Ky thuat truyen hinh so

C¸c tiªu chuÈn composite sè (lÊy mÉu t¹i nhiÒu tÇn cè ®Þnh ®îc dïng phæ biÕn víi PAL vµ NTSC, nhng h¹n chÕ ®èi víi SECAM, nÕu dïng nã lµm ph¬ng tiÖn s¶n xuÊt ch¬ng tr×nh truyÒn h×nh (c¸c[r]

Chơng I Tổng quan truyền hình I Sự đời truyền hình.

Năm 1927, truyền hình lần xuất truyền hình NewYork Washhington Sự xuất truyền hình làm chấn động giới

Truyền hình ( Television) nh tên gọi nó, hệ thống biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện tơng ứng, truyền tới máy thu, nơi biến đổi tín hiệu thành dạng ban đầu Sự hút truyền hình ngời xem thúc dẩy trở thành dạng dịch vụ

Thí nghiệm truyền hình dạng qt học, sau phơng pháp quét điện tử ( nhhững năm 1930) Năm 1941, Mỹ nghiên cứu hệ truyền hình 525 dịng Sau đại chiến giới lần thứ hai, Anh tiếp tục phát sóng hệ truyền hình đen trắng 405 dịng, cón pháp dùng hệ 441 dịng Năm 1948 Mỹ sử dụng hệ 819 dòng Cuối châu âu thống hệ 625 dòng Sau đại chiến giới lần thứ hai ,Anh tiếp tục phát sóng hệ truyền hiình đen trắng405 dòng ,còn pháp dùng hệ 441dsòng Năm 1948 Mỹ sử dụng hệ 819 dòng Cuối châu âu thống hệ 625 dịng

HƯ trun hinh mµu NTCS (Mỹ) có từ năm 1953 (525dòng /60Hz ) Hệ truyền hình màu SECAM(Pháp ) có từ 1956 (265dòng /50Hz) Hệ truyền hình màu PAL(Đức) có từ 1962(265 dòng /50Hz)

Các hệ truyền hinh màu (NTCS,PAL,SECAM)đợc phát sóng với nhiều tiêu chuẩn khác (B,G, K, K1, L, M, N, H, L1),đó truyền hình tiêu chuẩn SDTV

Cuối thập niên 70 bất đầu xuất có độ phân giải cao 1000 dịng với tỷ lệ khn hình 16:9 thay (4:3 nh truyền hình tiêu chuẩn ) Đó hệ truyền hình có độ phân giải cao HDTV (Hỗn hợp vừa tơng tự vừa số ): HDTV 1125dịng (Nhật ),HDTV1250(Châu Âu),HDTV 1050(Mỹ).Các hệ truyền hình HDTV nhanh chóng đợc chuyển sang HDTV số hồn tồn

Tín hiệu vi deo audio tơng tự (liên tục theo thời gian )chuyển sang dạng số có tốc độ bít cao.Tín hiệu video đen trăng có tốc độ bít 216 270Mb/s, cịn tín hiệu HDTV số có tốc độ bít >1GB/s Để truyền tín hiệu nóị trên, kênh truyền phải có độ rộng băng tần 2/3 tốc độ bít, ví dụ:

Tín hiệu video đen trắng số: 46 120MHz Tín hiệu HDTV mµu sè: 144180MHz TÝn hiƯu HDTV sè: 7001000MHz

năng công nghệ nay, nén số đợc phát triển rầm rộ tù năm đầu thạp kỷ 90 Các định dạng nén xuất trở thành tiêu chuẩn nén nh MJPEG, MPEGdùng cho truyền hình Nhờ nén tín hiệu truyền hình số đợc truyền kênh cóa độ rộng băng tần thờng dùng Và từ đời dịch vụ đa chức ( Multimedia) tơng tác hai chiều ( Interactive) trung tâm phát hình ngời sử dụng Nhờ cơng nghệ nén số, ta truyền nhiều chơng trình kênh thơng thờng ( 8MHz ) tín hiệu truyền hình có độ phõn gii cao

Ưu điểm truyền hình số:

In nhiều lần mà gần nh chất lợng không giảm

n nh phõn gii khuch i đáp ứng tần số Chống nhiễu cao, giải đợc vấn đề méo pha Thực đợc hiệu ứng truyền lớp

Cờng độ trờng phát sóng thấp

Ưu điểm công nghệ nén video số Tiết kiệm nhớ ( ghi đợc nhiều tín hiệu )

Tiết kiệm băng tần kênh ( truyền đợc nhiều chơng trình truyền hình)

Tuy nhiªn, mn nghiªn cøu truyền hình số, công nghệ nén số, trớc tiên phải hiểu rõ truyền hình

II.Nguyên lý truyền hình:

Truyn hỡnh l mt hệ thống biến đổi hình ảnh âm kèm theo thành tín hiệu điện t-ơng ứng, truyền tới máy thu – nơi biến đổi tín hiệu trở thành dạng tín hiệu ban đầu

Camera KhuÕch

đại X lý

Đồng

Camera Quét

Công suất Điều

Hình 1.1: Hệ thống truyền hình bản

Mt hỡnh nh c camera thu nhận, nhờ trình quét đợc biến đổi thành tín hiệu điện Q trình qt đợc thực theo hai chiều ngang dòng từ trái qua phải chiều dúng từ xuống dới để hoàn thành hết ảnh Đây mọtt dạng lấy mẫu tín hiệu theo điểm ảnh

Dßng quÐt

Hình 1.2: Quá trình quét

Khong cỏch gia hai điểm ảnh theo chiều ngang gọi độ phân giải theo chiều ngang Khoảng cách hai dòng quét liền gọi độ phân giải theo chiều đứng

Để đạt đợc tiêu chuẩn khôi phục ảnh, việc lựa chọn tần số quét dòng tần số quét mành điều kiện cần quan tâm Các hệ truyền hình màu đa tiêu chuẩn ca mỡnh nh sau:

Hệ truyền hình Số dòng/ ¶nh Sè ¶nh/gi©y

PAL 625 25

SECAM 625 25

NTSC 525 30

Tần số quét ảnh đợc đồng với tần số nguồn cung cấp nhằm tránh tợng gây nhiễu nguốn điện lới Mặt khác, để giảm tối thiểu tợng nháy hình tần số ảnh nhỏ, ngời ta sử dụng kỹ thuật quét xen kẽ

Thu

QuÐt Khuếch

i

Dòng 1, mành Nửa sau

Dòng 2, mành Dòng, mành Dòng 3, manh1

Nửa đầu Dòng mành

Hình 1.3 Quét xen kÏ.

Theo phơng pháp quét xen kẽ, ảnh đợc chia làm hai nửa ảnh, đợc gọi mành đợc lần lợt truyền Mành thứ gồm dòng từ thứ đến dòng thứ 313, hệ 625 dòng, mành thứ hai bao gồm dòng từ thứ 314 đến dòng thứ 625 ( hệ 525 dòng mành thứ gồm dòng từ thứ đến dòng thứ 263, mành thứ hai bao gồm dòng thứ 264 đến dòng thứ 525) Các dòng hai dòng khác nằm xen kẽ với Bằng cách này, hiển thị cho ngời xêm cảm giác liên tục với 50 mành giây Nghĩa tần số mành hai lần tần số ảnh tơng ứng

Víi hƯ 625 dòng / 25 ảnh, tần số dòng Fh= 25.625 = 15625

Với hệ 525 dòng / 30 ảnh, tần số dòng Fh= 30.525 = 15750

Tớn hiu video thu đợc từ q trình quet tín hiệu điện biến đổi liên tục có biên độ tỉ lệ với độ sáng hình ảnh theo thời gian theo khơng gian Vì để thực khơi phục đợc tín hiệu đầu thu cách đợc dễ dàng cần phải truyền xung đồng

Tín hiệu Hình ảnh Tín hiệu

ng b

Hình 1.4: Dòng tÝn hiƯu trun h×nh

Để thực phát sóng chơng trình truyền hình, tín hiệu hình ảnh phải đợc điều chế lên tần số cao phù hợp vớitính chất đờng truyền

Đối hệ truyền hình màu, hình ảnh truyền cần có thêm thơng tín màu sắc, Tuy nhiên, thơng tin màu sắc đợc truyền phạm vi giải phổ có sẵn tín hiệu truyền hình đen trắng

Kỹ thuật truyền hìnhmàu dựa sở lý thuyết ba màu Theo đó, hầu hết màu sắc tính chất đậm nhạt chúng đợc tái tạo lại nhờ ba màu theo tỷ lệ định Ba màu R (đỏ), G ( Xanh cây), B (Xanh dơng) Tất dạng tín hiệu màu đợc xây dựng lại từ tín hiệu ER, EG, EB Đây tín hiệu tơng tự

có biên độ tỷ lệ với lợng phổ thành phân màu ảnh

Đối với tất định dạng, thành phần tín hiệu chói EY đợc tạo mạch ma trận thoả

mÃn phơng trình:

EY= 0,229 ER + 0,587 EG +0,114EB

Er, EG,EB tín hiệu màu sau hiệu chỉnh Gama Các hệ số chóng

ch-ơng trình dựa mối quan hệ độ nhạy mắt ngời với thành phần màu Giá trị EY tỷ lệ với độ sáng nhận đợc hình ảnh

Tín hiệu video màu đợc chia làm hai loại: Tín hiệu tổng hợp tín hiệu thành phần Trong dạng tín hiệu tổng hợp, thành phần tín hiệu chói tín hiệu màu đợc tổng hợp kênh truyền Cón dạng tín hiệu thành phần, tín hiệu chói tín hiệu màu chiếm kênh riêng biệt

TÝn hiƯu tỉng hỵp

R

G B

EY,Q,I

NTSC

Xö lý ER

PAL

Camera TÝn hiÖu EG SECAM

EB

ER

EG Ma R

trËn Ma trËn

Ma trËn

Ma trËn Ma

EB G

B EY, ER - E’Y, EB- E’Y

TÝn hiƯu thµnh phần

Hình 1.5: Hệ thống truyền hình màu II.1 Hệ NTSC

Hệ thống truyền hình màu NTSC ( National Television System Committee) hệ thống truyền hình màu có giới vào năm 1953 mü

Các thơng tin chói, màu đơng đợc liên kết với để truyền kênh cao tần RF 6MHz, (bảng 1.1) Hai tín hiệu băng tần hẹp đợc truyền băng tần rộng tín hiệu chói (4,2MHz)

Bộ mã hố tín hiệu chói băng tần rộng (4,2MHz) hai tín hiệu số màu có băng tần hẹp (B- Y, R- Yhoặc I,Qnh đặc trng gốc từ năm 1953) Độ rộng băng tần tín hiệu hệ số màu 600Khzhoặc 1,3MHz Băng tần rộng (1,3MHz) thờng dùng môi trờng Studio Trong mơi trờng truyền dẫn phát sóng thu nhận tín hiệu, máy thu màu sử dụng băng tần tín hiệu hệ số màu 600KHz Mỗi tín hiệu hệ số màu êù chế tải màu Hai tải màu có tần số giống nhau, nhng pha vng góc 900, khơng gây can nhiễu

xuyên kênh ( Crosstalk) qua lại ( Suppred carrier quadrature amplitude modulation) Kết điều biên đầu điều chế

STT Thông số Giá trị

1 Toạ độ màu sơ cấp màu cho đèn máy thu hình

X Y G:0,0310 0,596 B:0,155 0,070 R:0,630 0,340 Toạ độ màu cho tín hiệu sơ

cÊp b¾ng

ChÊt ph¸t s¸ng D65 X= 0,3127

Y= 0,3297 Giá trị Gramma cho đèn máy thu

h×nh

 = 2,2

4 Tín hiệu chói ( sửa ) E’Y= 0,587E’G +0,114E’B +0,229E’r

5 Các tín hiệu số màu( sửa ) Phơng trình tín hiệu màu tổng

hỵp

7 Loại điều chế tải màu Tần số tải màu

9 Độ rộng băng tần biên mµu (KHz)

11 Đồng tải màu Burst tải nằm vai sau xung xố dịng Bảng 1.1 Tổng hợp đặc trng tín hiệu NTSC

Tần số tài màu n lần nửa tần số dòng fH, làm cho phổ thành phần màu thành

phần chói xen kẽ (dịch nửa dßng, half – line offset)

Điều dẫn đến số dịng (15.734,25Hz) tần số mành (59,94Hz) có thay đổi nhỏ ( thay 15.750Hz 60Hz) Các tần số nằm phạm vi hoạt động mạch quét máy thu hình

Đỉnh xung cao xuất quanh xung tải màu đợc nén lại 3,58MHZ Các thành phần phổ biên màu nằm vùng fH Các thành phần phổ chói mức thấp xen kẽ vùng

fH/2 Biên độ tải màu thấp 20db so với thành phần biên có ý nghĩa Thơng

th-ờng khơng nhìn thấy tải màu Các mức thấp thể xung đồng màu(burst) có l-ợng thấp Burst có chuẩn tần số pha cho dải màu, gồm chu kỳ tải màu

Burst đợc truyền khoảng vai sau xung xố dịng (hình1.11) Mục đích xung burstlaf đồng cho dao động (oscillator) máy thu hình, nhằm tạo lại tải màu cho mạch giải điều chế đồng B – Y R –Y để tạo lại tín hiệu hiệu số màu Pha burst 1800cho pha chuẩn (E’

B – E’Y)

Điểm chuẩn động 19chukỳ tải

mµu= 10deg 9+1 chu kú

40IRE

Thêi gian lªn

300ns

Hình 1.6 Khoảng cách xoá dòng có xung burst NTSC

Hình 1.7 sơ đồ khối mã hố NTSC dùng tín hiệu R –Y/B – Y Các tín hiệu R,G,B đến mạch ma trận trở kháng để tạo tín hiệu chói Y hai tín hiệu hệ số màu Mỗi tín hiệu hệ số màu đợc giới hạn băng tần trớc đa đến điều chế cân Tải màu 3,58 MHz đợc đa vào điều chế B – Y, qua mạch dịch pha 900 đến điều chế R – Y.

