu. 3.8.3.2. Nguyên lý của OFDM Xét một hệ thống thông tin sử dụng điều chế đa sóng mang phát cN các ký hiệu nguồn , 0,..., 1n cS n N  song song bởi cN các sóng mang con. Các ký hiệu nguồn có thể nhận được sau mã hoá nguồn và mã hoá kênh, ghép xen và ánh xạ ký hiệu. Khoảng Điều chế ở băng tần Cơ sở Giải điều chế ở băng tần cơ sở Cơ sở Chèn mẫu tin dẫn đường IFFT Chèn chuỗi Bảo vệ Biến đổi số/ tương tự đường Kênh vô Tuyến đường Biến đổi tương tự/ số Tách chuỗi bảo vệ FFT Cân bằng kênh Cơ sở Tách mẫu tin dẫn đường Khôi phục kênh truyền Nhiễu trắng (AWGN) Nguồn bit Đích nhận tin 213 thời gian của ký hiệu nguồn dT của các ký hiệu dữ liệu nối tiếp sau biến đổi nối tiếp- song song thành khoảng ký hiệu OFDM là: s c dT N T (3.25) Nguyên lý của OFDM là điều chế cN các dòng con bằng các sóng mang đặt cách nhau một khoảng: 1s sF T (3.26) Để đạt được tính trực giao giữa các tín hiệu của cN các sóng mang con, với giả thiết là tạo dạng xung chữ nhật (làm giới hạn phổ tín hiệu của mỗi sóng mang). cN các ký hiệu nguồn được điều chế song song , 0,..., 1n cS n N  được gọi là một ký hiệu OFDM. Đường bao phức của một ký hiệu OFDM với tạo dạng xung chữ nhật có dạng: 1 2 0 1( ) c nN j f tnncx t S eN     , 0 st T  (3.27) cN các tần số sóng mang con được đặt ở các vị trí: n s nf T , 0,..., 1cn N  (3.28) Ưu điểm cơ bản của OFDM là điều chế đa sóng mang có thể thực hiện được trong miền rời rạc bằng cách sử dụng biến đổi IDFT, hoặc hiệu quả hơn khi biến đổi IFFT. Khi lấy mẫu đường bao phức ( )x t của một ký hiệu OFDM với tốc độ 1/ dT , các mẫu là: 1 2 / 0 1 c cN j nv Nv nncx S eN     , 0,..., 1cv N  (3.29) Khi số các sóng mang con tăng, khoảng thời gian ký hiệu OFDM sT trở nên lớn so với khoảng thời gian của đáp ứng xung maxT của kênh, do đó xuyên nhiễu giữa các dấu (ISI) sẽ giảm. Tuy nhiên, để loại bỏ hoàn toàn ảnh hưởng của ISI và do đó đảm bảo được tính trực giao giữa các tín hiệu trên các sóng mang con, tức là loại bỏ được nhiễu xuyên kênh ICI (InterChannel Interference), cần phải chèn thêm một khoảng bảo vệ (guard interval) giữa các ký hiệu OFDM lân cận. *Chèn khoảng bảo vệ trong hệ thống OFDM: Giả thiết một ký hiệu OFDM có độ dài sT như ở hình 3.102. Khoảng bảo vệ là một chuỗi tín hiệu có độ dài gT được chèn một cách tuần hoàn vào giữa các ký hiệu 214 OFDM kề nhau nhằm chống lại ISI gây ra bởi hiện tượng truyền sóng đa đường. Nguyên tắc này được giải thích như sau: Giả sử máy phát phát đi một khoảng tín hiệu hình sin có chiều dài là sT . Sau khi chèn khoảng bảo vệ tín hiệu này có chu kỳ là: 's s gT T T  (3.30) 0gT sT Hình 3.102 Mô tả khái niệm về khoảng bảo vệ Do truyền sóng đa đường tín hiệu này sẽ đến máy thu qua nhiều tuyến đường với trễ truyền dẫn khác nhau. Để đơn giản cho việc giải thích nguyên lý này, hình 3.103 chỉ mô tả tín hiệu thu được từ hai tuyến truyền dẫn, trong đó một tuyến truyền dẫn không có trễ, tuyến còn lại trễ so với tuyến đầu tiên là max . ở tuyến đầu tiên ta thấy ký hiệu