Nghiên ứu tổng quan truyền hình kỹ thuật số và kỹ thuật nén ảnh

90 Trang 4 Danh mục chữ viết tắt Từ viết tắt 0BTiếng anh đầy đủ Tiếng việt A/D ADC Analog to Digital Biến đổi tơng tự số ADPCM Adaptive Differential Pulse Modulation thích nghi Điều x

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI −−−−***−−−− LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN TRUYỀN HÌNH KỸ THUẬT SỐ VÀ KỸ THUẬT NÉN ẢNH NGÀNH : ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG VŨ SINH THƯỢNG NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : TS ĐỖ HOÀNG TIẾN HÀ NỘI - 2005 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205135971000000 -1- Môc lôc Danh mục chữ viết tắt Lời mở đầu : Chơng I : Truyền hình kỹ thuật số 1.1 Sè ho¸ tÝn hiƯu trun h×nh 1.1.1 biến đổi tơng tự - số 1.1.2 Đặc điểm tín hiệu số: 10 1.2 Cơ sở biến đổi tín hiƯu trun h×nh 10 1.2.1 BiÕn ®ỉi tÝn hiƯu vide 10 1.2.2 Lỵng tư hoá số bit biểu diễn mẫu 15 1.2.3 Mà hoá tín hiệu rời rạc 16 1.3 NÐn tÝn hiÖu 17 1.3.1 NÐn tÝn hiÖu sè 17 1.3.2 B¶n chÊt cđa nÐn tÝn hiƯu 18 1.3.3 NÐn audio sè 19 1.3.4 NÐn ¶nh tÜnh 19 1.3.5 NÐn Video sè 20 1.3.6 Nguyên lý nén không tæn hao 21 1.3.7 NÐn tÝn hiƯu sè cã tỉn hao 22 1.3.7.1 Nguyªn lý nÐn cã tæn hao 22 1.3.7.2 Các phơng pháp biến đổi : 22 1.3.7.3 Lợng tử hoá 23 1.3.7.4 Vai trò lơng tử hoá: 23 1.3.8 Mà hoá dự đoán tổn hoa 24 1.3.9 Mà hoá biến đổi 25 1.4 Các phơng pháp sử dơng chn nÐn ¶nh JPEG 26 1.4.1 Giíi thiƯu chung 26 1.4.2 Các nguyên tắc nén ảnh 27 1.5 HÖ thèng nÐn tÝn hiÖu MPEG: (Motion Picture Expers Group) 35 -21.5.1 Giíi thiƯu hƯ thèng MPEG 35 1.5.2 M· ho¸ Video 37 1.5.3 NÐn Video MPEG: 39 3.5.4 NÐn theo kh«ng gian (nÐn Intra) - NÐn ¶nh I 46 1.5.5 NÐn theo thêi gian (nÐn Inter) - NÐn ¶nh P, B 48 1.5.6 HÖ thèng nÐn tÝn hiÖu MPEG - 50 1.5.7 NÐn Audio MPEG 53 1.6 §iỊu chÕ sè 56 1.6.1 Giíi thiƯu chung 56 1.6.2 Điều chế khoá dÞch pha M - PSK (Phase Shift Key) 56 1.6.3 §iỊu chÕ M - QAM (Quadrature Amlitude Modulation) 66 1.7 §iỊu chÕ PAM (Pulse Ampliture Modulation) 71 1.7.2 So s¸nh M - PSK vµ M - QAM 73 Chơng II : Ghép kênh 75 2.1 Dßng d÷ liƯu MPEG 75 2.1.1 HÖ thèng MPEG 75 2.1.2 Đặc điểm dòng liệu MPEG 76 Ch¬ng III : Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè 80 3.1 Giíi thiƯu chung 80 3.2 phơng thức truyền hình tính hiệu truyền hình sè 80 3.2.1 Trun tÝn hiƯu trun h×nh số băng cáp đồng trục 80 3.2.2 Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè qua vƯ tinh 82 3.2.3 Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè b»ng viba 83 3.2.4 Truyền tín hiệu truyền hình số cáp quang 85 3.3 Các phơng thức mà hoá ®êng trun 90 3.3.1 Giíi thiªu chung 90 3.3.2 M· ho¸ tÝn hiƯu sè 90 KÕt luËn chung 93 -3- Danh mục chữ viết tắt Từ viết tắt Tiếng anh đầy đủ B Tiếng việt A/D (ADC) Analog to Digital Biến đổi tơng tự số ADPCM Adaptive Differential Pulse Modulation §iỊu xung m· vi sai thÝch nghi AES Audio Engineering Society HiÖp héi Audio ANSI American National Standard Institule ViƯn tiªu chn qc gia Mü ASCII American Standard Code for Information Interchange M· chuÈn Mü trao đổi thông tin ATV Advanced Television Truyền hình cải biên BER Bit error Rate Tỷ lệ lỗi bit BTA Broadcasting Technical Association (Japan) HiƯp héi kü tht trun hình truyền thành (Nhật) CAPM Carrerless Amplitude Phase Modulation Điều chế pha biên độ nén tải thấp CATV Community Antenna Television Truyền hình cáp CCIR Comites Consltatif Intenational en Radiodiffusion Hội đồng t vấn quốc tế phát sóng CCITT Consulative Commitee on International Telegrahy and Telephony Héi ®ång t vấn quốc tế điện tín điện thoại CDTV Conventional Definition Television Trun thêng DAB Digital Audio Broadcasting Ph¸t sè DC Direct Curent Dßng mét chiỊu DCT Dicrete Cosin Transform Biến đổi cosin rời rạc DBS Direct Broadcasting Satellite Trun h×nh trùc tiÕp tõ vƯ tinh DEMUX Demultiplex Tách kênh DPCM Defferential Pulse Code Điều xung mà vi sai kỹ hình thuật thông -4Modulation DTV Digital Television Truyền h×nh sè DVB Digital Vedeo Broadcasting Trun h×nh sè (chn Châu Âu) DVB/C/S/T DVB - Cable/Satellite/ Terestrical Truyền hình số qua cáp/ vệ tinh/ phát sóng mặt đất EBU European Broadcast Union Hiệp hội truyền thành truyền hình châu ©u EOB End of Block KÕt thóc khèi FCC Federal Communication Commision Hội đồng thông tin Liên Bang (Mỹ) HDTV High Definition Television Truyền hình có độ phân giải cao ISO International Standard Organization Tỉ chøc tiªu chn qc tÕ ITU International Telecommunication Union HiƯp héi viƠn th«ng qc tÕ JPEG Joint Photographic Expert Group Nhãm chuyªn gia nghiªn cøu ảnh tĩnh MPEG Moving Pictures Expert Group Nhóm chuyên gia nghiên cứu ảnh động MUX Mutiplex Ghép kênh NTSC National Television System Committee Héi ®ång hƯ thèng trun h×nh quèc gia Mü PAL Phase - alternating line Pha luân phiên theo dòng (hệ Pal) R - DAT Rotary - Digital Audio Tapa ể Băng Audio số quay SNR Signal - to - noise Ratio Tû sè tÝn hiÖu nhiễu -5- Lời mở đầu Truyền hình số bớc phát triển tất yếu truyền hình nói riêng công nghệ thiết bị điện tử nói chung bớc quan trọng việc thay đổi chất lợng truyền hình để đạt tới mức hoàn thiƯn cao Cïng víi trun h×nh kü tht sè, ngêi sử dụng không đơn nghĩ đến khái niệm truyền hình cung cấp chơng trình TV hình ảnh có độ nét cao, âm sống động, thu đợc nf chơng trình kênh truyền hình thông thờng mà giúp họ tiếp cận đợc nhiều loại hình dịch vụ phong phú thuận tiện khác Đà có nhiều công trình nghiên cứu nhà khoa học Việt Nam truyền hình kỹ thuật số, để tiếp