Tín hiệu chói đợc làm trễ để bù độ trẽ thành phần màu mạch lọc thơng thấp Mạch cộng phối hợp thành phần chói, biên tần tải màu, xung đồng burst( dịch pha 1800)

để tạo lại tín hiệu màu tổng hợp ( Compsite)

Pha tải màu 00 thành phần tín hiệu ( B – Y), 90

0đốivới thnhà phần ( R –Y

) 1800 burst ( hình 1.7)

Hình 1.8 trình bày vectơ qua trình điều chế tải màu Vectơ cho tập giá trị giá trị E’B - Y E’R –Yđợc biểu diễn hai tải điều biên vuông pha với

EG EY

EB ER- Y

ER EB -Y

Hình1.7: Sơ đồ khối mã hố B –Y /R – Y hệ NTSC 900

Gãc

Burst B Y

Hình 1.8: Độ bÃo hoà mµu vµ gãc pha biĨu diƠn mµu Pha biĨu diƠn màu sắc ( hue) Véctơ qua trình điều chế tải mà

Tín hiệu COMPOSITE

Ma

trËn Céng

T¹o Xung

đồng

I.PF

I.PF

900 I.PF

Burst 1800

Tách ng

bộ

Trễ

Thông dải

Chặn

EG

EB

ER

Hue

Hình 1.9 Sơ đồ khối giải mã B – Y/ R – Y hệ NTSC.

Hình 1.9 sơ đồ khối giải mã B – Y/ R – Y hệ truyền hình NTSC Các băng tần màu đợc tách mạch lọc thông giải đợc đa đến hai điều chế đồng đến tách xung đồng màu ( Burst) Đầu mchj tách xung burst đợc đa đến mạch PLL ( vịng khố pha ), cịn xung từ mạch tạo xung khố burst ( burst key generator) đợc đa đến mạch tách xung burst Đầu mạch PLL đồng với mạch tạo tải màu cục XTL Tải màu đợc đến mạch giải điều chế B – Y đợc dịch pha 900 để đến mạch giải điều chế R

– Y Mạch điều khiển hue ( tay) cho phép điều chỉnh pha tải màu để burst có quan hệ pha Tín hiệu màu vi sai (đợc điều chế) tín hiệu chói (đợc làm trễ) đợc suy giảm mạch lọc chặn (notch filter)

Hình 1.10 sơ đồ khối giải mã NTSC dùng mạch lọc lợc (comb filter) Ưu điểm giải mã thay đổi đợc pha tải màu 1800 từ dịng đến dịng khác Tín hiệu

tổng hợp mặt đến mạch cộng, mặt khác qua mạch đảo pha 1800 trễ dòng (1H =

Tách đồng

bé

Kho¸ burst

PLL

3,58MHz XTL OSC T¸ch sãng

Ma TrËn

63,55s) đến đầu vào thứ hai mạch cộng (adder) Mạch cộng triệt tiêu thành phần chói (cố định theo dịng) cho thành phần màu lọc lợc

Giải điều chế

R-Y G

EG

B EB

ER

Hue

Hình 1.10 Sơ đồ khối giải mã hoá NTSC với mạch chọn lọc

Thành phần màu tín hiệu màu tổng hợp đợc đa đến mạch trừ (subtractor) thành phần chói lọc lợc Mạch giải mã (lọc lợc) làm tốt với hình ảnh có tơng quan cao theo dòng kết làm giảm đáng kể hiệu ứng xuyên màu, giảm nửa độ phân giải màu theo mành hiệu ứng lấy trung bình theo dịng Mạch giải mã (lọc lợc)

1H

Ma TrËn

TrÔ

900

3.58MHz XTL OSC PLL

Tách đồng

bé

T¸ch Burst Kho¸

Burst

3,58MHz Thông dải

sẽ không đáp ứng, thay đổi màu khơng liên tục (gián đoạn) từ dịng đến dịng khác Các giải mã (lọc lợc) thích nghi tự chuyển động chuyển mạch vào notch filter, chúng xác định dịch chuyển màu rõ ràng trở lại hoạt động bình thờng (nếu điều kiện không xuất hiện)

Một nhợc điểm hệ màu NTSC nhạy với méo phi tuyến thay đổi pha tải màu động (gọi pha vi sai) so với pha tải màu tĩnh

II HƯ PAL

Hệ truyền hình màu PAL đợc phát triển để tơng hợp với hệ truyền hình đen trắng 625/50, đ-ợc sử dụng châu Âu phát sóng kênh MHz (RF) với băng tần video 5; 5,5 MHz Phụ thuộc vào tiêu chuẩn phát sóng, ta có loại PAL sau đây;

B- PAL, D- PAL, G- PAL, H- PAL, I- PAL

Điểm khác chủ yếu loại tiêu chuẩn PAL độ rộng băng tần phát sóng tín hiệu luminance biên chrominance studio có tiêu chuẩn tín hiệu PAL chung

Nghiên cứu chi tiết, ta thấy hệ PAL có nhiều thơng số giống hệ NTSC Điểm khác hệ pha tải màu cho thành phần R-Y đảo ngợc theo dòng mối mành (field) Nguyên nhân phát triển hệ PAL nhằm khắc phục sai pha tải màu (độ di pha tải màu hệ PAL cho phép nằm phạm vi rộng nhiều so với hệ NTSC) tín hiệu qua thiết bị hệ thống studio truyền dẫn phát sóng Hệ PAL đợc kỹ s Châu Âu, đứng đầu giáo s Walter Bruch (ngời Đức) nghiên cứu cho đời vào đầu năm 1960 Bảng 1.2 thơng số tín hiệu PAL-B-D-G-H I

Bộ mã hố PAL xử lý tín hiệu luminance băng rộng (≥ 5MHz) hai tín hiệu hiệu số màu băng hẹp có độ rộng Các tín hiệu chrrominance có tên E’u E’ v giống với E’B-Y

E’ R-Y NTSC Cực tính E’ v đảo ngợc theo dòng (xem thành phn th

phơng trình EM , điểm 6, bảng 1.2)

Thông số Giá trị

1 Toạ độ màu RGB cho máy thu hình

X y G: 0,29 0,60 B: 0,15 0,60 R: 0,64 0,33 Toạ độ màu với tín hiệu sơ cấp

b»ng

Mµu D65: x = 0,3127; y = 0,3290

3 Giá trị grâmm cho đèn hình máy thu hình

ɣ = 2,8

5 C¸c tÝn hiƯu chrominance E’U = 0,877(E’B - E’Y);

6 Tín hiệu màu tổng hợp Loại điều chế tải màu

Bng 1.2 Cỏc c trng ca tớn hiu PAL

Sự luân phiên pha theo dòng tín hiệu EV thể thành phần phổ màu

các khoảng fH/2 (=7,8125KHz) thành phần phổ Euk Sự chênh lệch (offset) 1/2fH

giữa luminance chrominance (trong NTSC) gây xuyên kênh thành phần phổ Ev phổ luminance Để khắc phục tợng này, hệ PAL dụng phối hợp chênh lệch

1/4fH với chênh lệch ảnh (frame) Tần số tải màu có giá trị:

FSC = (284 –1/4)fH + fV/Hz = 4.433.618.75Hz

Trong đó: fH = 15.625Hz;

f V = 25Hz

Độ rộng băng tần truyền biên tín hiệu chrominance phụ thuộc vào đặc trng kênh truyền

Tín hiệu đồng màu Burst bao gồm 10 chu kỳ tải màu đợc truyền vai sau xung hố dịng Hình 1.16 biểu diễn chi tiết chu kỳ xố dịng với burst Pha burst thay đổi luân phiên theo thành phần V với chuẩn vector U Pha luân phiên + 1350 v

-1350 ở khoảng xoá mành có 11 dòng xung burst Phân xoá mành có mét

chuỗi đặc trng (gọi khoảng xoá Burst – tên giáo s, tác giả hệ PAL) nhằm đảm bảo xung burst thứ sau kết thúc khoảng xố có burst với pha +1350.

Vai trị xung burst đồng cho dao động cục máy thu, cung cấp cho giải điều chế đồng U V nh chuyển mạch theo trục V Dao động tạo tải màu cung cấp tải màu (khôi phục lại) cho giải điều chế u V để tạo lại tín hiệu số màu Pha burst đợc tạo lại có giá trị +1800 so với vectơ chuẩn U.

Các tín hiệu R,G,B (đã sửa gamma) đợc cung cấp cho ma trận tạo tín hiệu luminance y hai tín hiệu số màu Mỗi tín hiệu số màu đợc giới hạn độ rộng băng tần đến 1,2 MHz trớc đến điều chế cân Tải màu 4,43 MHz cung cấp cho điều chế U, qua mạch dịch pha 900 cung cấp cho điều chế V Nh burst tải màu đợc hình thành khi

đi qua chuyển mạch pha +1350 Chuyển mạch pha tải màu cho U burst xảy tÇn sè

fH/2 = 7.812,5Hz (PAL trigger) Tín hiệu chói Y đợc làm trễ chrominance sử dụng

EG E

EB EV I.PF

§iỊu chÕ V

Cộng Đầu

ER EU I.PF Điều chế U

Tải mầu 90

4.43MH

Đồng composite

Hình 1.11 sơ đồ khối giải mã PAL

Các biên chrominance đợc tách lọc thông dải đợc đa vào mạch điều chế chrominance mạch tách xung burst

Mạch tách burst tạo cổng khoá burst từ xung đồng dịng Đầu đồng với tạo lại tải màu cục dùng thạch anh có điều khiển PLL (phase – locked loop) Pha burst thay đổi từ dòng sang dòng kia, luân phiên ± 1350 so với chuẩn U

Tải màu đợc tạo có pha ± 1800 so với chuẩn U Đầu mạch chọn lọc thông dải đợc

đa đến dây trễ 1H (= 64s), cộng trừ Đầu cộng tín hiệu có biên U Tín hiệu đầu trừ biên ± V (luân phiên) Hai tín hiệu dẫn đến hai giải điều chế đồng Pha tải màu đến giải điều chế U cố định

Ma TrËn

TrÔ

Tạo đồng

bé

TÝn hiÖu NOTCH DELAY COMPOSITE

4,43MHz

Giải đ/c V

Giải đ/c U

Hình 1.12 Sơ đồ mạch giải mã PAL

Pha trừ đến giải điều chế V thay đổi luân phiên theo dòng ± 900 (tốc độ

7,8125KHz) so với giải điểu chế U Các tín hiệu số màu tín hiệu chói (có trễ) sau giải điều chế, đợc đa vào mạch ma trận để tạo lại tín hiệu màu sơ cấp ban đầu Mạch lọc chặn (notch filter) đợc dùng làm để làm giảm độ nhìn thấy tải màu Độ phân giải chrominance PAL theo chiều thẳng đứng nửa độ phân giải luminance kết lấy trung bình mạch giải mã Có nhiều biến thể mạch lọc đ ợc (comb filter) đợc dùng giải mã PAL

Một nhợc điểm hệ truyền hình màu NTSC nhạy cảm với méo phi tuyến, tạo pha vi sai Quá trình PAL làm biến đổi pha vi sai (làm thay đổi tông màu – color hue) thành khuyếch đại vi sai (làm thay đổi độ bão hồ màu khơng lớn)

II.3 Hê SECAM Tách

ng b

Khoá Burst

Thông Dải

1H

Ma trận

4,43MHz XTLOSC

T¸ch Burst

7,8 KHz

PLL 90

SECAM (sesquentiel couleurs a mesmoire – sequential color with memory) chủ yếu hệ thống truyền dẫn Nhiều nớc sử dụng tín hiệu cơmpnent video tín hiệu PAL studio, sau chuyển đổi sang SECAM trớc truyền dẫn phát sóng Hệ SECAM sử dụng phơng pháp truyền thông tin màu qua kênh truyền tín hiệu đen trắng, hồn tồn khác với hệ PAL NTSC (PAL gần với NTSC) Hệ SECAM truyền thơng tin màu lần lợt, cịn hệ PAL, NTSC truyền đồng thời Trong PAL NTSC truyền đồng thời thông tin luminance chrominance phơng pháp ghép kênh theo tần số FDH, SECAM truyền lần lợt thơng tin luminance hai tín hiệu số màu từ dòng đến dòng Kết độ phân giải màu theo chiều đứng nửa độ phân giải luminance (SECAM) Hệ SECAM sử dụng hai tín hiệu amù điều tần (FM) với hai tải màu (hai tần số khác nhau) Tải màu cho tín hiệu hiệu số màu D’R có tần số fOR=4,4MHz, cịn cho tín hiệu D’B có tần số 4,25MHz

Đặc trng tín hiệu SECAM đợc cho bảng 1.3

Mạch mã hố SECAM xử lý tín hiệu luminance băng rộng (>5MHz) hai tín hiệu hiệu số màu băng hẹp (1,5MHz) có độ rộng băng tần:

D’B = 1,5(E’B- E’Y) vµ

D’R = -1,9 (E’R- E’Y)

