Đọc truyện chuong 3-truyen dan audio va video - chuong 3-truyen dan audio va video

♥ Truyen2U.Pro - Tên miền mới của Truyen2U.Net

chuong 3-truyen dan audio va video

Trước Sau

Màu nền

Font chữ

Font size

Chiều cao dòng

----------------------- Page 1-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Chương 3

TRUYỀN DẪN AUDIO VÀ VIDEO SỐ

3.1. GIỚI THIỆU

Tín hiệu audio-video sau khi được số hoá sẽđược đưa đến kênh truyền để

truyền đi hoặc có thể lưu trữ trên các thiết bị ghi phát số. Truyền dẫn audio video là

chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác với những phương thức truyền khác nhau.

Từ một camcorder nhỏ nhất cho đến một mạng lớn như mạng toàn cầu internet, tất

cả những hệ thống sốđó đều phải đối mặt với rất nhiều khó khăn trong vấn đề

truyền dẫn tức là chuyển dữ liệu từ nơi này đến nơi khác. Ghi và lưu trữ là hai loại

ứng dụng truyền dẫn khác, chuyển dữ liệu từ thời điểm này tới thời điểm khác.

Chương này sẽ bàn đến một số công nghệ cũng như một số hệ thống truyền dẫn dữ

liệu số.

3.2 CÔNG NGHỆ TRUYỀN DẪN SỐ

Toàn bộ môi trường truyền dẫn (được gọi là kênh), đối với tín hiệu analog đều

có những hạn chế nhất định, thông thường về dải thông, tạp âm, không ổn định về

thời gian gốc và đặc tuyến biên độ phi tuyến. Sự suy giảm analog này có thể gây ra

lỗi trong truyền dẫn số vì vậy nó phá vỡưu điểm cơ bản của kĩ thuật số, một công

nghệ khá hoàn hảo. Phần này bàn đến một vài công nghệ dùng để xử lý các vấn đề

gặp phải của môi trường analog trong truyền dẫn số.

Hình 3.1. là sơđồ khối một hệ thống truyền dẫn số tiêu biểu bao gồm tất cả các

phần tử có thể có trong hệ thống, mặc dù không phải tất cả mọi hệ thống đều có.

3.2.1. Mã hóa

Trong hầu hết các truờng hợp dữ liệu nhị phân gốc tạo bởi ADC không phù

hợp cho truyền dẫn, vì vậy nó phải được định dạng trước khi truyền dẫn. Quá trình

này được gọi là mã hóa (encoding hay coding), đây là quá trình biến đổi hoặc bổ

sung vào dữ liệu mà không làm tổn hao bất cứ nội dung thông tin nào của dữ liệu.

Mã hóa có thểđược thực hiện và phá bỏ (giải mã) bằng một vài cách khác nhau để

tín hiệu số truyền qua hệ thống. Kỹ thuật mã hóa trình bày ởđây chỉ sử dụng cho

truyền dẫn, quá trình mã hóa bổ sung có thểđược áp dụng. Ví dụ, để thực hiện nén

dữ liệu có thể làm mất lượng thông tin không quan trọng để quá trình nén đạt hiệu

quả tốt hơn.

Trong ngành công nghiệp viễn thông, người ta có thể quan sát các bước của

quá trình xử lý thông tin như một chuỗi các lớp của giao thức. Năm 1984 tổ chức

----------------------- Page 2-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

tiêu chuẩn quốc tế ISO phát triển mô hình liên kết các hệ thống mở (OSI) thành tiêu

chuẩn IS7498. Mô hình trên xác định có bảy lớp giữa người dùng và mạch vật lí.

Đây là tiêu chuẩn được sử dụng rất rộng rãi ở Châu Âu để kết nối máy tính trên các

kênh thông tin ở Mỹ, mô hình OSI cũng được sử dụng nhưng tiêu chuẩn TCP/IP lại

thông dụng hơn (là cơ sở cho mạng Internet). Các lớp OSI được minh họa trong

hình 3.2. Các lớp được trình bày ngắn gọn dưới đây:

Ngỏ vào Mã hóa Mã sửa lỗi

dữ liệu A

Ngỏ vào Mã hóa Mã sửa lỗi Đóng gói Điều chế Kênh

dữ liệu B truyền

Ngỏ vào Mã hóa Mã sửa lỗi

dữ liệu C

Khôi phục

clock EADC Giải mã Ngỏ ra

dữ liệu A

Giải điều Phân tích EADC Giải mã Ngỏ ra

chế gói dữ liệu B

EADC Giải mã Ngỏ ra

dữ liệu C

Hình 3.1. Sơđồ khối hệ thống truyền dẫn số

1. Lớp vật lí: lớp này bao gồm phần cứng vật lí thực, phần mềm liên lạc và mọi

thứ cần thiết để thiết lập một kết nối vật lí và truyền dòng bit trên nó.

2. Lớp liên kết dữ liệu: lớp này điều khiển mối liên kết vật lí thực và có thể

cung cấp các chức năng xử lí lỗi.

3. Lớp mạng: lớp này xử lí phân tuyến liên lạc thông qua một mạng.

4. Lớp giao vận: lớp này là cầu nối giữa các chức năng ứng dụng và thông tin.

Nó cũng thực hiện việc sửa lỗi, điều khiển luồng và chức năng ghép kênh.

5. Lớp phiên: lớp này thiết lập, xử lí và giải phóng sự kết nối thông tin.

6. Lớp trình diễn: lớp này định rõ cách thức thiết lập và kết thúc của lớp phiên.

----------------------- Page 3-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

7. Lớp ứng dụng: lớp cao nhất này là một giao diện với người sử dụng giữa dịch

vụ thông tin dữ liệu và người dùng.

Các hệ thống đơn giản không dùng tất cả các lớp này. Mô hình OSI sẽđược sử

dụng trong phần dưới đây.

Người sử dụng

Lớp ứng dụng

Lớp trình diễn

Lớp phiên

Lớp giao vận

Lớp mạng

Lớp liên kết dữ liệu

Lớp vật lý

Phần cứng

Hình 3.2. Các giao thức của mô hình ISO tiêu chuẩn

Đầu ra của quá trình mã hóa vẫn là dòng bit nhị phân. Mặc dù một dòng bit

như thế này đôi khi có thểđược truyền trực tiếp tới kênh truyền analog, song việc

thực hiện thêm quá trình xử lý tương tự hoặc số nhằm tạo ra tín hiệu phù hợp hơn

cho kênh truyền là hoàn toàn thỏa mãn. Đầu ra của những quá trình này không còn

là tín hiệu số nhị phân nữa, nó có thể có các đặc tính analog. Trong chương này, quá

trình xử lý đặc trưng của kênh như trên được gọi là điều chế hoặc mã hóa kênh. Cần

chú ý rằng, một vài bước mã hóa nhưđịnh nghĩa ởđây trong công nghiệp thường có

ý nghĩa nhưđiều chế.

3.2.2. Dạng nối tiếp và song song

Dữ liệu số cho audio và video thường có cấu trúc dạng nhóm bit, các nhóm này

trình bày một đoạn thông tin, ví dụ như pixel cho video hoặc một mẫu cho audio.

Nhiều khi phần cứng tạo thông tin cung cấp dữ liệu trên một số mạch song song,

trên cơ sở cấu trúc dữ liệu một mạch trên mẫu. Vì vậy, 1 bộ ADC 8 bit có thể có 8

dây đầu ra. Cấu trúc song song như vậy rất phù hợp cho việc truyền dữ liệu ở những

----------------------- Page 4-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

khoảng cách ngắn, với ưu thế tốc độ dữ liệu trên dây thấp hơn tổng tốc độ dữ liệu là

số n tương ứng với số dây song song.

Tuy nhiên, việc xử lý các dây tín hiệu song sẽ gặp khó khăn nếu dữ liệu truyền

dẫn nằm ngoài một box đơn, và sẽ hoàn toàn không thực hiện được nếu khoảng cách

quá xa hay khi cần thiết phải sử dụng truyền dẫn vô tuyến. Trong trường hợp này dữ

liệu phải được kết thành dạng chuỗi để có thể truyền được trên một kênh đơn.

3.2.3. Đồng bộ hóa

Có hai phần cần phải đồng bộ hóa dữ liệu: (1) trích một đồng hồ giúp cho việc

đọc cũng như chốt dòng dữ liệu trở nên đáng tin cậy hơn, (2) đồng bộ hóa định dạng

dữ liệu để nội dung có thểđược nhận dạng và giải mã.

3.2.3.1. Trích đồng hồ

Trong một hệ thống dữ liệu song song, một dây riêng biệt được dành riêng cho

đồng hồ tạo xung đồng bộ, vì vậy không có khó khăn gì khi trích đồng hồ. Tuy

nhiên, các hệ thống nối tiếp phải chứa sẵn tín hiệu đồng hồ trong dữ liệu để thiết bị

thu có thể xác định được số bit dữ liệu một cách đáng tin cậy. Đây được gọi là tự tạo

xung đồng bộ.

Một dòng dữ liệu nối tiếp có các đặc tính như một chuỗi ngẫu nhiên của các số

“1” và “0”. Điển hình là sẽ có các thành phần tín hiệu có giá trị cao ở tần số dữ liệu

lập lại, thành phần này có thểđược trích bởi một vòng khóa pha (PLL) hoạt động tại

tần sốđó. Mục đích của việc mã hóa và điều chế là đảm bảo việc trích đồng hồ có

thểđược hoàn tất với bất cứ mô hình bit dữ liệu nào.

