LUẬN VĂN VIỄN THÔNG KỸ THUẬT NÉN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ VỚI CÁC TIÊU CHUẨN NÉN JPEG, MPEG

Trờng đại học hàng hải việ t nam Khoa điệ n - điệ n tử tàu biển Bộ môn điệ n tử viễn thông Luận văn tốt nghiệ p Tên ® Ị tµ i : kü tht nÐn tÝ n hiệ u truyền hì nh số với tiêu chuẩn nÐn JPEG , MPEG Mơc lơc Sinh viªn thùc hiƯn : Thái Bình Dơng Lớp : ĐTV 37 ĐH GV hớng dẫn : Th S Lê Quốc Vợng mục lục chơng I :tổng quan kỹ thuật truyền hì nh ⇒ 1.1 C¬ së video t−¬ng tù ⇒ Các hệ truyền hình Chơng II :cơ sở kỹ thuật trun h× nh sè ⇒ 2.1 HƯ thèng trun h×nh số 2.2 Đặc đ iểm truyền hình số 2.3 Các phơng pháp biến đ ổi tín hiệu video 2.4 Tiêu Chuẩn số hoá Tín Hiệu Video Tổng Hợp 2.5 Tiêu chuẩn tín hiệu video nh phần số Chơng III:cơ sở nén tí n hiệ u truyền hì nh số 3.1 Cơ sở nén video số 3.2 Cơ sở nén liệu 3.2.1 Kỹ thuật nén liệu không tổn hao 3.2.2 Kü tht nÐn d÷ liƯu cã tỉn hao ⇒ 3.3 Nén ảnh 3.4 Nén liên ảnh Chơng IV Các tiêu chuẩn nén video 4.1 Tiêu chuẩn JPEG ⇒ 4.2 Tiªu chuÈn MPEG ⇒ 4.3 Tiªu chuÈn MPEG-1 4.4 Tiêu chuẩn MPEG-2 chơng V: mô nÐn tÝ n hiƯ u video digital ⇒ 5.1 C¸c phần mềm nén ảnh JPEG 5.2 Phần mềm nén ảnh tĩnh AI_PICTURE_UTILITY 5.3 Các phần mềm nén ảnh đ ộng MPEG 5.4 Phần mềm nén ảnh đ ộng XingMPEG encoder V2.20 LờI CảM ơn -*** - Trong trình thực tập luận văn " Kỹ thuật nén tín hiệu truyền hình số với tiêu chuẩnJPEG , MPEG ", em đ à nhận đ ợc nhiều ý kiến đ óng góp, giúp đ ỡ hớng dẫn châ n tình từ thầy cô,gia đ ình, anh chị khóa trớc bạn bè, đ ặc biệt thầy cô khoa Điện Điện tử tà u biển trờng Cụ thể thầy lê quốc vợng Chính thầy đ à tạo đ iều kiện nhằ m tạo thuận lợi cho em tìm hiểu, thông suốt lĩnh vực nén tín hiệu số Em xin châ n nh bà y tỏ lòng biết ơn sâ u sắc đ ến tất thầy cô, gia đ ình, anh chị bạn bè Chính nhờ tận tâ m nhiệt nh ngời mà em đ à hoà n nh luận văn nà y Em xin nh thật biết ơn quí thầy cô trờng đ à dạy dỗ em suốt khóa học vừa qua đ ể em có đ ợc kiến thức thực luận văn nà y Em xin Châ n nh cảm ơn Hải phòng Tháng 11- 2001 Sinh viên thực Thái bì nh duơ ng Mở ĐầU Trong thời đ ại bùng nổ thông tin nh nay, vô tuyến truyền hình, truyền hình cáp, truyền hình vệ tinh phận đ óng vai trò quan trọng đ ời sống cá nhâ n giới Truyền hình nói chung đ à đ ang đ áp ứng đ ợc nhiều nhu cầu thiết yếu ngời nh : giải trí, giáo dục, văn hóa, trị, nghệ thuật Cùng với phát triển khoa học kĩ thuật, truyền hình đ à liên tục đ ợc cải tiến từ hệ thồng truyền hình sơ khai,truyền hình đ en trắng, truyền hình mà u với phát triển kĩ thuật số truyền hình số đ ời phổ biến nớc Mĩ, Nhật,v.v Tuy truyền hình đ à trải qua nhiều giai đ oạn phát triển nhng kÕt cÊu tÝn hiƯu vÉn tån t¹i nhiỊu nÐt chung Nhất yêu cầu truyền dẫn, phát, lu trữ liệu, tín hiệu truyền hình từ ảnh đ en trắng, ảnh đ en trắng lồng tiếng, ảnh mà u có lồng tiếng việc quảng bá đ òi hỏi phải ghép tín hiệu nh phần nh tín hiệu kênh Sau đ ó, nhu cầu dịch vụ truyền hình đ a chức năng(multimedia)và tơng tác hai chiều trung tâ m phát hình ngời sử dụng đ òi hỏi đ ộ rộng kênh truyền phải lớn.Nhng yêu cầu đ ộ rộng băng tần cao so với khả sản xuất linh kiện thiết bị ® iƯn tư ngµ y Do ® ã ® ể truyền dẫn đ ợc tín hiệu truyền hình số với khả công nghệ nay,nén số đ à đ ời với đ ịnh dạng nén nh JPEG, MPEG Các vấn đ ề nà y đ ợc đ ề cập luận văn nà y Trong trình thực luận văn, đ ợc gợi ý thầy hớng dẫn, em đ à chọn c ® Ị tµ i:”Kü th t nÐn tÝ n hiƯ u truyền hì nh số với cá tiêu chuẩn nén JPEG ,MPEG Do kiến thức hạn chế thời gian đ ể hoà n nh luận văn có giới hạn nên rằ ng luận văn nà y nhiều thiếu sót, em mong đ ợc góp ý thẳng thắn thầy cô bạn bè Chơng I tổng quan kỹ thuật truyền hì nh 1.1 C¬ së video t−¬ng tù 1.1.1 HƯ thèng truyề n hì nh tơ ng tự camera Hình ảnh cần truyền Máy phát Video Chuyể n Khuếch đ ại đ ổi Xử lý Điều chế Khuyếch đ ại ảnh- Bộ tạo xung