Dấu trừ (-) D’R biểu diễn giá trị âm (E’R- E’Y) để làm tăng độ di tần dơng

tải màu di tần Giống nh tín hiệu điều tần, tín hiệu điều chế chổminance SECAM đợc gây méo trớc (preemphasis) SECAM sử dụng hai loại gây méo trớc khác nhau: - Gây méo trớc (hay tiền nhấn – preemphasis) tín hiệu số màu trớc chúng điều chế tải màu (hàng 6, bảng 1.3), kết làm tăng SNR (tỷ số tín hiệu nhiễu) cho tín hiệu chrominance

- Gây méo trớc tải màu đợc điều chế hàng 11 Loại gây méo trớc màu có tên đồ thị Bell, kết làm giảm độ nhìn thy ti mu

Các tần số tải màu (hai loại ) không cần di tần có giá trị gấp nhiều lần chẵn tần số quét dòng fH = (15,625MHz) Do nhiều tần số xen kẽ thành phần phổ

luminance v chrominance nh h PAL hệ NTSC Tình trạng phức tạp tải màu đợc điều tần Hai tải màu biên phụ có phổ băng tần nằm 6MHz Để giảm độ nhìn thấy tải màu kênh luminance giải mã SECAM sử dụng mạch lọc thơng thấp có cực (poles) đợc suy giảm mạnh hai tần số tải màu (không di tần tải màu tĩnh) fOB fOR Tín hiệu SECAM với luminance 3,5MHz

các tải màu tĩnh (không di tần) Quét (sweep) đợc suy giảm từ 3,2 MHz, nhằm làm cho mạch mã hố khơng cho luiminance qua đoạn tần số

T

2

3

10 11

12

Toạ độ màu sơ cấp máy thu hình

Toạ độ màu cho tín hiệu sơ cấp

Giá trị gramma cho đèn hình(ɣ) Tín hiệu luminance

C¸c tÝn hiƯu chrominance

Sửa trớc tần số tần số thấp tín hiệu hiệu số màu

Phơng trình tín hiệu màu tổng hợp Điều chế tải màu

Tần số tải mµu

Độ tần cực đại tải màu/KHz Biờn ti mu

Đồng tải màu

X Y G: 0,29 0,06 B: 0,15 0,06 R: 0,64 0,33 D65: x=0,3127 ; y = 0,3290

2,8

E’Y=0,587 E’G+0,114 E’B+0,299 E’

D’B=1,505(E’B-E’Y);D’R=-1,902(E’B- E’Y)

D’B=ABF(f)D’B’; D’R=ABF(f)D’R

EM=E’Y+Gcos2Π(fOB+ΔfOB.fO.DB.dl) hc

EM=E’Y+Gcos2Π(fOR+ΔfOR.fO.DR.dl)

Luân phiên theo dòng FM

Giá trị chuẩn fOB=4.2500002000

FOR=4.406.2502000

Quan hệ với tần số dòng fH

FOB=272fH; fOB= 282fH

G=M0[(1+j16F)/(1+j1,26F)]

Víi F=(f/f0)-(f0/f)

F0= 4286KHz

2M0- Biên độ đỉnh đỉnh

2M0=23% biờn luminance nh nh

Chuẩn tải màu vai sau xung xoá dòng (trờng hợp không di tần)

Tiêu chuẩn dòng 5.6à+250ns

For or Fob

Tải chuẩn màu

Hình 1.13 Chi tiết tải màu thời gian xoá dòng hƯ SECAM

Vì hai dịng liên tiếp lần lợt truyền tải tín hiệu chrominance, cần nhận dạng chúng, nên tải màu tĩnh đợc truyền vai trò sau (backporch) xung xố dịng Khác với NTSC PAL (dùng chung burst), hệ SECAM, tải đợc truyền liên tục suốt thời gian dòng đợc xố thời gian đồng dịng thời gian xố mành Nên thiếu thơng tin chrominance, biên độ cố định suốt thời gian dịng hình Hình 1.13 biểu diễn chi tiết thời gian xố hệ SECAM

Hình 1.14 sơ đồ khối mạch mã hố hệ SECAM Các tín hiệu sửa gramma G,B,R đ-ợc cấp cho mạch ma trận để tạo tín hiệu luminance Y hai tín hiệu số màu Mỗi tín hiệu số màu đợc giới hạn băng tần đến 1.5MHz, đợc gây méo trớc (preemphasized) cung cấp cho mạch điều chế cho tần số (điều tần FM) Đầu điều chế FM đợc xếp thành chuỗi sở dòng đến dịng mạch đóng mở (switch), đợc điều khiển tín hiệu nhận dạng SECAM (identification) với tần số 1/2fH = 7,8125KHz, sau cấp cho mạch

chọn lọc Bell Tín hiệu Y đợc làm trễ để bù với độ trễ tín hiệu chrominance Mạch cộng liên kết luminance tải màu: điều chế tần với biên độ tín hiệu đồng tổng hợp tín hiệu màu tổng hợp

E’R E’Y

D’R

E’G

f0=4.406MHz

E’B E’B

ChuyÓn mạch

LPF

DELAY

PLEEMP sóng FMTách

SW Läc

bell LPF

Céng

7.8KHz SECAM f0=4.25MHz

§ång bé COMPOSTTE

Hình 1.14 Sơ đồ khối mạch mã hố SECAM

Hình 1.15 sơ đồ khối mạch giải mã SECAM Tín hiệu luminance đợc tạo cách cho tín hiệu tổng hợp qua mạch lọc thơng thấp có cực (poles) suy giảm cao 4,25 4,40MHz Tín hiệu chrominance biên tần đợc tạo cách cho tín hiệu tổng hợp qua mạch lọc thơng giải mạch lọc ngợc Bell Tín hiệu đợc đa trực tiếp vào chuyển mạch dòng 2x2 dây trễ 1H (=64às) Bộ chuyển mạch đợc điều khiển xung 7,8125KHz (tạo cách giải điều chế tải tần tĩnh vai sau xung xố dịng) Bộ chuyển mạch bảo đảm tải điều tần đợc cấp xác theo dịng cho mạch giải điều chế tải màu Các tải màu đợc hạn biên cấp cho tách sóng biến đổi tần số (discriminator), với tín hiệu luminance có trễ cung cấp cho mạch ma trận để tạo lại tín hiệu sơ cấp gốc

Hệ thống truyền hình màu SECAM tơng đối không nhạy với méo phi tuyến vốn có mạch tích cực Vì thích hợp cho việc truyền dẫn qua mạng đờng dây ngầm dới đất phát sóng mặt đất

ở studio, nói chung cần hạn chế việc chuyển mạch nguồn tín hiệu Đó tải điều tần nằm tín hiệu video tổng hợp

TÝn hiÖu COMPOSITE

E’Y E’R

D’R

§ång bé

LPF TrƠ

Läc

Bell 1.H

H¹n chÕ DISC DEEMP

H¹n chÕ DISC DEEMP

7.8KHz Chun

M¹ch CTL

E’G

D’B

E’B

Hình 1.15 Sơ đồ khối mạch giải mã SECAM

Kỹ thuật sản xuất đại dùng tín hiệu SECAM địi hỏi giải điều chế thành tín hiệu thành phần tơng tự, khơng giống nh PAL NTSC (có thể sử lý định dạng tổng hợp) Các tiêu chuẩn composite số (lấy mẫu nhiều tần cố định đợc dùng phổ biến với PAL NTSC, nhng hạn chế SECAM, dùng làm phơng tiện sản xuất chơng trình truyền hình (các tải tần thay đổi theo thời gian)

Chơng ii: số hoá tín hiệu video I Tại phải số hoá tín hiệu truyền hình

Tớn hiệu truyền hình tơng tự (từ khâu tạo, truyền dẫn phát sóng đến khâu thu) chịu ảnh hởng nhiều yếu tố (nhiễu can nhiễu từ nội hệ thống từ bên ngồi) làm giảm chất lợng hình ảnh

Tín hiệu video số đợc tạo từ tín hiệu video tơng tự Tín hiệu video số có hai trạng thái logic “0” “1” Tập hợp tất giá trị logic “0” “1” biểu diễn tín hiệu video số

Số hố tín hiệu truyền hình điều tất yếu mà cần phải thực sớm tốt cơng nghệ truyền hình số bộc lộ u mạnh tuyệt đối so với truyền hình tơng tự nhiều lĩnh vực:

- TÝnh chèng nhiÔu cao

- Có khả phát lỗi sửa sai (nÕu cã)

- HiƯu qđa sử dụng dải thông cao, có khả truyền nhiều chơng trình kênh RF

- Tớnh phân cấp, ví dụ dịng liệu đợc sử dụng để truyền chơng trình truyền hình có độ phân giải cao vài chơng trình truyền hình có độ phân giải tiêu chẩn

- Khả truyền tải nhiều thông tin khác

- Tiết kiệm lơng với công suất phát sóng, diện phủ sóng rộng truyền hình tơng tự

- Khố mã đơn giản

- Dễ dàng thích nghi với bớc tiến triển sang truyền hình độ phân giải cao phát với chất lợng CD tơng lai

- Thị trờng đa dạng có khả cung cấp nhiều loại cho đông đảo khán giả cho tác nhân

- Chi phÝ khai th¸c thÊp

II Quá trình biến đổi tơng tự sang số.

Q trình biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số gồm giai đoạn hình 2.1

- Lấy mẫu tín hiệu tơng tự: trình gián đoạn (rời rạc hoá) theo thời gian tần số lÊy mÉu flm

- Lợng tử hố: q trình rời rạc hố theo biên độ tín hiệu, có nghĩa chia biên độ nhiều khoảng (mức) khác mức đợc gần trị (biên độ)

- Mã hố tín hiệu lợng tử háo: có nghĩa biến đổi thành tín hiệu số việc xếp cho mức tín hiệu (hệ đếm thập phân) sang hệ đếm nhị phân (“0” “1”)

U

t

MÉu U’

t1 t2 t3 t4 t5 t6

t7 t8 t

K

h

o

¶n

g

l ỵ

n

g

t

T Chu kú lÊy mÉu

U t MÉu U t

U 100 110 111 110 100 001 000 001 011

t

Hình 2.1 Biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu số Các số thập phân ln biểu diễn tổng số nhị phân (binary) nh sau:

HƯ thËp ph©n Hệ nhị phân Ký hiệu (mà bit)

= + + + 20 0001

= + + 21+ 0 0010

= + + 21+ 20 0011

= + 22+ + 0 0100

= + 22+ + 20 0101

= + 22+ 21+ 0 0110

= + 22+ 21+ 20 0111

= 23+ + + 0 1000

= 23+ + + 20 1001

10 = 23+ + 21+ 0 1010

11 = 23+ + 21+ 20 1011

12 = 23+ 21+ + 0 1100

13 = 23+ 21+ + 20 1101

Bảng 2.1: Biểu diễn số thập phân theo nhị ph©n

Số đợc biểu diễn số bít Bít đơn vị nhỏ thơng tin rời rạc, biểu diễn hai trạng thái; có xung (“1”) khơng có xung (“0”) Tín hiệu số đợc biểu diễn chuỗi xung “1” xung “0”, để truyền tín hiệu cần phải dùng mã (code)

Nhóm bít ký hiệu tín hiệu số, biểu diễn mẫu lợng tử hoá tạo từ mã (code word) Giá trị tín hiệu biểu diễn thông tin thời điểm từ mã Mỗi mẫu tín hiệu tơng tự đợc biểu diễn số nhị phân, gồm n bít (biểu diễn số khoảng lợng tử cho biên độ cho mẫu cho trên) Số bít biểu diễn mẫu n có quan hệ chặt chẽ với m khoảng l -ợng tử: m =

Lợng thông tin truyền đơn vị thời gian đợc gọi tốc độ bít (bít rate), có đơn vị bít/giây Tốc độ bít C tích phân số lấy mẫu flm số bít biểu diễn mẫu tín hiệu tơng tự

n Tốc độ C phụ thuộc vào độ rộng băng tần kênh truyền (W) tỷ số tín hiệu nhiễu (S/N) theo Shannon nh sau:

C = Wlog2

(1 + N/S) [bit/s]

C = flm n

C- Tốc độ bít [bit/s]; W- Độ rộng băng tần [Hz]; S/N- Tỷ số tín hiệu nhiễu (trăng) 000 010 110111 111 110 101 010

Hình 2.2: Biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tơng tự

Trong thực tế, cơng thức Shannon cho biết: để truyền tín hiệu số có tốc độ bít C [bit/s], cần độ rộng băng tần kênh truyền W ≥ 3/4C [Hz]

ở phía thu, tín hiệu số đợc biến đổi ngợc lại thành tín hiệu tơng tự Q trình biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu tơng tự đợc cho hình 2.2 ngợc lại với hình 2.1

II.1 CÊu tróc lÊy mÉu

Nếu coi hình ảnh số tập hợp số việc xếp, bố trí chúng theo quy luật lợi Mục đích vấn đề giảm tối thiểu tợng viền, bóng nâng cao độ phân tích hỡnh nh

Các mẫu hàm t, x, y lối mạch lấy mẫu ta cã tÝn hiÖu xS

XS(x, y, t) = xa(x, y, t) s(x, y, t)

Xa(x, y, t) tín hiệu vào tơng tự

S (x, y, t) = ∑

k

❑ ∑

n

❑∑

m

❑ (lx-kx)(y-nY)(t-mT)

S(x, y, t) hàm lấy mẫu khác không vị trí thời gian có mẫu Với: X: khoảng cách mẫu theo dòng;

Y: khoảng cách mẫu theo mành; T: lµ chu kú mµnh;

N: lµ số dòng; K: số mẫu mành;

M: l số mành Phổ tín hiệu rời rạc xS (x, y, t) đợc biểu hiện:

X(fx, fy, ft)=∑

k ∑n ∑m

D X , Y ,T(fx− k X)(fy−

n Y)(ft−

m T)

Víi: Fx tần số lấy mẫu theo dòng;

FY tần số lấy mẫu theo mành;

F l số lẫy mẫu; D hệ số biên độ

Phổ tín hiệu chuỗi vơ hạn tín hiệu vào, mà tâm chúng cánh 1/X theo dòng, 1/Y theo mành 1/T = f theo trục tần số Các thành phần phổ quan hệ với biên độ theo biểu thức

Dx = τ

X Anx; Dy = τ

Y Any; Dt = τ

T Ant

Các hệ số An giảm dần k, n, m tăng, có nghĩa biên độ phổ kề (đối xng qua trc

O) giảm dần, vị trí chúng bất biến

Sau ta xÐt hai trêng hỵp lÊy mÉu tÝn hiƯu cã phỉ tần hạn chế (ứng với fghx, fghy, fgh):

1./ fx ≥ 2fghx, fy ≥ 2fghy, f ≥ 2fgh tần số lấy mẫu lớn hai lần tần số giíi h¹n theo chiỊu x, y,

t Trong trêng hợp này, phổ tín hiệu XS(x, y, t), Xa(x, y, t) sÏ gièng ph¹m vi:

- fghx ≤ fx ≤ + fghx

- fghy≤ fy≤ + fghy

- fgh ≤ fx ≤ + fgh

Còn tín hiệu vào Xa khôi phục lại từ chuỗi mẫu không méo

2./fx > 2fghx, fy> 2fghy, f > 2fgh tÇn sè lấy biểu mẫu theo hai, ba chiều nhá (lín

hơn hai lần tần số biên), nên phổ chúng lồng vào khơng khơI phục lại đợc tín hiệu vào xa (x, y, t) cách đắn từ chuỗi mẫu

Để tạo lại tín hiệu vào khơng méo, cần phảI lựa chọn tần số thích hợp theo ba chiều (x, y, t) Nếu lấy mẫu tín hiệu video theo tiêu chuẩn xác định theo chiều đứng (625 dòng) theo thời gian (25 ảnh/ giây), hạn chế khả lựa chọn Y(fy) T(f) Các đại lợng có

Ta giả thiết điểm (có mẫu đợc biểu diễn theo đại lợng (x, y, t) cần phảI xác định xác vị trí dịng kề mành kề nhau, có nghĩa phảI chọn cấu trúc lấy mẫu thích hợp Về mặt lý thuyết có nhiều kiểu liên kết vị trí mẫu, nhng thực tế chọn đợc số để thực hiện, ví dụ cấu trúc trực giao, quincunx mành (4 điểm nằm góc điểm thứ nằm tâm hình chữ nhật), quincunx dịng Cấu trúc trực giao (hình 2.3)

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * H×nh 2.3 CÊu tróc trùc giao

Các mẫu đợc xếp (trên dòng kề nhau) thẳng hàng theo chiều đứng Cấu trúc cố định theo mành theo ảnh (hai mành)

Phỉ tÇn tÝn hiƯu tâm (giao trục fx fy) bao gồm chuỗi vô hạn phổ cách tâm

một khoảng 1/X 1/Y (ngoài phổ tần tín hiệu vào) Phổ cách tâm phổ tín hiệu khoảng k1/Y kết cấu trúc dòng ảnh, phổ tâm cách k1/X kết lấy mẫu theo dòng (n, k số tự nhiên)

Trong trng hp ny tn số lấy mẫu thoả mãn định lý Nyquist cần sử dụng tốc độ bít lớn Cấu trúc Quincunx mành (hình 2.4)

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * *

H×nh 2.4 Cấu trúc Quincunx mành.

Các mẫu trực giao nằm mành, nhng mẫu thuộc mành lại dịch pha nửa chu kỳ lấy mẫu so với mẫu mành thứ hai

Phõn bố phổ tần cấu trúc quincunx có ý nghĩa mành một, cho phép làm giảm tần số lấy mẫu theo dòng Phổ tần cấu trúc nói mành thứ hai so với phổ mành bọ dịch lồng với phổ tần bản, gây méo chi tiết ảnh (khi hình ảnh có sọc đờng thng ng)

Các mẫu dòng kề cđa mét mµnh sÏ lƯch mét nưa chu kú lấy mẫu, mẫu dòng mành lệch so với mẫu dòng (của mành sau mét nưa chu kú lÊy mÉu0

CÊu tróc Quincunx dòng (hình 2.5)

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * *

* * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * * H×nh 2.5 CÊu tróc quincunx dßng

méo điều cho phép sử dụng tần số lấy mẫu nhỏ 25% tần số Nyquist tiết kiệm đợc phổ tần tín hiệu số

II.2 TÇn sè lÊy mÉu.

Cơng đoạn q trình biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số lấy mẫu (có nghĩa rời rạc tín hiệu hố tơng tự theo thời gian) Do đó, tần số lấy mẫu thông số hệ thống kỹ thuật số Có nhiều yếu tố định việc lựa chọn tần số lấy mẫu Tần số lẫy mẫu cần đợc xác định cho hình ảnh nhận đợc có chất l-ợng cao nhất, tốc độ truyền có tốc độ bit nhỏ nhất, độ rộng băng tần nhỏ mạch thực đơn giản

Số hoá tín hiệu truyền hình có nghĩa biến đổi tín hiệu video tơng tự thành tín hiệu video số từ nguồn tín hiệu (ví dụ camêra), truyền dẫn phát sóng thu (phân tích tổng hợp hình ảnh phơng pháp số) Do để chọn tần số lấy mẫu phải dựa vào dạng tín hiệu video

II.2.1 TÝn hiƯu video tỉng hỵp (c«mpsite video signal).

Đối với tín hiệu video màu tổng hợp lấy mẫu ta cần phải ý đến tải tần màu (sóng mang màu fSC) để chọn tần số cho thích hợp Do đó, chọn tần số lấy mẫu

(fSC) cã thĨ x¶y trờng hợp sau:

- fSC gấp nhiều lÇn fSC vÝ dơ fSa = fSC , fSC fSC dùng cho hệ thống NTSC

PAL hai hệ dùng tần số Hệ SECAM dùng hai tải tần mầu nên không dùng đ -ợc tần số fSC cho tín hiệu số màu

- fSa quan hệ trực tiếp fSC Trong trờng hợp xuất (ngoài thành

phần tín hiệu có ích) thêm thành phần tín hiệu phụ liên hợp fSa fSC hài

của fSC phổ tín hiệu lấy mẫu Đặc biệt thành phần tín hiệu (fSa - fSC) sÏ g©y mÐo tÝn hiƯu

video (dạng tơng tự) xuất lại Loại méo có tên gọi méo điều chế chứo (intermodulation) Các thnàh phần tín hiệu điều chế chứo có tần số nằm kênh mầu tạo hình (hình đồng màu), thể rõ hình ảnh có đồng màu có độ bão hồ màu cố định (ví dụ ảnh kiểm tra sọc màu) Độ ổn định hình đồng màu hình phụ thuộc vào quan hệ fSa cỏc tn s quột dũng v mnh

Mạch điều chế không xuất trờng hợp lấy mẫu mà hoá riêng tín hiệu chói tín hiƯu sè mµu

Trong trờng hợp lấy mẫu tín hiệu video màu tổng hợp cho hệ NTSC, PAL việc chọn giá trị tần số lấy mẫu fSa tối u đơn giản Thờng tần số fSa chọn hàm bậc ba

cđa tÇn sè fSC:

fSa/NTSC = fSC = 10,738635MHz > fgh/NTSC; fgh/NTSC = hc 4,2MHz

NÕu chän fSa = fSC cho chất lợng hình ảnh khôi phục tốt Tuy nhiên

làm tăng tốc độ bit tín hiệu số, dẫn đến lãng phí dải thơng (W > 3/4C)

§èi víi hệ SECAM tần số lấy mẫu fSa hài cao tần màu fSC

hệ SECAM sử dụng phơng pháp điều tần FM Việc chọn tần số fSa có nhiều khó khăn

h¬n

Tín hiệu video số tổng hợp màu cịn mang đầy đủ khiếm khuyết tín hiệu video tơng tự, tợng can nhiễu chói màu Do đó, năm sau này, ngời ta thờng sử dụng phơng pháp số hố tín hiệu video thành phần

Nhiều tranh luận tiêu chuẩn video số có việc xác định giá trị tần số lấy mẫu xảy Hội nghị Quốc tế phát truyền hình năm 1972 đến 1981 Tần số lấy mẫu tăng chất lợng video cao Tuy nhiên, tần số lấy mẫu tăng địi hỏi thiết bị, đờng truyền phải có dải thơng rộng nhớ dung lợng lớn Chi phí tồn hệ thơng tăng lên nhiều lần Qua nghiên cứu thực nghiệm ngời ta rút tần số lấy mẫu thích hợp nằm khoảng từ 12MHz đến 14MHz

Số hố tín hiệu video số tổng hợp có u điểm tốc độ bit thấp so với phơng pháp số hố tín hiệu video thành phần, điều có nghĩa lợng băng từ sử dụng máy ghi hình hạn chế Tuy nhiên tín hiệu số tổng hợp cịn bộc lộ nhiều nhợc điểm trình xử lý số, tạo kỹ xảo, dựng hình

II.2.2 TÝn hiƯu video thµnh phÇn (Componet Video Signal).

Với tín hiệu video thành phần, tần số lấy mẫu thờng đợc hiển thị thông qua tỷ lệ tần số lấy mẫu tín hiệu chói tần số lấy mẫu tín hiệu màu Ví dụ 14:7:7 tỷ lệ lấy mẫu ứng với tần số lấy mẫu tín hiệu chói 14MHz hai tín hiệu màu 7MHz Hệ tín hiệuống dùng tiêu chuẩn 14:7:7 với 8bit/mẫu cho ta tốc độ bit 244 Mbps lớn tốc độ bit hệ 12:4:4 40% 12:6:6 17%

4:2:2 tiêu chuẩn tỷ số tần số lấy mẫu tín hiệu video thành phần Y/CB/CR = 4:2:2 Theo quy định (EBU tech, 3267) tần số lấy mu tng ng vi cỏc

tín hiệu thành phần (ở sử dụng cấu trúc lấy mẫu trực giao): fS(Y) = 13,4MHz

fS (CB) = 6,75MHz

fS (CR) = 6,25MHz

Giá trị 13,5MHz số nguyên lần tần số dòng cho hai tiêu chuẩn 525 625 dòng

13,5MHz = 864fH chuẩn 525 dòng (fH = 15750Hz)

Tần số lấy mẫu định tối đa dải phổ tín hiệu Theo Shannon Nyquist, tần số lấy mẫu tối thiểu phải hai tần số cao tín hiệu Nh với tần số lẫy mẫu nh bé rộng dải phổ tín hiệu thành phần 6,75MHz tín hiệu chói 3,375MHz tín hiệu màu CB CR

Video số thành phần (Component Digital Video) đợc coi phơng pháp số hoá đợc sử dụng nh tơng lai studio hoàn tồn số (All Digital Studio) Tín hiệu video số thành phần có tín hiệuể dễ dàng đợc sử lý, ghi dựng công đoạn hậu kỳ studio Tín hiệu số thành phần loại bỏ đợc khiếm khuyết sóng mang màu tín hiệu video tổng hp tng t gõy nờn

Trong trình số hoá tín hiệu video thành phần, khái nệm tần số lấy mẫu fS phải

bi s súng mang mầu fSC trở nên lỗi thời tần số lấy mẫu nh trình bày, ngồi u cầu

có giá trị khoảng từ 12MHz đến 14MHz, bội số tần số dong, có phải đạt điều kiện tần số lấy mẫu chung có hai tiêu chuẩn truyền hình 525 625 dịng, để tiến tới tiêu chuẩn video chung cho toàn giới, loạibỏ phiền phức gây nên tình trạng đa hệ truyền hình tơng tự (PAL, SECAM, NTSC)

Với tần số lấy mẫu thích hợp đáp ứng đợc nhu cầu đợc tổ chức phát truyền hình (ABU, EBU, Và CCỉR) thống lựa chọn fSa = 13,5MHz chung cho hai

tiªu chuÈn 525 625 dòng Cả hai tiêu chuẩn sử dụng tần số lấy mẫu, số lợng mÉu mét kho¶ng thêi gian tÝch cùc (Active line)

Thời gian dòng hai hệ 625 525 64às 63,5à Hệ 625 dịng có thời gian sớm hơn) thời gian tích cực dòng hệ 625 52às Nếu hai hệ lấy thơì gian tích cực 52às thơì gian xố dịng tơng ứng 12às 11,56às tín hiệng số h s l:

- Tổng số mẫu dòng:

HƯ 625 dßng : 64* 13,5 = 864 mÉu HƯ 525 dßng : 63,56* 13,5 = 858 mÉu

- Số mẫu thơì gian tích cực dßng HƯ 625 dßng : 52* 13,5 = 702 mÉu

II.3 C¸c chuÈn lÊy mÉu.

