- Phổ tần của tín hiệu truyền hình màu đầy đủ.
II.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA TRUYỀN HÌNH SỐ.
- Ít bị tác động của nhiễu so với truyền hình tương tự.
- Có khả năng nén lớn hơn với các tín hiệu truyền hình âm thanh và hình ảnh.
- Công nghệ nén và truyền dẫn hiệu quả cao của kỹ thuật số sẽ tạo ra nhiều kênh dư thừa hơn, giải quyết được hạn chế lớn nhất của truyền hình Analog là không dư thừa kênh. Công nghệ ghép kênh tạo ra triển vọng sử dụng các kênh dư thừa để cung cấp các loại hình khác nhau của dịch vụ truyền hình cho khán giả.
- Có khả năng áp dụng kỹ thuật sửa lỗi.
- Do chỉ truyền đi các giá trị 0 và 1 nên các tín hiệu âm thanh, hình ảnh, tín hiệu điều khiển, dữ liệu đều được xử lý giống nhau.
- Có thể khoá mã dễ dàng.
- Đòi hỏi công suất truyền dẫn thấp hơn. - Các kênh có thể định vị tương đối dễ dàng.
- Các hệ thống điều chế được phát triển sao cho có khả năng chống được hiện tượng bóng hình và sai pha.
- Chất lượng dịch vụ giảm nhanh khi máy thu không nằm trong vùng phục vụ
- Đòi hỏi tần số mới cho việc phát thanh, truyền hình quảng bá.
- Người xem phải mua máy mới hoặc sử dụng bộ chuyển đổi SETTOP.
- Có sự đầu tư mới về các phương tiện tại các trạm phát.
II.2.1. Sơ đồ khối tổng quát của một hệ thống truyền hình số .
Tín hiệu video, audio tương tự được biến đổi thành tín hiệu số. Tín hiệu này có tốc độ bít rất lớn nên cần phải qua bộ nén để giảm tốc độ bít của chúng. Các luồng tín hiệu này được đưa tới bộ ghép kênh (MUX) rồi đưa tới bộ điều chế và phát đi.
Ở phía thu thực hiện quá trình ngược lại, tín hiệu thu sẽ được giải điều chế và đưa tới bộ phân kênh (DEMUX). Tín hiệu từ bộ phân kênh được giải nén sau đó được chuyển đổi số - tương tự.
II.2.2. Khái niệm video số.
40 Nén v mã à hoá tín hiệu video Nén v mã à hoá tín hiệu audio Nén v mã à hoá các dữ liệu phụ Hình I.2-1: Sơđồ khối hệ thống truyền hình số MUX Mã hoá đường truyền Điều chế Phát sóng Mã hoá kênh truyền Video Audio Data Giải nén v à giải mã tín hiệu video Giải nén v à giải mã tín hiệu audio Giải nén v à giải mã các dữ liệu phụ DE_ MUX Giải mã đường truyền Giải mã Thu kênh truyền Video Audio Data
Việc số hoá tín hiệu video có nhiều vấn đề cần phải quan tâm: tần số lấy mẫu, phương thức lấy mẫu, tiêu chuẩn lấy mẫu, nén tín hiệu…
II.2.2.1. Số hoá tín hiệu video.
Số hoá tín hiệu video thực chất là biến đổi tín hiệu video tương tự sang số, ở phía thu tín hiệu số được biến đổi ngược lại thành tín hiệu tương tự Quá trình số hoá video được thực hiện theo ba bước:
- Lấy mẫu tín hiệu video là quá trình gián đoạn (rời rạc hoá) tín hiệu tương tự theo thời gian bằng tần số lấy mẫu, kết quả cho ta một chuỗi các mẫu.
- Lượng tử hoá: Là quá trình chia biên độ tín hiệu đã rời rạc hoá theo thời gian nhiều khoảng khác nhau và mỗi mức được gắn bằng một giá trị số (biên độ).
- Mã hoá: Là quá trình biến đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số bằng việc sắp xếp cho mỗi mức tín hiệu theo hệ đếm nhị phân (các số “1” và “0”).
Như vậy tín hiệu số được biểu diễn bằng một chuỗi xung “1” và xung “0”. Để truyền tín hiệu cần dùng mã trong đó số bít của mã phụ thuộc loại thông tin (tín hiệu). Tín hiệu càng phức tạp đòi hỏi số bít biểu diễn càng cao.
Có hai phương pháp biến đổi tín hiệu video là: - Biến đổi trực tiếp tín hiệu video tổng hợp
- Biến đổi riêng từng tín hiệu video màu thành phần.
Việc lựa chọn phương pháp biến đổi tuỳ thuộc vào nhiều yếu tố: đó là yêu cầu về khả năng thuận lợi khi xử lý tín hiệu và yêu cầu về truyền dẫn và phát sóng.
II.2.2.2. Tín hiệu video tổng hợp
Tín hiệu video số tổng hợp thực chất là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự tổng hợp sang video số.
