Tìm hiểu kỹ thuật nén trong truyền hình số

Tr-ờng đại học vinh Khoa điện tử viễn thông đồ án tốt nghiệp đại học Đề tài: Tìm hiểu kỹ thuật nén truyền hình số Giảng viên h-ớng dẫn : Sinh viªn thùc hiƯn : Líp : Niªn khãa : Th.S Đặng thái sơn Trần Hữu thắng 47K - §TVT 2006 - 2011 Vinh, 2011 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, chương trình truyền hình ngày giữ vai trị thiếu đời sống xã hội Sự phát triển khoa học kỹ thuật trải qua nhiều bước chuyển biến lớn, hệ thống truyền hình thay đổi theo giai đoạn phát triển Trong năm gần cơng nghệ truyền hình chuyển sang bước ngoặt - q trình chuyển đổi từ cơng nghệ Analog sang cơng nghệ Digital Q trình cách mạng, làm thay đổi cách suy nghĩ, cách tiếp xúc, phương thức sản xuất chương trình truyền hình, nâng cấp chất lượng tín hiệu, tính linh họat khả hội nhập vào môi trường thông tin chung Công nghệ số phát triển mạnh, truyền hình số dần thay hồn tồn truyền hình tương tự giới nói chung Việt Nam nói riêng Để hiểu sâu lĩnh vực này, em chọn đề tài: ‘‘ Tìm hiểu kỹ thuật nén truyền hình số ’’ để làm đồ án tốt nghiệp Trong trình làm đề tài, em cố gắng nhiều song kiến thức hạn chế nên tránh khỏi thiếu sót Em mong nhận nhận xét phản hồi, đóng góp ý kiến từ thầy bạn bè Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo, cô giáo Khoa Điện Tử Viễn Thông Trường Đại Học Vinh Đặc biệt thầy giáo, ThS Đặng Thái Sơn tận tình hướng dẫn em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Vinh, ngày tháng năm 2011 Sinh viên thực Trần Hữu Thắng TÓM TẮT ĐỒ ÁN Trong đồ án này, em trình bày „„ Tim hiểu kỹ thuật nén truyền hình số ‟‟ Với nội dung gồm chương sau : Chương : Giới thiệu truyền hình số Trong chương này, tìm hiểu sơ đồ khối hệ thống truyền hình số, đặc điểm, ưu điểm trội truyền hính số so với truyền hình tương tự Chương : Tổng quan nén Trong chương này, tìm hiểu sâu kỹ thuật sử dụng để nén tín hiệu, mã dùng thuật tốn nén Qua đó, rút nén ảnh trình sử dụng phép biến đổi để loại bỏ loại dư thừa loại bỏ tính có nhớ nguồn liệu, tạo nguồn liệu có lượng thơng tin nhỏ Đồng thời sử dụng dạng mã hố có khả tận dụng xác suất xuất mẫu cho số lượng bít sử dụng để mã hố lượng thơng tin định nhỏ mà đảm bảo chất lượng theo yêu cầu Chương 3: Nén video theo chuẩn MPEG Trong chương này, tìm hiểu chuẩn nén MPEG sử dụng để nén video Đó chuẩn nén MPEG - 1, MPEG – 2, MPEG – Qua ta thấy, MPEG khơng phải cơng cụ nén đơn lẻ mà ưu điểm nén ảnh dùng MPEG chỗ MPEG có tập hợp cơng cụ mã hố chuẩn, chúng kết hợp với cách linh động để phục vụ cho loạt ứng dụng khác MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU TÓM TẮT ĐỒ ÁN MỤC LỤC DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Chương GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Mở đầu 1.2 Hệ thống truyền hình số 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số 1.2.2 Đặc điểm truyền hình số 11 1.2.3 Ưu điểm truyền hình số 12 Chương TỔNG QUAN VỀ NÉN TÍN HIỆU 14 2.1 Khái niệm chung 14 2.1.1 Phân loại 16 2.2 Một số dạng mã hóa 16 2.2.1 Mã hóa VLC 16 2.2.2 Mã hóa RLC 17 2.2.3 Mã hóa dự đốn 17 