thứ ( 1)k  không chồng lấn lên ký hiệu thứ k . Điều này là do ta đã giả sử rằng tuyến đầu tiên không có trễ truyền dẫn. Tuy nhiên ở tuyến hai, ký hiệu thứ ( 1)k  bị dịch sang ký hiệu thứ k một khoảng là max do trễ truyền dẫn. Tương tự như vậy ký hiệu thứ k cũng bị dịch sang ký hiệu thứ ( 1)k  một khoảng cũng là max . Tín hiệu thu được ở máy thu sẽ là tổng của tín hiệu tất cả các tuyến. Sự dịch tín hiệu do trễ truyền dẫn trong các phương pháp điều chế thông thường sẽ gây ra xuyên nhiễu giữa các ký hiệu ISI. Tuy nhiên trong hệ thống OFDM có sử dụng khoảng bảo vệ sẽ loại bỏ được nhiễu này. Trong trường hợp g maxT  như mô tả ở hình 3.103, thì phần bị chồng lấn tín hiệu gây nhiễu ISI chỉ nằm trong khoảng bảo vệ. Khoảng tín hiệu có ích có độ dài sT không bị chồng lấn bởi các ký hiệu khác. ở phía thu, khoảng bảo vệ sẽ bị gạt bỏ trước khi gửi đến bộ giải điều chế OFDM. Vậy điều kiện quyết định để đảm bảo hệ thống OFDM không bị ảnh hưởng bởi nhiễu ISI là: g maxT  (3.31) Độ dài rời rạc của khoảng bảo vệ phải thoả mãn: 215 max cg s NL T       (3.32) Trong đó x   là số nguyên lớn nhất nhỏ hơn hoặc bằng x . gT sT max Hình 3.103. Khoảng bảo vệ trong việc chống nhiễu ISI Với kỹ thuật COFDM thì việc chèn khoảng bảo vệ vào mỗi symbol được mô tả trên hình 3.104. Hình 3.104. Chèn khoảng bảo vệ A 216 Việc sử dụng khoảng bảo vệ đảm bảo được tính trực giao của các sóng mang con và chống nhiễu ISI, do vậy đơn giản hoá cấu trúc bộ ước lượng kênh truyền, bộ cân bằng tín hiệu ở phía máy thu. Tuy nhiên khoảng bảo vệ không mang tin hữu ích nên phổ tín hiệu của hệ thống bị giảm đi một hệ số là: s s g T T T   (3.33) Dãy đã được lấy mẫu sau khi thêm khoảng bảo vệ: 1 2 / 0 1 c cN j nv Nv nncx S eN     , ,..., 1g cv L N   (3.34) Dãy này được đi qua một bộ biến đổi số-tương tự mà đầu ra lý tưởng là dạng sóng tín hiệu ( )x t với khoảng thời gian tồn tại 'sT . Tín hiệu sau đó được nâng lên cao tần và được phát vào kênh. Đầu ra của kênh, sau khi hạ tần là dạng sóng tín hiệu thu được ( )y t nhận được từ tích chập của ( )x t với đáp ứng xung của kênh ( , )h t và tạp âm ( )n t : ( ) ( ) ( , ) ( )y t x t h t d n t     (3.35) Tín hiệu thu được ( )y t được đi qua một bộ biến đổi tương tự-số, đầu ra là dãy vy , ,..., 1g cv L N   là tín hiệu thu được ( )y t được lấy mẫu ở tốc độ 1/ dT . Bởi vì ISI chỉ có mặt trong gL các mẫu đầu tiên của dãy thu được, gL các mẫu này được loại bỏ trước khi giải điều chế đa sóng mang. Phần không có ISI 0,..., 1cv N  của vy được giải điều chế đa sóng mang bằng biến đổi DFT. Đầu ra của DFT là dãy đã được giải điều chế đa sóng mang , 0,..., 1n cR n N  gồm cN các ký hiệu nhận giá trị phức: 1 2 / 0 c c N j nv Nv vv R y e      , 0,..., 1cn N  (3.36) 3.9. Các phương thức truyền dẫn truyền hình số 3.9.1. Truyền hình cáp Hệ thống truyền hình cáp (CATV : Community Antena Televition) xuất hiện vào những năm cuối của thập niên 40. Thuật ngữ CATV xuất hiện đầu tiên vào năm 1948 tại Mỹ khi thực