Công nghệ nén video trong truyền hình số

MỤC LỤC

Mã hoá a. Khái quát

Mã hoá là khâu cuối cùng trong biến đổi AD, là quá trình biến đổi cấu trúc nguồn tín hiệu mà không làm thay đổi tin tức, mục đích là cải thiện các chỉ tiêu kỹ thuật của hệ thống truyền tin. Độ dài của dãy tín hiệu nhị phân này (gọi là từ mã nhị phân) được tính bằng số lượng các con số “0”, “1” là một trong các chỉ tiêu chất lượng của kỹ thuật số hoá tín hiệu, nó phản ánh mức sáng, tối, màu sắc của hình ảnh được ghi nhận và biến đổi.

Giảm tốc độ bit trong truyền hình

+ Dựa vào những đặc điểm sinh lý của mắt người: độ nhạy của mắt, các đặc điểm về phổ của mắt, khả năng phân biệt của mắt, độ lưu ảnh của vừng mạc nờn khụng cần truyền đi toàn bộ thụng tin chứa trong các dòng và các mành hoặc các ảnh liên tục, các tín hiệu không truyền đi đó gọi là tín hiệu dư thừa (Redundanced Video Signal). DPCM sử dụng đặc trưng thống kê ảnh và tín hiệu Video và cũng như đặc điểm của mắt người cho phép làm giảm tốc độ bit nên trong truyền hình số người ta thường dùng phương pháp điều chế xung mã vi sai hơn cả.

Phương thức truyền dẫn tín hiệu truyền hình số

Sau khi xác định các tiêu chuẩn của phát truyền hình số DVB, do các sự truyền tải Multimedia khác nhau, lĩnh vực ứng dụng khác nhau nên DVB đã được tổ chức và phân chia thành một số hệ thống, cụ thể là hệ thống quảng bá truyền hình số vệ tinh DVB-S; hệ thống quảng bá truyền hình số cáp DVB-C (Cable); hệ thống quảng bá truyền hình số vi ba DVB-M (Microwave); hệ thống quảng bá truyền hình số mặt đất DVB-T (Terrestrial);. Thông tin âm tần và thị tần và các tín hiệu số trước tiên sẽ đi qua bộ nén số MPEG-2 (ENC) tiến hành việc nén biên mã, tín hiệu truyền hình số với tốc độ trên 200Mb/s được nén xuống còn 6Mb/s, dòng số liệu MPEG-2 bị nén nhiều đường sẽ được đưa vào bộ trộn nhiều đường số tiến hành việc trộn, ở ngừ ra sẽ nhận được dòng mã MPEG-2 có tốc độ cao hơn.

Hình 1.4: Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB
Hình 1.4: Mô hình hệ thống truyền dẫn DVB

CÁC CÔNG NGHỆ NÉN TÍN HIỆU VIDEO TRONG TRUYỀN HÌNH SỐ

Các chuẩn nén video

Phương pháp này tập trung vào một số các hệ số chuyển vị mà không phải là các điểm ảnh của ảnh gốc và lượng thông tin chỉ trong một số ít hệ số chuyển vị. Hơn nữa, do hệ thống thị giác của con người không thể nhận biết hoàn toàn các chi tiết của ảnh khi những chi tiết đó biến đổi nhanh so với các biến đổi chậm, bởi vậy để mã hoá các hệ số chuyển vị ở tần số cao, ta chỉ cần một số ít bit mà chất lượng hình ảnh vẫn tốt.

Nén Video theo tiêu chuẩn MPEG

    Tính co giãn của dòng bít MPEG-2 lμ khả năng giải mã đ−ợc một phần dòng bít MPEG-2 độc lập với phần còn lại của dòng bít đó nhằm khôi phục video với chất l−ợng hạn chế ( hạn chế độ phân giải không gian, độ phân giải thời gian hoặc hạn chế về SNR..). Không giống các chuẩn MPEG trước đó, ví dụ như trong MPEG-2, nơi mà nội dung được tạo ra từ nhiều nguồn như video ảnh động, đồ hoạ, văn bản… và được tổ hợp thành chuỗi các khung hình phẳng, mỗi khung hình (bao gồm các đối tượng như người, đồ vật, âm thanh, nền khung hình…) được chia thành các phần tử ảnh pixels và xử lý đồng thời, giống như cảm nhận của con người thông qua các giác quan trong thực tế. Các thiết bị mã hoá và giải mã video đều áp dụng sơ đồ mã hoá như nhau cho mối đối tượng video VO (Video Object) riêng biệt (hình 2.13), nhờ vậy người sử dụng có thể thực hiện các hoạt động tương tác riêng với từng đối tượng (thay đổi, di chuyển, kết nối, loại bỏ, bổ xung các đối tượng…) ngay tại vị trí giải mã hay mã hoá.

