Luận văn Truyền hình di động với công nghệ DVB-H

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI. -------------------------------------------- LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH: XỬ LÝ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRUYỀN HÌNH DI ðỘNG VỚI CÔNG NGHỆ DVB-H TRẦN MẠNH HÙNG HÀ NỘI 2008 TR Ầ N M Ạ N H HÙ N G X Ử LÝ THÔ N G TIN VÀ TRU Y ỀN THÔ N G 2006 -2008 Hà Nội 2008 BẢN CAM ĐOAN Tôi là Trần Mạnh Hùng, học viên cao học lớp XLTT&TT khóa 2006 - 2008. Thầy giáo hướng dẫn là TS. Hà Quốc Trung. Tôi xin cam ñoan toàn bộ nội dung ñược trình bày trong bản luận văn nay là kết quả tìm hiểu và nghiên cứu của riêng tôi, trong quá trình nghiên cứu ñề tài “Truyền hình di ñộng với công nghệ VDB-H”. Các kết quả và dữ liệu ñược nêu trong luận văn là hoàn toàn trung thực và rõ ràng. Mọi thông tin trích dẫn ñều ñược tuân theo luật sở hữu trí tuệ, liệt kê rõ ràng các tài liệu tham khảo. Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm với những nội dung ñược viết trong luận văn này. Hà nội, ngày 22 tháng 11 năm 2008. HỌC VIÊN TRẦN MẠNH HÙNG -1- Mục lục Lời mở ñầu.............................................................................................................1 Mục lục ..................................................................................................................4 Mục lục các hình....................................................................................................8 Mục lục các bảng.................................................................................................10 Từ viết tắt ............................................................................................................11 1. CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DVB-H ..................13 1.1 Tổng quan hệ thống............................................................................. 13 1.1.1 Giới thiệu sơ lược về DVB-T .............................................................13 1.1.2 Hệ thống DVB-H ...............................................................................15 1.1.2.a Khái niệm về truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB-H...................17 1.1.2.b Những ưu việt của truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB-H...........20 1.2 Cấu trúc và nguyên lí cơ bản của công nghệ truyền hình di ñộng.... 22 1.3 Các yếu tố kĩ thuật chính .................................................................... 24 2. CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðÓNG GÓI IP: TIME SLICING VÀ MPE-FEC...................................................................26 2.1 Module MPE-FEC............................................................................... 26 2.1.1 Khung MPE-FEC ..............................................................................27 2.1.1.a ðịnh nghĩa khung MPE-FEC .........................................................27 2.1.1.b Bảng ADT .....................................................................................28 2.1.1.c Bảng RSDT ...................................................................................29 2.1.2 Cách truyền khung MPE-FEC...........................................................30 2.1.2.a Cách truyền các IP datagram trong ADT........................................30 2.1.2.b Giải mã RS ....................................................................................33 -2- 2.2 Module time-slicing ............................................................................. 34 2.2.1 Giới thiệu chung................................................................................34 2.2.2 Chi tiết kĩ thuật..................................................................................35 2.2.2.a Nguyên lí hoạt ñộng.......................................................................35 2.2.2.b Phương pháp
