- TRẦN THỊ HẠNH ĐỀ TÀI: NGHIấN CỨU TRUYỀN HèNH VIDEO H.264 TRấN ĐƯỜNG TRUYỀN VỆ TINH LUẬN VĂN THẠC SỸ NGÀNH: ĐIỆN TỬ VIỄN THễNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: NGUYỄN CHẤN HÙNG HÀ NỘI – 2009 iLời nói đầu Kể từ khi vệ tinh nhân tạo đầu tiên đ−ợc phóng đến nay, kỹ thuật thông tin vệ tinh đã đi vào mọi lĩnh vực đời sống của xã hội nh− lĩnh vực thăm dò vũ trụ, thông tin khí t−ợng. - Những ng−ời sử dụng công nghệ thông tin bằng vệ tinh mới nhận thấy một sự thuận tiện lớn ở những vùng mà các hệ thống thông tin truyền thống không có hoặc không hoàn thiện. - Một sự thực là cuộc cách mạng thông tin vệ tinh có thể phát triển tại bất cứ quốc gia nào và tại bất cứ một trình độ kinh tế nào. - Điều gây ngạc nhiên là các vệ tinh công nghệ mới, hiệu quả cao đang bắt đầu thách thức cả mạng cáp quang thậm chí cả trong môi tr−ờng đô thị. - Điều này đã đ−ợc chứng minh qua vệ tinh Vinasat – 1 của Công ty viễn thông quốc tế (VTI). - Một trong số những dịch vụ mà VTI cung cấp cho khách hàng qua vệ tinh Vinasat-1 thì truyền hình là một trong những dịch vụ quan trọng bởi nhu cầu đ−ợc trao đổi thông tin, nội dung ngày càng đa dạng phong phú,. - Mặt khác nhu cầu chia sẻ dữ liệu thời gian thực cho các ứng dụng truyền hình, các ứng dụng hiện tr−ờng nh− camera theo dõi từ xa,..Để làm đ−ợc những điều đó cần một chuẩn nén hình ảnh tiên tiến và hiệu quả nhất. - đồng thời sử dụng những thuật toán nén và ph−ơng thức truyền hình ảnh mới phức tạp, ph−ơng pháp nén và truyền hình ảnh mà chuẩn H.264 sử dụng đã làm giảm đáng kể dữ liệu và băng thông truyền đi của video. - Do thời gian có hạn, tôi xin trình bày một cách tổng quan về thông tin vệ tinh, các kỹ thuật mã hoá, giải mã của H.264 và kiến trúc ứng dụng triển khai chuẩn nén này vào điều kiện Việt Nam ( cụ thể trong Công ty VTI). - Tôi xin đ−ợc gứi lời cảm ơn chân trọng đến TS Nguyễn Chấn Hùng, khoa Điện Tử Viễn Thông Tr−ờng Đại Học Bách Khoa Hà Nội , đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong thời gian học tập và hoàn thành quyển luận văn này. - vi Ch−ơng I : Tổng quan về thông tin vệ tinh và công nghệ VSAT . - Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh . - Cấu trúc của tuyến liên lạc trong hệ thống thông tin vệ tinh --1 1.2.1. - Các thiết bị tham gia trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh ---1 1.2.2. - Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh . - Các vấn đề trong truyền sóng thông tin vệ tinh Tần số công tác của thông tin vệ tinh . - Phân cực sóng . - Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh (Multi Access . - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Frequency Division Multiple Access . - Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA- Time Division Multiple Access Ch−ơng II Nghiên cứu truyền IP qua vệ tinh địa tĩnh . - Kết nối TCP/IP qua vệ tinh địa