Tiêu chuẩn MPEG (ISO/IEC 13818) đợc ứng dụng cho:- 2
• Chất lợng audio trong phạm vi rộng có tốc độ bit từ thấp đến cao (32 ữ 1066kb/s). Phạm vi rộng đợc thực hiện nhờ chia MPEG - 2 audio frame thành 2 phÇn:
- Dòng bit sơ cấp tơng thích với MPEG (384 kb/s cho layer II)- 1 - Dòng bit mở rộng.
Với Layer III, tại 64 kbps/kênh, 5 kênh audio đầy đủ băng tần có thể đợc mã
hoá với 320 kb s.p
• Mã hoá đến 6 kênh audio, bao gồm 1kênh phụ nâng cao tần số thấp, để làm âm thanh tròn nhiều kênh.
Sự mở rộng trên có thể thực hiện đợc nhờ cộng thêm vào mỗi layer:
- 1/2 tốc độ lấy mẫu (16; 22.05; 24kb/s)
- Dung lợng đa kênh (tốc độ bit đ kênh mở rộng đến 1 Mb/s, cho phép a
đạt chất lợng cao). Các dữ liệu này đợc cấy vào không gian dữ liệu phụ của cÊu tróc MPEG - 1 audio frame
Hình 1.31: Mở rộng audio MPEG-2 thành định dạng dòng bit MPEG-1
Layer II
Thông tin dữ liệu audio nhiều kênh Lo/Ro Stereo cơ sở
Dữ liệu phụ 1 Dữ liệu phụ 2 Header CRC Ph©n bè
bit SCFSI Hệ số
thang độ Mẫu băng tần con
MC
Header MC
CRC MC bit
Ph©n bè MC SCFSI MC
FCS MC
dự báo Mẫu băng tần con MC
B×nh luËn nhiều ngôn ngữ
Tiêu chuẩn MPEG-2 tơng thích xuống tiêu chuẩn MPEG-1. Tuy nhiên bộ giải mã MPEG- 1chỉ có thể giải mã các kênh trái và phải của dòng dữ liệu audio MPEG- 2 . Tất cả các lớp của MPEG- 1 và MPEG 2 giống nhau. Tại tần - số lấy mẫu thấp, độ phân giải tần số khoảng 21 Hz với tần số lấy mẫu 24 KHz.
Nó cho phép các băng tần có hệ số thang độ phù hợp tốt hơn với độ rộng băng tần tới hạn và cho chất lợng audio tốt hơn tại các tốc độ bit thấp, mặc dù độ rộng băng tần tín hiệu audio đợc giảm tối đa là 12KHz.
Sơ đồ nÐn audio
Tốc độ bit (Kbps)
Filter bank
§é ph©n giải tần số
@ 48 kHz
Độ phân giải thêi gian
@48 KHz (ms)
Độ dài frame
@48 KHz (ms)
Tốc độ bit chÝnh (Kbps/kênh)
MPEG
Layer I 32 – 448 PQMF 750 Hz 0.66 8 128
MPEG
Layer II 32 – 384 PQMF 750 Hz 0.66 24 128
MPEG
Layer III 32 – 320 PQMF/
MDCT 41.66 Hz 4 24 64
Apt-X Nén cố định
4:1 PQMF 12kHz <0.1 2.54 192
Apt- Q Nén cố định
12:1 & 18:1 MDCT 23.44 Hz 5.34 42.66 64
AC- 3 32 – 640 MDCT 93.75 Hz 2.66 32 64
Bảng 1.32 : So sánh các sơ đồ mã hóa nén audio kÕt luËn
Phần trình bày trên có thể chứng minh cho tính u việt của âm thanh số:
chất lợng âm thanh thu đợc có chất lợng cao, ngang với âm thanh CD, có thể in sao nhiều lần mà vẫn đảm bảo chất lợng tốt, có tính chống nhiễu cao.
