Truyền hình số - Giao trình cải tiến

Mã hoá và giải mã NTSC a. Bộ lập mã màu

Tín hiệu Y’ qua qua đờng truyền có dải thông tần rộng nhất, còn tín hiệu Q qua đờng truyền có dải thông tần hẹp nhất cho nên tín hiệu Q truyền với tốc độ chậm nhất. Mạch lọc chặn dải sóng mang phụ và các thành phần phổ của tín hiệu màu gần fSC nhằm giảm ảnh hởng của tín hiệu màu đến chất lợng truyền ảnh truyền hình màu.

Hệ truyền hình màu PAL

Mạch lọc thông dải chọn lấy tín hiệu màu, tín hiệu đồng bộ màu và nén các thành phần tần số thấp của tín hiệu chói nằm ngoài phổ tần của tín hiệu màu. Các tín hiệu này sau khi đợc khuếch đại đến giá trị cần thiết đảm bảo cực tính âm, sẽ đặt lên catôt của súng điện tử tơng ứng trong đèn hình màu.

Hệ truyền hình màu SECAM

Đầu vào là tín hiệu truyền hình tơng tự, qua thiết bị mã hoá (biến đổi A/D), tín hiệu hình sẽ đợc biến đổi thành tín hiệu truyền hình số. Tín hiệu truyền hình số đợc đa đến thiết bị phát (gồm mã hoá kênh và biến đổi tín hiệu), sau đó qua kênh thông tin đa đến thiết bị thu (gồm biến đổi tín hiệu và giải mã kênh).

Đặc điểm của truyền hình số a. Yêu cầu về băng tần

Đặc điểm của truyền hình số. Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bởi một bit. Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bằng các mức chói khác nhau, thờng là 256 mức chói hay 9 bit cho mỗi điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh màu đợc chia ra gồm một tín hiệu chói và các tín hiệu màu. Biểu diễn ảnh số. Với ảnh đen trắng, thì ảnh đợc biểu diễn bằng một hàm cờng độ sáng hai chiều ). Một ảnh số là một ảnh f(x, y) đợc gián đoạn theo không gian và độ sáng.

Các phơng pháp biến đổi tín hiệu vi deo

Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bởi một bit. Mỗi điểm ảnh đợc biểu diễn bằng các mức chói khác nhau, thờng là 256 mức chói hay 9 bit cho mỗi điểm ảnh. Mỗi điểm ảnh màu đợc chia ra gồm một tín hiệu chói và các tín hiệu màu. Biểu diễn ảnh số. Với ảnh đen trắng, thì ảnh đợc biểu diễn bằng một hàm cờng độ sáng hai chiều ). Ưu điểm: Biến đổi tín hiệu video thành phần cho dòng số có tốc độ bit cao hơn tín hiệu số tổng hợp, xử lý dễ dàng các chức năng ghi, dựng, tạo kỹ xảo ., không chịu ảnh hởng của can nhiễu chói.

Các tham số cơ bản (tham khảo)

Sai số đơn điệu thực chất cũng do tính phi tuyến của đờng đặc tính biến đổi gây ra, làm cho độ dốc của đờng trung bình biến thiên không đơn điệu thậm chí có thể mất một vài mã số. Ta cần lu ý rằng, ADC có tốc độ chuyển đổi cao thờng sẽ kém chính xác, tuỳ theo yêu cầu sử dụng, ta cần dung hoà 2 tham số là tốc độ chuyển đổi và độ chính xác chuyển đổi một cách hợp lý nhất.

Nguyên tắc làm việc của ADC

Quá trình lợng tử hoá thực chất là quá trình làm tròn số, lợng tử hoá đợc thực hiện theo nguyên tắc so sánh, tín hiệu cần chuyển đổi đợc so sánh với một loạt các đơn vị chuẩn Q. Mạch AND thứ hai chỉ cho ra các xung nhịp khi tồn tại xung UC, nghĩa là trong khoảng thời gian mà 0<UC <UA mạch đếm đầu ra sẽ đếm xung nhịp đó, số xung này tỷ lệ với độ lớn của UA.

Các phơng pháp chuyển đổi số- tơng tự a. Nguyên lý chuyển đổi DAC

Ngợc lại nếu tín hiệu điều khiển là “1” thì I0 tơng ứng với bit đó đợc dẫn đến đầu vào bộ khuếch đại thuật toán qua mạng điện trở.Mạng điện trở làm nhiệm vụ phân dòng, dòng điện đi qua mỗi khâu điện trở thì giảm. Nhợc điểm: Trong sơ đồ này, số điện trở phải dùng khá lớn, nếu phải chuyển đổi N bit thì số điện trở phải dùng là 2(N-1) trong khi theo phơng pháp thang điện trở thì chỉ phải dùng N điện trở mà thôi.

Giới thiệu

Kết quả là dòng điện ở cửa vào bộ khuếch đại thuật toán có trị số tơng ứng với bit mà nó đại diện. Trong sơ đồ, điện trở ở nhánh ngang cuối cùng có trị số là 2R bằng điện trở nhánh dọc.

