Tổng quan về hệ thống truyền hình số

Ghép phổ của tín hiệu mang màu vào tín hiệu chói

Tín hiệu mang màu đem đi điều chế vào một dao động có tần số sang mang phụ fsc, sao cho tín hiệu đã điều chế có các vạch phổ nằm đúng vào vùng khe hở của tín hiệu chói thì tín hiệu mang màu có thể phát đi cùng với tín hiệu chói trong cùng một dải tần số. Vấn đề lựa chọn sóng mang phụ và phương pháp điều chế như thế nào để sự xuyên lẫn, sự phá rối lẫn nhau giữa tin tức chói và tin tức màu giảm thiểu tối đa là nguyên nhân tồn tại các hệ truyền hình màu NTSC, PAL, SECAM.

Hệ truyền hình màu NTSC 1. Sơ đồ khối phía phát

-Bộ tạo sóng mang phụ tạo ra tần số fSC = 3,58MHz đưa đến bộ điều biên nén 1 để điều biên nén tín hiệu EI vào fSC, đồng thời fSC được trễ pha 900đưa đến bộ điều biên nén 2 để điều biên nén tín hiệu EQ vào fSC để tạo ra 2 dải biên tần trên và biên tần dưới. Tín hiệu sắc EC đưa đến bộ khuếch đại sắc EC để khuếch đại tại tần số 3,58MHz sau đó đưa tín hiệu song biên và sóng mang phụ f'SC đến bộ tách sóng lấy ra tín hiệu màu EI, tín hiệu EI cho qua mạch lọc dải (0÷1,3)MHz rồi đưa đến dây trễ.

SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO 2.1. HỆ THỐNG TRUYỀN HÌNH SỐ

Đối với tín hiệu video thành phần (EB-EY,ER-EY,EY), quá trình chuyển đổi các tín hiệu màu được quy định theo tiêu chuẩn CCIR 601. Nó cho ta dòng số có tốc độ cao hơn tín hiệu số tổng hợp và nó có ưu điểm là xử lí dễ dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kĩ xảo và chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng bởi can nhiễu chói, màu. Mặt khác, do sự phát triển của công nghệ điện tử, nên cho phép truyền toàn bộ chuỗi số liệu video sô thành phần nối tiếp nhau trên một dây dẫn duy nhất mà hông bị nhiễu kí sinh, không méo,tỉ số S/N cao và có thể cài đặt tín hiệu audio trong chuỗi tín hiệu video số. Nguyên tắc làm việc của bộ biến đổi tương tự sang số được minh hoạ trên sơ đồ khối hình. Sơ đồ khối mạch biến đổi tươngtự –số. a) Mạch lọc thông thấp. Tần số lấy mẫu như đã trình bày ở trên , ngoài yêu cầu có giá trị trong khoảng từ 12MHz đến 14 MHz , là bội số của tần số dòng fH , còn phải đạt điều kiện là tần số lấy mẫu chung cho cả hai tiêu chuẩn truyền hình 525 và 625 dòng để có thể tiến tới một tiêu chuẩn video số chung cho toàn thế giới , loại bỏ những phiền phức gây nên bởi tình trạng đa hệ trong.

NÉN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ

Nén tín hiệu video được nén với tỉ số bit/pixel < H(xi) thì hình ảnh sẽ không mất thông tin. MÔ HÌNH NÉN ẢNH. Gồm 3 thành phần như sau:. Mô hình hệ thống nén video. Trong đó mỗi hoạt động cố gắng loại bỏ những thành phần dư thừa trong tín hiệu video và cố gắng tận dụng dự giới hạn của hệ thống nhìn là mắt. Thành phần xoá dòng, xoá mành,vùng ảnh tĩnh, hoặc chuyển động rất chậm, vùng ảnh giống nhau mà ở đó các phần tử liên tiếp giống nhau hoặc khác nhau rất ít.Và lợi dụng đặc tính mắt người là kém nhậy với sai số trong hình ảnh có nhiều chi tiết và các hình ảnh chuyển động. PHÂN LOẠI CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN TÍN HIỆU VIDEO. Sơ đồ sự phối hợp các phương pháp nén tín hiệu video. nén không mất thông tin. nén có mất thông tin. VLC RLC LOạI BỏKHOảNG. DPCM l-ợng tử hoá. Nén có mất thông tin Nén không mất. Loại bỏ khoảng. xoá Mẫu con Lượng. Nén không tổn hao. Nó là quá trình mã hoá có tính thuận nghịch.Hệ số nén thì nhỏ hơn 2:1. Bao gồm : a) Mã hoá độ dài thay đổi (VLC): Còn gọi là mã hoá huffman hay mã hóa entropy.Nguyên tắc của nó là :Thông tin có xác suất thấp mã hoá bằng từ mã dài và ngược lại. b) Mã hóa với độ dài chạy(RLC): Dựa trên sự lặp lại của cùng giá trị mẫu để tạo ra các loại mã đặc biệt, biểu diễn sự bắt đầu và kết thúc của giá trị được lặp lại. c) Sử dụng khoảng xoá dòng và xoá mành: Thông tin xoá dòng, xoá mành sẽ không được ghi giữ và truyền đi, chúng được thay bằng các dữ liệu đông bộ ngắn hơn theo các ứng dụng. d) Biến đổi cosin rời rạc (DCT): Là quá trình chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số. Nén có tổn hao. Nó chấp nhận mất ít thông tin để gia tăng hiệu quả nén, rất thích hợp vơi nguồn thông tin là hình ảnh và âm thanh. a) Lượng tử hoá và mã hoá VLCcho các hệ số DCT: Nó thực hiện theo 3 bước liên tục:. +Thứ nhất là biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số bằng các thuật toán chuyển vị như biến đổi cosin rời rạc DCT. +Thứ hai là lượng tử hoá các hệ số DCT. +Thứ ba là nén số liệu đã biến đổi và làm trơn bằng cách mã hóa entropy. b)Lấy mẫu các băng tần con: Đây là phương pháp giảm dữ liệu rất có hiệu quả, nhưng tổn thất độ phân giải ảnh và các thành phần chồng phổ sẽ làm giảm chất lượng nội dung ảnh gốc. Vì vậy nên không lấy mẫu băng tần con cho tín hiệu chói.Các phương pháp lấy mẫu băng tần con tín hiệu màu trong các định dạng 4:2:0 và 4:1:1 hiện được sử dụng trong các ứng dụng ghi, còn định dạng 4:2:0 trong các ứng dụng sản xuất và truyền dẫn MPEG. c) DPCM: Đây là phương pháp mã hoá dự báo, truyền phần chênh lệch giữa các mẫu. Nội suy tín hiệu tương tự dựa trên nguyên tắc thay thế đặc tuyến tín hiệu tương tự bằng hàm điện áp(đa thức) có đặc tuyến và thời gian gần giống với nó. Nếu biết được đặc tuyến của hàm nội suy và giá trị của đặc tuyến tại một vài điểm thì có thể khôi phục các giá trị trung bình của tín hiệu. Trong trường hợp tín hiệu rời rạc, các trị chưa biết của các mẫu có thể được suy ra từ các mẫu trước hoặc sau. Đối với tín hiệu video, thường sử dụng hàm nội suy tuyến tính. Lúc đó, trị chưa biết của các mẫu khôi phục được coi như trị trung bình của các mẫu lân cận. Các loại DPCM giữa các mành được sử dụng bao gồm:. a) Phương pháp lấy mẫu từ phần ảnh chuyển động: Chỉ truyền phần các điểm ảnh chuyển động và khôi phục phần các điểm ảnh còn lại bằng trị trung bình các điểm ảnh được truyền. b) Phương pháp làm đầy có chọn: Là phương pháp đan chéo các mành, còn gọi là phương pháp làm đầy có chọn khi ảnh truyền ít chuyển động và tốc độ thấp. Nguyên tắc là chỉ truyền phần ảnh được chọn ở mỗi mành và nhận ảnh có độ chiếu sáng lâu. c) Phương pháp chia thành những phần ảnh chuyển động và tĩnh: Nó là sự kết hợp giữa phương pháp làm đầy có chọn và phương pháp lấy mẫu từng phần ảnh chuyển động cùng với DPCM giữa mành với dự báo một phần tử.

CÁC TIÊU CHUẨN NÉN TÍN HIỆU TRUYỀN HÌNH SỐ

DPCM Cấu trúc khối trong quá trình

Các hệ số này được nhân với các hệ số giải lượng tử hoá và đưa đến quá trình biến đổi DCT ngược. Đầu ra ta có một khối 8*8 các pixel có thể không tạo lại được ảnh chính xác tín hiệu gốc vì thông tin có thể bị mất trong quá trình mã hoá có tổn hao. Phân cấp cấu trúc dòng số video. Các tiêu chuẩn nén video ra đời nhằm đạt được các mục đích trình bầy chi tiết các dư thừa thông tin trong tín hiệu và dư thừa do cảm nhận của mắt người, qua đó ta giảm được tốc độ dòng video số, đưa ra dòng số liệu video đã được nén theo một khuôn dang nhất định. Cấu trúc số liệu video JPEG gồm 6 cấp khác nhau, phụ thuộc vào chế độ làm việc của JPEG. a) Đơn vị số liệu(DU): Nó bao gồm một khối 8*8 các mẫu thành phần trong dạng nén mất thông tin. b) Đơn vị mã hoá nhỏ nhất(MCU): Là nhóm nhỏ nhất các DU xen kẽ. Nó bao gồm 2 khối Y, một khối Cr và một khối Cb. d) Quét : Tính chất xác định phương pháp quét cho toàn bộ ảnh. e) Khung hình : Có thể tạo thành từ một hay nhiều quá trình quét. f) Lớp ảnh: ảnh là phân cấp trên cùng của phân cấp số liệu nén, bao gồm lớn các khung và các mã cho toàn bộ bức ảnh.

16*16 Độ chính xác cực đại của hệ số dc 11bit

CSIF52 5

Sau đó công nghệ mã chuyển đổi chuyển khung sai số này sang miền tần số để nén các hệ số nhờ lượng tử hoá và mã hoá Huffman trước khi truyền tải và lưu trữ. Tiêu chuẩn này có phạm vi ứng dụng rộng rãi cho dạng thức CSIF (common soure intermediate fomat).

CCIT -601

• Dự báo không nhân quả tạo dự báo cho ảnh hiện hành dựa trên ảnh quá khứ lẫn ảnh tương lai.

Đặc điểm của tiêu chuẩn MPEG-2

Cấu trúc dòng bit video MPEG-2

Lớp thấp hơn bao gồm ảnh có độ phân giải thấp (ví dụ truyền hình T C), lớp cao hơn bao gồm ảnh có độ phân giải cao hơn( ví dụ truyền hình độ phân giải cao_HDTV). Chúng được minh hoạ trong hình sau, trong đó: dòng trên cùng là tỉ lệ lấy mẫu, tiếp theo là ghi các điểm theo chiều ngang x theo chiều dọc; dòng dưới nữa là tốc độ cao nhất của dòng dữ liệu sau khi nén; dòng cuối cùng là các loại ảnh được sử dụng để nén.

NÉN TÍN HIỆU AUDIO

CÁC TIÊU CHUẨN TRUYỀN HÌNH SỐ

OFDM