cận với công nghệ mới, nhằm phân tích đánh giá u nhợc điểm hệ tiêu chuẩn mối quan hệ phức hợp để từ có đợc lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho truyền hình nớc ta theo quan điểm kết hợp kỹ thuật, kinh tế hoàn cảnh xà hội Luận văn cao với đề tài: Nghiên cứu tổng quan truyền hình kỹ thuật số kỹ thuật nén ảnh bao gồm nghiên cứu lý thuyết cấu trúc truyền hình số, đa đánh giá lựa chọn cấu trúc thiết kế tối u hệ thống truyền hình số phù hợp với điều kiện nớc ta, đồng thời đa cấu hình mạng cụ thể truyền tín hiệu truyền hình số lên mạng truyền hình cáp Trong thời gian hoàn thành luận văn đà nhận đợc giúp đỡ bảo quí báu Thầy giáo TS Đỗ Hoàng Tiến thầy cô bạn bè khoa Điện tử Viễn thông, Trờng Đại học Bách khoa Hà Nội -6Do trình độ thời gian hoàn thành luận văn tốt nghiệp có hạn nên không tránh khỏi sơ xuất nội dung nh hình thức Để hoàn thành nội dung đề tài ph¶i bỉ sung rÊt nhiỊu, kÝnh mong sù gÝp ý độc giả Với kính trọng xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2005 Học viên thực Vũ Sinh Thợng -7- Chơng I Truyền hình kỹ thuật số 1.1 Số hoá tín hiệu truyền hình 1.1.1 biến đổi tơng tự - số +) Các hệ truyền hình màu (PAL, NTSC, SECAM) hệ truyền hình tơng tự, tín hiệu truyền hình hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tơng tự từ khâu phát đến khâu thu chịu nhiều ảnh hởng can nhiễu làm giảm chất lợng hình ảnh Tín hiệu video số đợc tạo từ tín hiệu video tơng t Tín hiệu video số đợc biểu diễn hai trạng thái logic ''0'' ''1'' Tín hiệu video số có nhiều đặc tính u việt hẳn tin hiệu video tơng tự đặc biệt tính chống nhiễu cao Quá trình biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số gồm ba giai đoạn: Lấy mẫu tín hiệu tơng tự là: Là trình rời rạc hoá tín hiệu theo thời gian tần số lấy mẫu fSa Lợng tử hoá: Là trình rời rạc hoá tín hiệu theo biến độ đà đợc lấy mẫu, tức chia biến độ thành nhiều mức khác nhau, mức đợc gán cho giá trị Mà hoá tín hiệu: (đà đợc lợng tử hóa): Tức biến đổi tín hiệu thành tín hiệu (hệ thập phân) theo hệ đếm nhị phân (biểu diễn hai trạng thái ''0'' ''1'') Nhãm c¸c bit tÝn hiƯu sè biĨu diƠn c¸c mÉu đà lợng tử hoá tạo thành tử mà Mỗi mẫu tín hiệu tơng tự đợc biểu diễn số nhị ph©n gåm n bit.Sè bit biĨu diƠn mÉu n cã quan hệ chặt chẽ với m khoảng lợng tử m= 22 -8Lợng thông tin truyền đơn vị thời gian đợc gọi tốc độ bit C C= fSa n = W log2 (1+N/S) (bit/s) ®ã : C: tốc độ bit W: tốc độ rộng kênh truyền S/N: Là tỉ số tín hiệu nhiều ( tạp trắng) Trong thực tế, công thức Shannon cho biÕt ®Ĩ trun tÝn hiƯu sè tèc ®é C cần truyền có độ rộng tầm W: W 3C/4 (Hz) phía thu, ta có qui trình ngợc lại biến đổi tín hiệu từ dạng số sang tín hiệu dạng tơng tự -9- S Hình 1.1: Biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số