Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số docx

Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói Tín hiệu mang màu đem đi điều chế vào một dao động có tần số sóngmang phụ fsc, sao cho tín hiệu đãđiều chế có các vạch phổ nằm đú

- Tìm hiểu về truyền hình số, các kỹ thuật sử dụng trong truyền hình số.

- Từ đó đi so sánh, đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự

và truyền hình số để thấy được hệ thống nào có ưu điểm hơn, phát triển hơn và sẽ

là hệ thống được sử dụng rộng rãi trong tương lai

LỜI CẢM ƠN

Đồ án tốt nghiệp của em: “Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình số

và truyền hình tương tự” đã được hoàn thành cùng với sự hướng dẫn của ThS Mạc

Thị Phượng Lời cảm ơn đầu tiên, em xin gửi đến cô giáo ThS.Mạc Thị Phượng,người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình em trong suốt quá trình thực tập và làm đồ

án Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong khoa Công nghệ điện tử

và truyền thông - Trường Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông đã hướngdẫn, tạo điều kiện cho em học tập, nghiên cứu trong 5 năm học qua

Xin cảm ơn bạn bè và gia đình đã trao đổi, thảo luận và giúp đỡ emhoàn thành đồ án tốt nghiệp này

Thái Nguyên, ngày 30 tháng 5 năm 2013

Sinh viên thực hiện

Vũ Văn Thực

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan đồ án “Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự và truyền hình số” là do em tự nghiên cứu và hoàn thành cùng với sự

giúp đỡ, hướng dẫn của cô giáo ThS Mạc Thị Phượng, chứ không phải sao chép

từ bất kỳ một sản phẩm nào khác

Nếu sai em xin chịu mọi sự kỷ luật của khoa cũng như nhà trường đề ra

Người cam đoan

Vũ Văn Thực

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ 2

1.1.Giới thiệu về truyền hình tương tự 2

1.2 Truyền hình đen trắng 2

1.2.1 Phân loại 2

1.2.2 Các vấn đề kĩ thuật 2

1.2.3 Phổ của tín hiệu 5

1 3 Truyền hình màu tương tự 6

1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu 6

1.3.2 Tín hiệu truyền hình màu 6

1.3.3 Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói 7

1.3.4 Các hệ truyền hình màu 7

1.3.5 Phân loại các hệ màu 8

1.4 Kết luận chương 20

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ 21

2.1 Hệ thống truyền hình số 21

2.1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số 21

2.1.2 Quá trình biến đổi tương tự - số (biến đổi AD) 21

2.1.3 Quá trình chuyển đổi số – tương tự 24

2.2 Chuyển đổi số đối với tín hiệu video 25

2.2.1 Quá trình số hoá tín hiệu video tổng hợp 25

2.2.2 Các tiêu chuẩn lấy mẫu 26

2.2.3 Số hoá tín hiệu video thành phần ( Compoment Signal ) 27

2.2.4 Lượng tử hoá tín hiệu video thành phần 29

2.3 Nén tín hiệu truyền hình số 29

2.3.1 Sự cần thiết phải nén tín hiệu 29

2.3.3 Lí thuyết thông tin - Entropy 31

2.4 Mô hình nén ảnh 32

2.4.1 Phân loại các phương pháp nén tín hiệu video 32

2.4.2 Phương pháp nén không tổn hao 34

2.4.3 Phương pháp mã chuyển đổi (TC - Transform Coding) 39

2.4.4 Phương pháp nén liên ảnh 42

2.5 Nén tín hiệu AUDIO 45

2.6 Các tiêu chuẩn truyền hình số 51

2.6.1 Hệ thống quảng bá truyền hình hữu tuyến DVB-C 51

2.6.2 Hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB - S 52

2.6.3 Hệ thống quảng bá truyền hình số trên mặt đất DVB-T 53

2.7 Kết luận về truyền hình số 54

2.8 Kết luận chương 55

CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ KỸ THUẬT TRONG TRUYỀN HÌNH TƯƠNG TỰ VÀ TRUYỀN HÌNH SỐ 56

3.1 Phương pháp điều chế trong truyền hình tương tự và truyền hình số 56

3.1.1 Truyền hình tương tự 56

3.1.2 Truyền hình số 58

3.1.3 So sánh đánh giá phương pháp điều chế 59

3.2 Đánh giá về mặt mã hóa tín hiệu giữa truyền hình số và truyền hình tương tự .61 3.2.1 Mã hóa tín hiệu truyền trong truyền hình tương tự: 61

3.2.2.Mã hóa tín hiệu truyền đi trong truyền hình số 61

3.2.3 Đánh giá về mặt mã hóa tín hiệu giữa truyền hình số và truyền hình tương tự 65

3.3.Đánh giá kỹ thuật ghi đọc tín hiệu truyền hình tương tự và truyền hình số 65

3.3.1.Ghi tín hiệu hình trên băng từ: 65

3.3.2.Ghi và lữu trữ audio 69

3.3.3.Kết luận đánh giá về phương pháp ghi tín hiệu 71

3.4 So sánh đánh giá về cấu tạo, tín hiệu phát và các phép đo máyphát 71

3.5 Kết luận chương 73

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA ĐỒ ÁN 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO 75

