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

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 HỒNG TIẾN HÀ NỘI - 2005 -1- Mơc lục Danh mục chữ viết tắt Lời mở đầu : Chương I : Truyền hình kỹ thuật sè 1.1 Sè ho¸ tÝn hiƯu trun h×nh 1.1.1 biến đổi tương tự - số 1.1.2 Đặc điểm tín hiệu số: 10 1.2 Cơ sở biến đổi tÝn hiƯu trun h×nh 10 1.2.1 BiÕn ®ỉi tÝn hiƯu vide 10 1.2.2 L­ỵng tử hoá số bit biểu diễn mẫu 15 1.2.3 M· ho¸ tÝn hiƯu rêi r¹c 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 Nguyªn lý nÐn kh«ng tỉn 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 phương pháp biến đổi : 22 1.3.7.3 Lượng tử hoá 23 1.3.7.4 Vai trò lương tử hoá: 23 1.3.8 Mà hoá dự đoán tổn hoa 24 1.3.9 Mà hoá biến đổi 25 1.4 Các phương pháp sư dơng chn nÐn ¶nh JPEG 26 1.4.1 Giíi thiƯu chung 26 1.4.2 Các nguyên tắc nén ¶nh 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 §iỊu chế khoá dịch 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 sánh M - PSK M - QAM 73 Chương II : Ghép kênh 75 2.1 Dòng liệu 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 phương thức truyền hình tính hiệu trun h×nh sè 80 3.2.1 Trun tÝn hiƯu truyền hình 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 phương thức mà hoá đường truyền 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 0B Tiếng việt A/D (ADC) Analog to Digital Biến đổi tương 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 tư 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 TruyÒn th­êng DA (DAC) Digital to Analog Biến đổi số tương tự DAB Digital Audio Broadcasting Phát 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) Pixel Picture Element Điểm ảnh R - DAT Rotary - Digital Audio Tapa Băng Audio sè quay SNR Signal - to - noise Ratio Tỷ số tín hiệu nhiễu -5- Lời mở đầu Truyền hình số bước phát triển tất yếu truyền hình nói riêng công nghệ thiết bị điện tử nói chung bước quan trọng việc thay đổi chất lượng truyền hình để đạt tới mức hoàn thiện cao Cùng với truyền hình kỹ thuật số, người sử dụng không đơn nghĩ đến khái niệm truyền hình cung cấp chương trình TV hình ảnh có độ nét cao, âm sống động, thu nf chương trình kênh truyền hình thông thường mà giúp họ tiếp cận 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 ưu nhược điểm hệ tiêu chuẩn mối quan hệ phức hợp để từ có lựa chọn tiêu chuẩn phù hợp cho truyền hình nước 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, đưa đánh giá lùa chän cÊu tróc vµ thiÕt kÕ tèi ­u hƯ thống truyền hình số phù hợp với điều kiện nước ta, đồng thời đưa 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 giúp đỡ bảo quí báu Thầy giáo TS Đỗ Hoàng Tiến thầy cô bạn bè khoa Điện tử Viễn thông, Trường 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 hình thức Để hoàn thành nội dung đề tài phải bổ sung nhiều, kính mong gíp ý độc giả Với kính trọng xin chân thành cảm ơn Hà Nội, ngày 27 tháng năm 2005 Học viên thực Vũ Sinh Thượng -7- Chương I Truyền hình kỹ thuật số 1.1 Số hoá tín hiệu truyền hình 1.1.1 biến đổi tương tự - số +) Các hệ truyền