hiện thành công hệ thống truyền hình cáp hữu tuyến (Cable Televition). Một năm sau cũng tại Mỹ hệ thống truyền hình anten chung (CATV) cung cấp dịch vụ thuê bao bằng đường truyền vô tuyến đã được lắp đặt thành công. Từ đó, thuật ngữ CATV được dùng để chỉ chung cho các hệ thống truyền hình cáp vô tuyến 217 và hữu tuyến. Mục tiêu ban đầu của truyền hình cáp là phân phát các chương trình quảng bá tới những khu vực do điều kiện khó khăn về địa hình không thể thu được bằng các anten thông thường, gọi là vùng lõm sóng. Truyền hình cáp sử dụng các kênh truyền nằm trong phạm vi dải thông ở cận dưới của băng UHF. Các kênh truyền hình cáp được chia ra thành các băng VHF thấp, VHF trung bình, VHF cao và siêu băng (superband). Truyền hình cáp vô tuyến MMDS (Multiprogram Multi point Distribution System) sử dụng môi trường truyền sóng là sóng viba tại dải tần 900 MHz. Tuy triển khai mạng MMDS rất đơn giản do chỉ dùng anten mà không cần kéo cáp đến từng nhà, nhưng lại có rất nhiều nhược điểm như: Hạn chế vùng phủ sóng; Chịu ảnh hưởng mạnh của nhiễu công nghiệp; Chịu ảnh hưởng của thời tiết; Yêu cầu dải tần vô tuyến quá lớn; Gây can nhiễu cho các đài vô truyến khác và khó khăn trong việc cung cấp dịch vụ truyền hình số. Truyền hình cáp hữu tuyến là hệ thống mà tín hiệu truyền hình được dẫn thẳng từ trung tâm chương trình đến hộ dân bằng một sợi cáp đồng trục hoặc cáp quang, cáp xoắn. Nhờ đó người dân có thể xem các chương trình truyền hình cáp chất lượng cao mà không phải sử dụng cột anten. Về góc độ kỹ thuật truyền hình cáp hữu tuyến có những ưu điểm vượt trội so với các hệ thống truyền hình khác như: ít chịu ảnh hưởng của nhiễu công nghiệp; Không bị ảnh hưởng của thời tiết; Không chiếm dụng phổ tần số vô truyến; Không gây can nhiễu cho các trạm phát sóng nghiệp vụ khác; Có khả năng cung cấp tốt dịch vụ truyền hình số và các dịch vụ hai chiều khác; Một ưu điểm nữa của hệ thống truyền hình cáp là có thể sử dụng các kênh kề nhau để truyền tín hiệu trong tất cả các phạm vi mà không xuất hiện hiện tượng nhiễu đồng kênh. 3.9.2.Truyền hình số mặt đất So với các phương thức truyền khác, phương thức truyền hình số mặt đất như DVB-T (Digital Video Broadcasting- terestrial) của Châu Âu và ATSC (Advanced Televition Systems Commitee) của Mỹ đã khắc phục phần lớn các điểm bất lợi so với truyền hình vệ tinh và cáp. Mặt khác phát sóng truyền hình số trên mặt đất có hiệu quả sử dụng phổ tần 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 trình truyền hình độ phân tích cao HDTV (màn hình rộng, tỷ lệ 16/9) hoặc nhiều chương trình truyền hình có độ phân tích thấp hơn như 4 chương trình độ phân tích tiêu chuẩn thông thường SDVT hoặc 2 chương trình độ phân tích mở rộng EDTV, hoặc thậm chí 218 tới 16 chương trình có độ phân tích hạn chế LDTV chất lượng tương đương VHS.  Trong phạm vi phủ sóng, chất lượng ổn định, khôi phục được các vấn đề phiền toái như ảnh có bóng, can nhiễu, tạp nhiễu, tạp âm v.v...  