Dạng sóng VCO dốc

thoải

Xung lấy mẫu

Dạng sóng dữ liệu

Dữ liệu

Bộ lọc VCO ở tần Ngỏ ra xung

thông thấp số clock clock

Dạng sóng

dốc thoải

Hình 3.3. Sơđồ khối của một vòng khóa pha

----------------------- Page 5-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Hình 3.3 là sơđồ khối của một vòng khóa pha. Một bộ tạo sóng điều khiển

điện áp (VCO) hoạt động với tần số xấp xỉ bằng tần sốđồng hồ. Nó được điều khiển

bởi đầu ra của bộ tách sóng pha tạo bởi quá trình lấy mẫu và lưu trữ dạng sóng thoải

ở VCO với các xung nhận được từ các biên chính của tín hiệu dữ liệu. Đầu ra của bộ

phận trích mẫu và lưu trữ có điện áp có thể làm thay đổi tần số của VCO theo hướng

đồng hồ. Tại đồng hồ, bộ phân tích sẽ kết thúc quá trình lấy mẫu tín hiệu VCO ở

gần trung tâm của mỗi bước chuyển tích cực. Do có thể có sự trượt về thời gian của

tín hiệu đầu vào và đối với một vài định dạng có thể sẽ không có bước chuyển tích

cực ở mọi chu kỳđồng hồ cho nên bộ lọc thông thấp ở PLL sẽ làm chậm hoạt động

lại, vì vậy đồng hồđược trích vẫn ổn định.

Đầu ra ở VCO của PLL trở thành đồng hồ dữ liệu. Tuy nhiên, dữ liệu được tạo

ra không đáng tin cậy bởi vì có những đoạn được mở rộng của tất cả các số “1” hoặc

tất cả các số “0”, trong giai đoạn này không có thành phần tần sốđồng hồ, và PLL

sẽ trượt khỏi đồng hồ.

Để quá trình trích đồng hồ hoạt động một cách đáng tin cậy, phải đặt ra những

điều kiện cho dữ liệu trong quá trình mã hóa đểđảm bảo là các đoạn có cùng giá trị

không quá dài. Đặc tính của dòng dữ liệu được gọi là độ dài thay đổi và kỹ thuật

điều khiển nó là giới hạn độ dài thay đổi (RLL). RLL được lượng tử hóa bằng cách

xác định thời gian tối thiểu (Tmin) và tối đa (Tmax) giữa các bước chuyển của trạng

thái dữ liệu trong kênh truyền. Giá trị Tmin tương ứng với thành phần tần số tối đa

của dòng dữ liệu (xấp xỉ bằng 1,5 chu kỳ của tần số tối đa) và giá trị Tmax tương ứng

với thời gian dài nhất mà mạch khôi phục đồng hồ phải giữ mà không có bất cứđầu

vào nào.

Một thông số nữa là tỉ lệ mật độ của dữ liệu (DR), là tỉ lệ Tmin trên T, trong đó

T là thời gian tối thiểu giữa các bước chuyển của dòng dữ liệu đầu vào trước khi mã

hóa. DR càng lớn, thông tin được truyền bởi kênh xác định càng nhiều.

3.2.3.2. Thành phần DC

Một đặc điểm quan trọng khác của dòng dữ liệu là thành phần dc, là số trung

bình dài hạn của các giá trị bit trong dòng bit. Nó quan trọng bởi vì hầu hết các

phương tiện truyền dẫn không thể truyền được giá trị dc. Mất thành phần dc của

dòng dữ liệu sẽ gây ra lỗi hoặc ít nhất cũng sẽ làm giảm biên của hệ thống. Một sơ

đồ mã hóa tốt phải loại bỏ hoặc giảm thiểu thành phần dc.

Bảng 3.1 đưa ra danh sách một vài quá trình mã hóa và các đặc tính của nó.

Đầu vào thứ nhất trong bảng, dạng xung không trở về 0 (NRZ) là khi các số “1” và

“0” của tín hiệu được truyền trực tiếp lần lượt. Đây chính là cách thức mà chúng ta

thường gán cho dòng bit. Trong NRZ, bước chuyển đi tới cực dương được ấn định

là “1” và bước chuyển đi tới âm được ấn định là “0”. Các chuỗi của các số “1” và

----------------------- Page 6-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

“0” lặp lại sẽ không tạo ra các bước chuyển tiếp. NRZ đơn giản nhưng không sử

dụng được bởi vì Tmax không xác định và thành phần dc lớn làm cho quá trình trích

đồng hồ không thể thực hiện được.

Tên ký Tmin Tmax DR Thành Tựđồng Dạng sóng

hiệu phần DC bộ 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0

NRZI T ∞ 1 lớn không

FM T/2 T 0,5 không có

PE T/2 T 0,5 không có

MFM T 2T 1 không có

EFM 1,41T 5,18T 1,41 không có

Bảng 3.1. Thông số của một vài quá trình mã hóa

Một biến thể của NRZ là NRZI (NRZ- inverted). Ở xung NRZI có một bước

chuyển tiếp (ở cả hai hướng) cho mọi bit “1” nhưng lại không có bước chuyển cho

số “0”. Mã này vô cực nhưng lại giống với NRZ là Tmin = T và Tmax = ∞.

Sơđồ mã hóa FM (còn được gọi là mã đánh dấu lưỡng pha) truyền hai bước

chuyển kênh cho “1” và một bước chuyển cho “0”. Nó loại bỏ thành phần dc nhưng

lại giảm Tmin đi một nữa, vì vậy DR chỉ còn 0,5. Nó tự tạo xung đồng hồ.

Mã PE hoặc Manchester có bước chuyển tiếp cho mọi bit, đặt ở trung tâm của

ô bit. Bit “0” có bước chuyển dương và “1” có bước chuyển âm. Khi các giá trị liên

tiếp là như nhau, các bước chuyển phụ có hướng đối lập được thêm vào giữa các ô

bit, nó sẽ cho ra cùng một kết quả như mã hóa FM: không có DC và DR = 0,5.

Ở mã MFM, hay còn gọi là điều chế trễ hoặc mã Miller, “1” được mã hóa bởi

bước chuyển của cả hai hướng trị trung tâm của khoảng bit, trong khi không có

bước chuyển nào ở vị trí này cho số “0”. Một chuỗi các số “0” sẽ có bước chuyển

đơn cuối mỗi khoảng bit. Nó cho DR=1 với thành phần DC nhỏ.

3.2.3.3. Mã hóa nhóm

Có thể thực hiện được nhiều mã trên các nhóm bit dữ liệu, cách này được sử

dụng rất rộng rãi. Nó thường có dạng cộng thêm một số bit phụ nào đó với dữ liệu

để cho phép kiểm soát được các đặc tính của dòng dữ liệu độc lập với dữ liệu vào bộ

mã hóa. Ví dụ, một phương pháp thông dụng điều chế 8 thành 14 (EFM) chia các bit

dữ liệu thành các nhóm 8 bit và cộng thêm 6 bit bổ sung cho mỗi nhóm có nghĩa là

sẽ có 14 bit thực sựđược truyền cho 8 bit dữ liệu.

----------------------- Page 7-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Việc chèn các bit phụ trong EFM được thực hiện bằng cách sử dụng bảng tra

cứu cung cấp 14 bit cho mỗi giá trị 8 bit đầu vào (nội dung của bảng mã hóa như thế

này được gọi là bảng mã) bảng có 256 đầu vào 14 bit. Do một từ 14 bit có thể biểu

thị tới 16384 giá trị và chỉ có 256 là cần thiết, cho nên giá trị 14 bit thực sự cần sử

dụng phải được chọn lọc cẩn thận để kiểm soát Tmin, Tmax và thành phần DC. Các

cách lựa chọn khác nhau này dẫn đến các hệ thống điều chế khác nhau. Tất nhiên

phương pháp phải được tiêu chuẫn hóa, bởi vì bộ giải mã phải biết nội dung chính

xác của bảng mã được sử dụng.

Để EFM chọn các giá trị 14 bit, sẽ có khả năng hai hay nhiều bit được chọn

cặp với nhau. Khi hai bit đầu ra ứng với (2x8)/14 = 1,14 bit đầu vào, Tmin = 1,14

(Tmin được tính theo số bit đầu vào). DR có cùng giá trị, do vậy bằng cách cộng 6 bit

vào 8 bit chúng ta có thể truyền được hơn 14% dữ liệu. Điều này xảy ra bởi vì sự

lựa chọn các giá trị EFM 14 bit tránh được tất cả cách bước chuyển tiếp bit đơn

bằng cách giảm một nửa độ rộng của kênh truyền như yêu cầu. Quá trình mã hóa

EFM giới hạn số bit đầu ra theo đoạn tối đa là 7, vì vậy tính theo số bit đầu vào

Tmax=(7x8)/14=4.

Trên thực tế, quá trình EFM phức tạp hơn quá trình được miêu tả trên đây rất

nhiều do không đủ các giá trị 14 bit tương ứng đầy đủ mọi điều kiện khi xem xét

một chuỗi mã 14 bit kề nhau. Đểđảm bảo các mô hình bit được tạo ra tại quá trình

ghép các đoạn mã 14 bit không vi phạm các điều kiện của hệ thống đặc ra cho Tmin,

Tmax và thành phần DC, bộ mã hóa EFM cũng phải kiểm tra tình trạng này và chọn

1 trong 4 giá trị 14 bit xen kẽ phù hợp. Vì vậy, bảng tra cứu sự thực phải lưu trữ

được 1024 giá trị bit. Danh sách trong bảng 3.1 cũng đưa ra các thông số cho mã

EFM đặc biệt sử dụng cho máy ghi hình từ tính D-3.

