Bài giảng Truyền hình số - Chương IV: Ghép kênh truyền hình số

cộng các chương trình riêng biệt và dòng bit điều khiển cấp hệ thống – được địng nghĩa với PID = 0. Dòng bit này mang các thông tin trong một bảng tổ chức chương trình, sắp xếp các chỉ số nhận diện chương trình, tương ứng trên mỗi dòng truyền tải của chúng; quá trình nhận diện chương trình dựa vào các chỉ số trong bảng như đã miêu tả. Một “chương trình” phù hợp trong ngữ ảnh này, theo quan niệm truyền thông, được gọi là “một kênh” (ví dụ như các kênh: PBS, C-SPAN, CNN). Bảng tổ chức chương trình cho phép nhận biết chỉ số PID của dòng bit, chứa bảng ánh xạ chương trình của các chương trình đặc trưng. Theo đó, quá trình nhận diện một chương trình và nội dung của nó mang thông tin trong hai phạm vi sau:  Thứ nhất, bảng tổ chức chương trình trong dòng bit PID = 0 dùng để nhận diện chỉ số PID của dòng bit mang nội dung bảng ánh xạ chương trình cho chương trình.  Thứ hai, các PIDs của dòng bit cơ sở, mà chúng tạo ra chương trình, thu được từ bảng ánh xạ chương trình thích hợp. Hình 3.27: Ghép kênh dòng bit truyền tải cấp hệ thống. Sau khi các bước trên hoàn thành, các bộ lọc tại bộ tách kênh có thể thiết lập các bit dòng truyền tải tại bên thu phù hợp cho từng chương trình cần quan tâm. Lớp hệ thống của bộ ghép kênh như đã chỉ ra trong hình 3.27. Trong thời gian tiến hành ghép kênh cấp hệ thống, khả năng nhận diện các chương trình khác nhau của các PIDs phải chính xác như tại đầu vào. Điều này nảy sinh một vấn đề là PIDs cho các dòng bit chương trình khác nhau phải là duy nhất. Để giải quyết vấn đề này, đối với từng phạm vi ứng dụng của bộ ghép, các PIDs được sửa đổi ngay trước khi đưa vào bộ ghép. Sự thay đổi phải được ghi lại trong cả hai bảng tổ chức chương trình và bảng ánh xạ chương trình. Mạch phần cứng sẽ được thực hiện chia lại nhiệm vụ của PID trong thời gian thực với sự trợ giúp của tín hiệu đồng bộ tại tốc độ xung đồng bộ gói. Việc xây dựng dòng bit truyền tải có thể phân cấp. Dòng bit sau bộ ghép hệ thống có thể ghép lại với nhau, trên một con có dải thông rộng hơn, bằng cách trích các bảng tổ chức chương trình từ mỗi dòng bit ghép kênh hệ thống và tổ chức lại một dòng bit PID = 0 mới. Các PID có thể phải được ấn định lại trong trường hợp này. Hình 3.28 minh họa toàn bộ quá trình trích các dòng bit cơ sở từ môt chương trình tại bên thu. Trong thực tế ta chỉ cần dùng một bộ tách kênh thì có thể sử dụng để trích cả hai bảng tổ chức chương trình và bảng ánh xạ chương trình điều khiển dòng bit. Điều này cũng đưa ra một yêu cầu chức năng tối thiểu tại lớp truyền tải có thể trích mọi ứng dụng trong dòng bit. Hình 3.28: Khái quat hệ thống tách một chương trình từ dòng bit truyền tải. II. GHÉP KÊNH AUDIO SỐ: Dữ liệu bao gồm audio, mã thời gian, dữ liệu kiểm tra và dữ liệu của người sử dụng (trong tương lai). Dữ liệu phụ được biến đổi thành các gói dữ liệu phụ, được ghép kênh với dòng dữ liệu. Các gói dữ liệu được cấy vào không gian theo tiêu chuẩn SMPTE 125M quy định, hình 3.29 abc (4fsc-PAL) biễu diễn không gian dữ liệu phụ cho giao diện tín hiệu số tổng hợp bit-nối tiếp. Hình 3.30 (625/50) cho biết không gian dữ liệu phụ cho giao diện tín hiệu số coponent bit-nối tiếp. Hình 3.31 là cấu trúc gói dữ liệu phụ cho giao diện số component 4:2:2. Mỗi gói chứa tối đa 262 từ song song 10-bit, bao gồm:  Một cờ dữ liệu phụ 3 từ ADF: các giá trị của nó là 000, 3FF, 3FF và đánh dấu sự bắt đầu của gói dữ liệu phụ.  