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 76

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1: Tín hiệu hình 3

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng 4

Hình 1.3: Sơ đồ khối truyền hình đen trắng 4

Hình 1.4: Phổ của tín hiệu hình 6

Hình 1.5: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình màu 6

Hình 1.6: Phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần 7

Hình 1.7: Sơ đồ khối phía phát NTSC 8

Hình 1.8 : Quan hệ giữa trục I, Q và (R-y), (G - y) 9

Hình 1.9: Điều chế vuông góc NTSC 10

Hình 1.10: Sơ đồ khối bộ tạo mã màu hệ NTSC 11

Hình 1.11: Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC 12

Hình 1.12: Sơ đồ khối phía phát hệ Pal 13

Hình 1.13: Bộ điều chế vuông góc hệ PAL 14

Hình 1.14 : Đồ thị giải thích nguyên lí sửa méo pha của hệ PAL 15

Hình 1.15: Sơ đồ khối bộ mã hoá tín hiệu PAL 16

Hình 1.16: Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu PAL 17

Hình 1.17: Sơ đồ khối phía phát hệ SECAM 18

Hình 1.18: Sơđồ khối mã hoá màu hệ SECAM 19

Hình 1.19: Sơđồ khối giải mã màu hệ SECAM 20

Hình 2.1: Sơ đồ cấu trúc khối tổng quát hệ thống truyền hình số 21

Hình 2.2: Sơ đồ khối mạch biến đổi tương tự –số 22

Hình 2.3: Sơ đồ biến đổi số - tương tự 24

Hình 2.4: Đồ thị thời gian của tín hiệu ra mạch chuyển đổi 25

Hình 2.5: Tiêu chuẩn 4 : 4 : 4 26

Hình 2.6: Tiêu chuẩn 4 : 2 : 2 26

Hình 2.7: Tiêu chuẩn 4 : 2 : 0 27

Hình 2.8: Tiêu chuẩn 4 : 1 : 1 27

Hình 2.9: Mức lượng tử tín hiệu hiện màu trong trường hợp số hoá 8 bit 30

Hình 2.10: Mô hình hệ thống nén video 33

Hình 2.11: Sơ đồ sự phối hợp các phương pháp nén tín hiệu video 33

Hình2.12: Sơ đồ khối bộ mã hoá DCPM 37

Hình 2.13: Sơ đồ khối giải mã DCPM 38

Hình 2.14: Sơ đồ khối DPCM trong mành 39

Hình 2.15: Lượng tử hoá có trọng số 42

Hình 2.16: Véc tơ chuyển động giữa hai khung hình liền nhau 44

Hình 2.17: Mô hình nén liên ảnh 44

Hình 2.18: Nén liên ảnh (ảnh dự đoán trước) 45

Hình 2.19 : Nén liên ảnh (ảnh dự đoán hai chiều) 45

Hình 2.20: Đặc tuyến che lấp đối với hệ thống thính giác trong miền tần số 48

Hình 2.21: Cấu trúc bộ mã hoá Audio 49

Hình 2.22: Đường cong che lấp 51

Hình 2.23: Sơ đồ của hệ thống truyền hình số hữu tuyến 53

Hình 2.24: Sơ đồ khối hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh 53

Hình 2.25: Sơ đồ khối của hệ thống thu truyền hình số vệ tinh 54

Hình 2.26: Sơ đồ khối hệ thống DVB-T 55

Hình 3.1 Sơ đồ điều chế tín hiệu video và audio trong truyền hình tương tự 57

Hình 3.2: Phổ của tín hiệu điều chế 58

Hình 3.3: Điều chế tín hiệu tiếng 58

Hình 3.4: Tiêu chuẩn DVB - C 59

Hình 3.5: Tiêu chuẩn DVB – S 60

Hình 3.6: Tiêu chuẩn DVB – T 60

Hình 3.7: Mạch mã hóa tín hiệu truyền hình màu 62

Hình 3.8: Phổ của tín hiệu lấy mẫu 63

Hình 3.9: Quá trình lượng tử hóa và sai số lượng tử 64

Hình 3.10: Ghi vuông góc 68

Hình 3.11: Ghi xiên 69

Hình 3.12: Quá trình lưu trữ và phát tín hiệu audio 70

Hình 3.13: Cấu tạo máy phát hình 73

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

FCC Federal Communication

Commission

Ủy ban truyền thông liên bang

OIRT Office of Instructional and Research

PAL Phase Alternative Line Đảo pha theo từng dòng một

ADC Analog Digital Converter Chuyển đổi tương tự - sốDAC Digital to Analog Converter Chuyển đổi số - tương tựHDTV High Definition Television Truyền hình độ nét cao

HVS Human Visual System Hệ thống thị giác của con

ngườiMPEG Moving Picture Experts Group Tên viết tắt của hội phim ảnh

thế giớiDPCM Differential Pulse Code Modulation Điều xung mã vi sai

PCM Pulse Code Modulation Điều chế xung mã

HAS Human Audio System Hệ thống âm thanh con ngườiMDCT Modified Discrete Cosine Transform Sửa đổi chuyển đổi cosin

riêng rẽ

DVB Digital Video Broadcasting Tiêu chuẩn truyền hình KTS

mặt đấtQAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ cầu phươngIRD Integrated Receiver Coder Giải mã tích hợp

QPSK Quadrature Phase Shift Keying Điều chế pha cầu phương

MỞ ĐẦU

Trong xã hội hiện đại thì thông tin, tri thức chính là những nhân tố quantrọng nhất trong đời sống kinh tế xã hội của từng quốc gia nói riêng và toàn thếgiới nói chung Chính vì thế nên mỗi nước đều dành một sự đầu tư thích đángcho nghiên cứu và phát triển công nghệ để làm đòn bẩy cho sự phát triển của cácnghành kinh tế quốc dân khác Ngay từ khi mới ra đời, truyền hình đã chứng tỏ làmột phương tiện thông tin đại chúng rất quan trọng trong đời sống kinh tế xã hội

Nó không chỉ là một công cụ thông tin phổ biến kiến thức, giải trí đơn thuần mà

đã trở thành phương tiện không thể thiếu trong mỗi gia đình Truyền hình cungcấp tin tức về các sự kiện chính trị, văn hóa thể thao, thông tin kinh tế xã hội… từkhắp nơi trên thế giới đến từng cá nhân, từng giờ, từng phút Truyền hình là cầunối quan trọng giữa con người với thế giới bên ngoài

Cùng với sự ra đời của kỹ thuật số thì công nghệ truyền hình đã có một sựphát triển nhảy vọt về chất bằng việc số hóa tín hiệu truyền hình Công nghệtruyền hình số ra đời có nhiều ưu điểm hơn hẳn so với truyền hình tương tự như:tính chỗng nhiễu cao, chất lượng âm thanh, hình ảnh tốt và đồng đều, dàn dựngđược nhiều kỹ xảo phức tạp mà truyền hình tương tự không thể thực hiện được,

có thể ghi nhiều hay lưu trữ trong thời gian dài mà không làm ảnh hưởng đến

chất lượng hình ảnh Đó là phần khái quát chung, đồ án của em “Đánh giá một

số kỹ thuật trong truyền hình số và truyền hình tương tự ” sẽ đi minh chứng điều

đó Đồ án gồm 3 chương như sau:

Chương I: Truyền hình tương tự

Chương II: Truyền hình số

Chương III: Đánh giá một số kỹ thuật trong truyền hình tương tự vàtruyền hình số

Mặc dù đã rất cố gắng để hoàn thành đồ án nhưng vì còn hạn chế về kinhnghiệm và kiến thức nên đồ án không tránh khỏi những sai sót cần bổ sung Vìvậy, em mong thầy cô và bạn bè xem và đóng góp ý kiến cho e, để đồ án có thể

hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

CHƯƠNG 1: TRUYỀNHÌNHTƯƠNGTỰ

1.1 Giới thiệu về truyền hình tương tự

Truyền hình đen trắng: Ra đời năm 1920 và được xem như hoàn tất vàonăm 1945, với sự ra đời của ông vidicon, dựa trên đặc tính quang trở của chấtbán dẫn Nó bao gồm 3 hệ là: FCC, OIRT, và CCIT

Truyền hình màu: Ra đời khi truyền hình đen trắng đã hoàn thiện và sựphát triển của nó gắn liền với lí thuyết 3 màu Hệ này bao gồm các hệ là:

Hệ NTSC: Ra đời năm 1950, được hình thành tại Mĩ, có tính tương hợpđầu tiên trên thế giới Và đến năm 1954, hệ NTSC được phát trên kênh FCC, có

độ rộng dải tần tín hiệu chói là: 4,5MHz (thực tế là 4,2MHz)

Hệ PAL: Ra đời năm 1966 ở tây Đức, là hệ được coi như cải tiến từ hệNTSC và được phát triển trên kênh CCIT có độ rộng dải tần tín hiệu chói là5,5MHz (thực tế là 5,2MHz)

Hệ SECAM: Ra đời năm 1965 ở Pháp, được phát triển trên kênh OIRT

có độ rộng dải tần tín hiệu chói là 6,5MHz

1.2.Truyền hình đen trắng

1.2.1.Phân loại

Như đã nêu ở phần trước, nó gồm 3 loại là: FCC, OIRT, CCIT chúng có

sự giống và khác nhau ở các thông số kĩ thuật, đó là độ rộng dải thông, số dòngquét, trung tần hình, tần số hình, tần số của các kênh truyền hình

1.2.2.Các vấn đề kĩ thuật

 Tiêu chuẩn quét:

Truyền hình chỉ truyền đi từng điểm sáng một, từ trái qua phải, từ trênxuống dưới Càng có nhiều dòng quét thì càng có nhiều chi tiết nhưng hệ thống

sẽ phức tạp và tăng giá thành Tuy nhiên, nếu quá ít dòng quét thì ảnh càng kémchất lượng Từ vấn đề đó, các tiêu chuẩn đã ra đời đểđáp ứng vấn đề chất lượngcủa hình ảnh

Như vậy tần số quét dòng hay số dòng quét trong 1s của FCC là:

Tín hiệu đồng bộ được dùng để khống chế bộ quét của máy thu hình, điềukhiển tia điện tử trong ống thu làm việc đồng bộ và đồng pha với phía phát Đểthực hiện điều này, người ta đặt các xung âm nằm phía dưới tin tức sáng tối Mỗikhi tia điện tử trong ống hình quét hết một dòng lại xuất hiện một xung âm, gọi làxung đồng bộ dòng Còn khi đã quét tới đáy màn ảnh, lại xuất hiện một xung âm

có bề rộng lớn hơn xung đồng bộ dòng, gọi là xung đồng bộ mành

Hình 1.1: Tín hiệu hình

 Vấn đề giải tần video và âm thanh:

Theo tính toán, thì ứng với mỗi một tiêu chuẩn có một dải tần video riêngbiệt FCC: 6MHz, CCIT: 5MHz, OIRT: 4,2MHz

Đối với tín hiệu là âm thanh thì đầu tiên tín hiệu audio được điều tần FMvới sóng mang phụ 4,5MHz(FCC) hoặc 6,5MHz(OIRT); 5,5MHz (CCIT) Sóng

FM này nằm ngoài dải tần video Do đó, tin tức âm thanh có thể nhập chung vớitín hiệu video để truyền đi trên cùng một đường mà không bị lẫn tín hiệu

Nguyên tắc kĩ thuật phát sóng truyền hình đen trắng:

Hình 1.2: Sơ đồ khối tổng quát hệ thống truyền hình đen trắng

Nguyên lí phát sóng truyền hình đen trắng:

Hình 1.3: Sơ đồ khối truyền hình đen trắng

Trong 3 tin tức đầu là tín hiệu đồng bộ mành, đồng bộ dòng, và tin tức đentrắng được phân biệt bằng cách: tin tức đen trắng nằm phía dưới mức 0, còn haitin tức còn lại, nằm phía dưới Và dải tần tín hiệu đen trắng là từ: 0 đến f’ i

Tin tức thứ 4, âm thanh được điều tần FM với sóng mang fi lớn hơn f’ i.Sau đó, nó được nhập chung với ba tin tức kia

Như vậy, tất cả 4 tin tức nói trên nằm chung trong một tín hiệu, gọi là tínhiệu hình đen trắng (trong 4 tin tức, thì tin tức âm thanh được phân biệt với 3 tintức kia bằng tần số, và tín hiệu hình đen trắng được đưa vào mạch điều biên(AM) với sóng mang fo Trong đó, chỉ truyền đi dải biên tần cao Do đó, tin tứcsáng tối chỉ chiếm dải tần fođến fi’ và tín hiệu tiếng thì ở tại tần số fo+fi(MHz).

1.2.3 Phổ của tín hiệu

Xác định phổ của tín hiệu truyền hình là xác định thành phần xoay chiềucủa tín hiệu, ứng với các chi tiết lớn của ảnh là các thành phần tần số thấp, ứngvới các chi tiết nhỏ của ảnh là các thành phần tần số cao của phổ tần tín hiệutruyền hình Thành phần thấp nhất của tín hiệu hình được xác định bằng tần sốquét mành Còn giới hạn trên được xác định bằng các thành phần tần số cao của tínhiệu truyền hình tương ứng với các chi tiết nhỏ nhất của hình ảnh cần truyền đi

Hệ thống truyền hình chỉ có thể khôi phục lại được ảnh với các chi tiết xấp

xỉ phần tử ảnh Kích thước này được xác định bằng các ô vuông mà mỗi cạnhbằng độ rộng của mỗi dòng quét Vì vậy, số dòng quét càng lớn, kích thước phần

tử ảnh càng nhỏ, ảnh càng rõ nét

Tần số cao nhất của phổ tín hiệu hình phụ thuộc vào số dòng quét Để có

độ rõ càng cao thì số dòng quét càng lớn, kéo theo độ rộng dải tần tín hiệu videotăng lên Sử dụng phương pháp quét xen kẽ sẽ giảm được giải tần tín hiệu

Ví dụ:

Nếu sử dụng quét 625 dòng với tỉ lệ khuôn hình 4/3 và số ảnh truyền đitrong 1s là 25 thì số điểm ảnh nhiều nhất cần phải truyền đi là:

625*4/3 = 833 phần tử ảnh trong một dòng và

625*833*25 = 13.106 phần tử ảnh trong một giây Vậy fmax = 13MHz

Nếu quét xen kẽ, thực tế này đã làm tần số mành tăng lên gấp đôi (50mành), điều đó có nghĩa là làm giảm tần số tín hiệu xuống còn một nửa

Phổ của tín hiệu hình được vẽ dưới đây:

Nó bao gồm các hài của tần số mành và các nhóm phổ quanh hài của tần

số dòng, với hài càng cao thì biên độ càng bé Và đặc điểm của nó là: giữa các

hài tần số dòng tồn tại các khoảng cách Nó được lợi dụng để truyền các tín hiệukhác như tín hiệu màu, và các thông tin phụ khác.

Hình 1.4: Phổ của tín hiệu hình

1 3 Truyền hình màu tương tự

1.3.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình màu

Truyền hình màu được phát triển nhờ kĩ thuật 3 màu Trong đó, mọi hìnhảnh đều có thể phân tích và tổng hợp từ các màu cơ bản Hình ảnh màu có thể coi

là do nhiều hình ảnh đơn sắc hợp lại Mỗi hình ảnh đơn sắc là một mẫu của truyềnhình màu Vì vậy, hình ảnh màu có chứa nhiều thông tin hơn hình ảnh đơn sắc

Hình 1.5: Sơđồ khối tổng quát hệ thống truyền hình màu.

1.3.2 Tín hiệu truyền hình màu

Cần chọn tín hiệu mang màu sao cho: Khi cho phát ảnh đen trắng thì tínhiệu mang màu triệt tiêu, chỉ còn tín hiệu chói EY Ngoài ra tín hiệu mang màukhông tăng biên độ khi tăng độ chói của ảnh Nghĩa là tín hiệu mang màu khôngmang tin tức về độ chói Các tín hiệu mang màu được truyền đi là các tín hiệuhiệu màu: R-Y, B-Y, còn G-Y sẽ được suy ra từ R-Y, B-Y, theo biểu thức:

G -Y = 0,509(R-Y) + 0,194(B-Y)

1.3.3 Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói

Tín hiệu mang màu đem đi điều chế vào một dao động có tần số sóngmang phụ fsc, sao cho tín hiệu đãđiều chế có các vạch phổ nằm đúng vào vùngkhe hở của tín hiệu chói thì tín hiệu mang màu có thể phát đi cùng với tín hiệuchói trong cùng một dải tần số

+ Phải nhỏ hơn tần số cao nhất của phổtín hiệu chói

Sau đây làđặc tuyến phổ - tần số tín hiệu chói và tín hiệu màu

Hình 1.6: Phổ của tín hiệu chói và tín hiệu màu cao tần

1.3.4 Các hệ truyền hình màu

Vấn đề lựa chọn sóng mang phụ và phương pháp điều chế như thế nào để

sự xuyên lẫn, sự phá rối lẫn nhau giữa tin tức chói và tin tức màu giảm thiểu tối

đa là nguyên nhân tồn tại các hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM Cả ba

hệ truyền hình này: Nếu đạt được mặt này thì lại mất mặt kia và không một hệtruyền hình chiếm ưu thế tuyệt đối.