Thấu kính và các tham số của thấu kính (tóm tắt)

Độ mở của thấu kính là đờng kính của màng ngăn ánh sáng, nó có thể điều chỉnh đợc kích thớc để khi ánh sáng chiếu vào, độ rọi trên catot quang điện của dụng cụ biến đổi quang- điện phù hợp với yêu cầu. Khoảng cách dọc theo trục quang của thấu kính mà mọi vật trong đó đều có ảnh nét trên catot quang điện của dụng cụ biến đổi quang - điện đợc gọi là chiều sâu độ nét của thấu kính.

Dụng cụ biến đổi quang điện CCD Thế hệ đầu tiên là các máy quét quang cơ khí

Các mạch tích hợp cho phép đạt đợc một số lớn các phần tử cảm quang trên một bề mặt diện tích, do đó độ phân giải của CCD có thể đạt đợc rất cao so với các ống quang. Là quá trình chuyển đổi các mẫu điện tích của bản thân chúng trong một mảng gồm các bộ phận cảm quang để đa vào trong tín hiệu video biến đổi theo thời gian.

Xử lý tín hiệu trong camera số

Thông thờng đặc tính chuyển đổi của bộ nén mức sáng cao nhất tạo ra một đờng tuyến tính trên mức 100% và sau đó loại bỏ phần dốc thoải thấp hơn, các phần này đợc hiệu chỉnh nhằm nén mức sáng cao nhất trong thực tế phù hợp với khả năng của thiết bị ghi, truyền dẫn hay thiết bị hiển thị. Để chuỗi tín hiệu phù hợp cho nén thành phần độ sáng cao, trớc tiên các tín hiệu đ- ợc cho qua các mạch cân bằng trắng, mạch cân bằng trắng thực hiện nhân tín hiệu với các hệ số, các hệ số này đợc xác định tại thời điểm cân bằng trắng.

CÊu tróc lÊy mÉu

Quá trình lợng tử hóa gây ra sai số lợng tử, đây là một nguồn nhiễu không thể tránh khỏi trong các hệ thống số, nhiều trờng hợp nó ảnh hởng nghiêm trọng đến độ chính xác và tin cậy của tín hiệu. Hiệu ứng đờng viền xuất hiện ở những vùng có độ sáng thay đổi chậm và đều theo chiều ngang, khi đú cú những sọc với độ sỏng cố định chia thành nhiều đờng rừ nột theo chiều đứng nh đờng biên.

Phân loại

Đối với tín hiệu video, méo lợng tử xuất hiện ở hai dạng chính: Hiệu ứng đờng viền và nhiễu hạt ngẫu nhiên. Nếu tăng số mức lợng tử, hiệu ứng đờng viền sẽ giảm, khi sử dụng từ mã 9 bit để biểu diễn màu, hiệu ứng đờng viền hầu nh không xuất hiện.

Các đặc tính cơ bản của mã

Nó là một quá trình trong đó lợng số liệu (data) biểu diễn lợng thông tin của một ảnh hay nhiều. Đó là các phần xoá dòng, xoá mành, các phần ảnh tĩnh hay chuyển động chậm, vùng ảnh nền giống nhau mà ở đó các phần tử liên tiếp giống nhau hay khác nhau rất ít.

Các tham số đặc điểm

RMS chỉ ra sự khác nhau thống kê giữa ảnh ban đầu và ảnh sau khi nén.

Các phơng pháp nén a. Nén không tổn hao

Phơng pháp nén RLC này dựa trên cơ sở sự liên tiếp lặp đi lặp lại các điểm ảnh trong. Kỹ thuật RLC đợc dùng cho các hệ số lợng tử hoá tốt hơn là dùng trực tiếp cho số liệu ảnh.

Mã shannon- fano

RLC tách các giá trị giống nhau và biểu diễn nh là một tổng, kỹ thuật này chỉ. Nếu tập nút chỉ chứa một nút thì kết thúc, ngợc lại thì ta quay lại bớc 2.

Nguyên lý nén trong ảnh

Ngời ta nghiên cứu và đa ra phơng pháp chuyển đổi gần tối u để thay thế, phơng pháp thông dụng nhất là biến đổi DCT (biến đổi cosin rời rạc).

Lợng tử hoá

Lợng tử hoá đợc thực hiện bằng việc chia các hệ số F(u,v) cho các số ở vị trí tơng ứng trong bảng lợng tử (Q(u,v)) để biểu diễn số lần nhỏ hơn các giá trị cho phép của hệ số DCT, hình ………. Các hệ số có tần số thấp đợc chia cho các giá trị nhỏ, các hệ số ứng với tần số cao đợc chia cho các giá trị lớn hơn.

Mã hoá entropy

Kết quả ta nhận đợc bảng Fq(u,v) mới, trong đó phần lớn các hệ số có tần số cao sẽ bằng 0.