hình màu (PAL, NTSC, SECAM) hệ truyền hình tương tự, tín hiệu truyền hình hàm liên tục theo thời gian Tín hiệu truyền hình tương tự từ khâu phát đến khâu thu chịu nhiều ảnh hưởng can nhiễu làm giảm chất lượng hình ảnh Tín hiệu video số tạo từ tín hiệu video tương tư Tín hiệu video số biểu diễn hai trạng thái logic ''0'' ''1'' Tín hiệu video số có nhiều đặc tính ưu việt hẳn tin hiệu video tương tự đặc biệt tính chống nhiễu cao Quá trình biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số gồm ba giai đoạn: Lấy mẫu tín hiệu tương tự là: Là trình rời rạc hoá tín hiệu theo thời gian tần số lấy mẫu fSa Lượng tử hoá: Là trình rời rạc hoá tín hiệu theo biến độ đà lấy mẫu, tức chia biến độ thành nhiều mức khác nhau, mức gán cho giá trị Mà hoá tín hiệu: (đà lượng 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'') Nhóm bit tín hiệu số biểu diễn mẫu đà lượng tử hoá tạo thành tử mà Mỗi mẫu tín hiệu tương tự biểu diễn số nhị phân gồm n bit.Số bit biểu diƠn mÉu n cã quan hƯ chỈt chÏ víi m khoảng lượng tử m= 22 -8Lượng thông tin truyền đơn vị thời gian gọi tốc ®é bit C C= fSa.n = W log2 (1+N/S) (bit/s) : 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 biết để truyền tín hiệu số tốc độ C cần truyền có độ rộng tầm W: W≥ 3C/4 (Hz) ë phÝa thu, ta cã qui trình ngược lại biến đổi tín hiệu từ dạng số sang tín hiệu dạng tương tự -9- S Hình 1.1: Biến đổi tín hiệu tương tự thành tín hiệu số -80- chương III Truyền tín hiệu truyền hình sè 3.1 Giíi thiƯu chung - ViƯc sư dơng kü thuật số để truyền tín hiệu video đòi hỏi phải tiêu chuẩn số cho hiệu truyền hình, phương pháp truyền cho chất lượng ảnh thu không kén so với ảnh truyền tín hiệu truyền hình tương tự Tín hiệu truyền hình số truyền phương thức truyền sau: Truyền tín hiệu truyền hình số cạp đồng trụ c Truyền tín hiệu truyền hình số cáp quang Truyền tín hiệu truyền hình số b»ng viba Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè b»ng vƯ tinh Tuỳ theo yêu cầu chất lượng ảnh thu ta lựa chọn phương thức truyền tốc độ, độ rộng truyền tín hiệu phù hợp 3.2 phương thức truyền hình tính hiệu truyền hình số 3.2.1 Truyền tín hiệu truyền hình số băng cáp đồng trục - Tính hiệu truyền hình tương tựu số hoá biểu diễn dạng mà nhĩ phân, tín hiệu không truyên trực tiếp cáp tần (tín hiệu truyền hình số truyền cáp tầm không cần điều chế) tìn hiểu có thành phần chiều (bởi kênh truyền có sử dụng m ạch hồi tiếp dòng xoay chiều biến thế) Vì vậy, phải biển đổi cho tìn hiểu số nhận có đặc trưng tối ưu với kênh truyền (thường sư dơng m· tun tÝnh) - Kªnh trun tÝn hiĨu video số (chưa nén) phải có độ rộng lớn nhiều lần độ rộng kênh truyền tín hiệu video tương tự độ rộng 3/4 tốc độ bit tín hiệu Độ rộng kênh truyền phụ vào phương pháp -81mà hoá phương pháp ghép kênh trun tÝnh, ta thÊy cÇn trun Qua phan tÝch phổ công suất tìn hiểu má hoá tuyến tính, ta thấy cực đại mật độ phần nằm tần số gần 1/2 tần số giới hạn tần kênh f0 = fz//2, f2 tần số giới hạn kênh - Để truyền tín dụng hiệu video số, sử dụng cáp đồng trực cao tầm Kênh