Máy thu hình có thể lắp đặt dễ dàng ở các vị trí trong nhà, có thể sách tay hoặc thu lưu động ngoài trời.  Có dung lượng lớn chứa âm thanh ( như âm thanh nhiều đường, lập thể, bình luận.v.v...) và các dữ liệu.  Có thể linh hoạt chuyển đổi từ phát chương trình có hình ảnh và âm thanh chất lượng cao (HDTV) sang phát nhiều chương trình chất lượng thấp hơn và ngược lại. Tuy nhiên truyền hình số mặt đất cũng vẫn còn một số nhược điểm sau:  Kênh bị giảm chất lượng do hiện tượng phản xạ nhiều đường bởi bề mặt trái đất không bằng phẳng và các tòa nhà che chắn.  Giá trị tạp do con người tạo ra là cao.  Do phân bố tần số khá dày trong phổ tần đối với truyền hình, giao thoa giữa truyền hình tương tự và số là vấn đề cần phải xem xét.v.v... 3.9.3. Truyền hình số qua vệ tinh Việc sử dụng vệ tinh cho hệ thống CATV và hệ thống truyền hình quảng bá được bắt đầu từ những năm 70 của thế kỷ và phát triển với tốc độ nhanh chóng. Vai trò của vệ tinh hiện nay là không thể thiếu được trong cả việc truyền dẫn và phát sóng các chương trình truyền hình. Một hệ thống truyền hình qua vệ tinh có nhiều ưu điểm, trong đó nổi bật là;  Một đường truyền vệ tinh có thể truyền đi các tín hiệu với khoảng cách rất xa, do đó có thể đạt hiệu quả cao cho các đường truyền dài cũng như cho dịch vụ điểm - điểm.  Đường truyền vệ tinh không bị ảnh hưởng bởi điều kiện địa hình, địa vật, vì môi trường truyền dẫn ở rất cao so với bề mặt quả đất. Truyền hình vệ tinh có thể thực hiện qua đại dương, rừng dậm, núi cao cũng như ở các địa cực.  Việc thiết lập một đường truyền qua vệ tinh được thực hiện trong một thời gian ngắn, điều này có ý nghĩa quan trọng trong việc thu thập tin tức, một công việc đòi hỏi thời gian thiết lập nhanh chóng.  Vệ tinh cũng được thiết lập cho các hệ thống điểm - đa điểm. Với một vệ tinh, có thể đặt vô số trạm thu trên mặt đất, rất thuận lợi cho hệ thống CATV cũng như cho 219 dịch vụ truyền hình trực tiếp đến tận từng gia đình. Ngoài ra truyền hình vệ tinh còn có khả năng phân phối chương trình với các hệ thống liên kết khác. Trong truyền hình vệ tinh, điều quan trọng nhất được chú ý là số kênh vệ tinh được thiết lập dành cho các chương trình truyền hình. Các chương trình này có thể phục vụ cho hệ thống CATV hay truyền hình quảng bá. Trong truyền hình vệ tinh quảng bá, một số kênh vệ tinh được dùng cho các chương trình cố định. Các chương trình này phát liên tục trong ngày. Số kênh còn lại dành cho các dịch vụ như tin tức hay thể thao.v.v...thực hiện phát chương trình trong một khoảng thời gian nào đó. 3.9.4. Truyền hình và đa truyền thông Thuật ngữ “Multimedia - Đa truyền thông hay Đa phương tiện” là sự trợ giúp thống nhất nhằm phối hợp toàn bộ các kỹ thuật về viễn thông với nhau, hay còn gọi là sự hội tụ công nghệ. Các mối quan hệ của chúng ta với môi trường truyền thông cũng được thay đổi, các khách hàng có thể lựa chọn chủ đề, nội dung thông tin truy cập và sự đa dạng trong các chương trình