2.2.4 Mã hóa chuyển đổi 19 2.3 Một số công nghệ nén 21 2.3.1 Nén Video phương pháp DPCM 21 2.3.2 Nén Video công nghệ mã hóa chuyển đổi 28 2.3.3 Sự kết hợp công nghệ nén 39 Chương NÉN VIDEO THEO CHUẨN MPEG 42 3.1 Khái quát tiêu chuẩn nén 42 3.2 Nén tín hiệu Video theo MPEG – 43 3.2.1 Các thành phần ảnh chuẩn nén MPEG 45 3.2.2 Sự phân loại ảnh MPEG 50 3.2.3 Tiêu chuẩn MPEG – 53 3.2.4 Hệ thống nén MPEG – 55 3.3 Nén tín hiệu Video theo MPEG- 58 3.3.1 Tiêu chuẩn nén Video MPEG – 58 3.3.2 Khả co giãn MPEG – 61 3.3.3 Profile Level 62 3.4 Ghép kênh Audio – Video số theo tiêu chuẩn MPEG – 64 3.4.1 Hệ thống truyền tín hiệu MPEG – 64 3.4.2 Dịng liệu đóng gói, dịng chương trình dòng truyền tải 66 3.4.3 Dòng truyền tải MPEG – 70 3.4.4 Định thời đồng sử dụng dòng truyền tải MPEG – 77 KẾT LUẬN 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO 81 DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số 10 Hình 2.1 Sơ đồ nén giải nén 14 Hình 2.2 Bộ mã hóa DPCM 18 Hình 2.3 Bộ giải mã DPCM 19 Hình 2.4 Q trình mã hố chuyển đổi hai chiều 20 Hình 2.5 Quá trình giải mã chuyển đổi hai chiều 20 Hình 2.6 Véc tơ chuyển động hai khung 25 Hình 2.7 Mã hố, giải mã DPCM 28 Hình 2.8 Đặc tuyến đệm liệu 34 Hình 2.9 Quét hệ số DCT 35 Hình 2.10 Nén ảnh theo cơng nghệ Transform Coding 38 Hình 2.11 Giải mã DCT 39 Hình 2.12 Mã hóa DCT dự báo có bù chuyển động (Bộ mã hóa MPEG -2) 40 Hình 3.1 Cấu trúc Macroblock dạng lấy mẫu 46 Hình 3.2 Cấu trúc nhóm ảnh 47 Hình 3.3 Cấu trúc dịng liệu Video MPEG 48 Hình 3.4 Bộ đệm liệu 48 Hình 3.5 Cấu trúc lớp liệu MPEG 50 Hình 3.6 Nội suy bù chuyển động 51 Hình 3.7 Thứ tự truyền dẫn thứ tự hiển thị ảnh 52 Hình 3.8 Sơ đồ khối mã hoá MPEG-1 57 Hình 3.9 Sơ đồ khối giải mã MPEG – 58 Hình 3.10 Cú pháp dịng bít MPEG – 61 Hình 3.11 Mơ tả kích thước Payload 64 Hình 3.12 Hệ thống truyền tải MPEG -2 65 Hình 3.13 Cấu trúc gói PES 66 Hình 3.14 Định dạng dịng chương trình, dịng truyền tải từ dịng đóng gói PES 67 Hình 3.15 Cấu trúc gói truyền tải (Transport stream packet - TS) tiêu chuẩn MPEG – 68 Hình 3.16 Định dạng truyền tải MPEG – 70 Hình 3.17 Dịng truyền tải đa chương trình 74 Hình 3.18 Mối quan hệ bảng PSI 76 Hình 3.19 Thơng tin đồng hồ hệ thống PCR 78 Hình 3.20 Sự đồng hóa thu phát 79 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Trọng lượng tử hóa chuẩn JPEG cho tín hiệu chói tín hiệu màu 33 Bảng 2.2 Giá trị hệ số AC phân hạng 36 Bảng 2.3 Bảng mã hóa Huffman cho hệ số DC 37 Bảng 3.1 Chuẩn nén MPEG 43 Bảng 3.2 Dạng thức CSIF 53 Bảng 3.3 Các tham số mặc định chuẩn MPEG – 54 Bảng 3.4 Dạng lớp cú pháp dóng bít MPEG – 60 Bảng 3.5 Các mức kích cỡ ảnh 63 Bảng 3.6 Các giá trị số PID 69 CÁC THUẬT NGỮ VIẾT TẮT Truyền hình số mặt đất DVB-T Digital Video Broadcasting Terrestrial ERP Effective Radiater Power Công suất phát xạ hiệu dụng UHF Ultra High Frequency Sieu cao tần LSI Large Scale Integration Mạch tích hợp cỡ lớn VLSI Very Large Scale Integration Mạch tích hợp cỡ lớn VLC Variable Length Coding Mã độ dài biến đổi RLC Run Length Coding Mã hoá thời gian chạy LPT Linear Predictive Transfrom