nhiều, làm ảnh hưởng đến chất lượng truyền, ví dụ nhiều nhiệt Ngược lại, nhiều tuyến tính kênh (suy giảm theo tần số) không xay trường hợp truyền số thông số tới hạn Độ dài đường truyền tín hiệu số kéo dài nhờ tạo lại tín hiệu số đoạn trung bình(như truyền tín tương tự) - Chiều dài đoạn trung chuyền phụ thuộc vào loại cáp dùng tốc độ bit tín hiệu cần truyền, thường 2-3 km Để đạth chất lượng truyền tín hiệu truyền hình cao (lối kênh 10-8 - 10-7)bằng cáp có chiều dài 2500 km, cần phải bảo đảm mức lỗi đoạn trung chuyển 1011ữ 10-10 - Việc khôi phục lại tín hiệu (cuối đoạn trung chuyền ) phải đảm bảo tín hiệu có dạng tín hiệu đầu vào, trễ mặt thời gian (phụ thuộc vào giá trị nhiễu, đặc tính thống kê nhiễu, đặc điềm mạch tách tín hiệu đồng hồ) Để giảm méo, sử dụng mạch tách tín hiệu đồng hồ có chất lượng mạch nhớ (để ghi tín hiệu vào theo nhịp tìn hiều đồng hồ, đọc theo nhịp tín hiệu đồng hồ có độ ổn định cao) -Mạch khôi phục lại tín hiệu tiêu biểu cho mà tuyến tính bao gồm mạch tiền khuếch đại có AGC (tự điều khuếch), mạch tách tín hiệu đồng hồ, mạch định, mạch mạch nguồn Phần mạch khôi phục tín hiệu tiền khếch đại có nhiệm vụ tạo tín hiệu thích hợp cho mục đích khôi phục lại - Mạch tiền khuếch đại phải có dải đông lớn, bị hạn chế biến độ lớn nhiều đầu vào tối đa Để loại trừ ảnh hưởng suy giảm thay đôỉ nhiệt độ lên đường cặp mạch khôi phục (tiền khuếch đại) cần sử dụng -82mạch tự điều khuyếch AGC Một đầu mặt tiền khuếch đại nối với mạch tách tín hiệu đồng hồ Vì mà tuyến tính không chứa thành phần phổ tâm số đồng hồ, nên mạch tách có thành phần biến đổi mà tuyến tính thành mà cấp (nhị phần) để làm tái tần số đồng hồ - Tín hiệu dẫn tới mạch céng h­ëng ( cã hÖ sè phÈm chÊt Q = 100ữ1000) đầu cho động sin có tầm số đồng hồ Tín hiệu đồng hồ lại đến mạch cắt để tạo dạng xung vuông 50%, chuỗi vi sái tín hiệu(phần dương biểu moment định tín hiệu, tức moment đồng với tín hiệu đồng hồ Còn phần âm thời gian xúng) Tín hiệu số moment định, qua tín hiệu đồng hồ so sách với tri chuẩn thích hợp, kết có định moment tín hiệu Dạng tín hiệu xác định nhờ mạch từ khôi phụ tín hiệu ( động mạch chuyển đổi tín hiệu xung từ mạch huyết định, ngặt cạch sau khoảng thời gian thích hợi tín hiệu đồng hồ) Nguồn chiều cấp từ xa (có độ ộn định cao) chuyển tới điểm khôi phục tín hiệu cáp đồng trục 3.2.2 Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè qua vƯ tinh TÝn hiƯu trun h×nh cã thĨ trun qua vƯ tinh b»ng hai cách: Truyền tương tự nhờ điều tần(FM) Truyền số nhờ điều chế PSK Nếu xét quan điểm công suất phát hệ thống số ưu việt hệ thống tương tự tốc độ bit < 50 Mbit/s Theo qui định quốc tế WARC, độ vệ tinh để truyền tín hiệu truyền hình băng tần Ku(12 GHz), với độ rộng kênh truyền cho phép truyền hình số với tốc độ khoảng 36 Mbit/s Để truyền tín hiệu truyền hình số cần phải sử dụng mÃi tiết kiệm, đồng thời dùng hai kênh truyền ®Ĩ tÝn hiƯu trun h×nh V× vËy, tèc ®é bit tăng gấp hai lần Các hệ thống truyền hình số thường làm việc dải tâm cm (băng Ku) Phát từ mặt đất lên vệ tinh: 14ữ 14.5 GHHz Phát từ vệ tinh xuống mặt đất : 11.7ữ12.5 Ghz -83Việc biến đổi tín hiệu tần lên tần cao tần thường thực qua vài lần đổi tần, Đầu tiền, tín hiệu video ®­ỵc ®iỊu chÕ PSK(m· tiÕt kiƯm) víi viƯc ®iỊu chÕ 2,4 8,sau điều chế pha dựa nguyên tác biến dodỏi pha tải tần theo tín hiệu sè: S1(t) = A0 sin ( ω0 + ϕ0 ) S1(t) = A0 sin ( ω0 + ϕ0 + π ) Điều thu hai tín hiệu (tín hiệu phát sóng hành hai kênh vệ tinh) cần phải tạo pha ban đầu hai tải tần; không tạo lại pha ban đầu, thông tin thu nhận sai lệch, điều xảy trường hợp điều chế trực tiếp Để khắc phục tượng người ta sử dụng điều chế DPCM, tín hiệu số ánh xạ qua sai: = n + n Pha tải tần không phụ thuộc vào pha ban đầu, phương pháp đòi hỏi phải xác định khoảng cách điều chế Vì vậy, sử dụng phương thức truyền ®ång bé, ®ã sù thay ®ỉi pha cã thĨ xuất thời điềm định Sự dịch pha xuất tín hiệu điều chế vị trí cuối phần tử đầu phÇn tư tiÕp theo, sù pha cã thĨ xt hiƯn nhiều giá trị tức thời khác tải tần 3.2.3 Truyền tín hiệu truyền hình số viba Trong mạng thông tin ISDN, đường cáp vệ tinh, có đường viba (Radio line) Truyền tín hiệu vi ba thường thực dải tần decimetre (dm), tần số GHz Việc dịch tần tín hiệu lên tần cao thực hiênh hai lần điều chế, theo bước sau: + Dịch tín hiệu lên trung tần + Dịch tín hiệu trung tần lên cao tần Trong lần điều chế thứ nhất, tín hiệu số (tạo mạch ACD) điều chế trực tiếp tải tần Có thể dùng ba dạng điều chế sau đây: AM (điều biên), FM (điều tần) PSK (khoá dịch pha) -84Sơ đồ khối trạm ®Çu cuèi thùc tÕ: Data ☻ Encoder Encoder Encoder Encoder Clock ∼ ∼ Osc Osc Läc Auxiliary Equipent (ThiÕt bÞ phơ - Ngh vơ) SMSM TCCVC QC SB SW phÇn SD ∼ Clock Data L.Osc I.l(70/140) MHz Decoder Regen DEM ®­êng RF Mixture Chó gi¶i : Sm (Serviece Multiplexing): GhÐp tÝn hiƯu nghiƯp vơ SD (Serviece Demultip lexing): T¸ch tÝn hiƯu nghiƯp vơ TCC(Tele - Control Command): §iỊu khiĨn lƯnh tõ xa tr¹m trung gian TB Sw(Stand - By Swiching) Chuyền mạch dư phòng IF (IntermediateFrrequency): Trung tân RF (Radio - Frequency): Tần số vô tuyến Hình 3.1 sơ đồ thí dụ trạm viba số đầu cuối Để chống nhiễu sử dụng tần kênh truyền tốt hơn(với công suất đà cho), người ta thường dùng điều chế pha nhiễu trị PSK giải mà liên kết Về mặt lý thuyết, với băng tần công suất xác định số lượng thông tin phát tỉ lệ thuận với giá trị điều chế, ảnh hưởng kênh lân cận, điều chế qua lại kênh, thông số của Modem không ổn định -85Giá trị trung tần phụ thuộc vào tốc độ bit tín hiệu số trị điều chế hệ thống thường gặp: Hệ thống trung tần 750.Mhz cho tÝn hiƯu sè tèc ®é 100Mb/s HƯ thèng trung tần 750.Ghz cho tín hiệu số tốc độ 200Mb/s 3.2.4 Truyền tín hiệu truyền hình số cáp quang Cáp quang cã nhiỊu ­u ®iĨm viƯc trun dÉn tÝn hiệu số so với cáp đồng trục: Đặc tính Độ tổn thấp Ưu điểm Nhược điểm Cự ly tái tạo xa, chi phí thiết bị đường dây dẫn thấp Dải thông lớn Truyền dẫn dung lượng lớn Giảm kích thước Giảm chi phí lắp đặt đường truyền lớn đường ống Nguồn - cát Ngăn ngừa xuyên âm Khó đầu nối Thông tin an toàn Nguyên liệu phong phú Cần có