tĩnh. - Yếu tố đường truyền vệ tinh ảnh hưởng đến TCP/IP. - 13 2.4 Các giải pháp cải tiến đảm bảo truyền IP qua vệ tinh. - 64 vCh−ơng IV: Truyền video H264 qua đ−ờng truyền vệ tinh. - Đặc tr−ng của đ−ờng qua vệ tinh. - 65 4.1.1 Băng tần và băng thông. - 71 4.2 Một số kỹ thuật mã hoá và nén video. - Kỹ thuật mã hoá video. - 95 4.3 Kỹ thuật giải mã video. - 97 4.4 Kết luận Ch−ơng V - Kết luận TÀI LIỆU THAM KHẢO Tóm tắt luận văn viDanh mục thuật ngữ viết tắt Thuật ngữ Tiếng anh ACK Acknowledgment number ARTS Advanced Realtime simple profile AVC Advanced Video Coding B-VOP Bidirectionally predicted Inter-coded CAE Contextbased binary Arithmetic Encoding DCT Discrete Cosine Transform DRC Dynamic Resolution Conversion ES Earth Station GMC Global motion compensation GMC Global motion vector GOB Group of blocks I-VOP Intra-coded Video Object Plane JPEG Joint Photographic Experts Group MB Macro block MPEG Moving Picture Experts Group MV Motion Vector NAL Network Abstraction Layer viiP-VOP Predicted Inter-Coded Video Object Plane QP Quantization parameter RTCP Real-time transport control protocol RTT Real – time Transport Protocol RVLC Reversible Variable Length Codes TDM Time Division Multiple VCL Video Coding Layer VLBV Very low bit rate video core VLC Variable length codes VO Video Object VOL Video Object Layer VOP Video Object Plane VP Video Packet 1Ch−ơng I : Tổng quan về thông tin vệ tinh và công nghệ VSAT 1.1. - Giới thiệu chung về thông tin vệ tinh. - Vùng phủ sóng lớn: Từ quĩ đạo địa tĩnh cách trái đất khoảng 37000km vệ tinh có thể nhìn thấy 1/3 trái đất, nh− vậy chỉ cần 3 vệ tinh trên quĩ đạo là có thể phủ sóng toàn cầu. - Dung l−ợng thông tin lớn: Với băng tần công tác rộng và sử dụng kỹ thuật tái sử dụng băng tần, hệ thống thông tin vệ tinh cho phép đạt đ−ợc dung l−ợng thông tin rất cao. - Độ tin cậy cao: Do tuyến thông tin vệ tinh chỉ có 3 trạm (2 trạm mặt đất đầu cuối thông tin và trạm lặp vệ tinh) nên xác suất h− hỏng trên tuyến rất nhỏ. - Cấu trúc của tuyến liên lạc trong hệ thống thông tin vệ tinh. - Các thiết bị tham gia trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh: Không giống nh− trong các hệ thống thông tin khác là thông tin giữa các phần tử trên mặt đất, mà tuyến thông tin trong thông tin vệ tinh là tuyến liên lạc giữa một phần tử trên mặt đất và một phần tử trong không gian vũ trụ là vệ tinh nên trong tuyến liên lạc thông tin vệ tinh bao gồm hai phần là phần không gian và phần mặt đất. - Các phần không gian và mặt đất đ−ợc xem xét kỹ thuật d−ới đây. - Tuyến liên lạc qua hệ thống thông tin vệ tinh. - Tại trạm phát: Các tín hiệu có băng tần cơ bản (tín hiệu thoại, video, telex) đ−ợc điều chế thành trung tần, sau đó đ−ợc đổi lên cao tần nhờ bộ đổi tần tuyến lên UC (Up Converter) rồi đ−ợc khuyếch đại lên mức công suất cao nhờ bộ khuyếch đại công suất