Nghiên cứu về số hóa trong kỹ thuật truyền hình số
MỤC LỤC
Sơ đồ khối máy thu hình màu
Những khối chỉ có trong máy thu hình màu là đèn hình màu, kênh màu, kênh đồng bộ màu, mạch ma trận, mạch tạo dòng điện đồng quy, mạch sửa méo gối, mạch cân bằng trắng, mạch tự khử từ, mạch tự động điều chỉnh tần số dao động tại chỗ. Trường hợp máy thu hình màu xây dựng theo phương thức điều chế lưới,sơ đồ chức năng của nó gần giống sơ đồ hình 2.2, chỉ khác ở cấu trúc mạch ma trận và các tín hiệu đặt lên các điện cực của đèn hình màu, hình 2.3.
Các hệ truyền hình màu 1. Hê truyền hình màu NTSC
Hệ truyền hình màu PAL
- Mỏy thu hỡnh hệ PAL phức tạp hơn vỡ cần cú dõy trễ 65às và yờu cầu dây trễ nay có chất lượng cao.
TRUYỀN HÌNH SỐ 3.1 Khái niệm truyền hình số
Đặc điểm của thiết bị truyền hình số
Ngoài tín hiệu truyền hình , còn có các thông tin kèm theo gồm các kênh âm thanh và các thông tin phụ, như các tín hiệu điện báo, thời gian chuẩn, tần số kiểm tra, hình vẽ tĩnh, Tất cả các tín hiệu này được ghép vào các khoảng trống truyền nhờ bộ ghép kênh. Việc giảm khoảng cách giữa các trạm đồng kênh kết hợp với việc giảm băng tần tín hiệu, tạo cơ hội cho nhiều trạm phát hình có thể phát ra các chương trình với độ phân giải cao HDTV như hệ truyền hình hiên nay.
CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU VIDEO
Số hoá tín hiệu video
Tín hiệu lượng tử hoá được chuyển thành tín hiệu số bằng việc sắp xếp cho mỗi mức tín hiệu (hệ thập phân) theo hệ đếm nhị phân. Các quá trình được biểu diễn ở hình sau:. a) Tín hiệu tương tự b) Tín hiệu lấy mẫu c) Tín hiệu lượng tử hoá d) Mã hoá tín hiệu. e) Xung biểu diễn tín hiệu mã hoá. Thực tế nghiên cứu cho thấy phương pháp biến đổi tín hiệu video thành phần cho chất lượng hình ảnh thu được cao hơn tại cung tần số lấy mẫu và cùng số bit biểu diễn mẫu.
Lấy mẫu tín hiệu video
Méo có thể xuất hiện dưới dạng “lưới” trên màn hình (các tín hiệu vô ích nằm ngoài tín hiệu video ), méo sườn xung tín hiệu, làm nhoà biên ảnh (hiệu ứng “bậc thang”).(Hình 1.6 trang bên). Mã tuyến tính Mã phi tuyến a). Mã tuyến tính Mã phi tuyến b). Muốn tổng hợp (khôi phục) hình ảnh đúng đắn, trong thực tế có thể chỉ cần truyền đồng thời thông tin về phân tích lần lượt các điểm ảnh (pixel) và ở phía tỏng hợp ảnh có cùng trình tự (tức là đồng bộ dòng và đồnng bộ mành).
Lượng tử hoá tín hiệu video
Méo xuất hiện trong quá trình lượng tử hoá gọi là hiệu ứng méo lượng tử .Hiệu ứng méo lượng tử phụ thuộc loại điều chế .Nếu sử dụng PCM tuyến tính ,méo lượng tử xuất hiện dưới dạng hiệu ứng đường viền (conture effect).Méo lượng tử xuất hiện dưới dạng răng cưa .Nếu ta tăng số khoảng lượng tử ,hiệu ứng mộo lượng tử sẽ giảm rừ rệt. Hiệu ứng đường viền sẽ giảm ,nếu tín hiệu tương tự chứa nhiều tín hiệu chi tiết và méo lượng tử phân bố ngẫu nhiên .Méo lượng tử giống như trường hợp tín hiệu tương tự có nhiễu ngẫu nhiên và tải mầu .Do đó mức sẽ ít hơn ,nếu lấy mẫu và lượng tử hoá tín hiệu video màu tổng hợp.