t chỉ thị thời gian cụm kế tiếp ...............................38 2.2.3 Hỗ trợ chuyển giao với time-slicing ..................................................42 3. CHƯƠNG III: THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðIỀU CHẾ DVB- T: CHẾ ðỘ PHÁT 4K, BỘ GHÉP XEN IN-DEPTH VÀ BÁO HIỆU TPS ....44 3.1 Khái quát chung .................................................................................. 44 3.1.1 ðiều chế COFDM .............................................................................44 3.1.2 Số lượng, vị trí và nhiệm vụ của các sóng mang ................................45 3.2 Chế ñộ phát 4K.................................................................................... 46 3.3 Bộ ghép xen theo ñộ sâu symbol (in-depth interleaver) .................... 50 3.3.1 Khái niệm kĩ thuật ghép xen ..............................................................50 3.3.2 Bộ ghép xen nội (Inner interleaver)...................................................50 3.3.2.a Ghép xen theo bit (bit-wise interleaving) .......................................51 3.3.2.b Ghép xen symbol (Symbol interleaver) ..........................................54 3.4 Báo hiệu thông số bên phát TPS......................................................... 57 3.4.1 Khái quát ..........................................................................................57 3.4.2 Mục ñích của TPS .............................................................................58 3.4.3 ðịnh dạng các bit TPS.......................................................................58 4. CHƯƠNG IV: CẤU HÌNH MẠNG TRIỂN KHAI TRONG DVB-H ........61 4.1 Các loại cấu hình mạng DVB-H ......................................................... 61 4.1.1 Mạng dùng chung DVB-H (dùng chung bộ ghép với MPEG-2) .........61 4.1.2 Mạng phân cấp DVB-H (dùng chung với mạng DVB-T bằng cách phân cấp) ..................................................................................62 -3- 4.2 Mạng phát DVB-H ......................................................................... 62 4.2.1 Các cell DVB-H ................................................................................62 4.2.2 Mạng ñơn tần SFN (Single frequency networks) ...............................63 4.2.3 Mạng ña tần MFN (Multifrequency networks)...................................65 5. CHƯƠNG V: GIẢI PHÁP TRUYỀN HÌNH CÔNG NGHỆ DVB-H VÀ TÌNH HÌNH TRIỂN KHAI DVB-H Ở VIỆT NAM ...................................67 5.1 Giải pháp chung và tiềm năng phát triển DVB-H............................. 67 5.1.1 Sự triển khai thị trường .....................................................................67 5.1.2 Các bước tiếp theo của DVB-H .........................................................71 5.2 Tình hình triển khai DVB-H ở Việt Nam.......................................... 72 5.2.1 Sơ lược tình hình triển khai ...............................................................72 5.2.2 Mô hình triển khai dịch vụ truyền hình di ñộng chuẩn DVB-H của VTC ............................................................................................77 5.3. So sánh giải pháp truyền hình DVB-H và một số giải pháp truyền hình di ñộng số khác…………………………………………………….................80 6. CHƯƠNG VI: PHÂN TÍCH SO SÁNH GIẢI PHÁP DVB-H VÀ GIẢI PHÁP DMB …………………………………………………………………89 6.1. Giới thiệu chung về DMB………………… ………..……………. 89 6.2. Tổng quan công nghệ DMB ………………………………….……90 6.3. So sánh những ñặc tính cơ bản của DVB-H với DMB………….92 6.4. ðề xuất giải pháp hệ thống T-DMB ……………………………..99 Kết luận………………………………………………………………….….102 Phụ lục A : Sơ ñồ chức năng bộ ñiều chế DVB-T và ñiện thoại di ñộng công nghệ DVB-H..............................................................................................104 Phụ lục B: Vị trí các sóng mang TPS ...............................................................108 -4- Phụ lục C: ðịnh dạng bit TPS trong mode 4K ................................................110 Tài liệu tham khảo.............................................................................................116 -5- Mục lục các hình Hình 1.1 Truyền hình di ñộng dựa trên sóng truyền hình................................. 16 Hình 1.2 Vị trí thực hiện chức năng của DVB-H .............................................. 19 Hình 1.3 Cấu trúc nguyên lí của DVB-H........................................................... 23 Hình 1.4 Các bổ sung cho DVB-H vào hệ thống DVB-T................................... 24 Hình 2.1 Sơ lược cấu trúc khung MPE-FEC .................................................... 27 Hình 2.2 Cấu trúc khung MPE-FEC ................................................................. 28 Hình 2.3 Sự bố trí trong bảng ADT.................................................................... 29 Hình 2.4 Sự bố trí trong bảng RSDT ................................................................. 30 Hình 2.5 Cách ñóng gói và truyền khung MPE-FEC........................................ 31 Hình 2.6 ðiều chỉnh tốc ñộ mã trong MPE-FEC .............................................. 33 Hình 2.7 Truyền các dịch vụ song song trong DVB-T....................................... 35 Hình 2.8 Cách truyền các dịch vụ DVB-H trong time slicing............................ 36 Hình 2.9 Cắt lát thời gian cho mỗi dịch vụ DVB-H ............................................ 37 Hình 2.10 Mỗi header của section MPE (MPE-FEC) chứa
t chỉ thị thời gian khi nào bắt ñầu cụm kế tiếp ......................................................... 37 Hình 2.11 Các thông số cụm .............................................................................. 38 Hình 2.12 Burst Duration tối ña ........................................................................ 39 Hình 2.13 Chuyển giao nhờ time-slicing ........................................................... 43 Hình 3.1 Phân bố sóng mang trong kĩ thuật COFDM....................................... 45 Hình 3.2 Ví dụ về số sóng mang của 2 chế ñộ 2K&8K với băng thông 8 MHz ...................................................................................................... 47 Hình 3.3 Vị trí các loại sóng mang trong 1 symbol OFDM ............................... 49 Hình 3.4 Bộ ghép xen nội................................................................................... 50 Hình 3.5 Các luồng ngõ vào và ngõ ra của bộ ghép xen bit trong trường hợp QPSK, 16-QAM và 64-QAM ......................................................... 51 Hình 3.6 Thuật toán tạo hàm hoán vị dùng cho mode 4K ................................. 56 -6- Hình 3.7 Sơ lược về các bộ ghép xen dùng cho từng chế ñộ khác nhau (2K, 4K & 8K)............................................................................................... 57 Hình 4.1 DVB-H với bộ ghép kênh dùng chung................................................ 61 Hình 4.2 Mạng DVB-H dùng chung bằng cách phân lớp ................................. 62 Hình 4.3 Các mạng ñơn tần trong DVB-H ........................................................ 63 Hình 4.4 Khoảng cách tương quan SFN. Tất cả các khoảng cách ñều dựa trên ñiều chế 16-QAM với khoảng bảo vệ là ¼ trong COFDM ........... 64 Hình 5.1 Biểu ñồ thể hiện số người xem các dịch vụ truyền hình di ñộng qua các năm ......................................................................................... 67 Hình 5.2 Dự kiến số lượng máy thu TV Mobile trên thị trường trong các năm 2006 ÷ 2010 (nguồn DVB-Scene 12/2005) ................................... 71 Hình 5.3 Mobile TV của S-Fone ........................................................................ 73 Hình 5.4 Các mẫu ñiện thoại di ñộng DVB-H ñầu tiên ..................................... 75 Hình 5.5 Nokia N92 ........................................................................................... 76 Hình 5.6 Mô hình triển khai dịch vụ truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB- H 77 Hình A.1 Sơ ñồ khối chức năng của bộ ñiều chế DVB-T............................... 100 Hình A.2. Cấu trúc thu của ðTDð DVB-H ………………………… 82 -7- Mục lục các bảng Bảng 3.1 Thông số các chế ñộ phát trong OFDM ............................................. 