Kết hợp với kỹ thuật nén Audio, âm thanh số có nén lại càng cho nhiều u
điểm nổi bật hơn nh tiết kiệm bộ nhớ, tiết kiệm kênh truyền….Với sự cải thiện của công nghệ nén audio, với 6 kênh audio có thể truyền tải tốc độ bit chỉ còn 384kbps tỷ lệ nén 12:1. Một trong những mục đích của hệ thống thông tin là truyền tải tín hiệu âm thanh tại đầu vào của hệ thống với độ chính xác vừa đủ để cho phép đầu thu có khả năng tái tạo lại tín hiệu ban đầu. Lợng thông tin cần thiết để biểu thị tín hiệu âm thanh có thể phải giảm thiểu để có thể truyền dẫn hoặc lu trữ một cách có hiệu quả.
Trong các hệ thống âm thanh số, từng nguồn âm thanh đợc mã hoá
thành một chuỗi bít, biểu thị nguồn âm tơng ứng. Bộ mã kênh sẽ biến đổi chuỗi bit thành một dạng thích hợp để truyền qua kênh thông tin. Tại đầu thu tín hiệu đợc biến đổi trở thành chuỗi bit ban đầu bởi bộ giải mã kênh, mạch giải mã âm thanh tái tạo lại tín hiệu âm thanh gốc từ các chuỗi bit nhận đợc từ bộ giải mã kênh.
Quá trình chuyển đổi từ công nghệ phát thanh Analog sang công nghệ phát thanh Digital là một cuộc cách mạng diễn ra rộng khắp trên toàn thế giới nói chung và Việt Nam nói riêng - Đây là một xu hớng tất yếu. Vì nhiều lý do khác nhau nên hiện nay trên thế giới đang tồn tại nhiều tiêu chuẩn phát thanh số, mỗi tiêu chuẩn có một đặc điểm riêng và phạm vi ứng dụng cũng khác nhau. Do vậy cần nghiên cứu các tiêu chuẩn phát thanh số đã triển khai và thử nghiệm trên thế giới và trong khu vực một cách nghiêm túc để đi đến xây dựng một tiêu chuẩn hợp lý cho phát thanh số mặt đất ở Việt Nam.
Chơng 2
Các tiêu chuẩn phát thanh số
đã triển khai và đang thử nghiệm trên thế giới
Từ những năm cuối của thập kỷ 80, thế giới đã bắt đầu nghiên cứu, thử nghiệm phát thanh số, đến nay đã ra đời một số tiêu chuẩn mà một số nớc đã
chuẩn hoá thành chuẩn quốc gia, một số nớc vẫn đang tiếp tục thử nghiệm để
đi đến hoàn thiện. Dới đây xin điểm qua về tình hình nghiên cứu và phát triển phát thanh số trên thế giới và khu vực Châu á - Thái Bình Dơng.
2.1- Tình hình nghiên cứu và phát triển phát thanh số trên thế giới và khu vực châu á - thái bình dơng.
ở hầu hết các nớc Châu Âu, việc thử nghiệm phát thanh số trên mặt đất
đang đợc triển khai. Ngời ta dự tính trong một vài năm tới, phát thanh số sẽ
đóng một vai trò đáng kể và sẽ dần dần thay thế cho phát thanh truyền thống.
Hiệp hội phát thanh Châu Âu (EBU), đã chính thức đệ trình lên hiệp hội viễn thông quốc tế ITU tiêu chuẩn phát thanh số EUREKA 147 - Đây là tiêu chuẩn sẽ áp dụng trên phạm vi toàn Châu Âu. Hiện nay tại Châu Âu và nhiều quốc gia đã hoàn thành giai đoạn thử nghiệm phát thanh số và bắt đầu thời kỳ hoạt động chính thức của các dịch vụ này.
Anh là một trong những nớc Châu Âu tích cực tham gia triển khai phát thanh số, trong thời gian gần đây tại Anh đã diễn ra nhiều sự kiện đẩy nhanh tiến trình phát triển phát thanh số. Đài BBC đã thông báo 60% dân số Liện hiệp Anh có thể nghe đợc DAB. Nh dự định, 27 máy phát của BBC đã có thể phát DAB, vùng phủ sóng trải rộng từ tây và nam nớc Anh sang đến khu trung tâm và khu vực đông dân tại Bắc Anh, trung tâm Scotland, nam xứ Wales và Bắc Ailen.