quét Tạo sóng mang Tạo đ ồng Máy thu Bộ tách sóng Video Đồng Khuếch đ ại video Bộ tạo xung Cuộn Lái tia ống thu hình H.1.1 Sơ đ khối hệ thống truyền hình ánh sáng từ vật nà o đ ó, vÝ dơ nh− mét ng−êi hay mét vËt thĨ, ® ợc tập trung o kính quang ánh sáng từ kính quang nà y hớng thẳng đ ến lọc mà u (chẳng hạn nh lăng kính).Tại đ â y, ánh sáng bị chia (tách) nh ba mà u bản: đ ỏ (Red: R); xanh lục (Green: G) xanh dơng (Blue: B) Ba mà u nà y đ ợc chuyển nh tín hiệu đ iện nhờ thiết bị chuyển đ ổi ảnh - tín hiệu Tín hiệu mang tin tức hình ảnh gọi tín hiệu hình hay tín hiệu video.Quá trình chuyển đ ổi ảnh quang nh tín hiệu đ iện gọi trình phâ n tích ảnh Các tín hiệu đ iện từ ba mà u đ ợc khuyếch đ ại xử lí tạo tÝn hiƯu chãi (luminance Y) vµ hai tÝn hiƯu mµ u ( R-Y B-Y) mạch ma trận sau đ ó, tín hiệu hiệu mà u đ ợc đ iều chế kết hợp lại với tín hiệu chói đ iều chế( mixer), tạo nh tÝn hiƯu video tỉng hỵp TÝn hiƯu video tỉng hợp nà y, sau đ iều chế, đ ợc kết hợp với tín hiệu audio đ à đ iều chế (đ iều tần hay đ iều biên) nh dạng sóng đ iện truyền đ i theo kênh thông tin sang phía thu phía thu ,tín hiệu hình đ ợc khuyếch đ ại nên mức cần thiÕt råi ® −a ® Õn bé chun ® ỉi tín hiệu - ảnh Bộ chuyển đ ổi nà y chuyển tín hiệu tín hiệu hình nhận đ ợc nh ảnh quang (chuyển đ ổi lợng đ iện nh lợng ánh sáng).Dụng cụ đ ể thực chuyển đ ổi nà y phần tử biến đ ổi đ iện quang hay gọi ống thu hình, Quá trình chuyển đ ổi tín hiệu -ảnh phải hoà n n đ ồng đ ồng pha với trình chuyển đ ổi ảnh tín hiệu ,thì khôi phục đ ợc ảnh quang truyền đ i.Để thực đ ồng đ ồng pha ,trong hệ thống truyền hình phải dùng tạo xung đ ồng bộ.Xung đ ồng ® −ỵc ® −a ® Õn bé chun ® ỉi ảnh - tín hiệu đ ể đ iều khiển trình phâ n tích ảnh ,đ ồng thời đ a đ ến khuyếch đ ại gia công tín hiệu hình truyền sang phía thu.Tín hiệu hình đ à cộng thêm xung đ ồng gọi tín hiệu truyền hình.ở phía thu xung đ ồng đ ợc tách khỏi tín hiệu truyền hình dùng đ ể đ iều khiển trình tổng hợp ảnh (khôi phục ảnh) 1.1.2 PHƯƠNG PHáP TRUYề N Một ảnh hoà n chỉnh đ ợc đ ổi sang tín hiệu đ iện, đ ợc thay đ ổi xuất mà n ảnh có đ ộ sáng tơng đ ơng với đ ộ sáng trung bình n ảnh (H.1.2) Phơng pháp tái tạo nà y phơng pháp quét lần lợt đ iểm Theo phơng pháp nà y, hình ảnh đ ợc chia nhỏ nh phần tử ảnh chúng đ ợc chuyển nh dòng đ iện từ trái sang phải mà n ảnh T Chuyển đ ổi ảnh sang Tín hiệu đ iện H1.2 Sự tái tạo ảnh ảnh gốc ảnh tái tạo Những phần tử ảnh đ ợc phâ n tích với camera thu hình đ ợc xếp lại mà n ảnh đ Ìn tia “Ca-tot”(Cathode-ray tube : CRT) theo ® óng trËt tự tốc đ ộ đ ể tái tạo hình ảnh giống nh hình ảnh bên phần phát Quá trình tạo trật tự tốc đ ộ phâ n tích trùng lặp ảnh đ ợc gọi đ ồng Quá trình chuyển đ ổi phần tử ảnh từ trái sang phải nh tín hiệu đ iện gọi quét ngang, trình hình ảnh di chuyển liên tiếp từ hà ng ngang nà y đ ến hà ng ngang khác từ xuống dới gọi quét dọc Sự chuyển đ ộng hình ảnh đ ợc tạo hai lần quét dọc đ ầu tiên chuyển đ ộng hình ảnh đ ợc tạo lần quét dọc thứ hai có khác chút ít, đ iều nà y m cho ảnh đ ợc tái tạo mà n ảnh nh đ ang chuyển đ ộng Thời gian hình ảnh lu ảnh mắt ngời xem tơng đ ơng 1/16 (s) Do đ ó, hình ảnh đ ợc quét liên tục với tốc đ ộ lớn 1/16 (s) hình ảnh xem nh đ ang chuyển đ ộng liên tục Tuy nhiên, số hình ảnh liên tiếp đ ợc quét nhỏ thay đ ổi đ ộ sáng gâ y tợng nhấp nháy, nên số hình ảnh cần phải lớn Thực tế, số dòng quét ngang ảnh 625 525, số ảnh liên tiếp giâ y 25 30 Tầ n số đ ộ phâ n giải tí n hiệ u video STT Thông số Tiêu chuẩn 625/50 Tiêu chuẩn 525/60 Số dòng/ảnh Số dòng/mà nh Số ảnh /giâ y Số mà nh/giâ y= fv(Hz) Tần số dòng fH/(Hz) 625 312,5 25 2fH/625=50 5x5x5x5(fV/2)=15625 Độ rộng xung xoá mà nh (dòng H) Độ rộng xung xoá ảnh Số dòng tích cực/ảnh Độ phâ n giải theo chiều đ ứngNV/LPH Thời gian dòng (às) Thời gian xoá dòng(às) Thời gian dòng tích