đường dây Chii phí sản xuất rẻ Cần có nguồn cho tiếp phát Đánh giá Đường truyền dẫn tuyệt Có thể giải vời tiến công nghệ Cáp quang sử dụng rộng rÃi mạng truyền dẫn tín hiệu số(thoại, âm thanh, truyền hình, số liệu) Về nguyên tắc, truyền dẫn hệ thống cáp quang bạo gồm phân phát (bộ chuyền đổi E/O) phần thu ( chuyền đổi O/E) Nguồn phát quang thường dùng lide quang LED leser dide -86- Hình 3.2 Sồ đồ khối hệ thống thông tín quang a) Bộ biến đổi E/O - NhiƯm vơ chđ u cđ E/O lµ biÕn đổi tìn hiệu điện thành tín hiệu ánh sáng để truyền qua cáp sợ quang - Dựa đặc trưng công suất xạ laser diode đường biểu diễn phụ thuộc công suất xạ vào dòng kích thích chạy qua lớp chuyển P-N -Sơ đồ đặc trưng dòng - công suất xạ laser diode với tín hiệu kích thích trình bày hình 3.3 Hình 3.3 Đặc trưng dòng - công suất laser diode -87- Từ hình trêm, ta thấy dòng qua laser diode tằng đường đặc trưng công suất biến đổi theo hai vùng tuyến tính rõ rệt, phân cách dòng ngưỡng Ing Vùng thư ứng với dòng kích thích nhỏ (vùng phát xạ tự phát) Lúc này, laser diode phát huỳnh quang hoạt động diode phát quang(LED) Khi dòng kích thích đạt tới giá trị định gọi dòng ngưỡng xạ cưỡng bắt đầu vượt trội so với trình hấp thụ.Khi dòng kích thích lớn dòng ngưỡng dao động laser bắt đầu Lúc này, công suất xạ laser tăng mạnh tuyến tính theo tăng dòng kích thích - Một đặc trưng quan trọng laser diode thay đổi công suất theo nhiệt độ chúng tạo thành học đặc trưng công suất phụ thuộc vào nhiệt độ Vì vây, để sử dụng cách đắn laser diode, cần phải có mạch ổn định công suất Ngoài ra,để đạt mục đích này, phương pháp kiểm soát dòng điện áp hay dòng xung phù hợp với thay đổi lượng ánh sáng đầu sử dụng Phương pháp sử dụng để tách phần công suất ánh sáng nhờ laser diode sau so sánh với mức chuẩn để điều chỉnh dòng thiên áp cho công suất ánh sáng mức quy định trước Đầu vào Mạch kích hoạt xung Mạch cấp dòng thiến áp Bộ khuyếch đại Bộ khuyếch đại PD LD PD Đầu ánh sáng Bộ tách ánh sáng đầu Bộ khuyếch đại Hình 3.4 Cấu hình mạch ổn định đầu ánh sáng -88b) Bộ biến đổi O/E Bộ biến đổi O/E có chức biến đổi tín hiệu ánh sáng từ sợi quang truyền tới thành tín hiệu điện Tuỳ theo yêu cầu tín hiệu dầu mà O/E phải thực chức khuếch đại, giải mà để khôi phục tín hiệu giống đà đưa vào E/O để truyền Hình 3.5 Cấu hình lặp quang Hình 3.6 nguyên tắc lặp lại hình dạng quang -89+) Cường độ ánh sáng vào mạch O/E đà bị yếu bị méo sau qua cáp sợi quang Vì vậy, phần tử thu ánh sáng APD hay PIN - PD sử dụng để biến đổi chúng thành tín hiệu điện ban đầu Một vấn đề quan trọng việc giải sụ biến đổi phải tối thiểu tạp ấn đà sinh trình biến đổi sáng tín hiệu điện mức xác định từ tín hiệu quang PIN - PD, cịng nh­ tr­êng hỵp cđa APD, chức khuếch đại dòng quang Tuy nhiên, linh kiện biến đổi kích hoạt điện áp thấp mạch điện hoạt động tốc độ cao +) Các tín hiệu điện sau đà đựơc biến đổi từ ánh sáng đường cáp quang đưa tới thường yếu bí méo, việc tái tạo lại khó Do đó, cần phải có tạo lại dáng sóng thu để sửa lại tín hiệu ánh sáng đà bị biến dạng đánh