Mô hìnhVLR

Tính toán sự dịch chuyển vị trí của nội dung hình ảnh là một phần rất quan trọng trong kỹ thuật nén liên ảnh, đặc điểm của nén liên ảnh chính là “Kỹ thuật xấp xỉ và bù chuyển động”. Yêu cầu cần phải có tốc độ Frame cao để đạt đợc cảm giác chuyển động thực sự, từ đó tạo ra nhiều d thừa tạm thời giữa các Frame kề nhau.

Xấp xỉ và bù chuyển động

Một chuỗi video là một chuỗi các ảnh tĩnh hiện ra liên tục với tốc độ nhanh sẽ cho cảm giác các ảnh chuyển động liên tục. Thông tin không cần thiết sẽ bị cắt bỏ cho nên cho hiệu quả nén thấp hơn so với phơng pháp có tổn thÊt.

Sơ đồ mã hoá và giải mã JPEGDCTLượng tử

Nguyên lý nén MPEG a. Quá trình mã hoá

Cũng nh trong tr- ờng hợp các ảnh loại I, tín hiệu ra từ bộ lợng tử hoá đợc giải lợng tử hoá và biến đổi DCT ng- ợc rồi cộng với dự báo ảnh đang xét và lu vào bộ nhớ. Do đó tại đầu ra bộ mã hoá phải có bộ nhớ đệm đủ lớn, bộ mã hoá phải kiểm tra trạng thái đầy của bộ nhớ đệm, khi số liệu trong bộ nhớ đệm gần bằng dung lợng cực đại thì các hệ số biến đổi DCT đợc lợng tử hoá ít chính xác hơn.

Lấy mẫu lý tởng

Các tín hiệu điện liên tục theo thời gian cần phải chuyển đổi thành các định dạng số rời rạc theo thời gian dùng cho xử lý số tín hiệu (DSP). Dạng tín hiệu này đợc vẽ trong miền tần số bao gồm tập hợp của các thành phần tần số là bội của các thành phần tần số lấy mẫu.

ChuÈn nÐn MPEG-1

Mô hình này xác định tỷ lệ signal-mask cho mỗi băng sử dụng để xác định số bit cho quá trình lợng tử hoá mỗi băng với mục đích tối thiểu khả năng nghe thấy của âm thanh. Bộ chỉ định, dùng để đánh giá ngỡng mức chặn và chỉ định các bit trên phần cơ bản của năng lợng phổ tín hiệu audio và chế độ “Mô hình tâm sinh lý nghe” (HAS). Hệ số tỷ lệ của khối đợc truyền trong dòng số liệu và đợc sử dụng tại bộ giải mã để tạo lại các giá trị số liệu trong khối. Ngợc lại, bên giải mã sẽ giải mã entropy sau đó tái tạo lại giá trị của băng đã lợng tử hoá và chuyển các giá trị của băng này thành tần số tín hiệu audio. Tuy nhiên nếu chúng ta đạt đợc tỷ lệ nén cao thì chi phí cũng tăng theo cho các bộ mã hoá và giải mã. Ba mức riêng biệt trong tiêu chuẩn MPEG audio này phụ thuộc trong từng chế độ với các ứng dụng khác nhau:. • Mức I: Dùng trong các thiết bị dân dụng. • Mức II: Dùng trong các thiết bị chuyên dụng và Multimedia. • Mức III: Dùng trong các hệ thống mã hoá tiếng nói 64 Kbit/s và thấp hơn, dùng mã hoá chất lợng cao cho tín hiệu âm nhạc. Mức I đợc tạo ra từ các thuật toán cơ bản trong khi mức II và mức III là sự kết hợp giữa các mức I. Sơ đồ khối của bộ mã hóa audio:. con) Bộ đếm Lượng.

Hệ thống cáp quang

• Hạn chế thành phần một chiều và thành phần tần số thấp để có thể đấu nối tín hiệu từ mạch này sang mạch khác bằng biến áp hoặc qua tụ. Sự ra đời các chuẩn truyền hình số mặt đất nh DVB- T (Digital- Video Broadcasting- Terrestrial) của châu Âu và ATSC của Mỹ (Advanced Television Commitee) đã khắc phục.

Sơ đồ khối phần phát hệ thống truyền hình vệ tinh

Ghép kênh và truyền tải: Các thông tin đợc chia nhỏ thành các gói dữ liệu, tơng ứng sẽ có một phần tiêu đề để nhận biết cho mỗi gói hay mỗi loại gói, và tơng ứng với thứ tự thích hợp các gói dữ liệu video, audio và dữ liệu phụ đợc ghép vào một dòng dữ liệu đơn. Mã hoá kênh truyền có nhiệm vụ cộng thêm các thông tin vào dòng bit dữ liệu, các thông tin này đợc sử dụng trong quá trình tái tạo lại dữ liệu tại bên thu nh các mã truyền dẫn, bởi vì sự suy hao trong quá trình truyền dẫn gây lỗi tín hiệu truyền dẫn, điều chế là đa các thông tin trong dòng dữ.