Biến đổi dự đoán tuyến tính DPCM Differrentral Pulse Code Modulation Điễu xung mã vi sai DCT Disscrete Cosine Transform Biến đổi cosin rời rạc KL Karhumen – Loeve Phép biến đổi Karhumen Loeve MAD Mean - Absolute – Difference Hàm giá trị chênh lệch tuyệt đối MSD Mean squared difference Giá trị chênh lệch bình phương ANSI American National Srandard Institute Viện Tiêu chuẩn quốc gia Hoa Kỳ ISO Internationnal Standards Organization Tổ chức tiêu chuẩn quốc tế ITU Internationnal Union Telecommuniccation Liên minh Viễn thông Quốc tế Chương GIỚI THIỆU VỀ TRUYỀN HÌNH SỐ 1.1 Mở đầu Truyền hình số hệ thống truyền hình mới, thiết bị kỹ thuật số làm việc theo nguyên lý kĩ thuật số Theo ngun lý từ ảnh quang học camera thu qua hệ thống ống kính, thay đổi thành tín hiệu điện biến thiên tương tự hình ảnh quang học nói (Cả màu sắc độ chói) mà biến đổi thành dãy tín hiệu nhị phân (là dãy số 1) để tiễn xử lý truyền dẫn Việc nghiên cứu nhằm làm giảm băng thông yêu cầu sau chiến II, vài giải pháp kỹ thuật đưa vào năm 1960 Mặc dù vậy, việc thực giải pháp phải đợi có tiến vượt bậc việc chế tạo vi mạch với mức độ tích hợp cao, có khả thực thuật toán thời gian thực Hầu lớn cơng bố kế hoạch thực truyền hình số phát số vào năm 2000 Để thực hiện, họ dựa vào tiêu chuẩn truyền hình số nghiên cứu gần 1.2 Hệ thống truyền hình số 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Một hệ thống truyền hình số theo tiêu chuẩn coi gồm thành phần sau: - Khối mã hoá nén - Khối ghép kênh mã hố truyền dẫn - Khối điều chế RF phát sóng Sau đóng gói, dịng Video, Audio (Elementary Stream) trở thành dịng đóng gói PES (Packetized Elementary Stream) b Dịng chương trình (Program Stream - PS) dòng truyền tải (Transport Stream - TS) Thơng thường, có hai phương thức cung cấp thơng tin video tới người sử dụng: Từ máy phát VCR từ mạng truyền hình quảng bá thơng qua cáp, vệ tinh hay truyền thông mặt đất MPEG - định nghĩa hai công cụ cho hai phương thức truyền tín hiệu là:Dịng chương trình cho lưu trữ liệu ổ cứng hay đĩa CD-ROM dòng truyền ti (Transport Stream) cho Mà hóa nén Audio Dữ liệu Đóng gói Mà hóa nén Đóng gói Định dạng Đóng gói Video PES Audio PES Data PES Ghép kênh Video Dòng ch-ơng trình #1 Ghép kênh TS mng cung cấp tín hiệu video thời gian thực Dßng trun tải #1 Audio Mà hóa nén Đóng gói Mà hóa nén Đóng gói Video PES Audio PES #n GhÐp kªnh Video GhÐp kªnh #2 #2 Hình 3.14 Định dạng dịng chương trình, dịng truyền tảitừ dịng đóng gói PES Dịng chương trình bao gồm gói PES có độ dài thay đổi Dịng chương trình cấu thành từ ghép nối dịng video audio đóng gói (PES), thiết kế để truyền kênh tương đối bị nhiễu (ví dụ ứng dụng CD - ROM) dịng chương trình có độ dài gói thay đổi 67 làm giảm tính chống nhiễu thất thoát, cấu trúc liệu gây tác động vô xấu tới chất lượng hình ảnh âm Dịng truyền tải: Nếu chia gói PES có độ dài khác thành gói TS có độ dài khơng đổi (Mỗi gói TS bắt đầu TS Header) truyền gói đi, ta có dịng truyn ti TS Gói có độ dài 188 byte 184 byte byte Số liệu truyền tải Phần deader gói truyềntải TS Phần header thích nghi có