Có nhiều tiêu chuẩn video số thành phần, điểm khác chủ yếu tiêu chuẩn tần số lấy mẫu phơng pháp lấy mẫu tín hiệu chói tín hiệu mầu Trong bao gồm tiêu chuẩn 4:4:4 , 4:2:2, 4:2:0, 4:1:1 Các định dạng video số có nén lấy mẫu cho dịng tích cực video Để hiểu kỹ chuẩn trên, ta tìm hiểu chuẩn

Mẫu tín hiệu đợc lấy phần từ tích cực tín hiệu video Với tín hiệu PAL, màu hình đợc chia tín hiệnh 625*725 điểm (pixel) Việc lấy mẫu xảy nh hình (hình 2.6)

II.3.1 ChuÈn 4:4:4

○ ● ○ ●

§iĨm lÊy mÉu tÝn hiƯu chãi

○ ● ○ ● ○ ● ○

Điểm lấy mẫu tín hiệu mầu CR

○ ● ○ ● ○ ● Điểm lấy mẫu tín hiệu mầu CB

○ ● ○ ● ○ ● ○ ●

H×nh 2.6 ChuÈn 4:4:4 II.3.2 ChuÈn 4:2:2

○ ● ○ ● §iĨm lÊy mÉu tÝn hiÖu chãi

○ ● ○ ●

Điểm lấy mẫu tín hiệu mầu CR

○ ● ○ ● Điểm lấy mẫu tín hiệu mầu CB

Hình 2.7 Chuẩn 4:2:2

Điểm đầu lấy mÉu toµn bé ba tÝn hiƯu: Chãi (Y) vµ hai hiệu mầu (CB, CR)

Điểm lấy mẫu tín hiệu chói Y, hai tín hiệu màu không lấy mẫu Khi giải mẫu suy từ điểm ¶nh cđa mµu tríc

Điểm sau lại lấy mẫu đủ ba tín hiệu Y, CB, CR

TuÇn tù nh vËy cø lÇn lÊy mÉu Y có hai lần lấy mẫu CB, hai lần lấy mẫu CR tạo lệ

cấu 4:2:2

i với hệ PAL tốc độ dòng liệu chuẩn đợc tính nh sau: - Khi lẫy mẫu bit: (720 +720)* 576* 8* 25 = 124,4Mbps - Khi lẫy mẫu 10 bit: (720 +720)* 576* 10* 25 = 155,5Mbps II.3.4 Chuẩn 4:1:1

○ ●

§iĨm lÊy mÉu tÝn hiÖu chãi

○ ●

Điểm lấy mẫu tín hiệu mầu CR

○ ● §iĨm lÊy mÉu tÝn hiƯu mầu CB

Hình 2.9 Chuẩn 4:1:1

Trong chuẩn này, điểm ảnh đầu lấy mẫu đủ Y, CB, CR, ba điểm ảnh tiếp sau lấy mẫu Y,

kh«ng lÊy mÉu tÝn hiƯu CB, CR, giải mà mẫu ba điểm ảnh sau phải suy từ ba điểm

ảnh ban đầu

Tuần tự nh lần lấy mẫu Y, có lần lấy mẫu CB lần lấy mẫu CR

chuÈn 4:1:1

Đối với hệ PAL tốc độ dòng liện chuẩn đợc tính nh sau: - Khi lẫy mẫu bit: (720 +180 + 180)* 576* 8* 25 = 124,4Mbps - Khi lẫy mẫu 10 bit: (720 +180 + 180)* 576* 10* 25 = 155,5Mbps

Số chuẩn biểu thị tần số lấy mẫu tín hiệu chói (fSa = 13,5MHz), kh«ng

mẫu tín hiệu mẫu so với tín hiệu chói 13,5MHz tần số khoảng từ 12MHz đến 14MHz có giá trị số nguyên lần cho hai hệ Với tần số lấy mẫu này, tín hiệu video số khơng cịn bị phụ thuộc vào tiêu chuẩn khác tín hiệu video tơng tự Thiết bị trung tâm truyền hình số hồn tồn giống cho hai hệ thống, điều tạo thuận lợi cho việc hợp tác sản xuất, trao đổi chơng trình tổ chức truyền hình

II.4 Lơng tử hóa tín hiệu video thành phần.

Nh biết chọn tần số lấy mẫu số hố tín hiệu video ta có hai ph ơng pháp ứng với kiểu số hố tín hiệu video tổng hợp số hố tín hiệu video thành phần Qua phân tích, ta thấy phơng pháp số hố tín hiệu video tổng hợp nhiều nhợc điểm giống tín hiệu tơng tự Do đó, số hố tín hiệu tơng tự video ngời ta sử dụng mà ngời ta thờng sử dụng ph-ơng pháp số hố tín hiệu video thành phần

Q trình lợng tử hố trình biến đổi chuỗi mẫu ứng với chuỗi vô hạn biên độ thành chuỗi mẫu ứng với chuỗi hữu hạn biên độ Khi lợng tử hố tín hiệu video, việc xác định tín hiệu lấy mẫu thang lợng tử quan trọng Trong trờng hợp l-ợng tử thang xuất méo mức tín hiệu vào khơng ổn định, s ờn xuống đặc trng mạch lọc dầu bị nhoè, sửa aperture mức chuẩn ADC không ổn định Muốn giải vấn đề trên, ngời ta sử dụng biên (Margines) bảo hiểm (khoảng trống phía phía dới giá trị cực đại cực tiểu tín hiệu video) Vì ảnh hởng méo mức đen nhỏ mức trắng (mức đen tín hiệu video đợc ổn định), nên biên bảo hiểm mức trắng tín hiệu video phải lớn biên bảo hiểm phía mức đen

Trong trờng hợp lợng tử riêng tín hiệu chói tín hiệu số mầu hay lợng tử tín hiệu video thành phần, việc liên kết cách hợp lý mức tín hiệu với mức lợng tử đóng vai trị quan trọng

Khi tín hiệu chói sau sửa gamma đợc biểu diễn bằng:

E’Y = 0,229E’R + 0,587 E’G + 0,114 E’B (ở đó, tín hiệu E’R, E’G, E’B tín hiệu mầu

b¶n sau sưa gamma

Từ tín hiệu chói ta xác định đợc tín hiệu màu là: E’R- E’Y = 0,701E’R - 0,587 E’G - 0,114 E’B

E’B- E’Y = - 0,229E’R - 0,587 E’G - 0,886 E’B

Tín hiệu mầu E’R E’G E’B E’Y E’R E’Y E’R E’Y Điện áp/V Trắng Đen 10 10 10 10 0 0 R (đỏ) G (lục) B (lam) Vàng Da cam

§á – lam

(purpele) 1,0 0 1,0 0 1,0 1,0 1,0 0 1,0 0,0 1,0 1,0 0,299 0,587 0,144 0,886 0,701 0,587 0,701 -0,578 -0,144 0,886 -0,701 0,587 -0,299 -0,587 -0,886 -0,886 0,266 0,687

Bảng 2.1 Bảng giá trị biên độ - Giá trị tín hiệu nằm giới hạn sau:

- TÝn hiƯu chãi n»m kho¶ng: ±

- TÝn hiƯu E’R- E’Y n»m kho¶ng ± 0,701

- TÝn hiƯu E’B- E’Y n»m kho¶ng ± 0,886

Để giới hạn phạm vi biên độ tín hiệu số màu đến (tức -0,5 đến +0,5), tín hiệu số màu phải nhân với hệ số:

KR = 0,5/0,701 = 0,731, KB = 0,5/0,886 = 0,564

Sau nÐn tÝn hiÖu hiÖu sè màu ta có giá trị:

ECR = 0,713(ER- E’Y) = 0,500 E’R - 0,419 E’G - 0,081 E’B

E’CB = 0,564(E’R- E’Y) = - 0,169 E’R - 0,331 E’G + 0,500 E’B

Trong đó, E’CR E’CB mẫu tín hiệu số mầu trớc lợng tử hoá

255

11111111

16

00010000

00000000

Hình 2.10 Vị trí tín hiệu chói khoảng lợng tư ho¸

Trong trờng hợp dùng mã tuyến tính 8bit, thang lợng tử chứa 256 (từ đến 255) mức có khoảng cách Đối với tín hiệu chuẩn studio, tín hiệu chói sử dụng 220 mức (từ mức đen đến mức trắng) Hình 2.10, mức lại: 36 mức dành cho khoảng bảo vệ tín hiệu đồng Trong biên bảo hiểm bao gồm 16 mức trớc mức đen 20 mức trắng Mỗi trị mẫu tín hiệu chói Y (trớc lợng tử hố) biểu diễn mức hệ đếm 10) thập phân biên độ E’’Y E’’Y = 219 E’’Y + 16

Với mức đen EY = nên EY = 16, với mức trắng EY = nên EY = 235

255

11111111 239 11101111

ER - EY ER - EY

128 10000000

16 00010000 00000000 Hình 2.11 Vị trí tín hiệu số màu khoảng lợng tử

Bảng 2.2 Giá trị từ mà (binary hexadecimal) ứng với mức từ ữ 255 điện áp tín hiệu tơng ứng (số hoá 8bit, 3,196mV/mức) tín hiệu chãi.

Điện áp Binary Hexadecimal Decimal Mức cấm dịng tích 763,927 11111111 FF 255 Cực

Kho¶ng trèng dù phßng 760,731mV … 703,196mV 11111110 … 11101100 FE … EC 254 … 236

Møc video 700,000mV 11101011

… 00010000 EB … 10 235 … 16 Kho¶ng trèng dù phßng -3,196mV

… -47,954 00001111 … 00000001 OF … 15 … Mức cấm dịng tích

cùc

-51,142

00000000 00

Bảng 2.3 Giá trị tf mà (Binary hexadecimal) ứng với mức từ ữ 255 điện áp tín hiệu tơng ứng (số hoá 8bit, 3,125mV/mức) tín hiệu hiệu mầu.

in ỏp Binary Hexadecimal Decimal Mức cấm dịng tích 396,875mV 11111111 FF 255 Khoảng trống dự phóng 393,750mV

… 353,125 mV 11111110 … 11110001 FE … F1 254 … 241 Mức cự đại dơng 350,000 mV

… 11110000 … F0 … 240 …

Mức cực đại âm 0,000

…

-396,875

…

00000001

… 01

… Mức cấm dịng tích -400,000 00000000 00

Nh giá trị thập phân mức tín hiệu mầu trứơc lợng tử hoá biểu thÞ b»ng:

E’’R = 224 [0,731 (E’R- E’Y) + 128 ≈ 160 (E’R- E’Y) + 128]

E’’B = 224 [0,564 (E’R- E’Y) + 128 ≈ 126 (E’R- E’Y) + 128]

Tại mức trắng đen ta có: E’R = E’’B = 128

Đối với mẫu đỏ (R):

E’R - E’Y = 0,701, E’’R = 239

E’B - E’Y = 0,886, E’’B = 90

Đối với mầu lục (G)

ER - EY = -0,587, E’’R = 35

E’B - E’Y = - 0587, EB = 54

Đối với mầu lam (B)

E’R - E’Y = -0,114, E’’R = 110

E’B - E’Y = - 0,886, E’’B = 16

Mầu vàng (Yellow):

ER - EY = 0,114, ER = 146

E’B - E’Y = - 0,886, E’’B = 16

Đối với mầu da cam:

ER - E’Y = -0,701, E’’R = 16

E’B - E’Y = - 0,299, E’’B = 166

Đối với đỏ - da cam:

E’R - E’Y = 0,587, E’’R = 221

E’B - E’Y = - 0,229, EB = 202

Số mức lơng ứng với mức sau lợng tử hoá số nguyên gần II.5 MÃ hoá tín hiệu rời rạc

tun tÝnh trun sè møc lỵng tư (mà nhị phân), DCPM truyền tín hiệu số liên hợp trị lợng tử vài mẫu

Các thông số biến đổi tín hiệu tơng tự sang tín hiệu số phải đợc chọn cho chất lợng ảnh tơng đơng Để giải mã lợng tử PCM tuyến tính phải dùng mã bit (256 mức lợng tử) Số nhị phân đặc trng cho tín hiệu video bao gồm giới hạn từ 00000000 ữ 11111111 hay 00 ữ FF hệ Hexa Với tiêu chuẩn studio thì:

00010000 Biểu diễn mức đen tín hiệu chói 11101011 Biểu diễn mức trắng tín hiệu chói 10000000 Biểu diễn mức tín hiệu số mầu 00010000 Biểu diễn mức cực tiểu số mầu 11101111 Biểu diễn mức cực đại số mầu

H×nh 2.11

11101111 = E’’R (cho tín hiệu mầu đỏ)

00010000 = E’’B (cho tÝn hiƯu mÇu lam)

00010000 = E’’R (cho tÝn hiƯu mÇu da cam)

00010000 = EB (cho tín hiệu mầu vàng)

Tn s ly mẫu tín hiệu video mầu hồn chỉnh 13,5NHz, cịn lấy mẫu tín hiệu video thành phần tín hiệu lấy mẫu tín hiệu chói 13,5MHz tín hiệu hiệu số mầu 6,75MHz Trong trờng hợp thứ (lấy mẫu tín hiệu video mầu hồn chỉnh) ta có độ bit tín hiệu số 108Mbps, trờng hợp thứ hai (lấy mẫu riêng thành phần tín hiệu) ta có tốc độ bit tổng hợp 216Mbps Nếu ta truyền tín hiệu số băng tần cần truyền phải rộng khoảng 2/3 tốc độ bit (80Mhz trờng hợp 160Mhz trờng hợp 2) Độ rộng băng tần gấp nhiều lần độ rộng băng tần tơng tự Vì PCM tuyến tình dùng studio tất nhiên cho chất lợng hình ảnh cao Để truyền đợc tín hiệu số khoảng cách xa, cần sử dụng phơng pháp mã tiết kiệm nhằm giảm tốc độ bit

Trong truyền hình số mã đợc sử dụng chia thành nhóm:

- Mã bảo vệ sửa sai: Mã dùng để tăng ghi tín hiệu hình số (dựa sở cải biên tín hiệu số nhằm biểu diễn đặc trng kênh truyền ghi hình)

Đầu tiên, tất tín hiệu video số đợc mã hố sơ cấp, sau mã hoá truyển đổi (transcope) Mã sơ cấp mã sở mà từ hình thành mã bảo vệ (protecion code)

Mã sơ cấp dùng truyền hình số mã nhị phân (Binary code) Mã nhị phân đ -ợc chia thành mã cân mã không cân Mã cân mã hệ số cân đợc dùng mối liên kết mã (code combination) ví dụ mã nhị phân tự nhiên

F(2) = ∑

l=0

n −1

C2 2l

Víi:

C1 = hặc C1 =

2l hệ số cân bằng

I số hàng liên kết m·

Mã không cân mã liên kết mã liên tục, dấu đợc xác định phơng pháp khác phân biệt với thời gian tồn tại, cực tính, mức pha Cấu trúc mã tơng đối tuyệt đối Trong mã có cấu trúc tuyệt đối thay đổi thơng số đặc trng mã (ví dụ mức pha…) xảy đồng thời với thay đổi sympol, có nghĩa sympol có mã ứng với tín hiệu điện Mã có cấu

trúc tơng đối thay đổi thông số mã đặc trng xảy xuất sympol 1hoặc

Trong truyền hình số ngời ta sử dụng mã có cấu trúc tuyệt đối NRZ (Non returm to Zero): không trở lại mức

RZ (returm to Zero): trë l¹i møc Biph (bi phase): hai pha

Trong mã NRZ độ rộng xung thời gian chu kỳ đồng Mức lôgic ứng với mức điện áp lớn nhất, cịn mức lơgic ứng với mức điện áp cao

UNRZ (t) = U(t) - U(t - T)

Trong T chu kỳ đồng

(từ thành phần chiều đến thành phần lập lại sympol), lợng lớn phổ nằm vùn tần số thấp

Ngời ta chia mã NRZ thành hai loại: mã NRZ gián đoạn tích cực NRZ gián đoạn thụ động Ngồi mã NRZ cịn có biến thể mã NRZ - M (NRZ mark) hay gọi NRZ -1 mã NRZ - S (NRZ space) hay gọi NRZ - O

Trong mã RZ độ rộng xung 1/2 phần thời gian chu kỳ đồng

URZ (t) = U(t) - U(t - 0,5T)

Khi xung ứng với mức logic cịn khơng có xung ứng với mức logic Trong trờng hợp mức logic 1, biên độ tín hiệu thay đổi hai lần, cịn mức logic biên độ tín hiệu khơng thay đổi Phổ tần tín hiệu mã RZ bao gồm băng tần số rộng từ thành phần chiều đến tần số hai lần tần số xung đồng (rộng nhiều so với phổ tần tín hiệu NRZ), lợng cực đại tín hiệu giống nh NRZ vùng tần số thấp, ngời ta phân biệt mã RZ thành RZ gián đoạn tích cực (RZP) xung âm có độ rộng phần thời gian xung đồng biên độ biên độ xung d-ơng có biên độ nhỏ xung ứng với mức logic 01 Một biến thể RZ gián đoạn tích cực (RZ - U) tạo mã mức logic ứng với xung dơng có biên độ nhỏ xung ứng với mức logic Đối với mã để có khả tạo lại tín hiệu đồng từ chuỗi tín hiệu thu đợc

Trong mã hai pha Biph ln có hai xung bổ trợ với điện áp RZ chu kỳ đồng

UBiph (t) = U(t) - 2U(t - T) + U(t - T)

Từ tạo mã xuất tạo mã Biph - M (bi phase mark) Biph - Biph - S (bi phase space) Biph - O Trong mã Biph - M (còn gọi mã dùng điều tần xung hay mã Machesteri), biến đổi mức tâm chu kỳ đồng ứng với mức logic 1, khơng có thay đổi mức ứng với logic Mã Biph - S mã bổ sung cho mã Biph - M, thay đổi mức tâm chu kỳ đồng ứng với mức logic 0, ng ợc lại khơng có thay đổi ứng với logic Tín hiệu số mã Biph (hai pha) đợc biểu diễn chuỗi xung lặp lại với tần số tín hiệu đồng với chuỗi mã lần lợt Phổ tín hiệu mã Biph giống nhơ phổ tín hiệu điều tần với hai tần số F1 = 1/fdb f2 = 1/2fdb

đó fdb tần số đồng bộ, khơng có thành phần chiều thành phần tần thấp Phổ

réng h¬n nhiỊu so víi phỉ cđa NRZ lợng phổ nằm vùng tần cao

hợp truyền tín hiệu hình số khoảng cách xa Mã Biph đợc dùng số trờng hợp ghi tín hiệu hình số băng từ

II.6 ChuÈn ho¸ chung khuiyÕn c¸o CCIR 601 -1

Để thuận tiện cho trình sản xuất, trao đổi trơng chình, dễ dàng việc sử lý tín hiệu thiết bị video số làm việc đồng Tổ chức CCIR đề tiêu chuẩn mã

hố tín hiệu video số chung cho hai hệ thống 525 dòng 625 dòng khuyến cáo 601

Theo tiêu chuẩn tín hiệu video đợc số hố tín hiệu chói tín hiệu mầu ba thành phần mầu

Ngoài chuẩn 4:2:2 đa bảng 2.4 CCIR đa số chuẩn khác nh chuẩn 4:4:4 đợc sử dụng studio, chuẩn 4:2:0 đợc sử dụng để truyền dẫn phat sóng

Bảng 2.4 Giá trị thông số theo chuẩn 4:2:2

STT Th«ng sè HƯ 525/60 HƯ 625/50

1 Tín hiệu đợc số hố Y, E’’R , E’’B

2 Tổng số mẫu dòng Tín hiệu chói

Các tín hiệu hiệu mầu

858 429

864 432

3 Cấu trúc lấy mẫu Trực giao, tín hiệu hiệu mầu đợc lấy diểm với mẫu Y lẻ dòng

4 Phơng thức mã hoá Lợng tử hoá đồng tất mức 8bit/mẫu

5 TÇn sè lÊy mÉu TÝn hiƯu chãi TÝn hiƯu hiƯu mÇu

13.5MHz 6.75MHz Sè mÉu thêi gian tÝch cực

Của dòng Tín hiệu chói Tín hiệu hiƯu mÇu

7 Khoảng cách từ điểm cuối dịng số (thời gian tích cực) đến điểm bắt đầu dòng số

16 chu kú nhÞp 12 chu kú nhÞp Tỉng sè møc

Tín hiệu chói Mức đen Mức trắng

Tín hiệu hiệu mầu

0 ữ 255 220 mức Mức 16 Møc 235

225 mức đối xứng qua trục mức 12 Tín hiệu đồng Từ mã tơng ứng với mức 255 tuyệt đối

dùng cho tín hiệu đồng Từ mức 1ữ254 sử dụng cho tín hiệu video

II.7 Biểu diễn ảnh số tín hiệu chuẩn thêi gian

II.7.1 HƯ 525 dßng

Đối với hệ 525 dòng, mảnh video số đợc chia thành hai mành: mành có 262 dịng mành có 263 dịng, thời gian xố mành 19 dịng Số dịng tích cực t ơng ứng với mành 243 244 dịng Tín hiệu đồng dòng SAV (start of Active video) EAV (end of Active video) xuất điểm đầu điểm cuối dịng Thời gian xố dịng bắt đầu EAV kết thúc SAV

Những gói liệu nhỏ có tổng số từ mã nhỏ 268 từ (hệ 525 dòng/60Hz) kể ANC (Ancillary đata - liệu phụ) truyền khoảng thời gian xố dịng Những gói liệu lớn, có tổng số từ mã tới 1440 kể ANC truyền khoảng thời gian bắt đầu SAV kết thúc EAV dòng từ đến 19 264 đến 282 Khi liệu video khơng đợc phép truyền dịng từ đến 264 đến 272 khơng đợc truyền dịng từ 10 đến 273 đến 282 Dữ liệu phụ truyền thời gian tích cực dịng từ 10 đến 19 273 đến 282

Nh vËy, thêi gian xoá mành tín hiệu video số hệ 525 dòng 19 + 19 = 38dòng/ảnh

- Số dòng tích cực 525 - 38 = 487 dòng/ảnh

- Số từ mà (video) truyền ảnh là: 1440 x 487701.280 tõ m·/¶nh - Tỉng sè tõ m· ảnh là:

(720 + 360 + 360 + 276)525 = 1,7716 x 525 = 900.900 từ mã/ảnh - Tổng số từ mã/giây: 900.900 x 30 = 27027000 từ mã/giây - Nếu từ mã có 8bit tốc độ bit tơng ứng là:

EAV SAV (H=1) (H=0) Dòng

Dòng (V=1)

Mành

Dòng 10(V=x) 262

Dòng 20(V=0) dòng

Mành số tích cùc Dßng 264(V=1)

(Active video Line 1) Dßng

273(V=x) Mành

Dòng 283(V=0) 263

dòng Dòng

Mành số tích cực Dòng 525(V=1) (Active video Line 2)

Hình 2.12 Mành hệ số 525 dòng /60 mành

II.7.2 Hệ 625 dòng

Tơng tự nh hệ 525 dong/60 mành, tín hiệu đồng SAV EAV xuất điểm đầu điểm cuối dòng Dữ liện video (video data) không đợc truyền dòng 624 đến 22 311 đến 335 Dữ liện phụ (Acillari data) đợc chèn vào thời điểm dịng liệu thời gian dành cho tín hiệu TRS v video

Vởy hệ 625dòng/50 mành

- Số dòng tích cực ảnh 625 - 24 - 25 = 576 dßng

- Sè từ mÃ/ảnh dành cho liệu video: 1440 x 576829.444từ mÃ/ảnh - Tổng số từ mà ảnh là:

(1440 + 288) x 625 = 1728 x 625 = 1080.000từ mÃ/ảnh - Tổng số từ mÃ/giây:1080 x 30 = 27000000 tõ m·/gi©y

Nếu từ mã có 8bit tốc độ bit tơng ứng là: 27.000000 x = 216000000bit/giây EAV SAV

Dßng Dßng

Dòng 22 Dòng 23

Mành

Dòng 310 Mành số tích cực (312 dòng)

Dßng 311 (Active video Line 1) + 312

Dòng 335 Dòng 312

Dòng 336 Mành

(313 dßng) Dßng 623

Dßng 624

Dòng 625 Mành số tích cực Dòng 625

(Active video Line 1)

Hình 2.13 Mành số hệ 625dòng/50 mành

II.7.3 Tín hiệu chủân thời gian TRS cho tÝn hiÖu video (video timing Reference signal)

Tín hiệu sát bên dòng liệu video (nếu có) tồn thời gian xoá mµnh, mét tÝn hiƯu chn thêi gian cho tÝn hiƯu video (TRS - video) bao gåm tõ m· ® îc s¾p xÕp theo thø tù: EF 00 XY

Ba từ ma đầu có giá trị cố định, cịn từ mã XY mang thông tin: - Mành chẵn (hoặc l)

- Bắt đầu (hoặc kết thúc) xung xóa dòng

Bảng 2.5 Tín hiệu chuẩn thêi gian video

VÞ trÝ bit TÝn hiƯu më ®Çu XY Ghi chó

70 Có giá trị cố định

F = Tơng ứng với mành V = Trong thời gian xoá mành Hl bắt đầu xoá dòng

Bit phát hện lỗi sửa sai

61 F

52 V

43 H

34 P3

25 P2

16 P1

07 P0

C¸c bit P0, P1, P2, P3 có giá trị phụ thuộc vào trạng thái bit F, V, H Những bit

này có khả sửa bit lỗi phát hai bit lỗi

Bảng 2.6 Trạng thái bit sửa sai

F V H P3 P2 P1 P0

1 0 0 0

1 0 1 1

1 1 1

1 1 1

1 0 1

1 1 1

1 1 1 0

1 1 0

Chuỗi tín hiệu chuẩn thời gian xuất mẫu 360/720/360/721 (EAV - kết thúc dòng video tích cực) 431/865/431/863 (SAV - bắt đầu video tích cùc)

II.7.4 TÝn hiƯu chn thêi gian cho d÷ liƯu phơ TRS - ANC

Dữ liệu phụ thuộc đợc gửi kèm vào thời điểm dịng liệu, trừ thời gian dành cho tín hiệu chuẩn thời gian TRS liệu video Mức liệu phụ không đợc phép EF 00 (mức dành cho TRS) Mỗi chuỗi liệu phụ đợc khởi đầu chuẩn thời gian cho tín hiệu hiệu phụ (TRS - ANC) bao gồm chuỗi từ mã:

00 FF FF TT MM LL

TÝn hiƯu chn thêi gian cã d÷ liƯu phơ (TRS - ANC) gồm từ mà tín hiệu khởi đầu cho tất dòng liệu phụ xuất htời gian xoá dòng dòng Mặt khác liệu phụ xuất sau SAV trớc EAV dòng ữ 19 264 ữ 282

ANC cú thể xuất nhiều lần dòng ta truyền nhiều dịng liệu khác nhau, nhng khơng đợc xuất khoảng thời gian dành cho tín hiệu đồng EAV SAV khoảng thời gian tích cực dịng

II.8 Ngun lý hoạt động ADC DAC

II.8.1 Nguyên lý biến đổi tơng tự số

Nhiệm vụ biến đổi ADC biến đổi tín hiệu video tơng tự thành tín hiệu số t-ơng tự Quá trình bao gồm khâu lấy mẫu, lợng tử hố mã hố Để thực khâu nói cách đắn, cần hạn chế băng tần tín hiệu vào đến tần số giới hạn fgh (fgh <<

fsa) đồng hoá tất ba khâu nói Sơ đồ khối biến đổi ADC nh hình 2.14

Mạch lọc thơng thấp mạch có tác dụng hạn chế băng tần tín hiệu vào (tơng tự), ngăn ngừa méo chéo (các tín hiệu khác chồng lên nhau) Đặc trng phải đợc chọn cho khơng làm xuất méo tín hiệu tơng tự cần lấy mẫu Do mạch lọc phải làm suy giảm mạch tín hiệu ngồi băng tần (45dB), có đặc trng biên độ đặc trng tuyến tính pha băng tần tín hiệu cần phải lấy mẫu, đồng thời cần có đặc tuyến thích hợp cho băng tần tín hiệu có ích

Vµo Ra

Hình 2.14 Sơ đồ khối mạch biểu đồ tơng tự số (ADC)

Hiện cha có quy định quốc tế nh yêu cầu kỹ thuật cấu tạo mạch lọc nói Mạch tạo xung đồng lấy mẫu tạo xung lấy mẫu từ tần số lấy mẫu fsa (đồng với tần số dòng fh) với thời gian xung 1/20tsa(Tsa = 1/fsa)

xung đồng để đồng khâu mạch ADC, đồng với xung lấy mẫu Tần số xung lấy phụ thuộc vào phơng pháp mã hoá Nếu mạch làm việc theo nguyên tắc mạch song song tần số đồng tần số lấy mấu, cịn theo ngun tắc nối tiếp tần số đồng nfsa

Läc th«ng thÊp LÊy mÉu cã

Nhí M· ADC nhanh

Mạch lấy mẫu có nhiệm vụ biến đổi tín hiệu tơng tự thành tín hiệu rời rạc theo thời gian Để giảm sai số điện áp biến đôỉo nhanh ngời ta dùng mạch lấy mẫu có nhớ (trong giá trị mẫu đợc biểu qua chu kỳ thời gian, chu kỳ lấy mẫu)

Mạch mã hố cần có tốc độ nhanh, tốc độ cần thiết thờng lớn 100 Mbps 9đối với tín hiệu video) Mã hố có tốc độ biến đổi nhanh thờng sử dụng phơng pháp so sánh trực tiếp nh:

- So sánh song song; - So sánh liên tục;

- So sánh liên tục - song song

U01 2n

2n -

U02

20

U03

Hình 2.15 Sơ đồ chức mạch mã hoá dùng so sánh song song

Sơ đồ chức mạch mã hoá dùng phơng pháp so sánh song song cho hình 12.5 Biên độ mẫu đợc so sánh đồng thời mạch so sánh k1, k2, km (m = 2n- số mức

chuẩn U01, U02,… U0m) Kết phép so sánh (biểu diễn khoảng mà biên độ

mẫu đạt đợc) đợc dẫn đến mạch số để chuyển thành tín hiệu số (ứng với số khoảng cách lấy mẫu cho) Tín hiệu lại đa đến đầu mạch mã Nếu sử dụng mạch mã hoá nhanh vi mạch điện tử số hoá nhanh cho mạch mã hố, ta đạt đợc tốc độ biến đổi lớn Tuy nhiên mạch mã hoá phức tạp sử dụng số lợng lớn vi mạch (IC) chất lợng cao Cho nên ta phải nghĩ đến phơng pháp so sánh liên tục (hay gọi phơng pháp so sánh khử cân hình 2.16) Phơng pháp dựa nguyên tắc cân điện áp lấy mẫu Ux

dựa vào điện áp chuẩn, điện áp nhận từ mã nhị phân cho hiệu trị liên tiếp U = Ux - Un tiến đến Các mạch sử dụng IC có độ phức tạp tốc độ cỡ trung

bình nhng xác cao

Tuy nhiên, thực tế, ngời ta sử dụng kỹ thuật so sánh nối tiếp song song, kết hợp u điểm mạch so sánh song song, mạch so sánh liên tục

U0 Đồng hồ

MÃ hoá K

1

K

K

So sánh Điều khiĨn

Ghi dÞch

Hình 2.16 Sơ đồ chức mạch mã hoá dùng so sánh nối tiếp

Q trình mã hố (hình 2.17) đồng thời so sánh điện áp vào mẫu với vài điện áp điện áp chuẩn Kết so sánh dới dạng bit có ý nghĩa MBS (đó bit biểu diễn độ dày biên độ mẫu với PCM tuyến tính đợc đa đến đầu nhanh, đồng thời điều khiển đầu vào DAC, làm thay đổi điện áp chuẩn mạch so sánh Tiếp theo phép so sánh thứ hai ta thu đợc bit ý nghĩa LSB (đó bit biểu diễn xác biên độ mẫu với PCM tuyến tính)

Trong mạch PCM cho tín hiệu video, ta gặp ba loại mạch nói phơng pháp nối tiếp tất số từ mã đợc tạo lần lợt, cịn thời gian tạo số lại ngắn nTsa xung phụ Trong thời gian phải thực ba công việc: tạo điện áp chuẩn, so

sánh tạo số tơng ứng từ mã Nó cần phải đợc thực IC tổ hợp cao U01

Un 2n

2n-1

U02

U0n

Hình 2.17 Sơ đồ chức mạch mã hoá nối tiếp song song.

Trong mạch PCM cho tín hiệu video, ta gặp ba loại mạch nói trên, phơng pháp nối tiếp tất số từ mã đợc tạo lần lợt, cịn thời gian tạo số lại ngắn nTsa

và xung phụ Trong thời gian phải thực ba công việc: tạo điện áp chuẩn, so sánh tạo số tơng ứng từ mã Nó cần phải đợc thực IC tổ hợp cao

Phơng pháp so sánh song song, tất số từ mã cho từ mã cho đợc tạo đồng thời thời gian chủ yếu để tạo số dài n lần Để giảm đợc thời gian nói cần chọn linh kiện cho thích hợp Trên thực tế lắp mạch mã hoá loại cần nhiều IC, tất số từ mã cho từ mã xuất đầu

U DAC

Ma trËn K

1

K

mạch mã hoá phải truyền dẫn phải biến đổi từ lần lợt dùng n kênh truyền song song Do mạch song song đợc sử dụng vời nhiều kiểu mạch cụ thể khác Ví dụ hình 2.18 mạch bao gồm hai mạch mã hoá song song bit (4bit đầu biểu diễn trạng thái bit MSB, bit sau biểu diễn trạng thái bit LSB) Quá trình biến đổi dựa sở kỹ thuật “dịng tạo lập” (ở đầu vào có mẫu Un+1, cịn mẫu trớc Un đợc biến đổi

bộ mã thứ hai), kết nhờ lần trễ (tăng dần xung đồng hồ) nhờ tồn thời gian biến đổi dài chu kỳ lấy mẫu Các loại mã hoá thờng sử dụng IC tổ hợp loại nhỏ trung Trong năm cuối thập kỷ 90, loại mã hoá ADC đợc nhiều hãng sản xuất, đợc dùng nhớ điện áp chuẩn cho mạch so sánh (comparator)

Mạch ADC méo lợng tử cịn thêm méo tín hiệu ác thơng số khơng chuẩn Méo loại nhiều dạng: Level overload (mức lớn) aperture time Loại thứ thờng xuất biên độ tín hiệu vào vợt dải động mạch ADC làm cho đầu kênh có hiệu ứng mức lớn tín hiệu tơng tự bị xén suy giảm phần tín hiệu có biên độ cao Thời gian xử lý tín hiệu video ADC thờng nhanh, bao gồm thời gian làm việc mạch lấy mẫu có nhớ thời gian làm việc mạch có lợng tử hóa mạch mã hố (thời gian khơng phụ thuộc vào tín hiệu vào) Xung đồng hồ Xung đồng hồ

5Mhz Video

U chuÈn

U chuÈn

Pn- 1

Xung đồng hồ

13,3MHz

Pn

Pn+1

Läc th«ng

thấp mẫuLấy So sánh Mạch logic

Đồng bé sè

TrƠ Trõ DAC

So s¸nh Mạch logic

Đồng số

U chuÈn

Tạo xung đồng

Pn+2

Hình 2.18 Sơ đồ khối mạch biến đổi tơng tự ADC.

Thêi gian lµm viƯc cđa m¹ch lÊy mÉu τ:

τ = τ + τ zm

Trong τ0 thời gian cố định (thời gian đóng mạch), τ zm thời gian thay đổi phụ

thuộc vào thời gian đóng mở mạch vào, biên độ tốc độ thay đổi tín hiệu vào thời gian lấy mu zm = f(Uinput)

0 không gây méo ảnh tổng hợp, zm làm tăng néo phi tuyến cđa tÝnh hiƯu (t¬ng tù) ë phÝa

thu, đồng thời méo phi tuyến tín hiệu chói, khuyếch đại vi sai pha vi sai tín hiệu màu

II.8.2 Nguyên lý biến đổi số - tơng tự

Nhiệm vụ biến đổi ADC biến đổi tín hiệu dới dạng mã số thành tín hiệu tơng tự tơng ứng Nó bao gồm q trình sau: tạo lại tín hiệu vào, giải mã phân chia thành phần từ phổ tín hiệu lấy mẫu, có sơ đồ khối (hình 2.19)

Video sè

Hình 2.19 Sơ đồ khối mạch biến đổi số tơng tự DAC - Mạch logic số có nhiệm vụ tạo lại tín hiệu số vào

- Mạch giải mã tơng tự với nhiệm vụ biến đổi tín hiệu số thành tín hiệu rời rạc tơng ứng dới dạng xung có biên độ thay đổi

Mạch tạo xung lấy mẫu xung đồng hồ có nhiệm vụ tạo lại xung lấy mẫu đồng q trình cịn lại DAC, đồng với mạch tạo xung giống

- M¹ch lÊy mÉu thø cÊp

- Mạch lọc thông thấp để tách băng tần tín hiệu lấy mẫu

- Mạch khuyếch đại tín hiệu video

Trong thực tế, mạch giải mã số tơng tự thờng làm việc cách cộng điện áp (đổi cộng dịng) bao gồm:

- Nguồn điện áp dòng chuẩn

Mạch

logic DAC mÉu LÊy Läc th«ngthÊp >

- Mạch kháng trở thích hợp

- Chuyển mạch: chuyển đổi thời khắc thích hợp với độ xác cao điện áp (hoặc dòng) đầu vao mạch điện trở Tốc độ hoạt động phải giống nh mạch mã hố

HiƯn trªn thùc tÕ ngêi ta thờng sử dụng hai loại điện trở sau: + Mạch điện điện trở có giá trị cân

+ Mạch cầu Drabint loại R - 2R

Nhiệm vụ mạch lấy mẫu thứ cấp khử nhiễu Nó làm việc với mạch lấy mẫu có nhớ xung lấy mẫu trễ so với xung lấy mẫu mạch mã hoá

Những năm gần đây, xuất nhiều IC biến đổi tơng tự với tốc độ cao Nếu đa tín hiệu video số dới dạng mã hố nhị phân, tín hiệu đồng điện áp chuẩn đến đầu vào mạch giải mã, đầu nhận đợc tín hiệu video tơng tự Các mạch lấy mẫu loại khơng cần có mạch lấy mẫu thứ cấp Tuy nhiên giảm tối thiểu nhiễu nhờ cách thoát ly tất mạch lấy mẫu tín hiệu tơng tự

Ch¬ng iii kü tht sư lý ¶nh sè

Xử lý video audio số có u điểm cho chất lợng cao hình ảnh âm Nhợc điểm xử lý video audio số phải thực số lợng lớn files liệu ghi, tính tốn ứng dụng truyền dẫn Giải pháp nén cho phép ngời sử dụng lựa chọn phạm vi thay đổi thông số lấy mẫu tỷ số nén, liên kết thích hợp cho mục đính sử dụng Xử lý tín hiệu số hứa hẹn thay đổi tất giải pháp tơng tự cũ tốc độ dòng, tốc độ mành NTSC, PAL, SECAM, HDTV cuối tập trung cho HDTV số băng rộng

Do có họ mức giá thành thực nên nhiều tốc độ bít khác đợc ghi xử lý, truyền dẫn số qua cáp đồng trục cáp quang, máy phát hình băng tần VHF/UHF, vệ tinh DBS (Digital Broadcast System), hiệu đa Nó cho phép thực cách mạng khoa học kỹ thuật sản xuất chơng trình

I Kü thuËt nÐn ¶nh sè

Theo lý thuyết truyền tin, tốc độ truyền tin kênh truyền định tỷ lệ với giải tần tín hiệu Việc giảm độ rộng băng tần, theo làm giảm tốc độ truyền tin làm giảm chất lợng ảnh Nếu với dịng tín hiệu biến đổi ngẫu nhiên, việc giảm dải tần thực đợc mà không làm chất lợng thơng tin Tuy nhiên, tín hiệu truyền tín hiệu có cấu trúc, chúng đợc lặp lặp lại theo thời gian khơng gian Vì dịng tín hiệu truyền hình chứa ựng thơng tin d thừa Kỹ thuật nén cho phép loại bỏ thông tin d thừa làm cho dịng tín hiệu truyền hình số có tốc độ bít thấp

I.1 Giíi thiƯu vỊ nÐn d÷ liƯu.