3.2.3.4. Mô hình dạng mắt

Tín hiệu số tiêu biểu trong một kênh truyền dẫn sẽ bị lẫn tạp âm như mô tả

trong hình 3.4(a). Một đồng hồđược trích từ tính hiệu này cũng có thể có sự dịch

chuyển thời gian tương đối so với tín hiệu. Để kiểm tra hệ thống, hai trong những

đặc tính này có thể quan sát thấy trên máy hiện sóng bằng cách hiển thị tín hiệu với

các xung răng cưa quét dòng đồng bộ với xung đồng hồđược trích. Đây gọi là mô

hình dạng mắt và được mô tả trên hình 3.4(b). Mô hình này chỉ ra tín hiệu dịch

chuyển xung quanh một vùng mở (dạng mắt), trung tâm của nó có thể biểu thịđiểm

lấy mẫu lý tưởng của tín hiệu, tức là tại đó có thể nhận được sự phân tách dữ liệu

đáng tin cậy nhất. Khi chỉ tiêu truyền dẫn không đặt lên hàng đầu, mắt sẽ nhỏ hơn

và việc xác định điểm lấy mẫu càng phải được giới hạn để duy trì tỉ lệ lỗi thấp. Như

đã minh họa trên hình, độ cao và độ rộng của mắt theo thứ tự biểu thị biên của biên

độ và biên của pha.

----------------------- Page 8-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

3.2.3.5. Nhận dạng định dạng dữ liệu

Khả năng phát hiện các số “1” và “0” của dữ liệu được mã hóa chỉ là một phần

của quá trình đồng bộ hóa. Người ta cũng phải xác định vị trí các đặc điểm duy nhất

của định dạng dữ liệu để thông tin thực có thểđược hồi lại. Ví dụ, giải mã định dạng

EFM được miêu tả trong phần 3.2.3.3 yêu cầu phải xác định vị trí của bit chính xác

tại điểm mỗi mô hình 4 bit bắt đầu. Việc này thường được thực hiện bằng cách xác

định một đoạn bit duy nhất (từđồng bộ) được chèn vào dữ liệu mã hóa. Khi hồi

phục, tìm từđồng bộ có nghĩa là (ví dụở EFM) bit dữ liệu tiếp theo đó chính là

điểm xuất phát của một từđược mã hóa 14 bit. Trong những trường hợp khác, các

bit tiếp sau từđồng bộ có thể là điểm xuất phát của một đầu xác định mức đầu tiên

của định dạng dữ liệu. Tất nhiên, mã hóa phải được thiết kếđể từđồng bộ là duy

nhất, tức là dữ liệu ngẫu nhiên không thể tạo ra từđồng bộ. Một vài sơđồ mã hóa

tiến bộ hơn như EFM tựđộng cung cấp các định dạng các từđồng bộ duy nhất.

Clock lấy mẫu

Biên pha

Mức

ngưỡng tối Biên biên

độ

Vị trí lấy mẫu

tối ưu

Hình 3.4. Mô hình mắt: a) dạng sóng dữ liệu, b) mô hình mắt

Phần cứng có chức năng tìm từđồng bộ rất đơn giản, người ta sử dụng cấu

hình của thanh ghi dịch nối tiếp-song song. Dữ liệu mã hóa có chứa các từđồng bộ

tại các vị trí chưa biết truyền liên tục tới đầu vào nối tiếp của thanh ghi dịch. Các

mức song song được chốt trong mọi chu kỳđồng hồ nối tiếp và tất cả các bit nối

tiếp của đầu ra song song được so sánh với từđồng bộ mong muốn. Nếu tất cả các

bit so sánh, từđồng bộđược tìm thấy. Quá trình này có thểđược thực hiện bằng

phần mềm mặc dù đối với tín hiệu video, như vậy sẽđòi hỏi tốc độ xử lý nhanh và

vẫn phải cần đến sự hỗ trợ của phần cứng.

3.2.4 Điều chế

----------------------- Page 9-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Nhưđã giải thích ở phần 3.2.1, quá trình xây dựng cấu hình một dòng dữ liệu

đã được mã hóa cho truyền dẫn tối ưu trên kênh truyền analog xác định gọi là điều

chế.

3.2.4.1. Đặc tính kênh truyền

Một kênh truyền có thểđược đặc tả bởi các đạt tính truyền đạt analog bao gồm

các đặc tính của đặc tuyến số, SNR, độổn định thời gian gốc và độ tuyến tính của

biên độ. Ví dụ các kênh truyền nhưđường điện thoại, cáp sợi quang, cáp đồng trục,

máy ghi từ tính, các kênh quảng bá vệ tinh, và các kênh quảng bá mặt đất. Mỗi loại

này điều có đặc tính riêng, cần đến các phương tiện điều chế khác nhau đểđạt được

khả năng truyền dẫn số tốt nhất.

3.2.4.2 Biểu trưng (Symbol)

Nhưđã đề cập ở phần trước, tín hiệu của kênh bao gồm những dòng các bit có

giá trị “1” hoặc “0”, hoặc một dòng chuyển tiếp giữa các giá trị nhị phân. Để hỗ trợ

phần bàn luận về các phương pháp điều chế tiến bộ hơn, việc đưa ra định nghĩa về

khái niệm Symbol là rất cần thiết. Symbol là đơn vị cơ bản của dữ liệu được mang

đi tại một thời điểm bởi tín hiệu kênh truyền. Mỗi symbol có thể mang một số bit

được xác định thông qua phương pháp điều chế mà kênh sử dụng.

Điều chế có thểđược coi như một quá trình chuyển đổi các bit dữ liệu sang

symbol. Giải điều chế là quá trình chuyển đổi các symbol ngược trở lại dạng bit.

Phương pháp điều chế tốt nhất cho một kênh truyền chuyên biệt sẽ truyền số bit

nhiều nhất/symbol, các giá trị thông dụng của bit/symbol trong khoảng từ ½ đến 4.

Những giá trị lớn hơn có thể sử dụng nhưng không thông dụng bởi vì khi đó phải

cần đến các chỉ tiêu về SNR và tuyến tính của kênh quá cao.

Cần phải có một chu kỳ thời gian nhỏ cho tín hiệu của kênh truyền một symbol

độc lập với các symbol gần kề. Chu kỳ này xác định tỉ lệ symbol khác nhau cho

kênh (việc xác định này phụ thuộc vào dải thông của kênh). Tốc độ truyền dữ liệu

được xác định bằng các bit/symbol nhân với tỉ lệ symbol.

Hầu hết bản chất các kênh là analog và gần như tuyến tính. Chính vì vậy,

chúng có khả năng xử lý nhiều hơn hai giá trị. Phụ thuộc vào SNR và các đặc tính

khác của kênh, việc truyền dữ liệu số với chỉ hai giá trị có thể gây lãng phí dung

lượng kênh truyền. Khi các symbol có giá trị lớn hơn hai, khả năng truyền số

bit/mẫu lớn hơn là hoàn toàn có thể.

3.2.4.3 Symbol đa mức

Tại đầu thu cuối của kênh truyền, tín hiệu chứa lẫn tạp âm tham nhập trong quá

trình truyền. Một đồng hồ symbol được khôi phục, sử dụng lấy mẫu tín hiệu với

mục đích khôi phục các giá trị symbol. Tuy nhiên, các giá trị này phải được lượng

----------------------- Page 10-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

tử hóa để chuyển đổi chúng sang các giá trị số thực sự. Trong trường hợp một hệ

thống chỉ có hai mức symbol, mỗi symbol sẽ lượng tử thành một bit. Tất nhiên,

nhiều mức symbol sẽ lượng tử thành nhiều bit hơn. Ví dụ, nếu hệ thống được thiết

kế cho 4 mức, mỗi symbol sau đó sẽ lượng tử thành hai bit.

Số mức symbol nhiều hơn sẽđòi hỏi SNR của kênh truyền cao hơn để lượng

tử hóa thành công. Tuy nhiên, tốc độ dữ liệu của hệ thống cho một dải thông xác

định sẽ tăng lên theo năng lượng của hai trong số các mức. Hoạt động đa mức dựa

trên biên độ tín hiệu tất nhiên sẽ yêu cầu độ tuyến tính biên độ của kênh rất cao. Ví

dụ, các máy ghi từ có kênh có độ phi tuyến cao, không thể sử dụng các symbol đa

mức.

Các symbol đa mức tạo sựđánh đổi có hiệu quả giữa SNR và dải thông. Ví dụ

điển hình của các symbol đa mức là hệ thống truyền dẫn HDTV Grand Alliance

(xem phần 3.4.3) truyền tốc độ dữ liệu thực là 19,3 MB/s trên kênh TV 6 MHz.

3.2.4.4. Các phương pháp điều chế

Các giá trịsymbol có thểđược truyền trên các kênh analog bằng cách điều chế

biên độ, điều chế pha, hay điều chế tín hiệu kênh hoặc bằng cách kết hợp những

thông số này. Thông thường, một tần số sóng mang được điều chế với dữ liệu mã

hóa, nó cho kết quả là phổ dữ liệu bị dịch chuyển tới các vùng lân cận của tần số

sóng mang.

Sử dụng các phương pháp kết hợp (nhưđiều chế biên độ và pha) là cách thức

để tăng các mức symbol. Đối với các hệ thống sử dụng sóng mang, có thể quan sát

rõ symbol tăng lên bằng cách nhìn vào đồ thị vector của nó. Những đồ thị này có tên

là đồ thị trạng thái tín hiệu nhưng do hình dạng bên ngoài nên đôi khi nó được gọi là

đồ thị chòm sao.