cực(às) Số pixel/dòng Thời gian chu kỳ dòng(às) Độ rộng băng tần(MHz) Hệ số đ ộ phâ n giải theo dòng (dòng/MHz) Độ phâ n giải theo dòngNH/LPH Tỉ số đ ộ phâ n giải H/V 25H 525 262,5 29,97 2fH/525=60 5x5x5x7(fV/2)= 15734,5 20H 50H 575 575x0,7=402 40H 485 485x0,7=339 64 12±0,3 52 402x(4/3)=536 T= 52/268=0,194 1/T=5,15 402/515=78 63,555 10,7±0,1 52,85 339x(4/3)=452 T=52,85/226=0,2338 1/f= 4,28 339/4,28=79,2 390 (t¹i 5MHz) 333(t¹i 4,2MHz) 0,97 0,98 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Bảng1.1 1.1.3 Tí n hiệ u video thành phần Các tín hiệu video nh phần đ ợc mà hoá đ ể tạo nh tín hiệu video tổng hợp Cá loại tí n hiệ u video thành phầ n c TÝ n hiƯ u R,G,B ViƯ c t¹o ,phâ n phối xử lý ba tí n hiệ u thành phầ n R,G,B đ ợ thực c hiên với cù đ ộ rộng băng tầ n tí n hiƯ u biĨ u diƠ n mét ba màu sơ ng cấp.Ba tí n hiệ u đ −ỵc CAMERA cung cÊp TÝ n hiƯ u Y,B-Y,R-Y Ba tín hiệu nà y đ ợc hình nh từ mạch ma trận tín hiệu sơ cấp R,G,B.Độ rộng băng tần tín hiệu Y gấp lần đ ộ rộng băng tần tín hiệu hiệu mà u R-Yvà B- Y Tín hiệu chói đ ợc truyền đ i đ ể tơng hợp với hệ truyền hình đ en- trắng đ à tồn trớc đ ó đ ang sử dụng.Các tín hiệu nà y đ ợc mà hoá nh tín hiệu tơng tự theo hệ mà u NTSC,PAL,SECAM,hoặc tín hiệu số(thà nh phần tổng hợp) theo tiêu chuẩn PAL 4fsc ,NTSC 4fsc 100% 88,6% 70,1% 56,2% 41,1% 29,9% 14,1% 0% a)TÝn hiệu nh phần Y 88,6% 58,7% 29,9% 0% -0% -29,9% -58,7% -88,6% b) Tín hiệu nh phần B-Y 70,1%58,9% 11,4% 0% 0% -11,4% 58,9% -70,1% c)TÝn hiƯu thµ nh phần R-Y H.1.3 Tín hiệu chói Yvà hai tín hiệu hiệu mà u đ ợc tạo từ mà u Các tiêu chuẩn quét đ a tiêu chuẩn khác cho tín hiệu sọc mà u.Các mức xung biến đ ổi đ ợc biểu diễn bằ ng phần trăm mức đ ỉnh trắng.Trên hình.1.3 trình tạo tín hiệu nh phần mức phần trăm tơng ứng đ ể tạo nên tín hiệu sọc mà u chuẩn 1.1.4 tÝ n hiƯ u video tỉ ng hỵ p Là tín hiệu chứa thông tin chói ,mà u đ ồng đ ợc phối nghép với (theo tần số ,thời gian ,biên đ ộ )đ ể tạo tín hiệu chung Tất hệ thống truyền hình mà u NTSC,PAL,SECAM có chung số đ ặc trng nh đ ộ tơng hợp ,nghép kênh theo tần số 1.1.5 Sóng vô tuyế n truyề n hì nh Sóng vô tuyến truyền hình tổng hợp sóng video sóng audio Để tránh can nhiễu hai tín hiệu nà y, ngời ta đ iều chế biên đ ộ(AM)với tín hiệu video đ iỊu chÕ tÇn sè (FM) cho tÝn hiƯu audio Trun tải tí n hiệ u video Để truyền tải tín hiệu video dới dạng sóng đ iện, tần số sóng mang cần phải gấp 10 lần tần số lớn tín hiệu video Vì lý nà y, ngời ta dùng sóng mang có tần số thuộc dải VHF hay UHF Tín hiệu đ à đ iều chế có biên đ ộ tần số tín hiệu dới tần số sóng mang nh hình 1.4 Nói cách khác , dÃy tần số tín hiệu đ à đ iều chế lín gÊp hai lÇn d·y tÇn sè cđa tÝn hiƯu video (gọi biên tần) 8,4MHz PC Biên dới Vùng bị xoá 1,25 CC Biên 4,2MHz 6MHz SC PC:sóng mang hình CC:sóng mang mà u SC:sóng mang tiếng H1.4 Hệ thống biên tần cụt NTSC Tuy nhiên, nh phần tín hiệu video tơng tự ë hai biªn nªn cã thĨ nÐn bá mét biên Trong thực tế, biên dới đ ợc nén Tuy nhiên nén bỏ biên dới ảnh hởng đ ến nh phần tín hiệu video có tần số thấp gần với tầ n số sóng mang Do đ ó, dÃy biên tần từ 0-1,25MHz (hoặc 1,75MHz ) biên dới đ ợc truyền tải Tín hiệu nh gọi tín hiệu biên tần cụt (vestigial side-band) đ ợc dùng tất hệ truyền hình Truyền tải tí n hiệ u audio Tín hiệu audio đ ợc đ iều chế đ ể truyền tải với sóng mang theo cách cho biên tần sóng audio không chồng lấp lên biên tần tín hiệu video đ à đ iều chế (H.1.4).Tín hiệu audio đ ợc đ iỊu chÕ tÇn sè víi mét sãng mang cã tÇn số tuỳ thuộc o hệ truyền hình 1.1.6 đ ại lợ màu ng ánh sá màu ng Cùc tÝm TÝm 380 Xanh d−¬ng 430 Cyan 470 500 Lục Và ng 560 Cam 590 650 Đỏ 780 nm Hình 1.5.a ánh sáng mà u ánh sáng tổng hợp sóng đ iện từ có bớc sóng cực ngắn ánh sáng nhận biết đ ợc bëi m¾t ng−êi cã b−íc sãng qu·ng tõ 380- 780 nm Cảm nhận mắt ngời mà u sắc thực có khác biệt bớc sóng ánh sáng (H.1.5.a) Có hai loại mà u thực tế: mà u nguồn phát ánh sáng nh mặt trời, bóng đ èn mà u ánh sáng phản xạ từ vật thể vÝ dơ nh− bøc tranh hay ly bÈn Nh−ng th«ng thờng luận án nà y, nói ® Õn mµ u lµ ® Ị cËp ® Õn mµ u cđa vËt thĨ R Y M B W G C H1.5.b Ba mà u Theo hình 1.5.b, ba vòng tròn đ ỏ R, xanh dơng B xanh lục G có phần chồng lên chỗ chồng lên tạo mà u hỗn hợp R, G B bằ ng cách cộng mà u nà y lại Ngời ta gọi R- G- B ba mà u bản, tõ ba mµ u nµ y ng−êi ta cã thể tạo hầu hết mà u có thùc tÕ R=G=B R+G=Y R+B=M B+G=C R+G+B=W Khi chØ cã R B cộng lại tạo mà u đ ỏ xanh dơng magenta Mà u nà y gần giống nh tím (purple) nhng đ ỏ Khi cộng G B tạo nh hỗn hợp cã mµ u cyan Hay mµ u vµ ng lµ hỗn hợp cộng mà u G R có tỉ lệ gần bằ ng Đặc biệt, file ¶nh kh¸c sang JPEG víi c¸c tû sè nÐn ¶nh rÊt cao Trong nã cã rÊt nhiÒu tû sè nÐn khác lọc tuỳ cho ứng dụng.Phần mềm đ ợc tải đ ịa nh http://members.aol.com/aipict/index.html http:// www.dowload.com 5.2.1 cấu hì nh tèi thiÓ u Windows 95/98/NT/2000 Cã card SVGA display cao Card sound(có thể không có) 5.2.2 giao diên sử dụng Sau cà i đ ặt xong phần mềm đ ể khởi đ ộng phần mềm nà y ta đ a trỏ o biểu tợng phần mềm destop sau đ ó nháy đ úp o H5.1 Giao diện phần mềm khởi đ ộng Phần mềm đ ợc thiết kế dễ sử dụng Các công cụ đ ợc thiết kế nút hoá, ta muốn sử dụng công cụ nà o việc dùng trỏ phím tắt đ ể kích hoạt Hình 5.2 Giao diện đ ặt thông số nén ảnh 1: Là khu vực ảnh nguồn đ ợc nạp o trớc nén 2:Chọn thông số cho lọc (1 đ ến 255) 3: Chọn tỷ lệ nén ảnh(1 đ ến 512)đ â y bớc quan trọng T tõng øng dơng mµ ta chän tû sè nÐn cho phù hợp ,tỷ số nén cà ng cao cho ta lợi mặt dung lợng nhng chất lợng ảnh lại giảm rõ rệt 4:Đâ y vùng hiển thị ¶nh sau nÐn 5: Chän c¸c t chän cho viƯc nÐn 6:Chän bé läc 5.2.3 C« ng dơng cđa phần mề m Xem ảnh Mở file JPEG cực nhanh với EXIF,có thể cấu hình kiểu nà o ta chọn ,hỗ trợ file fax DCX TIFF nhiều trang (với sắc mà u xám) Hỗ trợ đ ịnh dạng nh Photo CD ,PNG,BMP,DIB,PCX,TGA,WMF,EMF.Hỗ trợ scan camera Quản lý file Với bookmark theo kiểu trình duyệt xem lại xử lý hà ng nghìn file delete, copy, paste đ ổi tên Xử lý chuyển đổi định dạng ảnh Mà hoá hà ng nghìn ảnh với chất lợng cao,nén JPEG với nhiều số nén khác nhau,chuyển đ ổi đ ịnh dạng ảnh,giảm sắc đ ộ mà u thay đ ổi kích thớc ảnh hỗ trợ lọc.Với phần mềm nà y cho ta nhiều tỷ số nén khác ( từ đ ến 512) ,trong phần mềm có sử dụng lọc nh standart ,parametric,gaussian đ ể m ảnh nét 5.2.4số liệ u đ ầu vào + Các thông số tỷ số nén lọc ảnh + Các file ảnh có đ ịnh dạng khác nh Photo CD , PCX ,TGA ,WMF , EMF , PNG , BMP , DIB.)từ ổ cứng từ máy camera ,scan 5.2.5 chọn cấu hì nh nén Việc chọn thông số nén có tính chất đ ịnh tới chất lợng ảnh , đ ó đ ể có đ ợc ảnh có chất lợng nh mong muốn ta phải hiểu rõ đ ợc chức tuỳ chọn giới hạn thông số Smooting Đâ y tuỳ chọn đ ể giảm nhỏ nhiễu artifact không mong muốn (ảnh méo dạng hình khối pixel).Việc tăng tỷ số nén đ ặc biệt có hiệu với ảnh có đ ộ nét cao, nhng đ ể m nét ảnh phải chọn đ ợc lọc cho phù hợp đ ợc lợi dung lợng lẫn chất lợng ảnh.Hiệu ứng smooting bị thay đ ổi thông qua việc cấu hình lọc filter.Thực chất trình m nét ảnh (smooting)là việc lựa chọn lọc cho phï hỵp víi tõng øng dơng Bé läc standart Bộ lọc cao nà y cho kết hình ảnh dạng mờ Bộ lọc parametric Nó gièng nh− bé läc Defocus ë c¸c bé läc smooting.Bộ lọc trung bình nà y cho kết hình ảnh dạng nét cao chi tiết mà đ ạt đ uợc lợi mặt nén.Bộ lọc nà y có hiệu việc giảm nhỏ nhiễu artifact đ ợc tạo có tuỳ chọn lấy mẫu băng (subsamble) Bộ lọc gausian Bộ lọc nà y dùng đ ể ngăn chặn tợng chồng phổ hình ảnh.Nó có hiệu việc lu giữ đ oạn văn đ ờng kẻ ảnh với mức đ ộ nén trung bình Ngoà i lọc sử dụng trình nén ảnh Trong phần mềm có lọc đ ặc biệt sử dụng cho việc m mịn ảnh sửa lỗi mà u ảnh sau nén