CÁC VẤN ĐỀ SỐ HOÁ TÍN HIỆU AUDIO
Số hoá tín hiệu audio
Trong trường hợp truyền các tín hiệu video số với một hoặc một vài tín hiệu âm thanh số di kèm, thì tốt nhất là ghép kênh theo thời gian với tín hiệu video, nhằm tạo một tia số liên tục. Để không gây méo tín hiệu Video do cấy tín hiệu Video vào nó, các xung có sườn dốc của tín hiệu số phải được tạo dạng nhờ mạch lọc có đặc trưng gần với đặc trưng phổ tín hiệu Video.
CÁC DẠNG MÃ HOÁ SỬ DỤNG TRONG CÔNG NGHỆ NÉN
Phương pháp DPCM còn sử dụng đặc điểm của mắt người ( kém nhạy với mức lượng tử có chênh lệch về độ chói giữa các điểm ảnh gần nhau, so với mức lượng tử hoá chênh lệch nhỏ), và cho phép dùng đặc trưng phi tuyến về lượng tử hoá. Một lý do nữa là do hệ thống thị giác của con người không thể nhận biết được hoàn toàn các chi tiết của ảnh khi các 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 xem vẫn cao.
MỘT SỐ CÔNG NGHỆ NÉN VIDEO
Nén Video công nghệ điều xung mã vi sai – DPCM
“giảm tương hỗ” (deccorelation) giữa các mẫu có điểm lân cận nhau. Trong công nghệ “điều xung mã vi sai” DPCM, quá trình giải tương hỗ được thực hiện bằng một bộ lộc có đáp ứng đầu ra là hiệu số giữa các điểm đầu vào liên tiếp và một giá trị “dự báo” của mẫu điểm đó tạo được dựa trên các giá trị lân cận theo một quy luật nhất định. Lượng tử hoá sai số dự báo. Giá trị biên độ vi sai phụ thuộc vào tính chất ảnh. Trong vùng ảnh thuần nhất, giá trị này thường nhỏ. Đối với các rìa ảnh và ảnh có nhiều chi tiết, giá trị dự báo sẽ kém chính xác đi dẫn tới sai số dự báo sẽ lớn lên. Do những đặc điểm này, nếu sử dụng bộ lượng tử hoá tuyến tính với một bước lượng tử, sẽ gây ra nhiều lỗi:. • Tại vùng ảnh thuần nhất, giá trị dự báo vi sai sấp xỉ bằng 0. a) Biên độ các điểm ảnh ban đầu. b) Chênh lệch biên độ giữa các điểm kề cận. Việc thực hiện đo đạc chuyển động ở bên phát căn cứ vào khung hiện tại mà bên thu chưa có, bởi vậy một phép đo như vậy không thể đồng thời tiến hành ở cả bên thu và bên phát mặc dù thông tin vectơ chuyển động là cần cho bên thu để tạo lại dự báo.
Nén video công nghệ: Mã hoá chuyển đổi
Đặc tính cảm nhận của mắt người chỉ nhậy cảm với tần số thấp và hướng biến đổi dọc, ngang mà không nhậy cảm với tần số cao cũng như sự thay đổi theo hướng chéo, dẫn tới mức độ quan trọng của các hệ số tuỳ thuộc vào vị trí. Sau khi quét, các hệ số DCT gồm rất nhiều hệ số 0 di liền nhau nên được mã hoá bằng loạt dài RLC (run length code) rồi tiếp tục mã hoá bằng mã Huffman VLC (varriable length code) cao cho giảm tốc độ tối thiểu được tốc độ dòng bit.
Sự kết hợp các công nghệ nén
• Khung sai số dự báo sẽ được chuyển sang miền tần số bằng phép biến đổi cosin rời rạc và tiếp tục được nén bằng công nghệ mã hoá chuyển đổi “transform coding” đã xét trong mục 2.2 và truyền sang phía thu. • Vectơ chuyển động kết quả của quá trình ước lượng chuyển động sẽ được ghép kênh với thông tin gửi bên thu phục vụ cho quá trình tạo dự báo cho bù chuyển động ở bên thu khi khôi phục ảnh.
NÉN VIDEO THEO TIÊU CHUẨN MPEG
Khái quát về các tiêu chuẩn nén
Trong số đó, sử dụng phổ biến và có phạm vi ứng dụng rộng rãi là MPEG (Moving Picture Experts Group). - MPEG -4 là sự kết hợp cung cấp cho rất nhiều ứng dụng truyền thông, truy cập , điều khiển dữ liệu âm thanh số như: Điện thoại hình, thiết bị đầu cuối đa phương tiện (muntimedia), thư điện tử và cảm nhận từ xa.