2-AM 4-PSK 8-PSK 16-PSK

Hình 3.5. Đồ thị thiết lập c ủa các phương pháp điều chế

Như minh họa ở hình 3.5 với bốn loại điều chế. AM được hiểu là điều chế biên

độ và 2-AM là điều chế biên độ bằng tín hiệu nhị phân. PSK biểu thị khóa dịch pha

hoặc điều chế pha, 4-PSK biểu thịđiều chếđa mức 2 bit còn 8-PSK là điều chếđa

mức 3 bit. QASK chính là khóa dịch biên độ cầu phương hoặc điều chế biên độ cầu

phương, là sự kết hợp của điều chế pha và điều chế biên độ 4bit/mẫu.

----------------------- Page 11-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

3.2.5. Phát hiện và sửa lỗi

Tất cả các kênh truyền số thực thỉnh thoảng gây ra các lỗi bit. Đều này được

đặc tả bằng cách xác định tỉ lệ lỗi bit cho kênh (BER), có nghĩa là khả năng gây ra

lỗi bit đơn. BER thường được xác định bằng lũy thừa của 10. Ví dụ, một kênh trung

-6

bình tạo ra một lỗi bit trong số 1.000.000 bit có BER là 10 .

Phụ thuộc vào loại dữ liệu tham gia, các lỗi bit có thể có giá trị lớn hoặc nhỏ.

Những hệ thống thông dụng được thiết kếđể bỏ qua một mức lỗi nào đó của kênh

bằng cách sử dụng kỹ thuật bảo vệ chống lỗi. Khả năng phát hiện và sữa lỗi này của

các hệ thống số là một ưu điểm lớn so với các hệ thống analog. Đây chính là lý do

tại sao lỗi truyền dẫn không gây ra lỗi dữ liệu nghiêm trọng, và các lỗi này không

tích tụ lại khi hệ thống được mở rộng.

Vấn đề lỗi được quan tâm ở mọi điểm trong hệ thống số, và việc phát hiện và

sửa lỗi là một yếu tố quan trọng trong mọi quá trình xử lý, không chỉ riêng quá trình

truyền dẫn. Trong hệ thống truyền dẫn, các đặc điểm phát hiện-sửa lổi được thiết lập

ở mọi khâu của quá trình mã hóa và cùng với sự kế hợp của một vài công nghệ, có

thể sẽ có các hệ thống mạnh mẽ thực sự (BER thấp) hoạt động thành công trên kênh

truyền nhiều lỗi (BER cao).

3.2.5.1. Thống kê lỗi

Thống kê lỗi rất quan trọng trong việc thiết kế các hệ thống bảo vệ chống lỗi.

Các lỗi có thể xảy ra như là các lỗi bit đơn riêng lẻ hay các lỗi burst có độ dài bất

kỳ. Việc phát hiện-sửa các lỗi đơn dễ hơn xử lý các lỗi burst dài rất nhiều. Khi cần

sữa các lỗi burst, cách hiệu quả nhất là chèn dữ liệu trước khi áp dụng các phương

pháp phát hiện-sửa lỗi khác. Chèn dữ liệu mở rộng các lỗi burst một cách có hiệu

quả thành một số lượng các lỗi bit đơn riêng rẽ, sau đó sẽ rất dễ sửa.

3.2.5.2. Nguyên tắc phát hiện-sửa lỗi

Ý tưởng cơ bản của quá trình phát hiện-sửa lỗi là tạo ra sự dư thừa trong dòng

bit dữ liệu. Sự dư thừa này có hình dạng các bit phụ, được cấu hình đặc biệt tạo điều

kiện thuận lợi cho quá trình phát hiện và sửa lỗi ởđầu thu cuối của hệ thống truyền.

Hình 3.6 đưa ra một sơđồ khối xây dựng theo quan niệm này. Ởđầu ra của hệ

thống truyền dẫn, các bit thừa được kiểm tra để xác định số lỗi và các hoạt động phù

hợp. Trong một vài trường hợp, lỗi có thể phát hiện nhưng không được sửa, nó có

thể vẫn có khả năng che lỗi. Điều này sẽ trình bày trong phần 3.2.5.8.

Việc so sánh các chỉ tiêu kỹ thuật của kênh truyền số và tương tự khá thú vị.

Trong hầu hết các kênh analog, sự suy giảm của kênh sẽảnh hưởng trực tiếp đến tín

hiệu và khi kênh bị suy giảm, chỉ tiêu tín hiệu cũng suy giảm tương tự, nhưng tín

hiệu không bao giờ bị mất hoàn toàn. Trong hệ thống số có khả năng phát hiện-sửa

----------------------- Page 12-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

lỗi, sự suy giảm của kênh không ảnh hưởng đến tín hiệu cho đến khi các chỉ tiêu của

kênh trở nên quá kém và hệ thống phát hiện-sửa lỗi bị quá tải. Điều này có nghĩa là

một hệ thống số sẽ duy trì chỉ tiêu của nó cho đến tận điểm giới hạn của chỉ tiêu,

hoặc sẽ mất hoàn toàn. Đây được gọi là hiệu ứng vách đá (hiệu ứng này xảy ra

giống như trong điều chế FM ở hệ thống analog khi mức sóng mang FM ở dưới mức

giới hạn).

Báo hiệu lỗi

không được sữa

Ngỏ vào Dữ liệu dư Kênh Phát hiện Ngỏ ra

dữ liệu thừa được truyền và sửa lỗi Che lỗi dữ liệu

thêm vào

Hình 3.6 Sơđồ khối tổng quát quá trình phát hiện và sửa lỗi

3.2.5.3. Tính chẵn lẻ

Dạng phát hiện lỗi đơn giản nhất sử dụng một bit đơn phụ cộng vào dòng bit

theo chu kỳ. Ví dụ, một bit phụ có thểđược chèn vào bit nhớ thứ 8 trong dòng bit .

Bit này có một giá trị khiến các số “1” trong số tám bit cộng với một bit phụ luôn là

giá trị chẵn. Đây được gọi tính chẵn và bit phụ gọi là bit chẵn lẻ.

Để kiểm tra lỗi của dòng bit, người ta cộng tất cả các giá trị của bit “1” trong

nhóm bit 9, nếu kết quả là một số lẻ sẽ xuất hiện một hoặc nhiều lỗi. Về hình thức,

có vẽ như sơđồ này chỉ phát hiện số lẻ của các lỗi trong nhóm, các số chẵn của lỗi

sẽ không bịảnh hưởng tới quá trình kiểm tra chẵn lẻ, sẽ xuất hiện một hoặc nhiều

lỗi. Bởi vì tính chẵn lẻ chỉ thật sự hoạt động đối với các lỗi đơn trong nhóm và chỉ

phát hiện ra sự có mặt của lỗi chứ không thể chỉ ra chính xác bit nào bị lỗi, nên nó

chỉđược sử dụng trong những trường hợp đặc biệt như các bộ nhớ truy cập ngẫu

nhiên hoặc các hệ thống liên lạc đơn giản như RS-232.

3.2.5.4. Các mã sản phẩm

Khái niệm nề tính chẵn lẻ có thểđược cũng cố bằng cách áp dụng vào một

khối dữ liệu. Ví dụ, 64 bit dữ liệu có thểđược đưa vào một mảng hai chiều có kích

thước 8×8 bit. Nếu bit chẵn lẻđược đánh dấu cho mỗi hàng và mỗi cột của mảng,

khi đó có thể xác định lỗi và vị trí của nó trong mảng. Sau đó, lỗi có thể sửa bằng

cách đổi dấu bit đơn giản tại vị trí được ấn định. Đây là trường hợp đơn giản nhất

của mã sản phẩm. Hình 3.7 chỉ ra cách thức hoạt động của nó. Tính chẵn lẻđược chỉ

ra ở mỗi hàng và mỗi cột, khi lỗi được phát hiện ở hàng hoặc ở cột, bit ởđiểm giao

nhau giữa hàng và cột là bit bị lỗi. Sơđồ này chỉ có thể phát hiện ra một lỗi trên

----------------------- Page 13-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

khối, nhưng khái niệm có thểđược mở rộng để thực hiện sửa lỗi nhiều hơn như giải

thích dưới đây.

Trong ví dụ về mã sản phẩm trên hình 3.7, 16 bit chẵn lẻđược tạo ra cho mỗi

khối dữ liệu 64 bit. Cách xử lý thông thường để truyền dẫn là truyền khối dữ liệu

không thay đổi và gán các bit chẵn lẻ vào dòng bit. Đây được gọi là ghi mã có hệ

thống. Hầu hết ứng dụng phát hiện và sửa lỗi đều sử dụng các mã hệ thống.

Trước khi truyền Sau khi truyền

8 byte dữ liệu

1 0 1 1 0 0 1 0 0 1 0 1 1 0 0 1 0 0

0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1

1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0

1 1 1 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1

0 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1

1 1 0 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0

0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 1 0 0 1 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0

0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0

Cột chẵn lẻ Hàng chẵn lẻ Hai lỗi chẵn lẻ xác

định một lỗi bit

Hình 3.7. Tính chẵn lẻ hai chiều cho sửa lỗi bit đơn

3.2.5.5. Các mã tiến bộ hơn

Thuyết về các mã phát hiện và sửa lỗi trở nên cực kỳ phức tạp và thiên về toán

học nhiều hơn, sẽ không được giới thiệu ởđây. Tuy nhiên, một vài khái niệm then

chốt sẽđược trình bày giúp đọc giả có những hiểu biết về một số phương pháp

không thông dụng khác.