lớn HPA (High Power Amplifier) và đ−ợc phát lên vệ tinh qua anten phát. - Tại trạm thu: Tín hiệu cao tần phát từ vệ tinh đ−ợc thu bởi anten thu qua bộ khuyếch đại tạp âm thấp LNA (Low Noise Amplifier) và đ−ợc đổi xuống trung tần nhờ bộ đổi tần xuống DC (Down Converter), sau đó qua bộ giải điều chế để khôi phục lại băng tần cơ bản giống bên phát. - D/C LNA U/C HPA DEM MOD Hình 1.1 Đ−ờng liên lạc thông tin vệ tinh. - Các vấn đề trong truyền sóng thông tin vệ tinh. - 1.3.1 Tần số công tác của thông tin vệ tinh Sóng điện từ có dải rộng đ−ợc dùng trong thông tin vệ tinh tuỳ vào sự khác nhau về mục đích sử dụng. - Uỷ ban t− vấn quốc tế về vô tuyến CCIR khuyến nghị dải tần làm việc trong thông tin vệ tinh là 1Ghz - 10Ghz, đó là dải tần thực tế nhất trong thông tin vệ tinh và nó đ−ợc gọi là “cửa sổ vô tuyến”. - Các băng tần đ−ợc sử dụng: Hiện nay thông tin vệ tinh sử dụng chủ hai băng tần C và Ku với tần số cho tuyến lên và tuyến xuống là 4/6 cho băng tần C và 11/14 cho băng tần Ku, ngoài ra hiện nay băng tần 30/20 cũng mới đ−ợc đ−a vào sử dụng (tần số tính bằng đơn vị GHz). - Các băng tần sử dụng cho thông tin vệ tinh Băng tần Tên thông dụng Đặc tính và ứng dụng 6/4Ghz Băng C Phù hợp nhất cho thông tin vệ tinh Dùng cho thông tin quốc tế và nội địa 14/12GHz Băng Ku Bị suy hao do m−a Sử dụng cho thông tin quốc tế và nội địa 30/20GHz Băng Ka Bị suy hao nhiều do m−a Sử dụng cho thông tin nội địa 1.3.2. - Phân cực sóng: a. - Phân cực sóng là gì: Tr−ờng điện từ của một sóng vô tuyến điện khi đi trong một môi tr−ờng (nh− là khí quyển) dao động theo một h−ớng nhất định. - Phân cực là h−ớng dao động của điện tr−ờng. - 4Có hai loại phân cực sóng vô tuyến điện đ−ợc sử dụng trong thông tin vệ tinh: sóng phân cực thẳng và sóng phân cực tròn. - Sóng phân cực thẳng: Một sóng phân cực thẳng có thể tạo ra bằng cách dẫn các tín hiệu từ một ống dẫn sóng chữ nhật đến anten loa. - Nhờ đó, sóng đ−ợc bức xạ theo kiểu phân cực thẳng đứng song song với cạnh đứng của anten loa. - Mặc dù sóng phân cực thẳng thì dễ dàng tạo ra, nh−ng cần phải điều chỉnh h−ớng của ống dẫn sóng anten thu sao cho song song với mặt phẳng phân cực của sóng đến. - Sóng phân cực tròn: Sóng phân cực tròn là sóng khi truyền lan phân cực của nó quay tròn. - Có thể tạo ra loại sóng này bằng cách kết hợp hai sóng phân cực thẳng có phân cực vuông góc với nhau và góc lệch pha là 900. - Sóng phân cực tròn là sóng phân cực phải hay trái phụ thuộc vào sự khác pha giữa các sóng phân cực thẳng và sớm pha hay chậm pha. - Phân cực quay theo chiều kim đồng hồ hay ng−ợc chiều kim đồng hồ với tần số bằng tần số sóng mang. - Đối với sóng phân cực tròn mặc dầu không cần điều chỉnh h−ớng của loa thu, nh−ng mạch fiđơ của anten lại trở nên phức tạp hơn đôi chút. - Đa truy nhập trong thông tin vệ tinh (Multi Access) Trong một hệ thống thông tin vệ tinh, các