Về cơ bản tín hiệu truyền hình của cả ba hệ thống truyền hình này đềuphải có đủ 7 thông tin :

Tín hiệu hiệu màu R-Y đã được xử lí

Tín hiệu hiệu màu B-Y đã được xử lí

1.3.5 Phân loại các hệ màu

1.3.5.1.Hệ truyền hình màu NTSC

Sơ đồ khối phía phát

Hình 1.7: Sơ đồ khối phía phát NTSC.

2 tín hiệu EI và EQ thì EQ chỉ còn 0,5 MHz còn EI vẫn chiếm (01,5)MHz Vớicách này giảm được sự phá rối của tín hiệu sắc vào tín hiệu chói.

EI = 0,877ER-Y cos330 - 0,493EB-Y sin330

EQ = 0,877ER-Y sin330 - 0,493EB-Y cos330

EI = 0,74ER-Y -0,27EB-Y

EQ = 0,48ER-Y -0,41EB-Y

Hình 1.8 : Quan hệ giữa trục I, Q và (R-y), (G - y)

 Tín hiệu mang màu

Tín hiệu mang màu EC mang 2 tin tức màu là E' I và E ' Q (sau hiệu chỉnhgamma) với E' I điều chế dao động cosin, E ' Q điều chế dao động sin.

Ea = E' I cos(SC t + 33 0 )

Eb = E' Qsin(SC t + 33 0 )

Hai tín hiệu được cộng tuyến tính tại mạch cộng, tín hiệu ra Ec sẽ mang toàn

bộ tin tức về tính màu

Ec = Ea + Eb = E' I cos(SC t + 33 0) + E' Q sin(SC t + 33 0) = A sin(SC t + )với A = (E'

Trung tần tiếng của hệ FCC được xác định bằng 4,5MHz Với hệ NTSCtiêu chuẩn (z= 525 dòng) chọn n=286

mành) thì ảnh trở lại như cũ, nghĩa là tần số lặp lại của nhiễu là 50/ 4 =12,5Hz vìtần số lặp lại nhỏ nên có hiện tượng nhấp nháy ở mức độ nhất định.

 Tín hiệu đồng bộ màu

Tín hiệu đồng bộ màu là 1 chuỗi xung gồm 8  10 chu kỳ có tần số đúngbằng tần số mang màu fSC = 3,58MHz được đặt sườn phía sau xung xoá dòng Từnhững chuỗi xung đồng bộ màu này người ta sẽ tạo ra tín hiệu E0 liên tục từ bộ sosánh pha để tự động điều chỉnh pha và tần số của bộ dao động tần số fSC ở trongmáy thu.Tín hiệu đồng bộ màu được đặt ở thềm sau xung quét dòng nên khôngảnh hưởng đến việc đồng bộ mạch quét dòng trong máy thu hình Dải tần tín hiệuchói từ (0 4,2)MHz, tín hiệu hiệu màu EQ từ (3  4,2) MHz, EI từ (2,3

4,3)MHz và bị nén một phần biên tần trên

Tạo mã và giải mã màu hệ NTSC

 Tạo mã màu hệ NTSC

Hình 1.10: Sơ đồ khối bộ tạo mã màu hệ NTSC

- Mạch ma trận nhận các tín hiệu điện áp màu ER, EG, EB tạo ra tín hiệuchói EY và 2 tín hiệu hiệu màu EI, EQ

+Tín hiệu chói EY(04,2)MHz qua dây trễ làm chậm tín hiệu đưa đến bộkhuếch đại EY để khuếch đại đủ lớn cấp cấp cho bộ cộng

+Tín hiệu EI(01,5)MHz qua mạch lọc thông thấp (01,3)MHz sau đóqua dây trễ đưa đến bộ khuếch đại EI để khuếch đại đủ lớn .

+Tín hiệu EQ(00,5)MHz qua mạch lọc (00,6)MHz đưa thẳng tới bộkhuếch đại EQ

- Bộ tạo sóng mang phụ tạo ra tần số fSC = 3,58MHz đưa đến bộ điều biênnén 1 để điều biên nén tín hiệu EI vào fSC, đồng thời fSC được trễ pha 90 0 đưa đến

bộ điều biên nén 2 để điều biên nén tín hiệu EQ vào fSC để tạo ra 2 dải biên tầntrên và biên tần dưới

+ Tạo xung đồng bộ dòng, mành, màu đưa đến bộ cộng để tổng hợp tínhiệu chói EY và tín hiệu sắc tạo thành tín hiệu màu tổng hợp EM

 Giải mã màu hệ NTSC

-Tín hiệu màu tổng hợp EM đưa đến khối khuếch đại để khuếch đại và tách

ra 2 tín hiệu (tín hiệu chói và tín hiệu sắc)

+Tín hiệu chói EY qua dây trễ (2 đầu dây trễ cần phối hợp trở kháng đểtránh hiện tượng sóng dừng) có dải tần 4,2MHz và trễ (0,30,7)s Tín hiệu quamạch lọc chắn dải để nén sóng mang và các thành phần phổ của tín hiệu màu(gần fSC) nhằm giảm ảnh hưởng chất lượng ảnh, nếu mất EY khôi phục bằng mạchghim

Hình 1.11: Sơ đồ chức năng bộ giải mã màu hệ NTSC

+ Tín hiệu sắc EC qua mạch lọc thông dải để lấy tín hiệu màu và xungđồng bộ màu Tín hiệu sắc EC đưa đến bộ khuếch đại sắc EC để khuếch đại tại tần

số 3,58MHz sau đó đưa tín hiệu song biên và sóng mang phụ f' SC đến bộ táchsóng lấy ra tín hiệu màu EI, tín hiệu EI cho qua mạch lọc dải (01,3)MHz rồi đưađến dây trễ Tín hiệu song biên và sóng mang phụ f' SC trễ 90 0đưa đến bộ tách sónglấy ra tín hiệu EQ cho qua mạch lọc dải (00,6)MHz

- Mạch khuếch đại và mạch ma trận tạo ra tín hiệu EG -Y, ER -Y, EB -Y nhờmạch ma trận G-Y, sau đó đưa các tín hiệu EY, EG -Y, ER -Y, EB –Y đến mạch ma trậnRGB tạo ra các tín hiệu EG , ER , EB các tín hiệu này được khuếch đại và đưa đếnđèn hình

Đặc điểm của hệ truyền hình màu NTSC

- Ưu điểm: đơn giản, thiết bị mã hoá và giải mã không phức tạp, giá thànhthiết bị thấp hơn các hệ thống khác

+ Các tín hiệu mang màu do phát hai biên không đối xứng gây ra nhiễu

1.3.5.2 Hệ truyền hình màu PAL

Sơ đồ khối phía phát

Hình 1.12: Sơ đồ khối phía phát hệ Pal

 Tín hiệu màu E V , E U

Tín hiệu chói của hệ PAL cũng được xác định từ 3 màu cơ bản:

E' Y = 0,3E ' R + 0,59E ' G + 0,11E '

B

E' Y, E ' R, E ' G, E ' B: là tín hiệu chói và 3 tín hiệu màu sau hiệu chỉnh gamma.

Hệ PAL nén 2 tín hiệu hiệu màu ER-EY, EB-EY với hệ số tương ứng 0,877 và0,493

EV = 0,877(ER-EY) = 0,615ER - 0,515EG - 0,100EB

EU = 0,493(EB-EY) = -0,147ER - 0,2939EG + 0,437EB

Hai tín hiệu hiệu màu EV, EU có dải tần bằng 1,3MHz được điều chế vuônggóc và sóng mang mang tín hiệu EV được đảo pha theo từng dòng quét

 Tín hiệu mang màu

Hình 1.13: Bộ điều chế vuông góc hệ PAL

Tín hiệu màu: EC = EV + EU =  E0VcosSCt +E0UsinSCt = E0Csin(SCt+)

E0C = (E2 V+E 2 U) 1/2 = arctg(EV/EU)Việc đảo pha nhằm giảm ảnh hưởng của méo pha tín hiệu màu đến chấtlượng ảnh màu khôi phục

Hệ PAL cho rằng cứ 2 dòng kẻ liền kề nhau thì hình ảnh và màu sắc coi như làmột để lấy màu 2 dòng liên tiếp cộng lại và coi đó là màu một dòng

Giả sử tại một dòng nào đó đài phát phát đi vectơ màu là ⃗ OM1 với gócpha là, tại máy thu nhận được tín hiệu màu là ⃗ OM'1 sớm pha hơn, dòng tiếp

theo đài phát phát tín hiệu màu giả ⃗ OM 2 (-EV, +EU), máy thu nhận được tín

hiệu ⃗ OM '2 , sau đó đảo pha tín hiệu ⃗ OM '2 thành ⃗ OM rSub { size 8{2} } } } { ¿¿ cộng hai tín hiệu

màu ⃗OM '1 với ⃗ OM rSub { size 8{2} } } } { ¿¿ theo qui tắc cộng vectơ: ⃗OM '1 + ⃗ OM rSub { size 8{2} } } } { ¿¿ = ⃗ OM ,

⃗ OM lớn dùng chiết áp giảm xuống sẽ được màu của một dòng

Hình 1.14 : Đồ thị giải thích nguyên lí sửa méo pha của hệ PAL

Để giảm nhiễu trên ảnh đen trắng, tần số sóng mang phụ:

fSC =(2n - 0,5)fH/2

Để tiếp tục giảm nhiễu, xê dịch thêm ảnh nhiễu một lượng f:

fSC = (2n - 0,5)fH/2 f

Để can nhiễu tín hiệu chói lọt vào kênh màu của máy thu nhỏ nhất và luôn

di động trên màn hình f = mfv/2 (m nguyên dương)

Pha ban đầu của tín hiệu đồng bộ màu của hệ PAL luôn thay đổi theo từngdòng, với các dòng quét mà sóng mang phụ mang tín hiệu EU không đảo pha, vớicác dòng quét mà sóng mang phụ mang tín hiệu EV đảo pha.

Tín hiệu chói EY có dải tần (05)MHz, hai tín hiệu EV, Euđiều biên vàotần số fSC, truyền đi toàn dải biên tần dưới và một phần dải biên tần trên Phổ củaEV,EU không trùng nhau, cách nhau fH/2

Tạo mã và giải mã màu hệ PAL

 Tạo mã màu hệ PAL

Các tín hiệu màu đã sửa méo gamma được đưa vào ma trận điện trở để tạo

ra tín hiệu chói và hai tín hiệu hiệu màu

Hình 1.15: Sơ đồ khối bộ mã hoá tín hiệu PAL

Tín hiệu chói EY được cho qua dây trễ 0,7s để tín hiệu qua đó bị chậm lại

để EY và Ec đến bộ cộng tổng hợp cùng lúc

Bộ tạo sóng mang màu tạo ra tần số fSC =4,43MHz được đưa qua 2 bộ dipha -900 và +900 tới chuyển mạch điện tử 1, rồi đưa tới bộ điều biên nén EV đểđảo pha từng dòng

Điều biên nén tín hiệu EV lấy tín hiệu hiệu màu EV điều chế vào biên độcủa tần số mang màu fSC với fSC được đảo pha từng dòng

Bộ chuyển mạch điện tử 1 và mạch di pha 900 sẽ thực hiện việc đảo pha,các bộ chuyển mạch điện tửđược điều khiển bởi xung điều khiển fH/2

Bộ cộng tạo ra tín hiệu sắc EC từ 2 tín hiệu điều biên nén EV và EU Bộcộng tổng hợp, tổng hợp các tín hiệu chói, tín hiệu sắc, xung đồng bộ dòng,mành, xung đồng bộ màu để tạo tín hiệu tổng hợp màu EM

 Bộ giải mã tín hiệu màu PAL

- Tín hiệu màu tổng hợp sau khi qua bộ khuếch đại tín hiệu ra là tín hiệuchói và tín hiệu sắc:

+ Tín hiệu chói qua bộ lọc chắn dải tại tần số 4,43MHz và cho qua dây trễ

để tín hiệu chói tín hiệu hiệu màu đến mạch ma trận cùng lúc đểảnh đen trắngvàảnh màu trùng khít

+ Tín hiệu sắc qua bộ khuếch đại cộng hưởng tại tần số 4,43MHz với dảithông 1,5MHz để lấy ra 2 tín hiệu hiệu màu Bộ phân chia tín hiệu thu nhận đồngthời 2 tín hiệu hiệu màu sau đó phân chia riêng biệt 2 tín hiệu hiệu màu

Hình 1.16: Sơ đồ khối bộ giải mã tín hiệu PAL

- Bộ tách sóng điều biên nén biến đổi tín hiệu song biên thành tín hiệu điềubiên nén sau đó tách sóng điều biên

+ Bộ tách sóng tín hiệu EU, Ev: nhận tín hiệu song biên EU, Ev và tần số sóngmang tự tạo fSC = 4,43MHz với góc  =00 tạo ra tín hiệu EB-Y, với fSC đảo pha từngdòng nhờ bộ di pha và chuyển mạch điện tử tạo ra tín hiệu ER-Y

- Mạch ma trận nhận ba tín hiệu EY, ER-Y và EB-Y để tạo ra ba tín hiệu hiệumàu là: ER-Y, EG-Y và EB-Y.

Đặc điểm của hệ truyền hình màu PAL:

- Ưu điểm: + Có méo pha nhỏ hơn hệ NTSC

+ Không có hiện tương xuyên lẫn màu

+ Thuận tiện cho việc ghi băng hình

- Nhược điểm: Máy thu hình phức tạp vì cần dây trễ 64s có chất lượngcao và kết hợp với truyền hình đen trắng kém hơn hệ NTSC

1.3.5.3 Hệ truyền hình màu SECAM

Sơ đồ khối phía phát

Hình 1.17: Sơ đồ khối phía phát hệ SECAM

 Tín hiệu màu

Tín hiệu chói E' Y = 0,3E ' R + 0,59E ' G + 0,11E '

BHai tín hiệu hiệu màu: D' R = -1,9ER-Y

D' B = 1,5EB-YHai tín hiệu hiệu màu này có băng tần bằng 1,3MHz được tuyền lần lượttrên hai sóng mang có tần số trung tâm là: fOR = 4,406MHz, fOB = 4,25MHz

Các tín hiệu màu được làm méo tần thấp và méo tần cao:

Làm méo tần thấp: khuếch đại tín hiệu màu mạnh lên hẳn ở phía tần sốcao trước khi đưa vào điều tần để tăng tính chống nhiễu của hệ thống

Làm méo tần cao: làm cho biên độ tín hiệu màu càng tăng khi tần số tứcthời càng lệch xa tần số trung gian Dùng mạch cộng hưởng dạng chuông ngửa ởphía phát và dạng chuông sấp ở phía thu

 Tín hiệu đồng bộ màu

Đồng bộ màu theo mành: là tín hiệu điều tần có tần số thay đổi đối với cácxung có cực tính dương tần số biến đổi từ 4,406 đến 4,756MHz và cực tính âmtần số biến đổi từ 4,25 đến 3,9MHz

Xung đồng bộ màu theo dòng: gồm 1 số chu kỳ dao động điều hoà đượcxếp ở sườn sau xung xoá dòng, kết thúc khi truyền tín hiệu hiệu màu D' R, D ' B.

Mã hoá và giải mã tín hiệu màu hệ SECAM

 Mã hoá tín hiệu màu hệ SECAM

Hình 1.18: Sơ đồ khối mã hoá màu hệ SECAM

Các tín hiệu ER, EG, EB qua mạch ma trận tạo ra tín hiệu EY và 2 tín hiệuhiệu màu Hai tín hiệu hiệu màu qua bộ tiền nhấn đưa vào bộ điều chế tần số

Bộ cộng tổng hợp tín hiệu chói, sóng mang màu điều tần và tín hiệu đồng

bộ tạo thành tín hiệu tổng hợp EM

 Giải mã tín hiệu màu SECAM

Hình 1.19: Sơ đồ khối giải mã màu hệ SECAM

Tín hiệu EM qua bộ trễ và bộ bẫy sóng mang phụ làm suy giảm tại tần số4,25MHz và 4,4MHz để thu tín hiệu chói

Sóng mang phụ qua dây trễ là DR, không qua dây trễ là DB Bộ đảo mạchdùng để chuyển các tín hiệu màu lần lượt, lẫn lộn thành các tín hiệu màu đồngthời và riêng biệt

Đặc điểm của hệ truyền hình màu SECAM

-Ưu điểm: Tính chống nhiễu cao và tăng tính tương hợp

-Nhược điểm: Máy thu hình phức tạp vì cần dây trễ có chất lượng cao và

bộ tiền nhấn tần thấp, tiền nhấn tần cao

1.4 Kết luận chương

Chương 1 đã đi giới thiệu về truyền hình tương tự, nêu ra hệ thống truyềnhình tương tự gồm có truyền hình đen trắng và truyền hình màu Đồng thời đưa

ra một số kỹ thuật trong truyền hình đen trắng

Các hệ truyền hình màu gồm : NTSC, PAL, SECAM

CHƯƠNG 2: TRUYỀN HÌNH SỐ

2.1 Hệ thống truyền hình số

2.1.1 Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống truyền hình số

Hình 2.1: Sơđồ cấu trúc khối tổng quát hệ thống truyền hình số

Bộ biến đổi A/D: tín hiệu hình tương tự sẽ được biến đổi thành tín hiệutruyền hình số, các tham số vàđặc trưng của tín hiệu này được xác định từ hệthống truyền hình được lựa chọn

Tín hiệu truyền hình số được đưa tới thiết bị phát Sau đó qua kênh thôngtin, tín hiệu này đưa đến thiết bị thu, cấu tạo từ thiết bị biến đổi ngược lại với quátrình xử lí tại phía phát

Giải mã tín hiệu truyền hình số: Thực hiện biến đổi tín hiệu truyền hình sốthành tín hiệu truyền hình tương tự Hệ thống truyền hình số sẽ trực tiếp xác địnhcấu trúc mã hoá và giải mã tín hiệu truyền hình

Mã hoá kênh: Đảm bảo chống các sai sót cho tín hiệu trong kênh thôngtin Thiết bị mã hoá kênh phối hợp đặc tính của tín hiệu số với kênh thông tin.Khi tín hiệu truyền hình sốđược truyền đi theo kênh thông tin, các thiết bị trênđược gọi là bộ điều chế và giải điều chế

2.1.2 Quá trình biến đổi tương tự - số (biến đổi AD)

Thực chất, quá trình này là quá trình biến đổi tín hiệu truyền hình từ dạngtương tự sang dạng số Kĩ thuật PCM mà ta đã nghiên cứu, được áp dụng trong

quá trình này Nó bao gồm các khâu liên tiếp là: Lọc thông thấp lấy mẫu lượng tử hóa và mã hoá

-Đối với tín hiệu video tổng hợp, tín hiệu tương tự được lấy mẫu với tần sốlấy mẫu bằng 4 lần tần số sóng mang phụ màu (4fsc) Nó có ưu điểm về dải tầnnhưng có nhược điểm là: Hiện tượng can nhiễu chói, màu, gây khó khăn trongviệc xử lí, tạo kĩ xảo truyền hình

Đối với tín hiệu video thành phần (EB - EY, ER - EY, EY), quá trình chuyểnđổi các tín hiệu màu được quy định theo tiêu chuẩn CCIR 601 Nó cho ta dòng số

có tốc độ cao hơn tín hiệu số tổng hợp và nó cóưu điểm là xử lí dễ dàng các chứcnăng ghi, dựng, tạo kĩ xảo và chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng bởi cannhiễu chói, màu Mặt khác, do sự phát triển của công nghệ điện tử, nên cho phéptruyền toàn bộ chuỗi số liệu video số thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫnduy nhất mà hông bị nhiễu kí sinh, không méo, tỉ số S/N cao và có thể cài đặt tínhiệu audio trong chuỗi tín hiệu video số

Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi tương tự sang số được minh hoạ trên

đó, mạch lọc phải làm suy giảm mạnh tín hiệu ngoài băng tần (45dB), có đặctrưng biên độ đều và đặc trưng tuyến tính về pha trong băng tần tín hiệu cần lấymẫu, đồng thời cần cóđặc tuyến thích hợp cho băng tần tín hiệu có ích

Mạch tạo xung đồng hồ và lấy mẫu.

Mạch tạo xung dùng để lấy mẫu và đồng bộ tất cả các khâu trong mạchADC Nó tạo ra hai loại xung sau đây:

+ Xung lấy mẫu được tạo từ tần số lấy mẫu fsa (đồng bộ với tần số dòng)

Thời gian xung lấy mẫu bằng

sẽ bằng tần số lấy mẫu fsa, còn theo nguyên tắc mạch nối tiếp thì tần số này sẽbằng nfsa (n - số bit)

Mạch lấy mẫu.

Mạch này có hai nhiệm vụ:

+ Lấy mẫu tín hiệu tương tự tại những điểm khác nhau và cách đều nhau(dời rạc hoá tín hiệu về mặt thời gian)

+ Giữ cho biên độ điện áp tại các thời điểm lấy mẫu không đổi trong quátrình chuyển đổi tiếp theo (nghĩa là trong quá trình lượng tử hoá và mã hoá)

Mạch lượng tử hoá

Tín hiệu ra mạch lấy mẫu được đưa đến mạch lương tử hoá để thực

hiện làm tròn với độ chính xác 

Q

2 Mạch lượng tử hoá làm nhiệm vụ rời rạchoá tín hiệu tương tự về mặt biên độ Như vậy nhờ quá trình lượng tử hoá một tínhiệu tương tự bất kỳ đều được biểu diễn bởi số nguyên lần mức lượng tử, nghĩa là:

Trong đó: XAi - tín hiệu tương tự ở thời điểm i (2.1)

ZDi - tín hiệu số ở thời điểm i

Q - mức lượng tử;

Int(intege r) - phần nguyên.

Trong phép chia theo biểu thức (2.1) chỉ lấy phần nguyên của kết quả,phần dư còn lại (không chia hết cho Q) chính là sai số lượng tử hoá Vậy quátrình lượng tử hoá thực chất là quá trình làm tròn số Lương tử hoá được thựchiện theo nguyên tắc so sánh Tín hiệu cần chuyển đổi được so sánh với một loạtcác đơn vị chuẩn Q

 Mạch mã hoá

Sau mạch lượng tử hoá là mạch mã hoá Trong mạch mã hoá, kết quảlượng tử hoá được sắp xếp lại theo một quy luật nhất định phụ thuộc vào loại mãhoá yêu cầu trên đầu ra bộ chuyển đổi

Trong nhiều loại ADC, quá trình lượng tử hoá và mã hoá xẩy ra đồng thời,lúc đó không thể tách rời hai quá trình đó Phép lượng tử hoá và phép mã hoáđược gọi chung là phép biến đổi AD

2.1.3 Quá trình chuyển đổi số – tương tự

Quá trình chuyển đổi số – tương tự là quá trình tìm lại tín hiệu tương tự đãđược lấy mẫu Ta có sơ đồ nguyên lí sau:

Hình 2.3: Sơ đồ biến đổi số - tương tự

Mạch cơ bản DAC bao gồm:

Mạch số: Có nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số đầu vào

Mạch giải mã số – tương tự: Có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số thành tínhiệu rời rạc tương ứng dưới dạng các xung có biên độ thay đổi Đồ thị thời giancủa tín hiệu ra của mạch này như sau:

Hình 2.4: Đồ thị thời gian của tín hiệu ra mạch chuyển đổi

Mạch lấy mẫu thứ cấp: Có nhiệm vụ khử nhiễu (xuất hiện do chuyểnmạch nhanh ở đầu ra mạch giải mã số – tương tự )

Mạch lọc thông thấp: Có nhiệm vụ tách băng tần cơ bản của tín hiệu lấymẫu Nó đóng vai trò như một bộ nội suy, ở đây tín hiệu tương tự biến thiên liêntục theo thời gian là tín hiệu nội suy của tín hiệu rời rạc theo thời gian Um

Khuếch đại tín hiệu video ra:

-Trong thực tế, mạch giải mã số – tương tự thường làm việc bằng cáchcộng điện áp hoặc dòng Mạch giải mã đặc trưng bao gồm:

+ Nguồn điện áp hoặc dòng chuẩn

+ Mạng điện trở thích hợp

+ Chuyển mạch chuyển đổi trong các thời khắc thích hợp với độ chính xáccao về điện áp hoặc dòng chuẩn ở đầu vào mạng điện trở Tốc độ làm việc của nóphải giống tốc độ làm việc của mạch mã hoá

2.2 Chuyển đổi số đối với tín hiệu video

2.2.1 Quá trình số hoá tín hiệu video tổng hợp

Thực nghiệm đã chứng tỏ rằng: Việc lấy mẫu tín hiệu video tổng hợp vớitần số lấy mẫu có giá trị nFsc là có hiệu quả hơn cả Theo định lí lấy mẫu, tần sốlấy mẫu phải lớn hơn hoặc bằng hai lần tần số cực đại của tín hiệu Nên người talấy mẫu tín hiệu video tổng hợp tại tần số bằng 4 lần tần số sóng mang phụ màu(4fsc)

Đối với tín hiệu video tổng hợp, các pixel được lượng tử hoá 8 hay 10 bít

Do chất lương của tín hiệu này thấp nên tín hiệu này ít được sử dụng Thay vào

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Điểm lấy mẫu của tín hiệu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu của tín hiệu màulam CB

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Điểm lấy mẫu của tín hiệu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu của tín hiệu màulam CB

đó là việc chuyển đổi A/D theo khuyến cáo của CCIR 601 đối với tín hiệu videothành phần

2.2.2 Các tiêu chuẩn lấy mẫu

Có nhiều tiêu chuẩn lấy mẫu tín hiệu video thành phần, điểm khác nhauchủ yếu ở tỉ lệ giữa tần số lấy mẫu và phương pháp lấy mẫu tín hiệu chói và tínhiệu hiệu màu, trong đó bao gồm các tiêu chuẩn sau:

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Điểm lấy mẫu của tín hiệu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu của tín hiệu màulam CB

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Điểm lấy mẫu của tín hiệu màu đỏ CR Điểm lấy mẫu của tín hiệu màulam CB

Điểm đầu lấy toàn bộ 3 tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu

Điểm kế tiếp chỉ lấy tín hiệu chói, còn 2 tín hiệu hiệu màu không lấy mẫu.Khi giải mã, tín hiệu màu suy ra từ màu của điểm ảnh trước đó

Điểm sau đó lại lấy mẫu tất cả 3 tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu

Tiêu chuẩn 4:2:0

Hình 2.7: Tiêu chuẩn 4 : 2 : 0

Tín hiệu chói được lấy mẫu tại tất cả các điểm ảnh của của dòng, còn tínhiệu màu thì cứ cách một điểm sẽ lấy mẫu cho một tín hiệu màu Tín hiệu màuđược lấy xen kẽ theo dòng, nếu hàng chẵn lấy cho tín hiệu màu CR thì hàng lẻ lấymẫu cho tín hiệu màu CB

Tiêu chuẩn 4:1:1

Hình 2.8: Tiêu chuẩn 4 : 1 : 1

Trong điểm ảnh ban đầu, lấy mẫu đủ 3 tín hiệu chói và tín hiệu hiệu màu

Ba điểm ảnh tiếp theo, chỉ lấy tín hiệu chói, không lấy mẫu tín hiệu hiệu màu, khigiải mã, 3 điểm ảnh sau phải suy ra từ điểm ảnh đầu

2.2.3 Số hoá tín hiệu video thành phần ( Compoment Signal )

Nếu như tín hiệu vi deo số tổng hợp tần số lấy mẫu thường có mối quan

hệ với tần số sóng mang màu và tần số dòng thì với tín hiệu video thành phần ,tần số lấy mẫu lại thường được biểu diễn thông qua tỷ lệ giữa tần số lấy mẫu tínhiệu chói và tần số lấy mẫu các tín hiệu mầu

Tiêu chuẩn 14:7:7 là tỉ lệ lấy mẫu, ở đó tần số lấy mẫu ứng với tín hiệuchói là 14MHz và đối với hai tín hiệu màu là 7MHz

Hệ thống dùng tiêu chuẩn 14:7:7 (fs =14MHz đối với tín hiệu chói và fs =

7 MHz đối với 2 tín hiệu hiệu màu) với 8 bít / mẫu sẽ cho tốc độ bít là 224 Mbps

Hệ thống dùng tiêu chuẩn 4:2:2 tức là tỉ lệ tần số lấy mẫu của các tín hiệuvideo thành phần là Y/ Cb/ Cr = 4/2/2 Theo quy định các tần số lấy mẫu tươngứng với các tín hiệu thành phần = (với cấu trúc lấy mẫu trực giao)

Tín hiệu chói Y = 13,5 MHz

Tín hiệu hiệu màu G = 6,75MHz

Tín hiệu hiệu màu Cb = 6,75MHz

Điều đặc biệt ởđây là giá trị 13,5 MHz là một số nguyên lần tần số dòngcho cả hai hệ dùng chuẩn 525 và 625 dòng