Ví dụ, khối 8×8 đã nêu ở trên với tính chẵn lẻ hai chiều có thểđược quan sát

như là tám từ dữ liệu 8 bit cộng với hai từ 8 bit dư thừa, tại đây, các từ dư thừa được

tính toán nhưđộ chẵn lẻ của hàng và cột. Nhưng vẫn có những cách tính toán dư

thừa khác, và các từ bổ xung cũng có thểđược cộng thêm. Phương pháp này tạo ra

rất nhiều cơ hội lựa chọn chỉ tiêu lỗi để phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

3.2.5.6. Mã Reed-Solomon

Một mã phát hiện và sửa lỗi được sử dụng rộng rãi là mã Reed-Solomon. Mã

này được sử dụng trong các máy ghi video và audio, đĩa chuyển đổi, hệ thống

HDTV Grand Alliance, và nhiều hệ thống khác. Đây là hệ thống mã khối có thể sửa

rất nhiều lỗi trên một khối. Ví dụ, một khối có chứa 20 byte biên phát hiện và sửa

----------------------- Page 14-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

lỗi R-S có khả năng sửa tới 10 byte lỗi trên một khối. Sự lựa chọn khả năng sửa lỗi

được thực hiện trong quá trình thiết kế hệ thống. Quá trình xử lý hết sức phức tạp,

tuy nhiên với các mạch tích hợp có sẵn, việc lắp đặt trở nên dể dàng.

Các mã R-S được xác định bằng cách đưa ra số byte trong khối tổng và số byte

trong phạm vi dữ liệu. Ví dụ, mã được sử dụng trong hệ thống truyền dẫn Grand

Alliance, được gọi là mã (207, 187) bởi vì kích cỡ của khối tổng là 207 byte và có

20 byte của mã chẵn lẻ R-S, còn lại 187 byte cho dữ liệu.

1 2 3 4 5 6 7 8

9 10 11 12 13 14 15 16

Mã hoá Ghi

hàng 17 18 19 20 21 22 23 24

25 26 27 28 29 30 31 32

33 34 35 36 37 38 39 40

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18…

41 42 43 44 45 46 47 48

49 50 51 52 53 54 55 56

57 58 59 60 61 62 63 64

Đọc

1 9 17 25 33 41 49 57 2 10 18 26 34 42 50 58… cột

Giải mã

1 9 17 X X X 49 57

2 10 18 26 34 42 50 58

Ghi

hàng 3 11 19 27 35 43 51 59

4 12 20 28 36 44 52 60

5 13 21 29 37 45 53 61

1 9 17 X X X 49 57 2 10 18 26 34 42 50 58… 6 14 22 30 38 46 54 62

7 15 23 31 39 47 55 63

8 16 24 32 40 48 56 64

Đọc

cột

…23 24 X 26 27 28 29 30 31 32 X 34 35 36 37 38 39 40 X 42 43…

Burst lỗi được

chuyển thành

các bit đơn

Hình 3.8. Chèn các bit lỗi khôi phục thành các bit lỗi độc lập

Một khối dữ liệu được đọc cho các hàng của bộ nhớ cấu trúc theo mảng hai

chiều. Dữ liệu sau đó sẽđược đọc ra từ bộ nhớ theo cột. Quá trình ngược lại được

thực hiện khi khôi phục. Nếu burst lỗi (chữ × trong hình) xảy ra khi tín hiệu ở trong

định dạng được chèn nó sẽđược chuyển thành các lỗi bit đơn khi dữ liệu không

được chèn cho đến khi hồi phục. Kỹ thuật này được sử dụng rộng rãi cho các hệ

thống như các máy ghi từ nhạy cảm với burst lỗi.

3.2.5.7. Mã chèn chéo

----------------------- Page 15-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Hiện tại, người ta vẫn tiếp tục cải tiến bằng cách đưa quá trình quét lớp vào

giữa hai khoảng của mã phát hiện và sửa lỗi Reed-solomon. Đây được gọi là chèn

chéo và minh họa như hình 3.9.

Ngỏ vào Mã R-S Chèn Mã R-S

Điều chế

dữ liệu ngoài dữ liệu trong

Kênh

truyền

Giải Sửa lỗi Rút Sửa lỗi Ngỏ ra

điều chế R-S trong trích R-S trong dữ liệu

Hình 3.9. Chèn chéo

Dữ liệu đầu vào được chia thành các khối R-S với mã thừa (mã ngoài), sau đó

đọc cho bộ nhớ chèn. Bộ nhớ các một hàng trên một khối R-S. Đầu ra được chèn từ

bộ nhớ sau đó sẽđưa tới một mã R-S khác (mã trong). Khi khôi phục, quá trình này

sẽđược đảo ngược lại.

Mã trong có thể sửa các lỗi bit đơn xảy ra ở kênh, tuy nhiên nó không thể sửa

được các bit lỗi, các burst lỗi này phải được sửa bởi các mã ngoài. Chèn chéo được

sử dụng gần như trong tất cả các hệ thống ghi từ và quang.

3.2.5.8. Che lỗi

Trong một vài trường hợp, hệ thống phát hiện sửa lỗi có thể phát hiện nhưng

không sửa được lỗi. Nếu sự tồn tại của lỗi ở những khối dữ liệu là rõ rệt có thể có

các kỹ thuật khiến nó trở nên khó nhận biết hơn hoặc khó nghe được trong quá trình

tái tạo. Điều này phụ thuộc vào sự xuất hiện của lỗi cũng như các yếu tố tâm vật lý

ảnh hưởng đến cách mà con người có thể nhận biết được sự bất bình thường.

Tại điểm phát hiện lỗi, bộ xử lý phát hiện lỗi hiện sửa lỗi có thể tạo ra một cờ.

Bộ xử lý này cũng cũng sẽ chỉ ra khối dữ liệu đặc biệt có chứa lỗi chưa được sửa. Ý

nghĩa của lỗi đối với việc tái tạo sẽ phụ thuộc vào quá trình mã hóa số audio hoặc

video ởđiểm xảy ra lỗi. Ví dụ, nếu chúng ta xử lý với audio ở PCM tuyến tính, một

lỗi bit đơn sẽ là một lỗi ở giá trị mẫu đơn. Mẫu này có thểđược nghe thấy như một

click trong quá trình tạo. Độ cao của tiếng click sẽ phụ thuộc vào ý nghĩa từ mẫu

của bit bị lỗi. Tuy nhiên, nếu tính hiệu audio được mã hóa trong định dạng nén, một

lỗi bit đơn sẽ gây thiệt hại nhiều hơn và có thể phải cần đến một kỹ thuật che khác.

----------------------- Page 16-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Tiếp tục với trường hợp tín hiệu audio được mã hóa PCM, có một số khả năng

che mẫu đơn được phát hiện có lỗi. Hình 3.10 minh họa một dạng sóng đầu vào

được lấy mẫu và ba trường hợp dạng sóng đầu ra với một lỗi mẫu đơn lẻ. Trường

hợp thứ nhất (b) là với lỗi chưa được sửa. Tiếp theo (c) là để thay thế mẫu bị lỗi với

giá trị của mẫu trước, và cuối cùng (d) được đặt xen vào giữa các mẫu trước và mẫu

tiếp theo để tạo ra một giá trị che. Tất cảđều hoạt động dựa trên cơ sở là tín hiệu

audio được lấy mẫu thường không thay đổi từ mẫu này sang từ mẫu khác.

Hình 3.10. Che lỗi a) dạng sóng ban đầu được lấy mẫu, b) một mẫu lỗi,

c) mẫu lặp l ại, d) nội suy.

Burst lỗi lấy ra một số mẫu audio liên tiếp là một trường hợp khác, khó hơn.

Như vậy sẽ có sự thay đổi nhỏ trong tín hiệu khi lỗi không còn hiệu lực. Trong

trường hợp này phải có một kỹ thuật che dấu tốt hơn thay thế cho các mẫu bị phá

hủy bởi các burst có các giá trị bằng không. Nó có thểđưa ra một đứt đoạn ngắn cho

âm thanh nhưng vẫn tốt hơn một burst của tạp âm ngẫu nhiên (nếu không sử dụng

kỹ thuật che) và thậm chí có thể nó còn tốt hơn cả kỹ thuật bit đơn.

Kỹ thuật che ở video tạo ra nhiều cơ hội lựa chọn bởi vì sự dư thừa là cố hữu

trong tín hiệu video được quét. Một lần nữa, coi như quá trình mã hóa PCM tính

hiệu video là tuyến tính. Một lỗi mẫu đơn lẻ sẽ xuất hiện như là một chấm ởđộ sáng

hoặc màu sai trên ảnh. Các kỹ thuật được sử dụng cho audio sẽ hoạt động rất tốt để

che lỗi này của video, tuy nhiên các kỹ thuật này không đáp ứng được cho các bit

lỗi.

Các burst lỗi có thểđược che bằng cách thay thế các vùng lỗi bằng thông tin từ

dòng trước hoặc khung hình trước của ảnh. Các kỹ thuật này dựa trên quan điểm cơ

sở là ảnh video thường không thay đổi nhiều từ dòng nọ sang dòng kia hoặc từ

----------------------- Page 17-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

khung hình này tới khung hình kia. Tuy nhiên, với mục đích che lỗi, tất cả những

phương pháp này đều yêu cầu hệ thống phải có bộ nhớđể lưu trữ các dòng hoặc

khung hình trước. Vì những lý do khác, hầu hết các hệ thống đều đã có các bộ nhớ

này, vì vậy việc thêm khả năng che lỗi có thểđược thực hiện mà không quá tốn

kém.

Phần trên chỉ dành cho quá trình mã hóa PCM. Khi các quá trình mã hóa khác

được sử dụng, đặc biệt là khi có sự tham gia của quá trình nén, che lỗi trở thành quá

trình mã hóa đặc thù và phải được quan tâm đến trong quá trình thiết kế phần mã

hóa.

3.2.6. Đóng gói

Phần bàn luận trước về quá trình phát hiện và sửa lỗi đã giới thiệu rất nhiều kỹ

thuật hoạt động dựa vào quá trình phân chia một dòng bit thành các khối. Còn có

những ưu điểm khác của các khối dữ liệu trên kênh thông tin được gọi là gói. Các

gói này được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống viễn thông, mạng máy tính.

Ý tưởng của gói là dòng dữ liệu được chia thành một chuỗi các khối, tại đó

mỗi khối chứa một header để nhận dạng gói và dữ liệu xác định. Các gói có thể có

kích thước giống nhau hoặc khác nhau với các header xác định kích thước của mỗi

gói. Ởđầu thu cuối, các gói được giải mã ngược trở lại định dạng video có nén sau

đó sẽđược giải mã thành tín hiệu video để hiển thị.

3.2.6.1. Ưu điểm của quá trình đóng gói

1. Truyền dẫn gói tạo ra một đường linh hoạt để xác định vị trí của kênh truyền

động cho nhiều dòng bit.

2. Nhiều dòng bit của các loại dữ liệu khác nhau có thểđược truyền cùng nhau

trên cùng một kênh. Việc xác định vị trí trước cho một dòng bit là cần thiết,

các gói của dòng bit có thểđơn giản là “trượt vào” dòng gói mỗi khi chúng

xảy ra. Điều này sẽ dừng lại khi vượt quá dung lượng tổng cộng của kênh.

3. Cùng với khả năng phát hiện sửa lỗi có thểđã có ởđầu vào của các dòng bit,

các gói có thể chứa mã phát hiện và sửa lỗi riêng của mình.

4. Cùng với nhận dạng, các header của gói chứa các thông tin đích đến, do vậy

hệ thống có thểđược thiết kế với khả năng phân tuyến các gói độc lập tới các

đích khác nhau. Đây là cơ sở của các mạng điện thoại chuyển mạch gói đang

dùng hiện nay và cho cả Internet.

Quá trình đóng gói có sự tham gia của các overhead bổ sung dưới dạng cấu

trúc của các header gói chỉ phù hợp trong các trường hợp các ưu điểm được liệt kê

trên đây là quan trọng.

----------------------- Page 18-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Người gởi Người nhận

Các khung video Các khung video

Dữ liệu gởi Dữ liệu nhận

Bộ mã hóa Bộ giải mã

Các gói

Mạng chuyển mạch gói

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 sẽđược 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.

Header thích

ứng

5 byte 48 byte dữ liệu

header

Chỉđường dẫn Chỉ kênh truyền ảo Điều khiển lỗi

ảo (VPI) (VCI) header

Điều khiển Kiểu dữ liệu

luồng Dự trữ

Hình 3.12. Cấu trúc gói ở chếđộ truyền dị bội

----------------------- Page 19-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Các gói của nó gọi là các tế bào có kích thước 53 byte nhưở 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 thểđược sử dụng đểđiều 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 thểđược khắc phục nhờ bộ lặp, đây là bộ

khuếch đại tín hiệu theo chu kỳđược 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 thểđược mở rộng nhờ việc

lựa chọn quá trình mã hóa thích hợp và sử dụng các kỹ thuật analog cho quá trình

cân bằng.

----------------------- Page 20-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Tốc độ dữ Khoảng Tốc độ × khoảng

Loại cáp

liệu (Mb/s) cách (km) 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

----------------------- Page 21-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

máy tính và là cơ sởđểứng dụng internet trên toàn cầu. Các modem điện thoại hiện

nay sử dụng điều chếđa 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 cảđiều 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 thểđáp 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 thểđược 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

sốđang được phát triển và sẽđược 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

----------------------- Page 22-----------------------

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 sẽđược 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 trữđể 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 từđược đặt ởđiểm 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 sốđồng bộ giao diện 27MHz sẽ có 276 chu kỳđồng 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.

----------------------- Page 23-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Khoảng xóa Dòng tích

số cực video

16T 122T 720T

Khoảng lấy

mẫu tín

hiệu chói

720T 736T 0

9 0 1 5 6 7

1 2 2 5 5 5 0 1

7 B 7 R 7 8 B 8 R 8 B R

Y C Y C Y Y C Y C Y C Y C Y

Tín hiệu chuẩn thời gian Tín hiệu chuẩn thời gian

EAV SAV

Hình 3.13. Gán các mẫu trong khoảng xóa dòng ở SMPTE 125 (NTSC)

Nếu tất cả các khoảng xóa dòng của tiêu chuẩn số tổng hợp được sử dụng cho

dòng dữ liệu phụđơn lẻ, sẽ có thể có tối đa 262 từ 10 bit ở mỗi HBI, với tốc dộ dữ

liệu đưa ra là 41,2 Mb/s. Như vậy sẽ có đầy đủ dung lượng cho một vài kênh audio

với rất nhiều khả năng dự phòng.

Thiết kế cơ bản của một giao diện song song này cũng có thểđược mở rộng

thành một dịnh dạng cho phiên bản số của định dạng SMPTE 240M để sản xuất

HDTV analog. Giao diện số này được đề cập trong tiêu chuẩn 260M SMPTE. Với

định dạng yêu cầu tần số lấy mẫu cao hơn là 74,25MHz, việc ghép các thành phần

màu với độ chói nhưđược thực hiện ở 125M là không thể. Vì vậy, các cặp dữ liệu

bổ sung được thêm vào giải quyết vấn đề này. Đối với việc truyền dẫn các thành

phần R,G,B cần tới 31 cặp. Tuy nhiên tần số clock cao sẽ giới hạn của cáp còn tối

đa là 20m mà không có sự cân bằng.

3.4.2. Hệ thống 10 bit nối tiếp

Mặc dù phần cứng cho các giao diện song song khá đơn giản nhưng các cáp

nhiều dây lại có giá thành cao, không linh hoạt và còn bị giới hạn vềđộ dài. Hơn

nữa chúng lại quá mới mẻđối với các trang thiết bị hầu hết là analog đang tồn tại có

nghĩa là không có một loại cáp hiện hành nào có thể sử dụng với giao diện số song

song. Điều này có thể thực hiện được nếu có một giao diện số sử dụng tiêu chuẩn

đồng trục RG-59 sẵn có trong các hệ thống video analog. SMPTE 259M là giao diện

----------------------- Page 24-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

nối tiếp cho truyền dẫn 10 bit các tín hiệu số tổng hợp hoặc thành phần chuẩn

625/50 hoặc 525/60. Tiêu chuẩn này là cho giao diện số nối tiếp (SDI).

Cáp đồng trục được sử dụng với các bộ kết nối BNC (ICE 169-8). Các bit của

mỗi mẫu được xếp theo dạng chuỗi với LSB được truyền trước tiên và quá trình mã

hóa bị xáo trộn NRZL.

Trong trường hợp mã hóa tổng hợp việc đồng bộđịnh dạng sẽđược cung cấp

nhờ việc sử dụng tín hiệu nhận dạng và chuẩn thời gian (TRS-ID) đặt trong khoảng

xóa dòng ngay sau vị trí thông thường của biên độ dòng. Tín hiệu này bao gồm một

từ là tất cả các số “1”, ba từ là tất cả các số “0”, từ thứ 5 có chứa các bit cờđể nhận

dạng mành và 5 bit để nhận dạng số dòng.

3.4.3 ATV Grand Alliance

Sự phát triển của tiêu chuẩn truyền hình sốđầu tiên trên TG được bắt đầu ở

Mỹ bởi một liên hiệp các tổ chức thương mại và nghiên cứu có tên là Grand

Alliance (GA) được hình thành vào năm 1993. Hoạt động cơ bản của nó là phát

triển mạng tiêu chuẩn truyền hình số trên toàn TG từ hơn chục năm trước đây, khởi

đầu với cái tên HDTV. Tuy nhiên tiêu chuẩn GA không chỉ dừng lại ởđó, nó còn

được sử dụng để quảng bá các tín hiệu TV với độ phân giải tiêu chuẩn (525 hoặc

625 dòng). Vì vậy ngày nay tiêu chuẩn này còn được gọi là tiêu chuẩn TV cao cấp

(ATV).

3.4.3.1. Mục đích đề ra của ATV

Rất nhiều nghiên cứu trước đây của HDTV chủ yếu dựa vào công nghệ analog.

Nhưng vào thời điểm thành lập GA, tất cảđều nhất trí rằng các tiêu chuẩn đều phải

là số. Mục đích của hệ thống số là:

Âm thanh và hình ảnh HDTV số có chất lượng cao.

Một hệ thống có thể cùng tồn tại với truyền hình quảng bá analog mà không

gây nhiễu cho nhau.

Thiết bị lắp có giá cả hợp lý với người tiêu dùng và các nhà sản xuất, và tất

cả người sử dụng vào thời điểm áp dụng tiêu chuẩn.

Có khả năng hoạt động phối hợp các phương tiện truyền dẫn và các ứng dụng

khác.

Tiềm năng ứng dụng toàn cầu của tiêu chuẩn.

Mục tiêu cuối cùng được thực hiện dưới con mắt của các nhà thiết kế nhưng

chúng ta phải xem xét tác động của nó lên các tiêu chuẩn quốc tế, các mục tiêu khác

đều đã được đáp ứng.

----------------------- Page 25-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

3.4.3.2. Kiến trúc theo lớp

Kiến trúc của hệ thống GA được minh họa trong hình 3.14 chỉ rõ mối tương

quan với các lớp của mô hình OSI đã được mô tả trong phần 3.2.1. Các công nghệ

và tiêu chuẩn khác áp dụng trong mỗi lớp được trình bày dưới đây. GA xác định bốn

lớp:

1. Lớp ảnh - hệ thống GA cung cấp nhiều định dạng và nhiều tốc độ khung hình

tất cảđều có thểđược giải mã và trình bày bằng thiết bị thu ATV của GA.