Tín hiệu video tương tự được lấy mẫu với tần số lấy mẫu bằng 3 hoặc 4 lần tần số sóng mang màu, vào khoảng 13,3MHz hoặc 17,72MHz đối với tín hiệu hệ PAL. Mỗi mẫu tín hiệu được lượng tử hoá bởi 10 bít, cho ta một chuỗi số liệu 177 Mbit/s (trong trường hợp 8 bít cho tốc độ 142 Mbit/s)
Biến đổi tín hiệu video tổng hợp có ưu điểm về dải tần. Nhưng tín hiệu video tổng hợp số có những nhược điểm của tín hiệu video tương tự tổng hợp như can nhiễu chói màu… Tín hiệu video tổng hợp cũng gây khó khăn trong việc xử lý, tạo kỹ xảo.. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
II.2.2.3. Tín hiệu video số thành phần.
Tín hiệu video số thành phần là sự chuyển đổi tín hiệu video tương tự thành phần sang số và được quy định theo tiêu chuẩn quốc tế CCIR 601. Đối với tiêu chuẩn này tín hiệu chói được lấy mẫu tần số 13,5Mhz, hai tín hiệu màu được lấy mẫu với tần số 6,75MHz. Mỗi mẫu được lượng tử hoá 8 hoặc 19 bit, cho ta tốc độ 216 hoặc 270 Mbit/s. Lượng tử hoá 8 bit cho ta 256 mức lượng tử hoá và 10 bit cho ta 1024 mức.
Khi biến đổi tín hiệu video thành phần cho ta dòng số có tốc độ cao hơn tín hiệu tổng hợp. Tuy nhiên dòng tín hiệu video thành phần cho phép xử lý dễ dàng các chức năng như ghi, dựng, tạo kỹ xảo… Vì vậy chất lượng ảnh không chịu ảnh hưởng của can nhiễu chói màu như tín hiệu video tổng hợp.
42 Lọc thông thấp Lấy mẫu Lượng tử Mã hoá Đồng bộ Tín hiệu tổng hợp Tín hiệu tổng hợp số
Hình I.2-2. Sơđồ số hoá tín hiệu video tổng hợp
Cả hai phương pháp số hoá tín hiệu video tổng hợp và thành phần đều được nghiên cứu và áp dụng trong truyền hình số. Tuy nhiên nhờ những ưu việt nên phương pháp biến đổi tín hiệu video thành phần được khuyến khích sử dụng.
II.2.3. Audio số
II.2.3.1. Số hoá tín hiệu
Tín hiệu Audio số có nhiều ưu điểm.
- Độ méo tín hiệu nhỏ một cách lý tưởng. Dải động âm thanh lớn gần ở mức tự nhiên. Đáp tuyến tần số ở mức bằng phẳng, việc tìm kiếm dữ liệu nhanh, dễ dàng.
- Tín hiệu Audio số là kết quả của quá trình biến đổi tín hiệu Audio tương tự thành tín hiệu Audio số. Quá trình biến đổi A/D cũng được tiến hành theo 3 bước: Lấy mẫu, lượng tử hoá, mã hoá…
II.2.3.2. Lấy mẫu tín hiệu
Tần số lấy mẫu dựa trên định lý Nyquist để tránh hiện tượng chồng phổ. Hiện nay trên thế giới có 3 tần số thường được sử dụng và được coi là tần số tiêu chuẩn. Tuỳ theo mục đích sử dụng mà ta chọn cho phù hợp.
- 32KHz: Tín hiệu Audio số lấy mẫu theo tiêu chuẩn này được lựa chọn dùng trong phát sóng tần số FM
- 44,1KHz là tiêu chuẩn dùng cho các ứng dụng, lưu trữ, phát sóng. - 48KHz là tiêu chuẩn được dùng để tạo nguồn, xử lý trao đổi chương trình. Tần số này có mối quan hệ với tần số 32KHz. Nó chấp nhận được tín hiệu Audio tương tự có độ rộng dải tần trên 22KHz. Tần số lấy mẫu này được sử dụng ở trong các Studio cho chất lượng cao cả khi phát lẫn khi ghi. Tuy nhiên người ta còn chọn tần số lấy mẫu bằng bội số của tần số lấy mẫu tiêu chuẩn 48KHz
Nếu fLM =2, ftc= 96KHz khi đó khả năng gây ảnh hưởng của các thành phần chồng phổ trong tín hiệu tái tạo đã được loại bỏ hoàn toàn.
Nếu flm= 4, ftc =192 KHz với tần số này tỷ số SNR (tín hiệu/tạp âm) tăng lên tương đương với việc cho thêm một bit vào quá trình lượng tử hoá.
II.2.3.3. Lượng tử hoá.
Từng mẫu của tín hiệu tương tự gốc được ấn định cho một giá trị mã số nhị phân bởi bộ lượng tử hoá.