trạm mặt đất liên lạc với nhau thông qua vệ tinh. - Vì vậy trong thông tin vệ tinh việc sử dụng các ph−ơng thức truy nhập tới và từ vệ tinh đ−ợc nghiên cứu một cách hết sức kỹ để có thể chọn lựa sử dụng ph−ơng pháp có hiệu quả nhất. - Băng tần của một vệ tinh thông th−ờng đ−ợc chia thành những băng tần nhỏ, đ−ợc khuyếch đại một cách riêng 5rẽ dùng trong mỗi bộ phát đáp (Transponder). - Việc truy nhập cho mỗi Transponder có thể đ−ợc giới hạn với một trạm mặt đất tại một điểm, hoặc cũng có thể thực hiện đồng thời nhiều sóng mang một lúc. - Trong một vệ tinh thì có thể bao gồm cả hai ph−ơng pháp truy nhập nói trên. - Một số Transponder chỉ làm việc với một sóng mang đơn, trong khi đó cũng có những Transponder làm việc với nhiều sóng mang đơn và còn có những Transponder lại xử lý một luồng thông tin nhiều sóng mang. - Đó chính là các ph−ơng pháp truy nhập tới các bộ Transponder của vệ tinh. - D−ới đây trình bày một cách tổng quát một số kỹ thuật đa truy nhập th−ờng đ−ợc sử dụng nhất đó là kỹ thuật FDMAvà TDMA 1.4.1. - Đa truy nhập phân chia theo tần số FDMA (Feqency Division Multiple Access) FDMA là một ph−ơng thức đa truy nhập dùng trong thông tin vệ tinh, đ−ợc sử dụng khi có nhiều trạm mặt đất cùng làm việc trong một hệ thống thông tin vệ tinh, dựa vào nguyên tắc phân chia theo tần số. - Đó là trong hệ thống thông tin vệ tinh dùng FDMA thì mỗi trạm mặt đất khi phát tín hiệu sẽ làm việc với một phần bộ phát đáp đã đ−ợc dành tr−ớc cho nó. - Mỗi trạm mặt đất thu gom toàn bộ l−u l−ợng thông tin của trạm đó lên một sóng mang đơn bằng cách ghép băng tần cơ bản FDM hoặc TDM mà không cần biết địa chỉ của các thông tin đó. - Sóng mang FM này mang các tín hiệu có địa chỉ khác nhau đ−ợc khuyếch đại lên nhờ khuyếch đại công suất của trạm mặt đất và đ−a tới anten phát lên vệ tinh. - Anten thu của vệ tinh thu nhân sóng mang này đồng thời với các sóng mang khác mà các sóng mang này phân biệt với nhau nhờ tần số của chúng. - Toàn bộ băng tần thu đ−ợc sẽ đ−ợc đ−a qua các bộ lọc rồi sau đó đ−ợc khuyến đại bằng các bộ lọc rồi sau đó đ−ợc khuyếch đại bằng đại bằng các bộ khuyếch đại sau các bộ lọc t−ơng ứng. - Một kiểu FDMA th−ờng đ−ợc sử dụng là SCPC (mỗi kênh đơn trên một sóng mang – Single Channel Per Carrier). - Trong ph−ơng thức này thì một tín 6hiệu hoặc là thoại hoặc là dữ liệu đ−ợc điều tần hoặc điều pha PSK đ−ợc phát đi và truy nhập tới vệ tinh theo ph−ơng thức FDMA. - Kiểu đa truy nhập phân chia theo tần số PCM/PSK/FDMA dựa theo nguyên tắc các kênh thoại đ−ợc đ−a đến trạm mặt đất d−ới dạng các luồng PCM, sau khi thực hiện biến đổi A/D các luồng số có tốc độ 16-64Kbs đ−ợc sử dụng trên một chiều truyền dẫn của kênh thoại. - Sau đó chúng đ−ợc ghép kênh và điều chế sóng mang theo kiểu PSK rồi phát đi, vệ tinh tiếp nhận chúng trên cơ sở FDMA. - Nếu l−u l−ợng truyền dẫn ở một trạm đã ở