Một từ nhận dạng dữ liệu tối ưu DID: từ này nhận dạng nội dung dữ liệu của mỗi gói cho người sử dụng. Nếu nội dung là dữ liệu audio, thì nhiều từ DID khác nhau được dùng để xác định 4 nhóm kênh audio.  Một từ về số dữ liệu audio tối ưu DBN: từ này cho phép máy thu thay đổi tổ hợp truyền bằng cách đếm số gói dữ liệu phụ có một DID chung. Trong trường hợp chuyển mạch dòng dữ liệu, mạch đếm có thể truyền một cờ đến hệ thống xử lý video để bỏ nhất thời (“ấn” hoặc “đẩy ra”) bằng một mạch cắt.  Một từ đếm dữ liệu DC: từ này chỉ tị số dữ liệu của người sử dụng trong từng gói.  Một số thay đổi các từ dữ liệu cho người sử dụng UDW: cho phép cực đại 255 từ.  Từ kiểm tra tổng quát CS: máy thu dùng từ CS để xác định giá trị của gói.  Các gói dữ liệu phụ đa loại gần nhau có thể được cấy vào bất kỳ một không gian dữ liệu phụ nào. Nó bắt đầu ngay sau EAV (đối với HANC) hoặc SAV (đối với VANC) để chỉ thị sự hiện diện của dữ liệu phụ và bắt đầu bằng một gói. Nếu không có ADF trong 3 từ đầu tiên của một không gian dữ liệu phụ, thì giả thiết là không có các gói dữ liệu phụ. Tiêu chuẩn SMPTE 272M đề xuất 2 mode hoạt động cơ bản là thực hiện tối thiểu và thực hiện đầy đủ bằng AES. Thực hiện tối thiểu AES với mức A có các đặc điểm sau:  Các từ audio có độ phân giải 20 bit.  Tần số lấy mẫu 48kHz.  Đồng bộ dữ liệu audio bằng dữ liệu video.  Chỉ một nhóm 4 kênh audio.  Bộ nhớ đệm máy thu cỡ 48 mẫu audio. Các gói dữ liệu audio được dịnh dạng từ thông tin của dòng dữ liệu AES/EBU, hình 3.31. 20 bit dữ liệu audio và các bit V, U, C (tổng cộng 23 bit) được tính từ subframe 1 (subframe – ảnh nhỏ), kênh 1, của frame 0 của dòng dữ liệu AES/EBU nối tiếp và ánh xạ thành 3 từ dữ liệu audio 10 bit và X, X+1, X+2. 4 bit trước, 4 bit audio và bit tương đương được xóa. Bảng 3.1 là cấu trúc dữ liệu audio biễu diễn 3 từ dữ liệu 10 bit. Số kênh được chỉ thị bằng 2 bit và tính tương đương trên 26 bit (trừ ra các bit địa chỉ 9b). Ba từ này được cấy tức thời ngay sau header dữ liệu phụ (hình 3). Thông tin kênh audio thứ 2 (kênh 2) từ dòng dữ liệu nối tiếp AES/EBU được cấy bằng cách tương tự. Frame 0 từ dòng dữ liệu nối tiếp AES/EBU thứ 2 được cấy thêm để hoàn chỉnh một nhóm audio (4 kênh). Tiêu chuẩn AES/EBU đặc trưng cho một chuỗi 192 frames (đánh số từ 0 đến 191) để tạo ra một khối. Mỗi frame có 2 frame con (subframe 1 và subframe 2) hoặc 2 kênh (kênh 1 và kênh 2). Nếu tạo thành định dạng một dòng audio phụ, thì 2 frames (4 subframe hoặc 4 kênh) sẽ tạo thành một nhóm. Mỗi nhóm gồm 2 đôi mẫu xuất phát từ 2 dòng dữ liệu nối tiếp AES/EBU gốc. Mỗi đôi mẫu có thể nhận dạng theo 3 cách sau đây:  AES 1 (kênh 1/kênh 2) và AES 2 (kênh 1/kênh 2).  Kênh 1/kênh 2 và kênh 3/kênh 4.  Kênh 00, kênh 01, kênh 10 / kênh 11. Thực hiện AES đầy đủ AES đầy đủ được liên kết với nhiều khả năng hoạt động, được nhận dạng bằng mức B đến J. chúng được đặc trưng qua:  Các từ audio có độ phân giải 24 bit.  Tần số lấy mẫu 32, 44,1 hoặc 48 kHz.  Dữ liệu audio đồng bộ hoặc không đồng bộ với dữ liệu video.  Cho đến 4 nhóm kênh audio.  Dung lượng bộ nhớ máy là 64 mẫu audio. Hai gói cộng với nhau sẽ tải thêm thông tin. Với mode 24 bit, 4 bit audio của 2 subframe AES1 được nhóm lại thành 1 từ 8 bit (gọi là AUX), có liên quan với tín hiệu AES1. Tất cả các từ AUX từ các tín hiệu AES được nhóm thành một gói dữ liệu mở rộng, hình 3.32. Gói này có cấu trúc header giống nhau và một số đặc trưng DID. Nó được cấy vào không gian dữ liệu phụ ngay sau gói dữ liệu audio có liên quan. Gói kiểm tra audio được xác định cho việc truyền thông tin là số frame audio, tần số lấy mẫu, kênh audio tích cực và độ trễ tương đối giữa audio – và – video của mỗi kênh audio. Gói này là tối ưu với AES đầy đủ. Gói này được truyền một lần/mành như là gói thứ nhất của không gian dữ liệu phụ (hình 3.32) sau dòng 11. Hầu hết dữ liệu audio được cấy vào không gian dữ liệu phụ trống ở khoản xóa dòng. Chuyển mạch dòng dữ liệu bit – nối tiếp xảy ra tại dòng 10 và trong không gian dữ liệu phụ dòng tiếp theo không khuyến cáo cho việc cấy dữ liệu audio. Mạch tách kênh ở máy thu chứa bộ nhớ đệm 64 mẫu, cho phép khôi phục tín hiệu audio số một cách hoàn mỹ. Máy ghi hình số DVTR, frame synchronizer (đồng bộ ảnh), codec (coder – decoder) không ghi hoặc cho đi qua toàn bộ tín hiệu video số một cách “trong suốt” (không tổn hao). Khoản xóa dòng và mành được tách ra trước khi xử lý để giảm tốc độ bit và được cộng vào tại đầu ra của thiết bị. Điều này dẫn đến làm mất thông tin dữ liệu phụ. Trong một số thiết bị, dữ liệu phụ được tách ra tại đầu vào, được lưu trữ không tổn hao và được cấy trở lại tại đầu ra. Ghép kênh audio (audio multiplexer) Hình 3.33 là sơ đồ khối mạch ghép kênh audio. Mỗi dòng dữ liệu audio số của 2 dòng dữ liệu vào (AES/EBU 1 và AES/EBU 2) được truyền đến mạch deserializer. Mạch deserializer giải mã tín hiệu theo đánh dấu 2 pha BPM (biphase maek) và đưa vào bộ nhớ đệm. Bộ nhớ đệm có mạch FIFO (first in first out). Đầu ra của hai mạch FIFO được truyền đến mạch tạo định dạng. Tín hiệu AES/EBU 32 bit gồm phần mở đầu (4 bit của X, Y, Z), dữ liệu audio (4 bit), cặp subframe 1 – bit (P). 23 bit còn lại (23 bit audio và 1 bit cho V (validity), U (user bit)) và quy định kênh audio C được tạo định dạng thành 3 dữ liệu phụ 10-bit X, X+1, X+2. Mạch ghép kênh cộng audio đã được tạo định dạng vào video để làm trễ. Độ trễ video bù độ trễ do xử lý audio số. Tín hiệu audio được ghép kênh vào không gian dữ liệu phụ. Video và audio đã ghép kênh được xếp nối tiếp bằng mạch serializer. Ghép kênh audio không làm tăng tốc độ bit vì audio được cấy vào các vị trí mẫu không sử dụng. Vai trò của bộ nhớ đệm FIFO là giữ cố định tốc độ dữ liệu audio. Trong trường hợp bộ nhớ đệm audio (buffer) tràn, thì các mẫu AES/EBU được xóa cho đến khi bộ nhớ đệm hết tràn. Nếu bộ nhớ đệm trống, thì tăng gấp đôi các mẫu AES/EBU cho đến khi nào bộ nhớ đệm trở về trạng thái bình thường.