tăng lên. Trong thông tin đa phương tiện, các hình ảnh và âm thanh phối hợp với nhau nhằm phân phối và truyền đạt thông tin đến người sử dụng. Các dịch vụ này có thể truyền qua không gian, qua mạng hoặc thông qua các giao diện cục bộ. Những ứng dụng đa truyền thông đang làm thay đổi các cách mà chúng ta truyền đạt, thu nhận và khai thác tất cả các loại thông tin. Khách hàng được cung cấp không giới hạn việc truy cập thông tin và các dịch vụ tại nhà. Đối với các nhà kinh doanh, các ứng dụng đa truyền thông có một ý nghĩa vô giá trong lĩnh vực quảng cáo, phân phối và giao tiếp với khách hàng. Kỹ thuật truyền hình bao gồm các công việc sản xuất và truyền dẫn các chương trình video và audio. Kỹ thuật số xuất hiện đã cho phép những tín hiệu này được xử lý trong thời gian thực trong các chương trình chuyên xử lý số có giá thành cao. Máy tính cá nhân được thiết kế nhằm tạo ra văn bản, đồ họa, trò chơi và các ứng dụng cá nhiệm vụ lặp đi lặp lại. Sự kết hợp chặt chẽ giữa truyền hình và máy tính đã dẫn đến sự xuất hiện của các hệ thống sử dụng máy tính trong lĩnh vực sản xuất chương trình. Những nhu cầu mới đòi hỏi các cấu trúc phần cứng và các phần mềm máy tính cũng phải tăng tính bền vững và tốc độ xử lý cao. Đa truyền thông được bắt đầu bằng việc đưa số liệu audio vào trong máy tính. Các bo mạch audio được lắp ráp bằng các chip tổng hợp âm thanh. Sau đó các chip giao diện video số xuất hiện trên thị trường. Chúng được chế tạo đơn giản và mang tính kinh tế nhằm thiết kế cho các bo 220 giao diện video cho các định dạng tín hiệu video tổng hợp và thành phần tương tự. Số hóa các tín hiệu video và audio tạo ra một dòng số liệu dung lượng lớn. Quá trình xử lý và tích hợp số liệu audio và video động đầy đủ trên màn hình máy tính đòi hỏi phải có kỹ thuật nén và giải nén, nhằm giảm tốc độ dòng bit theo hệ số nén từ 2 đến 100. Ngày nay các kỹ thuật nén đã cho phép xử lý trong thời gian thực tín hiệu audio chất lượng cao và xử lý ảnh rất phức tạp với giá thành chấp nhận được. Trước đây máy tính cá nhân được sử dụng rộng rãi cho các ứng dụng như văn bản, in ấn đồ họa và game, thì ngày nay trên thế giới chúng đã mở sang các lĩnh vực sản xuất video và audio. Các ứng dụng mới như: lưu trữ trtên đĩa, tạo kỹ xảo, hệ thống đồ họa, hệ thống phát thanh, các hệ thống truy cập và giao diện mạng và video tương thích đang phát triển với tốc đọ rất nhanh. Tất cả những ứng dụng này tạo nên một phương tiện mới – phương tiện đa truyền thông. Xu hướng này tạo ra kết quả thuận lợi cho sự cạnh tranh về giá cả. Hình 3.105.Trạm truyền thông điển hình. Hình 3.105 giới thiệu một trạm đa truyền thông điển hình được tạo thành từ một số lượng lớn các thành phần xử lý audio và video như máy tính , camera, VCRS, bộ lưu trữ dung lượng lớn, máy chủ và các ổ đĩa CD-ROM thuộc version đa truyền thông. Mỗi version mới xuất hiện trên thị trường của các thành viên này lại mang lại sự cải tiến về chỉ tiêu chất lượng, khả năng hoạt động và tính tương thích với các sản phẩm đa truyền thông rất đa dạng. Các nền phần cứng máy tính đa truyền thông được thiết kế với các LAN, cap, vệ tinh, xa lộ thông tin Set – top - box Máy thu hình VCR Camera Máy tính bộ nhớ CD-ROM Máy in Modem Bus giao diện Fire Wire 221 bộ xử lý tốc độ cao; cache nhớ; các bus cục bộ tốc độ nhanh như PCI và EISA và các bus độc lập có tốc độ nhanh, dải thông rộng như Movie-2 và VGA-FC. Những nền này phải được thiết kế sao cho có thể ghép một cách độc lập và các dòng số liệu đã được đồng bộ sử dụng tín hiệu từ bộ điều khiển thời gian video gốc. Các tín hiệu video và audio thu được từ camera hay VCR đòi hỏi sự kết hợp của card thu giữ video và audio. Những card này có thể kết hợp với các bộ chuyển đổi A/D nếu tín hiệu gốc là tương tự. Cũng như vậy, việc phân phối các chương trình sản xuất đa phương tiện từ các trạm máy tính đòi hỏi phải có các card giao diện cho lưu trữ và phân phối trên mạng. Các bộ chuyển đổi D/A cũng được yêu cầu sử dụng cho các ứng dụng này. Những nguồn thông tin được tạo ra từ camera tương tự phải được số hóa bằng các bộ mã hóa, hay chiếm đoạt khung hình trong quá trình xử lý thời gian thực , được sử dụng trong các hệ thống số đa phương tiện. Các camera số được sử dụng trên thị trường hiện nay là DVCAM DXC-D30 và DCR-VX100 của Sony, DX1 của Panasonic và GR-DV1 Của JVC. Các VCR tương tự phân phối các tín hiệu video và audio tương tự , vì vậy các tín hiệu này cũng phải được số hóa trước khi đưa vào sử dụng trong hệ thống đa truyền thông. Chất lượng video lại phát kém hơn vì tạp âm và hiệu ứng chồng phổ lẫn trong tín hiệu video. VCRS cung cấp các tín hiệu video và audio phát lại có chất lượng cao. Chúng dựa trên định dạng video số (DV), được phát triển và công nhận vào năm 1995 bởi các nhà sản xuất VCR. Máy ghi hình số DVCR có thể dùng giao diện Firre Wire. Hãng Sony sản xuất cassette có chứa chip bộ nhớ đọc/ghi 4 MB để lưu trữ hình đầu tiên cho tất cả các đoạn tư liệu theo thời gian và dữ liệu. Từ khi ra đời vào năm 1983, đĩa CD-ROM được sử dụng đầu tiên cho quá trình lưu trữ một lần các tín hiệu audio số. Chúng có thể lưu trữ được lượng thông tin số liệu trên 650 MB. Với dung lượng này, nó không đủ để tạo ra các chương trình video số chất lượng cao. Một định dạng mới, còn gọi là đĩa video số (DVD), xuất hiện đã đáp ứng được nhu cầu cấp bách là cần một khả năng lưu trữ dữ liệu lớn trên các đĩa có kích thước nhỏ. Mặc dù kích thước của chúng giống như CD-ROM, những ổ đĩa này có thể lưu trữ các tín hiệu video nén theo tiêu chuẩn MPEG-2 với dung lượng trên 10GB. FireWire được phát triển tên bởi hãng Apple Computer, định dạng giao diện này đã được chuẩn hóa thành bus nối tiếp tốc độ cao IEEE 1394-1945. Mục đích của nó là dùng cho đấu nối các thiết bị số thông qua hệ thống cap có chiều dài ngắn và 222 dùng cho việc kết nối các phần khác nhau của thiết bị. Đặc điểm kỹ thuật của tiêu chuẩn Fire Wire cho phép các bus khác nhau