Phương pháp này cho phép các dịch vụ khác nhau có các tiêu chuẩn quét

khác nhau phù hợp với mục đích của mình.

2. Lớp nén - việc nén video của hệ thống GA dựa trên tiêu chuẩn ISO-MPEG-2,

và hệ thống audio sử dụng nén Dolby AC-3 cung cấp 5.1 kênh âm vòm với

tốc độ dữ liệu 384kb/s. Tốc độ dữ liệu video có các định dạng ảnh của HDTV

xấp xỉ bằng 18,9 Mb/s và cho các định dạng ảnh có độ phân giải tiêu chuẩn là

từ 3 đến 5 Mb/s.

3. Lớp truyền tải - hệ thống GA sử dụng gói truyền tải dựa trên cấu trúc gói

MPEG-2. Bất cứ số lượng dòng audio, video hoặc dữ liệu nào cũng có thể

được ghép thành dòng bit truyền dẫn.

4. Lớp truyền dẫn - lớp này thực hiện quá trình xử lý phát hiện và sửa lỗi trước

và điều chế bằng cách sử dụng các symbol đa mức.

Lớp GA Công nghệđược Các lớp OSI

sử dụng

Lớp ảnh Định dạng ảnh

thay đổi

6. Trình diễn

Lớp nén

MPEG-2

5. Phiên

4. Truyền tải

Lớp truyền 3. Mạng

MPEG-2

tải 2. Liên kết dữ liệu

Lớp truyền 1. Vật lý

Điều chế VSB

dẫn

Hình 3.14. So sánh giữa kiến trúc phân lớp GA và các l ớp OSI

----------------------- Page 26-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

3.4.3.3. Lớp truyền tải GA .

Lớp truyền tải nhận các dòng bit audio và video riêng rẽsau đó ghép chúng lại

thông qua việc đóng gói. Bất cứ số lượng dòng bit nào cũng có thểđược xử lý, rất

nhiều dòng audio, video hay các kiểu dữ liệu khác có thểđược truyền trên cùng một

kênh, chỉ bị giới hạn bởi khả năng tốc độ dữ liệu tổng của hệ thống.

Gói GA là một khối có độ dài cốđịnh 188 byte như minh hoạ trên hình 3.15.

Mỗi một gói có thể chứa một header 4 byte với một trường dữ lệu 184 byte, ở

trường này cũng có thể chứa một header thích ứng tùy chọn có độ dài thay đổi.

Thiết kế của gói như vậy tạo ra khả năng hoạt động phối hợp cùng cấu trúc gói của

ATM. Cùng với trường đồng bộ một byte, header của một gói cung cấp:

1. Một trường 13 bit cho nhận dạng gói sử dụng để tách dòng bit gói. Với mục

đích này giá trị bằng “0” của gói ID (PID) được dành cho một gói đặc biệt có

chứa 1 chỉ số cho cấu trúc ghép kênh. Chỉ số này có dạng một bảng thống kê

chương trình xác định rõ một hoặc nhiều chương trình hoàn chỉnh và số PID

của bảng đồ chương trình cho mỗi chương trình. Bảng bản đồ chương trình

chỉ rõ PID và dạng của nó cho mỗi dòng dữ liệu trong chương trình. Bằng

cách đọc những bảng này, một máy thu có thể chọn được các gói có chứa dữ

liệu mà nó cần.

2. Một trường bộđếm thứ tự 4 bit đếm các chu kỳ từ 0 tới 15 cho mỗi gói với

cùng một PID. Nó cho phép máy thu nhận biết được khi nào thì các gói hoàn

chỉnh bị mất trong quá trình truyền.

Gói 188 byte

Header gói 4 byte

Header thích ứng (tùy chọn)

Tải dữ liệu

Chi tiết header

Header đồng PID 13bit Đếm thứ tự 4 bit

bộ (47H)

Điều khiển mành thích ứng 2 bit

Điều khiển xáo trộn truyền tải 2 bit

Ưu tiên truyền tải 1 bit

Bộ chỉ bắt đầu tải 1 bit

Bộ chỉ lỗi gói truyền tải 1 bit

Hình 3.15. Cấu trúc gói truyền tải GA

----------------------- Page 27-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

3. Phần còn lại của các bit trong header của gói là các cờ bit với các mục đích

riêng cung cấp các chức năng quản lý gói, ấn định việc sử dụng của quá trình

xáo trộn không bắt buộc đểđiều khiển sự truy cập của người sử dụng, và ấn

định xem header thích ứng có mặt ở tải trọng của dữ liệu hay không. Điều

này được minh họa trên hình 3.15.

3.4.3.4. Lớp truyền dẫn GA

Đầu ra của lớp truyền tải là một dòng bit đơn bao gồm các gói đã được ghép

cho tất cả các loại dữ liệu để truyền trên kênh. Lớp truyền dẫn thực hiện điều chế,

cho phép dòng bit này được truyền trên kênh analog 6MHz tuyến tính hoàn toàn ở

đây sử dụng phép điều chế dải band cụt (VSB) các symbol đa mức và gọi là điều

chế 8-VSB hoặc 16-VSB, tại đó các số 8 hoặc 16 ấn định số mức symbol được

truyền. Hệ thống phát quảng bá sử dụng định dạng 8-VSB có khả năng phát hiện và

sửa lỗi tốt hơn, trong khi các hệ thống truyền hình cáp có thể sử dụng định dạng 16-

VSB cho tốc độ dữ liệu cao hơn nhưng cần đến SNR vượt quá mức mà cáp có thể

cung cấp, quá trình xử lý truyền dẫn được minh hoạ trên hình 3.16.

Quá trình xử lý lớp truyền dẫn sẽđảo mỗi gói thành một đoạn (segment), mã

sửa lỗi Reed-Solomon được sử dụng cho mỗi đoạn này. Một segment bao gồm nội

dung của một gói trừđi byte đồng bộ (sẽđược thay thế sau này trong quá trình xử

lý). Đầu tiên, dữ iệu được lấy ngẫu nhiên bằng cách xử lý theo mạch XOR với chuỗi

giả ngẫu nhiên (trong máy thu, dữ liệu được xử lý lại bằng mạch XOR với chuỗi giả

ngẫu nhiên tương tự khôi phục dữ liệu). Sau đó, quá trình xử lý R-S được bổ xung

vào mỗi gói, vì vậy gói 188 byte sẽ trở thành một segment 207 byte 9 không có byte

đồng bộ).

Ngẫu nhiên Mã hoá Chèn

Gói Tạo đoạn

hóa dữ liệu R-S dữ liệu

Dữ liệu đa mức

Mã hóa

trellis

Lọc tiền Điều chế Tới

+ Chèn pilot cân bằng VSB bộ phát

Đồng bộ mành

Đồng bộđoạn

Hình 3.16. Quá trình xử lý trong lớp truy ền dẫn GA

Các segment sau đó được nhóm lại thành các trường dữ liệu có 313 đoạn.

Đoạn thứ nhất của mỗi trường dữ liệu là mô hình đồng bộ trường dữ liệu được sử

----------------------- Page 28-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

dụng ở máy thu với mục đích cân bằng tựđộng, giúp máy thu lựa chọn sử dụng quá

trình lọc phù hợp cho chuẩn đoán hệ thống, và để máy thu xây dựng cấu hình vòng

tự hiệu chỉnh của nó. Vì vậy, máy thu có thểđiều chỉnh lại theo định kỳ cơ cấu của

nó để bù lại cho những thay đổi động trên đường truyền.

Bước tiếp theo của quá trình xử lý truyền dẫn là chèn dữ liệu bằng bộ chèn

xoắn, quá trình này mở rộng dữ liệu trên vùng 52 đoạn, cho phép mã phát hiện và

sửa lỗi sửa các lỗi burst tới tận 193μs. Chu kỳ thời gian này có chứa xấp xỉ 360 lỗi

bit dữ liệu và chúng điều có thểđược sửa. Việc chèn chỉđược thực hiện trên các

byte dữ liệu của segment, các tín hiệu đồng bộ segment và đồng bộ mành không

được chèn bởi vì chúng sẽđược thêm vào sau này trong quá trình xử lý, nhưđã

minh hoạở trên hình .

Bước tiếp theo bắt đầu từ quá trình mã hoá nhị phân và tạo ra các symbol đa

mức vì vậy đây là bước khởi đầu của quá trình điều chế. Truyền hình quảng bá sử

dụng các symbol 3 bit và truyền hình cáp sử dụng symbol 4 bit. Trong trường hợp

truyền hình quảng bá, mỗi trong số 2 bit của dữ liệu đã mã hoá được chuyển thành

một symbol 3 bit (8 mức) bằng cách sử dụng mã trellis, đây là một kỹ thuật phát

hiện và sửa lỗi có thể cải tiến chỉ tiêu của hệ thống mà không làm tăng độ rộng band

tần.

Bộ mã hóa trellis

Z2 Lược đồ Đầu ra

X1 symbol analog

D + D

Z3 Z2 Z1 Đầu ra

Z ,Z ,Z 100 001 010 000 110

3 2 1

0 0 0 -7

-7

0 0 1 -5

-5

0 1 0 -3

-3

0 1 1 -1

-1

1 0 0 +1

1 0 1 +3

1 1 0 +5

1 1 1 +7

Hình 3.17. Mã hóa trellis

----------------------- Page 29-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Ý tưởng của mã trellis là tạo ra một môi trường bao quanh hỗ trợ cho n giá trị

symbol nhưng chỉ n/2 giá trị có hiệu quả (vì 1 bit kém), các lỗi symbol sẽ tăng chuỗi

có các giá trị không hiệu quả. Tuy nhiên, một bộ dò tìm thích hợp có thể sửa một

dòng sai bằng cách tìm kiếm một chuỗi có khả năng sửa lỗi cao nhất cho chuỗi bị

lỗi. Đây được gọi là bộ dò tìm viterbi. Phương pháp trên hiệu quả nhất khi hệ thống

điều chếđược thiết kếđể thiết lập khoảng cách lớn nhất (trong sơđồđiều chế chòm

sao người ta thường gọi là khoảng cách Euclidean) giữa các trạng thái của symbol

có giá trị. Sơđồ cho thấy những khoảng cách này xuất hiện tương tự như dạng

trellis và chính điều đó là ý tưởng đểđặt tên cho phương pháp này.

Do phải quan tâm đến các bộ lọc được đưa vào trong hệ thống để loại bỏ sự

can thiệp của các tín hiệu NTSC có thể xảy ra ở cùng kênh hoặc các kênh cận kề,

kênh thực sự chỉ có bộ mã 12 trellis được chèn vào chuỗi 12 symbol. Nó ngăn cản

bộ lọc khỏi sự can thiệp vào mã trellis.

Sau khi mã hoá trellis, tín hiệu bây giờ là một định dạng analog 8 mức. Tuy

nhiên, tín hiệu đồng bộ segment và các mô hình đồng bộ trường dữ liệu không được

ghi mã trellis nhưng lại được chèn như các tính hiệu hai mức giữa các mức điều chế

+5 và -5. Tín hiệu đầy đủ thu được chèn như các tín hiệu đồng bộđược điều chế

biên độ trên sóng mang của kênh bằng cách sử dụng điều chế dải biên cụt triệt sóng

mang. Triệt sóng mang có nghĩa là đối với đầu vào ở mức 0, sóng mang đầu ra cũng

bằng 0 và pha sóng mang sẽ dịch chuyển 180 độ giữa mức vào dương và âm. Dải

biên cụt có nghĩa là dải biên (thấp hơn) của phổđiều chế biên độ bị huỷ bỏ một

phần như minh hoạ trên hình 3.18.

Miền dải band cao

Sóng mang

VSB

Miền dải band thấp

0.31Mhz

Kênh 6 Mhz

Hinh 3.18. Phổ tần số của tín hiệu truyền dẫn GA trong dải thông 6Mhz

Nhưđề cập ở trên, để hoạt động trong môi trường TV cáp ít nhiễu SNR tốt

hơn, điều chế phải là 16-VSB và không sử dụng mã trellis. Như vậy sẽ cho phép

truyền đi tốc độ dữ liệu gấp 2 lần ở mỗi kênh cáp 6 MHz. Các thông số chỉ tiêu của

một vài sự lựa chọn trong các hệ thống truyền ATV được trình bày trong bảng 3.3.

----------------------- Page 30-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

Thông số HDTV-1 HDTV-2 SDTV

Pixel tích cự 1920×1080 1280×720 720×480

Tổng mẫu 2200×1125 1600×750 858×525

60Hz quét cách dòng 60Hz quét cách dòng 59,94Hz quét cách dòng

Tốc độ hình 30Hz quét liên dòng 30Hz quét liên dòng 29,97Hz quét liên dòng

24Hz quét liên dòng 24Hz quét liên dòng 23,97Hz quét liên dòng

Lấy mẫu tín hiệu 4:2:2 4:2:2 4:1:1

sắc

Tỷ lệkhung hình 16:9 16:9 4:3

Nén video MPEG-2 MPEG-2 MPEG-2

Tốc độ dữ liệu 19,3Mb/s 19,3Mb/s 6,0Mb/s

Kênh audio 5,1 5,1 2

Dải thông audio 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz 20Hz-20Khz

Tần số lấy mẫu 48KHz 48KHz 48KHz

audio

Tốc độ dữ liệu 384kb/s 384kb/s 128kb/s

Bảng 3.3 Các thông số chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền ATV ATSC

ở một số mức độ phân giải

3.4.4. Giao diện audio AES3

Rất nhiều định dạng video như MPEG hoặc Grand Alliance đưa ra khả năng

truyền dữ liệu audio kèm theo video. Tuy nhiên, trong thiết bị chỉ dùng cho sản xuất

và sản xuất hậu kỳ audio, cần phải truyền audio riêng. Định dạng AES3 được sử

dụng rộng rãi trong audio chuyên nghiệp và một số tổ chức khác cũng đã chấp nhận

những định dạng tương tự như vậy.

AES3 là giao diện số dạng chuỗi hỗ trợ cho kênh audio và một vài loại dữ liệu

khác không phải mạch audio. AES3 sử dụng một cáp đôi xoắn đơn có thể trải dài tới

100m mà không cần cân bằng. Nó cũng có thể sử dụng với cáp đồng trục với độ dài

cho phép tới 1km.

Định dạng này tự tạo xung đồng bộ, tựđồng bộ và có thểđược sử dụng với bất

cứ tần số lấy mẫu nào, 64 bit được truyền cho mỗi chu kỳ lấy mẫu, trong một khung

----------------------- Page 31-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

hình phụ và định dạng khối như minh họa trên hình 3.19. Ví dụ với tần số lấy mẫu

audio là 44,1KHz tốc độ dữ liệu của AES3 là 2,822Mb/s. Tốc độ dữ liệu có thể lên

tới 24 bit trên mẫu và được lượng tử hóa tuyến tính và mã hóa trong định dạng bù

hai. Việc điều chế kênh là mã đánh dấu lưỡng cực (3.2.3.2).

Một kung hình tương ứng chính xác với một chu kỳ lấy mẫu ở tỉ lệ nguồn nó

chứa 64 bit và một mẫu audio cho mỗi kênh, cộng thêm các header. Một khối là 192

khung hình và một mẫu audio cho mỗi kênh của khung hình trong khối được tích tụ

lại để trở thành trường dữ liệu 192 bit (24 byte) cung cấp cho đặc tính của kênh, mã

thời gian và nhiều đặc điểm khác.

X Kênh A Y Kênh B Z Kênh A Y Kênh B X Kênh A Y Kênh B Y Kênh A X

Khung 32 bit

Mởđầu Dữ liệu phụ LSB dữ liệu audio MSB V U C P

4 bit 4 bit 20 bit

Giá trị

Dữ liệu người dùng

Dữ liệu trạng thái kênh

Chẵn lẻ

Hình 3.19. Cấu trúc khung 64 bit AES3

Tiêu chuẩn AES3 hai kênh được mở rộng thành nhiều kênh ở tiêu chuẩn

AES10 tới tận 56 kênh audio. Tiêu chuẩn này đã ấn định tốc độ dữ liệu là 125 Mb/s.

3.4.5. Dây chịu nhiệt chuẩn IEE 1394

Tiêu chuẩn IEEE 1390 đáp ứng cho một mạng có tốc độ cao, thời gian thực,

giá thành rẻ sử dụng trong quá trình kết nối các thiết bị audio và video cũng như

máy tính. Có thể có nhiều sự lựa chọn, tuy nhiên trong phần này chỉ giới thiệu một

vài loại. Việc sử dụng một cặp cáp xoắn đôi (4 dây tín hiệu với 2 dây phụ trợ 1394

có thểđạt tốc độ dữ liệu lên đến 200Mb/s trên khoảng cách các thiết bị là 4,5m. Các

hệ thống 1390 trong tương lai sẽ còn đạt được tốc độ dữ liệu cao hơn nữa.

Giao thức được dựa vào các gói, và hai cặp dây xoắn được sử dụng như là hai

kênh, có thểđẳng thời dị bội hoặc đồng thời cả hai tại cùng thời điểm. Chếđộđẳng

thời được quan tâm nhiều nhất trong các ứng dụng của audio bởi vì nó cho phép

thực hiện kết nối với tốc độ dữ liệu rất tốt, do các bus hoạt động ở chu kỳổn định và

một lượng gói được truyền đi trong mỗi chu kỳ. Mỗi một kết nối tích cực dự trữ một

----------------------- Page 32-----------------------

Chương 3: Truyền dẫn audio và video

gói trong mỗi chu kỳ. Các liên kết có thể có 2 loại điểm tới điểm, nó không bị thay

đổi bởi người sử dụng khác hoặc quảng bá có thểđược xác định bởi người sử dụng.

Chếđộ truyền dị bội hoạt động giống mạng máy tính hơn. Ở chếđộ này tất cả

những người sử dụng đều tranh chấp khả năng của bus trong thời gian thực và việc

dự trữ là không thể. Tuy nhiên, hoạt động dị bội mặt khác cũng có thể diễn ra trên

một bus đẳng thời bằng cách chiếm dụng không gian của các gói không được sử

dụng đến trong mỗi chu kỳ bus. Bus 1390 do người sử dụng quản lý truyền đi các

gói điều khiển dị bội để thiết lập các thanh ghi ở mỗi thiết bị kết nối với bus. Việc

này phải được thực hiện để thiết lập bất cứ một loại kết nối nào.

Tiêu chuẩn 1390 tương đối mới song đã được yêu cầu sử dụng để nối giữa các

camera video số, VCR số, các bộ xử lý hiệu ứng video và máy tính có chức năng

video. Đây có thể là một đặc điểm quan trọng trong nhiều hệ thống video tương lai.

Bạn đang đọc truyện trên: Truyen2U.Pro

Trước Sau