    Trong MPEG-4 tất cả các đối tượng có thể được mã hoá với sơ đồ mã hoá riêng của nó – video được mã hoá theo kiểu video, text được mã hoá theo kiểu text, các đồ hoạ được mã hoá theo đồ hoạ - thay vì việc xử lý tất cả các phần tử ảnh pixels như là mã hoá video ảnh động. Để sử dụng công cụ MPEG-4 một cách hiệu quả nhất, mỗi thiết bị chuẩn MPEG-4 sẽ chỉ được trang bị một số tính năng phù hợp với một phạm vi ứng dụng nhất định và để tạo điều kiện cho người sử dụng lựa chọn công cụ MPEG-4, các thiết bị MPEG-4 chia thành các nhóm công cụ gọi là các profile, mỗi nhóm chỉ chứa một vài tính năng cần thiết của chuẩn mã hoá thích hợp cho một phạm vi nào đó.

    Hình 2.5: Các cấu trúc nhóm ảnh trong tiêu chuẩn MPEG
    Hình 2.5: Các cấu trúc nhóm ảnh trong tiêu chuẩn MPEG

    So sánh và nhận xét khái quát về các chuẩn nén MPEG

    * Truyền thông multimedia theo dòng, trong đó dòng audio và video sẽ được biến đổi thích nghi với yêu cầu băng thông và chất lượng nhờ loại bỏ những đối tượng (hình ảnh, âm thanh) không cần thiết khỏi dòng dữ liệu và đồng bộ các thông tin được nhúng trong dòng dữ liệu đó. * Lưu giữ và phục hồi dữ liệu audio và video : do MPEG-4 phân chia các khung hình thành các đối tượng, việc trình duyệt Browser trên cơ sở nội dung (đối tượng) mong muốn sẽ được thực hiện một cách dễ dàng và nhờ vậy các ứng dụng lưu giữ hay phục hồi thông tin trên cơ sở nội dung MPEG-4 sẽ được thuận lợi hơn. * Truyền thông báo đa phương tiện : Các thông báo dưới dạng text, audio và video MPEG-4 sẽ được truyền đi với yêu cầu băng thông ít hơn, và có khả năng tự điều chỉnh chất lượng cho phù hợp với khả năng băng thông của thiết bị giải mã.

    ỨNG DỤNG KỸ THUẬT NÉN VIDEO SỐ TRONG SẢN XUẤT CHƯƠNG TRÌNH TRUYỀN HÌNH

    Giới thiệu dây chuyền sản xuất chương trình truyền hình

    Khâu hậu kỳ : Đây là khâu chính của dây chuyền sản xuất chương trình truyền hình, các thông tin thu nhận được từ khâu tiền kỳ sẽ được xử lý, gia công sắp xếp theo ý đồ của đạo diễn nhờ các thiết bị dựng hình chuyên dụng. Các thiết bị này có thể được tổ chức thành các phòng riêng biệt và có cấu hình thiết bị khác nhau tuỳ thuộc vào mục đích xử lý hình ảnh, âm thanh hoặc nhiều vấn đề khác nhau trong đó có yếu tố kinh tế. Khâu phát sóng : đây là khâu cuối cùng của dây chuyền sản xuất chương trình truyền hình, khâu này sẽ tiếp nhận tín hiệu từ các nguồn thành phẩm hoặc thu nhận các chương trình truyền hình trực tiếp từ phòng tổng khống chế.