trớc nén.Các lọc đ ó : Clear Đâ y lọc đ ợc sử dụng đ ể m mịn n chi tiết ảnh.Việc đ ặt thông số lọc đ ể xác đ ịnh chi tiết ảnh (pixel) đ ợc giữ lại.Bộ lọc nà y giảm nhỏ khuyết đ iểm ảnh Gaussian Dùng đ ể ngăn chặn tợng chồng phổ dẫn đ ến nhiễu artifact.Mỗi phần tử ảnh đ ợc so sánh đ ối lập với phần tử ảnh bên cạnh đ ợc thay bằ ng mức trung bình phần tử ảnh bên cạnh (mức thay nà y đ ợc đ ặt ngời sử dụng)bộ lọc nà y đ ợc ứng dụng việc lu đ oạn văn ,và đ ờng kẻ ảnh Deforcus Hiệu tinh tế giống nh việc thay đ ổi tiêu ® iĨm cđa thÊu kÝnh camera Delace Lµ bé läc lọc đ ợc nhiẽu artifrract (ảnh méo dạng pixel) đ ợc tạo trình thu h×nh Despeckle Bé läc dïng viƯc läc bá nhiễu nhng ảnh bị mờ đ i møc nhá nhÊt Enrich Lµ bé läc nhÊt lµ m tăng thêm tính đ a dạng mà u việc sử dụng trình m mịn n ảnh (smooting)bộ lọc nà y tuỳ chọn,mọi thông số đ ều đ ợc mặc đ ịnh tuỳ chọn khác ã Progressive Tuỳ chọn nà y dùng cho việc mà hoá đ ờng quýet lại thµ nh hiƯu øng chun tiÕp.T chän nµ y sÏ m cho chất lợng ảnh tăng lên đ kể.Tỷ lệ nén tăng giảm phụ thuộc o cách ta cấu hình thông số cà i đ ặt,và thông số khác ã Subsample( lấy mẫu băng con) Tuỳ chọn nà y đ ể giảm số mẫu tín hiệu mà u ,giảm đ ộ trung thùc cđa mµ u.T chän nµ y chØ øng dụng trờng hợp ảnh không cần đ ộ nét cao ã Optimize coding Tuỳ chọn nà y thiết lập bảng mà hoá entropy (đ â y bớc quan trong việc đ ịnh tỷ số nén chất lợng ảnh)mà không m giảm chất lợng ảnh ã Hight accuracy Là tuỳ chọn đ ể ảnh có đ ợc đ ộ xác cao Tuỳ chọn nà y áp dụng việc tính toán đ iểm thay đ ổi(đ ộ chênh lệch đ iểm ảnh trớc đ iểm ảnh sau bằ ng mà hoá DPCM)đ ể tăng chất lợng hình ảnh tỷ số nén Tất tuỳ chọn đ ều đ −ỵc thiÕt kÕ theo giao diƯn dƠ sư dơng Khi cần chọn tuỳ chọn nà o cần đ ánh dấu chọn o tuỳ chọn đ ó Trong phần mềm nhiều tuỳ chọn khác nhiên khuôn khổ đ ề tà i có hạn nên ta xét ứng dụng phục vụ cho việc nén ảnh JPEG 5.2.6 cách sử dụng phần mề m Bớc 1: ảnh nguồn(input) đợc nạp vào phần mềm Chọn open từ menu file, chon file cần m việc bên phải khung chọn ảnh có chức xem truớc ảnh cần chọn (H5.3) Hình 5.3 Giao diện mở file ảnh Bớc 2: Đặt thông số nén ảnh Đa trỏ o nút tools sau đ ó di chuyển đ ến JPEG chọn compress ấn phím tắt ctrl +J.Sau đ ó lựa chọn thông số nén ¶nh(tû lƯ nÐn , béläc) B−íc 3: KÕt thóc qu¸ trình nén ảnh ấn nút test Bớc 4:Kiểm tra kết thu đợc Di chuyển trợt khung (3),(4) nh hình 5.4 đ ể so sánh ảnh gốc ảnh nhận đ ợc 5.2.7 ứng dụng phần mề m việ c nén ảnh JPEG Để hiểu rõ công dụng chuẩn nén JPEG ,ta sử dụng phần mềm nà y đ ể thực nén ảnh có dung lợng gốc 901KB tên file nà y anhgoc.bmp Các bớc thực Bớc 1: Nạp file anhgoc.bmp o phần mềm Bớc 2: Thiết lập thông số , chọn lọc đ ể xử lý ảnh.Cụ thể ta chọn tuỳ chọn Progressive,Optimize coding, hight accuracy.Để m nét ảnh ta sư dơng bé läc standart Th«ng sè cho bé läc lµ 10,vµ nÐn lµ 100 ♦ Sau thùc xong bớc ta bắt đ ầu thực trình nén ảnh.Kết ảnh nhận đ ợc ảnh có tên anhra.jpeg đ ộ nét có giảm đ ôi chút xong chấp nhận đ ợc mặt dung lợng ảnh giảm rõ rệt từ 901KB 28KB đ ạt tỉ lệ nén 32,21 :1(H5.4) ảnh gốc ảnh nén JPEG H5.4 Giao diÖn sau nÐn Nh− vËy ta thÊy rằ ng tác dụng nén ảnh JPEG vô to lớn Việc giảm đ ợc dung lợng ảnh gốc mà chất lợng ảnh không giảm bao nên ảnh đ ợc truyền đ i kênh truyền có dung lợng không cần lớn mà đ ạt đ ơc chất lợng cao 5.3 Các phần mềm nén ảnh động MPEG 5.3.1 phần mề m Power VCR II Chức Power VCR II đ ợc thiÕt kÕ ® Ĩ ghi video thêi gian thùc trùc tiếp từ card TV turne ,đ ầu máy VCR,các máy quay phim camcoder,DV camcoder,đ ầu máy LD hay PC camera.Nó nghi lại chơng trình tivi hay băng video chuyển chúng nh file video kỹ thuật số MPEG-1 ,MPEG-2 Yêu cầu hệ thống ♦ Dïng Win 98 ,2000,víi microsoft directX media 6.0 trë nªn ♦ Pentium II 350 trë nªn cã Ýt nhÊt 64 MB RAM cho viÖc ghi MPEG-1 thêi gian thùc.Pentium III 650 hay Athlon 650 trë nªn víi Ýt nhÊt lµ 64 MB RAM cho viƯc ghi theo chn MPEG-2 thêi gian thùc ♦ NÕu dïng cho viÖc ghi liệu từ chơng trình tivi cần phải có card TV tuner 5.3.2 phần mề m Win VCR Đâ y phần mềm dùng đ ể chuyển đ ổi trực tiếp nh file MPEG-1 từ tín hiệu audio/video thu từ loại TV Card(Video Capture ,TV tuner).Chất lợng 30 khung/giâ y.Có trình xem multimedia riêng.Hỗ trợ hệ PAL NTSC Nếu đ ang dùng card TV tuner cã c¶ ngâ AV – In ,ta dùng đ ầu video chiếu băng video đ ể chuyển nh file MPEG tạo đ ĩa Video CD Bản nà y ghi nh đ ịnh dạng MPEG-2 (chuẩn DVD) Các đặc điểm chất lợng kỹ thuật Mà hoá thời gian thực đ ối với chuẩn MPEG-1 MPEG-2 Hỗ trợ VCD:352 x 240pixel(NTSC)hay 352 x 288 (PAL/SECAM) ♦ Tèc ® é khung hình 25 khung /giâ y(PAL/SECAM)29,97 khung/giâ y(NTSC) Tốc đ ộ bit 1410 Kbit/s(VCD) Yêu cầu hệ thống Để ghi file MPEG cần phải có RAM 64 (nên dùng RAM 128)và CPU Intel(Celerpn,Pentium II vµ Pentium III)hay AMD (K6 vµ K7) cã tèc đ ộ từ 350 MHz trở nên(riêng Celeron phải từ 400 MHz trở nên 5.3.3 phần mề m DVMPEG 5.01 Đặc điểm phần mềm Đâ y phần mềm mà hoá MPEG tích hợp o phần mềm sản xuất hoạt hình biên tập video có Có khả nén MPEG-1,MPEG-2 Có thể sản xuất file MPEG tơng thích Video CD DVD Hoạt đ ộng chất lợng nén cao theo chuẩn công nghiệp Hình nh thiết đ ặt nén riêng đ ể bổ xung cho thiết đ ặt tiêu chuẩn Có thể nén theo lô phải m việc với số lợng lớn file Tơng thích với tất version hệ đ iều hà nh Windows 5.3.4 phần mề m XingMpeg Encoder Đâ y phần mềm chuyên dụng cho việc nén file MPEG.Dung lợng sau mà hoá MPEG nhỏ file gốc nhiều Chi tiết phần mềm đ ợc trình bà y phần 5.3.5 phần mề m panasonic MPEG1 Encoder 2.51 Đặc điểm phần mềm Chuyển đ ổi file DAT nh file video theo chuẩn MPEG-1 có chất lợng â m hình ảnh tuyệt hảo mà dùng máy tính.Có nhiều lọc đ ể nâ ng cao chất lợng file nén.Ta tuỳ chọn tốc đ é nÐn Víi tèc ® é nÐn nhanh cho chÊt lợng ảnh bình thờng với tốc đ ộ nén chậm cho chất lợng MPEG tuyệt vời Các đặc tính kỹ thuật Nén liệu video có đ ộ phâ n gi¶i cao tíi 1024 x 1024 pixel Cã ba tuỳ chọn với chức ma trận lợng tử cho dạng hình ảnh natural image,MPEG standart , CG/Cartoon Có nhiều lọc cải thiện chất lợng hình ảnh đ ầu o nh noise reduction (giảm nhiễu đ ể nâ ng cao chất lợng hình ảnh input)Smooting Video Filter (cải thiện chất lợng ình ảnh MPEG tạo ra) Tốc đ ộ nén liệu rộng ,từ 600K tới 15Mbps ♦ HiÖu chØnh gamma cho MPEG Data dïng cho máy vi tính hay mà n hình tivi Hình thµ nh file MPEG cã tû lƯ frame thÊp 10frame/s ,tuy không phù hợp tiêu chuẩn MPEG-1 (29,97 frame/s),nhng lại xem với phần mềm MPEG Player Trong tất phần mềm nén MPEG ,phần mềmXing MPEG encoder có khả nén mạnh ,và giao diện thiết kế dễ sử dụng ,có khả mô sát theo lý thuyết cách xác nhất.Có thể đ áp ứng đ ợc thông số mong muốn.Đó lý em chọn phần mềm nà y cho việc mô chuẩn nén ảnh đ ộng MPEG.Để hiểu rõ phần mềm nà y ta áp dụng o việc nén file MPEG nhng trớc tiên tìm hiểu đ ặc đ iểm 5.4 phần mềm nén ảnh động XingMPEG encoder V2.20 Đâ y phần mềm chuyên dùng đ ể mà hoá file video đ ộng audio chuẩn MPEG.Cho chất lợng hình ảnh cao , mà dung lợng thấp so với dạng video khác.Phần mềm đ ợc tải xuống từ đ ịa http://www.xingtech.com/ 5.4.1 cÊu h× nh tèi thiĨ u Win 95/98/NT/200 Card SVGA display cao Card sound 5.4.2 Giao diệ n phần mề m Phần mềm đ ợc thiết kế theo giao diện đ ơn giản ,dễ sử dụng, H5.5 Giao diên phần mềm XingMPEG Encoder 1:Nút bắt đ ầu trình mà hoá Sau thực xong việc cà i đ ặt thông số cho file video ấn nút nà y đ ể bắt đ ầu trình mà hoá 2:Hiển thị công việc đ à chọn 3:Trạng thái công việc 4: Tạo công việc 5:Đặt thông số cho công việc 6:Xoá công việc 7:Hiển thị trình mà hoá thời 8:Các nút dùng cho việc kiểm tra chất lợng cuả file sau mà hoá 9:Mà n hình hiển thị file sau đ ợc mà hoá 5.4.3 ứng dụng phần mỊ m ♦ ♦ ♦ ♦ BiÕn dỉi file video avi nh file audiohoặc video MPEG Biến đ ổi file.wav nh file audio MPEG Tạo file MPEG dùng cho việc tải internet Mà hoá lại file MPEG có đ uôi mở rộng mpa ,mp3 (audio) mpv ,mpg(video) 5.4.4 số liệ u đ ầu vào Các file video có đuôi mở rộng sau (.avi) Video for Windows (.mov)Apple QuickTime (.jpg)Joint Photographics Experts Group (.pcd)Kodak PhotoCD (.bmp)Microsoft Windows Bitmap (.pct)Macintosh Quickdraw PICT (.psd)Adobe Photoshop 3.0 (.tga)Truevision TARGA Các thông số stream profile Ngoà i số liệu đ ầu o gồm file cần mà hoá MPEG cần phải có thông số lựa chọn stream profile đ ể đ ạt chất lợng nh mong muốn.Hai thông số quan trọng đ ịnh đ ến chất lợng file cần mà hoá Job stream profile.Tuy nhiên đ ể lựa chọn cấu hình thông số ta phải hiểu rõ đ ặc tính có hai thông số 5.4.4.1 JOB Thông số nà y dùng cho việc xác đ ịnh công việc(job).Job bao gồm gói gọn công việc cần phải thực file,trong đ ó gồm stream profile , file cần mà hoá,dữ liệu nguồn audio,video,và tên hệ thống mục cất file sau mà hoá xong 5.4.4.2 Stream profile Thông số nà y xác đ ịnh đ ặc tÝnh sÏ bao gåm d÷ liƯu nÐn MPEG nh− tốc đ ộ liệu ,tốc đ ộ khung ,và tốc đ ộ lấy mẫu.Phần mềm sử dụng stream profile truớc ta cấu hình riêng stream profile nh− mong muèn Trong stream profile bao gåm tuỳ chọn,trong đ ó tuỳ chọn có profile khác profile lại có quan hệ với mức biẻu diễn tập thông số hạn chế nh tốc đ ộ liệu ,tốc đ ộ khung ,và tốc đ ộ lấy mẫu.Tuỳ ứng dụng cụ thể mà ta chọn profile cho phù hỵp 5.4.4.2.1 stream profile audio only layer T chän nà y chứa profile tạo file audio MPEG-1 ,MPEG-2 layer cho chất lợng â m cao 5.4.4.2.2 stream profile MPEG-1 Trong tuú chän cã profile Đó match source,NTSC,PAL,FILM,600K,384K Profile NTSC Tạo file MPEG theo tiêu chuẩn truyền hình NTSC Tốc ® é bit 1098kbit/s ♦ Tèc ® é khung lµ 30 khung /s ♦ Sư dơng 15 GOP vµ SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 352 x240 Profile PAl Tạo file MPEG theo tiêu chuẩn truyền hình PAL Tốc đ ộ bit 1098kbit/s Tốc đ é khung lµ 25 khung /s ♦ ♦ ♦ Sử dụng 15 GOP SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 352 x 288 Profile FILM T¹o file MPEG theo tiêu chuẩn phim đ iện ảnh Tốc đ ộ bit 1098kbit/s Tốc đ ộ khung 25 khung /s ♦ Sư dơng 15 GOP vµ SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 352 x 240 Tốc ® é bit 1098kbit/s ♦ Profile 600K T¹o file MPEG với chất lợng â m phù hợp mạng lới truyền băng rộng Tốc đ ộ bit 480kbit/s Tốc ® é khung lµ 24 khung /s ♦Sư dơng 15 GOP SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 352 x 240 Profile 384K ♦Tèc ® é bit 334.80kbit/s ♦Tèc ® é khung lµ 24 khung /s ♦Sư dơng 15 GOP vµ SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 352 x 240 Profile 128K Tạo file MPEG với chất lợng â m phù hợp với mạng lới truyền băng hẹp Tốc ® é bit 92kbit/s ♦Tèc ® é khung lµ 24 khung /s Sử dụng 15 GOP SubGOB đ ể cấu tạo nên dòng liệu MPEG Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Độ phâ n giải: 160 x 120 5.4.4.2.3 stream profile video CD Trong tuỳ chọn nà y lại gồm có profile NTSC,PAL,FILM Profile NTSC Có đ ộ phâ n giải 352 x 240 Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Sử dụng15 GOP SUBGOP đ ể cấu tạo nên dòng liệu Tốc đ ộ bit 1150 kbit/s Số frame:30frame/s Profile PAL Có đ ộ phâ n giải 352 x 288 Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Sử dụng15 GOP SUBGOP đ ể cấu tạo nên dòng liệu Tốc đ ộ bit 1150 kbit/s Số frame:25frame/s Profile FILM Có đ ộ phâ n giải 352 x240 Dòng liệu sử dụng ảnh IPB Sử dụng15 GOP SUBGOP đ ể cấu tạo nên dòng liệu Tốc đ ộ bit 1150 kbit/s Số frame:24frame/s 5.4.4.2.4 streamwork Đâ y tuỳ chọn chứa profile ngời sử dụng tạo 5.4.5 cách sử dụng phần mề m Bao gồm bớc sau Bớc Bắt đ ầu tạo công việc mới(job) từ menu XingMPEG Encoder ,Ên nót new B−íc Sư dơng profile nguồn nh đ ịnh dạng( dùng