Thường thì số bit lượng tử hoá là 20bit. Biên độ lớn nhất được giới hạn bởi các giá trị 7FFF và 8000 (theo hệ HEX). Tín hiệu Audio tương tự có biên độ thấp được lượng tử hoá với rất ít các mức rời rạc. Vì vậy gây nên lỗi lượng tử của tín hiệu ở mức thấp.
Nếu hệ thống được lượng tử hoá với 16 bit thì cho 65535 (216 –1) khoảng lượng tử. Tuy nhiên độ chính xác sẽ kém hơn khi sử dụng 20 bit.
II.2.3.4. Mã hoá
Mỗi giá trị nhị phân sau khi lượng tử hoá được mã hoá theo một cấu trúc thích hợp để tạo nên cấu trúc mẫu tín hiệu phục vụ cho truyền dẫn và các thiết bị lưu trữ. Có nhiều phương pháp mã hóa trong đó phương pháp điều xung mã PCM được sử dụng nhiều hơn cả.
II.2.4. Phương pháp nén tín hiệu trong truyền hình số II.2.4.1. Mục đích của nén
Với công nghệ hiện nay, các thiết bị đều có dải thông nhất định. Các dòng số tốc độ cao yêu cầu dải thông rất rộng vượt quá khả năng cho phép của thiết bị. Một cách sơ bộ, nén là quá trình làm giảm tốc độ bit của các dòng dữ liệu tốc độ cao mà vẫn đảm bảo chất lượng hình ảnh hoặc âm thanh cần truyền tải.
II.2.4.2.Bản chất của nén
Khác với nguồn dữ liệu một chiều như nguồn âm, đặc tuyến đa chiều của nguồn hình ảnh cho thấy: Nguồn ảnh chứa nhiều sự dư thừa hơn các nguồn thông tin khác, đó là:
♦ Sự dư thừa về mặt không gian (spatial redundancy):
Các điểm ảnh kề nhau trong một mành có nội dung gần giống nhau. ♦ Sự dư thừa về mặt thời gian (temporal redundancy):
Các điểm ảnh có cùng vị trí ở các mành kề nhau rất giống nhau. ♦ Sự dư thừa về mặt cảm nhận của con người: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Mắt người nhạy cảm hơn với các thành phần tần số thấp và ít nhạy cảm với sự thay đổi nhanh, tần số cao.
Do vậy, có thể coi nguồn hình ảnh là nguồn có nhớ (memory source). Nén ảnh thực chất là quá trình sử dụng các phép biến đổi để loại bỏ đi các sự dư thừa và loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu, tạo ra nguồn dữ liệu mới có lượng thông tin nhỏ hơn. Đồng thời sử dụng các dạng mã hoá có khả năng tận dụng xác suất xuất hiện của các mẫu sao cho số lượng bít sử dụng để mã hoá một lượng thông tin nhất định là nhỏ nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng theo yêu cầu. Nhìn chung quá trình nén và giải nén một cách đơn giản như sau:
♦ Biến đổi
Một số phép biến đổi và kỹ thuật được sử dụng để loại bỏ tính có nhớ của nguồn dữ liệu ban đầu, tạo ra một nguồn dữ liệu mới tương đương chứa lượng thông tin ít hơn. Ví dụ như kỹ thuật tạo sai số dự báo trong công nghệ DPCM hay phép biến đổi cosin rời rạc của công nghệ mã hoá chuyển đổi. Các phép biến đổi phải có tính thuận nghịch để có thể khôi phục tín hiệu ban đầu nhờ phép biến đổi ngược.
45 Biến đổi Mã hoá Giải mã Biến đổi ngược Dữ liệu Dữ liệu đã nén Quá trình nén Quá trình giải nén Dữ liệu Dữ liệu đã nén Hình I.2-3: Sơđồ khối quá trình nén v già ải nén
♦ Mã hoá.
Các dạng mã hoá được lựa chọn sao cho có thể tận dụng được xác suất xuất hiện của mẫu. Thông thường sử dụng mã RLC (run length coding: mã hoá chạy dài) và mã VLC (variable length coding: mã hoá có độ dài thay đổi) gắn cho mẫu có xác suất xuất hiện cao từ mã có độ dài ngắn sao cho chứa đựng một khối lượng thông tin nhiều nhất với số bit truyền tải ít nhất mà vẫn đảm bảo chất lượng yêu cầu.
Nén video theo chuẩn MPEG.
Các công nghệ nén ảnh “Điều xung mã vi sai - DPCM”, “Mã hoá chuyển đổi-Transform Coding” và một số công nghệ nén khác được kết hợp với nhau nhằm tạo một cách thức nén ảnh có hiệu suất cao, chất lượng ảnh khôi phục tốt. Sự kết hợp này được tiêu chuẩn hoá trong các tiêu chuẩn nén sử dụng hiện nay: JPEG, JBIG, MPEG.
Khái quát về các tiêu chuẩn nén .
Các tiêu chuẩn nén với ứng dụng của chúng được khái quát trong bảng sau đây:
Chuẩn Phạm vi ứng dụng