13,5 MHz = 864 x fH với tiêu chuẩn 625 dòng fH = 15625 Hz

13,5 MHz = 858 x fH với tiêu chuẩn 525 dòng fH = 15725 Hz

Tần số lấy mẫu quyết định bề rộng tối đa của dải phổ của tín hiệu TheoShanon và Nyquist, tần số lấy mẫu tối thiểu gần phải bằng 2 lần tần số cao nhấtcủa tín hiệu Như vậy với tần số lấy mẫu như trên, bề rộng dải phổ của các tínhiệu thành phần theo lý thuyết sẽ bằng 6,75 MHz đối với tín hiệu chói và 3,5MHz đối với tín hiệu màu

Video số thành phần được coi là phương pháp số hóa sử dụng hiện tạicũng như trong tương lai tại các studio hoàn toàn số Tín hiệu video thành phần

có thể dễ dàng được xử lý, ghi, dựng thực hiện các công việc hậu kỳ tại cácstudio, nó loại bỏ được những khiếm khuyết do sóng mang màu trong tín hiệuvideo tổng hợp tương tự gây nên

Tần số lấy mẫu như đã trình bày ở trên, ngoài yêu cầu có giá trị trongkhoảng từ 12MHz đến 14 MHz, là bội số của tần số dòng fH, còn phải đạt điềukiện là tần số lấy mẫu chung cho cả hai tiêu chuẩn truyền hình 525 và 625 dòng

để có thể tiến tới một tiêu chuẩn video số chung cho toàn thế giới, loại bỏ nhữngphiền phức gây nên bởi tình trạng đa hệ trong truyền hình tương tự

2.2.4 Lượng tử hoá tín hiệu video thành phần

Có 4 thông số quy định về lượng tử hoá tín hiệu video thành phần là :

- Khoảng bảo vệ

- Số bít tương ứng của mỗi mẫu

- Mức danh định

- Mã "Cấm"

Hình 2.9: Mức lượng tử tín hiệu hiện màu trong trường hợp số hoá 8 bit.

2.3 Nén tín hiệu truyền hình số

2.3.1 Sự cần thiết phải nén tín hiệu

Trong tất cả các dạng tín hiệu thì tín hiệu truyền hình chiếm dải tần lớnnhất cho một kênh thông tin Trong studio, truyền tín hiệu bằng cáp, rắc nối chấtlượng cao và với khoảng cách ngắn có thể thực hiện mà không cần nén Song sẽrất khó khăn, thậm chí không thể thực hiện được việc truyền dẫn tín hiệu video

số qua vệ tinh với độ rộng dải tần một kênh là 27 MHz hoặc qua hệ thống truyềnhình quảng bá trên mặt đất với tiêu chuẩn 7 đến 8 Mhz cho một kênh tiêu chuẩn

Do đó nén tín hiệu video là một công đoạn không thể thiếu để khắc phục đượcnhững khó khăn trên.

Nén là một quá trình trong đó, lượng số liệu biểu diễn lượng thông tin củamột ảnh hoặc nhiều ảnh được giảm bớt bằng cách loại bỏ những dữ liệu dư thừatrong tín hiệu video Mà việc khôi phục ảnh ban đầu là hoàn toàn có thể thựchiện được

Xử lí tín hiệu audio - video số có ưu điểm là chất lượng cao về hình ảnh

và âm thanh Nhưng nhược điểm là nó thực hiện một số lượng lớn các file dữ liệutrong ghi, tính toán và các ứng dụng truyền dẫn, tốc độ bít của tín hiệu video saukhi số hoá là rất cao.Với tốc độ bít cao và băng thông rộng, nếu không thực thiquá trình nén tín hiệu video số thì sẽ không thích hợp cho các ứng dụng xử lí ảnhvới giá thành thấp, chất lượng cao Giải pháp nén sẽ cho phép người sử dụng lựachọn một trong các phạm vi thay đổi các thông số lấy mẫu và các tỉ số nén, cácliên kết thích hợp nhất cho các mục đích sử dụng Việc nén tín hiệu sẽ cho phépthay thế tất cả các giải pháp tương tự về tốc độ dòng, mành để thay thế cho tất cảcác hệ SECAM, NTSC, PAL bằng HDTV băng rộng

Mặt khác, tín hiệu hình ảnh có những tính chất đặc biệt như sự trùng lặpảnh, nền, khả măng dự báo trước được gọi là những thông tin dư thừa mà nếukhông truyền nó đi, bên thu vẫn khôi phục được ảnh Do đó, phải loại bỏ nhữngthông tin dư thừa này đi Nhờ đó mà làm giảm được tốc độ bít, tức giảm băngthông tín hiệu truyền hình số

2.3.2.Các loại dư thừa dữ liệu

Dư thừa mã

Nếu như các tín hiệu video được mã hoá bằng các kí hiệu nhiều hơn cầnthiết thì kết quả có độ dư thừa mã Giải pháp là phải dùng mã có độ dài thay đổiđược theo nguyên tắc: Lượng thông tin có xác suất cao sẽ được mã hoá bằng ítbít hơn lượng thông tin có xác suất thấp

Dư thừa thống kê

Gần như tất cả các ảnh đều chứa một lượng lớn các giá trị dữ liệu thôngtin giống nhau Do đó có các thông tin dư thừa trong một dòng dữ liệu, nó đượcchia thành hai loại là :

+ Dư thừa không gian: Là sự dư thừa dữ liệu tồn tại trong các vùng rộng củacùng một ảnh, hay các điểm ảnh kề nhau trong cùng một mành có cùng nội dung.+ Dư thừa thời gian: Là sự dư thừa tồn tại giữa một chuỗi các ảnh hay cácđiểm ảnh có cùng vị trí ở các mành kề nhau rất giống nhau

Dư thừa tâm sinh lí

Giá trị các mẫu trong cùng một ảnh được hệ thống mắt người HVS(human visual system) tiếp nhận không đều nhau: Mắt người nhạy cảm hơn vớicác thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm hơn đối với các thành phần tần số cao

Hệ thống HVS không thể nhìn thấy một sai số thì sai số này không tác động lênchất lượng thu nhận của các ảnh khôi phục Dẫn đến một số giá trị có thể thay đổihoặc loại bỏ mà không ảnh hưởng gì đến chất lượng hình ảnh

2.3.3 Lí thuyết thông tin -Entropy

Lượng thông tin chứa đựng trong một hình ảnh tỉ lệ nghịch với khả năngxuất hiện của hình ảnh Sự kiện hay xảy ra sẽ chứa ít thông tin hơn sự kiện ít xảy

ra Đối với hình ảnh, lượng thông tin của một hình ảnh bằng tổng số lượng thôngtin của từng phần tử ảnh

Lượng thông tin của từng của từng phần tử ảnh được định nghĩa là logarit

cơ số 2 của nghịch đảo xác suất xuất hiện của từng phần tử ảnh đó

I(xi) = log2(1/P(xi)) = -log2P(xi)Với : I(xi) là lượng thông tin của từng phần tử ảnh xi

P(xi) là xác suất xuất hiện của từng phần tử ảnh xiBiết được lượng thông tin của từng phần tử ảnh là chưa đủ, còn cần phảibiết lượng thông tin bình quân của tập hợp các phần tử ảnh của hình ảnh Lượngtin tức bình quân này gọi là Entropy (H(xi))

H(xi) =  I(xi).P(xi) = -P(xi).log2P(xi)