được nối với nhau bằng cần dẫn và kết nối khoảng 1000 thiết bị. Các ID bus kết nối hay thiết bị mạng tự động phân công khi thêm hay bớt thiết bị nối với bus. Trong thời gian truyền dẫn , giao thức trung gian làm trọng tài được sử dụng nhằm đảm bảo rằng chỉ có một thiết bị mạng được truy cập tới bus. Ngày nay, càng ngày các khách hàng được trang bị máy tính cá nhân và máy thu hình có thể tận dụng các dịch vụ mới đa truyền thông này. Trong tương lai gần, các thành viên trong gia đình đa phương tiện sẽ có thể truy cập đồng thời tới các dịch vụ lựa chọn như trò chơi, mua hàng v.v... 223 Câu hỏi ôn tập chương 3 1. Phân tích khái quát sơ đồ khối cấu trúc hệ thống truyền hình số. 2. Phân tích các bước của quá trình chuyển đổi A/D tín hiệu video. 3. Phân tích quá trình chuyển đổi A/D theo phương pháp song song. 4. Phân tích quá trình chuyển đổi A/D theo phương pháp nối tiếp có hồi tiếp. 5. Phân tích quá trình lấy mẫu tín hiệu video. Phát biểu định lý lấy mẫu tín hiệu Nyquist Shannon. 6. Vẽ và phân tích cấu trúc lấy mẫu trực giao; Quincunx dòng và Quincunx mành. Cho nhận xét về 3 cấu trúc này. 7. Phân tích quá trình lượng tử hoá tín hiệu video. 8. Nêu các đặc tính cơ bản của mã nói chung và mã sơ cấp nói riêng. 9. Có mấy loại mã sơ cấp? Vẽ dạng xung, mật độ phổ tín hiệu và đặc điểm của các loại mã sơ cấp này. 10. Nêu các tham số mã hoá theo tiêu chuẩn 4fscNTSC. Vẽ phổ tín hiệu lấy mẫu theo chuẩn này. 11. Phân tích cấu trúc mành số, nêu mối quan hệ giữa mành tương tự và mành số chuẩn 4fscNTSC 12. Nêu các tham số mã hoá theo tiêu chuẩn 4fscPAL. Vẽ phổ tín hiệu lấy mẫu theo chuẩn này. 13. Phân tích cấu trúc mành số, nêu mối quan hệ giữa mành tương tự và mành số chuẩn 4fscPAL. 14. Vẽ và phân tích 4 tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video số thành phần: 4:4:4; 4:2:2; 4:2:0; 4:1:1. Nêu ý nghĩa của các con số trong biểu thức tính tốc độ dòng bit. 15. Trong truyền hình số tín hiệu đồng bộ được thay thế bằng tín hiệu nào? Phân tích tín hiệu chuẩn thời gian khi mã hoá 8 bit và mã hoá 10 bit. 16. Trình bày những vấn đề cơ bản về lý thuyết thông tin Entropy. 17. Phân tích kỹ thuật nén tín hiệu video trong mã dự đoán theo phương pháp DPCM trong mành, DPCM giữa các mành. 18. Phân tích quá trình tiền xử lý của phương pháp nén trong ảnh. 224 19. Phân tích phương pháp biến đổi Cosin rời rạc 1 chiều trong kỹ thuật nén trong ảnh. 20. Phân tích phương pháp biến đổi Cosin rời rạc 2 chiều trong kỹ thuật nén trong ảnh. 21. Phân tích quá trình lượng tử hoá khối DCT trong kỹ thuật nén trong ảnh. 22. Khái quát về chuẩn nén JPEG. Nêu các phương thức mã hoá JPEG. 23. Khái quát về chuẩn nén M-JPEG. 24. Khái quát về chuẩn nén MPEG. Nêu các cấu trúc ảnh của MPEG. 25. Phân tích cấu trúc dòng bit MPEG. 26. Phân tích các chuẩn nén MPEG-1; MPEG-2; MPEG-4; và MPEG-7. 27. Phân tích kỹ thuật điều chế số cơ sở M-PSK. 28. Phân tích kỹ thuật điều chế số cơ sở M-QAM. 29. Trình bày khái quát về OFDM. 30. Trình bày khái quát về các phương thức truyền dẫn truyền hình số. 225 Tài liệu tham khảo Tài liệu tiếng Việt: [1]. Nguyễn Văn Đức, Lý thuyết và các ứng dụng của kỹ thuật OFDM, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2006. [2]. Nguyễn Viết Kính, Trịnh Anh Vũ, Thông tin số, nhà xuất bản Giáo dục, 2008. [3]. Đỗ Hoàng Tiến, Dương Thanh Phương, Truyền hình kỹ thuật số, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2004. [4]. Đỗ Hoàng Tiến, Audio & Video số, Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật, 2002. [5]. Nguyễn Quốc Bình, Kỹ thuật Truyền dẫn số, Nhà xuất bản Quân đội Nhân dân, 2001. [6]. Hoàng Uyên Lê Thục, Phạm Văn Tuấn, Tạp chí khoa học và công nghệ, Đại học Đà Nẵng số 4(39).2010 - 239; số 4(39).2010 – 240; số 4(39).2010 - 241. Tài liệu tiếng Anh: [1]. John B. Anderson, 1999: Digital Transmission Engineering, IEE Press & Prentice Hall, 1999. [2]. Karl- Heinz Brandenburg, ”MP3 and AAC explained”, AES 17th International Conference On high quality Audio Coding, WIAMIS, 2003. [2]. Serkan Kiranyaz, Merthieu Aubazac, Moncef Gapbbouj, ”Unsupervised Segmentation and Classification over MP3 and ACC Audio Bitstream”, WIAMIS, 2003. 226 Các thuật ngữ viết tắt ACC ACI A/D AES ADPCM ASK ATSC BER BPM CATV CCITT CCI CCIR COFDM DARS DCT DTVR DVB DVB-C DVB-S DVB-T EAV EBU FFT FSK HAS HDTV IFFT ISI ITU Moving Picture Experts Group 2 - Advanced Audio Coding Adjust Channel Interference). Audio To Digital Converter Audio Engineering Society Adaptive Differential Pulse Code Modulation Amplitude Shift Keying Advanced Televition Systems Commitee Bit Error Rate Bi-Phase Mark Community Antena Televition Comite Consultatif International desTelephonique et Telegraphic Co Channel Interference Comite Consultatif International des Ratio Communication Coded Orthogonal Frequency Division Multyplexing Digital Audio Radio Standard Discrete Cosine Transform Digital Tape Video Recoder Digital Video Broadcasting DVB-Cable DVB- Satellite DVB- Terrestrial End of Active Video European Broadcast Union Fast Fourier Transform Fryquency Shift Keying Human Auditory System Highi Definition Televition Inverse FFT Inter Symbol Interference International Telecommunication Union 227 MP3 JPEG MP@HL MP@ML MPEG NTSC PAL Pixel PSK QAM QPSK RF RLC SDTV SMPTE SNR STB SVGA TDM TDMA TNS VLC VLSI Moving Picture Experts Group 1- Layer 3 Joint Photographic Experts Group Main Profile At High Level Main Profile At Main Level Moving Picture Expert Group National Televition Sýtem Commitee Phase Alternating Line Picture Element Phase Shift Keying Quadrature Amplytude Modulation Quadrature Phase Shift Keying Radio Frequency Run Length And Level Coding Standard Definition Televition Society of Motion Picture and Television Engineers Signal Noise Ratio Set- Top- Box Super- VGA Time Division Multiplex Time Division Multiplex Access Temporal Noise Shaping Variable Length Coding Very length Scale Itegration