Kỹ thuật nén liệu chia thành hai họ : thơng tin khơng thông tin Nén liệu thông tin chấp nhận xác để giành đợc tỷ lệ nén cao Nén thông tin chứng tỏ đợc hiệu qủa cao áp dụng vào ảnh đồ hoạ âm số Phần lớn kỹ thuật nén thơng tin điều chỉnh mức chất lợng khác nhau, giành đ-ợc xác cao hiệu nén thấp Gần nén thông tin đđ-ợc thực mạch cứng Nén không thông tin bao gồm nhiều kỹ thuật để tạo đầu vào sau vòng nén giải nén

Loại nén đợc dùng lu trữ bảng liệu sở, bảng biểu tập tài liệu

NÐn d÷ liệu = Mô hình + MÃ hoá

Nói chung, nén liệu chuyển đổi dịng gồm biểu trng biến chúng thành mã Nếu trình nén hiệu dịng mã kết nhỏ dòng biểu trng ban đầu Việc định mã đầu cho biểu trng có thiết lập biểu trng dựa mơ hình Mơ hình đơn giản nơi thu thập số liệu luật dùng để sử lý biểu trng đầu vào định mã đầu Một chơng trình dùng mơ hình để xác định xác khả xuất cảu biểu trng mã hoá để sản sinh mã tơng ứng dựa vào khả xuất

C¸c biĨu trng Tần suất Các mÃ

Hình 3.1 Mô h×nh nÐn.

Nén liệu vào lĩnh vực lý thuyết thơng tin liên quan đến việc d thừa D thừa thông tin thơng điệp làm tăng thêm bít để mã hố loại bỏ thông tin thừa, giảm đợc kích thớc thơng điệp Lý thuyết thông tin dùng thuật ngữ entropi nh đại lợng đo thơng tin đợc mã hố thơng điệp

Dßng

Entropi biểu trng đợc xác định nh giá trị âm logarit tần suất xuất Nội dung thơng tin thơng điệp cần số bít là:

Sè bÝt = - Log2 (tÇn suÊt)

Entropi thồn thơng điệp tổng entropi tất biểu trng Một biểu trng tần suất cao có nội dung thơng tin cần bít để mã hoá Để nén liệu cần phải mã hoá biểu trng với xác số bít nội dung thơng tin biểu trng Nếu ký tự “e” chứa bít thơng tin cần phải mã hố xác bít Mã hố ký tự dùng EBCDIC ASCII rõ ràng tối u Để giải vấn đề mã Shannon mã Huffman tạo mã có độ dài thay đổi có bảng tần suất cho biểu trng Nhng vấn đề mã Shannon- Fano Hufman chúng dùng số nguyên bít để mã hố Nếu entropi cho ký tự 2,5 bít mã Huffman cho ký tự phải là bít khơng phải 2,5 Vì nên mã Hufman khơng phải biện pháp mã hoá tối u Mặc dù mã Hufman khơng đạt hiệu dùng số ngun bít để mã hố nhng lại dễ dàng thực thi hiệu qủa cho mã hoá giải mã Mã hoá số học mã hoá kế vị thành cơng cho mã Hufman, mã hố số học phức tạp nhiều khái niệm lẫn thực thi so với chuẩn mã độ dài thay đổi Nó khơng sản sinh mã đơn lẻ thay sản sinh mã cho thông điệp Mỗi biểu trng thêm vào thông điệp làm thay đổi mã đầu Đây cải thiện khơng ảnh hởng tới biểu trng đầu vào có mã đầu phần lẻ bít thay số nguyên Vì entropoi ký tự “e” 2,5 bít, cộng xác 2,5 bít cho mã đầu Tuy nhiên mã hố số học u cầu tốc độ tính tốn q lớn có nhiều vấn đề nảy sinh nên khơng đợc ứng dụng nhiều thực tế

Các tham số đặc điểm.

Đánh giá cho trình thực giải thuật nén tỷ lệ nén (CR) xác định nh

sau:

có kết hợp tỷ lệ nén chất lợng hình ảnh Tỷ lệ nén cao làm giảm chất lợng hình ảnh ngợc lại Chất lợng q trình nén thay đổi tuỳ theo đặc điểm hình ảnh nguồn nội dung ảnh Đánh giá chất lợng ảnh đợc đề nghị tính số bít cho điểm ảnh nén (Nb) Nó đợc xác định tổng số bít ảnh nén chia cho

tỉng sè ®iĨm:

Nb = Sè bÝt nÐn/Sè ®iĨm

RMS =

n√∑i=l n

(Xi− Xi)

2 trong ú X

1: giá trị điểm ảnh ban đầu

n: tổng số điểm ảnh RMS khác thống kê ảnh ban đầu ảnh sau nén

Trong phần lớn chất lợng ảnh nén tốt với RMS thấp Tuy nhiên, trờng hợp xảy chất lợng ¶nh nÐn víi RMS cao tèt h¬n ¶nh nÐn víi RMS thấp I.2 Vai trò ¶nh nÐn trun h×nh

Với tín hiệu truyền hình, băng tần tín hiệu tơng tự chiếm khoảng MHz tín hiệu số hố theo tiêu chuẩn CCIR-601 với tốc độ bít270 Mbít/s chiếm băng tần không dới 270*0,7 = 189 MHz tức lớn hơn31,5 lần so với lấy mẫu bít với băng tần tín hiệu tơng tự Chính cắt giảm băng tần quan trọng cơng nghệ truyền hình số

I.2.1 Cắt giảm tốc độ bít cho Video

Các hệ truyền hình tơng tự NTSC, PAL, SECAM sử dụng nén thông tin video cách giảm độ rộng băng tần thành phần màu xuống ≤ 1,2Mhz độ nhạy mắt có giới hạn tín hiệu màu tần số cao Các định dạng video tơng tự dựa sở nguyên tắc Tiêu chuẩn định dạng video thành phần 4:2:2 (CCIR - 601) dùng độ rộng băng tần tín hiệu chói màu 5,75MHz 2,75MHz (khoảng 0,1dB) Sau số hố, tốc độ bít tổng cộng tín hiệu chói tín hiệu màu 270Mb/s Giá trị cao, khơng thích ứng cho ứng dụng xử lý ảnh với giá thành thấp, phải nén (hoặc phải giảm tốc độ bít BRR – Bit Rate Redusion)

Các hệ thống nén thông tin ảnh dựa đặc điểm tâm sinh lý mắt ngời giới hạn để loại bỏ thành phần liệu không càn thiết (d thừa) tín hiệu video

I.2.2 §é d thõa vµ entropy cđa tÝn hiƯu video.

Cã loại d thừa dới đây: + D thừa liệu theo thống kê:

cỏc giá trị Pixels giống Frame chuỗi Frames đợc gọi giải pháp tơng quan liệu (data decorrelasion) Ví dụ tơng quan tốt phép DTC (biến đổi coisne rời rạc) Nó tập trung hầu hết lợng block pixels vào số lợng hệ s

+ Độ d thừa tâm lý:

Giá trị mẫu ảnh đợc hệ thống nhìn mắt ngời HVS (human visual sytem) tiếp cận không Nếu hệ thống HVS khơng thể nhìn thấy sai số, sai số không tác động đến chất lợng thu nhận ảnh khơi phục Do số giá trị đợc thay đổi loại bỏ mà không ảnh hởng đến độ dung sai giảm chất lợng ảnh + entropy:

Entropy phép đo trung bình nội dung thơng tin ảnh đợc lấy mẫu theo giá trị nhị phân Sự suất kiện có xác suất nhỏ (giá trị nhị phân mẫu cho thông tin nhiều hơn) suất kiện có xác suất cao Từ nhận xét này, ta nói entropy xác định độ khó khăn mã hố ảnh đợc cho

I.2.3 Đặc trng hệ thống nhìn mắt ngêi.

Hình ảnh video đợc đa đến giải mã hệ thống nhìn mắt ngời (HVS) Mắt ng-ời liên kết với hệ thần kinh não, hệ thống xác Nó làm việc khoảng rộng cờng độ sáng, tách vi sai màu (color differences) nhận độ tơng phản (contrast) ảnh nh hàm số tần số không gian cờng độ sáng

Độ rộng ảnh quan sát khoảng cách ảnh mắt có ảnh hởng đến độ nhìn thấy chu kỳ lấy mẫu Do nội dung tần số ảnh phụ thuộc vào vị trí nhìn Độ phân giải hiển thị đợc biểu diễn số dòng/ chiều cao ảnh Để liên kết ảnh hởng thông số lên nội dung tần số ảnh thu đợc, tần số không gian ảnh đợc xác định số chu kỳ nằm góc nhìn 10 Một chu kỳ hai sọc đứng hai dòng ngang.

Đối với hình thơng htờng, khoảng cách từ mắt đến hình là: d = 6H (h- chiều cao ảnh) đảm bảo nhìn thấy đợc hình ảnh với độ phân giải chi tiết ảnh đầy đủ (ở khoảng cách mắt ta không cịn nhìn thấy dịng qt hình) Đối với HDTV gấp đơi truyền hình thơng thờng

Độ phân giải hình ảnh đợc định nghĩa khả thu nhận phân biệt chi tiết ảnh mắt, điều thay đổi theo:

- Độ tơng phản tín hiệu chói màu Độ tơng phản ảnh đợc định nghĩa tỷ số độ lệch cờng độ sáng cực đại (Imax) cực tiểu (Imin) tổng cờng độ sáng

(Imax + Imin)

Các chi tiết ảnh nhìn thấy đợc nh có độ lệch đáng kể chúng ảnh Độ nhạy mắt chi tiết ảnh chói cao chi tiết ảnh màu tần số thời gian mà mắt (HVS) khơng cịn nhận biết độ nhấp nháy (Flicker) đợc gọi tần số nhấp nháy tới hạn CFF (critical flicker frequency) Tất tiêu chuẩn truyền hình có tần số không gian (mành) 50Hz cao nhằm làm giảm độ nhấp nháy, độ chói máy thu hình Độ phân giải ảnh giảm , độ sáng xung quanh cao thấp đáng kể so với độ sáng ảnh hiển thị

I.2.4 Đặc trng VHS liên quan đến độ d thừa không gian

Độ d thừa không gian kết tơng quan giá trị pixels kề Các thông số tác động lên độ d thừa không gian bao gồm:

- Độ nhạy tần số không gian, tần số cao Ýt nh×n thÊy

- Che lấp cấu trúc (texture), sai số vùng cấu trúc khó nhìn thấy Cho nên, HVS nhạy với méo vùng đồng mức

- Che lấp biên ảnh Sai số tới biên ảnh khó nhìn

- Che lp chúi Ngỡng nhìn thấy tăng độ chói Hiệu ứng đợc gọi thích nghi ánh sáng

- Che lấp độ contrast Sai số (và nhiễu) vùng sáng khó nhìn thấy Hiệu ứng có liên quan đến việc giảm độ nhìn thấy chi tiết ảnh diện chi tiết khác Sự che lấp cực đại chi tiết giống nahu Các sai số ảnh khôi phục thấp, ngỡng contrast khơng nhìn thấy

- Nội dung nhiều tần số Độ nhạy HVS nhiễu đợc giảm tần số không gian cao lớn tần số thấp

I.2.5 Đặc trng HVS liên quan đến độ d thừa thời gian

Độ d thừa thời gian gây tơng quan frames khác chuỗi ảnh Các thông số ảnh hởng đến d thừa thời gian bao gồm:

- Độ nhạy tần số thời gain Dới 50hz hiệu ứng nhấp nháy rõ ràng - Che lấp độ chói Các mức chói cao làm tăng hiệu ứng nhấp nháy

- Nội dung tần số không gian Các tần số không gian thấp làm giảm độ nhạy mắt nhấp nháy ảnh

Các hệ thống nén liệu gồm liên kết nhiều kỹ thuật sử lý nhằm giảm tốc độ bit tín hiệu số xuống giá trị dung hồ đợc mức chất lợng ảnh cho ứng dụng Nhiều kỹ thuật giảm liệu có “tổn thất” “khơng có tổn thất” đợc đề suất mời năm qua Tuy nhiên có số dùng thích hợp cho ứng dụng video Hình 3.2 tập hợp kỹ thuật giảm liệu để tạo định dạng nén JPEG, MJPEG, MPEG Nhiều kỹ thuật khác cịn tiếp tục nghiên cứu khó thực nh biến đổi KLT (Karhunen – Loefve transfrom), WHT (Walsh – hadamard transfrom) lợng tử hoá véc tơ, Wavelets, fractals

JPEG MPEG -1 MPEG-

Hình 3.2 Các kỹ thuật giảm liệu không tổn thất đợc liên kết để tạo tín hiệu JPEG MPEG.

Riêng lẻ kỹ thuật giảm liệu (hình 3.2) khơng có ứng dụng đáng kể thực tế Tuy nhiên tính liên kết kỹ thuật với để tạo hệ thống giảm liệu có ý nghĩa Nhiều hệ thống trở thành tiêu chuẩn nh JPEG, MJPEG, MPEG -1, MPEG -2

Ta phân biệt hai nhóm giảm tốc độ liệu: khơng tổn thất có tổn thất

I.3.1 Giảm tốc độ liệu không tổn thất.

Nén không tổn thất cho phép khôi phục lại thông tin liệu gốc sau giãn ngợc lại với nén Đó q trình mã hố đảo ngợc, nén khơng tổn thất ảnh có chất lợng truyền hình khơng cho tỷ lệ nén cao (thờng dùng tỷ lệ nén 2:1) Số lợng liệu giảm phụ thuộc vào nội dung ảnh, dẫn đến ứng dụng có tốc độ bít thay đổi VBR (

D÷ liƯu Video

Tỉn hao Kh«ng

tỉn hao

DCT VLC RLC Tách vùng

xoá

Lấy mẫu tần số

thÊp