    Hình ảnh và âm thanh từ các nguồn thu tín hiệu khác nhau. Ví dụ như từ vệ tinh, từ trường quay (Studio) hoặc từ các đường truyền tin khác (cáp quang, viba...)
    Hình ảnh và âm thanh từ các nguồn thu tín hiệu khác nhau. Ví dụ như từ vệ tinh, từ trường quay (Studio) hoặc từ các đường truyền tin khác (cáp quang, viba...)

    Giới thiệu một số thiết bị tiền kỳ và hậu kỳ trong công nghệ sản xuất chương trình truyền hình

    Ví dụ : Trong chế độ A/B roll, khi máy ghi hình tương tự phải dùng tới 02 máy phát và 01 máy ghi thì máy ghi hình số chỉ cần 01 máy phát và 01 máy ghi bằng chức năng Preread (đọc tín hiệu trước khi ghi tín hiệu mới trên băng). - Các hệ thống điều chỉnh tự động AFC và APC trong máy ghi hình số đảm bảo đọc và ghi chính xác, giảm được thời gian cân chỉnh bằng tay, đảm bảo sự ổn định trong quá trình ghi và phát tín hiệu. * Kỹ xảo hình (Mix video): Đây là thiết bị dùng để kết hợp các đường tín hiệu hình đầu vào, sau đó tạo ra các hiệu ứng của hình ảnh theo yêu cầu của biên tập, đạo diễn.

    Kỹ thuật nén video áp dụng cho các thiết bị ghi hình số 1. Giới thiệu

      Tiếp theo là các vấn đề cải thiện về thiết kế để khắc phục nhược điểm của thế hệ ghi hình trước đó như dùng băng có độ rộng 1/2 inch (giảm so với thế hệ máy Umatic đang dùng lúc đó là 3/4 inch), giao diện đầu vào mở rộng, có sửa sai lệch gốc thời gian (Time Base Correct – TBC), ghi / đọc tín hiệu mã hoá thời gian (Time code – TC). Qua tìm hiểu việc sử dụng VTR ở Đài Truyền hình Việt Nam cũng như tại Trường Cao đẳng truyền hình, tôi thấy với các đặc điểm Độ ổn định, chất lượng tín hiệu, tính năng mới, mức độ có khác nhau nhưng các máy D VTR đều đạt được; Các đặc điểm tính hệ thống và khả năng bảo dưỡng/sửa chữa hãng Sony cho nhiều điểm ưu việt hơn các hãng khác. Qua phân tích ở các phần trên về lý thuyết định dạng VTR số, về các đặc điểm cơ bản của định dạng HDCAM thì ta thấy định dạng này đáp ứng được tất cả các yêu cầu như : Độ ổn định, Chất lượng tín hiệu, Các tính năng mới, Tính hệ thống và vấn đề bảo dưỡng/sửa chữa thiết bị.

      Bảng 5 dưới đây trình bày các thông số cơ bản của BTC SX. [2]
      Bảng 5 dưới đây trình bày các thông số cơ bản của BTC SX. [2]

      Định hướng áp dụng công nghệ nén tiên tiến như MPEG-4/H2.64 cho các thiết bị ghi hình số trong tương lai gần

      Với tất cả các vấn đề đã tìm hiểu, phân tích ở trên luận văn đưa ra định hướng phát triển VTR trong thời gian tới là dùng định dạng HDCAM của hãng Sony thay thế cho các định dạng VTR tương tự như BTC SP hay một số định dạng D VTR khác có cấp chất lượng kém hơn. Ví dụ từ lâu Hiệp hội viễn thông châu Âu (EBU) đã khuyến cáo rằng để đảm bảo chất lượng và tính liên hoạt trong môi trường sản xuất truyền hình số, tại các trung tâm sản xuất truyền hình chính, đặc biệt ở nơi mà dữ liệu được sử dụng nhiều lần, nên dùng nén MPEG-2 4 :2 :2P@ML với tốc độ bit 50 Mb/s và mã hoá chỉ frame I. Cũng theo EBU các thiết bị theo chuẩn DV (cả DVCPRO và DVCAM) là các thiết bị bán chuyên dụng, dung hoà giữa giá thành và chỉ tiêu kỹ thuật, nên các mạch chỉnh sửa được thiết kế không thật tốt (để giảm giá thành), không thể đảm bảo chất lượng tín hiệu ở mức cao.