chuẩn có sẵn)Từ job Wizazd chän mét stream profile , Ên nót Next H5.6 Chän Profile B−íc Chän file ngn cÇn mà hoá,ấn nút browse đ ể chọn nơi lu giữ file nguån(.avi, mpv)file ® Ých sÏ tù ® éng ® ợc đ ặt tên H5.7 Chọn file nguồn Bớc Kết thúc trình tạo job,ấn nút finish Bớc Bắt đ ầu trình mà hoá job.Từ menu cđa XingMPEG Encoder ,Ên nót Encode B−íc KiĨm tra lại trình mà hoá.Khi Job đ ợc mà hoá xong ,ấn nút play Trong phần mềm ngoà i stream profile cho sẵn thông số theo chuẩn nh PAL,NTSC,600K ta cấu hình lại thông số theo ý muốn Các thông số ta đ ặt lại nh tốc đ ộ bit ,nhóm ảnh ,tốc đ ộ ảnh,số ảnh giâ y v.v C¸ch thùc hiƯn Chän stream profile tõ menu file, Tõ job Wizazd chän mét stream profile(PAL,NTSC… )sau ® ã Ên nót edit Khi kÕt thóc b−íc nµ y mét giao diện nh hình 5.8 ta đ ặt lại thông số theo ý muốn Sau đ ặt thông số xong ta ấn enter đ ể kết thúc công việc H.5.8 Giao diện đ ặt thông số cho stream profile 5.4.6 ứng dụng phần mỊ m vµo viƯ c nÐn file video sang MPEG Để hiểu rõ công dụng chuẩn nén MPEG ,ta sử dụng phần mềm nà y đ Ĩ thùc hiƯn nÐn file video ® éng Sè liƯu đầu vào filegoc.dat có dung lợng 61,3 MB Sử dơng stream profile MPEG-1 , víi profile lµ PAL ♦ Kết Thu đ ợc filedich mpg có dung lợng52,6 MB Qua ứng dụng đ ó ta thấy việc sử dụng chuẩn MPEG nén ảnh cho chất lợng tốt nhng dung lợng lại giảm đ kể Các thông số phần mềm nà y phục vụ cho mục đ ích giải trí ,trong thực tế chuẩn truyền hình có đ ộ phần giải cao so với đ ộ phâ n giải đ ợc tạo phần mềm nà y(352 x 288 cho stream profile đ èi víi hƯ PAL) kÕ t LN Trong qu¸ trình thực luận văn nà y, em đ à cố gắng tìm hiểu, tham khảo tà i liệu nghiên cứu trình nén tín hiệu truyền hình, xếp kiến thức nà y có hệ thống Từ thông tin riêng lẻ, qua trình đ iều chế , chúng đ ợc nén lại tạo tín hiệu tín hiệu tổng hợp Bớc cao tín hiệu tổng hợp lại đ ợc đ ổi tần đ ể kênh truyền truyền đ ợc nhiều tín hiệu Đó thuéc lÜnh vùc analog Sang lÜnh vùc digital, tÝn hiÖu đ ợc số hóa, tạo dòng bit hay dòng byte đ ể truyền tải Khi nhu cầu tăng, dòng data chơng trình đ ợc nén tạo nh dòng phâ n biệt nhờ phần header Tất việc nén nà y đ ều nhằ m mục đ ích tăng dung lợng truyền tải kênh truyền cho thông tin phục vụ ngời đ a dạng phong phú Luận văn nà y nêu bật đ ợc vấn đ ề trên, giới thiệu mô hình nén tín hiệu Tuy nhiên, kiến thức, tà i liệu thời gian hạn hẹp em cha thể đ i sâ u nghiên cứu mô hình thực tế đ ó hạn chế luận văn nà y TàI LIệ U THAM KHảO Truyền hình số Nhà xuất khoa học kỹ thuật hà 2001 -Đỗ hoàng tiến ,Vũ đức lý Truyền hình số có nén multimedia-Nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000-Nguyễn Kim Sách Hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM-NXB Khoa häc kÜ tht - 1993 Ngun tiªn Mô hình ghép nhiều tín hiệu video số có nén để truyền phát sóng kênh truyền hình thông thờng - 1999 nguyễn kim sách (chủ biên) Basic Television And Video Systems- Mc Graw - Hill Book Company 1984- BERNARD GROB Television Engineering Handbook - Mc Graw- Hill Book Company - K BLAIR BENSON (chđ biªn) Digital Video : Introduction To MPEG - 2- 1997- BARRY G HASKELL , ATUL PURI, ARUN N NETRAVALI Digital Television Fundamentals- Mc Graw Companies Inc - 1997MICHEAL ROBIN, MICHEL POULIN ... tử tín hiệu hiệu số mà u tín hiệu hiệu số mà u Bảng 2.4 Các thông số mà hoá 4:2:2 cho tiêu chuẩn 625/50 525/60 Chơng III sở nén tí n hiệ u truyền hì nh số 3.1 sở nén video số 3.1.1 Tại cần nén? ... truyền hình số tín hiệu tơng tự Trong thiết bị mà hoá (biến đ ổi AD )tín hiệu hình đ ợc biến đ ổi nh tín hiệu truyền hình số Tín hiệu truyền hình số đ ợc đ a tới thiết bị phát Sau đ ó qua kênh thông. .. đ ó đ ể truyền dẫn đ ợc tín hiệu truyền hình số với khả công nghệ nay ,nén số đ à đ ời với đ ịnh dạng nén nh JPEG, MPEG Các vấn đ ề nà y đ ợc đ ề cập luận văn nà y Trong trình thực luận văn, đ