Nén video theo MPEG -1
Để đạt được hiệu suất nén cao mà vẫn giữ tốt chất lượng ảnh phục hồi, chuẩn MPEG -1 sử dụng cả công nghệ nén trong ảnh (Intraframe) và liên ảnh (Interframe) để loại bỏ được sự dư thừa không gian và thời gian. Phần header mang thứ tự truyền tải của khung để bên thu hiển thị khung theo đúng thứ tự, ngoài ra còn có một số thông tin bổ sung như thông tin đồng bộ, độ phân giải và vectơ chuyển động.
Nén tín hiệu video theo MPEG –2
Từ năm 1994 nhiều nhà sản xuất và sử dụng thấy cần phải có tiêu chuẩn MPEG –2 4:2:2 P@ML (Profile Main Level) với tốc độ bit đạt 50 Mbit/s có thể đáp ứng được nhu cầu chất lượng trong các ứng dụng chuyên nghiệp. Hệ thống này có đặc điểm chính sau đây:. - Có độ mềm dẻo cao và tính khai thác hỗn hợp. - Chất lượng cao hơn MP@ML. - Độ phân giải màu tốt hơn MP@ML. - Xử lý hậu kỳ sau khi nén và giải nén. - Nén và giải nén nhiều lần. Tin tức thời sự 18Mbit/s. Phân phối chương trình 20Mbit/s. Cấu trúc IB-GOP. Sản xuất hậu kỳ 50Mbit/s. Cấu trúc I-. GOP Giải mã. Hoàn toàn thích nghi. - Nhóm ảnh nhỏ, thuận tiện cho công nghệ dựng hình. - Có khả năng biểu thị tất cả các dòng tích cực của tín hiệu Video. - Có khả năng biểu thị thông tin trong khoảng thời gian xoá mành. MPEG –2 đối với phát sóng và SXCT. Trong lĩnh vực phát sóng và sản xuất hậu kỳ, chuẩn nén MPEG –2 cuối cùng đã giải quyết được bi kịch đa dạng thức xưa nay. Tiêu chuẩn này đã áp dụng được khả năng này cho các yêu cầu và đặc tính của từng ứng dụng khác nhau. a) Sản xuất tin thời sự. Do vậy, các thiết bị này có thể sử dụng tốc độ bit thấp (đỡ tốn năng lượng, giảm giá thành). Cấu trúc GOP đơn giản, thuận tiện cho công đoạn dựng hình. Cần chất lượng cao hoặc ít nhất bằng ảnh gốc. Công nghệ lưu trữ còn cần tốc độ bit lớn và cấu trúc IB-GOP. c) Sản xuất hậu kỳ. Sản xuất hậu kỳ đòi hỏi cả chất lượng và mức độ cao về tính năng dựng hình. Tốc độ 50 Mbit/s và cấu trúc I-GOP là sự lựa chọn thích hợp. d) Phân phối chương trình.
NÉN TÍN HIỆU AUDIO
- Cơ sở của nén tín hiệu audio
Tiêu chuẩn nén audio MPEG –1 (ISO/IEC 11172-3) thường được biết dưới tên gọi MUSICAM (Maskingpatterm Universal Suband Intergrated Coding and Multiplexing) gồm ba lớp (layer) mã hoá I, II và III tương ứng với hiệu quả nén và độ phức tạp tăng dần, đã được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, đặc biệt là trong phát thanh, truyền hình. Sự phát triển của công nghệ thông tin, với công nghệ truyền hình số cho phép thực hiện truyền hình tương tác (Intreactive Television), có nghĩa là có sự tham gia tích cực của người xem vào chương trình truyền hình. Mọi người có thể xem truyền hình theo yêu cầu. Đó là truyền hình tương tác hay truyền hình hai chiều giữa người xem và trung tâm phát chương trình truyền hình và các đối tượng. Mỗi dự án truyền hình tương tác phải xem xét đến 3 phần tử cơ bản sau đây:. -)Máy thu hình “thông minh” (Inteligence) với máy tính cá nhân đặc biệt, nhờ đó người xem truyền hình có thể tiến hành đàm thợi (dialog). -)Trung tâm phát sóng có khả năng phục vụ trong thời gian thực theo yêu cầu của người xem (có thể truyền cho mỗi người xem chương trình truyền hình riêng). -)Đường truyền viễn thông phải truyền một dung lượng cực lớn.