độ dài thay ®ỉi Mơc ®Ých Sè bÝt Tõ ®ång bé 47H 1 13 2 Cờ báo lỗi truyền dẫn (Error indicator) Bắt đầu gói PES (Packet start indicator) Chỉ định -u tiên truyền dẫn Chỉ mục gói PES (Packet indentifier) §iỊu khiĨn trén (Scramb control) §iỊu khiĨn tr-êng thÝch nghi (Adaptation field control) Continuity indicator Hình 3.15 Cấu trúc gói truyền tải (Tranport stream packet - TS) tiêu chuẩn MPEG - Các gói TS có độ dài khơng đổi 188 byte, chứa thông tin định thời, đồng công cụ xác độ Jiter để đảm bảo truyền truyền nhiễu như: Kênh truyền hình thơng thường ( thơng qua trạm mặt đất) kênh truyền hình cáp Một trường quan trọng phần Header gói TS PID (Packet Identifie) PCR (Presentation Clock Pefference) Tất gói truyền tải có số PID, sử dụng để xác định gói truyền tải 68 mang liệu dòng sơ cấp, đồng thời định dạng loại liệu truyền tải phần Payload Một số giá trị PID có ý nghĩa đặc biệt MPEG - Bảng 3.6 Các giá trị số PID Giá trị PID Mơ tả x 0000 Bảng hiệp hội chương trình x 0000 Bảng truy cập có điều kiện 0x0002  0x000 F Dành riêng 0x0010  x FFE Dành cho dong PES, bảng MAP, bảng mạng 0x1FFF Gói rỗng Các gói truyền tải có PID = mang liệu bảng hiệp hội chương trình (Program Association Tabe) Các gói TS có số PID = x10, phần payload mang liệu audio, video dịng sơ cấp Tốc độ truyền tải ln ln khơng đổi nên gói rỗng thêm vào để trì tốc độ bít ổn định cho dù tốc độ dòng sơ cấp thay đổi Trường PCR chứa thông tin thời gian sử dụng cho đồng hồ đồng 27 MHz giải mã giải mã Một chương trình bao gồm hay nhiều dịng cấp với thông tin tham chiếu định thời Nghĩa PCR cung cấp thông tin định thời cho tất loại số liệu: video, audio, suy từ xung đồng chủ Hình vẽ mơ tả q trình ghép kênh Audio, video to thnh dũng truyn ti 69 Dòng sơ cấp Video Chuỗi Video #n-1 Chuỗi Video #n Chuỗi Video #n+1 Dòng sơ cấpVideo đà đóng gói Gói PES (độ dài thay đổi, lớn 64Kbit) Các gói truyền tải Video 188 byte/gói Dòng sơ cấp Audio Chuỗi Video #n-1 Chuỗi Video #n Chuỗi Video #n+1 Dòng sơ cấp Audio đà đóng gói Gói PES (độ dài thay đổi, lớn 64Kbit) Các gói truyền tải Audio 188 byte/gói Video Audio Audio Dòng ch-ơng trình #1 Dữ liệu Video Audio Dòng ch-ơng trình #2 Video Audio Video Audio Video Dòng ch-ơng trình #3 188 byte Hỡnh 3.16 nh dng truyn tải MPEG - 3.4.3 Dòng truyền tải MPEG - Dòng truyền tải MPEG - với độ dài gói TS (Transport Stream Packet) khơng đổi có số ưu điểm bật sau: + Cấp phát dung lượng động: Các gói TS với độ dài cố định tạo khả linh hoạt việc cấp phát dung lượng kênh số liệu video, audio số liệu phụ Mỗi gói TS nhận dạng với số PID thuộc TS header Dung lượng toàn kênh cấp phát lại phân phối số liệu Khả 70 ứng dụng để phân phối khóa mã giây đến người xem chương trình truyền hình có thu tiền + Khả co giãn: Một kênh có dải thơng tin rộng khai thác tối đa cách sử dụng nhiều dòng sơ cấp ES đầu vào ghép kênh Tính chất có giá trị phân phối mạng cung cấp khả liên vận hành + Khả mở rộng: Cấu trúc dòng truyền tải cho phép mở rộng khả phục vụ dịch vụ tương lai Các dịng bít sơ cấp ghép thêm vào dịng truyền tải mà khơng cần sửa đổi cấu