giá tồn tín hiệu Bộ gọi mạch khuyếch đại cân hay gọi mách tái tạo lại dạng sóng Nếu cáp quang dùng dải thống rộng khối khuyếch đại cân cần phải có lọc cụ để giải bớt nhiều tín hiệu giảm bớt mức tạp âm - Thiết kế cự ly lặp tín hiệu: Khi dùng hệ thông truyền dẫn số cần thiết phải xác định SNRR theo yêu cầu đà biết đặc trưng hệ số lỗi Vì vậy, cần xác định công suất quang ánh sáng phía thu cách xem xét tỷ lệ suy giảm SNR việc sử dụng phương trình để tính cự ly lặp lại L(km) tham số sau đà cho trước: + Độ suy hao đường dây (độ suy hao cáp) (kể đầu nối(dB/ km) + Công suất quang phía phát P + Suy hao đầu nối P điểm phát + Độ dư phòng hệ thống Pm + Độ dự phòng đường dây Oc L = Ps- (Pd + Pm + Pc)/ a -90Để đạt yêu cầu biến đổi tín hiệu ánh sáng thành tín hiệu điện, người sử dơng bé thu quang photodiode dùa trªn hiƯu øng quang- điện Các thông số photodiode: + Hiệu suất lượng tử + Thời gian đáp ứng + Đặc trưng I - V photodiode: Đặc trưng tách sóng quang với tiến khuếch đại yếu tố qan trọng để xác định chế độ làm việc O/E Các yếu cầu bộO/E là: + Có độ nhạy thu cao bước sống công tác + Có thời gian đáp ứng cao + Có dòng tối nhỏ(dòng tồn thu ánh sáng chiếu vào) + Tạp âm thu nhỏ để đảm bảo tỉ số S/N 3.3 Các phương thức mà hoá đường truyền 3.3.1 Giới thiêu chung - Truyền dẫn tín hiệu số nói chung truyền hình số nói riêng( Video Audio) việc nén tín hiệu để thu hẹp dải thông đà trình bày phần trước, người ta sử dụng phương pháp mà hoá điều chế tín hiệu số để bảo đảm tín hiệu truyền đầu thu cách trung thực 3.3.2 Mà hoá tín hiệu số a Mà đường trun M· ®­êng trun cã ®Ých chÝnh : + Hạn chế thành phần chiều DC thành tần số thấp để đầu mối tín hiệu từ mạch qua mạch khác áp qua tụ + Thuận lợp việc tái tạo lại nhịp đầu thu + Phát sai nhầm Các loại mà ®­êng tren M· AMI (Alternate Mark Inversion) ¦u ®iĨm: + Loại bổ thành chiều thành phần số thấp -91+ Tính mạch giải mà Có khả phát sai nhầm Nhược điểm : Khả phát sai nhầm mà AMI + Không loại bỏ hoàn thành phần chiều DC thành phần tầm số thấp Mà Manchester ưu điểm: + Loại bỏ thành phần chiều thành phần tần số thấp + Tính mạch gỉải mà + Có khả phát sai nhầm Nhược điểm: + Bể rộng phổ tăng gấp đôi so với mà AMI b) Mà sửa sai(FEC) Một mạnh tín hiệu số có khả phát sửa lỗi truyền tÝn hiƯu M· sưa sai(FEC) cã thĨ chia lµm hai loại chính: + Mà khối (Blôk Code) + Mà (Convolutinonal Code).r Kết luận Phần III luận văn học viên tập chungtrình bày tìm hiểu kỹ thuật, quy chuẩn quốc tế vấn đề truyền tín hiệu truyền hình số truyền phương thức sau: * Truyền tín hiệu truyền hình số cáp đồng trục * Truyền tín hiệu truyền hình sè qua vƯ tinh * Trun tÝn hiƯu trun h×nh sè b»ng Vi Ba * Trun tÝn hiƯu trun h×nh số cáp quang Và phương thức mà hóa, đường truyền Ngoài theo yêu cầu chất lượng ảnh thu ta lựa chọn phương thức truyền tốc độ truyền độ rộng truyền cho tín hiệu phù hợp -92- Kết luận phần III luận văn học viên tập trung trình bày tìm hiểu kỹ thuật, qui chuẩn quốc tế vấn đề truyền tín hiệu truyền hình số, truyền phương pháp sau : ã Truyền tín hiệu