mức tới hạn sử dụng để tăng dung l−ợng kênh thoại mà không cần phải tăng sóng mang trên vệ tinh. - Khi hệ thống hoạt động trong chế độ thoại sử dụng ph−ơng thức SCPC, thời gian trung bình mà mỗi kênh đ−ợc sử dụng trong chế độ đàm thoại chỉ chiếm 40% toàn bộ thời gian hoạt động của kênh cho cuộc liên lạc đó. - Chế độ thoại không làm giảm độ rộng trung bình của băng tần sử dụng của bộ phát đáp Trạm A TrạmB Trạm C TrạmD Trạm E TrạmF A B C D E F liên tục Hình1.2 Đa truy nhập phân chia theo tần số 7trên vệ tinh, nh−ng tại bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ hoạt động với 40% dung l−ợng của sóng mang thoại vì vậy yêu cầu về công suất không đáng kể và méo do điều chế t−ơng hỗ giảm đi. - Đa truy nhập phân chia theo thời gian (TDMA- Time DMA) TDMA là một ph−ơng thức truy nhập trong thông tin vệ tinh dựa vào sự phân chia thời gian sử dụng các bộ phát đáp trong vệ tinh giữa các trạm mặt đất, các trạm mặt đất này có thể sử dụng trung một tần số sóng mang. - Ph−ơng pháp đa truy nhập TDMA nh− đã nói ở trên, dựa trên việc phân chia thời gian sử dụng bộ phát đáp thành các khoảng thời gian nhỏ, giữa các khoảng thời gian này có các khoảng thời gian trống gọi là khoảng bảo vệ. - Điều này hoàn toàn t−ơng tự nh− trong kỹ thuật FDMA chia toàn bộ băng tần thành các băng tần con và giữa chúng cũng có các khoảng giãn băng. - Khác với kỹ thuật FDMA, trong kỹ thuật TDMA, mỗi bộ phát đáp chỉ làm việc với sóng mang tại một thời điểm dựa trên cơ sở việc truy nhập đ−ợc thực hiện đối với nhiều ng−ời sử dụng. - Trong kỹ thuật này, trạm mặt đất đ−ợc thiết kế sử dụng một khe thời gian dành riêng cho nó để phát l−u l−ợng thông tin của mình d−ới dạng các bít số nằm trong một luồng bit số gọi là burst tín hiệu Thời gian bắt đầu phát của burst tín hiệu đ−ợc thiết lập khi trạm điều khiển trung tâm thu đ−ợc burst tín hiệu đồng bộ. - Khoảng thời gian mà mỗi trạm truy nhập với bộ phát đáp vệ tinh đ−ợc phân chia bởi trạm điều khiển sao cho phù hợp với nhu cầu về dung l−ợng trạm (trạm nào có dung l−ợng lớn sẽ đ−ợc chia khoảng thời gian dài hơn) và thay đổi nhanh chóng cho phù hợp với nhu cầu đột xuất về dung l−ợng từng trạm. - Bất kỳ trạm nào cũng có thể truy nhập tới toàn bộ các trạm khác trong hệ thống để nối thông liên lạc giữa chúng. - Đối với kỹ thuật FDMA, sự thay đổi độ rộng băng tần đã ấn định cho mỗi trạm là rất tốn kém so với kỹ thuật TDMA. - Sau khi một trạm đã gửi xong burst thông tin của mình thì sẽ có một khoảng thời gian trống tạo ra tr−ớc khi trạm tiếp theo gửi burst thông tin của mình. - 8Khoảng thời gian trống đ−ợc thiết lập dựa trên khả năng nhận biết tr−ớc các thay đổi về trễ trong thiết bị, khả năng thu đồng bộ và sự biến đổi trong dải công tác ra nhằm ngăn ngừa sự giao thoa giữa các burst tín hiệu cho việc truyền dẫn đồng bộ.
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt