Đồ án 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