Đức là một trong những quốc gia đầu tiên tham gia phát triển DAB. Năm 1995, dự án thử nghiệm DAB đầu tiên đợc tiến hành tại bang Baden –
Wurttemberg. Đây là dự án liên doanh giữa chính phủ bang, Đài SDR, đài SWF, German Telecom và bộ Văn hoá thông tin. Trong năm 1998 các dự án
đã kết thúc với : gần 3000 bộ máy thu thử nghiệm DAB đã đợc bán ra, các vùng phủ sóng thử nghiệm đều là những vùng trọng tâm để phủ sóng toàn bộ lãnh thổ, giải quyết hầu hết các vấn đề kỹ thuật. Hiện nay, mạng phát thanh số ở Đức bao gồm hơn 100 máy phát.
Canada là nớc đầu tiên tại chây Mỹ áp dụng tiêu chuẩn E147 cho phát thanh số trên mặt đất: Những năm đầu thập kỷ 90, tại Canada đã bắt đầu thử nghiệm các máy phát DAB tại Toronto và Montreal. Khi đó các nhà phát thanh Canada đặt tên cho phát thanh số là " Âm thanh của năm 2000".
Các hoạt động thử nghiệm đợc tiến hành từ năm 1992, năm 1995 chuẩn EUREKA 147 đợc sử dụng tại Canada. Dải tần số sẽ đợc sử dụng là L Band (1452MHz - 1492MHz). Trên một máy phát sẽ có 5 dịch vụ âm thanh cùng với một dung lợng dành cho PAD và các dịch vụ thử nghiệm tại DRRI.
Các máy thu nh Pioneer, Kenwood, Sony, Grundig, Bosch và Roke Manor hiện đang đợc sử dụng thử nghiệm tại DRRI.
Việc thử nghiệm phát thanh số mặt đất ở Châu Âu thì diễn ra nh vậy, còn ở khu vực Châu Thái Bình Dơng thì á khá phức tạp:
Singapore đã bắt đầu tích cực nghiên cứu về DAB từ năm 1996. Tổ chức chịu trách nhiệm chính về vấn đề này là SAB ( The Singapore Broadcating Authority) và t vấn là Deutche Telecom. Tháng 6 1997 nớc Châu đầu tiên - á là Singapore đã tiến hành thử nghiệm chơng trình DAB, và từ cuối năm 1997, hai đài RCS và SAFRA phát thử trên băng VHF và băng L.
Đông Timor : Dịch vụ phát thanh công cộng của Timor Leste gần đây vẫn cha có bất kỳ kế hoạch nào ứng dụng phát thanh số. Đông Timor vẫn
đang ở giai đoạn đầu của việc xây dựng một hệ thống truyền dẫn tơng tự của quốc gia cho cả phát thanh và truyền hình, và cố gắng vợt qua các thử thách chủ yếu là khả năng kỹ thuật, các vấn đề về điện, nhiên liệu và các vấn đề khác.
Hồng Kông : Cục phát thanh và công nghệ thông tin Hồng Kông đã phát hành phiếu tham khảo ý kiến về phát thanh số mặt đất vào ngày 1 tháng 12 năm 2000 ở Hồng Kông trong vòng 3 tháng. Qua phiếu tham khảo cho thấy vấn đề kỹ thuật đối với việc thử nghiệm DAB có tính khả thi, nhng về mặt thơng mại có thể không đứng vững trong giai đoạn này. Cũng qua phiếu tham khảo, nhiều ngời cho rằng Chính phủ nên xem xét, cân nhắc các ứng dụng hấp dẫn của dịch vụ DAB khi tiềm năng thị trờng của nó trở nên rõ nét hơn.
ấn Độ : là một trong số các quốc gia khác chấp nhận hệ thống Eureka- 147 nh là hệ thống phát thanh công cộng AIR (All India Radio) đã bắt đầu phát thử nghiệm đều đặn DAB tại New Delhi từ tháng 4 năm 1997.
Trong năm 2004, AIR đã phát một dịch vụ DAB thử nghiệm với máy phát có công suất 1KW ở Delhi. Chơng trình phát gồm 6 kênh Stereo, ngoài ra còn các dịch vụ cho PAD và dữ liệu chơng trình thử nghiệm DAB mở rộng ở Chennai, Mumbai và Kolkata vào năm 2005 -2006.
Iran : IRIB là tổ chức phát thanh quốc gia duy nhất khuyến khích phát thanh số. Bên cạnh việc phát DRM, IRIB còn xem xét hệ thống DAB Eureka 147 trên băng III và băng L. Thử nghiệm trên hệ thống DRM đợc thực hiện vào đầu năm 2001 dựa trên mô phỏng máy tính. Nó đợc tiến hành bởi một vài máy tính mô phỏng công việc của bộ điều chế, máy phát và máy thu khi tiêu chuẩn DRM đợc thiết lập vào tháng 9 năm 2001. Đầu năm 2004, một bộ exiter thử nghiệm cũng đã đợc phát dựa trên mô phỏng máy tính. Kiểm tra truyền dẫn của hệ thống DRM, sử dụng kết hợp máy công suất thấp và cao đã
đợc thực hiện thành công vào giữa năm 2004. IRIB đang có kế hoạch phát triển hệ thống phần cứng DRM đầy đủ, bao gồm các thành phần máy chủ, bộ diều chế máy phát tơng thích DRM công suất lớn, và hệ thống điều khiển kiểm soát liên quan.
Nhật Bản : Kể từ tháng 4 năm 1999, tại 11 vùng ở Nhật bản đã tiến hành kiểm tra, đánh giá khả năng thực hiện của hệ thống ISDB T. Đây là công nghệ -
trong lĩnh vực phát sóng cho cả truyền hình và phát thanh số với khả năng phát cả băng thông rộng lẫn băng thông hẹp. Những kiểm tra, đánh giá này bao gồm: phát số liệu phát thanh, truyền hình, các dịch vụ khẩn cấp và đa phơng tiện di động, truyền hình trả tiền, và các dịch vụ theo yêu cầu khác.
Theo kế hoạch vào năm 2006, ISDB T sẽ phủ sóng toàn bộ Nhật bản, và nh - vậy truyền hình tơng tự ngng phát vào năm 2010.
DRB ( The Digital Radio Promotion Association), đã phát thử nghiệm phát thanh số ở Nhật bản vào ngày 10 tháng 10 năm 2003 trên băng III của dải tần UHF. Vùng phủ sóng hiện nay bao gồm Tokyo và Osaka. Việc phát thử nghiệm sẽ tiến hành tới tận năm 2010, khi việc phát truyền hình số đã hoàn tất. Hiện nay NHK cung cấp dịch vụ phát thanh số ở Tokyo và Osaka. Tháng 2 năm 2004, NHK đã đa dịch vụ dự báo thời tiết theo nhiều ngôn ngữ. Dịch vụ phát thanh này đợc dựa trên cơ sở hệ thống tự động dịch và đọc dữ liệu về thời tiết theo tiếng Nhật Bản, Hàn Quốc, Anh và Trung Quốc.
Trung Quốc : Trung quốc bắt đầu thử nghiệm công nghệ DAB lần đầu tiên vào năm 1995. Ba trạm phát Eurrka 147 đầu tiên đã đợc phát sóng vào ngày 15 tháng 12 năm 1996 tại 3 khu vực Foshan, Guangzhou và Zhongshan tại tỉnh Quảng Đông. Đài phát sóng Foshan là trung tâm xử lý tín hiệu của mạng này. Nó còn cung cấp các thành phần đồ họa và hình ảnh theo thời gian thực. Vùng phủ sóng DAB của mạng một tần số này vào khoảng 8% diện tích của tỉnh Quảng Đông, phục vụ cho khoảng 1,3465 triệu ngời. Mạng một tần số thứ hai đã đợc thiết lập tại Beijing, Tianjing và Langfang vào tháng 5 năm 2000. Hai mạng một tần số này hiện nay vẫn đang hoạt động thử nghiệm và cung cấp chơng trình âm thanh DAB. Trung Quốc đã thay đổi tần số phát từ 85MHz sang tần số 209,936 MHz vào năm 1998. Hầu nh các máy thu DAB hiện có ở Trung Quốc đều đợc sản xuất tại Đài Loan và Nhật Bản. Tới nay, mới chỉ bán đợc vài chiếc máy thu, do giá thành máy thu quá cao. Một số công ty đa phơng tiện có ý định phát triển máy thu DMB ( Digital Multimedia Broadcasting) và thiết bị truyền dẫn dựa trên công nghệ MPEG -
4. Tháng 4 năm 2004, tại cuộc họp hội đồng chung hàng năm tại Hàng Châu - Trung Quốc, Đài phát thanh quốc tế Trung Quốc và Đài phát thanh quốc gia Trung Quốc đã ủng hộ phát DRM trong dải sóng trung và sóng ngắn. Trung Quốc còn mong muốn tham gia vào hệ thống phát trên toàn cầu. Trung Quốc
đã tiến hành phát thử công nghệ DRM ở Zhejiang sử dụng băng tần sóng trung và sóng ngắn.
Malaysia đang cân nhắc giữa 2 chuẩn E147 và ISDB - T và hầu nh họ
đang nghiêng về chuẩn E147 vì chuẩn này đã hoàn chỉnh và đang đợc áp dụng tại nhiều nớc.
Brunei : Đài phát thanh truyền hình Brunei RTB (Radio Television Brunei) đã bắt đầu phát thử nghiệm dịch vụ DAB - T từ cuối năm 2001 dựa trên tiêu chuẩn Eurka 147. Hiện nay dịch vụ bao gồm 5 kênh FM phát đồng - thời. Họ đã lắp một máy phát DAB T 300W phát trên kênh 12B. Giai đoạn - phát thử nghiệm có vùng phủ sóng tối đa khoảng 60km. Tính tới thời điểm hiện nay, vẫn cha có một kế hoạch nào để mở rộng vùng thử nghiệm ra trên khắp cả nớc. Tuy nhiên RTB vẫn tiếp tục nỗ lực để cung cấp đa kỹ thuật , và công nghệ này tới tất cả mọi ngời.
Australia : Từ ngày 17 tháng 11 năm 2003, toàn bộ mạng phát thanh thơng mại ở Sydney cùng với các Đài phát thanh cộng đồng nh ABC và SBS
đã bắt đầu phát thanh số trên băng III của dải tần VHF theo tiêu chuẩn Eurka 147. Việc thử nghiệm công nghệ phát thanh số tại c đợc tiến hành cách đây ú 5 năm do một vài Đài phát thanh thơng mại và Đài ABC thực hiện trên băng tần L. Dự án phát thanh số Sydney là dự án phát thanh số đầu tiên đợc thực hiện trên hai kênh truyền hình trong băng III của phổ tần VHF. Việc thử nghiệm này cho phép so sánh chất lợng truyền dẫn trong băng tần L và băng III cũng nh phản ứng của khách hàng và các nhà làm quảng cáo đối với công nghệ và các loại máy thu mới.
Tình hình phát triển DAB hiện nay tại một số nớc
Anh Phủ sóng 60% dân số Giữa năm 1998
Thuỵ Điển Phủ sóng 75% dân số Đầu năm 1998
Đức Phủ sóng 37% dân số Cuối năm 1997
Hà Lan Phủ sóng 45% dân số
Nauy Phủ sóng 60% dân số Cuối năm 1998
í Phủ sóng 60% dân số Cuối năm 1999
Canada Phủ sóng 35% dân số Cuối năm 1998
Một số phơng án chính của phát thanh số có tính khả thi nhấ ở Việt Nam:t 2.2 - tiêu chuẩn eurka - 147 (itu- r digital system a)
Tiêu chuẩn này do EBU Châu Âu đa ra và đợc ITU chọn là tiêu chuẩn của thế giới.
2.2.1 - Các đặc điểm cơ bản:
- Xử lý âm thanh số theo chuẩn nén MPEG - 1 và MPEG 2 Layer 2.-
- Có khả năng cho phép thiết lập mạng một tần số sử dụng ghép kênh phân chia tần số mã trực giao COFDM ( Coded Orthogonal Frequency Division Multiplex).
- Tốc độ bit có thể thay đổi dễ dàng từ 8kb/s đến 384kb/s.
- Truyền dữ liệu: có thể truyền các luồng dữ liệu riêng biệt hoặc đóng gói.
- Truyền các dữ liệu liên quan đến chơng trình - PAD (Programme Associated Data) bằng cách gắn vào luồng dữ liệu âm thanh. Tốc độ thấp nhất là 667 b/s và có thể thay đổi theo mã tín hiệu âm thanh đợc sử dông.
- Truy cập dữ liệu có điều kiện - CA (Conditional Access) phục vụ cho các mục đích thơng mại.
- Truyền thông tin dịch vụ - SI (Service information): Các thông tin này
đợc sử dụng để điều khiển hoạt động của các máy thu.
- Dải tần số làm việc của máy thu từ 30MHz đến 3GHz.
2.2.2 - Mã hoá và chèn theo thời gian
Dữ liệu của chơng trình trải ra, sắp xếp theo mã và chèn theo thời gian.
Để trải dữ liệu ra thành các chuỗi Bit ngẫu nhiên mang nội dung tơng ứng, cần có dữ liệu sắp xếp tín hiệu DAB. Với phơng pháp này sử dụng các bộ khuếch đại công suất đạt hiệu quả cao. Mã sắp xếp thực hiện xử lý bằng cách
đa thêm các dữ liệu phụ giúp cho máy thu nhận biết và loại trừ tốt hơn các sai sót do truyền dẫn. Đối với tín hiệu âm thanh, một vài thành phần trong khung âm thanh ít bị ảnh hởng bởi sai sót truyền dẫn hơn các thành phần khác cho nên có thể giảm số lợng các dữ liệu phụ. Chế độ này gọi là "chống sai sót không cân bằng (Unequal Erro Protection - UEP)".
2.2.3 - Điều chế OFDM và các chế độ truyền dẫn.
Sử dụng phơng thức điều chế OFDM, yêu cầu việc truyền dữ liệu với tốc độ cao, phù hợp cho các máy thu di động, xách tay và cố định. Đặc biệt là trong môi trờng truyền sóng phức tạp. Kiểu điều chế này đợc thực hiện bằng cách chia thông tin ra thành nhiều khoảng nhỏ, sử dụng sóng mang riêng biệt để mã hoá sau đó đa chung vào kênh truyền dẫn.
Hiện tại EURKA 147 đa ra bốn chế độ khác nhau để áp dụng trong từng trờng hợp cụ thể:
Chế độ I: Thích hợp cho mạng phủ sóng ặt đất một tần số trên băng tần m VHF, có khả năng cách ly các đài phát lớn nhất.
Chế độ II: Thích hợp cho sử dụng mạng một tần số ở khoảng giữa băng L và cho phát thanh khu vực sử dụng một đài phát. Khoảng tần số cách ly giữa các đài phát lớn, cho nên sự phân biệt thông tin giữa các đài phát cao và cho phép sử dụng Anten hữu hớng.
Chế độ III: Thích hợp với phơng thức truyền qua cáp, qua vệ tinh, phủ sóng mặt đất cho vùng lõm. Do đó có thể làm việc tại các tần số tới 3 GHz, phục vụ tốt cho thu lu động. Phơng thức này cho phép di pha lớn nhất.