truyền hình số cáp đồng trục ã Truyền tín hiệu truyền hình số qua vệ tinh ã Truyền tín hiệu truyền hình số vi ba ã Truyền tín hiệu truyền hình số Và phương thức mà hoá đường truyền Ngoài tuỳ theo yêu cầu chất lượng ảnh thu ta lựa chọn phương thức truyền, tốc độ truyền độ rộng băng truyền tín hiệu phù hợp -93- Kết luận chung Với công nghệ truyền hình số đà bộc lộ mạnh tuyệt đối so với công nghệ tương tự nhiều lĩnh vực : tín hiệu số nhạy cảm với dạng méo xảy đường truyền, có khả phát lỗi sửa sai, hiệu sử dụng dải thông cao, truyền tải nhiều dạng thông tihn khác nhau, tiết kiệm lượng, khoá mà đơn giản, dễ dàng phát triển, Nói chung, công nghệ truyền hình số có khả có cồng nghệ tương tự Tuy nhiên để công nghệ truyền hình số thực có tính khả thi, tín hiệu Video số cần nén để truyền kênh truyền hình thông thường Nhiều tiêu chuẩn nén, thuật toán nén đà nghiên cứu, chuẩn nén MPEG-2 với profile levels tỏ ưu việt đà lựa chọn tiêu chuẩn Quốc tế cho nÐn tÝn hiƯu Video MPEG-2 :2 :2P@ML ®êi năm 1996 với cấu trúc GOP tốc độ bit khác đà đáp ứng nhu cầu sử dụng lĩnh vực sản xuất phát sóng chương trình truyền hình MPEG-2 :2 :2P@ML với tốc độ bit 50Mbit/s cấu trúc GOP dùng ảnh I chuẩn nén lý tưởng cho công đoạn sản xuất hậu kỳ, ki :2 :0 MPEG-2MP@ML lại lựa chọn tối ưu cho truyền hình trực tiÕp qua vƯ tinh (DTH), bëi lÏ chn nÐn nµy đòi hỏi tốc độ bit thấp, tiết kiệm dải thông chất lượng hình ảnh đảm bảo tieu chuẩn phát sóng quảng bá Công nghệ số, truyền hình số xu đảo ngược Vấn đề việc lựa chọn giải pháp tốt ưu ! Đến em xin kết thúc đồ án "Nghiên cứu tổng quan hệ thống truyền hình số kỹ thuật nén ảnh" Một lần em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Tiến sĩ Đỗ Hoàng Tiến thầy cô giáo khoa Điện tử Viễn Thông, Đại học Bách khoa Hà Nội, đà giúp đỡ em rÊt nhiỊu thêi gian häc tËp vµ lµm việc để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp này./ -94- Tài liệu tham khảo Tiếng việt : Đài truyền hình Việt Nam, Tạp chí Thông tin Khoa häc kü tht trun h×nh, GS.TS Ngun Kim Sách, (1995), Truyền hình số HDTV GS.TS Nguyễn Kim Sách, (1996), Xử lý ảnh số Video số GS.TS Nguyễn Kim Sách, (2000), Truyền hình số có nén Mltimedia TS Đỗ Hoàng Tiến, Vũ Đức Lý (2001), Truyền hình số TS Đỗ Hoàng Tiến, Vũ Đức Lý, Giáo trình truyền hình Ngô Thái Trị, (1998), Truyền hình số Tiếng Anh : Michael Robin - Michel Poulin, (1998), Digital Television Fundamentals Stephen J Solari (1997) Digital Video and Audio Cormposion Mét số trang web có thông tin liên quan: 10 http://www.Support.vnn.vn 11 http://www.cablelabs.com/projects ... 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, ... -7- Chương I Truyền hình kỹ thuật số 1.1 Số hoá tín hiệu truyền hình 1.1.1 biến đổi tương tự - số +) Các hệ truyền hình màu (PAL, NTSC, SECAM) hệ truyền hình tương tự, tín hiệu truyền hình hàm liên... video số lấy mẫu tín hiệu Vì vậy, chọn tần số lấy mẫu quan trọng, thông số hệ thống truyền hình số Ta phải chọn tần số lấy mẫu cho hình ảnh nhận phải đảm bảo chất lượng cao nhất, tín hiệu truyền hình