48 Bảng 3.2 Cách hoán vị bit trong mode 4K ......................................................... 56 Bảng 3.3 ðịnh dạng các bit TPS ........................................................................ 59 Bảng 3.4 Báo hiệu DVB-H ................................................................................. 60 Bảng B.1 Vị trí sóng mang TPS trong symbol OFDM với mode 4K................ 104 Bảng B.2 Vị trí các sóng mang TPS trong symbol OFDM với mode 2K và 8K 105 Bảng C.1 Kiểu tín hiệu của số thứ tự khung ................................................... 107 Bảng C.2 Kiểu chòm sao (kiểu ñiều chế) ......................................................... 107 Bảng C.3 Các giá trị α ứng với các kiểu ñiều chế............................................ 108 Bảng C.4 Kiểu tín hiệu của mỗi tốc ñộ mã ...................................................... 109 Bảng C.5 Giá trị khoảng bảo vệ ....................................................................... 109 Bảng C.6 Các chế ñộ truyền dẫn...................................................................... 110 Bảng C.7 Bảng liệt kê cell_id trên các bit TPS ................................................ 111 -8- -1- LỜI MỞ ðẦU TV ñược xem như 1 dịch vụ quan trọng trong các thiết bị di ñộng. Trong quá khứ, Mobile TV thường ñược kết hợp với việc truyền dẫn broadcast. Tuy nhiên kĩ thuật unicast lại có hiệu quả trong nhiều trường hợp, ñặc biệt là từ khi các user di ñộng thích truy cập nội dung theo nhu cầu hơn là theo 1 lịch trình cố ñịnh. Trong tài liệu này chúng ta sẽ tập trung vào các mạng di ñộng 3G ñược tối ưu hóa cho các dịch vụ unicast. Dựa trên 1 kiểu lưu lượng, chúng ta sẽ bàn về các giới hạn dung lượng của các mạng 3G dùng trong phân bố unicast của Mobile TV. Các mạng di ñộng xuất hiện từ mạng ñiện thoại ñến mạng chuyển giao ña phương tiện. Người ta mong ñợi rằng lưu lượng dữ liệu di ñộng sẽ vượt quá lưu lượng thoại vào năm 2010. Ngày nay, các nhà ñiều hành mạng di ñộng ñã và ñang ñưa ra các dịch vụ chạy suốt và tải ña phương tiện hấp dẫn. Mobile TV là 1 trong các dịch vụ ñang triển khai hiện nay. Giống với TV mặt ñất, Mobile TV thường kết hợp với kĩ thuật 1-nhiều hoặc broadcast. Từ năm 2004, nhiều nhà ñiều hành mạng tế bào ñã triển khai các dịch vụ Mobile TV qua mạng 2.5G và 3G có sẵn. Nhận thấy nhu cầu của người sử dụng ngày càng cao với các dịch vụ Mobile TV, nhà cung cấp và nhà ñiều hành mạng ñã nhận ra họ không thể ñợi sự xuất hiện của mạng broadcast 3G. Do ñó, họ bắt ñầu triển khai các dịch vụ Mobile TV qua mạng 3G unicast dùng luồng chuyển mạch gói (PSS) như kĩ thuật dịch vụ cơ sở. PSS ngày nay ñược hỗ trợ bởi tất cả các nhà cung cấp thiết bị ñầu cuối và cung cấp các dịch vụ luồng chất lượng khá tốt cho dịch vụ trực tiếp hoặc theo yêu cầu. Sự cải thiện chất lượng xa hơn nữa ñược triển khai bằng việc giới thiệu bộ codec hình ảnh H.264 nâng cao và các sóng mang luồng với hỗ trợ QoS riêng biệt. -2- Trong tương lai, chất lượng và dung lượng trong mạng 3G sẽ cải thiện hơn nữa với các kĩ thuật truy xuất tốc ñộ cao như HSDPA (High-Speed Downlink Packet Access). Nó ñã ñược dự ñoán trước là trong tương lai gần, các dịch vụ Mobile TV có thể ñược chuyển giao dùng PSS và sóng mang unicast với cùng 1 chất lượng như qua kĩ thuật broadcast phi tế bào riêng biệt giống DVB-H. Trong kỷ nguyên truyền thông ña phương tiện, sự ra ñời và phát triển của truyền hình di ñộng với những tính năng tân tiến của nó như khả năng cá nhân hóa nội dung, khả năng tương tác trực tiếp... chính là một xu thế tất yếu. Tháng 7/2007 vừa qua, Cao ủy Viễn thông Châu Âu ñã kêu gọi các nước thành viên của mình nhanh chóng triển khai chuẩn DVB-H với những ưu ñiểm vượt trội và coi ñó là một chuẩn chung duy nhất cho truyền hình di ñộng. Trước ñó, tại Việt Nam, từ cuối năm 2006, khán giả ñã có thể dễ dàng tiếp cận với dịch vụ truyền hình di ñộng dựa trên chuẩn DVB-H với những tiện ích ñặc thù. ðể hiểu rõ hơn về công nghệ truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB-H, trong khuôn khổ ñồ án em xin ñược giới thiệu về tiêu chuẩn công nghệ mới mẻ nhưng ñầy tiềm năng này. Nội dung gồm 5 phần chính: - Chương I: Chương này sẽ giới thiệu khái quát về hệ thống truyền hình di ñộng nói chung cũng như hệ thống truyền hình di ñộng DVB-H nói riêng, qua ñó nêu lên các chi tiết kĩ thuật mới triển khai từ DVB-T dùng riêng cho DVB-H. - Chương II: Trong phần này, 2 chi tiết kĩ thuật mới ñầu tiên sẽ ñược ñề cập và phân tích chức năng chúng ñảm nhận trong hệ thống, 2 chi tiết này cùng nằm trong 1 khối là IPE (Bộ ñóng gói IP – IP Encapsulator) ñó là time- slicing và MPE-FEC. -3- - Chương III: Tiếp tục ñề cập và phân tích 3 chi tiết kĩ thuật mới nữa thuộc khối ñiều chế DVB-T, ñó là có thêm 1 chế ñộ phát 4K song song với 2K và 8K ñã có sẵn trong DVB-T, bộ ghép xen in-depth và các bit báo hiệu TPS. - Chương IV: Chương này sẽ giới thiệu chung về các kiểu mạng DVB-H, các cách truyền dẫn trong 1 hệ thống DVB-H thực tế. - Chương V: Chương này sẽ tóm lược bằng các giải pháp kĩ thuật truyền hình DVB-H trên thế giới và ở cả Việt Nam hiện nay, bên cạnh ñó sẽ ñi sâu tìm hiểu thị trường DVB-H ở Việt Nam trong các dịch vụ do 2 nhà cung cấp là S-Fone và VTC triển khai. - Chương VI: Cuối cùng, phân tích và so sánh giải pháp DVB-H và giải pháp DMB - Kết luận: Các chuẩn truyền hình di ñộng trên thế giới và phân tích ưu – nhược ñiểm của DVB-H. ðề xuất phát triển công nghệ truyền hình DMB. -4- Mục lục Lời mở ñầu.............................................................................................................1 Mục lục ..................................................................................................................4 Mục lục các hình....................................................................................................8 Mục lục các bảng.................................................................................................10 Từ viết tắt ............................................................................................................11 1. CHƯƠNG I: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG DVB-H ..................13 1.1 Tổng quan hệ thống............................................................................. 13 1.1.1 Giới thiệu sơ lược về DVB-T .............................................................13 1.1.2 Hệ thống DVB-H ...............................................................................15 1.1.2.a Khái niệm về truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB-H...................17 1.1.2.b Những ưu việt của truyền hình di ñộng theo chuẩn DVB-H...........20 1.2 Cấu trúc và nguyên lí cơ bản của công nghệ truyền hình di ñộng.... 22 1.3 Các yếu tố kĩ thuật chính .................................................................... 24 2. CHƯƠNG II: CÁC THÀNH PHẦN MỚI TRONG BỘ ðÓNG GÓI IP: TIME SLICING VÀ MPE-FEC...................................................................26 2.1 Module MPE-FEC............................................................................... 26 2.1.1 Khung MPE-FEC ..............................................................................27 2.1.1.a ðịnh nghĩa khung MPE-FEC .........................................................27 2.1.1.b Bảng ADT .....................................................................................28 2.1.1.c Bảng RSDT ...................................................................................29 2.1.2 Cách truyền khung MPE-FEC...........................................................30 2.1.2.a Cách truyền các IP datagram trong ADT........................................30 -5- 2.1.2.b Giải mã RS ....................................................................................33 2.2 Module time-slicing .....................................................