tạo phần cứng phía phát, cần gắn thêm PID mới, khả tương hợp ngược đảm bảo Có nghĩa giải mã hệ thống giải mã dòng truyền tải tương lai bỏ qua gói tương ứng PID Khả ứng dụng để đưa vào “Các dạng thức 1000 dòng quét liên tục “ hay “3D - HDTV ” cách gửi thêm số liệu theo tín hiệu + Khả chống lỗi đồng bộ: Các gói TS có độ dài khơng đổi tạo tảng cho việc kiểm sốt lỗi gây đường truyền việc khôi phục lại đồng dịng bít sơ cấp video, audio ghép kênh chung (dựa vào thông tin phân header) a Tính linh hoạt dịng truyền tài Dòng truyền tải MPEG - linh hoạt, thể hai khía cạnh sau: - Các chương trình định nghĩa kết hợp dịng bít sơ cấp Các dịng bít sơ cấp xuất hay nhiều chương trình khác Hai dịng bít video kết hợp với dịng audio để tạo hai chương trình khác Các chương trình sửa đổi phù hợp với số yêu cầu đặc biệt chương trình truyền phần audio thay đổi theo vùng ngôn ngữ khác 71 - Nhiều chương trình khác ghép kệnh hệ thống truyền tải, phía thu (phía giải mã) chúng tách dễ dàng b Khả liên vận hành dòng truyền tài Khả liên vận hành dịng bít truyền hình đặc tính quan trọng hệ thống truyền hình số, hai lĩnh vực liên vận hành cần quan tâm là: Dịng truyền tải MPEG - truyền tất hệ thống thông tin hệ thống truyền tải MPEG - 2, truyền dịng bít tạo thơng tin khác Một cách tổng qt, khơng có ngăn trở việc truyền dòng truyền tải MPEG - hệ thống truyền dẫn khác nhau, nhiên, số hệ thống truyền dẫn cáp, DBS, ATV , dòng truyền tài MPEG - truyền dễ dàng hơn, thuận tiện so với số hệ thống khác mạng máy tính sử dụng thủ tục FDDI, IEEE 802 , sử dụng dòng truyền tải MPEG - để truyền nội studio truyền tới thiết bị, hệ thống thông qua số phương pháp sau: - Phương pháp truyền số liệu nối tiếp SDI (Serial Digital Interface) theo khuyến nghị 656 - Phương pháp truyền số liệu đóng gói nối tiếp SDDI (serial Digital Data Interconect) - Phương pháp truyền SDH/SONET (Synchronnous Digital Hierachy/ Syschronous Optical Network) - Phương pháp truyền số liệu gói ATM (Asynchronnous Transfer Mode) Một khía cạnh liên vận hành khác dong truyền tải truyền hình khả truyền dịng bít khơng phải thuộc truyền hình hệ thống truyền hình số dựa tiêu chuẩn MPEG - Điều thực dòng bit bao gồm gói truyền tải có khả nhận dạng Tuy nhiên lớp hệ thống MPEG - cần có xử lý thêm 72 c Sự phân loại dòng truyền tải - dòng truyền tải đa chương trình Hệ thống MPEG - phân loại hai dạng dòng truyền tải: - Dòng truyền tải đơn chương trình (Single Program Transport Stream _ SPTS): Dịng truyền tải gồm dòng PES tương ứng với dòng sơ cấp khác (audio, video, liệu) có thời gian gốc (thời gian định thời) - Dịng truyền tải đa chương trình (Multi Program Transport Stream MPTS): Theo tiêu chuẩn MPEG - 2, chương trình kết hợp số dòng cấp có thời gian gốc Một dịng sơ cấp video kết hợp với hai dịng sơ cấp có thời gian gốc Một dòng sơ cấp video kết hợp với hai dòng cấp audio dòng sơ cấp liệu tạo thành chương trình truyền hình với hai ngơn ngữ khác nhau, dịng liệu chứa thơng tin bỗ trợ Có nghĩa trạng thái thiết lập PCR cung cấp thông tin định thời cho loại liệu chương trình Các thời gian định thời riêng lẻ cho audio hay video suy từ đồng hồ chủ Nếu đan xe gói TS hai hay nhiều chương trình khác tạo dịng truyền tải đa chương trình (Multi Program Transport Stream), mô tả sau: 73 Audio Video Program Program Video Hình 3.17 Dịng truyền tải đa chương trình Dịng truyền tải tạo đan xe gói TS hai chương trình Chương trình gồm hai dịng Sơ cấp (một video audio) Chương trình có dịng sơ cấp video, chương trình có đồng hồ tham chiếu 27 Mhz riêng Tốc độ dòng truyền tải ổn định cho dù tốc độ dịng sơ cấp thay đổi Các gói liệu rỗng có số PID = 1FFF thêm vào nhằm trì ổn định tốc độ bít dịng truyền tải đa chương trình d Thơng tin đặc tả chương trình PSL (Program specific information) Như đề cập, dịng truyền tải đa chương trình gồm số chương trình, chương trình lại gồm số dịng cấp Do đó, hệ thống cần theo dõi tất dòng số liệu khác PID liên hệ Bởi vậy, bên cạnh dịng thơng tin audio video, hệ thống truyền tải MPEG - mang thông tin điều khiển quản lý Các thông tin sử dụng để nhóm dịng audio video riêng rẽ chương trình Tất cấu trúc thông tin điều khiển quản lý chương trình nhóm trong” Thơng tin đặc tả chương trình” Prorgam Specific information PSI” Về bản, PSI tập hợp bảng kết nối với 74 Bao gồm: - Program Association Table (PMT): Bảng liên kết chương trình - Program map Table: Bảng đồ chương trình - Network Information Table (CAT): bảng truy xuất có điều kiện Các thơng tin đặc tả chương trình PSI bao gồm loại thông tin: PAT, PMT, NIT CAT Thơng tin bảng liên kết chương trình PAT điểm bắt đầu dịng truyền tải đa chương trình tìm thấy gói truyền tải có số PID = Thông tin PAT bao gồm số thứ tự chương trình só PID tương ứng với chương trình Giá trị PID xác định gói truyền tải mang thơng tin đặc tả khác MAP (Bảng độ chương trinh) Thông tin MAP có trường hợp gọi PID - sơ cấp (elemntary PID).Trường xác định số PID gói truyền tải mang liệu PES (Packet elementary stream) số chương trình xác định Trong hình cho ta thấy: Bảng PAT xác định chương trình số 15 thơng tin đồ chương trình (MAP) nằm gói có số PID 200 Gói PES video cho chương trình số 15 tìm thấy gói truyền tải có số PID - 500 Các gói audio tương ứng chương trình nằm gói truyền tải có số PID 510 520 Trường cịn lại thơng tin BMT trưịng “đặc tính dịng” (Stream type) xác định loại dịng PES (video, audio, hay liệu khác) gói truyền tải ứng với giá thị trường PID - sơ cấp xác định Thơng tin MAP cịn có trường hợp gọi “ Mơ phịng dịng” (Stream descriptror) sử dụng để mang thơng tin bổ trợ cho dịng bit thuộc chương trình “Video desciptor” (mơ video) cung cấp thơng tin tỉ số lấy mẫu tín hiệu màu, profle @ level tốc độ khung sử dụng cho dòng video sơ cấp 75 Trong bảng PAT, chương trình số mang ý nghĩa đặc biệt, gói chứa số PID tương ứng chương trình số bảng PAT mang ý nghĩa đặc biệt, gói chứa số PID tương ứng chương trình số bảng PAT mang thông tin NIT (bảng thông tin mạng) Thông tin NIT mang liệu mạng cung cấp MPEG - không xác định nội dung bảng thơng tin mạng, thuộc nhà phân phối mạng Cấu trúc PSI cuối bảng xuất có điều kiện CAT mang thông tin số PID gói truyền tải (TS) chứa liệu hệ thống trộn, xen Thông tin CAT truyền tải cỏc gúi TS cú s PID = Bảng thông tin mạng NIT Thông tin mạng cung cấp Bảng liên kết ch-ơng trình PAT (thuộc gói TS có số PID=0) Số thứ tự ch-ơng trình Bảng truy xuất có điều kiện CAT (Thuộc gói truyền tải cã sè PID=1) Sè PID 123 65 37 10 15 100 200 Thông tin điều khiển trộn Bảng sơ đồ ch-ơng trình PMT (cho ch-ơng trình số 15) (Thuộc gói truyền tải có số PID=1) Số thứ tự ch-ơng trình Video PRC Audio Audio Sè PID 500 500 510 520 Hình 3.18 Mối quan hệ bảng PSI 76 3.4.4 Định thời đồng sử dụng dòng truyền tải MPEG - Trong hệ thống MPEG - 2, việc định thời hỗ trợ giải mã kiểm tra đồng thu phát (Encoder - to - Decoder) thực nhờ ba dạng thông tin gọi “ tem thời gian”(Time Stamp) Đó là: - Tem thời gian mã hố DTS ( Decode Time Stamp) - Tem thời gian trình diễn PTS (Prentation Time Stamp) - Tem thời gian tham chiếu chương trình PCS (Program Clock Renference) Trong trình giải mã, giải mã MPEG - tập hợp gói truyền tải có số PID khơi phục lại đơn vị truy cập Tại thời điểm này, chưa phải thời điểm giải mã liệu audio video nhận được, thứ tự truyền dẫn ảnh khác với thứ tự thị ảnh, nhóm ảnh truyền dẫn theo thứ tự IPBB có thứ tự hiển thị IBBP Đễ hỗ trợ cho việc giải mã, MPEG - sử dụng hai dạng tem thời gian PTS DTS Các thơng tin nằm phần Header gói PES (Packetized Elementary Stream) Chúng xác định liệu giải mã trình diễn DTS sử dụng thời gian giải mã đơn vị truy cập khác so với thời gian trình diễn DTS khơng kết hợp với ảnh B ảnh dự báo hai chiều hiển thị bên thu nhập liệu ảnh Để kiểm tra đồng hộ thu phát (kiểm tra tính đồng đồng hồ giải mã va đồng hồ sử dụng cho mã hoá ghép kênh), MPEG - sử dụng tem thời gian PCR truyền cách tuần hoàn CCIR - 601 quy định tần số lấy mẫu tín hiệu chói 13,5 MHzs 6,75 MHz cho hai tín hiệu màu với cấu trúc lấy mẫu 4:2:2 Nên đồng hồ 27 MHz đồng hồ tham chiếu cho toàn hệ thống MPEG - 77 Thông tin PCR truyền tải hai phần thuộc trường thích nghi (Adaption - Field) thuộc phần Header gói truyền tải TS (Transport Packet Header) Hai phần gọi là: “Tham chiếu đồng hồ bản” (Program Clock Referece Base) “ Tham chiếu đồng hồ chương trình mở rộng (Program Clock Reference Extention) 90 KHz 27 KHz Program-Clock reference Base Program-Clock reference Extention 33 bit bit Hình 3.19 Thơng tin đồng hồ hệ thống PCR Hai phần tương ứng với hai đếm làm việc với tần số 90KHz 27MHz Khi dung lượng đếm 27MHz đạt tới giá trị 300 Reset dung lượng đếm 90KHz tăng lên Lý việc chia đôi thơng tin PCR thời gian gốc dịng liệu MPEG -1 90KHz, 27MHz phần mở rộng tương ứng đường thứ hai hình sau: 78 27 MHz chuẩn Dòng Video R-601 Định dạng dòng chuyển tải Mà hóa Video PCR=X thời gian N bit PCR=X §óng N bit Gãi 188 byte PCR đ-ợc truyền tải Bộ dải mà dòng chuyển tải So sánh Lọc thông thấp Bộ thu đồng hồ chuẩn 27MHz PCR địa ph-ơng Đồng hồ 27MHz Hỡnh 3.20 S ng hóa thu phát Thơng tin PCR có độ dài 33 bit cho phần bit cho phần mở rộng tạo đếm 42 bít đủ để đáp ứng cho dịng liệu chương trình kéo dài 24 tiếng MPEG - quy định thông tin PCR truyền 10 lần/s Nội dung thơng tin PCR chứa giá trị đồng hồ xác bên phát Với quy ước thời gian trễ truyền dẫn không đổi, bên thu so sánh giá trị PCR nhận với giá trị đồng hồ 27 MHz địa phương Nếu có sai số, sai số sử dụng để điều chỉnh đồng hồ 27MHz địa phương Nếu có sai số, sai số sử dụng để điều chỉnh đồng hồ thu đồng theo đồng hồ phát Quá trình điều khiển thực phần mềm điều khiển PLL 79 KẾT LUẬN Tiêu chuẩn MPEG biểu diễn phương pháp mã hóa tín hiệu audio video Ưu điểm quan trọng tiêu chuẩn khả mã hóa tín hiệu video có dạng khả tăng cao dung lượng kênh truyền hình Ưu điểm khiến cho tiêu chuẩn MPEG chấp nhận nhiều nước sử dụng tiêu chuẩn truyền hình 625 dòng/50Hz (dự án DVB) 525 dòng/60Hz Kết cho thấy phương pháp nén MPEG cho phép làm giảm tốc độ bít tín hiệu video có độ phân giải tiêu chuẩn (625,525 dòng) xuống khoảng Mb/s mà đảm bảo chất lượng tiêu chuẩn cho Studio (4:2:2) Đối với tín hiệu HDTV/ATV, tốc độ bit nén xuống cịn khoảng 20Mb/s Dung lượng kênh truyền hình tiêu chuẩn sử dụng điều chế số 20 - 40Mb/s (phụ thuộc vào phương pháp điều chế mức độ bảo vệ sai số truyền) Điều có nghĩa kênh, truyền số chương trình truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn - chương trình truyền hình độ phân giải cao - HDTV, việc hạn chế theo lớp tín hiệu cho phép truyền đồng thời tín hiệu truyền hình có độ phân giải tiêu chuẩn độ phân giải cao Hiện nay, tiêu chuẩn MPEG - sử dụng nhiều thiết bị truyền hình số (VTR, camera, dựng hình, kỹ xảo…) thông tin đa phương tiện (Multimedia) phát triển mạnh Việt Nam Trong thời gian tới em phát triển hướng nghiên cứu phương pháp nén khác FT (Fractal Transpormation - biến đổi thành phần) Waveler (mã hố dạng sóng ba chiều) để tối ưu hóa phương pháp nén sử ứng dụng truyền hình số Một lần em xin bày tỏ lòng cảm ơn chân đến thầy giáo, ThS Đặng Thái Sơn thầy cô giáo khoa Điện tử viễn thơng tân tình hướng dẫn, tạo điều kiện cho em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn! 80 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Đỗ Hoàng Tiến, Vũ Đức Lý, Truyền hình số, Nhà xuất KHKT – Hà Nội 2001 [2] Đỗ Hoàng Tiến – Dương Thanh Phương.Truyền hình số [3] Tạp chí khoa học đài truyền hình Việt Nam Từ năm 1997 đến năm 2003 [4] Truyền hình qua vệ tinh, Đại học Bách Khoa TPHCM, 1994 [5] Telecommunicasion Transmission Systems, Me.Gran Hill năm 1998 [6] Vi ba số, Bưu viễn thơng [7] Nguyễn Thuý Vân, Lý thuyết mã, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 81 ... ÁN Trong đồ án này, em trình bày „„ Tim hiểu kỹ thuật nén truyền hình số ‟‟ Với nội dung gồm chương sau : Chương : Giới thiệu truyền hình số Trong chương này, tìm hiểu sơ đồ khối hệ thống truyền. .. truyền hình số, đặc điểm, ưu điểm trội truyền hính số so với truyền hình tương tự Chương : Tổng quan nén Trong chương này, tìm hiểu sâu kỹ thuật sử dụng để nén tín hiệu, mã dùng thuật tốn nén Qua... thực truyền hình số phát số vào năm 2000 Để thực hiện, họ dựa vào tiêu chuẩn truyền hình số nghiên cứu gần 1.2 Hệ thống truyền hình số 1.2.1 Sơ đồ khối hệ thống truyền hình số Một hệ thống truyền